DE3318841C2 - Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung von Gußeisen mit Kugelgraphit - Google Patents

Abstract

Die üblichen Verfahrensweisen der Herstellung von Gußeisen mit Kugelgraphit mittels Reinmagnesium in Eisengießereien sind mit wesentlichen Nachteilen behaftet. Hierzu zählen geringe Mengenleistung pro Zeiteinheit, hoher Transportaufwand, Personalintensivität, Magnesiumanalysenungenauigkeit im Gußeisen und hohe Magnesiumverluste der Guß eisenschmelze als Funktion der Zeit. Als Lösung der Probleme ist ein Verfahren und eine Vorrichtung gefunden, bei dem sich die Vorrichtung in einem Behandlungsgefäßboden einen Behandlungsraum bildet, wobei das Behandlungsgefäß mit Gußeisenschmelze gefüllt wird und diese in den mit Reinmagnesium gefüllten Behandlungsraum eindringt. Hierbei erfolgt eine Magnesiumreaktion mit Magnesiumauflegierung der Gußeisenschmelze. Vorteile bietet ein Behandlungsgefäß, wenn es als Vakuumbehandlungsgefäß ausgeführt ist, weil hier in Verbindung mit einem Gußeisensammelgefäß, über Füllstandsanzeiger mit Steuerung, eine teilweise Automatisierung des Füllvorganges des Behandlungsgefäßes erfolgen kann. Muß die fertige Gußeisenschmelze längere Zeit im Vakuumbehandlungsgefäß gehalten werden, werden Magnesiumverluste unter Einsatz von Schutzgasen vermieden.

Description

Pflege möglichst gering gehalten werden sollten, den Anwendungsbereich der Herstellung von Gußeisen mit Kugelgraphit mittels Reinmagnesium oder hochmagnesiumhaltigen Stoffen auf Schmelzaggregate mit relativ niedriger Rinneneisentemperatur, jedoch ohne wesentliehe Einbußen der Gießbarkeit der Schmelze zu erweitern, den Anteil an unerwünschten Reaktionsprodukten während und nach der Behandlung der Gußeisenschmelze mit Magnesium mögliehst klein zu halten, sowie bei betriebsbedingten Unterbrechungen und daraus resultierendem längeren Verweilen der Gußeisenschmelze im Behandlungsaggregat Temperaturverluste und Magnesiumverluste der Gußeisenschmelze gering zu halten, und ein Verfahren zu finden, bei dem Gußeisen mit Kugelgraphit ohne Unfallgefahr und Umweltbelastung hergestellt werden kann.

Diese Aufgabe wird bei einem Verfahren der eingangs genannten Art erfindungsgemäß mit den kennzeichnenden Merkmalendes Patentanspruches 1 gelöst.

Weitere Ausgestaltungen dieses Verfahrens sind in den Patentansprüchen 2 bis 6 angegeben.

Die oben genannte Aufgabe wird bei der eingangs vorausgesetzten Vorrichtung erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruches 7 gelöst. Ausgestaltungen dieser Vorrichtung ergeben sich aus den Patentansprüchen 8 bis 17.

Um Gußeisen mit Kugelgraphit mit hohem Magnesiumausbringen und genauen Magnesiumanalysenwerten zu erzeugen, sowie eine saubere Handhabung der Vorrichtung mit dem Behandlungsgefäß bei nahezu 100% Absaugung von Reaktionsgasen und Stäuben zu erreichen, ein zeitraubendes Umschüaen von einer Pfanne in das Behandlungsgefäß und zurück zu vermeiden und somit extrem geringe Temperaturverluste der Gußeisenvorschmelze zu erzielen, wird die Gußeisenvorschmelze in einem Vakuumbehandlungsgefäß mit Magnesium behandelt, wobei flüssige Gußeisenvofschmelze aus einer Pfanne, bedingt durch einen im Vakuumbe handlungsgefäß von einer Vakuumpumpe erzeugten Unterdruck, über einen in die volle Pfanne getauchten feuerfesten Saugrüssel in das luftdicht abgeschlossene Vakuumbehandlungsgefäß gesaugt wird, und dort diese Gußeisenvorschmelze im Behandlungsraum der im Vakuumbehandlungsgefäß installierten Behandlungsvorrichtung mit Magnesium behandelt wird, wobei das fertig behandelte Gußeisen unter Erhöhung des Druckes im Vakuumbehandlungsgefäß wieder in die Pfanne zurückgeleitet wird.

Um eine Beförderung von Gußeisenvorschmelze ohne Zwischentransport aus einem Gußeisensammelgefaß, insbesondere einem Kupolofenvorherd, in ein Vakuumbehandlungsgefäß durchzuführen und somit geringen Kranaufwand, kurze Wege und geringe Temperaturverluste zu erzielen, wird das Vakuumbehandlungsgefäß über oder neben einem Gußeisensammelgefaß positioniert und die Gußeisenvorschmelze über einen feuerfesten Saugrüssel, der in die Gußeisenvorschmelze des Gußeisensammeigefäßes getaucht und mit dem Vakuumbehandlungsgefäß verbunden wird bedingt durch Erzeugung eines Vakuums im Vakuumbehandlungsgefäß, in dieses gesaugt und dort mit Hilfe einer Vorrichtung mit Magnesium behandelt, wobei aufgrund der geometrischen Form des Vakuumbehandlungsgefäßes die fertige behandelte Gußeisenschmelze nicht in das Gußeisensammeigefäß zurückfließt, sondem nach Druckausgleich und öffnen der Dichtklappe mit Dichtung sowie Schwenken der Gesamtanlage, über eine Ausgießöffnung in eine Gußeisentransportpfanne gekippt wird.

Um eine Magnesium-Sauerstoff-Reaktion und ein Magnesiumverdampfen aus der fertigen Gußeisen-mit-Kugelgraphit-Schmelze zu verhindern und somit ein längeres Verweilen der fertigen Gußeisenschmelze im Vakuumgefäß zu erzielen, wird inertes oder reaktionsträges Schutzgas mit Normal- oder Überdruck in das Vakuumbehandlungsgefäß eingeleitet, wobei der Saugrüssel in die Restschmelze des Gußeisensammeigefäßes getaucht v.-ird, damit die Schutzgasmenge gering, der Schutzgasdruck konstant und die Luftsauerstoffzufuhr gering gehalten wird.

Um eine teilweise Automatisierung des Füllvorganges des Gußeisens vom Gußeisensammeigefäß in das Vakuumbehandlungsgefäß zu erzielen, wird das Vakuumbehandlungsgefäß mit einem Füllstandsanzeiger max und das Gußeisensammeigefäß mit einem Füllstandsanzeiger min versehen, die mit einem Steuergerät verbunden sind, wobei hier das Starten, das Unterbrechen und das Beenden des Füllvorganges gesteuert wird.

Um eine Verhinderung eines Überlaufens des Gußeisensammelgefäßes zu erzielen, wird das Gußeisensammeigefäß mit einem Füllstandsanzeiger max versehen, der über eine Signaleinrichtung den maximal zulässigen Füllstand anzeigt, wobei das Gußeisensammeigefäß mit einem Notabstichloch ausgeführt ist, das vor der Notentleemng des Gußeisensammeigefäßes aufgestochen wird.

Um einen Behandlungsraum zu bilden und diesen bei unterschiedlicher räumlicher Größe mit variablen Mengen an Reinmagnesium oder hochmagnesiumhaltigen Stoffen zu füllen und um in die Reaktion der Gußeisenschmelze mit dem Magnesium während der Behandlung eingreifen zu können, ist der untere Abschluß des Behandlungsraumes durch den Behandlungsgefäßboden gebildet und der Behandlungsdecke! im Behandlungsrohr höhenverstellbar nach dem Zylinder-Kolben-Prinzip ausgeführt.

Um eine einfache Handhabung der Vorrichtung zu erzielen, ist die Behandlungsvorrichtung zusätzlich mit einer Andrückhaube, einer Zentrierplattenbefestigung, einer Zentrierplatte, einer Andrückfeder, einer Andrückplatte und einer Andrückhaubenbefestigung ausgestattet.

Um ein einfaches Füllen des Behandlungsraumes mit Reinmagnesium oder hochmagnesiumhaltigen Stoffen zu erzielen, ist der Behandlungsdeckel, an dem die feuerfeste Behandlungsdeckelstange montiert ist, aus dem Behandlungsrohr herausnehmbar, sowie Andriirkhaube mit Andrückfeder und Andrückplatte vom Behandlungsgefäß abnehmbar gestaltet.

Um eine Sicherheit des Behandlungsrohres gegen Verrutschen und Verschieben zu erzielen, wird das Behandlungsrohr von der Andrückplatte mit Hilfe einer Andrückfeder von der Andrückhaube aus gegen den Behandlungsgefäßboden gedrückt

Um ein gezieltes Entweichen von gas- oder staubförmigen Reaktionsprodukten während der Magnesiumbehandlung der Gußeisenschmelze zu erzielen, sind die Zentrierplatte und die Andrückhaube mit je einem übereinanderliegenden Absaugloch versehen, wobei das Eingießloch mit einer Dichtplatte abgedichtet ist.

Um ein sicheres Füllen des Behandlungsgefäßes mit Gußeisenvorschmeize zu erzielen, sind die Andrückhaube und die Zentrierpiatte mit einem Eingießloch versehen, auf das bei Bedarf ein Eingießtrichter setzbar ist.

Um ein Eindringen der Gußeisenvorschmelze in den

mit Reinmagnesium oder hochmagnesiumhaltigen Stoffen gefüllten Behandlungsraum zu ermöglichen und somit eine Magn^siumauflegicrung und eine Entschwefelung zu erzielen, sind die Wand des Behandlungsrohres und der Bchandlungsdeckel mit Bohrungen versehen.

Um eine genaue Führung und Positionierung des Behandungsrohres in der Vorrichtung zu erzielen, ist das Behandlungsrohr von einem am Behandlungsgefäßboden befindlichen Zentrierbuckel und einer Zentrierplatte, die an der Behandlungsgefäßwand mit einer Zentrierplattenbefestigung verbunden ist, geführt und positioniert.

Um das Behandlungsgefäß während der Magnesiumbehandlung der Gußeisenschmelze nach oben abzudichten und damit eine höhere Sicherheit während der Reaktion des Gußeisens mit dem Magnesium zu erzielen, sind die Andrückhaube und die Zentrierplatte über eine Andrückhauben- und eine Zentrierplattenbefestigung mit der Behandlungsgefäßwand verbunden.

Um eine Führung der Behandlungsdeckelstange zu erzielen, sind Andrückhaube und Andrückplatte mit Führungsbohrungen versehen.

Um eine bessere Ausnutzung und Pflege des Behandlungsrohres zu erzielen, besteht das Behandlungsrohr aus mehreren Rohrelementen, die zusammensteck- oder schraubbar sind, wobei der verschlissene Rohrbereich abgetrennt und auf den oberen nichtverschlissenen Teil des Restrohres ein neues Rohrelement aufgesetzt wird.

Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, daß ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung von Gußeisen mit Kugelgraphit mittels Reinmagnesium oder hochmagnesiumhaltigen Stoffen gefunden ist, bei denen mit geringem Personalaufwand, geringer Unfallgefahr, ohne größere Transporteinrichtungen, ohne größere Wärmeverluste, in großen Mengen pro Zeiteinheit, ohne besondere Pflege der Behandlungsvorrichtung bei hoher Anzahl der Behandlungen, einfacher Bedienung, hohem Magnesiumausbringen, extrem guter Absaugung der gasförmigen und staubförmigen Reaktionsprodukte, zielsicherer Analysengenauigkeit des Magnesiums, sowie bei der GGG Herstellungsvariante mit Vorherd in quasi kontinuierlicher Weise und mit längerem Verbleib des Magnesiums in der Schmelze Gußeisen mit Kugelgraphit hergestellt werden kann.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in Zeichnungen dargestellt und werden im folgenden näher beschrieben.

Fig. 1 zeigt eine Vorrichtung und den Ablauf des Verfahrens der Herstellung von Gußeisen mit Kugelgraphit mittels Reinmagnesium oder hochmagnesiumhaltigen Stoffen. Eine Gußeisenvorschmelze wird in ein Behandlungsgefäß (1) geschüttet und in diesem mit Hilfe einer Vorrichtung (2 bis 11), die mit einem Behandlungsraum (12) versehen ist, mit Magnesium behandelt. Die Magnesiumbehandlung wird dadurch ermöglicht, daß die Gußeisenvorschmelze durch Bohrungen, die in der Behandlungsraumwand eingebracht sind, in den mit Reinmagnesium oder hochmagnesiumhaltigen Stoffen gefüllten Behandlungsraum (12) eindringt und dort mit dem Magnesium reagiert bzw. auflegiert wird. Eine gute Durchmischung der Gußeisenvorschmelze mit dem Magnesium wird durch eine Badbewegung, die durch die Magnesiumreaktion oder mechanische Einwirkung hervorgerufen werden kann, erzielt Die Vorrichtung (2 bis 11) besteht aus Zentrierplatte (2), Behandlungsrohr (3), Andrückhaube (4), Dichtplatte (5), Andrückfeder (6), Andrückplatte (7), Behandlungsdeckel (8), Behandlungsdeckelstange (9), Zentrierplattenbefestigung (10) und Andrückhaubenbefestigung (11), wobei Behandlungsrohr (3), Behandlungsdeckel (8) und Behandlungsgefäßä boden (13) den Behandlungsraum (12) bilden. Um ein Füllen des Behandlungsraumes (12) mit Reinmagnesium oder hochmagnesiumhaltigen Stoffen zu ermöglichen, ist der Behandlungsdeckel (8) aus dem Behandlungsrohr (3) herausnehmbar gestaltet, wobei der Behandlungsdeckel (8) mit einer Behandlungsdeckelstange (9) verbunden ist, damit dieser mit ihrer Hilfe herausgenommen werden kann. Das Behandlungsrohr (3) besteht aus mehreren Behandlungsrohrelementen (16), die zusammengefügt werden können und in ihrer Wandung mit Bohrungen (17) versehen sind. Ebenfalls mit Bohrungen (17) versehen ist der Behandlungsdeckel (8). Ist der untere Teil des Behandlungsrohres (3) mit einer vorbestimmten Menge Reinmagnesium oder hochmagnesiumhaltigen Stoffen gefüllt, so wird der Behandlungsdeckel (8) mit der Behandlungsdeckelstange (9) in das Behandlungsrohr (3) gesteckt. Es ist hiermit ein mit Reinmagnesium oder hochmagnesiumhaltigen Stoffen gefüllter Behandlungsraum (12) gebildet worden. Das Behandlungsrohr (3) wird von einer Zentrierplatte (2) und einem Zentrierbuckel am Behandlungsgefäßboden (13) geführt und positioniert. Festgehalten und gegen den Behandlungsgefäßboden (13) gedrückt wird das Behandlungsrohr (3) durch eine Andrückplatte (7), die mittels Federkraft einer Andrückfeder (6) von der Andrückhaube (4) aus gegen das Behandlungsrohr (3) drückt. Die Behandlungsdeckelstange (9) wird durch Bohrungen in der Andrückhaube (4) und in der Andrückplatte (7) geführt.

Die Größe des Behandlungsraumes (12) kann durch Feststellen der Behandlungsdeckelstange (9) in einer Arretiervorrichtung variabel bestimmt werden. Auch kann durch Kubbewegungen des Behandlungsdeckcls (8) und der Behandlungsdeckelstange (9) von Hand oder mechanisch die Größe des Behandlungsraumes (12) während der Magnesiumbehandlung der Gußeisevschmelze variiert werden, wobei außerdem eine gewünschte Badbewegung erzeugt werden kann. Zentrierplatte (2) und Andrückhaube (4), die mit dem Behandlungsgefäß (1) über eine Zentrierplattenbefestigung(10) und eine Andrückhaubenbefestigung (11) verbunden sind, sind mit einem großen Eingießloch (14) und einem kleinen Absaugloch (15) versehen. Das Eingießloch (14) wird während der Magnesiumbehandlung der Gußeisenschmelze mit einer Dichtplatte (5) verschlossen, sowie das Absaugloch (15) mit der Absaugung verbunden. Die Materialbeschaffenheit des gesamten Behandlungsaggregates muß den hohen Temperaturen entsprechend sein. Temperatur, Gewicht und Analyse der Gußeisenvorschmelze und Menge des einzubringenden Magnesiums müssen vor der Magnesiumbehandlung der Gußeisenschmelze, um eine Analysengenauigkeit des Magnesiums im fertigen Gußeisen mit Kugelgraphit zu erzielen, vorgegeben bzw. durch Berechnung festgelegt sein. Die Gußeisen-mit-Kugelgraphit-Schmelze ist dann fertig, wenn die Reaktion des Magnesiums mit der Gußeisenschmelze im Behandlungsraum (12) vollkommen beendet ist. Das Entleeren des Behandlungsgefäßes (1) kann dann gegebenenfalls durch Stopfenentleerung erfolgen.

Es zeigt Fig.2 ein Ausführungsbeispie! einer Vorrichtung (26) zum Behandeln von Gußeisenvorschmelze mit Reinmagnesium oder hochmagnesiumhaltigen Stoffen in einem Vakuumbehandlungsgefäß (21). In ein

Schmelzbad mit Gußeisenvorschmelze, die sich in einer Pfanne (25) befindet, wird ein Saugrüssel (22), der mit einem luftdichten Vakuumbehandlungsgefäß verbunden ist, getaucht. Der Vakuumgefäßinnenraum (35) ist dadurch von der Außenluft abgeschnitten. Anschließend wird durch eine Vakuumpumpe (23), über ein Ventilsystem (24), im Vakuumbehandlungsgefäß (21) ein Vakuum erzeugt. Hierbei wird durch den erzeugten Unterdruck Gußeisenvorschmelze aus der Pfanne (25) in den Vakuumgefäßinnenraum (35) gesaugt. Im Vakuumgefäßinnenraum (35) befindet sich eine Vorrichtung (26) zum Behandeln von Gußeisenschmelze mit Magnesium. Diese Vorrichtung (26) besteht aus Behandlungsrohr (27), Behandlungsdeckel (28), Behandlungsdeckelstange (29), Arretierbolzen (30), luftdichtabschließender Andrückhaube mit Dichtung (31), Andrückhaubenbefestigung (32), Andrückfeder (33) und Andrückplatte (34). Die in das Vakuumbehandlungsgefäß (21) gesaugte Gußeisenvorschmelze fließt durch Bohrungen der Behandlungsraumwand in den Behandlungsraum (36) der Vorrichtung (26) und reagiert dort mit dem in den Behandlungsraum (36) gefüllten Reinmagnesium bzw. mit den hochmagnesiumhaltigen Stoffen. Der Behandlungsraum (36) der Vorrichtung (26) wird aus Behandlungsdeckel (28), Behandlungsrohr (27) und Behandlungsgefäßboden (39) gebildet. Der Behandlungsdeckel (28) hat eine Behandlungsdeckelstange (29), die im oberen Bereich mit Bohrungen versehen ist. Um Gußeisenschmelze in den Behandlungsraum (36) der Vorrichtung (26) eindringen lassen zu können, sind Behandlungsdeckel (28) und Behandlungsrohr (27) mit Bohrungen versehen. Der Behandlungsraum (36) wird während der Behandlung bei konstantem Volumen gehalten, daher werden Behandlungsdeckelstange (29) und Behandlungsrohr (27) über Arretierbolzen (30), die durch die Rohrwandbohrungen und Stangenbohrungen geschoben werden, fest miteinander verbunden. Geführt und positioniert wird das Behandlungsrohr (27) durch einen Führungsbuckel (37) und einer Führungsbohrung (38) im Vakuumbehandlungsgefäß (21). Fest angedrückt und gegen Verrutschen gesichert, ist das Behandlungsrohr (27) mittels Federkraft einer Andrückfeder (33), die von einer Andrückhaube (31) über eine Andrückplatte (34) auf das Behandlungsrohr (27) drückt.

Da der Behandlungsraum (36) vor jeder Magnesiumbehandlung der Gußeisenschmelze mit Reinmagnesium oder hochmagnesiumhaltigen Stoffen neu gefüllt werden muß, ist die luftdicht abgeschlossene Andrückhaube mit Dichtung (31) mittels Betätigung einer schnell- und dichtschließenden bzw. öffnenden Andrückhaubenbefestigung (32) abnehmbar gestaltet. Desweiteren ist um den unteren Teil des Behandlungrohres (27) zu füllen, der Behandlungsdeckel (28) mit Behandlungsstange (29) aus dem Behandlungsrohr (27) herausnehmbar ausgeführt. Eine Badbewegung der Gußeisenschmelze während der Magnesiumbehandlung, und somit eine gute Durchmischung des Gußeisens mit Magnesium, wird durch Heben und Senken des Vakuumdruckes im Vakuumbehandlungsgefäß erreicht. Ist die Reaktion des Magnesiums mit der Gußeisenschmelze vollkommen abgeklungen, so ist der Magnesiumbehandlungsvorgang beendet Durch Erhöhen des Druckes im Vakuumbehandlungsgefäß (21) wird die fertige Gußeisen-mit-Kugelgraphii-Schmelze in die Pfanne (25) entleert urd der Säugrüssel (22) aus der Pfanne (25) genommen.

Es zeigt F i g. 3 ein Ausführungsbeispiel eines Verfahrens mit Vorrichtung zur Herstellung von Gußeisen mit Kugelgraphit mitteis Reinmagnesium oder hochmagnesiumhaltigen Sioffen direkt aus einem Kupolofenvorherd oder Gußeisensammeigefäß mit Hilfe einer Vakuum-Magnesiurr.behandlung. Über ein Gußeisensammelgefäß (57) ist ein in seiner Höhe verstellbares luftdicht abgeschlossenes Vakuumbehandlungsgefäß (50) einschließlich Behandlungsvorrichtung (51) positioniert. Das Vakuumbehandlungsgefäß (50) ist mit einem Saugrüssel (56) versehen, der durch ein Loch in der Gußeisensammelgefäßdecke in das Schmelzbad des Gußeisensammelgefäßes (57) taucht. Wird von der Vakuumpumpe (52) über ein Ventilsystem I (53) im Vakuumbehandlungsgefäß (50) ein Vakuum erzeugt, so wird Gußeisenschmelze aus dem Gußeisensammeigefäß (57) über den Saugrüssel (56) in das Vakuumbehandlungsgefäß

(50) gesaugt. Bei einer Druckerhöhung kann die Gußeisenschmelze aus dem Vakuumbehandlungsgefäß (50), bedingt durch die geometrische Form desselbigen, nicist in das Gußeisensammeigefäß (57) zurückfließen. Im Vakuumbehandlungsgefäß (50) befindet sich eine nach au-Ben luftdicht abgeschlossene Behandlungsvorrichtung (51), deren Behandlungsraum (61) mit Reinmagnesium oder hochmagnesiumhaltigen Stoffen gefüllt ist. Die Größe der zuzugebenden Magnesiummenge richtet sich nach Temperatur, Menge und Analyse der zu behandelnden Gußcisenschmelze und wird in der Regel berechnet.

Wird das Vakuumbehandlungsgefäß (50) mit Gußeisenschmelze gefüllt, so dringt die Schmelze durch Bohrungen der Behandlungsraumwand in den Behandlungsraum (61) ein und reagiert mit dem Magnesium. Eine Badbewegung der Gußeisenschmelze während der Magnesiumbehandlung, und somit eine gute Durchmischung der Gußeisenschmelze mit Magnesium, kann durch Hin- und Herschwenken des gesamten Sammel- und Vakuumgefäßkomplexes erreicht werden. Sofern die Reaktion des Magnesiums mit der Gußeisenschmelze beendet ist, kann die fertige Gußeisen-mit-Kugeigraphit-Schmelze abgestochen werden. Vor dem Abstich muß ein Druckausgleich im Vakuumbehandlungsgefäß

(50) auf Normaldruck erfolgen. Der Abstich der fertigen Gußeisen-mit-Kugelgraphit-Schmelze wira dann durch öffnen einer vorher luftdicht abgeschlossenen Dichtklappe mit Dichtung (59) und Stopfen (60) an der Ausgießschnauze (70) des Vakuumbehandlungsgefäßes (50) eingeleitet. Durch Kippen kann das Vakuumbehandlungsgefäß (50) entleert werden. Da in der Regel eine größere Anzahl an Behandlungen durchzuführen ist, ist die Behandlungsvorrichtung (51) so ausgeführt, daß nach jedem Abstich diese mit den entsprechenden Mengen an Reinmagnesium oder hochmagnesiumhaltigen Stoffen nachgefüllt und luftdicht abgeschlossen werden kann.

Soll jedoch die fertige mit Magnesium behandelte Gußeisenschmelze längere Zeit im Vakuumbehandlungsgefäß (58) gehalten werden, so wird ein reaktionsträges oder inertes Gas von einem Gasbehälter (54) über ein Ventilsystem II (55) in das Vakuumbehandlungsgefäß geleitet. Es erfolgt ein Druckausgleich, bzw. kann auf Wunsch ein Oberdruck erzeugt werden. Auf diese Weise kann eine Oxidation und ein Verdampfen des Magnesiums aus der fertigen Gußeisenschmelze verhindert und somit der Magnesiumgehalt in der Schmelze als Funktion der Zeit nahezu konstant gehalten werden. Zu beachten ist hierbei, daß der Saugrüssel

b5 (56) in das Schmelzbad getaucht ist, damit kein Luftsauerstoff in das Vakuumbehandlungsgefäß gelangen kann, sich mit dem Schutzgas vermischt und mit dem Magnesium in der Gußeisenschmelze reagiert. Außerdem ist

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dieses Voraussetzung für den Aufbau eines Überdrukkes des Schutzgases.

Eine teilweise Automatisierung des Füllvorganges Jcs Gußeisens vom Gußeisensammeigefäß (57) in das Vakuumbehandlungsgefäß (50) erfolgt über einen Füll-Standsanzeiger max (62) im Vakuumbehandlungsgefäß [50) und einen Füllstandsanzeiger min (63) im Gußeisensammelgefäß (57). Beide Füllstandsanzeiger (62, 63) sind über Steuerleitungen (67) mit einem Steuerkasten (65) verbunden. Nach dem Starten des Füllvorganges kann der Füllvorgang durch Signal des Füllstandsanzeigers min (63) im Gußeisensammeigefäß (57), sofern sich zuwenig Gußeisenschmelze im Gußeisensammeigefäß (57) befindet, automatisch unterbrochen werden. Befindet sich dann wieder genug Gußeisen im Gußeisensammelgefäß (57), so wird der Füllvorgang automatisch gestartet. Zeigt der Füllstandsanzeiger max (62) im Vakuumbehandlungsgefäß (50) Voll an, so gibt er dem Steuerkasten (65} ein Signal zur automatischen Beendigung des Füllvorganges. Der Steuerkasten (65) verarbeitet die Signale von den Füllstandsanzeigern (62, 63) und gibt sie über Steuerleitungen (68) an die Vakuumpumpe (52) und das Ventilsystem 1 (53) weiter.

Um eine Überfüllung des Gußeiser.sammelgefäßes (57) zu vermeiden, ist dieses mit einem Füllstandsanzeiger max (64) ausgerüstet, der mit einer Signaleinrichtung (66) versehen ist. Besteht die Notwendigkeit das Gijßeisensammelgefäß (57) entleeren zu müssen, so kann das über ein Notabstichloch (58), das aufgestochen werden muß, durch Kippen des Gesamtkomplexes erfolgen.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

35

40

45

50

55

60

Claims (17)

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Herstellung von Gußeisen mit Kugelgraphit, wobei eine in ihrer Menge, Temperatür und chemischer Zusammensetzung eingestellte Gußeisenvorschmelze in ein Behandlungsgefäß gefüllt wird und mittels einer auf den BehandlungsgefäSboden gestellten Behandlungsvorrichtung, die einen mit Reinmagnesium oder hochmagnesiumhaltigen Stoffen gefüllten und mit Bohrungen versehenen Behandlungsraum aufweist, mit Magnesium behandelt bzw. auflegiert wird, dadurch gekennzeichnet, daß das Volumen des Behandlungsraumes vor oder während der Magnesiumbehandlung der Gußeisenvorschmelze verändert wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Gußeisenvorschmelze in einem Vakuumbeha.ndlungsgefäß (21) mit Magnesium behandelt wird, \vobei flüssige Gußeisenvorschmelze aus einer Pfanne (25), bedingt durch einen im Vakuumbehandlungsgefäß (21) von einer Vakuumpumpe (23) erzeugten Unterdruck, über einen in die volle Pfanne (25) getauchten feuerfesten Saugrüssel (22) in das luftdicht abgeschlossene Vakuumbehandlungsgefäß (21) gesaugt wird, and dort diese Gußeisenvorschmelze im Behandlungsraum (36) der im Vakuumbehandlungsgefäß (21) installierten Behandlungsvorrichtung (26) mit Magnesium behandelt wird, wobei das fertig behandelte Gußeisen unter Erhöhung lies Druckes im Vakuumbehandlungsgefäß (21) wieder in a^:s Pfar.-.e (25) zurückgeleitet wird.

3. Verfahren nach Anspruc' 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Vakuumbehandlungsgefäß (50) über oder neben einem Gußeisensammeigefäß (57) positioniert wird und die Gußeisenvorschmelze über einen feuerfesten Saugrüssel (56), der in die Gußeisenvorschmelze des Gußeisensammeigefäßes (57) getaucht und mit dem Vakuumbehandlungsgefäß (50) verbunden wird, bedingt durch Erzeugung eines Vakuums im Vakuumbehandlungsgefäß (50), in dieses gesaugt und dort mit Hilfe einer Vorrichtung (51) mit Magnesium behandelt wird, wobei aufgrund der geometrischen Form des Vakuumbehandlungsgefäßes (50) die fertige behandelte Gußeisenschmelze nicht in das Gußeisensammelgefäß (57) zurückfließt, sondern nach Druckausgleich und Öffnen der Dichtklappe mit der Dichtung (59) sowie Schwenken der Gesamtanlage über eine Ausgießöffnung (70) in eine Gußeisentransportpfanne gekippt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß inertes oder reaktionsträges Schutzgas mit Normal- oder Überdruck in das Vakuumbehandlungsgefäß (50) eingeleitet wird, wobei der Saugrüssei (56) in die Restschmelze des Gußeisensammelgefäßes (57) getaucht wird.

5. Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Vakuumbehandlungsgefäß (50) mit einem Füllstandsanzeiger max. (62) und das Gußeisensammelgefäß (57) mit einem Füllstandsanzeiger min. (63) versehen wird, die mit einem Steuergerät (65) verbunden sind, wobei hier das Starten, das Unterbrechen und das Beenden des Füllvorganges gesteuert wird.

6. Verfahren nach den Ansprüchen 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Gußeisensammelgefäß (57) mit einem Füllstandsanzeiger max. (64) versehen wird, der über eine Signaleinrichtung (66) den maximal zulässigen Füllstand anzeigt, wobei das Gußeisensammelgefäß (57) mit einem Notabstichloch (58) ausgeführt ist, das vor der Notentleerung des Gußeisensammelgefäßes (57) aufgestochen wird.

7. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach den Ansprüchen 1 bis 6 mit einem die Gußeisenvorschmelze aufnehmenden Behandlungsgefäß und einer Behandlungsvorrichtung, die einen mit Reinmagnesium oder hochmagnesiumhaltigen Stoffen gefüllten und mit Bohrungen (17) versehenen Behandlungsraum (12), ein feuerfestes Behandlungsrohr (3) und einen feuerfesten Behandlungsdeckel (8) mit feuerfester Behandlungsdeckelstange (9) aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß der untere Abschluß des Behandlungsraumes (12) durch den Behandlungsgefäßboden (13) gebildet ist und daß der Behandlungsdeckel (8) im Behandlungsrohr (3) höhenverstellbar nach dem Zylinder-Kolben-Prinzip ausgeführt ist

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Behandlungsvorrichtung zusätzlich mit einer Andrückhaube (4), einer Zemrierplattenbefestigung (10), einer Zentrierplatte (2), einer Andrückfeder (6), einer Andrückplatte (7) und einer Andrückhaubenbe/^stigung (11) ausgestattet ist.

9. Vorrichtung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Behandlungsdeckel (8), an dem die feuerfeste Behandlungsdeckelstange (9) montiert ist, aas dem Behandlungsrohr (3) herausnehmbar, sowie Andrückhaube (4) mit Andrückfeder (6) und Andrückplatte (7) vom Behandlungsgefäß (1) abnehmbar gestaltet sind.

10. Vorrichtung nach den Ansprüchen 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Behandlungsrohr (3) von der Andrückplatte (7) mit Hilfe einer Andrückfeder (6) von der Andrückhaube (4) aus gegen den Behandiungsgefäßboden (13) gedrückt wird.

11. Vorrichtung nach den Ansprüchen 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Zentrierplatte (2) und die Andrückhaube (4) mit je einem übereinanderliegenden Absaugloch (15) versehen sind, wobei das Eingießloch (14) mit einer Dichtplatte (5) abgedichtet ist.

12. Vorrichtung nach den Ansprüchen 8 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Andrückhaube (4) und die Zentrierplatte (2) mit einem Eingießloch (14) versehen sind, auf das bei Bedarf ein Eingießtrichter setzbar ist.

13. Vorrichtung nach den Ansprüchen 7 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Wand des Behandlungsrohres (3) und der Behandlungsdeckel (8) mit Bohrungen (17) versehen sind.

14. Vorrichtung nach den Ansprüchen 7 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß das Behandlungsrohr (3) von einem am Behandlungsgefäßboden (13) befindlichen Zentrierbuckel und einer Zentrierplatte (2), die an der Behandlungsgefäßwand mit einer Zentrierplattenbefestigung (10) verbunden ist, geführt und positioniert ist.

15. Vorrichtung nach den Ansprüchen 8 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Andrückhaube (4) und die Zentrierplatte (2) über eine Andrückhaubenil 1) und eine Zentrierplattenbefestigung (10) mit der Behandlungsgefäßwand verbunden sind.

16. Vorrichtung nach den Ansprüchen 8 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Andrückhaube (4) und die Andrückplatte (7) mit Führungsbohrungen

versehen sind.

17. Vorrichtung nach den Ansprüchen 7 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß das Behandlungsrohr (3) aus mehreren Rohrelementen (16) besteht, die zusammensteck- oder schraubbar sind.

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung von Gußeisen mit Kugelgraphit mittels Reinmagnesium oder hochmagnesiumhaltigen Stoffen gemäß den Oberbegriffen der Patentansprüche 1 bzw. 7.

Um Gußeisen mit bestimmten mechanischen Eigenschäften herzustellen, ist es erforderlich, daß die Graphitausscheidungen im Gußgefüge globular ausgebildet sind. Globulare Graphitausscheidungen im Gußeisengefüge erzielt man durch Hinzulegieren von besonderen Legierungselementen, insbesondere von Magnesium in eine Gußeisenvorschmelze, deren Zusammensetzung den jeweiligen Erfordernissen entsprechend eingestellt wurde. Da Magnesium ein besonders reaktionsfreudiges Element ist und die Reaktion mit Sauerstoff sehr schlecht unter Kontrolle gehalten werden kann, ist es Zweck der Erfindung, eine Legierungstechnik des Magnes'.ums mit dem flüssigen Gußeisen zu finden, bei der das Magnesium mit einer gezielten Analysengenauigkeit in die Gußeisenschmelze eingebracht wird und die Behandlungsreaktion des Gußeisens mit dem Magnesium ohne Unfallgefahr unter Kontrolle gehalten werden kann. Um eine gute Entschwefelung bei gleichzeitiger Auflegierung der Gußeisenschmelze mit Magnesium und geringen Wärmeverlusten zu erreichen, ist es Zweck der Erfindung, die Behandlung der Gußeisenvorschmelze mit Reinmagnesium oder hochmagnesiumhaltigen Stoffen durchzuführen und auf diese Weise auf eine Behandlung mit niedrigmagnesiumlegierten Vorlegierungen (meist Fe-Si-Mg Legierungen mit ca. 5—20% Mg) verzichten zu können.

Es ist bekannt, daß es zur Herstellung von Gußeisen mit Kugelgraphit mittels Reinmagnesium ein Tauchkammerverfahren und ein Konverterverfahren gibt.

So wird beim Konverterverfahren das Reinmagnesium in eine am Konverterboden angebrachte Reaktionskammer eingefüllt. Wird der Konverter mit flüssiger Gußeisenvorschmelze gefüllt, befindet er sich in einer waagerechten Stellung. Das Magnesium bekommt hierbei keinen Kontakt mit der Gußeisenvorschmelze, da sich die Reaktionskammer bedingt durch die Konstruktion des Konverters über dem Schmelzbad befindet.

Soll die Gußeisenvorschmelze mit dem Reinmagnesium behandelt werden, so wird der Konverter um 90° nach oben geschwenkt. Das flüssige Gußeisen befindet sich über der Reaktionskammer und kann durch Bohrungen, die sich in der Reaktionskammerwand befinden in die Reaktionskammer eindringen. Hier wird dann die Gußeisenvorschmelze entschv.efelt und mit Magnesium auflegiert. Dieses Verfahren hat den Nachteil, daß hier ein hoher apparativer Aufwand erforderlich ist. Ein mehrmaliges Umschütten der Gußeisenschmelze ist hier erforderlich. Es sind also Temperaturverluste gegeben. Ein weiterer Nachteil ist, daß die räumliche Größe der Behandlungskammer nicht veränderbar ist, und somit mengenmäßig variable Behandlungen schwierig durchzuführen sind. Außerdem ist eine Pflege und die Reinigung der Behandlungskammer von Schlacke und Resten aufwendig. D'eses Verfahren eignet sich in der Praxis nur fur Serienfertigung.

Ferner ist ein Verfahren gemäß der DE-AS 22 08 960 bekannt. Es wird ein Verfahren mit einem Tauchgefäß beschrieben. Hierbei ist das Tauchgefäß als Tauchbirne ausgebildet Die Tauchbirne hat einen Reaktionsraum, der mit Kontaktöffnungen in der Wandung und am Boden versehen ist. Der Reaktionsraum wird von oben durch ein Einfüllrohr mit Magnesium gefüllt, wobei das Einfüllrohr auch als Taucharm dient. Die Reaktionskammer wird im Einfüllrohr mit einem Stopfen verschlossen und die Tauchbirne in eine Gußeisenschmelze getaucht. Hierbei kommt es über die Kontaktöffnungen zu einer Reaktion zwischen Schmelze und Magnesium, wobei das Magnesium über den entstehenden Dampfdruck in die Gußeisenschmelze eingebracht wird.

Ein ähnliches, auch mit einer Tauchkammer arbeitendes Verfahren, beschreibt die Patentschrift DE-OS 27 32 136 Zwischen diesem Verfahren und dem gemäß der DE-AS 22 08 960 ist der wesentliche Unterschied, daß das Befallen der Reaktionskammer mit Magnesium nicht über ein Einfüllrohr, sondern durch die Kontaktöffnungen erfolgt.

Beide Verfahren haben den Nachteil, daß sie nur bis in die Nähe des Behandlungsbodens reichen können. Das heißt der höchstmögliche ferrostatische Druck kann nicht ausgenutzt werden; die Magnesiumausbeute in der Schmelze ist nicht optimal. Ein weiterer Nachteil ist bei beiden Tauchverfahren, daß das Volumen der Reaktionskammer nicht veränderbar ist Das heißt, wenn die zu behandelnde Eisenmenge verändert wird oder der Schwefelgehalt der zu behandelnden Schmelze sich extrem ändert, muß eine andere den jeweiligen Verhältnissen angepaßte Tauchbirne verwendet werden. Außerdem ist wie beim Konverterverfahren eine Pflege und Reinigung der Behandlungskammer von Schlacke und Resten aufwendig. Weiterhin ist die Herstellung der Tauchbirne sehr arbeitsintensiv.

Schließlich sind verschiedene Herstellungsverfahren von Gußeisen mit Kugelgraphit bekannt, die sich mit Einblasen, Überschütten und Tauchen von niedrigmagnesiumhaltigen Vorlegierungen in die Gußeisenvorschmelze befassen. Es handelt sich jedoch hier nicht um die Anwendung von Reinmagnesium oder hochmagnesiumhaltigen Stoffen zumal hierbei häufig eine Vorentschwefelung der Gußeisenvorschmelze erforderlich ist.

Bei allen Ausführungen von Verfahren und Vorrichtungen zur Herstellung von Gußeisen mit Kugelgraphit mittels Reinmagnesium oder hochmagnesiumhaltigen Stoffen ist es nicht möglich, Gußeisen mit Kugelgraphit ohne größere Wärmeverluste herzustellen, auch ist es nicht möglich, den Magnesiumgehalt der fertig behandeln Gußeisenschmelze ohne wesentliche Verdarnpfungs- oder Reaktionsverluste im Behandlungsaggregat über längere Ze:* zu halten.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung anzugeben mit denen es möglich ist ohne Tauchgefäß oder Konverter, aus einer in seiner Zusammensetzung genau definierten Gußeiseiivorschmelze Gußeisen mit Kugelgraphit mittels Reinmagnesium oder hochmagnesiumhalngen Stoffen herzustellen, das Magnesium in die Gußeisenvorschmelze einzubringen und diese gleichzeitig zu entschwefeln, wobei möglichst geringe Temperaturverluste, hohe Menganieistung pro Zeiteinheit, hohes Magnesiumausbringen, geringer Transportaufwand, hoher Automatisierungsgrad und einfaches problemloses Handhaben des Behandlungsaggregates mit Vorrichtung angestrebt sowie Reaktonskammerverschleiß und