DE3014450C2

DE3014450C2 -

Info

Publication number: DE3014450C2
Application number: DE3014450A
Authority: DE
Inventors: Richard Dr. Wien At Schluesselberger
Original assignee: Andritz Hydro GmbH Austria
Current assignee: Andritz Hydro GmbH Austria
Priority date: 1979-04-18
Filing date: 1980-04-15
Publication date: 1989-03-30
Also published as: AT363112B; SE449007B; SE449007C; CH649727A5; US4324587A; SE8006488L; DE3014450A1; GB2083503A; GB2083503B; ATA289579A

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Speichern von magnesiumhaltigen Gußeisenschmelzen gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Um Gußeisen mit Kugelgraphit herzustellen, muß in die Gußei senschmelze vor dem Gießen Magnesium eingebracht werden. Das Magnesium reagiert zunächst mit vorhandenem Sauerstoff, Schwe fel und unter Umständen anderen Begleitelementen. Wichtig ist ein gewisser Überschuß an freiem, aktivem Restmagnesium, so daß in Gußstücken aus Gußeisen mit Kugelgraphit etwa 0,03 bis 0,07 (Masse) % Magnesium analytisch nachgewiesen werden können.

In der Praxis ist es erforderlich, größere Schmelzeinheiten durch Einbringen von Magnesium zu behandeln. Sehr häufig be nötigt die Gußeisenschmelze längere Zeit, bis der eigentliche Gießvorgang vollzogen wird. Die Wege vom Ort der Magnesium einbringung bis zur Form können sehr weit sein oder der Gieß vorgang ist automatisiert, so daß über längere Zeiträume lau fend magnesiumbehandelte Gußeisenschmelze zur Verfügung stehen muß. Betriebsunterbrechungen, die sich beispielsweise durch das Wochenende oder durch etwaige Störungen ergeben, spielen bei dieser Überlegung ebenfalls eine Rolle.

Nun behalten magnesiumbehandelte Gußeisenschmelzen unter Luft nur verhältnismäßig kurze Zeit, in der Regel bis zu einer hal ben Stunde, den notwendigen Magnesiumgehalt. Das hat seine Ur sache darin, daß Magnesium sehr leicht oxidierbar ist und mit dem Sauerstoff der Luft reagiert. Andererseits hat Magnesium aufgrund seines niedrigen Siedepunktes von etwa 1102°C (Tem peratur der Gußeisenschmelze meistens um 1450°C) einen hohen Dampfdruck.

Dem Problem der Oxidierbarkeit des Magnesiums ist man durch Verkleinerung der Schmelzeoberfläche im Vorratsgefäß und/oder durch Verwendung von Schutzgas beigekommen. Außerdem hat man mit Erfolg Versuche unternommen, die Reaktion des Magnesiums mit der Ofen- oder Pfannenauskleidung durch geeignete Zustellmate rialien, wie MgO oder Al₂O₃, zu vermindern.

Aus einem in der Zeitschrift "Gießerei", Jg. 65 (1978), Heft 1 erschienenen Artikel ist es bekannt, eine Schmelze in einem geschlossenen Ofen unter einer Schutzgas atmosphäre warm zu halten und den dabei auftretenden Magnesiumverlust der Schmelze durch laufendes Einbringen von magnesiumüberbehandeltem Eisen zu kompensieren.

Aus der SE-PS 3 13 323 ist es bekannt, eine Gasmischphase in einem außerhalb des Systems liegenden und von dem Inertgas durchströmten Verdampfungsgefäß zu erzeugen. Die Verbindungsleitungen zwischen dem Verdampfungsgefäß und dem Ofen bilden zwangsläufig eine Kältefalle, in denen das Magnesium kondensiert, wodurch die Anordnung funktionsunfähig wird.

Aus der SE-PS 3 28 673 ist es bekannt, eine kugelgraphit bildende Gußeisenschmelze warm zu halten, wobei ein ge nügender Überdruck die durch das Befüllen und Entleeren entstehenden Druckdifferenzen ausgleicht. Der Magnesium verlust der Schmelze wird durch ständigen Zusatz magne siumhaltiger Schmelze kompensiert.

Aus der US-PS 42 14 899 ist das Einbringen von Magnesium in Ferrosilizium-Legierungen bekannt. Hierzu wird das Magnesium in fester Form in einem offenen Gefäß auf die Badoberfläche aufgebracht.

Aus der US-PS 36 19 173 ist ein Behandlungsverfahren bekannt, bei dem in eine vorher magnesiumfreie Schmelze Magnesium eingebracht wird.

Ein Verfahren der im Oberbegriff des Patentanspruches 1 angegebenen Art ist aus der Zeitschrift "Maschinenmarkt", Würzburg, 84 (1978), 77 bekannt.

Allen vorstehend genannten, bekannten Verfahren ist ge meinsam, daß sie sich bestenfalls zur Kurzzeitkonservierung eignen. Dagegen ist es wegen des hohen Dampfdruckes des Magnesiums bisher nicht gelungen, die Abnahme des Magne siumgehaltes über längere Zeiträume hinweg zu verhindern.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zum Speichern von magnesiumhaltigen Gußeisenschmelzen über längere Zeiträume zu schaffen, bei dem unter Bewältigung der oben aufgezeigten Probleme mit Sicherheit der erforderliche Magnesiumgehalt der Gußeisenschmelze gewährleistet ist.

Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt bei dem Verfahren der eingangs genannten Art mit den kennzeichnenden Merkmalen des Patentanspruchs 1.

Auf diese Weise wird verhindert, daß dampfförmiges Magnesium kondensiert und dadurch der Partialdruck absinkt.

Gemäß einem weiteren Vorschlag der Erfindung wird die gesamte Schmelzeoberfläche unter der magnesiumhaltigen Inertgasatmosphäre in einem geschlossenen Ofen gehalten.

In Weiterbildung des Erfindungsgedankens kann auch nur ein Teil der Schmelzoberfläche unter Aufbringen einer tauchglockenähn lichen Vorrichtung unter magnesiumhaltiger Inertgasatmosphäre gehalten werden.

Es hat sich nämlich gezeigt, daß das Einbringen von Magnesium in Gußeisenschmelzen, das bekanntlich mit großen Schwierigkeiten verbunden sein kann, erfindungsgemäß allein aus der Gasphase zu bewerkstelligen ist.

Ebenso ist es möglich, wenn eine solche Schmelze über einige Tage abstehen muß, den Magnesiumgehalt in der Schmelze absinken zu lassen und den alten Zustand kurz vor dem Gießen dadurch her zustellen, daß die inerte Gasphase mit Magnesium beladen wird, welches dann durch den höheren Partialdruck von der Schmelze aufgenommen wird.

Es wurde bereits bekannt, Magnesium in Autoklaven (Druckpfannen oder Druckkammern) in die Gußeisenschmelze einzubringen. Beim erfindungsgemäßen Verfahren steht die Schmelze hingegen nur un ter geringem Überdruck. Dieser hat den Zweck, die Schutzgasat mosphäre auch bei Leckverlusten aufrecht zu erhalten. Außerdem wird dadurch die laufende Entnahme von Schmelze zum Unterschied vom Autoklaven-Verfahren ermöglicht. Durch eine laufende, ge zielte Magnesiumzugabe zum inerten Gas wird der gewünschte Mag nesium-Partialdruck über der Schmelze eingestellt.

Die laufende Beladung des Schutzgases mit Magnesium kann dadurch erreicht werden, daß erfindungsgemäß in die Inertgasatmosphäre feinstückiges Magnesium oder magnesiumhaltiges Material in Form von Pulver, Grieß, Granalien oder Drahtstücken ein gebracht werden, wobei insbesondere geeignete Dosiervorrichtun gen eingesetzt werden müssen.

Für diesen Fall kann beispielsweise folgende Vorrichtung dienen:

In einem flachzylindrischen Gehäuse ist eine Scheibe mit ge ringem Spiel drehbar gelagert. Diese wird mit einem Schwenk zylinder oszillierend bewegt. Die Scheibe besitzt zwei diametral angeordnete zylindrische Bohrungen zur Aufnahme der Magnesium dosis. Eine der beiden Bohrungen steht bei der Umdrehung auf Füllstellung, während die andere Öffnung gleichzeitig auf Ent leerungsstellung steht. Dort wird das Magnesiummaterial in den durchströmenden Inertgasstrom eingebracht. Das Magnesium schmilzt und verdampft beim Eintritt in den Ofenraum. Die einzubringende Magnesiummenge läßt sich je nach Bedarf oder Größe der zu behan delnden oder zu konservierenden Schmelze dadurch regulieren, daß die Größe der Bohrungen durch einsetzbare Ringe verändert wird und/oder daß die Taktzahl des Schwenkzylinders variiert wird.

Es hat sich auch bewährt, in die heiße Inertgasatmosphäre von oben oder von der Seite einen Draht aus Magnesium oder magnesi umhaltigem Material einzuführen, in der das Magnesium durch die Erhitzung zum Schmelzen und Verdampfen gebracht wird. Für den Fall der Einbringung von Magnesiumdampf in die Inert gasatmosphäre kann z. B. vorteilhaft eine kleine Menge Magnesium oder magnesiumhaltiges Material in einem beheizbaren Behälter bei einer Temperatur nahe dem Siedepunkt des Magnesiums gehal ten werden. Die Magnesiummenge, die verdampfen soll, um den ge wünschten Magnesiumpartialdruck in der Inertgasatmosphäre zu erhalten, wird durch Energiezufuhr zu dem Schmelzegefäß regu liert.

Die Erfindung sei im nachstehenden an Hand von Beispielen erläutert.

Beispiel 1

Eine Schmelze nachstehender Zusammensetzung

wird in einem induktiv beheizten Warmhalteofen mit einer Kapa zität von 440 kg und einer Magnesiumoxid-Ofenauskleidung länge re Zeit warmgehalten. Der Ofen ist durch einen Deckel verschlos sen und mit Einrichtungen zur Einleitung von Argon und Zugabe von Magnesium versehen. Beim Einleiten von Argon entsprechend der Leckrate des Ofens von 8 l/min zeigt sich, wie aus nach stehender Tabelle 1 zu ersehen ist, daß der Magnesiumgehalt innerhalb von 2 Std. von 0,092 auf 0,004% Mg absinkt.

Tabelle 1

Wird dagegen durch geeignete Zugabe von Magnesium in den Ofen raum ein ausreichender Magnesiumpartialdruck erzeugt und auf rechterhalten, so steigt der Magnesiumgehalt der Schmelze inner halb von 4 Std. von 0,004% auf 0,043% Mg, entsprechend Tabel le 2 wieder an.

Tabelle 2

Beispiel 2

Bei einer weiteren Schmelze, deren Magnesiumgehalt unter Argon von 0,145 auf 0,020% Mg in 1,5 Std. gesunken ist, kann durch Zugabe von Magnesium zum Schutzgas der Magnesium-Abfall durch Aufbau eines ausreichenden Magnesiumpartialdruckes über der Schmelze aufgefangen und auf eine Höhe von etwa 0,03% Mg ein gestellt werden (siehe Tabelle 3).

Tabelle 3

Unter den vorliegenden Verhältnissen wird bei 0,019% Mg bereits einwandfreie Kugelgraphitausbildung im Gußeisen er reicht. In der Praxis sind üblicherweise höhere analysierte Magnesiumgehalte für einwandfreies Gußeisen mit Kugelgraphit erforderlich. Bei längerem Abstehen der Schmelze scheiden sich unwirksame Magnesiumverbindungen, die aber mitanalysiert wer den würden, aus. Aus diesem Grunde genügen bei dem erfindungs gemäßen Verfahren niedrigere, analysierte Magnesiumgehalte.

Claims

1. Verfahren zum Speichern von magnesiumhaltigen Gußeisenschmelzen in gießfertigem Zustand über längere Zeiträume unter Verwendung einer über der Schmelzoberfläche befindlichen Schutzgasatmosphäre aus einem inerten Gas, welche einschließlich aller Begrenzungsteile eine Temperatur über dem Siedepunkt von Magnesium, d. i. 1102°C, besitzt und Magnesiumdampf enthält, dadurch gekennzeichnet, daß der Partialdruck des dampfförmigen Magnesiums gleich oder höher ist als der Partialdruck des Magnesiums innerhalb der Schmelze.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die gesamte Schmelzoberfläche unter der magnesiumhaltigen Inertgas-Atmosphäre in einem geschlossenen Ofen gehalten wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß nur ein Teil der Schmelzoberfläche durch Aufbringen einer tauchglockenähnlichen Vorrichtung unter der magnesiumhaltigen Inertgas-Atmosphäre gehalten wird.

4. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß in die Inertgas-Atmosphäre feinstückiges Magnesium oder feinstückiges magnesiumhaltiges Material in Form von Pulver, Grieß, Granalien oder Drahtstücken dosiert eingebracht wird.

5. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß in die Inertgas-Atmosphäre von oben oder von der Seite ein Draht aus Magnesium oder magnesiumhaltigem Material eingeführt wird.

6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die erforderliche Menge von Magnesiumdampf in der Inertgas-Atmosphäre aus einem mit dieser in Verbindung stehenden Schmelzenbehälter mit Magnesium oder magnesiumhaltigem Material entnommen wird, wobei die verdampfende Magnesiummenge durch die Heizleistung des Schmelzenbehälters gesteuert wird.