DE2723870B1

DE2723870B1 - Verfahren zur Herstellung von Gußeisen

Info

Publication number: DE2723870B1
Application number: DE2723870A
Authority: DE
Inventors: Werner 8481 Baernwinkel Kessl
Original assignee: Individual
Current assignee: Kessl Gunter 8484 Grafenwoehr De
Priority date: 1977-05-26
Filing date: 1977-05-26
Publication date: 1978-08-10
Also published as: ATA378078A; IT1094844B; FR2392119A1; LU79704A1; PL207068A1; GB1569551A; NL7805661A; IT7823906A0; DE2723870C2; AT363111B; DD136507A5; BE867475A; SE7804330L; US4230490A

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Gußeisen mit Kugelgraphit unter Aufgießen von flüssigem Eisen auf durch siliciumhaltiges Material und Eisen abgedecktes Magnesium bzw. Magnesium-Vorlegierung.

Die Herstellung und die wesentlichen Vorteile von Gußeisen mit Kugelgraphit sind seit langer Zeit, insbesondere seit den Arbeiten von Gagneb in bekannt. Im allgemeinen wird zur Herstellung von Gußeisen mit Kugelgraphit so vorgegangen, daß Magnesium oder eine Magnesium-Vorlegierung mit flüssigem Eisen, das in beliebigen Schmelzofen erschmolzen worden sein kann, behandelt wird. Die hierbei eingesetzten Magnesium-Vorlegierungen enthalten als Legierungspartner meistens noch Eisen, Nickel, Calcium und Silicium. Die Menge des zuzusetzenden Magnesiums bzw. Magnesium-Vorlegierung wird ganz wesentlich durch den erheblichen Magnesium-Abbrand beeinflußt. Da die Temperatur des flüssigen Basiseisens wesentlich oberhalb des verhältnismäßig niedrigen Siedepunkts des Magnesiums liegt, bzw. der Dampfdruck des Magnesiums in Vorlegierungen den normalen Atmosphärendruck des flüssigen Eisens übersteigt, tritt ein sehr hoher Abbrand auf.

Es wurden schon ganz wesentliche Anstrengungen unternommen, um diesem Abbrand entgegenzuwirken. So wurden Druckpfannen entwickelt, d. h. Gießpfannen, die einem inneren Arbeitsdruck von mehr als 20 at standhalten und dicht verschlossen werden können. Meist besitzen diese Pfannen noch eine der Schmelze angepaßte Auskleidung. Weiter wurden Spezial-Tauchglocken entwickelt, mit denen das Magnesium bzw. die Magnesium-Vorlegierung in die Basisschmelze eingeführt wurden. Eine weitere Vorrichtung, mit der das Problem der Abbrand-Verminderung des Magnesiums zu lösen versucht wurde, besteht in der Verwendung von besonderen Gießpfannen, welche eine Einführöffnung am Boden der Pfanne aufweisen, durch die flüssiges Magnesium in die Basisschmelze eingepreßt wird. Weite? wurden Lanzeninjektoren entwickelt, mit denen feinkörniges Magnesium mittels eines inerten Trägergases in die Schmelze eingeblasen wurde. Alle diese Lösungswege haben den entscheidenden Nachteil, daß ein erheblicher apparativer Aufwand erforderlich ist Der Einsatz komplizierter, zum Teil störanfälliger bzw. kostspieliger Anlagen stellt keine befriedigende Lösung dieser Aufgabe dar. Auch Versuche, mit Magnesium imprägnierte Kohle oder Magnesiumlegierungen hohen spezifischen Gewichts zu verwenden und nach Einbringen in die leere Gießpfanne mit flüssigem Eisen zu übergießen bzw. im Tauchverfahren einzubringen, das Magnesium bzw. die Magnesium-Vorlegierung, nach Einbringen in die leere Gießpfanne, mit unterschiedlichsten Materialien wie Koks, Blechabfällen, Calciumkarbid, Ferrosilicium usw. abzudecken (Sandwich-Verfahren) und dann die Gießpfanne mit dem flüssigen Basiseisen zu füllen, führten zu keinen befriedigenden Ergebnissen; es mußten nach wie vor erhebliche Abbrände in Kauf genommen werden. Sinngemäß das gleiche gilt für die Abdeckschlacken- und Schlackenelektrolyse-Verfahren.

Die Aufgabe der Erfindung besteht vor allem darin, einen Weg aufzuzeigen, der es erlaubt, auf apparativ und verfahrenstechnisch einfache Weise das Problem der Verringerung des Magnesium-Abbrandes bei der Herstellung von Gußeisen mit Kugelgraphit befriedigend zu lösen. Weiter ist auch eine Eigenschaftsverbesserung des Eisens erwünscht

Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt bei einem Verfahren zur Herstellung von Gußeisen mit Kugelgraphit unter Aufgießen von flüssigem Eisen auf durch siliciumhaltiges Material und Eisen abgedecktes Magnesium oder eine Magnesiumlegierung dadurch, daß das flüssige Eisen auf ein Magnesium oder eine Magnesium-Vorlegierung aufgegossen wird, das durch teilchenförmiges Siliciumkarbid und durch Eisenspäne abgedeckt ist Das flüssige Basiseisen wird also mit dem Magnesium oder der Magnesium-Vorlegierung nicht direkt, sondern mit einer durch teilchenförmiges Siliciumkarbid und Eisenspäne umhüllten oder abgedeckten Magnesium bzw. Magnesium-Vorlegierung in Kontakt gebracht
Während bei der bekannten Abdeckung mit Ferrosilicium und Eisenteilen die Abdeckschicht wegen der Abkühlung des flüssigen Eisens durch das Abdeckmaterial möglichst dünn gehalten werden mußte und dies wiederum den Magnesium-Abbrand begünstigte, ermöglicht das erfindungsgemäße Verfahren eine Abdeckschicht voll befriedigender Stärke, da wegen der positiven Wärmetönung des erfindungsgemäß verwendeten Siliciumkarbids mit dem flüssigen Basiseisen die sonst hinzunehmende Abkühlung umgangen wird.
Das erfindungsgemäß eingesetzte Siliciumkarbid hat im allgemeinen eine Teilchengröße im Bereich von etwa 1—70 mm, vorzugsweise 2—40 mm, wenn auch die Verwendung eines Siliciumkarbids größerer oder kleinerer Teilchengröße nicht ausgeschlossen ist. Im allgemeinen liegt jedoch die mittlere Teilchengröße im Bereich von etwa 1—70 mm. Vorzugsweise bestehen mindestens 60 Gew.-% des Siliciumkarbids aus Teilchen im Bereich von 1 —70 mm, insbesondere 2—40 mm.

Als Siliciumkarbid wird vorzugsweise metallurgisches Siliciumkarbid eingesetzt, also ein Siliciumkarbid mit einem SiC-Gehalt von ungefähr 90 Gew.-% oder mehr. Das Verfahren ist jedoch auch mit Siliciumkarbid geringeren SiC-Gehalts, beispielsweise mit bis hinab zu 70 Gew.-% SiC durchführbar. Die Verwendung eines

Siliciumkarbids mit einem noch geringeren SiC-Gehalt ist für manche Zwecke nicht ausgeschlossen. Die gewünschte Konngröße des SiC kann beispielsweise durch Vermählen von Siliciumkarbid-Bruchstücken (beispielsweise hochwertigem Kapselbruch), oder aber auch durch Granulieren staubfeiner Siliciumkarbid-Abfälle, jeweils auf die gewünschte Korngröße, eingestellt werden.

Das Siliciumkarbid wird meist in einer Menge von 0,5—10, insbesondere 1—5 Gew.-% bezogen auf das flüssige Eisen, bzw. in einer Menge von 50—250, vorzugsweise 70—150 Gew.-% bezogen auf das Magnesium oder die Magnesium-Vorlegierung, eingesetzt Bei der Anordnung des Magnesiums oder der Magnesium-Vorlegierung am Boden einer Gießpfanne is wird eine Silichunkarbid-Abdeckung von mindestens etwa 5 cm Stärke bevorzugt

Als Eisenspäne werden insbesondere GGG-Späne, vorzugsweise vorgeglühte Späne verwendet Es können jedoch auch GGL-Späne oder beliebige andere Eisen- bzw. Stahlspäne verwendet werden. Die Eisenteilchen sind dabei vorzugsweise als die dem Magnesium bzw. der Magnesium-Vorlegierung fernere Schicht angeordnet, wenn auch eine umgekehrte Anordnung oder eine Abdeckung aus einem Gemisch durchaus möglich ist. Sie werden im allgemeinen in einer Menge von bis zu etwa 20 Gew.-%, vorzugsweise in einer Menge von 5—10 Gew.-% bezogen auf das Basiseisen, eingesetzt.

Wie zuvor bereits dargelegt, ist für das Aufschmelzen des eingesetzten Siliciumkarbids eine zusätzliche Wärmemenge nicht erforderlich, da die freiwerdende Lösungswärme den Temperaturverlust wieder ausgleicht

Bei der Verwendung von Spänen ist die Temperatur des Basiseisens so einzustellen, daß die für das Aufschmelzen der Späne notwendige Wärmemenge vorhanden ist So ist z. B. bei einer Spänemenge von etwa 5% und Verwendung von etwa 1,5 t Basiseisen mit einem Temperaturverlust von etwa 70° zu rechnen. Die Zeit von beendeter Gießpfannenfüllung bis zum Ende « der Magnesiumreaktion soll im übrigen nicht kürzer als 60 Sekunden sein.

Durch das beanspruchte Verfahren gelingt es, den Magnesium-Abbrand ganz wesentlich zu reduzieren. Gemäß seiner bevorzugten Ausführungsform wird zur *s Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ein nur schwach siliciertes Basiseisen verwendet. Hierin liegt ein ganz wesentlicher Vorteil, da bei Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ein kostengünstiges Basiseisen niedrigen Si-Gehalts eingesetzt werden kann. Bei der Menge des zur Abdeckung des Magnesiums bzw. der Magnesium-Vorlegierung verwendeten Siliciumkarbids kann somit gleichzeitig der gewünschte Silicierungsgrad der jeweiligen Schmelze berücksichtigt werden. So kann jede Charge Basiseisen auf einen Si-Gehalt genau nach den Erfordernissen (Wandstärke) der herzustellenden Gußstücke eingestellt werden.

Zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens können Schmelzgefäße jeder Art verwendet werden. Bevorzugt sind übliche Gießpfannen, insbesondere Pfannen mit einem hohen Schlankheitsgrad, beispielsweise Höhe zu Durchmesser = 2. Meistens wird so vorgegangen, daß die in bekannter Weise nach Art des jeweiligen Basiseisens erforderliche Menge Magnesium oder Magnesium-Vorlegierung, z. B. FeSiMg 5 oder FeSiMg 10 auf den Boden einer gut geheizten Gießpfanne gegeben wird. Das Magnesium bzw. die Vorlegierung werden dann mit körnigem Siliciumkarbid in einer zur Abdeckung ausreichenden und dem gewünschten End-Si-Gehalt des fertigen GGG-Eisens entsprechenden Menge beschichtet Eine Schicht von beispielsweise GGG-Spänen, meistens in einer Menge von 5—10% der zu behandelnden Eisenmenge kann dann dairüber angeordnet werden. Dann wird das flüssige Eisen anfangs langsam, dann mit steigender Geschwindigkeit eingegossen, so daß die Pfanne möglichst rasch gefüllt wird. Bei der Verwendung von Stahlspänen ist selbstverständlich auf die gegebenenfalls hierdurch bedingte Analysenbeeinflussung zu achten.

Das Magnesium bzw. die Magnesium-Vorlegierung können in üblicher Form beispielsweise in Form von Stangen, Pulver oder auch in gekörnter Form zugesetzt werden. Korngrößen im Bereich von 3—20 mm sind bevorzugt

Das Basiseisen ist möglichst auf einen S-Gehalt von maximal 0,010% zu entschwefeln, die Siliciumgehalte können bis auf 0,5% gesenkt werden. Die Siliciumkarbid-Menge kann dem gewünschten Si-Gehalt des fertigen Eisens angepaßt werden. Die technische Obergrenze des Si-Gehalts liegt bei etwa 3%. Das erfindungsgemäß eingesetzte Siliciumkarbid bringt, neben einer drastischen Reduzierung des Magnesiumabbrands, aufgrund seiner Langzeit-Impfwirkung auch eine Verbesserung der technologischen und mechanischen Eigenschaften des GGG-Eisens mit sich.

Insgesamt liegt der Erfindung die Erkenntnis zugrunde, daß bei der magnesium-induzierten Herstellung von Gußeisen mit Kugelgraphit dem Magnesiumabbrand und der Abkühlung des Basiseisens durch das Abdeckmaterial erfolgreich durch die Verwendung des eine positive Wärmetönung aufweisenden Siliciumkarbids entgegengewirkt werden kann.

Das nachfolgende Beispiel erläutert das erfindungsgemäße Verfahren.

In eine gut vorgeheizte Gießpfanne mit einem Schlankheitsgrad von 1,8 werden 21kg FeSiMg 5 eingebracht und mit 25 kg Siliciumkarbid einer mittleren Teilchengröße von 35 mm und schließlich mit 53 kg GGG-Spänen abgedeckt. Dann werden 1,5 t Flüssigeisen zuerst langsam, dann zügig aufgegossen. Die Einzelheiten des Versuchs ergeben sich aus der nachfolgenden Tabelle:

1. Versuch

Fl.-Eisenmenge, kg 1500

FeSiMg 5, kg 21

SiC, kg 25

GGG-Späne, kg 53 Eisentemperatur im Ofen, ° C 1550 Reaktionsdauer, Sek. 70 Eisentemperatur nach Reaktion 1460 Eisentemperatur 10 Min. später 1400 Eisenanalyse im Ofen

C 3,74; Si 1,72; Mn 0,12; P 0,067; S 0,006. Eisenanalyse 1. Probe

C 3,71; Si 2,70; Mn 0,14; P 0,051; Mg 0,030. Eisenanalyse 2. Probe

C 3,76; Si 2,68; Mg 0,029.

2. Versuch

Fl.-Eisenmenge, kg FeSiMg 5, kg SiC, kg GGG-Späne, kg

1200 14,4 25 95

Eisentemperatur im Ofen, ° C 1550

Reaktionsdauer, Sek. 75

Eisentemperatur nach Reaktion 1380

Eisentemperatur 10 Min. später 1300 Eisenanalyse im Ofen

C 3,86; Si 1,08; Mn 0,12; P0.Ü67; S 0,006.
Eisenanalyse 1. Probe

C 3,88; Si 2,14; Mn 0,13; P 0,051; Mg 0,033.

Eisenanalyse 2. Probe
C 3,81; Si 2,14; Mg 0,029.

Die erste Probe wurde nach beendeter Reaktion und Abschlacken genommen, die zweite Probe 10 Minuten später. Beim normalen Überschütten ohne Abdecken der Vorlegierung ergibt sich ein Rest-Mg von 0,020%.

Die GGG-Späne haben einen Si-Gehalt von 2,6%.

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Herstellung von Gußeisen mit Kugelgraphit unter Aufgießen von flüssigem Eisen auf durch siliciumhaltiges Material und Eisen abgedecktes Magnesium bzw. Magnesium-Vorlegierung, dadurch gekennzeichnet, daß das flüssige Eisen auf ein Magnesium oder eine Magnesium-Vorlegierung aufgegossen wird, das durch teilchenförmiges Siliciumkarbid und durch Eisenspäne abgedeckt ist

2. Verfahren nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Siliciumkarbid zum überwiegenden Teil eine Teilchengröße im Bereich von etwa 1—70 mm, vorzugsweise 2—40 mm, aufweist

3. Verfahren nach Patentanspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Siliciumkarbid mehr als etwa 70 Gew.-% SiC enthält, vorzugsweise metallurgisches Siliciumkarbid

4. Verfahren nach einem der Patentansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein nur schwach siliciertes flüssiges Eisen aufgegossen wird.