DE2753282A1 - Mittel und verfahren zur behandlung von eisen - Google Patents

Mittel und verfahren zur behandlung von eisen

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DE2753282A1 DE19772753282 DE2753282A DE2753282A1 DE 2753282 A1 DE2753282 A1 DE 2753282A1 DE 19772753282 DE19772753282 DE 19772753282 DE 2753282 A DE2753282 A DE 2753282A DE 2753282 A1 DE2753282 A1 DE 2753282A1
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Description

Die Erfindung betrifft Behandlungsmittel, welche zur Herstellung von Kugelgraphitgußeisen (auch als duktiles Eisen oder SG-Eisen bezeichnet) geeignet sind, sowie ferner ein Verfahren zur Erzeugung von Kugelgraphit im Verlaufe der Herstellung von Gußeisen. Die Erfindung betrifft ferner die Desoxydierung von Stahl und die Entschwefelung von Eisen.
Die wesentlichen Schritte bei der Herstellung von duktilem Eisen aus einem Roheisen von der Zusammensetzung von Graueisen (3,5 bis 4,0 % Kohlenstoff, 1,5 bis 2,5 % Silicium, 0,03 bis 0,15 % Schwefel) sind nacheinander die Entschwefelung, die Kugelgraphitbildung und die Impfung. Die Kugelgraphitbildung wird vorzugsweise durch Einbringen von Magnesium in das flüssige Eisen erreicht.
Magnesium kann zur Kugelgraphitbildung nicht in das Eisen eingebracht werden, bevor der Schwefelgehalt im flüssigen Eisen auf einen Wert unterhalb etwa 0,01 %, vorzugsweise unter 0,005 % gesenkt worden ist, da erst dann die Zugabe von Magnesium zu einem Ansteigen des Magnesiumgehaltes in dem Eisen auf das für
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die Bildung von Kugelgraphit erforderliche Niveau führt. In der Praxis wird die Entschwefelung als getrennter Schritt vor der Kugelgraphitbildung durchgeführt. Bekannte Entschwefelungsmittel für diesen Zweck sind Calciumcarbid, Natriumcarbonat und Calciumoxid. Nach der Entschwefelung wird die schwefelhaltige Schlacke abgetrennt und das flüssige Eisen ist dann für eine Behandlung mit Magnesium zur Erzeugung von Kugelgraphit fertig.
Magnesium ist ein Element, welches sich für die Kugelgraphitbildung nur schwer in geschmolzenes Eisen einbringen läßt, da es in reinem Zustand einen Siedepunkt von 10700C aufweist, welcher deutlich unterhalb der Temperatur des geschmolzenen Eisens liegt, da es ferner eine niedrige Löslichkeit in Eisen aufweist, eine wesentlich niedrigere Dichte als Eisen (1,7 für Magnesium gegenüber 7,0 für Gußeisen) besitzt und schließlich eine starke Neigung zeigt, in Form vonfMagnesiumoxTddampf verlorenzugehen.
Innerhalb der 30 Jahre, welche seit der Erfindung von duktilem Eisen vergangen sind, sind verschiedene Wege vorgeschlagen worden, um die Schwierigkeiten zu überwinden, die mit dem Einbringen von Magnesium in Eisen zum Zweck der Kugelgraphitbildung verbunden sind. Einige der wichtigsten sind die folgenden:
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1. Durch die Verwendung spezieller Vorrichtungen: Beispielsweise durch Anwenden des Magnesiums in Form von Pulver oder Granulat mittels Einblasen oder durch Kombinieren des Magnesiums mit inerten Stoffen wie Koks oder Eisenschwamm und Eintauchen dieser Materialien in das geschmolzene Eisen mit Hilfe eines speziellen Tauchkolbens, oder durch Verwendung spezieller Behandlungsgefäße, in denen das Magnesium mit überatmosphärischem Druck eingebracht wird.
2. Durch Legieren des Magnesiums mit einem dichteren Material und Aufgießen des geschmolzenen Eisens auf die so gebildete Vorlegierung. Sowohl Nickel als auch Kupfer sind für diesen Zweck eingesetzt worden, doch ist ihre Verwendung wegen der damit verbundenen Kosten und wegen des Einflusses dieser Metalle auf die metallurgischen Eigenschaften des Gußeisens nicht mehr üblich. Statt dessen hat sich nunmehr als dichteres Material Ferrosilicium, beispielsweise eine Ferrosiliciumzusammensetzung mit einem Magnesiumgehalt von etwa 5 bis 10 % durchgesetzt. Die Anwendung von Ferrosilicium bringt jedoch ernste Nachteile mit sich, da die Gegenwart von Silicium, insbesondere bei Erreichen bestimmter verhältnismäßig hoher Werte zu Problemen in den weiteren Stufen der Gußeisenherstellung führen kann. Beispielsweise sollte der Siliciumgehalt in dem fertigen
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Kugelgraphiteisen in der Größenordnung von 2,5 % liegen, was zu einer entsprechenden Beschränkung des wünschenswerten Siliciumgehaltes in den früheren Herstellungsstufen führt. Wenn das Niveau zu stark ansteigt, kann es notwendig werden, Gegenmaßnahmen zu treffen. Darüber hinaus kann die Gegenwart von Silicium zur Bildung von silikathaltigen Schlacken führen, welche entfernt werden müssen. Ferner kann die Reaktion zwischen dem Magnesium in der Ferrosiliciumzusammensetzung und dem geschmolzenen Eisen heftig sein, selbst innerhalb des engen Bereiches für den Magnesiumgehalt von 5 bis 10 %.
Die einfache Zugabe in der Pfanne unter Anwendung einer Ubergieß- oder Sandwichtechnik-unter Verwendung eines 5 oder 10 % Magnesium enthaltenden Ferrosiliciums (oder heutzutage seltener einer Nickel/Magnesium-Legierung) ist die am häufigsten angewendete Methode zur Einführung von Magnesium ohne spezielle Vorrichtungen.
Die Impfung ist ein äußerst wichtiger Teil der Gewinnung von duktilem Eisen. Es ist notwendig, zunächst die Zahl der durch die Magnesiumbehandlung entstehenden Graphitkügelchen zu erhöhen und deren Dichte zu verbessern und dann eine Abkühlung (Bildung von Eisencarbid) insbesondere in
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dünnen Abschnitten zu verhindern. Das Impfmittel muß somit nach und nicht etwa vor der Magnesiumbehandlung zugesetzt werden, damit es wirksam ist. Ks ist wesentlich, ein geeignetes Impfmittel auszuwählen und im allgemeinen findet eine Ferrosiliciumlegierung Anwendung. Dünne Dereiche der Gußstücke mit einem niedrigen Siliciumgehalt und einer hohen Gießtemperatur erfordern einen hohen Gehalt an Impfmittel zur Vermeidung der Abkühlung und zur Erzielung einer befriedigenden Graphitstruktur, Die übliche Methode der Zugabe besteht darin, das Impfmittel dem Strom des flüssigen Eisens während der Überführung des geschmolzenen Kugelgraphitgußeisens in die Gießpfanne zuzufügen. Bei einer anderen Arbeitsweise, der sogenannten "Formimpfung", wird ein Impfmittel am Boden der Gußform befestigt und anschließend das geschmolzene Eisen aufgegossen. Diese Methode findet häufig als weitere Impfung neben der Impfung in der Pfanne statt.
Verschiedene Magnesium enthaltende Zusammensetzungen, welche sich für die Kugelyraphitbildung zu Preßlingen verdichten lassen, sind bereits vorgeschlagen worden. Die DT-PS 13 02 lehrt die Verwendung von Briketts, welche 7 bis 25 % Magnesium, im übrigen Eisenpulver und gegebenenfalls Zusätze enthalten; einer der Zusätze ist Calciumcarbid. Die entsprechend dieser Lehre hergestellten Preßlinge mit Gehalt an Calciumcarbid worden bei Berührung mit der Atmosphäre angegriffen. Die
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Briketts können ferner Wismutoxid und Calcium enthalten. In der DT-PS 17 58 468 sowie der entsprechenden GB-PS 12 01 wird ein Preßling vorgeschlagen, welcher 4 bis 40, vorzugsweise 5 bis 25 % Magnesium und im übrigen Eisenschwamm enthält und welcher eine Dichte von 2 bis 4, vorzugsweise 3 g/cm aufweist. Solche Preßlinge haben eine niedrige Dichte und neigen deshalb dazu, an die Oberfläche des schmelzflüssigen Eisens zu steigen, was zu einer unannehmbar niedrigen Magnesiumnusbeute führt, wenn nicht SpezialVorrichtungen Verwendung finden, beispielsweise wie in der PS erwähnt, eine Tauchglocke oder ein Tauchkolben, welcher die Preßlinge am Boden hält.
Die GB-PS 13 64 859 beschreibt für die Desoxydation von Stahl ein Brikett aus Magnesium und Eisenschwamm in Form eines Blockes mit einem Gewicht von beispielsweise 1 kg; solche Briketts* können nur dann für die Kugelgraphitbildung in Gußeisen wirksam angewendet werden, wenn Einrichtungen benutzt werden, welche ein Aufschwimmen an die Oberfläche des schmelztlüssigen Gußeisens verhindern. Die GB-PS 13 97 6OO beschreibt die Verwendung von Briketts aus 5 bis 7 % Magnesium, 0,3 bis 0,9 % Cer und als Rest Eisen zur Kugelgraphitbildung in Gußeisen. Derartige Briketts müssen am Boden der Pfanne festgehalten werden, um die gewünschte Wirkung zu erzielen, beispielsweise dadurch, daß man sie mit Stanzblechabfällen in einer Menge bedeckt, welche ihr eigenes Gewicht übersteigt.
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Die U.S.-PS 19 22 037 zeigt Briketts aus einem reaktionsfähigen Metall wie Calcium oder Magnesium und einem verhältnismäßig weniger reaktionsfähigem Metall wie Eisen. Solche Briketts sind für verschiedene Zwecke brauchbar, obwohl ihre Verwendung zur Kugelgraphiterzeugung in Gußeisen nicht erwähnt ist, da duktiles Gußeisen 1930 noch nicht erfunden worden war, als diese Veröffentlichung abgefaßt wurde. Die U.S.-PS 34 59 541 erwähnt Briketts aus Magnesium und Eisen zur Kugelgraphitbildung. Um eine wirksame Kugelgraphitbildung sicherzustellen, ist es erforderlich, Tauchvorrichtungen oder andere Spezialeinrichtungen zu verwenden, um die Briketts in das geschmolzene Metall einzutauchen.
Die GB-PS 799 972 befaßt sich mit der Kugelgraphitbildung mit Hilfe eines Mittels, welches in das schmelzflüssige Metall getaucht wird. Das Mittel enthält 17 bis 50 Gew.% Magnesium, 2,8 bis 10 Gew.% Calcium, mindestens 35 Gew.% Silicium und zwischen 0 und 30 Gew.% Eisen. Die Patentschrift erwähnt, daß das Calcium die Heftigkeit der Reaktion dämpft, wenn das Magnesium:Calcium-Verhältnis im Bereich von 5,7:1 zu 9:1 liegt. Diese Mittel werden in das schmelzflüssige Metall mittels eines Tauchkolbens eingetaucht.
Aus der SW-OS 241/70 ist es für die Impfung bei der Her-
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stelluny von Gußeisen bekannt, eine Impfzusammensetzung zu verwenden, welche ein Impfmittel und feinteil igen Eisenschwamm enthält, welche zusammengepreßt sind. Als Impfmittel kommen verschiedene Stoffe einschließlich beispielsweise einer Calcium/Silicium/Magnesium-Legierung oder einer Magnesium/Eisen/Silicium-Legierung in Betracht. Die Preß-
linge werden unter Drucken von 2 bis 3 t/cm erzeugt, und die Erfahrung hat gezeigt, daß solche Preßlinge eine Dichte von 3,8 bis 4 g/cm aufweisen. Um zu verhindern, daß diese Preßlinge auf dem schmelzflüssigen Eisen schwimmen, ist es üblich, sie mechanisch in der Schmelze zu befestigen, beispielsweise durch Annageln oder Verkeilen. Dadurch wird die Freisetzung des Siliciums für die Impfung ermöglicht. Für die Impfung werden derartige Preßlinge in sehr niedrigen Zugabemengen bezogen auf das schmelzflüssige Metall eingesetzt.
Es wurde nunmehr gefunden, daß es möglich ist, Preßlinge aus Magnesium, Calcium und Eisen herzustellen, welche zur Kugelgraphitbildung in schmelzflüssigem Gußeisen mittels einer "Übergießtechnik" verwendet werden können, ohne daß es erforderlich ist, die Preßlinge mittels spezieller Einrichtungen in dem flüssigen Metall festzuhalten. Zur Erzielung dieser wünschenswerten Eigenschaften einschließlich einer geringeren Heaktionsheftigkeit und einer hohen Magnesiumausbeute muß das Verhältnis von Magnesium zu Calcium innerhalb eines bestimmten Bereiches liegen, und die Dichte der Preß-
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linge muß einen bestimmten Mindestwert übersteigen. Der Calciumgehalt muß im Verhältnis zu dem Magnesiumgehalt so eingestellt werden, daß eine ausreichende Calciummenge vorhanden ist, um die Heftigkeit der Reaktion des Magnesiums mit dem geschmolzenen Eisen zu dämpfen, doch muß gleichzeitig darauf geachtet werden, daß nicht zuviel Calcium vorhanden ist, damit der Preßling keine zu niedrige Dichte aufweist. Wenn die Dichte zu niedrig ist, steigen die Preßlinge in Abwesenheit eines Tauchkolbens oder dergleichen einfach an die Oberfläche des schmelzflüssigen Eisens und das Magnesium entweicht als Dampf, ohne zur Kugelgraphitbildung beizutragen.
Gegenstand der Erfindung ist demgemäß einmal ein Mittel zur Behandlung von schmelflüssigem Eisen bestehend aus einer verdichteten Mischung mit einem Gehalt an feinteiligem Eisen, Magnesium und Calcium, welches dadurch gekennzeichnet ist, daß
(a) der Magnesiumgehalt zwischen etwa 5 und 15 Gew.% liegt,
(b) das Gewichtsverhältnis von Magnesium zu Calcium im Bereich von 1:1 bis 8:1 liegt,
(c) das Eisen eine Reinheit von mindestens 95 Gew.% und eine Teilchengröße von weniger als 0,5 mm aufweist und
(d) die Dichte der Mischung mindestens 4,3 g/cm beträgt.
Diese Mittel sind besonders wertvoll zur Erzeugung von Kugelgraphit in Gußeisen in einer Gußpfanne. Gegenstand der
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Erfindung ist weiterhin ein Verfahren zur Herstellung von Kugelgraphitgußeisen, bei welchem man in ein Legierungsgefäß eine bestimmte Menge an Behandlungsmittel legt und entschwefeltes flüssiges Eisen in das Gefäß gießt, welches dadurch gekennzeichnet ist, daß man ein Mittel gemäß der Erfindung verwendet.
Das erfindungsgemäße Mittel kann ferner zur Entschwefelung von Eisen und zur Desoxydation von Stahl dienen, indem man in ähnlicher Weise eine geeignete Menge am Boden eines Gefäßes, z.B. einer Pfanne, anordnet und das geschmolzene Eisen oder den Stahl auf das Mittel gießt. Bei der Anwendung zur Desoxdation und Entschwefelung liegt das Verhältnis von Magnesium zu Calcium vorzugsweise auf der niedrigeren Seite des Bereiches von 1:1 bis 8:1, z.B. zwischen 1:1 und 3:1.
Zur näheren Erläuterung der Erfindung sollen die beiliegenden graphischen Darstellungen dienen; es zeigen Figur 1 die allgemeine Abhängigkeit zwischen dem Magnesiumgehalt bei drei unterschiedlichen Magnesium:Calcium-Verhältnissen in dem Preßling und der Heftigkeit der Reaktion mit dem geschmolzenen Metall (gemessen anhand eines willkürlich gewählten Maßstabes) und Figur 2 eine idealisierte graphische Darstellung'der Abhängigkeit zwischen der Dichte des Preßlings und dem Magnesiumgehalt bei bestimmten Magnesium:Calcium-
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Verhältnissen, wobei andere Faktoren, beipielsweise die Abwesenheit sonstiger Zusätze, der Verdichtungsdruck und dergleichen konstantgehalten wurden.
Aus der Figur 1 wird deutlich, daß bei einem unendlich hohen Verhältnis von Magnesium zu Calcium, d.h. bei Abwesenheit von Calcium, nur ein niedriger Magnesiumgehalt von höchstens 8 % angewendet werden kann, da sonst die Reaktionsheftigkeit die Toleranzgrenze überschreitet. Mit wenig Calcium, d.h. einem hohen Mg/Ca-Verhältnis, können bis zu 11 % Magnesium vorhanden sein. Der Magnesiumgehalt kann noch höher ansteigen, wenn man ein niedriges Mg/Ca-Verhältnis wählt und dadurch den dämpfenden Einfluß des Calciums auf die Heftigkeit der Reaktion erhöht. Die Darstellung der Figur 2 zeigt jedoch, daß mit steigendem Calciumgehalt, d.h. mit abnehmendem Mg/Ca-Verhältnis, die Dichte des Preßlings abnimmt und daß die Dichte des Preßlings unter den Wert von 4,3 g/cm fallen kann, in welchem Fall der Preßling nicht mehr für eine Ubergießtechnik Anwendung finden kann, da er dazu neigt, an die Oberfläche des schmelzflüssigen Metalls hochzusteigen, bevor die Behandlung vollständig ist. In der Praxis liegt die Obergrenze für die erreichbare Dichte des Mittels bei etwa 6,5 g/cm .
Oberhalb eines Magnesium:Calcium-Verhältnisses von 8:1 wird
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die Heftigkeit der Reaktion zwischen dem Magnesium und dem geschmolzenen Eisen nur noch wenig gedämpft. Die
Obergrenze für Calcium kann bis zu 1:1 erreichen, doch findet vorzugsweise weniger Anwendung, beispielsweise
ein Magnesium/Calcium-Verhältnis von 4,5 zu 1, besonders bevorzugt von 3,5 zu 1, da die Anwesenheit von Calcium zu einer Erniedrigung der Dichte des Preßlings führt.
Wie in der graphischen Darstellung gezeigt, besteht
zwischen dem Magnesium- und dem Calciumgehalt ein umgekehrtes Verhältnis innerhalb des Bereiches, so daß mit abnehmendem Magnesiumgehalt mehr Calcium zugegen sein
kann.
Der Magnesiumgehalt kann zwischen 5 und 15 % liegen, da innerhalb dieses Bereiches das Risiko einer zu heftigen Reaktion bei Verwendung des Preßlings im Ubergießverfahren durch das Vorhandensein der definierten Menge Calcium vermindert ist. Es ist nicht praktisch, einen niedrigeren Magnesiumgehalt zu verwenden, und es kann gefährlich sein, einen höheren Gehalt anzuwenden. Das Magnesium kann in Form von Magnesiummetall oder einer Magnesiumlegierung vorhanden sein, und es weist eine Teilchengröße von weniger als 0,7 mm auf. Die Reinheit des Magnesiums beträgt vorzugsweise mindestens 99 %, und das Teilchensprektrum liegt besonders bevorzugt zwischen 0,15 und 0,40 mm.
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Das Calcium kann in irgendeiner bequem zur Verfügung stehenden Form zugesetzt werden, vorausgesetzt, daß es weder zu gefährlich noch zu stabil ist, um die Heftigkeit der Reaktion zu dämpfen; vorzugsweise findet das Calcium in Form einer Legierung wie z.B. Calciumsilicid Anwendung. Aufgrund des Magnesium:Calcium-Verhältnisses wird der Siliciumgehalt selbst bei Verwendung von Calciumsilicid kaum 10 bis 15 % übersteigen, was vorteilhaft ist, da mit steigender Siliciumkonzentration das Risiko unerwünschter Nebeneffekte ansteigt.
Verschiedene Arten von Eisenpulver können Verwendung finden, beispielsweise Eisenschwammpulver oder Stahlpulver. Die Reinheit sollte mindestens 95 und vorzugsweise mindestens 98 % betragen und so nahe bei 100 % wie möglich liegen, da Verunreinigungen, in der Hauptsache Eisenoxid und Aluminiumoxid, die Verpreßbarkeit des Eisenschwamms und des Stahlpulvers und damit die erreichbare Dichte der Preßlinge und somit auch die Magnesiumausbeute beeinflussen.
Das Gewicht der zur befriedigenden Bildung von Kugelgraphit in Eisen dienenden Preßlinge hängt von der Zusammensetzung des Eisens und dem Magnesiumgehalt der Preßlinge ab, liegt jedoch üblicherweise im Bereich von 0,5 bis 3 Gew.% bezogen auf das Gewicht des zu behandelnden flüssigen Eisens.
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Neben Eisen, Magnesium und Calcium können die Preßlinge ferner kleine Mengen anderer Elemente enthalten, welche geschmolzenem Eisen üblicherweise zur Bildung von Kugelgraphiteisen zugesetzt werden. Beispiele für solche Elemente sind die übrigen Erdalkalimetalle, Seltene Erdmetalle sowie Zinn. Diese Elemente können in den Preßlingen als Legierungen, z.B. Mg/Sn, Mg/Ba oder Mg/Ce-Legierung, als Cer-Mischmetall, als Cersilicid oder als Salze zugegen sein. Die Preßlinge können ferner Impfmittel für Gußeisen wie Siliciumcarbid oder Wismuth oder auch Flußmittel wie Magnesiumfluorid oder Fluoride Seltener Erden enthalten. In jedem Fall muß jedoch darauf geachtet werden, daß die Dichte der Preßlinge nicht unter den Mindestwert fällt. Die Verwendung von Bindemitteln ist nicht erforderlich und sollte vermieden werden.
Es ist vorteilhaft, den Mitteln Kohlenstoff zuzusetzen, beispielsweise in Form von kristallinem Graphit, amorphem Ruß oder zerstoßenem Graphitelektrodenabfall. Der Zusatz von bis zu 5, vorzugsweise 2 bis 4 Gew.% Kohlenstoff verbessert die Verpreßbarkeit des Gemisches und hilft so, die erforderliche hohe Dichte zu erreichen. Die Zugabe von Kohlenstoff unterstützt ferner den physikalischen Zerfall der Mittel in dem geschmolzenen Eisen, da er die Eisenpulverteilchen daran hindert, zusammenzusintern.
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Die Preßlinge des Behandlungsmittels werden vorzugsweise hergestellt, indem man ein trockenes Gemisch aus den Bestandteilen, beispielsweise auf einem Walzenstuhl mit entgegengesetzt rotierenden Walzen, bei geeigneten Drucken und Temperaturen verdichtet. Die Preßlinge können eine beliebige geeignete Form und Größe aufweisen, besitzen jedoch vorzugsweise ein Volumen von 0,5 bis 10 cm und haben vorzugsweise eine hohe Schüttdichte.
Bei praktischen Aufgießversuchen in einer Gießerei wurde beobachtet, daß sich im Vergleich zu einer Magnesium/Ferrosilicium-Vorlegierung während der Kugelgraphitbildung unter Verwendung eines erfindungsgemäßen Preßlings weniger Schlacke bildete, die Temperatur des schmelzflüssigen Metalls weniger erniedrigt wurde und daß das Kugelgraphiteisen verbesserte metallurgische Eigenschaften aufwies. Diese Vorteile können zum Teil auf die Tatsache zurückgeführt werden, daß aufgrund der Verwendung eines Preßlings mit einem niedrigen Siliciumgehalt die Bildung siliciumhaltiger Schlacke und damit die Schlackenbildung als solche zurückgedrängt werden, sowie ferner darauf, daß der Magnesiumgehalt ungefährlicherweise hoch sein kann, die Heftigkeit der Reaktion gedämpft wird und weniger Preßlinge erforderlich sind, was beides ebenfalls dazu beiträgt, daß die Temperatur des schmelzflüssigen Metalls nicht erniedrigt wird.
Es ist zu betonen, daß die Behandlungsmittel gemäß der
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Erfindung in vorhandenen Einrichtungen Verwendung finden können, welche Vorrichtungen wie Tauchglocken zum Tauchen des Behandlungsmittels aufweisen. Die Behandlungsmittel gemäß Erfindung besitzen jedoch den großen Vorteil, daß sie im Rahmen einer einfachen "Aufgieß"technik Anwendung finden können, bei welcher die Mittel einfach auf den Boden eines metallurgischen Gefäßes wie z.B. einer Pfanne oder eines Tiegels' gegeben werden, worauf das zu behandelnde Gußeisen oder der zu behandelnde Stahl einfach in das Gefäß eingefüllt werden. Gewünschtenfalls kann das Mittel beispielsweise mit Eisen- oder Stahlstanzabfällen bedeckt werden um zu verhindern, daß das Mittel zu Beginn durch das einströmende geschmolzene Metall zu heftig verdrängt wird. Vorausgesetzt jedoch, daß die Dichte des Mittels mindestens 4,3 g/cm beträgt, zeigt sich unabhängig davon, ob das Mittel zu Beginn des Einfüllens bedeckt ist oder nicht, daß die Reaktion mit dem Magnesium vollständig und die Kugelgraphitbildung oder sonstige Behandlung beendet ist, selbst wenn die Preßlinge schließlich an die Oberfläche der Schmelze aufsteigen. Da das Mittel gemäß Erfindung eine Dichte von mindestens 4,3 g/cm aufweist, ist die Aufenthaltsdauer des Mittels in der Schmelze in der Praxis ausreichend, um eine vollständige Freigabe des darin enthaltenen Magnesiums innerhalb der Schmelze zu gewährleisten, wobei dieses nicht als Magnesium- oder Magnesiumoxiddampf an der Oberfläche der Schmelze freigesetzt wird.
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- 2O -
Zur näheren Erläuterung der Erfindung sollen die nachfolgenden Beispiele dienen, wobei sich alle Prozentangaben auf das Gewicht beziehen.
Beispiel 1
Die folgenden Mittel wurden durch Zusammenmischen der folgenden Bestandteile hergestellt:
(A) (zum Vergleich)
Eisenschwamm (Teilchengröße weniger als
0,15 mm, Eisengehalt 98,5 %) 92,5 %
Magnesium (Teilchengröße weniger als
0,35 mm) 7,5 %
(B) (gemäß Erfindung)
Eisenschwamm (Teilchengröße weniger als
0,15 mm, Eisengehalt 98,5 %) 86,5 %
Magnesium (Teilchengröße weniger als
0,35 mm) 7,5 %
Calciumsilicid (Teilchengröße weniger als
0,5 mm) 6,0 %.
Die Mittel wurden zu mandelförmigen Briketts mit einer Größe von etwa 3 cm χ 2 cm χ 1,5 cm verformt, wobei eine Brikettiermaschine mit gegenläufig rotierenden Walzen Verwendung fand,
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welche mit einem Druck von 5 t/cm arbeitete.
Die aus der Zusammensetzung (A) hergestellten Briketts wiesen eine Dichte von 5,80 g/cm und die aus der Zusammensetzung (B) hergestellten eine Dichte von 5,34 g/cm auf.
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Die Preßlinge wurden als Mittel zur Kugelgraphitbildung in Gußeisen auf die folgende Weise untersucht: Roheisen für die Kugelgraphitbildung wurde in einem kernlosen Hochfrequenzinduktionsofen erschmolzen, wobei die Rohstoffe so gewählt wurden, daß die Analyse der fertigen Schmelze 3,5 % Kohlenstoff und 2,3 % Silicium ergab. Das geschmolzene Eisen wurde auf 154O°C überhitzt und nach dem Abstich in eine Behandlungspfanne gefüllt, welche 2,45 Gew.%, bezogen auf das zu behandelnde Eisen, an Behandlungsmittel bedeckt mit einer Schicht von 1,8 oder 2,5 Gew.% Eisen- oder Stahlstanzabfällen enthielt. Es wurde die Heftigkeit der Reaktion während der Freisetzung des Magnesiums aus den Preßlingen beobachtet.
Das Eisen wurde vor und nach der Behandlung analysiert, um
den Magnesiumrestgehalt und die Magnesiumausbeute zu ermitteln.
Die Ergebnisse der Versuche sind in der folgenden Tabelle zusammengefaßt:
Zusammen
setzung		 Deckschicht
(Stahl)		 Reaktion Mg-Rest-
gehalt in %		 Mg-Ausbeute
in %
A 1,8 % heftig 0,045 24,5
A 2,5 % heftig 0,040 21,7
B 1,8 % mäßig 0,051 27,7
B 2,5 % mäßig 0,053 28,5
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Beispiel 2
Die folgende Zusammensetzung wurde für Vergleichszwecke hergestellt, indem die nachstehenden Bestandteile zusammengemischt wurden:
(C) Eisenschwamm (Teilchengröße weniger als
0,15 %, Eisengehalt 87 %) 86,5 %
Magnesium (Teilchengröße weniger als
0,35 %) 7,5 %
Calciumsilicid (Teilchengröße weniger als
0,5 mm) 6,O %.
Die Zusammensetzung wurde wie in Beispiel 1 beschrieben zu Briketts verformt und die erhaltenen Briketts wurden mit den Briketts der Zusammensetzung (B) des Beispiels 1 als Mittel zur Bildung von Kugelgraphit verglichen.
Die Briketts der Zusammensetzung (C) wiesen eine Dichte von 3,4 g/cm im Vergleich zu einer Dichte von 5,34 g/cm für die Briketts der Zusammensetzung (B) auf.
Bei Verwendung zur Behandlung von schmelzflüssigem Eisen wie in Beispiel 1 beschrieben stiegen die Briketts der Zusammensetzung (C) an die Oberfläche der Schmelze auf und der Magnesiumrestgehalt im Eisen betrug nur 0,008 %. Im Vergleich dazu führten die Briketts der Zusammensetzung (B) zu einem Magnesiumrestgehalt im Eisen von 0,051 %.
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Beispiel 3 Die folgende Zusammensetzung wurde durch Zu
der nachstehenden Bestandteile erhalten:
maischen
(D) Eisenschwamm (Teilchengröße weniger als 0,15 DBB, Eisengehalt 98,5 %)
Graueisenpulver (Teilchengröße weniger als 0,25 mm) '
Magnesium (Teilchengröße weniger als 0,35 mm)
Calciumsilicid (Teilchengröße weniger als 0,5 mm)
66,5 % 2O,O % 7,5 % 6,0 %.
Die Zusammensetzung wurde unter Anwendung des Verfahrens des Beispiels 1 zu Briketts verforet und die erhaltenen Briketts besaßen eine Dichte von 5,3 g/cm .
Die Briketts wurden verwendet, um Kugelgraphitgußeisen mit Hilfe des in Beispiel 1 beschriebenen Verfahrens herzustellen. Die Reaktion aufgrund der Freisetzung von Magnesium war gemäßigt, und der Magnesiumrestgehalt im Eisen betrug O,O26 %.
Beispiel 4
Die folgende Zusammensetzung wurde durch Zusammengeben der nachstehenden Bestandteile hergestellt:
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(E) Stahlpulver (Teilchengröße weniger als
0,5 mm, Eisengehalt 99 %) 82,5 %
Magnesium (Teilchengröße weniger als
0,35 mm) 10,0 %
Calciumsilicid (Teilchengröße weniger als
0,50 mm) 7,5 %.
Die Zusammensetzung wurde unter Anwendung der in Beispiel 1 beschriebenen Arbeitsweise zu Briketts verformt, und die erhaltenen Briketts wiesen eine Dichte von 4,9 g/cm auf.
Die Briketts wurden verwendet, um 1500 kg schmelzflüssiges
Eisen bei 152O°C zu behandeln, wobei die Zugabemenge 1,3 Gew.% betrug. Die Briketts wurden auf den Boden einer Pfanne gebracht und mit 1 Gew.%, bezogen auf das Gewicht des geschmolzenen
Eisens, Stahlstanzabfällen bedeckt, worauf das geschmolzene
Eisen in die Pfanne gegossen wurde. 21 solcher Behandlungen
wurden durchgeführt, und die durchschnittliche Magnesiumausbeute betrug 24,5 %.
Beispiel 5
Die folgenden Zusammensetzungen wurden durch Zusammengehen der
nachstehenden Bestandteile hergestellt:
(F) Stahlpulver (Teilchengröße weniger als
0,5 mm, Eisengehalt 99 %) 90,0 %
Magnesium (Teilchengröße weniger als
0,35 mm) 5,0 %
Calciumsilicid (Teilchengröße weniger als
0,50 mm) 5,0 %
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(G) Stahlpulver (Teilchengröße weniger als
0,5 mm, Eisengehalt 99 %) 88,0 %
Magnesium (Teilchengröße weniger als
0,35 mm) 5,0 %
Calciumsilicid (Teilchengröße weniger als
0,50 mm) 5,0 %
kristalliner Graphit 2,0 %".
Die Zusammensetzungen wurden mittels des in Beispiels 1 beschriebenen Verfahrens zu Briketts verformt.
Die aus der Zusammensetzung (F)hergestellten Briketts wiesen eine Dichte von 5,1 g/cm und die aus der Zusammensetzung (G) hergestellten Briketts eine Dichte von 5,6 g/cra auf.
Briketts beider Zusammensetzungen wurden verwendet, um 1300 kg geschmolzenes Eisen bei einer Temperatur von 1510°C unter Anwendung einer Zugabemenge von 2 Gew.% zu behandeln. Die Briketts wurden auf den Boden einer Pfanne gebracht und mit 2 Gew.%, bezogen auf das Gewicht des zu behandelnden Eisens, Stahlstanzabfällen bedeckt, worauf das geschmolzene Eisen in die Pfanne gegossen wurde. Die Zusammensetzung (F) ergab eine Magnesiumausbeute von 40,5 %, und die Zusammensetzung (G) eine Magnesiumausbeute von 41,0 %.
Beispiele 6 bis 20
Die folgenden Zusammensetzungen wurden hergestellt und zu
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Preßlingen der jeweils angegebenen Dichte verpreßt. In allen Fällen wurden die Preßlinge verwendet, um die Kugelgraphitbildung in Gußeisen zu bewirken, wobei befriedigende Ergebnisse ohne heftige Reaktion und mit befriedigenden Magnesiumausbeutewerten erzielt wurden. In allen Fällen wiesen die Einzelbestandteile die zuvor angegebene Reinheit und die oben angegebenen Teilchengrößen auf.
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Beispiel
Dichte
O
CD
OO
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
4,3 4,5 4,5 4,6 4,7 4,8 4,8 4,9 4,9 5,1 5,2 5,4 5,7 5,5 5,8
Magnesium
in %		 Calcium-
silicid
in %		 Mg/Ca-Ver-
hältnis
(etwa)		 Eisen
in %
10 13,4 2,5:1 74,6
10 7,5 4,4:1 79,5
10 7,5 4,4:1 78,5
10 9,0 3,4:1 77,75
10 11 ,0 3,03:1 77,6
10 7,5 4,4:1 80,5
10 7,5 4,4:1 80,5
7,5 5,6 4,46:1 84,9
7,5 7,5 3,0:1 85,0
7,5 5,6 4,46:1 84,9
7,5 5,6 4,46:1 84,9
6,5 4,0 5,4:1 87,0
6,0 3,0 6,0:1 88,5
5,0 5,0 3,0:1 90,0
5,0 3,8 4,39:1 89,2
Kohlenstoff in %
3,0 3,0 4,0 3,25
2,5
2,5 2,5
2,0
cn
CO
OO
K)
Beispiele 21 und 22
Es wurden zwei weitere Versuche durchgeführt, bei welchen Preßlinge getestet wurden, die entsprechend den folgenden Bedingungen hergestellt wurden:
21) Magnesiumgehalt 10 %, Calciumsilicidgehalt 7,5 %, Rest reiner Eisenschwamm, Mg:Ca-Verhältnis 4,4:1, Dichte 4,1 g/cm . Bei Verwendung in einer Gießerei schwamm der Preßling aufgrund der niedrigen Dichte auf der Oberfläche der Eisenschmelze, und es wurde nur eine Magnesiumausbeute von 7,5 % erreicht, was völlig unbefriedigend ist.
22) Magnesiumgehalt 10 %, Calciumsilicidgehalt 4 %, Kohlenstoffgehalt 2 %, Rest reiner Eisenschwamm, Mg/Ca-Verhältnis 8,3:1, Dichte 5,0 g/cm3. Bei Verwendung in einer Gießerei war die Reaktion zwischen dem Magnesium und der Schmelze zu heftig, was zeigt, daß die Grenze für das Mg/Ca-Verhältnis bei etwa
8:1 liegt.
ugs:kö:cm
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-JS-
Leerseite

Claims (12)

UEXKÜLL. ft SrOLBERG BESELERSTr'SSE 4 20O0 HAKBURG SJ PATENTANWÄLTE DR. J.V0. FRHR. von UEXKÜLL OK. ULItIGH GRAF STOLBERG CMPL.-ING. JÜRGEN SUCHANTKS Foseco International Limited Long Acre, Nechells, Birmingham B7 5JR/England (Prio: 6. Dezember 1976 und 11. Februar 1977, GB 50847/76 u. GB 5807/77 - 14360 -) Hamburg, 25. November 1977 Mittel und Verfahren zur Behandlung von Eisen Patentansprüche
1. Mittel zur Behandlung von Eisen, bestehend aus einer verdichteten Mischung mit einem Gehalt an !einteiligem Eisen, Magnesium und Calcium, dadurch gekennzeichnet, daß
(a) der Magnesiumgehalt zwischen etwa 5 und 15 Gew.% liegt,
(b) das Gewichtsverhältnis von Magnesium zu Calcium im Bereich von 1:1 bis 8:1 liegt,
(c) das Eisen eine Reinheit von mindestens 95 Gew.% und eine Teilchengröße von weniger als 0,5 mm aufweist und
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ORIGINAL INSPECTED
(d) die Dichte der Mischung mindestens 4,3 g/cm beträgt.
2. Mittel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Gewichtsverhältnis von Magnesium zu Calcium im Bereich von 4,5:1 bis 1:1 liegt.
3. Mittel nach den Ansprüchen 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Magnesium eine Teilchengröße von weniger als 0,7 mm aufweist.
4. Mittel nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Magnesium eine Reinheit von mindestens 99 Gew.% und eine Teilchengröße von 0,15 bis 0,40 mm aufweist.
5. Mittel nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Calcium in Form von Calciumsilicid vorliegt.
6. Mittel nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Eisen in Form von Eisenschwamm oder Stahlpulver mit einer Teilchengröße von weniger als 0,2 mm vorliegt.
7. Mittel nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß es neben Calcium andere Erdalkalimetalle und/oder Seltene Erdmetalle und/oder Zinn enthält.
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8. Mittel nach den Ansprüchen 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß es bis zu 5 Gew.% Kohlenstoff enthält.
9. Mittel nach den Ansprüchen 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß es in Form von Preßlingen mit einem Volumen von 0,5 bis 10 cm vorliegt.
10. Verfahren zur Herstellung von Kugelgraphitgußeisen, bei welchem man in ein Legierungsgefäß eine bestimmte Menge an Behandlungsmittel legt und «**ewhn»e*B*fcee- flüssiges Eisen in das Gefäß gießt, dadurch gekennzeichnet, daß man als Behandlungsmittel ein Mittel gemäß den Ansprüchen 1 bis 9 verwendet.
11. Verfahren gemäß Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß man in das Legierungsgefäß, bezogen auf das zu behandelnde flüssige Eisen, 0,5 bis 3,0 Gew.% des Behandlungsmittels einbringt.
12. Verfahren zum Desoxydieren von Stahl und zum Entschwefeln von Eisen, bei welchem man in ein Legierungsgefäß eine bestimmte Menge eines Behandlungsmittels einbringt und Stahl oder Eisen in das Gefäß gießt, dadurch gekennzeichnet, daß man ein Behandlungsmittel gemäß den Ansprüchen 1 bis verwendet.
809823/072 Γ
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