DE2507160C3 - Verfahren zur Herstellung von hochbeanspruchbarem Gußeisen und Raffiniermittel zu dessen Durchführung - Google Patents

Verfahren zur Herstellung von hochbeanspruchbarem Gußeisen und Raffiniermittel zu dessen Durchführung

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DE2507160C3
DE2507160C3 DE19752507160 DE2507160A DE2507160C3 DE 2507160 C3 DE2507160 C3 DE 2507160C3 DE 19752507160 DE19752507160 DE 19752507160 DE 2507160 A DE2507160 A DE 2507160A DE 2507160 C3 DE2507160 C3 DE 2507160C3
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Tadashi Nishinomiya Hyogo; Tanimura Hiromu Fukuoka; Tanaka Yoshio Takarazuka; Togawa Susumu Amagasaki; Hyogo; Miyaoka (Japan)
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2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man ein Raffiniermittel aus 20 bis
40 Gewichtsprozent, vorzugsweise etwa 30 Gewichtsprozent CaO, 8 bis 20 Gewichtsprozent, 20 jeweils eine Entschwefelung und
vorzugsweise etwa 10 Gewichtsprozent Graphit, bewirken, machen jedoch relativ
8 bis 15 Gewichtsprozent, vorzugsweise etwa
10 Gewichtsprozent Ca — Si, Rest CaC2 verwendet.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß man das geschmolzeae Roheisen mit 2 bis 10 Gewichtsprozent des P.af finiermittels umsetzt.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
Arbeits
gänge erforderlich und führen je nach den Rand bedingungen vielfach auch nicht zu verläßlicher Ergebnissen.
Aufgabe der Erfindung ist es nun, ein Verfahrer der eingangs genannten Art und ein zu dessen Durch führung geeigentes Raffiniermittel zu schaffen, welch* unter Vermeidung der bisherigen Nachteile ohn* Verwendung von Fluoriden eine einfache und unauf
dadurch gekennzeichnet, daß man das geschmolzene 30 wendige Herstellung von Gußeisen mit hervorragender Roheisen mit dem Raffiniermittel bei Tempera- Eigenschaften gestattet, das auch ohne Verwenduni türen von mindestens 150O0C umsetzt. kugelbildender Zusatzmittel kugelgraphithaltige Struk
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, turbereiche aufweist.
dadurch gekennzeichnet, daß man das geschmol- Zur Lösung dieser Aufgabe ist das Verfahren zu
zene Roheisen in einem Lichtbogenofen etwa 35 Herstellung von hochbeanspruchbarem Gußeisen de 20 bis 60 Minuten, vorzugsweise etwa 30 Minuten, eingangs genannten Art erfindungsgemäß dadurcl mit dem Raffiniermittel umsetzt. gekennzeichnet daß man das geschmolzene Roheisei
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei Temperaturen oberhalb der Zersetzungstemperatu dadurch gekennzeichnet, daß man das geschmol- von SiO2 in Gegenwart von C mit einem Raffinier zene Roheisen in einem Konverter bei Tempera- 40 mittel aus:
türen oberhalb von 1700cC und vorzugsweise bei etwa 1770° C unter mechanischem Rühren 2 bis 10 Minuten, vorzugsweise etwa 5 Minuten, mit dem Raffiniermittel umsetzt.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß man nach der Umsetzung mit dem Raffiniermittel in das geschmolzene Roheisen ein die Bildung von Kugelgraphit förderndes, vorzugsweise rnagnesiumhaltiges Zusatzmittel einbringt.
8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß man in das geschmolzene Roheisen 10 bis 90 Gewichtsprozent CaO, 5 bis 30 Gewichtsprozent Graphit, 5 bis 20 Gewichtsprozent Ca — Si, Rest CaC2
0,035 bis 3 Gewichtsprozent eines die Bildung von Kugelgraphit fördernden, magnesiumhaltigen Zusatzmittels einbringt.
9. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß man in das geschmolzene Roheisen höchstens 0,04 Gewichtsprozent reines Magnesium einbringt.
umsetzt.
Nach einer bevorzugten Ausführungsform verwende man ein Raffiniermittel aus 20 bis 40 Gewichtsprozent vorzugsweise etwa 30 Gewichtsprozent, CaO, 8 bi 20 Gewichtsprozent, vorzugsweise etwa 10 Gewichts prozent, Graphit und 8 bis 15 Gewichtsprozent vorzugsweise etwa 10 Gewichtsprozent, Ca — Si, Res CaC2. Das geschmolzene Roheisen kann in den meistei Fällen bei Temperaturen oberhalb von 150O0C mi 2 bis 10 Gewichtsprozent des Raffiniermittels umge setzt werden. Die Umsetzung kann vorteilhaft inner halb von 20 bis 60 Minuten, vorzugsweise etwa 30 Mi nuten, in einem Lichtbogenofen oder aber innerhall
10. Raffiniermittel zur Herstellung von hoch- 60 von 2 bis 10 Minuten, vorzugsweise etwa 5 Minuten beanspruchbarem Gußeisen, gekennzeichnet durch unter mechanischem Rühren in einem Konverter be einen Gehalt von 10 bis 90 Gewichtsprozent, Temperaturen oberhalb von 1700° C, vorzugsweise vorzugsweise 20 bis 40 Gewichtsprozent, CaO, bei etwa 177O0C, durchgeführt werden.
5 bis 30 Gewichtsprozent, vorzugsweise 8 bis Zur Herstellung von Kugelgraphit-Gußeisen kam
20 Gewichtsprozent, Graphit, 5 bis 20 Gewichts- 65 in das geschmolzene Roheisen zusätzlich ein die prozent, vorzugsweise 8 bis 15 Gewichtsprozent,
Ca — Si, Rest CaC2.
Bildung von Kugelgraphit förderndes, vorzugsweise magnesiumhaltiges Zusatzmittel in einer auf da geschmolzene Roheisen bezogenenen Menge voi
bis 3 Gewichtsprozent eingebracht werden. ijTV gönnen in das geschmolzene Roheisen höch- *4 Gewichtsprozent, insbesondere höchstens 0,04 Gewichtsprozent, reines Magnesium eingebracht wer-
der Erfindung ist schließlich ein zur Durchführung des Verfahrens, Aennzeici""-. durch einen Gehalt von 10 bis 90 GiuMrtsorozent, vorzugsweise 20 bis 40 Gewichtsprozent, r O S bis 36 Gewichtsprozent, vorzugsweise 8 bis onn'ewichtspiOzent, Graphit, 5 bis 20 Gewichtsprozent, vorzugsweise 8 bis 15 Gewichtsprozent, Ca - Si, ReNacn dem erfindungsgemäßen Verfahren wird das Roheisen zunächst auf Temperaturen oberhalb der- >nieen Temperatur erwärmt, bei welcher sich SiO2 • Gegenwart von C zersetzt. Bei dieser Temperatur m. Jj85 geschmolzene Roheisen mit dem t/findungs- ^maßen Raffiniermittel ohne Anwendung einer Kueelbildungsbehandlung mit Mg oder anderen Elementen in ein hochbeanspruchbares Gußeisen überführt, das Kugelgraphit in Teilen seiner Struktur
ach einer Ausführungsform des Verfahrens wird ein Lichtbogenofen, beispielsweise ein Chargen-Lichtbogenofen, aus einem anderen Schmelzofen mit geschmolzenem Roheisen beschickt oder im Lichtbogenofen aus einem entsprechenden Einsatzmatcrial Roheisen erschmolzen. Das erhaltene Roheisen wird dann auf eine Temperatur erhitzt, bei welcher SiO2 in Gegenwart von C zerlegt wird (bei normalem Gußeisen etwa 14500C). Nachfolgend wird dann in das geschmolzene Roheisen, bezogen auf dessen Gewicht 2 bis 10 Gewichtsprozent des Raffiniermittels eingebracht, das in Berührung mit dem Roheisen reagiert und die gewünschte Raffination, einschließlich Desoxidation und Entschwefelung bewirkt.
In dem erfindungsgemäß verwendeten Raffiniermittel bewirkt das CaO eine Entschwefelung sowie eine Schlackenbildung (Einstellung der Basizität), während der Graphit eine Desoxidation einschließlich einer Zerlegung des SiO2 und das Ca — Si eine Desoxidation und das CaC2 eine Entschwefelung und einen Ausgleich der Zusammensetzung bewirkt. Da das erfindungsgemäß verwendete Raffiniermittel überwiegend aus Graphit und CaO besteht, liegt der Schmelzpunkt der Schlacke hoch, so daß die Raffinationstemperatur mindestens etwa 15000C betragen soll, um eine hinreichende Fließfähigkeit der Schlacke und eine zufriedenstellende Umsetzung in Berührung mit dem geschmolzenen Metall zu erhalten, während die Desoxidationsreaktion infolge des im geschmolzenen Metall enthaltenen Graphits und des zugegebenen Graphits iebhaft beschleunigt wird. Das das geschmolzene, fließfähige Raffiniermittel in der vorstehend beschriebenen Weise mit dem über die SiO2-Zersetzungstemperatur erhitzten, geschmolzenen Metall in Berührung steht, laufen die Desoxidationsreaktion und die Entschwefelungsreaktion nach Art ίο der Phasengrenzreaktion, wobei sie durch die genannten Funktionen der Bestandteile des Raffiniermittels unterstützt werden. Da die Raffinationstemperatur relativ hoch ist und oberhalb der SiOrZersetzungstemperatur liegt, wird die Neubildung von SiO2 verhiiidert, die sonst eintreten würde, sobald das SiO2 in geschmolzenem Metall durch Umsetzung mit C zerlegt wird, wobei angenommen wird, daß derartiges SiO2 den Keim des Schuppengraphits bildet. Mit fortschreitender Raffinationsdauer steigt die Temperatür des geschmolzenen Metalls an, wobei die Berührur.gsreaktion zwischen dem Raffiniermittel und dem geschmolzenen Metall fortschreitet, bis dessen Schwefelgehalt unter 0,005% und dessen O2-Gehalt unter 10 ppm liegt. Gleichzeitig wird das CaO und MgO in den feuerfesten Materialien des Ofens mehr oder weniger reduziert und die Graphitstruktur dutch die Einwirkung des Ca — Si im Raffiniermittel von der Schuppenstruktur zur eutektischen Struktur und dann zu einer Mischung aus Vermicular-Graphit und feinteiligem oder kugeligem Graphit umgewandelt. Die weitere Raffination führt zu inversem HartguU. In einer Reihe von Versuchen wurde die Auswirkung der Raffinationstemperatur sowie des Ausmaßes der Desoxidation und der Entschwefelung auf die Graphitstruktur untersucht. Im Versuch 1 wurde zu Vergleichszwecken ein nicht raffiniertes Gußeisen und in den Versuchen 2 bis 5 jeweils ein nach dem einndungsgemäßen Verfahren unter Verwendung eines Raffiniermittels mit einem Gehalt von 30 Gewichtsprozent CaO, 10 Gewichtsorozent Graphitpulver, 10 Gewichtsprozent Ca — Si, Rest CaC2 erzeugtes Gußeisen verwendet, wobei jeweils an den Gußstücken die Graphitstruktur
untersucht und an einem in einer Sandform gegossenen Rundstab (Durchmesser 30) die Zugfestigkeit und die Bruchdehnung bestimmt wurden. Die Ergebnisse dieser Versuche sind in der folgenden Tabelle I zusammengestellt.
Die F i g. 1 bis 5 zeigen jeweils Mikrofotografien (10Ofache Vergrößerung) der Metalbtruktur der bei den Versuchen 1 bis 5 erhaltenen Gußstücke.
laoeue
Versuch
1
Raffination
Zeit 30 Zusammensetzung Si S Mg O2 Graphitsiruktur Festigktitseigenschaften
Zugfestig- Bruch-
dehnung
Tempe (min) 30 C (%) (%) (%) (ppm) keit (%)
ratur
(0Q
unbehandelt 30 (%) 1,72 0,084 0,006 51 (kg/cm8) 0,4
1 1540 30 3,38 1,76 0,006 0,018 13 schuppig 22,1 1,0
2 1595 3,59 1,80 0,004 0,021 8 feinteilig 28,4 2,2
3 1660 3,66 1,77 0,003 0,020 6 schuppig +
kugelig
30,7 4.6
4 1720 3,68 1,84 0,003 0,022 6 vermicular +
kugelig
38,5 0,6
5 3,73 kugelig + 18,6
5 6
Das erfindungsgemäße Verfahren bewirkt in der Metalls durch Einblasen von Sauerstoff zu erhöhen. vorstehend beschriebenen Weise eine Desoxidation In einem entsprechenden Versuch wurde ein aus und eine Entschwefelung des Roheisens und eine einem Hochofen stammendes Roheisen mit einem Zerlegung von SiO2. Die Menge des erfindungsgemäß Gehalt von 4,2 Gewichtsprozent C, 7 Gewichtsprozent zu verwendenden Raffiniermittels hängt in gewissem 5 SiO, 0,046 Gewichtsprozent S und 45 ppm O2 in einem Umfange von der Art des zur Raffination verwendeten Konverter unter Verwendung von 30 m3 pro t geOfens ab. So werden zweckmäßig bei einem Chargen- schmolzenes Roheisen bis zu einem CO-SiedezustEind Lichtbogenofen 4 bis 5 Gewichtsprozent, bei einem bei 1770°C «rhitzt. In das so behandelte Roheisen kontinuierlich arbeitenden Raffinationsofen wegen mit einem Gehalt von 2,7 Gewichtsprozent C, 0,0 Gegewisser Rückstände 2 bis 5 Gewichtsprozent und in io wichtsprozetil. Si und 0,043 Gewichtsprozent S wurden solchen Fällen, bei denen das Raffiniermittel in einem 0,8 Gewichtsprozent Fe — Si und 3% des crfindungs-Chargen-Lichtbogenofen mit großer Füllstandshöhe gemäßen F aifiniermittels eingebracht und während des geschmolzenen Metalls wiederholt benutzt werden etwa 5 Mimten unter mechanischem Rühren mit dem soll, 5 bis 10 Gewichtsprozent, jeweils bezogen auf Metall umgesetzt, wobei ein Gußeisen mit einem das Gewicht des Roheisens, zugegeben. Da das nach 15 Gehalt von 3,65 Gewichtsprozent C, 1,68 Gewichtsdem erfindungsgemäßen Verfahren behandelte Roh- prozent Si, 0,004 Gewichtsprozent S und 7 ppm O2 eisen aus einem Hochofen, aus einem Elektroofen oder erhalten wurden. Das Vergießen erfolgte unter den aus einem Kupolofen stammen kann, ist zur Sicher- Bedingungen der in Tabelle I aufgeführten Versuche, stellung der Desoxidation und eines zur Neutralisation Das erhaltene Gußstück zeigte eine Zugfestigkeit von etwa 0,2 bis 5 Gewichtsprozent SiO2 aus dem 20 von 37,5 kg/mm2 und eine Bruchdehnung von 2,1% Ofen hinreichenden Basizitätsgrades (zweckmäßig sowie eutektische, kugelige und vermiculare Graphit-CaO/SiO2 > 2) ein auf die Gesamtmenge des Raffi- struktur.
niermittels bezogener Gehalt zwischen 10 und 90 Ge- Das nach dem erfindungsgemäßen Verfahren erwichtsprozent CaO erforderlich. Um den im suspen- haltene Material kann in dem in der vorstehend diesen SiO2 und in anderen Substanzen vorliegenden 25 beschriebenen Weise' raffinierten Zustand als hoch-Sauerstoff in Form von CO zu entfernen, muß sicher- beanspruchbares Gußeisen eingesetzt werden, darüber gestellt werden, daß der Kohlenstoffgehalt des ge- hinaus zu Kiigelgraphit-Gußeisen verarbeitet werden. schmolzenen Metalls bei hohen Temperaturen als Da darin bereits Kugelgraphit kristallisiert ist, ist die Desoxidationsmittel wirkt. Wie Versuche mit dem erforderliche Zugabemenge an kugelbildendem Zusatzerfindungsgemäßen Verfahren, einschließlich derjeni- 30 mittel sehr gering. Darüber hinaus kann dieses auf gen der Tabelle I, ergeben haben, soll das diese sehr einfache Weise eingebracht werden. So kann Reaktion unterstützende Graphitpulver in einer Menge beispielsweise ein Gießverfahren mit Voreinbringung zwischen 5 und 30 Gewichtsprozent anwesend sein. angewandt werden, bei welchem in die Form zunächst Mengen unterhalb von 5 Gewichtsprozent ergeben das kugelbildende Zusatzimittel und nachfolgend das demgegenüber keine hinreichende Wirksamkeit, wäh- 35 geschmolzene Metall eingebracht wird. Im Vergleich rend Mengen oberhalb von 30 Gewichtsprozent zu zu den bekannten Verfahren sind die Mengen an einer hinsichtlich der Zusammensetzung des Guß- zugegebenen Mg und an verbleibendem Mg nur Siehr eisens normalerweise nicht wünschenswerten, über- gering. Bei Verwendung von reinem Mg sind Mengen mäßigen Aufkohlung des Gußeisens führen. Es wurde von unter 0,04 Gewichtsprozent zur Kugelbildung ferner festgestellt, daß die Zugabe von etwa 5 bis 40 ausreichend. Daher ist die Carbidstabilisierungs-20 Gewichtsprozent Ca — Si die angestrebte Wirkung wirkung durch Magnesium oder durch von diesem erheblich unterstützt und gleichzeitig als Ca-Quelle nicht entfernten Sauerstoff injjihrer Größe so verringert, dient. Zum Ausgleich der Zusammensetzung der daß das Gußstück in seinem Gußzustand leicht Bestandteile wird ferner CaC2 verwendet, das für die ferritisiert wird und fast keine Gießfehler, wie Schlacke Entfernung von Sauerstoff und Schwefel nützlich 45 oder Lunkerhohlräume, aufweist. Die Ferritisierung und unschädlich ist. schreitet dabei auch bei geringeren Gehalten an Si
Die Auswirkungen der Zusammensetzung des als gewöhnlich zufriedenstellend fort, erfindungsgemäßen Raffiniermittels werden durch die In einer Versuchsreihe wurde jeweils Kugelgraphit- Temperatur stark beeinflußt und verändern sich Gußeisen unter Verwendung von nach dem erfintheoretisch mit der Menge an Kohlenstoff. Die 50 dungsgemäßen Verfahren raffiniertem Roheisen und Einwirkung der Bestandteile des Raffiniermittels soll verschiedener kugelbildender Zusatzstoffe hergestellt zweckmäßig bei Temperaturen oberhalb der Zer- und zu Gußstücken verarbeitet. Die Materialzusetzungstemperatur von SiO2 (bei normalem Guß- sammenseüning sowie die Struktur und die Festigkeitseisen etwa 14500Q und vorzugsweise bei Temperaturen eigenschaften der erhaltenen Gußstücke sind in der oberhalb von 15000C erfolgen, bei welchem die einen 55 folgenden Tabelle II zusammengestellt Bei den Verweiteren Faktur der Umsetzung bildende Viskosität suchen 6 und 7 bestand das untersuchte Gußstück des Raffiniermittels zufriedenstellend ist. Bei derart jeweils aus einem Y-Block gemäß JIS G 5502 A und hohen Temperaturen ist ferner eine synergistische beim Versuch 8 aus einem Rohr (Durchmesser Wirkung zu erwarten, indem das im Raffiniermittel 250 mm, Länge 500 mm).
enthaltene CaO mit C zu CaC2 reagiert und so eine 60 Das erfiodungsgemäße Verfahren führt im Vergleich die Desoxidation beschleunigende Reduzierwirkung zu den herkömmlichen Methoden za erheblichen ausübt Darüber hinaus kann gegebenenfalls ein Fluß- Vereinfachungen und ermöglicht dennoch eine ver- mittel zur wirksamen Verbesserung der Viskosität läßliche Herstellung von hochbeanspruchbarem Gußeingesetzt werden, obgleich dies normalerweise nicht eisen, das teilweise Kugelgraphit- enthält Das geerforderlich ist 65 schmolzene Metal! wird ohne Erfordernis einer Zur Durchführung des erfindungsgemäßen Ver- besonderen Entschwefelung oder Kugelbildungsbefahrens kann an Stelle eines Ofens auch ein Konverter handlung auf Temperaturen oberhalb der Zersetzungs- benutzt werden, um die Temperatur des geschmolzenen temperatur von SiO2 erhitzt und in diesem Temperatur-
bereich im Kontakt mit dem erfindungsgemäßen Rafrmiermittel umgesetzt, wobei eine zufriedenstellende Desoxidation, Entschwefelung und SiO2-Zerlegung erreicht wird. Das erhaltene, hochbeanspruchbare
Gußeisen eignet sich als Material zur Herstellung v< Produkten einschließlich Kugelgraphit-Gußeisen ui im Gußzustand ferrithaltigen Kugelgraphit-Gußeise teilen.
Tabelle II Gehalt Zugabc des
kugel
bildenden
Mittels
Zusa mmensctzung
C Si Mn
(%) (°/o) r/o)
2,23 0,27 P
(0/„)
S Mg Struktur
Kugel
bildung
Fer
rit
Eigenschaften
Zug- Bruch
festigkeit dehnung
(kg/mm!) (%)
lö,2
Ver
such
Kugel-
bilden
des
Mittel
( /o)
3% Mg in die
Form
3,46 2,30 0,26 0,044 0,006 0,034 85 95 47,9 19,4
6 0,8 1,5% Mg in die
Form
3,51 2,28 0,25 0,048 0,005 0,033 85 98 45,8 15.9
7 1,2 Rein-Mg unter
Druck
3,52 Hierzu 2 Blatt 0,046 0,006 0,032 85 93 51,0
8 0,035 Zeichnungen

Claims (1)

Patentansprüche:
1. Verfahren zur Herstellung von hochbeauspruchbarem Gußeisen, bei welchem geschmolzenes Roheisen bei hohen Temperaturen mit einem Raffiniermittel behandelt wird, dadurch gekennzeichnet, daß man das geschmolzene Roheisen bei Temperaturen oberhalb der Zersetzungstemperatur von SiO4 in Gegenwart von C mit einem Raffiniermittel aus:
10 bis 90 Gewichtsprozent CaO,
5 bis 30 Gewichtsprozent Graphit,
5 bis 20 Gewichtsprozent Ca — Si,
Rest CaC1
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herste hing von hochbeanspruchbarem Gußeisen durch Raffination von geschmolzenem Roheiben bei hohen Temperaturen in Gegenwart eines Raffiniermittels sowie ein zu dessen Durchführung geeignetes Raffiniermittel. Die vorbekannten Verfahren dieser Art verwenden fluoridhaltige Raffiniermittel, wie AlF2, CdF2 und/odei ZnF. oder eine Schlacke mit einem Gehalt an Oxiden, Cyaniden, Carbonaten und Fluoriden von Alkali- und
ίο Erdalkalimetallen und/oder Calciumnitnd, oder MgF. und/oder CaSi2. Bei einer weiteren Behandlungsmethode wird Calciumsilicid, Calciumfluond und/odei magnesiumhaltiges Siliciumeisen verwendet Diese bekannten Verfahren führen jedoch zu Schwierig
is keiten, da die Schlacke wegen der verwendeten, derer Schmelzpunkt erniedrigenden Fluonde zur Vermeidung gefährlicher Umweltverschmutzungen nichi ohne zusätzliche Vorbehandlung beseitigt oder abge lagert werden kann. Die bekannten Verfahren solJei
umsetzt.
DE19752507160 1974-02-23 1975-02-20 Verfahren zur Herstellung von hochbeanspruchbarem Gußeisen und Raffiniermittel zu dessen Durchführung Expired DE2507160C3 (de)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2166974A JPS5412083B2 (de) 1974-02-23 1974-02-23
JP2166974 1974-02-23

Publications (3)

Publication Number Publication Date
DE2507160A1 DE2507160A1 (de) 1975-08-28
DE2507160B2 DE2507160B2 (de) 1976-02-19
DE2507160C3 true DE2507160C3 (de) 1976-09-30

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