DE2545614B2 - Formstueck zur behandlung von geschmolzenem eisen - Google Patents

Description

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

Es ist allgemein bekannt, daß Magnesium als Entschwefelungs- und impfmitteS 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 einzubringen, 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 geschlossenen Schmelztiegel zuzugeben. 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 Schmelztiegel kann verhindert werden, 5 s 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 hs 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.

Die Erfindung betrifft nunmehr einen Magnesiumzusatz, der eine verbesserte Wirksamkeit aufweist Gemäß der Erfindung wird Magnesium in Kornform oder in Pulverform mit einem Teilchendurchmesser von weniger als etwa 10 mm mit 1 bis 20 Gew.-% feuerfesten Fasern, 0,1 bis 10 Gew.-% organischen Fasern, 0,1 bis 10 Gew-% Binder und gegebenenfalls 10 bis 50 Gew.-% eines kohlenstoffhaltigen und/oder feuerfesten Materials in Korn- oder Pulverform gemischt Zusätzlich 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. Aus diesem Grunde verdampft das Magnesium nicht rasch, weshalb es einen guten Kontakt mit dem geschmolzenen Eisen macht, und somit in das geschmolzene Eisen wandert. F.s sollten i.ur soviel feuerfeste Fasern verwendet werden daß ein ausreichender Effekt erhalten wird. Bei Verwendung von weniger als 1 Gew.-% feuerfester Fasern γ-ird keine ausreichende Wärmeisolation erzielt, während bei mehr als 20 Gew. % 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 fixieren. Das Magnesium ist im Formstück in einer gleichmäßigen Verteilung fixiert so daß es 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, Seide, 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 teuerfesten Fasern. Bei weniger als 0,1 Gew.-% organischer Fasern wird keine Verschlingung der feuerfesten Fasern erreicht, während bei Anwendung von mehr als 10 Gew.-% die Wärmebesiändigkeit 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, Zelluiosestärken, Harze, Pech, Natriumsilicat 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 ist und die ein kleines Fassungsvermögen aufweisen. Anorganische Binder werden dagegen im entgegengesetzten Fall verwendet. Bei Verwendung von weniger als 0,1 Gew.-%, gerechnet ohne Wasser, ist die Bindekraft gering. Wenn dagegen 10 Gew.-% überschritten werden, dann wird keine zusätzliche Bindefestigkeit erhalten, weshalb die Verwendung einer größeren Menge als 10 Gew.-% eine Verschwendung

darstellt

Damit das Magnesium gleichförmig verteilt wird, soll die Teilchengröße des Magnesiums kleiner als 10 mm sein. Da 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 pulverfOrmige 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 50 Gew.-% davon verwendet werden, dann können zu wenig 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 Formstücks kann durch Druck, Saugen oder eine andere geeignete Maßnahme erfolgen.

Die Wärmeempfindlichgkeit 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.

Tabelle 1

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

Feuerfestes
Fasermaterial
Organisches
Fasermaterial
Binder

Kohlenstoffhaltiges
Material und/oder
feuerfestes Material
(sofern verwendet)

20-90 Gew.-%

5-20Gew.-% 5—20Gew.-%

20—60Gew.-%

Das fertige Formstück kann in das geschmolzene Eisen auf verschiedenen Wegen eingebracht werden. Beispielsweise kann es am Ende eines Einführungswerkzeugs befestigt oder mit einem organischen Binder am Boden des Schmelztiegels 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 Zeichnungen näher erläutert.

F i g. 1 zeigt eine perspektivische Ansicht eines erfindungsgemäßen Formstücks. 1 bezeichnet ein Magnesiumteilchen, 2 bezeichnet feuerfestes Fasermaterial und organisches Fasermaterial und 3 bezeichnet ein Gemisch aus Binder, kohlenstoffhaltigen und feuerfesten Materialien.

F i g. 2 zeigt eine perspektivische Ansicht eines Formslücks, 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.

Zusammensetzungen (Gew.-%) Formstück Nr.

Gestalt des Formstücks Kern. 1 kg Hülse: 5 mm dick

Kern

Hülse Block von Block von Block von Block von Kern: 0,5 kg 0,5 kg 0.5 kp 0.5 kg 0.5 kg Hülse: 10 mm dick

' / ' Kern Hülse

Magnesium

Schlackewolle

Gesteinswolle

Holzpulpe

Stärke

Phenolharz

Wasserglas

Aluminiumphosphat

Magnesiumoxid

35

10

20 30

30 10

20 30

54

15

8
2

2 i

16

55
18

84
10

1
5

8
15

68,9 1

0,1 10

20

35

45 5

15 2

Tabelle 2

Beispiel Nr.
I 2

Formstück Nr.
1 2

5 t offener 5 t offener 5 t offener 5 t offener 1,5 t offener 1,5 t offener Schmelz- Schmelz- Schmelz- Schmelz- Schmelz- Schmelztiegel tiegel tiegel tiegel tiegel tiegel Die Einführung des Formstückes wurde mit einem Einführinstrument durchgeführ 5 6 6 6 6 7

Gewicht des geschmolzenen
Eisens im Schmelztiegel

Zugabeweise

Anzahl der zugegebenen

Formstücke

Gewicht des zugesetzten

Magnesiums

S-Gehalt im geschmolzenen

Eisen vor der Behandlung

S-Gehalt im geschmolzenen

Eisen nach der Behandlung

Mg-Gehalt im geschmolzenen

Eisen nach der Behandlung

Reaktionsrale des

Magnesiums*)

Bemerkung:

*) Der Ausdruck »Magnesiumreaktionsrate« bezieht sich auf das Verhältnis der theoretisch erforderlichen Menge zur praktisch verwendeten Menge, um den Schwefel im geschmolzenen Eisen in Magnesiumsulfid zu überführen.

0,35 kg/t 0,30 kg/t 0,32 kg/t 0,33 kg/t 0,040% 0,035% 0,038% 0,037%

0,012% 0,011% 0,012% 0,010%

1,7 kg/t	1,6 kg/t
0,027%	0,022%
0,006%	0,006%
0,063%	0,061%

61,5%

61,0%

62,0%

62,5%

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 51 geschmolzenem Eisen im gleichen Schmelztiegel auf 0,010 bis 0,015% verringert wurde, dann wurde im Falle der Verwendung von reinem Magnesium eine Reaktionsrats von 10 bis 20%, im Falle der Verwendung einer 1 :1-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 von 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 4 kg/cm² verwendet werden mußten.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

45614 Patentansprüche:

1. Formstück zur Behandlung von Gußeisen, dadurch gekennzeichnet, daß es aus teilchenförmigen! oder pulverformigem Magnesium mit einem Durchmesser von weniger als ungefähr 10 mm in Mischung mit 1 bis 20 Gew.-% eines feuerfesten Fasermaterials, 0,1 bis 10 Gew.-% eines organischen Fasermaterials und 0,1 bis 10 Gew.-% eines Binders besteht

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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