DE2545614A1

DE2545614A1 - Formstueck zur behandlung von geschmolzenem eisen

Info

Publication number: DE2545614A1
Application number: DE19752545614
Authority: DE
Inventors: Hiroshi Yoshida
Original assignee: Aikoh Co Ltd
Current assignee: Aikoh Co Ltd
Priority date: 1975-08-13
Filing date: 1975-10-11
Publication date: 1977-02-17
Also published as: DE2545614C3; CA1053909A; AU496763B2; ES441371A1; FR2320989A1; SE411523B; GB1518516A; DE2545614B2; AU8461475A; SE7509905L; FR2320989B1; US4019897A

Description

Taito-ku, Tokyo, Japan

Ludwigshaf en/iihein, P 5194 I/ber

Vertreter; Patentanwälte

Dipl.-Ing. Adolf H. Fischer

Dipl.-Ing. Wolf-Dieter Fischer

Bismarckstraße 64

6700 Ludwigshafen/Rhein

"Formstück zur Behandlung von geschmolzenem Eisen"

Die Erfindung bezieht sich auf ein verbessertes Entschwefelungs- und Impfmittel für geschmolzenes Eisen, dessen wirksamer Hauptbestandteil aus Magnesium besteht.

Es ist allgemein bekannt, daß Magnesium als Entschwefelungs- und Impfmittel für geschmolzenes Eisen verwendet werden kann. Die Verwendung von Magnesium besitzt jedoch Nachteile, weil Magnesium sehr schnell obenauf schwimmt.und durch die Wärme des geschmolzenen Eisens verdampft und oxydiert wird, da es leicht ist, einen niedrigen Siedepunkt aufweist und sehr reaktionsfähig ist. Der größte Teil des Magnesiums geht somit verloren, bevor es seine Wirkung als Entschwefelungs- und Impfmittel entfalten kann. Das Magnesium muß deshalb in einem großen Überschuß verwendet werden.

Um diese Nachteile zu beseitigen, ist es üblich, das Magnesium möglichst tief in das geschmolzene Eisen ein-

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zubringen, und zwar mit Hilfe eines Werkzeugs oder einer Lanze. Verschiedentlich wurde auch versucht, das Magnesium in stückiger Form oder in Form von Körnern in einem geso-hlossenen Schmelztiegel zuzügeben. Durch das bloße Untertauchen oder Einblasen von Magnesium können die Nachteile jedoch kaum beseitigt werden, da das Magnesium augenblicklich wieder obenauf schwimmt und verdampft oder verbrennt. Durch diese Maßnahmen kann also die Wirkung des Magnesiums kaum erhöht werden. Mit Hilfe eines geschlossenen Schmelztiegels kann verhindert werden, daß das Magnesium verdampft, da das Arbeiten unter Druck ausgeführt wird. Dieses Arbeiten unter Druck kommt aber nur für kleinere Schmelztiegel in Frage. Schmelztiegel von einer erheblichen Größe erfordern einen beträchtlichen Aufwand, um sie gasdicht zu machen. Derartige Schmelztiegel kommen also für die industrielle Praxis nicht in Frage. Es wurde schließlich auch versucht, Koks, poröse feuerfeste Materialien und/ oder Schwammeisen mit dem Magnesium zu imprägnieren und das Magnesium in dieser Form zur Anwendung zu bringen, um frühzeitige Reaktionen zu verhindern. Es ist jedoch kaum möglich, diese mit Magnesium imprägnierten Materialien gleichförmig zu verteilen, was eine ungleichmäßige Reaktion zur Folge hat. Außerdem wurden noch weitere Verfahren versucht, bei denen beispielsweise Magnesium mit einem kohlenstoffhaltigen Material oder einem Material, das unter hohen Temperaturen Kohlenstoff bildet, gemischt wird, oder bei denen das Magnesium teilweise mit einem Entschwefelungsmittel beschichtet und teilweise mit einer wärmeisolierenden Schicht versehen wird. Da mit diesen Maßnahmen eine verzögerte Reaktion und eine gleichmäßige Verteilung des Magnesiums erzielt werden soll, sind sie nur für kleine Mengen geschmolzenen Eisens und für kleine Schmelztiegel brauchbar.

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Die Erfindung betrifft nunmehr einen Magnesiumzusatz, der eine verbesserte Wirksamkeit aufweist. Gemäß der Erfindung wird Magnesium in Kornform oder in Pulverform mit einem Tellchendurchmeseer von weniger als"etwa 10 mm mit 1 bis 20 Gew.-Z feuerfesten Fasern, 0,1 bis 10 Gew.-ί organischen Fasern, 0,1 bis 10 Gew.-JS Binder und gegebenenfalls 10 bis 50 Gew.-J eines kohlenstoffhaltigen und/oder feuerfesten Materials in Korn- oder Pulverform gemischt.Zusatz· . lieh kann ein Gemisch aus diesen Materialien außer dem Magnesium als Hülle dieses Formstücks vorgesehen werden.

Die feuerfesten Materialien in diesem Gemisch können beispielsweise aus Asbest, Gesteinswolle, Schlackewolle, Glaswolle und Kaolinfasern ausgewählt werden. Das Einmischen dieser Fasern fördert die Wärmeisolation und hemmt das Eindringen von Wärme. Die Wärme wird allmählich von der Oberfläche in das Innere des Formstücks geleitet, in welchem das Magnesium gleichförmig verteilt ist. Aub diesem Grunde verdampft das Magnesium nicht rasch, weshalb es einen guten Kontakt mit dem geschmolzenen Elsen macht, und somit in das geschmolzene Elsen wandert. Es sollten nur soviel feuerfeste Fasern verwendet werden, daß ein ausreichender Effekt erhalten wird. Bei Verwendung von weniger als 1 Gew.-Ϊ feuerfester Fasern wird keine ausreichende Wärmeisolation erzielt, während bei mehr als 20 Gew.-Jt die Dichte des Magnesiumformstücks zu gering wird.

Die feuerfesten Fasern sind so starr, daß sie sich schlecht miteinander verschlingen. Deshalb werden organische Fasern verwendet, um diese Verschlingung zustande zu bringen und das Formstück zu verfestigen und das Magnesium im Formstück zu fixleren. Das Magnesium 1st im Formstück in einer gleichmäßigen Verteilung fixiert, so daß es

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während oder nach der Herstellung des Formstücks nicht wandern kann und somit in gleichmäßiger Verteilung erhalten bleibt.Als organische Fasern können natürliche Fasern oder Kunstfasern verwendet werden, wie z.B. Holzpulpe, Baumwolle, Flachs, Wolle, Seidei Polyester und Polyamide. Genauso wie bei den feuerfesten Fasern sollte die geringstmögliche Menge an organischen Fasern verwendet werden. Die Menge richtet sich Jedoch nach der Menge der feuerfesten Fasern. Bei weniger als 0,1 Gew.-Si organischer Fasern wird keine Verschlingung der feuerfesten Fasern erreicht, während bei Anwendung von mehr als 10 Gew.-? die Wärmebeständigkeit verschlechtert wird.

Gemäß der Erfindung dient der Binder zur Verfestigung des Formstücks. Es können die verschiedensten organischen und anorganischen Binder verwendet werden, wie z.B. Stärken, Zucker, Proteinstärken, Zellulosestärken, Harze, Pech, Natriumsillcat, Aluminiumphosphat, kolloidales Siliziumdioxid, Zemente und Tone. Gegebenenfalls kann auch ein Gemisch von Bindern verwendet werden. Organische Binder eignen sich mehr für Schmelztiegel, in denen die Temperatur des geschmolzenen Eisens verhältnismäßig niedrig 1st und die ein kleines Fassungsvermögen aufweisen. Anorganische Bindet werden dagegen im entgegengesetzten Fall verwendet. Bei Verwendung von weniger als 0,1 Gew.-J, gerechnet ohne Wasser, ist die Bindekraft gering. Wenn dagegen 10 Gew.-X überschritten werden, dann wird.keine zusätzliche Bindefestigkeit erhalten, weshalb die Verwendung einer größeren Menge als 10 Gew.-JK eine Verschwendung darstellt.

Damit das Magnesium gleichförmig verteilt wird, soll die Teilchengröße des Magnesiums kleiner als 10 mm 3ein. Da

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jedoch bei Verwendung zu kleiner Teilchen die Oberfläche zu groß wird und deshalb die Reaktion zu heftig wird, werden manchmal kohlenstoffhaltige und feuerfeste teilchenförmige oder pulverförmig Materialien verwendet, um die Reaktivität zu beeinflussen. Beispiele für kohlenstoffhaltige Materialien sind Graphit, Koks, Holzkohle, und Beispiele für feuerfeste Materialien sind Aluminiumoxid, Bauxit, Magnesiumoxid, gebrannter oder ungebrannter Dolomit und Vermiculit, die das Magnesium nicht beeinflussen. Die Teilchengröße dieser Materialien beträgt etwa 0,3 mm. Es ist möglich, die Oberfläche des Magnesiums mit Binder und mit kohlenstoffhaltigen und/oder feuerfesten Materialien dieser Teilchengröße zu beschichten. Das Beschichten verläuft nicht zufriedenstellend, wenn weniger als 10 Gew.-? dieser Materialien verwendet werden. Wenn dagegen mehr als 5.0 Gew.-Jf davon verwendet werden, dann können zuwenig organische Bestandteile einverleibt werden.

Zum Mischen der Materialien und zur Erzielung einer geeigneten Viskosität des Binders kann entweder Wasser oder ein organisches Lösungsmittel zugegeben werden. Die Herstellung des Formstücke kann durch Druck, Saugen oder eine andere geeignete Maßnahme erfolgen.

Die Wärmeempfindlichkeit des Formstücks bei der hohen Temperatur des geschmolzenen Eisens wird verringert, wenn eine Hülse aus den Mischungsbestandteilen mit Ausnahme des Magnesiums hergestellt wird. Die Dicke der Hülse braucht nicht besonders groß sein und sollte je nach der gewünschten Wärmeisolierung 2 mm, 5 mm bzw. 10 mm betragen.

In der Folge sind die Mengen der einzelnen Komponenten, welche die Hülse bilden, angegeben:

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.6. 25456H

Feuerfestes Fasermaterial 20-90 Gew.-%

Organisches Fasermaterial 5-20 Gew.-?

Binder 5-20 Gew.-ί

Kohlenstoffhaltiges Material

und/oder feuerfestes Material

(sofern verwendet) 20-60 Gew.-%

Das fertige Formstück kann in das geschmolzene Eisen auf verschiedenen Wegen eingebracht werden. Beispielsweise kann es am Ende einee Einführungswerkzeugs befestigt oder mit einem organischen Binder am Boden des SchmelztiegeIs angebracht werden. Es kann auch über die Zugabekammer eines Konverters eingeführt werden. Wenn das Formstück mit dem geschmolzenen Eisen in Berührung kommt, schmilzt das Magnesium von der Oberfläche des Formstücks ab und geht in das geschmolzene Eisen, wobei es mit Schwefel, Sauerstoff "und Stickstoff im geschmolzenen Eisen eine Bindung eingeht, wodurch Schlacke gebildet wird, die obenauf schwimmt. Wenn das Magnesium im Überschuß verwendet wird, dann findet auch eine Graphitsphäroidisierung statt. Da das Magnesium im Formstück langsam verbraucht wird, ist eine kleinere Menge Magnesium zur Erzielung des gleichen Effekts erforderlich.

Das erfindungsgemäße Entschwefelungs- und Impfmittel wird nun anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert.

Fig. 1 zeigt eine perspektivische Ansicht eines erfindungs· gemäßen Formstücke. 1 bezeichnet ein Magnesiumteilchen, 2 bezeichnet feuerfestes Fasermaterial und organisches Fasermaterial und 3 bezeichnet ein Gemisch aus Binder, kohlenstoffhaltigen und feuerfesten Materialien.

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Pig. 2 zeigt eine perspektivische Ansicht eines Formstücks, welches einen Kern und eine Hülse 4 aufweist, welche den Kern vollständig bedeckt.

In den folgenden Tabellen sind Beispiele für die Entschwefelung und Graphitsphäroidisierung von geschmolzenem Eisen angegeben, wobei ein erfindungsgemäßes Formstück verwendet wird.

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TABELLE 1

CD OO O

cn to «n

Formstück Nr.	Magnesium	¹ 1	Hülse	2	3	54	4	5*	6	Hülse
Gestalt des Form stücks	Schlackewolle	Ce rn: 1 kg Hülse: 5 mm dick	-	Block von 0,5 kg	Block von 0,5 kg	15	Block von 0,5 kg	Block von 0,5 kg	Kern: 0,5 kg Hülse: 10 mm dick	-
	Gesteinswolle	Kern	' 30	I	1		/	/	Kern	35
Zusammensetzungen (Gew.-Z)	Holzpulpe	35		50	8	55	84	68,9	45
	Stärke	10	10		2	18	10	1	5
Phenolharz		5	20	2
Wasserglas	2		10"	3 "	4	1	α,ι
Aluminiuraphosphat			VJl					15
Magnesiumoxid		5				5	10
Graphit		20	5	Io				2
3	30		8
20	10	15		20
30

OO I

CD

TABELLE 2

Beispiel Nr.

1

CVl

3

4

5

6

Die Einführung des Formstückes wurde' mit einem Einführinstrument
durchgeführt

6

7

Formstück Nr.

1

2

3

4

5

6

5

0,30 kg/t

0,32 kg/t

0,33 kg/t

1,7 kg/t

1,6 kg/t

Gewicht des ge
schmolzenen Eisens
im Schmelztiegel

5 t offe
ner Schmelz
tiegel

1,5 t offe
ner Schmelz
tiegel

0,35 kg/t

0,035*

0,038*

0,037*

0,027*

0,022*

Zugabeweise

0,040*

0,011*

0,012*

0,010*

0,006*

CJ
CD
OD

Anzahl der zugege
benen Formstücke

0,012*

-

0,063*

0,061*

07/0

Gewicht des zuge
setzten Magnesiums

-

61,0*

62,0*

62,5*

-

OJ
ω
tn

S-Gehalt im geschmol
zenen Eisen vor der
Behandlung

61,5*

S-Gehalt im geschmol
zenen Eisen nach der
Behandlung

Mg-Gehalt im geschmol
zenen Eisen nach der
Behandlung

Reaktionsrate des
Magnesiums +

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Bemerkung ⁺: Der Ausdruck "Magnesiumreaktionsrate^M bezieht sich auf das Verhältnis der theoretisch erforderlichen Menge zur praktisch verwendeten Menge, um den Schwefel im geschmolzenen Eisen in Magnesiumsulfid zu überführen.

Die Versuche 1 bis 4 beziehen sich auf die Entschwefelung von geschmolzenem Eisen, während sich die Versuche 5 und 6 auf die Zugabe von Eisen zum Zwecke der Bildung von sphäroidalem Graphit im Gußeisen beziehen.

Jeder Versuch wurde lOmal ausgeführt, woraus dann die Mittelwerte errechnet wurden.

Wenn zum Vergleich der Schwefelgehalt bei 5 t geschmolzenem Eisen im gleichen Schmelztiegel auf 0,010 bis 0,015* verringert wurde, dann wurde im Falle der Verwendung von reinem Magnesium eine Reaktionsrate von 10 bis 20*, im Falle der Verwendung einer I:l-Mg/Al-Legierung eine Reaktionsrate von 15 bis 30?, im Falle des Einblasens der gleichen Mg/ Al-Legierung eine Reaktionsrate von 4 bis 50* und im Falle der Verwendung v*n Koks, der mit 40* Magnesium imprägniert war, eine Reaktionsrate von 50 bis 60* erreicht. In keinem Fall konnten 60* überschritten werden, was im Gegensatz zur vorliegenden Erfindung steht.

Wenn in das geschmolzene Eisen mehr als 0,060* Magnesium eingebracht werden sollten, dann war es erforderlich, daß der 1,5 t fassende Schmelztiegel mit einem Deckel versehen und unter Druck versetzt wurde, wobei mehr als 2 kg/t reines Magnesium unter einem Innendruck von

mehr als 3 bis k kg/cm verwendet werden mußten.

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Claims

PATENTANSPRÜCHE

1. Formstück zur-Behandlung von Gußeisen, dadurch gekennzeichnet, daß es teilchenförmiges oder pulverförmiges Magnesium mit einem Durchmesser von weniger als ungefähr 10 mm in Mischung mit 1 bis 20 Gew.-Ϊ eines feuerfesten Fasermaterials, 0,1 bis 10 Gew.-Jt eine3 organischen Fasermaterials und 0,1 bis 10 Gew.-Ϊ eines Binders enthält.

2. Formstück nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Gemisch zusätzlich 10 bis 50 Gew.-% kohlenstoffhaltiges und/oder feuerfestes Material enthält.

3. Formstück nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß es noch eine Hülse der gleichen Zusammensetzung, jedoch ohne Magnesium, aufweist.

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