DE2437186A1

DE2437186A1 - Poroese masse aus eisenhaltigem metall, insbesondere fuer die aufnahme von magnesium

Info

Publication number: DE2437186A1
Application number: DE2437186A
Authority: DE
Inventors: Jairaj Easwaran; George Stephen Foerster
Original assignee: NL Industries Inc
Current assignee: NL Industries Inc
Priority date: 1973-08-03
Filing date: 1974-08-01
Publication date: 1975-02-20
Also published as: BE818469A; US3902892A; DE2437186B2; FR2267377A1; FR2267377B1; AU7158374A; GB1483613A; FR2348273A2; FR2348273B2; DE2437186C3

Description

Die Erfindung betrifft eine poröse Masse aus eisenhaltigem Metall, insbesondere für die Aufnahme von Magnesium, sowie ein Verfahren zur Herstellung der. porösen'Masse. -

In der Eisen- und Stahlindustrie ist.es erforderlich, die eisenhaltigen Grundmetalle im geschmolzenen Zustand mit einem Entsehwef elungsmittel zu. behandeln, um den Schwefelgehalt in dem metallischen Produkt zu verringern. Metallisches Magnesium ist ein starkes Desoxydations- und Entschwefelungsmittel» Das Magnesium siedet jedoch bei einer sehr niedrigen Temperatur, so daß die plötzliche Volumenzunahme, die eintritt, wenn metallisches Magnesium dem geschmolzenen Eisen zugesetzt wird, su heftigen Reaktionen, führen' kann, wenn das Magnesium ver-

Zur Verringerung dieser heftigen Aktivität werden bereits verschiedene Maßna.hmeB durcligeführt, bei welcMem das Magnösium langsam ,iji das geschmolzen© eisenhaltige Metall bei Uf-J-LIi-Jf¹U^Uj i"-_vom streno, ÄegieiwEtea^SJrstemeE suiteführt wird.

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INSPECTBD

Eine dieser Maßnahmen zur Verringerung der heftigen Reaktion besteht darin, poröse Körper mit Magnesiummetall zu imprägnieren und diese mit Magnesium imprägnierten porösen Körper · in das geschmolzene eisenhaltige Metall einzubringen. Unter diesen Bedingungen wird das imprägnierte Magnesiummetall mit einer Geschwindigkeit freigesetzt, die niedrig genug ist, daß die Heftigkeit der Reaktion auf einem Minimum gehalten wird.

Zu den bekannten porösen Körpern, die mit begrenzten Erfolg für diesen Zweck verwendet wurden, gehören poröser Koks, Kohlenstoff, Graphit und keramische Massen, wie gebrannter Kalk, stückiger Kalkstein oder Dolomit und dergleichen.

Außerdem hat man bereits Magnesium in poröse Eisenkörper eindringen lassen. Zu diesen bekannten Eisenkörpern gehört Eisenschwamm, bei welchem die Eisenteilchen sehr klein und zusammengesintert sind, um eine poröse Struktur zu bilden. Der Eisenschwamm selbst ist teuer in der Herstellung und somit auch für den Gebrauch» Außerdem ist die Ausbildung von großen porösen Teilen aus Eisenschwamm sehr aufwendig.

Da die Poren des Eisenschwamms sehr klein sind, neigen sie dazu, das Magnesium zu langsam freizugeben, wenn der Schwamm in die Eisenschmelze eingetaucht wird. Die Freigabe kann für einen optimalen Betrieb also zu ruhig erfolgen. Eisenschwamm kamm auch. Oxyde enthalten,, die eine heftige Reaktion mit dem Magnesium herbeiführen, wodurch die Wirksamkeit beeinträchtigt kann_o : --.

einem anderen, bekannten,- Yerfalirejt werden." Eiseribriketts hergestellt ,-■ die .Magnesium enthalten* Dabei werden..Eisen· teilchen.- nmd Magne,siumt eilchen mit einer Größena-bm&sssung von

vor sw gs weis® 4-₅. Jo bis o_s25 mm trocken zusammengepreßt«

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Wenn diese komprimieten Eisen- und Magnesiumteilchen zum Entschwefeln von Eisenschmelze verwendet werden, wird die verbleibende Eisenstruktur, wenn das Magnesium schmilzt, entschieden geschwächt, so daß das Magnesium zu schnell freigesetzt wird und es somit zu einer heftigen Reaktion kommen kann· ■,

Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe besteht deshalb darin, eine poröse Masse aus eisenhaltigem Metall au schaffen, die in der Lage ist', beispielweise Magnesium aufzunehmen und nach dem Einbringen der Masse in eine Eisenschmelze kontinuierlich mit der erforderlichen Geschwindigkeit freizusetzen.

Diese Aufgabe wird durch,eine poröse Masse aus eisenhaltigem Metall gelöst, die aus in willkürlicher Ausrichtung zu-

lt.

sammengepreßten eisenhaltigen Abfallmetallstücken besteht, die ein Netzwerk von ineinandergreifenden Stücken bilden, wobei die Masse eine Dichte von 1,2 bis ^,ο g/cm , eine Porosität von 5o % bis 85 % und eine Festigkeit von wenigstens oilA kp/cm und vorzugsweise von wenigstens ο,l8 kp/cm hat.

Diese Masse eines porösen Eisenmetallnetzwerks enthält ein Labyrintti von Zwischenräumen oder Lücken, die von den Hohlräumen zwischen den komprimierten, ineinandergreifenden Metallstücken gebildet werden. Diese Zwischenräume können mit metallischem Magnesium dadurch gefüllt werden, daß das Eisenmetallnetzwerk in geschmolzenes Magnesiummetall eingetaucht und .das geschmolzene Metall verfestigt wird, das die Zwischenräume des porösen Metallnetzwerks getränkt hat. Die Menge an Magnesium, mit der die eisenhaltige Metallmasse imprägniert werden kann, kann zwischen l8 und 55 Gew.-ji des imprägnierten Körpers liegen. Das erhaltene Produkt eignet sich besonders für die Behandlung von Eisenschmelzen,

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beispielsv/eise zum Entschwefeln der Schmelzen, sowie zur Herstellung von Kugelgraphitguß. Normalerweise werden etwa 0,37 bis 0,75 kg metallisches Magnesium verwendet, um eine Tonne geschmolzenes Eisen zu entschwefeln. Etwa 1 bis 2 kg mehr Magnesium werden zur Bildung einer Tonne Kugelgraphitguß gebraucht.

Im Gegensatz zu den bekannten Produkten wird erfindungsgemäß ein Netzwerk aus Eisenmetallstücken, insbes. aus Stahlspänen, hergestellt, die zusammengepreßt werden, so daß ein Körper mit niedriger Dichte, hoher Porosität und hoher Festigkeit gebildet wird, in den große Mengen metallisches Magnesium eindringen können.

Die Hohlräume in dem metallischen Netzwerk sind ausreichend groß, um das Magnesium mit einer gewünschten Geschwindigkeit freizusetzen, d. h. mit einer Geschwindigkeit, die groß genug ist, um eine schnelle Behandlung zu ermöglichen/ die jedoch nicht zu hoch ist, so daß die Behandlung übermäßig heftig wird.

Es hat sich gezeigt, daß das erfindungsgemäße poröse Eisenmetallnetzwerk Vorteile hat, die die bekannten porösen Körper nicht aufweisen.

Die erfindungsgemäße Masse bzw. Stoffzusammensetzung wird durch Auswahl von Abfallmetallstücken hergestellt, insbes. von Stahlspänen, die innerhalb folgender Größenbereiche liegen: Länge 3 bis 230 mm, Breite 0,4 bis 25 mm, Stärke 0,025 bis 2,5 mm. Abfallmetallstücke innerhalb dieses Größenbereichs haben gewöhnlich eine Schüttdichte bzw. Fülldichte von 0,1 bis 1,0 g/cm . Diese Metall-

stücke werden dann bei Drucken von 70 bis 1126 kp/cm zusammengepreßt. Sie bilden dann ein Netzwerk aus eisenhaltigem Metall, welches eine Dichte von 1,2 bis 4,0 g/cm hat. Wie vorstehend erwähnt, liegt die Porosität des Netzwerks zwischen 50 und 85%.

Die Scherzugfestigkeit bzw. Zugfestigkeit in Querrichtung ist

2 gering und beträgt wenigstens 0,14 kp/cm . (Short transverse tensile strength S.T.T.S. Diese Zugfestigkeit in Querrichtung ist definiert durch die Zugfestigkeit des komprimierten Metallstücks über dessen Dicke in Richtung der Druckkräfte.)

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Dieses Netzwerk aus eisenhaltigem Metall wird dann in geschmolzenes metallisches Magnesium eingetaucht und wenige Minuten in der Metallschmelze gehalten, um die Zwischenräume des Metallnetzwerks zu tränken. Der getränkte Körper wird dann aus dem geschmolzenen Magnesium entfernt und abgekühlt, um das geschmolzene Magnesium zu verfestigen. Das getränkte bzw. imprägnierte Metall wird abgekühlt, vorzugsweise bei Fehlen einer oxydierenden Atmosphäre. Ein bevorzugtes Verfahren zum Abkühlen, des imprägnierten, komprimierten Metallkörpers besteht darin, ihn in ein Ölbad einzutauchen. Das Endprodukt ist eine poröse Materialmasse, welche ein kompaktiertes metallisches Netzwerk, aufweist, das mit metallischem Magnesium imprägniert ist. Die Masse enthält wenigstens l8 Gew.-% Magnesiunimetall bezogen auf den* ganzen imprägnierten Metallkörper.

Die erfindungsgemäße poröse, ein Netzwerk aus eisenhaltigem Metall bildende Masse ist, wenn sie mit Magnesium imprägniert ist, den bekannten porösen Körpern überlegen. Der erfindungsgemäße poröse Körper kann Magnesium in Mengen von mehr als etwa l8 % seines; Gesamtgewichtes nicht nur aufnehmen und halten, sondern auch zusätzlich, wenn er zum Entschwefeln von Eisen verwendet wird, das metallische Magnesium über einen kurzen Zeitraum freigeben, ohne daß eine heftige Reaktion hervorgerufen wird. Der Körper hat außerdem eine Strukturfestigkeit, die beibehalten wird, wenn das Magnesium freigesetzt wird. Dies ist vorteilhaft, da die Aufrechterhaltung der Strukturfestigkeit erforderlich ist, um zu verhindern, daß eine heftige Reaktion stattfindet, wenn das Magnesium in regulierter Weise freigegeben wird. Zusätzlich ist vorteilhaft, diesen speziellen Typ von porösem Körper, in den Magnesium eingedrungen ist, anstelle von anderen Arten von mit Magnesium imprägnierten Körpern^ zu verwenden, da das restliche eisenhaltige .Metall in dem porösen Körper in dem geschmolzenen Metall aufgelöst werden kann, so daß der restliche Träger nicht entfernt zu werden braucht.. Es, hat

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sich gezeigt, daß dieser spezielle Typ von eisenhaltigem Metallkörper eine für die Handhabung vor dem Tränken ausreichende Festigkeit besitzt, während er gleichzeitig eine Porosität hat, die das Halten einer Magnesiummetallmenge von wenigstens l8 % ermöglicht*

Zusätzlich zu der Herstellung eines Produktes, welches alle vorstehenden Vorteile aufweist, kann der poröse Körper aus Rohmaterialien hergestellt werden, die leicht verfügbar sind.

Die Dichte des kompaktierten Netzwerks aus eisenhaltigem Metall vor dem Imprägnieren beträgt 1,2 bis 4,ο g/cm , während die Dichte der Abfallmetallstücke vor dem Kompaktieren o,l bis l,o g/cm beträgt. Somit können nach dem vorstehenden Verfahren poröse Metallkörper hergestellt werden, die Magnesiummetallmengen zwischen 18 % und 55 % enthalten. Außerdem sind auf diese Weise die Produkte leicht reproduzierbar herzustellen.

Wenn die Dichte des komprimierten Netzwerks aus eisenhaltigem Metall unter 1,2 g/cm liegt, liegt die Magnesiummenge, die in den komprimierten Metallkörper eindringt, über 55 Gew.-%. Bei dieser oberen Gewichtsgrenze nimmt das Volumen des Magnesiums 85 % des Gesamtvolumens des getränkten komprimierten Metallkörpers ein. Wenn sich mehr Magnesium in dem getränkten Körper befindet, wird er, wenn er zum Entschwefeln von Eisen eingesetzt wird, strukturmäßig sehr schwach, wenn das Magnesium in der Eisenschmelze gelöst wird. Die Reaktion wird zu heftig.

Wenn die Dichte des komprimierten eisenhaltigen Metallkörpers über 4,o g/cm liegt, liegt die Magnesiummenge, die in den komprimierten Körper eindringt, unter l8 Gew.-%, Wenn der Magnesiumgehalt unter l8 % liegt, ist die Magnesiummenge, pro Gewichtseinheit Abfallmetall zu niedrig, so daß die Arbeitsweise unwirtschaftlich wird. Außerdem wird die

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Metallschmelze übermäßig abgekühlt, wenn eine zu große Menge von Abfallmetall mit Magnesium der Eisenschmelze zugesetzt wird. Diese Kühlwirkung muß vermieden werden.

Wenn die Abfallstücke zu grob und/oder zu dicht sind, halten die Briketts bei den niedrigen, benutzten Herstellungdrucken nicht zusammen. Wenn man hohe 'Herstellungsdrucke- verwendet, reicht die Porosität der Briketts für das Eindringen einer ausreichenden Magnesiummenge nicht aus.

Erfindungsgemäß eigien sich als, Abfallmetallstücke verformbares bzw. duktiles Eisen Und dergleichen,vorzugsweise nimmt man jedoch Stahl. Die Abfallmetallstücke müssen, wie vorstehend erläutert, innerhalb der genannten Größenbere'iche liegen. Wenn die Abfallstücke zu kurz, zu dick, zu "breit oder zu flach sind, müßten übermäßig hohe Drucke verwendet werden, um die erforderliche strukturelle Festigkeit zu erreichen. Der komprimierte Körper würde dann übermäßig dicht, was zu niedrigen' Prozentsätzen von eindringendem Magnesium führen würde.

Eine besonders erwünschte Art Von Abfallmetall sind solche Stücke, die unregelmäßig geformt sind und unterschiedliche Größen haben, die innerhalb der spezifizierten Größen liegen. Besonders günstig sind feine Metallspäne, kurze löffelartige Stücke und dergleichen.

Die erfindungsgemäß hergestellten porösen Körper aus kompakt ier tem Metall können auch mit Legierungen imprägniert werden. Als Legierungen eignen sich besonders Magnesiumlegierungen, welche Erdalkalimetalle, Aluminium, Silicium und seltene Erdmetalle, wie Cer, Lanthan oder seltene Erdmetalllegierungen; enthalten, wie "Mischmetall¹¹ (Legierung aus Metallen der seltenen Erden, meist ein Cer-Mischmetall) sowie Mischungen dieser Metalle. Der hier verwendete Aus-

druck "Magnesium" umfaßt neben metallischem Magnesium auch Legierungen von Magnesiummetall.

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Die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hei-gestellte kompakte poröse Stahlnetzwerkstruktur, die mit Magnesium getränkt ist, hat gegenüber dem Stand der Technik die folgenden kombinierten Vorteile:

1) Eine hohe Porosität, so daß große Mengen metallischen Magnesiums festgehalten werden können.

2) Die hergestellten imprägnierten Körper sind strukturmäßig fest und widerstehen hohen Temperaturen, bis das Magnesium während der darauffolgenden Behandlung der Eisenschmelze gelöst worden ist.

3) Die hergestellen imprägnierten Körper sind aktiv, wenn sie in die Eisenschmelze eingebracht werden, so daß die Eisenschmelze schnell entschwefelt werden kann, ohne daß heftige Reaktionen hervorgerufen werden. Die Reaktionszeit zur Freigabe des metallischen Magnesiums von den imprägnierten .Körpern kann zwischen 1/2 und

Io min liegen.

4) Die auf die erfindungsgemäße Weise mit Magnesium getränkten Körper haben eine gleichförmige Zusammensetzung, so daß, wenn sie zur Behandlung von Eisenschmelze verwendet werden, reproduzierbare Ergebnisse erzielbar sind.

5) Der Zusatz des speziellen Typs eines mit Magnesium imprägnierten Körpers verwendet Eisen oder Stahl als Träger, so daß keine fremden Träger in die Eisenschmelze eingebracht werden, die danach auf der Eisenschmelze wieder entfernt werden müßten.

6) Das Abfallmetall kann schmelzen, nachdem das Magnesium freigesetzt worden ist, wodurch der Schmelze Eisen zugesetzt wird und es nicht erforderlich ist, den Träger nach der Behandlung zu beseitigen.

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Abfallmetall hat*im allgemeinen einen Ölüberzug. Dieser Überzug kann gewünschtenfalls vor dem Tränken entfernt werden. Ein Verfahren zum Entfetten besteht darin, den Abfall zu erhitzen, um das .01 abzubrennen. Dieses Erhitzen kann vor oder nach dem Zusammenpressen durchgeführt werden. Es ist jedoch in wirtschaftlicher Hinsicht.vorteilhaft , das- Abfallmetall zu komprimieren und dann das komprimierte Metall zu erhitzen, um das Öl zu entfernen, wobei das Metall gleichzeitig vorerhitzt wird, bevor es in die Magnesiumschmelze für das Tränken eingeführt wird.

Wenn das komprimierte Metall vor· dem Einführen in die Magnesiumschmelze vorerhitzt wird, sollte dafür gesorgt werden, daß ein übermäßiges Oxydieren des Abfallmetalls verhindert wird. Das vorhandene Oxyd kann mit dem Magnesiummetall reagieren und zu einer heftigen Reaktion während der darauffolgenden Behandlung der eisenhaltigen Schmlzen beitragen sowie einen bedeutenden Anteil von Magnesium verbrauchen, wodurch der Wirkungsgrad verringert wird.-

Es hat sich herausgestellt, daß die Gewichtszunahme des komprimierten Netzwerks aus Abfallmetall infolge der Oxydation während des Vorerhitzens 3 % und vorzugsweise 1 % nicht übersteigen soll. .

Der Oxydationsanteil kann in den genannten Grenzen gehalten werden, wenn die Vorerhitzungstemperatur in Luft zwischen etwa 26o°C und 5^0⁰C gehalten wird. Es können Temperaturen von bis zu etwa 650 C benutzt werden, wenn die Vorerhitzungszeit geringer als etwa lh ist. Natürlich sind die oberen Grenzen der Vorerhitzungstemperatur dann nicht von Bedeutung, wenn das Vorerhitzen in' einer nicht oxydierenden Atmosphäre ausgeführt wird.

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- Io -

Weiterhin muß die Lagerung der mit Magnesium getränkten Körper sorgfältig vorgenommen werden, um eine Reaktion des Magnesiums mit Feuchtigkeit zu vermeiden. Dies kann dadurch auf einfache Weise erreicht werden, daß die getränkten Körper in einem geeigneten Behälter abgedichtet aufbewahrt oder daß die getränkten Körper mit einem Trocknungsmittel in eine Metallbüchse eingebracht werden, die einen dichtsitzenden Deckel hat.

Anhand der nachstehenden Beispiele wird die Erfindung näher erläutert.

Beispiel I

Feine Stahispäne mit einer Stärke von etwa 0,05 mm, einer Breite von etwa 3t 2 mm und einer Länge von etwa 25,4 mm werden mit einem chlorierten Lösungsmittel entfettet. Die entfetteten Späne haben eine Dichte von o,17 g/cm .

57 S der entfetteten Späne werden getrocknet und in eine Kompaktierkammer eingebracht, die einen Durchmesser von 44,5 mm und eine Höhe von 76»2 mm hat. Die Späne werden bei einem Druck von l4O_f6 kp/cm zu einem Brikett mit einem Durchmesser von 47»6 mm und einer Höhe von 17»8 mm kompaktiert. Die Dichte des Briketts beträgt 1,8 g/cm . Das kompaktierte Brikett bzw. der Presskörper wird eine Stunde lang :auf 454 C vorerhitzt, um das restliche Lösungsmittel zu entfernen. Der Oxydationsanteil während des Vorerhitzens beträgt weniger als 1 %.

Das Brikett wird dann in geschmolzenes Magnesium mit einer Temperatur von 732 C 5 min lang untergetaucht. Nachdem das getränkte Brikett aus dem geschmolzenen Magnesium entfernt und abgekühlt worden ist, wird es erneut gewogen. Es ergibt sich ein Gewicht von Io2 g und ein Gehalt von metallischem

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Magnesium von 44 Gew.-%. Vor dem Tränken mit Magne.sium hat das Brikett eine kurze Querzugfestigkeit {Zugfestigkeit des komprimierten Briketts, gemessen oder bestimmt über die Brikettdicke in Richtuig der Druckkräfte)(short transverse tensile strength

2 '

S.T.T.S.) von 0,23 kp/cm . Die Einzelheiten bezüglich der Ausführung und die Ergebnisse des Versuchs sind in Tabelle I zusammengestellt.

Beispiel 2 ■

Ein nach Beispiel 1 hergestelltes getränktes- Brikett und ein weiteres auf die gleiche Weise hergestelltes Brikett werden zum Entschwefeln von geschmolzenem Eisen verwendet. Die beiden Briketts werden in einer Tauchglocke angeordnet, die in 181 kg Eisenschmelze von einer Temperatur von 1454 C. eingeführt wird. Das in die Briketts eingedrungene Magnesium wird mit einer" mäßigen Geschwindigkeit freigesetzt, ohne daß trotz der hohen Konzentration von Magnesium von 78 Vol.-% eine heftige Reaktion oder ein Verspritzen der Schmelze auftritt. Der Schwefelanteil in der Eisenschmelze wird von 0,041% auf 0,013% reduziert. Einzelheiten des Ablaufes des EntschwefelungsVersuches sind in Tabelle II gezeigt.

Beispiel 3 -

Bei diesem Beispiel werden Stählspäne mit einer Stärke von 0,13 bis 0,25 mm, einer Breite von 3,17 bis 12,7 mm und einer Länge von etwa 25,4 mm verwendet. Die Fülldichte des Abfallmaterials beträgt 0,57 g/cm . Es wird die in Beispiel 1 beschriebene Verfahrensweise verwendet, mit der Ausnahme, daß in Beispiel 3 ein Brikett mit einem Durchmesser von

2 76,2 mm und einem Kompaktierungsdruck von 590,6 kp/cm

anstelle von 140,6 kp/cm hergestellt'wird. Das komprimierte Brikett wird 1 h auf 454°C erhitzt, um das öl ,auszubrennen. Einzelheiten des Versuches und die Ergebnisse sind in Tabelle I gezeigt. '

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Beispiel k

Das gemäß Beispiel 3 hergestellte Brikett wird zum Entschwefeln von Eisen verwendet. Das zum Entschwefeln des Eisens benutzte Verfahren entspricht dem von Beispiel 2. Einzelheiten des Versuchs sind in Tabelle II gezeigt.

Beispiel. 5

Durch dieses Beispiel soll die Herstellung- von Briketts ähnlich wie bei Beispiel 3 gezeigt werden, mit der Ausnahme, daß der Abfallstahl vor dem Tränken mit Magnesium nicht völlig entfettet ist. In der Form mit einem Durchmesser von 76,2 mm und einer Tiefe von 152,k mm werden 4o6 g Metallabfall in einer Stärke von o,13 bis o,5o mm, einer Breite von 1,6 bis 9»5 mm und einer Länge von etwa 25,^ mm angeordnet. Auf den Abfall wird mittels einer Ramme bzw. eines Kolbens ein Druck von 393,7 kp/cm ausgeübt. Man erhält ein Brikett mit einem Durchmesser von 76» 2 nun, einer Stärke von 27 mm und einer Dichte von .3»o4. g/cm . Das Brikett wird in geschmolzenem Magnesium etwa Io min lang untergetaucht und dann entfernt. In dem Brikett sind dann Ho g Magnesium eingedrungen, d. h. das Brikett enthält 21,7 % Magnesium. Die Einzelheiten des Versuches sind in Tabelle I gezeigt.

Beispiel 6

In diesem Beispiel soll ein Brikett ähnlich wie bei Beispiel 3 hergestellt werden, mit der Ausnahme, daß die Briketts vor dem Untertauchen in dem geschmolzenen Magnesium nicht vorerhitzt werden.

Stahlspäne mit einer Stärke von o,13 bis o,5o mm, einer

Breite von 1,6 bis 9„5 mm und einer Länge von etwa

25,4 mm werden durch -Trichloräthylen in einem Dampfentfetter entfettet. In eine Form mit einem Durchmesser von

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76,2 mm und einer Höhe von 152,% mm werden 385 g entfetteter Metallabfall eingebracht. Auf den Abfall wird ein Druck von 281,2kp/cm zur Erzeugung eines Briketts mit einem Durchmesser von 76,2 mm und einer Höhe von 25,4 mm ausgebüt. Das Brikett hat eine Dichte von 3,4 g/cm .

Das Brikett wird bei Raumtemperatur in geschmolzenem Magnesium etwa Io min lang untergetaucht, wobei die Magnesiumschme.lze auf einer Temperatur von 760 C gehalten ist. Nach dem Entfernen des Briketts aus dem geschmolzenen Magnesium wiegt das Brikett 5o5 g und enthält 21,7 % Magnesium. Die Einzelheiten des Versuchs sind in Tabelle I gezeigt.

Beispiel 7

Bei diesem Beispiel wird ein Brikett gemäß Beispiel 1 hergestellt, mit der Ausnahme, daß ein Kompaktierungsdruck von

351,5kp/cm verwendet wird. In eine Fprni mit einem Durchmesser von 44,5 mnt und einer Höhe von 76,2 mm werden 47,3 g entfettete feine Stahlspäne angeordnet. Nach dem Kampaktieren hat das Brikett einen Durchmesser von 44,5 mm, eine Stärke von 15 mm und eine Dichte von 2,4 g/cm * Nach dem Vorerhitzen des Briketts etwa 1 h lang auf 454 G wird es in geschmolzenem Magnesium untergetaucht und dann entfernt. Das getränkte Brikett wiegt 65»7 S ^unc* enthält 31 % Magnesium. Einzelheiten des Versuches sind in Tabelle I gezeigt.

Beispiel 8 -

98,4kp/cm verwendet wird,, In einer Form mit einem Durchmesser von 44,5 mm und einer Höhe von 76,2 mm werden 8,14 g entfettete Stahlspäne angeordnet. Auf das Abfallmaterial wirkt ein Druck von 98,4 kp/cm , so daß ein Brikett mit einem Durchmesser von 44,5 mm, einer Hohe von 515 nun und einer Dichte von 1,5 g/ca gebildet wird. ' ' .■ .

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Anschließend wird das kompaktierte Brikett etwa 1 h lang auf ¹ItJk⁰C zum Entfetten erhitzt. Nach dem Entfetten wird das kompaktierte Brikett mit Magnesium durch Untertauchen In einer Magnesiumschmelze getränkt. Das getränkte Brikett wiegt 17t5 g und enthält 53»5 Gew.-% Magnesium. Die Einzelheiten des Versuches sind in Tabelle I gezeigt.

Beispiel 9

Es wird ein Brikett wie in Beispiel 3 beschrieben hergestellt, mit der Ausnahme, daß das Brikett einen Durchmesser von 1^9i2 mm hat. In einen Formhohlrauin mit einem Durchmesser von 1^9,2 mm werden 227o g Stahlspäne mit einer Stärke von o,13 bis 0,25 mm, einer Breite von 3»2 bis 12,7 und einer Länge von etwa 25,^ tnm angeordnet. Das Brikett ist ^1,3 mm stark. Es wird ein Druck von 492,2 kp/ent verwendet. Das Brikett wird dann zum Entfetten erhitzt. Das entfettete Brikett, das 2l8o g wiegt, wird durch Untertauchen in geschmolzenes Magnesium damit getränkt» Das getränkte Brikett enthält 25 % Magnesium und wiegt 292o g. Einzelheiten des Versuches sind in Tabelle I gezeigt.

Wie vorstehend beschrieben, werden die mit Magnesium getränkten Briketts aus Abfalleisen zum Entschwefeln von Eisenschmelze verwendet. Zusätzlich dienen diese Briketts auch zur Herstellung von Kugelgraphitguß. Dies wird im folgenden Beispiel näher erläutert.

Beispiel Io

Es werden Briketts gemäß Beispiel 3 zum Kugeligmachen des Eisens verwendet. Dabei werden l8l,4 kg Eisen auf eine Temperatur von 1^5° C erhitzt. Anfänglich enthält das Eisen O₉o28 Gew.-^Schwefel und kein Magnesium. Mittels einer Tauchglocke werden 1797 g Briketts der oben beschriebenen Art der Eisenschmelze zugesetzt. Die Briketts enthalten

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395,3*4 g Magnesium oder 0,2177 Gew.-ψ der Eisenschmelze.

Durch Beobachten der Zeit,bis ein Treiben auf der Oberfläche der-Eisenschmelae eintritt, wird festgestellt, daß das Magnesium in 3 min, beginnend mit dem Zeitpunkt des Tauchens, vollständig reagiert hat» Es wird eine Probe des kugelig gemachten Eisens entnommen und die Glocke entfernt. Der Magnesiumgebalt des kugelig gemachten Eisens bzw» des Kugelgraphitgusses beträgt o,o52 Gew.-%, Der Schwefelgehalt ist auf o,oo7 Gew.-.% reduziert.

Weiterhin wird festgestellt, daß ein Sandguß des Kugelgraphitgusses bzw. kugeligen Eisens eine Zugfestigkeit von

2
46oo kp/cm , eine Stπ Dehnung von i4 % hat.

2 " 2,

46oo kp/cm , eine Streckgrenze von 2777 kp/cin und eine

Wie vorstehend ausgeführt wurde, müssen die Abfallmetallteilchen eine Größe haben, die innerhalb der vorstehend beschriebenen Grenzen liegt, um ein Netzwerk von ineinandergreifenden Stücken zu erhalten, welches eine Porosität von 5o bis 85 Gew.-% und eine kurze Queraugfestigkeit von wenigstens o,t4 kp/cm hat.

Beispiel 11 zeigt die Verwendung von A.bfallmetallstücken mit einer Größe, die innerhalb der spezifizierten Grenzen fällt. Beispiel 12 zeigt den Einsatz von Abfallmetallstücken, deren Größe außerhalb)der spezifizierten Grenzen liegt.

Beispiel 11

In eine Form mit einem Durchmesser von 76,2 mm und einer Höhe von 152,4 mm werden 393 g Abfallstahlstücke jnit einer Stärke von o,13 bis o,25 mm, einer Breite von 3,17 bis 12,7 mm und einer Länge von etwa 25,4 mm angeordnet. Auf

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de 4 J

- 16 -

und einer Stärke von 2^;l,5 mm hergestellt wird. Das kompaktierte Brikett hat eine Dichte von 31 17 g/cm und eine Porosität von 59i7 %· Die kurze Quorzugfestigkeit ist größer als o,37 kp/cin".

In einer Form mit einem Durchmesser von 44,5 mm werden 06,7 S Gußeisenbohrspäno, entsprechend einer Siebmaschemveite von 1,65 bis 0,07k mm eingebracht. Atif die Bohrspäne wird ein

1·)

Druck von <37ü,8 kp/cir/' ausgeübt. Man erhält ein Brikett mit einem Durchmesser von 44,5 mtn und einer Stärke von 15 mm. Dieses Brikett zerbröckelt bereits bei der geringsten Handhabung und ist zu schwach, um hinsichtlich der Zugfestigkeit geprüft zu werden.

Aus diesen beiden Beispielen sieht man, daß die Zugfestigkeit des Metallnetzwerkcist unzureichend ist, wenn Metallstücke mit einer Grb'l's verwendet werden, die unter den unteren Grenzen liegen« Zusätzlich ergibt sich, daß dd.e spezifizierten Größen und Formen der Abfallstücke die Herstellung von Briketts hoher Festigkeit bei niedrigeren Korapaktienmgsdruckcn ermögiichon.

Beispiel 13

Bei diesen) Beispiel werden AbfallstahJ späne verwendet, die den bei den vorstehenden Beispielen verwendeten ähnlich sind. Die Abfallstahlspäne wiegen Io,l6 kg und werden in einer ringförmigen Form mit einem Außendurchmesser von 36Ί mm und einem Innendurchmesser von 127 mm sowie einer Stark ο von i^2,^!i mm angeordnet. Die Späne werden mit einer

Belastung von maxiipa.l 907 t ( 900 kp/cm ) zusammengepreßt, so diäß man ein Metallnetzwerlc mit einem Außendurchmesser von 381 mm, einem Innendurchmesser von 127 mm und einer Stärke von 3o mm erhält. Dieses zusammengepreßte Netzwerk wird in

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. ■ " . ■ ■ ■2437IBB

einem Ofen bei 53^ C entfettet und mit metallischem Magnesium dadurch imprägniert, daß das metallische Netzwerk in die Schmelze des.metallischen Magnesiums eingebracht wird. Das imprägnierte Metallnetzwerk enthält 3° 6ew»-% Magnesium. Die Dichte des Metallnetzwerks vor dem Impragnieren beträgt 3i²9 g/cm , die Porosität 58-%· Eine Vielzahl solcher.imprägnierter und komprimierter Metallnetzwerke wird erfolgreich zum Entschwefeln eines* Eisen-Schmelzencharge verwendet.

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Tabelle I

Eisenabfall (g) Formdurchmesser (nun)

Formhöhe (mm)

2 Kolbendruck (kp/cm )

J₀ Brikettdurchmesser (mm)

ο Brikettstärke (mm)

^ Brikettdichte (g/cm³) j^j Brikett gewicht nach dem Tränken (g) % Magnesium im Brikett

1	3	Beispiel ^N**. 5 6	395	7	8	9	1. 00 I
57	490	4o6	76,2	47,3	8,i4	2270
44,5	76,2	.76,2	152,4	44,5	44,5	149,2
76,2	152,4	152,4	281,2	76,2	76,2	—
140,6	590,6	393,7	76,2	351,5	98,4	492,2
47,6	76,2	76,2	25,4 3,4	44,5	44,5	149,2
17,8 1,8	28,6 3,4	27,o 3,o4	5o5	15,o 2,4	5,5 1,5	41,3 3,l4
Io2	615	515	21,7	65,7	17,5	2920
44	22	21,7	0, 2o	31	53,5	25
0,23	o,39	o,32	o,22	0, 2o	0,18

Tabelle IT Beispiel Nr. 2_ 4

Gewicht der Eisenschmelzencharge (kg) Chargentemperatur ( C) '

cn ' Anfänglicher Schwefelgehalt der Charge (%) o,o4l

σο Anteil an eingedrungenem Magnesium (kg)

-^ ■ ■ Reaktionszeit (see)

'_ω Abschließender Gehalt der Charge (%)

co ■ ■ , .-'■■,

Restmagnesium im Eisen (%) ■ o,ol5

181	7257
1454	i4l6
o,o4l	0,03
o,l4-	4,5
180	9ö
P» 013	0, olo

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Aus den vorstehenden Ausführungen und durch die Beispiele ergibt sich, daß erfindungsgemäß ein überlegenes Produkt hergestellt wird, welches ein Netzwerk aus eisenhaltigem Metall mit niedriger Dichte, hoher Porosität und hoher Festigkeit aufweist, welches mit einem hohen Prozentsatz von Magnesiummetall getränkt werden kann. Dieses Produkt ist bekannten Produkten hinsichtlich der Verwendung zum Entschwefeln von Eisenschmelze oder zur Herstellung von Kugelgraphitguß überlegen.

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Claims

PATENTANSPRÜCHE

1. Poröse Masse aus eisenhaltigem Metall, insbesondere für die Aufnahme von Magnesium, gekennzeichnet durch Abfallmetallstücke willkürlicher Größen, die in zufälliger Ordnung zur Bildung eines Metallnetz\irerks der ineinandergreifenden Stücke zusammengepreßt sind, wobei die Hohlräume .zwischen den Stücken, ein Labyrinth von durch das Netzwerk' gehenden Lücken bilden, die Masse eine Dichte von 1,2 bis ^i₉O g/cm hat, die Zwischenräume in dem Netswerk eine Porosität von 5o % bis 85 % ergeben und das Metallnetzwerk eine kurze Querzugsfestigkeit von wenigstens ο,ΐΛ kp/cm aufweist.

Poröse Masse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zwischenräume mit Magnesium gefüllt sind und der Magnesiumanteil in den Zwischenräumen l8 bis 55 6ew.-?6 des das Magnesium enthaltenden Metallnetzwerks beträgt.

3ο Poröse Masse nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Metallnetzwerk mit metallischen Magnesium imprägniert ist. "

4. Poröse Masse nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Metallnetzwerk mit einer Magnesiumlegierung imprägniert ist.

5„ Poröse Masse nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Abfallstücke aus eisenhaltigem Metall in dem Netzwerk spezielle Großen haben, nämlich eine Länge von 3 bis 2oo nun, eine Breite von o,4 bis 25,4 mm und eine Stärke von o,o25 bis 2,5 mm.

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6. Poröse Masse nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Abfallstücke aus eisenhaltigem Metall Abfallstücke aus Stahl sind.

7. Poröse Masse nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Stücke aus eisenhaltigem Metall Stahlspäne sind.

8. Verfahren zum Herstellen einer porösen Masse nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß Abfailstücke aus eisenhaltigem Metall so gewählt werden, daß sie eine Dichte von o,l bis l,o g/cm haben, daß die Stücke zu einem Metallnetzwerk mit einer Dichte von 1,2 bis 4,ο g/cm und einer Porosität von 5o % bis 8o % sowie einer kurzen Querzugsfestigkeit von wenigstens o,lA kp/cin kompaktiert werden, daß das Metallnetzwerk in einem Magnesiumschmelze untergetaucht wird, um das Netzwerk mit dem Magnesium zu tränken, so daß das. getränkte Metallnetzwerk l8 bis 55 Gew.-?6 des getränkten Netzwerks Magnesium enthält,und daß dann das getränkte Netzwerk aus der Magnesiumschmelze entfernt wird.

9· Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die gewählten Stücke aus eisenhaltigem Metall eine Länge zwischen 3 und 13o mm, eine Breite zwischen o,k und 25,4 mm und eine Stärke zwischen o,o25 und 2,5 «im haben.

Io. Verfahren nach Anspruch 8 oder 9» dadurch gekennzeichnet daß die Abfallstücke aus eisenhaltigem Metall einen Ölüberzug haben, der durch Erhitzen der Stahlstücke entfernt wird, wobei das Öl abbrennt.

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11. Verfahren nach Anspruch lo, dadurch gekennzeichnet, daß zum Abbrennen des Öls das Metalinetzwerk vor dem Eintauchen in die Magnesiumschmelze auf eine Temperatur von 260 C bis 650 C vorerhitzt wird.

12. Verfahren nach Anspruch i'l, dadurch gekennzeichnet, daß die Gewichtszunahme durch Oxydation des Metallnetzwerks auf einem Wert von nicht mehr als 3 % gehalten wird.

13· Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß das aus der Magnesitimschmelze entfernte getränkte Metallnetzwerk in ein Ölbad zur Abkühlung untergetaucht wird, wobei das abgekühlte getränkte Netzwerk nach dem Entfernen aus dem Öl einen Ölüberzug hat., wodurch die Oxydation des imprägnierten Magnesiums verhindert wird.

lk. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 13, dadurch

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gekennzeichnet, daß ein Druck von- ./Ο bis 1126 kp/cm zur Bildung des Metallnetzwerkes verwendet wird.

15. Verwendung einer nach einem'der Ansprüche 8 bis lk hergestellten porösen Masse zum Behandeln von geschmolzenem Eisen, dadurch gekennzeichnet, daß das mit Magnesium getränkte poröse eisenhaltige Metallnetzwerk in.die Eisenschmelze eingetaucht, wird, um deren Schwefeigehalt zu reduzieren, wobei das imprägnierte Magnesium aus dem Netzwerk schnell und systematisch freigesetzt wird,

16. Verwendung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß das mit Magnesium imprägnierte poröse Metallnetzwerk in die Eisenschmelze mittels einer Tauchglocke eingebracht wird.,

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17. Verwendung nach Anspruch 15 oder l6, dadurch gekennzeichnet, daß pro Tonne Eisenschmelze etwa

375 bis 750 g getränktes Magnesium eingesetzt werden.

18. Verwendung einer nach einem der Ansprüche 8 bis 14 hergestellten porösen Masse zum Erzeugen von Kugelgraphitguß, dadurch gekennzeichnet, daß das poröse, mit Magnesium getränkte Metallnetzwerk in die Eisenschmelze eingetaucht wird, wobei dieser Körper genügend Magnesium enthält, um das Eisenmetall zu entschwefeln und um einen Kugelgraphitguß zu bilden, wobei das imprägnierte Magnesium aus dem Netzwerk schnell und systematisch freigesetzt wird.

19. Verwendung nach Anspruch l8, dadurch gekennzeichnet, daß pro Tonne geschmolzenes Eisen 1,50 bis 2,50 kg getränktes Magnesium eingesetzt werden.

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