DE2753853A1

DE2753853A1 - PROCESS FOR THE INACCULATION OF MELT CAST IRON

Info

Publication number: DE2753853A1
Application number: DE19772753853
Authority: DE
Inventors: Karl-Heinz Caspers
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1977-12-01
Filing date: 1977-12-01
Publication date: 1979-06-13
Also published as: FR2410677A1; FR2410677B3

Description

Verfahren zur Impfbehandlung von Gußeisenschmelzen Process for the inoculation treatment of cast iron melts

Ein Gußeisengefüge wird in hohem Maße durch die in der Schmelze vorhandenen Fremdteilchen (Keimbildung) und die Abkühlgeschwindigkeit (Kristallwachstum) beeinflußt. Eine gleichzeitige Keimbildung an möglichst vielen Stellen ist dabei zur Erzielung guter Werkstoffeigenschaften wünschenswert. Die Anzahl der wirksamen Fremdteile ist abhängig von der Gattierung und den Einsatzstoffen, dem Schmelzaggregat und der Schmelzführung. Außerdem kann die Anzahl der wirksamen Fremdteile noch durch eine Impfbehandlung beeinflußt werden.A cast iron structure is created to a large extent by the foreign particles present in the melt (nucleation) and the cooling rate (Crystal growth) influenced. Simultaneous nucleation in as many places as possible is essential Achieving good material properties is desirable. The number the effective foreign parts depends on the type and the materials used, the melting unit and the melting process. In addition, the number of effective foreign parts can still be influenced by an inoculation treatment.

Bei der Impfbehandlung wird dem Gußeisen in flüssigem Zustand vor dem Giessen ein Impfmaterial (z.B. sauerstoffaffine Elemente in Form einer Impflegierung auf Basis von Ferrosilicium) zugesetzt. Das kann auf verschiedene Weise geschehen. Als zweckmäßig hat es sich aber erwiesen, das Impfmaterial während eines Füllvorganges, z.B. beim Einfüllen des flüssigen Eisens in eine Gießpfanne, dem aus einer Ausgußöffnung rinnenden Eisen kontinuierlich in dosierter Menge zuzugeben, anstatt es in stehendes Eisen einzugeben. Dadurch wird besonders einfach eine homogene Verteilung des Impfmaterials in dem flüssigen Eisen erreicht.During the inoculation treatment, the cast iron in the liquid state is given an inoculation material (e.g. oxygen-affine Elements in the form of an inoculating alloy based on ferrosilicon) are added. This can be done in a number of ways. As functional However, it has been found that the inoculation material during a filling process, e.g. when pouring the liquid iron into a Ladle, the iron flowing out of a pouring opening continuously to be added in dosed quantities instead of pouring it into standing iron. This makes a homogeneous one particularly easy Distribution of the inoculum in the liquid iron is achieved.

Die Impfbehandlung spielt eine wichtige Rolle zur Gewährleistung guter Werkstoffeigenschaften. Eines ihrer Ziele ist die Erhöhung der Fähigkeit zur Graphitbildung (Typ A) mitInoculation treatment plays an important role in ensuring good material properties. One of their goals is increasing the ability to form graphite (type A) with

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einer optimalen statistischen Verteilung. Mit einer solchen Graphitausscheidung während der Erstarrung wird die sogen. Weißerstarrung vermindert oder gar vermieden, die ein Kennzeichen für die Bildung von Ledeburit ist. Weiterhin soll die Impfbehandlung den Gefügeaufbau innerhalb von Gußstücken mit unterschiedlicher Abkühlgeschwindigkeit bei gleicher VJerkstoffzusammensetzung ausgleichen. Auch die Treffsicherheit der mechanischen Eigenschaften, die hauptsächlich von den oben genannten Faktoren abhängen, und die Steigerung des Vollendungsgrades der Gußteile wird mit der Impfbehandlung angestrebt.an optimal statistical distribution. With such a graphite precipitation during the solidification is the so-called. White solidification reduced or even avoided, which is a characteristic for the formation of ledeburit is. Furthermore, the inoculation treatment should improve the structure within castings with different Cooling speed with the same material composition balance. Also the accuracy of the mechanical Properties that mainly depend on the factors mentioned above, and the increase in the degree of completion of the Castings are aimed at with the inoculation treatment.

Nach neuen Erkenntnissen wird die Impfung des Gußeisens als ein Desoxidationsvorgang verstanden, wenngleich über die komplexen Vorgänge beim Impfen durch Desoxidationsprodukte noch keine volle Klarheit besteht. Wichtige Bedingung ist jedoch, daß die Schmelze genügend Sauerstoff enthält. Diese Bedingung wird je nach den metallurgischen Herstellungsbedingungen häufig nicht erfüllt, und dann ist die Wirkung einer Impfbehandlung auf die Keimbildung und den Keimgehalt der Schmelze nur gering. Das gilt besonders für das Schmelzen von Gußeisen im Netzfrequenz-Induktions-Tiegelofen und beim Speichern und Warmhalten im Netzfrequenz-Induktions-Rinnofen. Bei dieser Art geschmolzenem bzw. warmgehaltenem Gußeisen ist für eine Impfbehandlung eine sehr große Menge Impfmaterial nötig. Dennoch besteht die Gefahr, daß selbst die Zugabe einer hohen Impfmaterialmenge auf Ferrosiliciumbasis von z.B. 0,4 Gew.% oder die Verwendung von Spezialimpflegierungen mit den sehr wirksamen Elementen Kalzium, Zirkon, Strontium oder Barium keinen oder nur einen geringen Impfeffekt (Erhöhung der Fähigkeit zur Graphitbildung Typ A und Vermeiden oder Vermindern der Weißerstarrung) bewirkt. Neben einem über- ! mäßigen Verbrauch an Impfmaterial sind mangelhafte und stark streuende Werkstoffeigenschaften innerhalb eines Gußteils und ', According to new findings, the inoculation of cast iron is understood as a deoxidation process, although the complex processes involved in inoculating with deoxidation products are not yet fully understood. However, an important condition is that the melt contains sufficient oxygen. This condition is often not met, depending on the metallurgical manufacturing conditions, and then the effect of an inoculation treatment on the nucleation and the nucleation of the melt is only slight. This applies particularly to the melting of cast iron in the mains frequency induction crucible furnace and when storing and keeping warm in the mains frequency induction trough furnace. With this type of molten or kept warm cast iron, a very large amount of inoculating material is required for an inoculation treatment. Nevertheless, there is a risk that even the addition of a high amount of inoculation material based on ferrosilicon of e.g. 0.4% by weight or the use of special inoculation alloys with the very effective elements calcium, zirconium, strontium or barium will have no or only a slight inoculation effect (increase in the ability to Type A graphite formation and avoidance or reduction of white solidification). In addition to an over-! moderate consumption of inoculum are defective and highly variable material properties within a casting and ',

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von Gußteil zu Gußteil und eine schlechte Bearbeitbarkeit der Gußteile sowie erhöhte Ausschuß- und Nacharbeitsquoten und ein größerer Aufwand für die Qualitätssicherung die Folge einer nicht ausreichenden Impfwirkung.from casting to casting and poor machinability of the castings as well as increased reject and rework rates and a greater effort for quality assurance is the result of an insufficient vaccination effect.

Um eine auf ungenügenden Sauerstoffgehalt der Schmelze zurückgehende Beeinträchtigung der Impfwirkung zu vermeiden, ist es bereits bekannt, von einer dosierten Übersättigung des Gußeisens an gelöstem Sauerstoff Gebrauch zu machen, indem vor dem Impfvorgang Luft in das flüssige Eisen eingeblasen oder Eisenoxid dem flüssigen Eisen zugegeben wird. Dadurch läßt sich die Impfwirkung verbessern und entsprechend der Verbrauch an Impfmaterial senken. Die Notwendigkeit einer gesonderten Sauerstoff-Vorbehandlung des flüssigen Eisens ist dabei jedoch ein Nachteil. Diese Vorbehandlung stellt einen zusätzlichen, entsprechend aufwendigen Verfahrensschritt dar und muß, wenn sie wirksam sein soll, in zeitlicher Abstimmung mit der Impfbehandlung erfolgen. In einer ganzen Reihe von Fällen läßt sich diese Vorbehandlung überdies auch gar nicht durchführen.To an insufficient oxygen content of the melt To avoid declining impairment of the vaccine effect, it is already known from a dosed supersaturation of the Cast iron to make use of dissolved oxygen by blowing air into the liquid iron before the inoculation process or Iron oxide is added to the liquid iron. In this way, the inoculating effect can be improved and, accordingly, the consumption of inoculating material reduce. The need for a separate oxygen pretreatment however, liquid iron is a disadvantage. This pretreatment represents an additional one, accordingly This is a complex process step and, if it is to be effective, it must be timed with the vaccination treatment take place. In a number of cases, moreover, this pretreatment cannot be carried out at all.

Im Zusammenhang mit der Methode, das Impfmaterial dem rinnenden Eisen zuzusetzen, ist es weiterhin aus der eigenen DT-OS 25 54 782 bekannt, das rinnende Eisen während der Zugabe des Impfmaterials, ggfs. aber auch noch vorher und nachher, zusätzlich mit Sauerstoff (in Form von reinem Sauerstoff oder in Form einer mit Sauerstoff angereicherten Atmosphäre) zu überblasen. Dadurch werden außerordentlich günstige Bedingungen für die Fremdkeimbildung und Ausfällung von Oxidpartikeln im Gießstrahl und in der Gießpfanne geschaffen. Dieser Effekt läßt sich dabei noch verstärken, wenn zusätzlich das Impfmaterial vor dem Kontakt mit dem Eisen noch mit Sauerstoff angereichert wird. Eine solche gesonderte Sauerstoffanreicherung des Impfmaterials ist wesent-In connection with the method of adding the inoculum to the running iron, it is still from the own DT-OS 25 54 782 known, the trickling iron during the addition of the inoculation material, but also before and afterwards, if necessary overblown with oxygen (in the form of pure oxygen or in the form of an oxygen-enriched atmosphere). This creates extremely favorable conditions for the formation of foreign nuclei and the precipitation of oxide particles in the pouring stream and created in the ladle. This effect can be intensified if the inoculation material is also applied before contact with which iron is still enriched with oxygen. Such a separate oxygen enrichment of the inoculation material is essential.

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lieh einfacher und leichter durchführbar als eine Sauerstoff-Vorbehandlung der Gußeisenschmelze.borrowed simpler and easier to carry out than an oxygen pretreatment the cast iron melt.

Dieses Verfahren gemäß der eigenen DT-OS 25 54 782 erlaubt eine kostengünstige und sichere Impfbehandlung, wobei eine gleichmäßige Impfung mit einer relativ geringen Menge an Impfmaterial erzielt werden kann. Als Impfmaterial sind dabei die üblichen Materialien vorgesehen, die die Graphitbildung (Typ A) im Gußeisen günstig beeinflussen und die ledeburitische Weißeinstrahlung vermeiden helfen.This method according to our own DT-OS 25 54 782 allows an inexpensive and safe vaccination treatment, with a uniform inoculation can be achieved with a relatively small amount of inoculum. The usual inoculants are used Materials are provided that favorably influence the formation of graphite (type A) in cast iron and the ledeburitic white radiation help avoid.

überraschend hat sich nun herausgestellt, daß sich eine wesentliche Steigerung der Wirkung der Zugabe des Impfmaterials dadurch erreichen läßt, daß erfindungsgemäß das Impfmaterial in Kombination mit Seltenerdmetallen und/oder Seltenerdmetall-Verbindungen eingesetzt wird. Dabei kann das Impfmaterial in herkömmlicher Weise in stehendes Eisen eingegeben werden, aber sehr viel zweckmäßiger ist es, das Impfmaterial in rinnendes Eisen einzugeben und dabei zugleich von den Verfahrensmaßnahmen der eigenen DT-OS 25 54 782 Gebrauch zu machen, d.h. das rinnende Eisen mit Sauerstoff zu überblasen und/oder das Impfmaterial mit Sauerstoff anzureichern.Surprisingly, it has now been found that a can achieve a substantial increase in the effect of adding the inoculum that, according to the invention, the inoculum in Combination with rare earth metals and / or rare earth metal compounds is used. The inoculating material can be used in conventional This can be done in standing iron, but it is much more convenient to put the inoculum in running iron and at the same time of the procedural measures of their own DT-OS 25 54 782 to make use, i.e. to blow the flowing iron with oxygen and / or the inoculation material with oxygen to enrich.

Die Kombination des Impfmaterials mit Seltenerdmetallen und/oder Seltenerdmetall-Verbindungen kann in unterschiedlicher Weise geschehen. Es ist möglich, das Impfmaterial mit den Seltenerdmetallen und/oder Seltenerdmetall-Verbindungen zu versetzen und dann in Form dieser Mischung der Eisenschmelze zuzugeben. Ebenso kann aber auch ein gesonderter Einsatz dieser beiden Bestandteile erfolgen, indem die Schmelze zum einen mit dem Impfmaterial und zum anderen mit einer die Seltenerdmetalle und/oderThe combination of the inoculum with rare earth metals and / or rare earth metal compounds can be different Way done. It is possible to add the rare earth metals and / or rare earth metal compounds to the inoculum and then add to the molten iron in the form of this mixture. However, these two components can also be used separately take place by the melt on the one hand with the seed material and on the other hand with one of the rare earth metals and / or

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Seltenerdmetall-Verbindungen enthaltenden Substanz versetzt wird. Die Reihenfolge der Zugabe dieser beiden Komponenten ist dabei beliebig und wird weitgehend durch die Gegebenheiten der Praxis bestimmt. Die die Seltenerdmetalle und/oder Seltenerdmetall-Verbindungen enthaltende Substanz kann vor und/oder nach der Impfbehandlung der Schmelze zugegeben werden, die beiden Komponenten können ebenso aber auch gleichzeitg in die Schmelze eingeführt werden.Substance containing rare earth metal compounds is added. The order in which these two components are added is included arbitrary and is largely determined by the conditions in practice. The rare earth metals and / or rare earth metal compounds The substance containing the two components can be added to the melt before and / or after the inoculation treatment but can also be introduced into the melt at the same time.

Als Seltenerdmetalle und/oder Seltenerdmetall-Verbindungen kommen im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens infrage Materialien auf der Basis von Seltenerdmetallenoxiden, Cerit, Seltenerdmetallsiliciden wie Cersilicid, Cermischmetall oder dergleichen. Auch Substanzen, die mehrere verschiedene Seltenerdmetalle enthalten, können mit Vorteil verwendet werden.Possible rare earth metals and / or rare earth metal compounds in the context of the process according to the invention Materials based on rare earth metal oxides, cerite, rare earth metal silicides such as cerium silicide, cerium mixed metal or the like. Substances that contain several different rare earth metals can also be used with advantage.

Die bei dem erfindungsgemäßen Verfahren eingesetzte Menge an Seltenerdmetallen und/oder Seltenerdmetall-Verbindungen kann in weiten Grenzen variieren und richtet sich in erster Linie nach den Erfordernissen der Praxis, insbesondere nach Art und Zusammensetzung der Schmelze. Wenn als Impfmaterial ein solches verwendet wird, welches die Seltenerdmetalle und/oder Seltenerdmetall-Verbindungen zugemischt enthält, liegt der Gehalt an Seltenerdmetallen und/oder Seltenerdmetall-Verbindungen im Impfmaterial dabei vorzugsweise im Bereich von 5-20 Gew.%. Bei einer getrennten Zugabe von Impfmaterial und einer die Seltenerdmetalle und/oder Seltenerdmetall-Verbindungen enthaltenden Substanz ist bevorzugt eine Menge von 0,03 - 0,12 Gew.% an Seltenerdmetall, bezogen auf die Eisenmenge, vorgesehen.The amount of rare earth metals and / or rare earth metal compounds used in the process according to the invention can vary within wide limits and is primarily based on the requirements of practice, in particular on type and Composition of the melt. If the inoculum used is one which contains the rare earth metals and / or rare earth metal compounds contains admixed, the content of rare earth metals and / or rare earth metal compounds is in the inoculum preferably in the range of 5-20% by weight. With a separate addition of inoculum and one the rare earth metals and / or substance containing rare earth metal compounds is preferably an amount of 0.03-0.12% by weight of rare earth metal, based on the amount of iron, provided.

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Es wurde gefunden, daß durch das erfindungsgemäße Verfahren, insbesondere in Verbindung mit der Sauerstoffbegasung des flüssigen Eisens, die Impfbehandlung intensiviert wird. Es ergibt sich eine Erhöhung der Keimzahlen und damit eine Vermehrung der eutektischen Zellen pro Quadratzentimeter sowie eine Verminderung der bei der eutektischen Erstarrung auftretenden Unterkühlung Δ T, die deutlich über dem allein durch Sauerstoffbegasung gemäß der eigenen DT-OS 25 54 782 erzielten Vorteil liegt. Gleichzeitig stellt sich ein langsameres Abklingen der Impfwirkung ein, wodurch die angestrebte Graphitausbildung (Typ A), die zu Gußstücken mit verbesserten Werkstoffeigenschaften führt, über einen längeren Zeitraum hinweg erreicht wird.It has been found that by the method according to the invention, especially in connection with the oxygenation of the liquid iron, the vaccination treatment is intensified. It there is an increase in the number of germs and thus an increase in eutectic cells per square centimeter as well as a Reduction of the hypothermia Δ T that occurs during eutectic solidification, which is significantly higher than that caused solely by aeration with oxygen according to its own DT-OS 25 54 782 achieved advantage. At the same time, the decay of the Inoculation effect, whereby the desired graphite formation (type A), which leads to castings with improved material properties, is achieved over a longer period of time.

Die mit dem erfindungsgemäßen Verfahren erzielbaren Vorteile bestätigen sich deutlich aus den Ergebnissen von Vergleichsversuchen. Für diese Vergleichsversuche wurde von gleichen Gußeisenschmelzen ausgegangen, die nach dem Verfahren gemäß der eigenen DT-OS 25 54 782 geimpft wurden. Die Schmelzen wurden dabei zum einen mit einem bekannten Impfmaterial auf Basis Ferrosilicium (Vergleichsbeispiele) und zum anderen mit dem gleichen Impfmaterial und zusätzlich dazu mit Cermischmetall (Ausführungsbeispiete des erfindungsgemäßen Verfahrens) behandelt.The advantages that can be achieved with the method according to the invention are clearly confirmed by the results of comparative tests. The same cast iron melts were used for these comparative tests assumed that were vaccinated according to the procedure according to our own DT-OS 25 54 782. The melts were doing it on the one hand with a known inoculum based on ferrosilicon (comparative examples) and on the other hand with the same Inoculation material and additionally with Cermischmetall (execution examples of the method according to the invention).

Es würde von mehreren Schmelzen aus einem N.F.-Tiegelofen und einem Heißwindkupolofen Erstarrungskurven aufgenommen und daraus die Kristallisations-Wärmemengen berechnet. Das erfolgte mittels Differential-Thermoanalyse nach der als Wlodawer-Rabus-System bekannten Methode (vergleiche österreichische Gießerei-Rundschau IjL. (1972), Seiten 114 - 121 und 147 - 153). Hierbei zeigte sich bei gleichem Sättigungsgrad des Eisens eine Erhöhung der dendritischen Kristallisationswärme von z.B. 15 cal/gIt would be made from several melts from an N.F. crucible furnace and a hot blast cupola, solidification curves were recorded and the amounts of crystallization heat calculated from them. That happened by means of differential thermal analysis according to the Wlodawer-Rabus system known method (compare Austrian Foundry Review IjL. (1972), pages 114 - 121 and 147 - 153). With the same degree of saturation of the iron, there was an increase in the dendritic heat of crystallization of e.g. 15 cal / g

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auf 17 cal/g und eine Verminderung der eutektischen Kristallisationswärme von z.B. 46 cal/g auf 4 3 cal/g, woraus auf die verbesserten Voraussetzungen für die Bildung von Graphit des Typs A geschlossen werden kann.to 17 cal / g and a reduction in the eutectic heat of crystallization from e.g. 46 cal / g to 43 cal / g, indicating the improved conditions for the formation of type A graphite can be closed.

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Claims

EIKENBERG & BRÜMMERSTEDT PATENT LAWYERS IN HANOVER Karl-Heinz Caspers and Dr.-Ing. Michael Gloz 380/75 claims:

1. A method for inoculating cast iron melts by uniformly adding an inoculating material to the melt, characterized in that the inoculating material is used in combination with rare earth metals and / or rare earth metal compounds.

2. The method according to claim 1, characterized in that the seed material used is one which contains rare earth metals and / or rare earth metal compounds.

3. The method according to claim 1, characterized in that the melt is mixed separately with the seed material and with a substance containing the rare earth metals and / or rare earth metal compounds.

4. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that cerium and / or cerium compounds are used as rare earth metals and / or rare earth metal compounds.

5. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the inoculum and optionally. The

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containing the rare earth metals and / or rare earth metal compounds Substance is evenly added to the iron flowing out of a pouring opening during a filling process.

6. The method according to claim 5, characterized in that

that the flowing iron before, during and / or after the addition of the inoculum and, if necessary, the rare earth metals and / or rare earth metal compounds containing substance is additionally blown with oxygen.

7. The method according to claim 5 or 6, characterized in that the inoculum is enriched with oxygen before contact with the iron.

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