DE3812048A1 - Verfahren zum legieren und/oder impfen und/oder desoxydieren von im kupolofen erzeugten gusseisenschmelzen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Legieren und/oder Impfen und/oder Desoxidieren von im Kupolofen erzeugten Gußeisenschmelzen, wobei dem flüssigen Eisen nach dessen Austritt aus dem Kupolofen oder einem diesem nachgeschal­ teten Kupolofensyphon in gesteuerten Mengen auf die Ober­ fläche der flüssigen Schmelze dieser zu impfende Stoffe zugegeben werden, wobei von einer Gußeisenschmelze ausge­ gangen wird, die auf hohen Stahlschrottanteilen beruht, und die impfenden Stoffe der Schmelze unmittelbar nach de­ ren Verlassen des Kupolofens bzw. Kupolofensyphons in feinkörniger Form zugegeben werden, und diese Zusätze zu ca. 90% im Kornbereich bis zu maximal 1 mm liegen, sowie die so behandelte Schmelze nach Zumischung derselben mit den Zusätzen in einen Sammler geleitet wird, und die Zuga­ be der Zusätze in einem Abschnitt zwischen Kupolofen bzw. Kupolofensyphon und Sammler erfolgt und die Schmelze in diesem Abschnitt, der insb. in Form einer Rinne mit in dieser angeordneten Wirbelerzeugern ausgeführt ist in eine turbulente Strömung versetzt wird, sowie die Zugabe der Zusätze in Mengen vorgenommen wird, die im Bereich von mindestens 0,1 bis maximal 0,6 Gewichtsprozent der Gußei­ senschmelze selbst liegen.

Bei einem Verfahren zum Legieren und/oder Desoxidieren von in einem Kupolofen erzeugten Gußeisenschmelzen wird einer aus einem hohen Schrottanteil (d. h. bis 60% Schrott) er­ zeugten Gußeisenschmelze unmittelbar nach ihrem Verlassen des Kupolofens eine Impfung in der Weise vorgenommen, daß der in einer rinnenförmigen förderstrecke fließenden Schmelze Zusätze in feinkörniger Form als Elektrodengra­ phit zugegeben werden. Die Zugabe der Zusätze erfolgt da­ bei kontinuierlich in die Gußeisenschmelze, wobei der bes­ seren Durchmischung der Zusätze in der Schmelze diese mit­ tels in der Förderstrecke vorgesehenen Wirbelerzeugern in eine turbulente Strömung versetzt wird. Die Zusätze werden dabei in Mengen von mindestens 0,1 bis maximal 0,6 Ge­ wichtsprozent der Gußeisenschmelze zugeführt, und es rich­ ten sich diese Anteile nach der Menge und Qualität des Schrottes als Ausgangsprodukt der vorgenannten Schmelze, wie auch der gewünschten Zusammensetzung und Ankeimung der Schmelze selbst.

Mit diesem Verfahren lassen sich also Gußeisenschmelzen herstellen, die außerordentlich homogen und frei von oxy­ dischen Einschlüssen sind, wie auch günstige Bedingungen für eine Keimbildung bieten. Auch können durch diese Maß­ nahmen neben der guten Homogenität der Gußeisenschmelze auch Gußstücke erzeugt werden, die mit geringerem Werk­ zeugverschleiß bearbeitet werden können. Dennoch wäre es wünschenswert, wenn bei manchen Schrottzusammensetzungen und Schmelzbedingungen die Keimbildung des Elektrodengra­ phits über einen längeren Zeitraum in Erscheinung treten und nicht so schnell in Lösung übergehen und somit die Keimwirksamkeit so schnell abklingen würde.

Ausgehend von diesem vorgenannten Verfahren liegt der Er­ findung die Aufgabe zugrunde, dieses Verfahren dahingehend weiterzubilden, daß die Bedingungen der Keimbildung beim Erstarren der Schmelze auch nach längerer Verweildauer derselben in einem Sammler, z. B. einem Vorherd oder einer Vergießofen noch weiter günstig beeinflußt werden können.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung bei dem eingangs genannten Verfahren dadurch gelöst, daß die Zusätze aus Elektrodengraphit mit mehr als 99 Gewichtsprozent Kohlen­ stoffanteil und 5 bis 25 Gewichtsprozent Siliciumcarbid sowie 5 bis 20 Gewichtsprozent Zinnpulver (Zinngries) und 5 bis 10 Gewichtsprozent CER-Mischmetallpulver mit einer Korngröße von 0,05 bis 0,6 mm bestehen und dieses Gemisch an Zusätzen der noch flüssigen Gußeisenschmelze aufgetra­ gen und durch Umwälzung dieser Schmelze in diese eingetra­ gen wird.

Durch diese Maßnahmen wird der Vorteil geschaffen, daß mit der Zugabe von Siliciumkarbid, Zinnpulver und CER-Mischme­ tallpulver, gleichzeitig mit dem Elektrodengraphit für ei­ ne Keimbildung auch über einen wesentlich längeren Zeit­ raum gesorgt wird. Dies hängt mit der Wahl der Zugabestof­ fe zusammen, weil die Auflösung, z. B. des Siliciumkar­ bids, wesentlich langsamer abläuft und mit Sicherheit noch keimbildend wirksam ist, wenn der gesamte Elektrodengra­ phit und das Zinnpulver nebst dem CER-Mischmetallpulver bereits in Lösung übergegangen sind.

In der Zeichnung ist eine Vorrichtung zum Durchführen des Verfahrens gemäß der Erfindung dargestellt. Es zeigt:

Fig. 1 einen Längsmittelschnitt durch eine Vorrichtung mit Kupolofen und Sammler, und

Fig. 2 eine Draufsicht auf die Ofenrinne und den Einlauf zum Sammler ohne Dosiereinrichtung.

Das Verfahren gem. der Erfindung zum Behandeln von Gußei­ senschmelzen besteht im wesentlichen in der Zumischung di­ verser Zusätze in die aus einem Kupolofen 7 austretende Schmelze, wobei diese Zusätze, fein dosiert, in die Schmelze kontinuierlich aufgestreut und durch Umschichtung der Schmelze auf ihrem Weg vom Kupolofen bzw. einem Ofen­ syphon 8 zu einem Sammler 11 oder Vorherd oder eine Gieß­ pfanne in diese Schmelze zugegeben werden.

Die Zusätze, die aus ca. 50 Gewichtsprozent Elektrodengra­ phit mit mehr als 99% Kohlenstoffanteil, 5 bis 25 Ge­ wichtsprozent Siliciumcarbid, 5 bis 20 Gewichtsprozent Zinnpulver (Zinngries) und 5 bis 10 Gewichtsprozent CER-Mischmetallpulver bestehen, werden so in die Schmelze eingetragen, daß diese möglichst noch auf dem Weg der Schmelze vom Ofensyphon 8 zum Sammler 11 mit der Schmelze reagieren können, d. h. diese die Schmelze aufkohlen, an­ keimen und desoxidieren. Hierdurch werden die unvermeidba­ ren Schwankungen im Keimbildungsgeschehen sowie des Oxyda­ tionsgrades der Schmelze kontinuierlich ausgeglichen. Mit­ tels thermischer Analyse (Liquidustemperatur und Unterküh­ lung) ist eine hohe Treffsicherheit des Erstarrungsverhal­ tens der Schmelze möglich.

Die Vorrichtung zum Durchführen des Verfahrens wird im we­ sentlichen von einer Dosiereinrichtung 2, bestehend aus Vorratsbehälter 1 für die Zusatzstoffe, einer Förder­ schnecke oder Schwingrinne mit Antrieb 6 und einem Fall­ rohr 3 gebildet, welches von der Förderschnecke bzw. Schwingrinne bis zu einer die Schmelze transportierende Rinne 4 reicht.

Bei der Darstellung gemäß Fig. 1 werden demnach die Zusät­ ze, bestehend aus dem Elektrodengraphit, dem Siliciumkar­ bid, dem Zinnpulver und dem CER-Mischmetallpulver in fein­ körniger Form aus einem Vorratsbehälter 1, über die Do­ siereinrichtung 2 in Form einer Förderschnecke bzw. Schwingrinne bei sehr genauer Zugabe, über das Fallrohr 3 in die rinnenförmige Förderstrecke, in diesem Fall die Ofenrinne 4, an einer Stelle, direkt nach dem Syphonaus­ tritt, zugeführt. Der Vorratsbehälter 1 und die Dosierein­ richtung 2 werden von einer strichpunktiert angedeuteten Ofenbühne 5 getragen.

Die Förderschnecke oder die Schwingrinne der Dosierein­ richtung 2 ist über einen angeflanschtem Motor 6 antreib­ bar. Bei Anwendung einer Förderschnecke ist die Überset­ zung mittels eines Getriebes veränderbar, wobei eine Ver­ änderung der Drehzahlen von 11 bis 97 U/min möglich ist.

Die Ofenrinne 4 verbindet einen Kupolofen 7 bzw. den Steigkanal 8 des Ofensyphons 9 mit dem Einlauf 10 des Sammlers 11.

Um der austretenden Gußeisenschmelze eine turbulente Strö­ mung zu geben, ist die Ofenrinne 4 mit Wirbel- oder Turbu­ lenzerzeugern 12 in Form von Absätzen oder dergleichen versehen. Die Ofenrinne 4 sollte eine Neigung von 5 bis 15° gegen die Horizontale aufweisen.

Die wirbelerzeugenden Absätze, d. h. die Wirbel- oder Tur­ bulenzerzeuger 12, sind an der Zugabestelle der Zusätze vorgesehen. Wirbel- oder Turbulenzerzeuger 12 können aber auch noch hinter der Zugabestelle, insbesondere unmittel­ bar vor dem Einlauf in den Sammler 11, vorgesehen sein.

Als feinkörniges Material der Zusätze kann insbesondere staubförmiges Material mit geringem Grobkornanteil, also Material, bei dem 90% im Kornbereich von 0 bis 2 mm bei Elektrodengraphit und 0,05 bis 0,6 mm bei Siliciumkarbid liegt, verwendet werden. Die weiteren Zusätze, wie Zinn­ pulver und CER-Mischmetallpulver können ggf. auch den gleichen oder einen geringfügig kleineren Kornbereich auf­ weisen. Dies hängt, besonders bei dem ohnehin groberen CER-Mischmetallpulver auch von der Länge der Ofenrinne 4 als Reaktionszone für die Zusätze mit der Schmelze sowie deren Verweilzeit im Sammler 11 ab. Bei der Verwendung solcher staubförmiger Zusätze sollte das Mündungsstück des Fallrohrs 3 nicht weiter als 2,5 cm von der Schmelzober­ fläche entfernt sein. Zweckmäßig ist eine Entfernung von 1,5 bis 2,5 cm. Der Rohrquerschnitt des Fallrohrs 3 sollte bei Zugabemengen von 4 bis 40 kg pro Stunde etwa 25 cm² betragen, um eine Fallgeschwindigkeit der Zusätze von ca. 5 bis 7,5 m/sek. zu erhalten. In Fällen, wo die Fallge­ schwindigkeit der Zusätze bei größeren Mengen an Schmelze erhöht werden sollte, wäre es sinnvoll, in das Fallrohr 3 Kohlendioxyd (CO₂) mit ca. 0,5 bar Druck einzuleiten, wie dies mit der zusätzlichen Führung 15 dargestellt ist.

Ausführliche Untersuchungen haben ergeben, daß es zweck­ mäßig ist, wenn die Anteile der Zusätze, auf Gewichtspro­ zenten sich beziehen würden, wie etwa des Siliciumkarbids im Gemisch mit dem Elektrodengraphit im Bereich von 5 bis 25% Gewichtsprozent, die Anteile an Zinnpulver zwischen 5 bis 20 Gewichtsprozent und die Anteile an CER-Mischmetall­ pulver zwischen 5 bis 10 Gewichtsprozent bezogen, eben­ falls auf den Elektrodengraphitanteil bewegen würden. Dies ist bei dem Verfahren relativ leicht einstellbar und über längere Zeiträume in dieser Zumischung auch haltbar. Ein höherer Anteil, z. B. an Siliciumkarbid, beinhaltet die Gefahr, daß nicht in Lösung gegangenes Siliciumkarbid oder ein anderer Zusatzstoff Anlaß zu Einschlüssen gibt, die die Materialeigenschaften verschlechtern. Die mittlere Korngröße der Zusätze sollte 0,05 bis 0,6 mm betragen. Ein zu kleines Korn ginge zu schnell in Lösung und würde als Keimbildner ausfallen. Ein zu großes Korn würde zu langsam gelöst werden und führte zu den bereits angesprochenen Einschlüssen mit ihren negativen Folgen.

Die Zu- und Abschaltung sowie die Steuerung der Zugabemen­ ge wird von einer in der Zeichnung nicht dargestellten Schaltwarte aus in Abhängigkeit von der Liquidustemperatur und der Unterkühlung des Gußeisens gesteuert. - die Zuga­ bemenge kann aber auch von einem Gießkeil oder von der (schnell ermittelten) chemischen Zusammensetzung her ge­ steuert werden.

Die kontinuierliche Zugabe der Zusätze, d. h. des Elektro­ dengraphits, Siliciumkarbids, Zinnpulvers und CER-Mischme­ tallpulvers zum flüssigen Eisen in der Ofenrinne 4 bei starker Turbulenz bewirkt, selbst bei kleinen Mengen von 0,1 bis 0,15 Gewichtsprozent, eine deutliche Verminderung der bei der eutektischen Erstarrung auftretenden Unterküh­ lung, ferner eine Erhöhung der Zahl der eutektischen Kör­ ner pro cm², eine starke Verminderung der Weißeinstrahlung am Gießkeil, eine Steigerung des A-Graphit-Anteils sowie eine laufende Entgasung und Reinigung des Eisens im Samm­ ler 11 mit Bildung reduzierender Atmosphäre (CO, CO₂). Durch die gleichzeitige Beeinflussung des Potentials von Kohlenstoff, Keimbildung, Desoxidation und Entgasung des kontinuierlich in den Sammler 11 einfließenden Eisens er­ geben sich eine wesentliche Verbesserung der Gleichmäßig­ keit und eine größere Flexibilität der im Kupolofen er­ zeugten Gußeisenschmelzen auf Basis der hohen Stahl­ schrottanteile von weit mehr als 65% Schrott. Die Nach­ teile der zwangsläufig hohen Überhitzung werden durch das angewandte Verfahren wieder ausgeglichen und beseitigt.

Claims (4)

1. Verfahren zum Legieren und/oder Impfen und/oder Desoxi­ dieren von im Kupolofen erzeugten Gußeisenschmelzen, wobei dem flüssigen Eisen nach dessen Austritt aus dem Kupolofen oder einem diesem nachgeschalteten Kupolofen­ syphon in gesteuerten Mengen auf die Oberfläche der flüssigen Schmelze dieser zu impfende Stoffe zugegeben werden, wobei von einer Gußeisenschmelze ausgegangen wird, die auf hohen Stahlschrottanteilen beruht, und die impfenden Stoffe der Schmelze unmittelbar nach de­ ren Verlassen des Kupolofens bzw. Kupolofensyphons in feinkörniger Form zugegeben werden, und diese Zusätze zu ca. 90% im Kornbereich bis zu maximal 1 mm liegen, sowie die so behandelte Schmelze nach Zumischung der­ selben mit den Zusätzen in einen Sammler geleitet wird, und die Zugabe der Zusätze in einem Abschnitt zwischen Kupolofen bzw. Kupolofensyphon und Sammler erfolgt und die Schmelze in diesem Abschnitt, der insb. in Form ei­ ner Rinne mit in dieser angeordneten Wirbelerzeugern ausgeführt ist in eine turbulente Strömung versetzt wird, sowie die Zugabe der Zusätze in Mengen vorgenom­ men wird, die im Bereich von mindestens 0,1 bis maximal 0,6 Gewichtsprozent der Gußeisenschmelze selbst liegen, dadurch gekennzeichnet, daß die Zusätze aus Elektroden­ graphit mit mehr als 99 Gewichtsprozent Kohlenstoffan­ teil und 5 bis 25 Gewichtsprozent Siliciumcarbid sowie 5 bis 20 Gewichtsprozent Zinnpulver (Zinngries) und 5 bis 10 Gewichtsprozent CER-Mischmetallpulver mit einer Korngröße von 0,05 bis 0,6 mm bestehen und dieses Ge­ misch an Zusätzen der noch flüssigen Gußeisenschmelze aufgetragen und durch Umwälzung dieser Schmelze in die­ se eingetragen wird.

2. Vorrichtung zum Durchführen des Verfahrens nach An­ spruch 1, bestehend aus einem einem Kupolofen nachge­ schalteten Ofensyphon und einer diesen mit einem Sam­ mler (Vorherd oder Gießpfanne) verbindenden Ofenrinne und einer die Mengen der Zusätze portionierenden Do­ siereinrichtung mit Austragsrohr, dadurch gekennzeich­ net, daß das Austragsrohr als Fallrohr (3) ausgeführt ist und im Bereich des Anschlusses der Ofenrinne (4) am Ofensyphon (9) in diese mündet, und daß dieses Fallrohr so tief in die Ofenrinne eintaucht, daß dessen Aus­ trittsöffnung ca. 1,5 bis 2,5 cm über der Oberfläche der in der Ofenrinne fließenden Gußeisenschmelze steht.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß neben dem Fallrohr (3) für die Zusätze eine weitere Zuführung (15) für ein die Fallgeschwindigkeit im Fall­ rohr erhöhendes Gas (Kohlendioxyd CO₂) in das Fallrohr einmündet.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Zuführung (15) für das Gas im Bereich des Aus­ trittes der Zusätze aus der Dosiereinrichtung (2) in das Fallrohr einmündet.