DE2531573C2 - Zusatz zu Metallschmelzen und Verfahren zum Einbringen des Zusatzes in eine Schmelze - Google Patents

Zusatz zu Metallschmelzen und Verfahren zum Einbringen des Zusatzes in eine Schmelze

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DE2531573C2 DE2531573A DE2531573A DE2531573C2 DE 2531573 C2 DE2531573 C2 DE 2531573C2 DE 2531573 A DE2531573 A DE 2531573A DE 2531573 A DE2531573 A DE 2531573A DE 2531573 C2 DE2531573 C2 DE 2531573C2
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Description

.'0
Die Erfindung betrifft einen Zusatz zu Metallschmelzen, insbesondere Eisenschmelzen, gemäß Oberbegriff des Anspruches 1. Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Einbringen eines Zusatzes in eine Eisenschmelze. «
Es ist allgemein bekannt, Metallschmelzen, wie z. B. Stahl, Legierungs- und Behandlungszusätze zuzugeben. Auch die Zugabe solcher Zusätze in drahtähnlicher Form ist bereits bekannt und wurde beispielsweise in der US-PS 36 34 075 und in »Iron Age«, Ausgabe vom >o 28. Oktober 1971 beschrieben. Außerdem wurde die Verwendung drahtförmiger Zusätze vorgeschlagen, um einer Stahlschmelze ein zusätzliches Material zuzugeben. Unter der Voraussetzung, daß nach wesentliche weitere Bedingungen erfüllt sind, gestatten drahtförmige Legierungs- und Behandlungszusätze, daß die metallurgischen Eigenschaften bei Gußprodukten sehr genau gesteuert werden können.
Seit langem besteht das Problem, in eine Metallschmelze, insbesondere eine Eisenschmelze, solche t>o Stoffe einzuführen, die bei der Temperatur der Schmelze leicht flüchtig sind. Wenn solche Zusätze in Form eines ummantelten Drahtes eingeführt werden, schmelzen die im Mantel befindlichen Werkstoffe, wie z. B. Magnesium, bei einer Temperatur unterhalb des b5 Schmelzpunktes der Eisenschmelze und werden durch das Schmelzen vorzeitig freigesetzt. Zum Beispiel ist in der US-PS 30 56 190 ein Verfahren beschrieben, bei dem aus Magnesium und Silizium Magnesiumsilizid hergestellt und dieses in eine Eisenumhüllung eingelagert wird. Aber selbst bei einem Zusatz dieser Form neigt das Magnesium zum vorzeitigen Austreten in die Schmelze. Nach der US-PS 37 41 753 wird Mangan einer Stahlschmelze unter Vakuumbedingungen zugesetzt, wobei das Mangan verhältnismäßig leicht flüchtig ist und somit zu weiteren Schwierigkeiten führt
Aus der DE-PS 8 29 802 ist bekannt, zur Entschwefelung und/oder Desoxidation von Eisen- und Metallschmelzen sowie zur Erzeugung von sphärolithischem Gußeisen in die Schmelze Drähte aus Magnesium oder ähnlich wirkenden Metallen oder Legierungen, die mit feuerfesten Massen ummantelt sind, einzutauchen. Weiter ist aus der DE-OS 21 37 996 ein Verfahren bekannt, das hauptsächlich die Einführung von Lanthanoiden in Kupferschmelzen betrifft- Da diese Metalle in dem für die Verwendung vorgesehenen, praktisch reinen Zustand pyrophor sind, werden sie mit Kupfer plattiert, z. B. durch Einfüllen in ein Rohr und nachträgliches Ziehen. Die Ummantelung bildet bei der Einführung in die Schmelze eine im wesentlichen mechanisch wirkende Absperrung, die dafür sorgen soll, daß nur das an der Spitze des Drahtes frei liegende Material in Kontakt mit der Schmelze tritt, eine ähnliche Wirkung, wie sie mit der Umhüllung mit feuerfestem Material gemäß DE-PS 8 29 802 angestrebt wird.
Bei vielen Zusätzen genügt die mechanische Abschirmung nicht. Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, einen Zusatz zu schaffen, der neben der rein mechanischen Abschirmung des eigentlichen Zusatzmittels eine Isolierung aufweist, die ausreicht, um einen genau gesteuerten und dosierten Zusatz zu ermöglichen. Zur Lösung dieser Aufgabe wird ein Zusatz mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruches 1 geschaffen.
Nach den in der DE-PS 8 29 802 erwähnten Rezepten ist anzunehmen, daß die nach dieser Druckschrift für eine Ummantelung vorzusehende, feuerfeste Masse zumindest im ursprünglichen Zustand partikelförmig war, wenn eine Herstellung aus tonartigem Material oder die Verwendung von Glasmehl berücksichtigt wird. Diese Materialien verlieren jedoch ihre partikelförmige Struktur im wesentlichen schon während der Herstellung, so daß die mit der Erfindung ermöglichte Isolation nicht oder nur sehr unvollkommen erreicht wird.
Die Erfindung ist besonders vorteilhaft, wenn Metallschmelzen, z. B. Eisenschmelzen, bei Temperaturen in einer Größenordnung von etwa 1450cC oder höher, Stoffe zugesetzt werden sollen, die bei dieser Temperatur verhältnismäßig leicht flüchtig sind. Zum Beispiel hat Magnesium einen Kochpunkt von etwa 11000C. Auch der Kochpunkt von Zink ist verhältnismäßig niedrig, so daß Magnesium und Zink leicht verdampfen können. Falls Gießverfahren im Vakuum ausgeführt werden, sind bisher übliche Zusätze aus Aluminium und Mangan in einem solchen Maße flüchtig, daß die Herstellungsverfahren dadurch erheblich gestört werden können.
Die Erfindung gestattet, die hier geschilderten Schwierigkeiten zu meistern, indem beim Einführen des Zusatzes ein Verdampfen vermieden wird. Der äußere Mantel kann nach Bedarf nichtflüchtige Legierungsmittel und weitere Zusätze enthalten. Als Isoliermaterial kann ein Werkstoff vorgesehen sein, der die Fähigkeit hat, das Kernmaterial unterhalb seines Siedepunktes oder unterhalb des Punktes zu halten, bei welchem der
Dampfdruck übermäßig hoch wird, bevor der Mantelwerkstoff schmilzt Vorzugsweise wird auch das Kernmaterial unterhalb seines Schmelzpunktes gehalten, so daß das Kernmaterial in die Schmelze gleichzeitig mit dem Schmelzen der Umhüllung abgegeben wird. Ausführungsformen für den Mantel und für das partikelförmige Material sind in den Ansprüchen 2—6 gekennzeichnet
Um eine möglichst geringe Störung der Schmelze zu verursachen, sieht ein Verfahren zum Einbringen eines erfindungsgemäßen Zusatzes in eine Eisenschmelze vor, daß der Zusatz vor dem Eintreten in die Eisenschmelze vorgewärmt wird. Damit wird erreicht, daß die Zeit, in der nach Einführen des Zusatzes in die Schmelze das eigentliche Zusatzmaterial freigegeben wird, genauer bestimmt werden kann.
Die Erfindung wird nachstehend anhand von Beispielen und unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert. In der Zeichnung zeigen.
Fig. 1 eine teilweise geschnittene isometrische Darstellung eines erfindungsgemäß aufgebauten zusammengesetzten drahtförmigen Gebildes und
F i g. 2 einen Querschnitt in der durch die Linie 2-2 in F i g. 1 angedeuteten Ebene.
F i g. 1 zeigt einen Abschnitt eines zusammengesetzten drahtförmigen Gebildetes 11, welches einen inneren Kern 12 aus einem verhältnismäßig leicht flüchtigen Werkstoff, einen äußeren Mantel 13 aus einem Metall mit verhältnismäßig geringen Flüchtigkeitseigenschaften und ein zwischen dem Mantel und dem Kern angeordnetes, den Kern umfassendes isolierendes Material 14 aufweist.
Dieser Körper wird vorzugsweise verwendet, um einer Eisenschmelze ein Zusatzmittel zuzugeben, wobei so vorgegangen wird, daß das drahtförmige Gebilde mit
Tafel I
einer ausreichenden gesteuerten Geschwindigkeit zugeführt wird, um eine gewünschte Menge eines Zusatzmittels der Eisenschmelze zuzusetzen. Bei einer bevorzugten Ausführungsform besteht der rohrförmige Mantel 13 im wesentlichen ebenfalls aus Eisen mit oder ohne Legierungszusatz, und das Isoliermaterial 14 besteht vorzugsweise aus Partikeln von Eisen oder Stahl cder von einem eisenhaltigen Werkstoff.
Das drahtförmige Zusatzmittel wird verwendet um
ίο Legierungszusätze zuzugeben, Werkstoffe zu behandeln oder beides, und zwar mit Hilfe irgendeines verfügbaren Verfahrens, mit welchem drahtförmige Zusätze einer Metallschmelze zugegeben werden können. Solche Verfahren sind beispielsweise in den oben genannten Veröffentlichungen beschrieben.
Die im folgenden angegebenen Beispiele für den erfindungsgemäßen Zusatz dienen der besseren Veranschaulichung der Erfindung. In den Beispielen besitzt der Drahtkern 12 einen Durchmesser von etwa 3,175 mm und der rohrförmige Mantel 13 hat bei einer Wandstärke von etwa 0,381 mm einen Nenndurchmesser von etwa 9,525 mm.
Beispiel 1
Bei diesem Beispiel besteht die Schutzhülle oder Schutzabschirmung aus pulverisiertem Eisen, der Mantel aus Stahl und der Kern aus Magnesium. Die Schutzabschirmung ist besonders vorteilhaft wegen ihrer hohen spezifischen Wärme von etwa 0,11 kcal/
jo kg°C und seiner verhältnismäßig niedrigen Wärmeleitfähigkeit.
In der folgenden Tafel I sind die sich ergebenden Parameter zusammengefaßt, welche die Zusammensetzung klarer darstellen:
Volumen/100 l"t
(1 ft = 30.48 cm)		 (%) Dichte Gewicht (%)
Mantel
Fe-Pulver
Mg-Kern		 408,89 cm2
1 521,67 cm2
241,32 cm2 		(18,8) x
(70,1) x
(IU)X		 7,82 =
3,92 =
1,80 =		 3 197,5 g
5 964,9 g
434,4 g		 (33,3)
(62,2)
(4,5)
Gesamt 2 171,88 cnr (100,0)x 4,42 = 9 596,8 g (100,0)
Beispiel 2
Bei diesem Beispiel besteht die Schutzabschirmung aus einer Mischung aus Eisenpulver und Graphit, während der Mantel aus Stahl und der Kern aus Magnesium besteht. Da bekannt ist, daß Kohlenstoff die Reaktion von Magnesiumdampf unterdrückt, ist er beigefügt, um den Grad der Reaktion zu steuern. Es ist auch darauf hinzuweisen, daß die Zugabe von Kohlenstoff bei bestimmten Eisenlegierungen zugelassen werden kann, bei welchen von einer Schmelze
so ausgegangen wird, die die Fähigkeit besitzt, diesen Zusatz zu verwerten. Im übrigen ist die bei diesem Ausführungsbeispiel zugegebene Kohlenstoffmenge ziemlich klein. Die nachfolgend in Tafel II zusammengestellten physikalischen Parameter wurden für dieses Ausführungsbeispiel eingesetzt:
Tafel Il
Volumen/100 ft (%) Dichte Gewicht (%)
• (1 ft = 30,48 cm)
Mantel 408,89 cm2 (18,8) x 7,82 = 3 197,5 g (37,9)
Fe-Pulver 1 141,25 cm2 (52,5) x 3,92 = 4 473,7 g (53,0)
Graphit (C) 380,42 cm2 (17,6) x 0,89 = 338,6 g (4,0)
Mg-Kern 241,32 cm2 (IU)X 1,80 = 434,4 g (5,1)
Gesamt 2 171.88 cm2 (100,0) x 3,89 = 8 444,2 g (100,0)
B e i s ρ i e 1 3
Bei diesem Beispiel besteht die Schutzabschirmung aus pulverisiertem Magnesium und Koks. Dieses Material, das aus Gießereikoks mit etwa 45 Gew.-% Magnesium besteht, sorgt für eine zeitlich abgestimmte
Tafel III
Auslösung bzw. Freigabe des Magnesiunidampfes zusätzlich zu dem in dem festen Kern enthaltenen Magnesium. In Tafel III sind die physikalischen Parameter dieses Ausführungsbeispieles zusammengestellt:
Volumen/100 It
(1 Π = 30,48 cm)		 (%) Dichte Gewicht (65,5)
(25,6)
(8,9)
Mantel
Mg-Koks-Pulver
Mg-Kern		 408,89 cm2
1 521,67 cm2
241,32 cm2 		(18,8) x
(70,1) x
(11,1)X		 7,82 =
0,82 =
1,80 =		 3 197,5 g
1 247,8 g
434,4 g		 (100,0)
Gesamt 2 171,88 cm' (100,0)x 2,25 = 4 879,7 g
Der durch die Abschirmung 14 erreichte Wärmeschutz ist durch die Wärmeleitfähigkeit und die Partikelgröße des Abschirmmaterials bestimmt.
Dies zeigt also, daß das Isoliermaterial vorzugsweise eine partikelförmige Masse aus einer oder mehreren der zuzufügenden Substanzen ist. Die Partikel können dabei von kleinen Staubteilchen bis zu großen körnigen Teilchen variieren. Da entsprechend kleinere Teilchen eine größere Anzahl nichthomogener Wärmeübertragungsflächen und daher eine verringerte Wärmeleitfähigkeit darstellen, kann der durch irgendeine der oben genannten Abschirmverbindungen erzielbare Schutz durch Änderung der Größe der in der Abschirmung enthaltenen Partikel variiert werden. Es wurde festgestellt, daß ein Draht mit den oben genannten Abmessungen in einer im Beispiel 1 beschriebenen Zusammensetzung in einem Bad mit etwa 13710C bei einer Geschwindigkeit von etwa 15,25—17,78 cm pro Sekunde schmilzt. Unter diesen Bedingungen sorgt beim Beispiel 1 die aus Eisenpulver bestehende Schutzabschirmung mit Partikeln einer Korngröße zwischen 0,42 und 0,105 mm für einen ausreichenden Wärmeschutz, um ein frühzeitiges Schmelzen und Verdampfen des Magnesiumkerns zu verhindern. Falls es erwünscht ist, den durch die Partikelgrößen von 0,42 bis 0,105 mm erreichbaren Wärmeschutz zu erhöhen, können kleinere Partikel verwendet werden. So könnte auch eine geringere Zuführgeschwindigkeit vorgesehen werden.
Für größere Abgüsse, die bei dem vorgesehenen Draht über 15,24 bis 17,78 cm pro Sekunde liegende Draht-Zuführgeschwindigkeiten erfordern können, ist es möglich, dem geschmolzenen Metallbad gleichzeitig zwei oder mehr Drähte zuzuführen. Alternativ könnte der Draht erwärmt werden, um die Schmeizgeschwindigkeit zu erhöhen. Im allgemeinen kann ein beliebiges Erwärmungsverfahren eingesetzt werden. Beispielsweise kann der Draht durch eine erhitzte Zone geführt werden, oder es kann mit einer Widerstandserwärmung des Außenmantels gearbeitet werden.
Falls eine Widerstandserwärmung des Mantels erwünscht ist, sollte die Abschirmung und/oder der Kern elektrisch isoliert werden, ram eine Widerstandserwärmung dieser Komponenten zu verhindern. Für diesen Zweck können elektrisch nichtleitende Werk-
:o stoffe für die Abschirmung gewählt werden oder elektrisch leitfähige Werkstoffe können beispielsweise durch Beschichtung behandelt werden, um sie nichtleitend zu machen. Ferner kann ein nichtleitender Überzug an der Innenfläche des Außenmantels oder an der Außenfläche des Kerns vorgesehen werden.
Die oben angeführten Beispiele zeigen, daß der erfindungsgemäß aufgebaute drahlförmige Zusatz bei jedem der erwähnten Verfahren entweder mit oder ohne zusätzliche Erwärmung eingesetzt werden kann.
jo Es ist ferner zu erkennen, daß der zsuammengesetzte drahtähnliche Aufbau des Zusatzes in vorteilhafter Weise in der Lage ist, den inneren Kern aus leicht flüchtigem Material sehr zuverlässig gegen eine vorzeitige Auflösung zu schützen.
Ein weiterer wesentlicher Vorteil der vorliegenden Erfindung beruht auf der Tatsache, daß, sobald der Draht geschmolzen ist, das gekörnte oder partikalförmige Abschirmmaterial in die Schmelzströmung aufgenommen wird. Diese Aufnahme verringert die Temperatur der Strömung in einem kleinen Bereich in der Nähe des Drahtendes, wo der innere Kern zugeführt wird. Diese Zone mit verringerter Temperatur ermöglicht es in vorteilhafter Weise, daß Kerne, wie z. B. Magnesium, mit einer geringeren Neigung zur Flüchtigkeit in die Strömung aufgenommen werden, da die Stärke der Magnesiumreaktion temperaturabhängig ist Zusätzlich bewirkt die Verwendung eines äußeren Kerns aus einem Material mit einem der zu behandelnden Metallschmelze entsprechenden Schmelzpunkt, daß die Zuführung oder Zugabe und die Reaktionen, wie
z. B. die Magnesiumreaktion, unter der Oberfläche des geschmolzenen Materials auftreten. Dies führt zu einer weheren Verminderung der Stärke der Reaktion.
Die vorausgehende Beschreibung zeigt daß erfindungsgemäß ein verbesserter zusammengesetzter Zusatz geschaffen wurde, der bei einem Verfahren zur Zugabe von Legienings- und Behandlungszusätzen zu einer Metallschmelze verwendet werden kann. Die Beschreibung zeigt auch, daß ein erfindungsgemäße aufgebauter Zusatz besonders vorteilhaft eingesetzt werden kann, um einer Eisenschmelze leicht flüchtige Zusätze, wie z. B. Magnesium, zuzugeben.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (7)

Patentansprüche:
1. Zusatz zu Metallschmelzen, insbesondere Eisenschmelzen, in Gestalt eines drahtförmigen Körpers mit einem Kern aus Magnesium oder ähnlichem, leicht flüchtigem Material und einer Ummantelung, die ein isolierend wirkendes, zumindest im ursprünglichen Zustand partikelförmiges Material enthält, dadurch gekennzeichnet, daß die Ummantelung (14) aus partikelförmigem Material beisteht und von einem Außenmantel (13) aus einem nicht flüchtigen Metall umschlossen ist
2. Zusatz nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Metall des Außenmantels (13) einen Schmelzpunkt hat, der bei der Temperatur der Metallschmelze liegt, für die der Zusatz (11) bestimmt ist.
3. Zusatz nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die chemischen Eigenschaften des Außenmantels (13) und der Metallschmelze, für die der Zusatz bestimmt ist, im wesentlichen gleich sind.
4. Zusatz nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das partikelförmige Material Eisen ist.
5. Zusatz nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das partikclförmige Material eine Eisenlegierung ist.
6. Zusatz nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das partikelförmige Material Magnesiumkoks ist.
7. Verfahren zum Einbringen eines Zusatzes nach einem der vorhergehenden Ansprüche in eine Eisenschmelze, dadurch gekennzeichnet, daß der Zusatz vor dem Eintreten in die Eisenschmelze vorgewärmt wird.
IO
DE2531573A 1974-07-15 1975-07-11 Zusatz zu Metallschmelzen und Verfahren zum Einbringen des Zusatzes in eine Schmelze Expired DE2531573C2 (de)

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