DE3910776A1

DE3910776A1 - Verfahren zur behandlung von gusseisenschmelzen in einer offenen pfanne mittels reinmagnesium

Info

Publication number: DE3910776A1
Application number: DE3910776A
Authority: DE
Inventors: Karl Dr Ing Gut; Ivo Dipl Ing Henych
Original assignee: Georg Fischer AG
Current assignee: Georg Fischer AG
Priority date: 1988-05-10
Filing date: 1989-04-04
Publication date: 1989-11-23
Also published as: ZA893472B; FI892232A0; FI892232A; ES2012700A6; GB2218713A; CN1039623A; US4897242A; IT1229148B; IT8920049A0; GB8910370D0; JPH01319621A

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Behandlung von Gußeisenschmelzen in einer offenen Pfanne mittels Rein magnesium zur Herstellung von Gußeisen mit Kugel- oder Vermiculargraphit.

Durch die niedrige Dichte (1,74 g/cm³), den niedrigen Schmelzpunkt (650°C) und die niedrige Verdampfungstempe ratur (1102°C) von Magnesium, ist die direkte Zugabe zu hochschmelzenden Metallen, wie Gußeisen, ohne besondere Einrichtungen, wie Konverter, Tauchglocke, Einblaslanze u.ä., nicht möglich. Der Dampfdruck erreicht bei normaler Behandlungstemperatur von 1500°C ca. 10 bar und die Re aktion verläuft explosionsartig.

Um die Reaktion zu steuern, werden Vorlegierungen mit FeSi, Ni u.ä. verwendet, wobei die Mg-Konzentration nur 3 bis 30% erreicht und dadurch die Reaktionsgeschwindigkeit vermin dert wird.

Die bisherigen Verfahren zur Behandlung von Gußeisen schmelze in einer einfachen offenen Pfanne mittels Rein magnesium nutzen die dämpfende Wirkung von keramischer Um hüllung der Reinmagnesium-Blöcke, wobei ein kleiner Teil der Oberfläche blank bleibt, d.h. nicht vom keramischen Material bedeckt ist. Dadurch wird die Kontaktfläche zwi schen Reinmagnesium und der zu behandelnden Schmelze sowie die Reaktionsgeschwindigkeit reduziert. So vorbehandelte Mg-Blöcke werden dann mit Hilfe einer Tauchglocke in die Schmelze eingebracht.

Bei einer anderen bekannten Behandlungsmethode wird die Lösungsgeschwindigkeit eines Magnesiumblockes durch eine ungleich-dicke keramische Beschichtung gesteuert.

Nach einem anderen Verfahren wird pulverförmiges Mg zu sammen mit Eisenpulver agglomerisiert. Dadurch wird die Magnesium-Aktivität gesenkt.

Alle diese Maßnahmen sind auf die Tatsache ausgerichtet, daß die Zugabe von Reinmagnesium mit einem Schmelzpunkt von 650°C und einer Verdampfungstemperatur von 1102°C in eine Gußeisenschmelze mit einer Temperatur von z.B. 1500°C nicht möglich ist. Das Magnesium entfaltet bei dieser Tem peratur einen Dampfdruck von ca. 10 bar und eine solche Re aktion würde explosionsartig verlaufen.

Der Nachteil der obengenannten Verfahren besteht einer seits darin, daß sich das Magnesium bei den üblichen Temperaturen und relativ niedrigem Druck der sich in einer offenen Pfanne befindlichen Gußeisenschmelze mit dieser in einem sehr geringen Maße in flüssiger Form mischt, und daß das Mg überwiegend als Dampf durch die Schmelze hin aufsteigt. Die Reaktion ist dann nicht so wirksam, was zu einem schlechten Ausbringen führt.

Andererseits benötigen diese bekannten Verfahren zu ihrer Durchführung mehr oder weniger komplizierte Einrichtungen und/oder aufwendige Vorbehandlungen des Behandlungsmit tels.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, die bei bekann ten Verfahren genannten Nachteile zu eliminieren.

Die Grundidee des Verfahrens nach dieser Erfindung besteht darin, daß das Magnesium in einer Vielzahl von sehr kleinen, mit einer Schutzschicht versehenen Magnesium partikeln, z.B. als Granulat, über ein großes Volumen der Gußeisenschmelze zu verteilen und mit dieser zur Reaktion zu bringen. Die Reaktionszeit wird dabei so eingestellt, daß die Magnesiumpartikel mit der Schmelze reagieren, be vor sie die 0berfläche der Gußeisenschmelze erreichen. Die Aufstiegsgeschwindigkeit wird durch das Stock′sche Gesetz bestimmt. Gemäß Stock′schem Gesetz ist die Aufstiegsge schwindigkeit der Teilchen in der Schmelze folgendermaßen beschrieben:

g = Gravitationsbeschleunigung
a = Radius des Teilchens
γ s = Dichte der Schmelze
γ t = Dichte der Teilchen
η = Absolute Viskosität der Schmelze

Diese Gleichung erlaubt es, die Größe der Teilchen so zu bestimmen, daß diese nur so schnell in der Schmelze aufsteigen, daß sie während der Steigzeit vollständig geschmolzen und in der Schmelze gelöst werden.

Die Größe der Partikel ist abhängig von der Badtiefe der Schmelze, d.h. von der zum Schmelzen zur Verfügung stehen den Zeit.

In der Regel wird nach Größe aussortiertes, handelsüb liches Mg-Granulat verwendet. Es könnten auch weitere hochreaktive Metalle wie Ca, Sr, Ba, Li u.ä. auf gleiche Weise in die Metallschmelze legiert werden.

Auf diese Weise wird erreicht, daß die einzelnen Magne siumpartikel um sich herum genügend Schmelze finden, die eine ausreichende Verdünnung des geschmolzenen Magnesiums durch dessen Aufnahme bewirkt, und daß dabei das Verdamp fen des Magnesiums verhindert wird. Dies kann z.B. dadurch erreicht werden, daß das mit der Schutzschicht versehene Magnesium gesteuert während des Füllens der Pfanne mit der Eisenschmelze dieser dosiert zugegeben wird, oder daß das beschichtete Granulat von Magnesium unter Anwendung des bekannten Sandwich-Verfahrens, z.B. schichtweise, freige geben wird. Durch die sehr unterschiedliche Größe der Gra nulatpartikel und durch die unterschiedliche Steiggeschwin digkeit werden die Granulatpartikel in unterschiedlichen Höhen, also in größerem Volumenbereich der Schmelze, rea gieren. Die Schutzschicht, welche das Magnesium und die obengenannten Metalle vor vorzeitigem Schmelzen schützt, wird vorteilhafterweise aus Keramik auf Basis von SiO₂, Cr₂O₃, SiC, ZrO₂, Al₂O₃, CaO, Graphit, CaSi, metallische Pulver u.ä. hergestellt. Als Bindemittel können alle üb lichen Binder wie Aluminiumphosphat, Wasserglas, Bentonit, Kunstharz u.ä. verwendet werden.

Die einzelnen beschichteten Partikel steigen durch die Schmelze und bei Erreichen der z.B. für Mg kritischen Temperatur von ca. 700°C sprengen sie die Umhüllung und lösen sich in der Schmelze. Da nur ein begrenztes Sauerstoff-Angebot besteht, wird die Oxydation auf ein Minimum begrenzt. Durch die latente Schmelzwärme des Behandlungsmittels wird die Umgebungstemperatur gesenkt und bei minimaler Verdampfung der Behandlungsmittel in der Schmelze aufgelöst.

Die Abscheidung der Reaktionsprodukte aus der Schmelze kann durch die Einführung von Inertgas oder durch das Zentri fugieren der behandelten Schmelze in der Behandlungspfanne beschleunigt werden.

Claims

1. Verfahren zur Behandlung von Gußeisenschmelzen in einer offenen Pfanne mittels Reinmagnesium, dadurch gekenn zeichnet, daß die Menge des verdampfbaren Metalls und/ oder der Legierung in Vielzahl von kleinen Einzelteilen aufgeteilt, mit je einer Schutzschicht versehenen Magne siumpartikel, vorzugsweise als Granulat in die Schmelze verteilt über ein großes Volumen der Schmelze mit dieser zur Reaktion gebracht wird, wobei die einzelnen Magnesiumpartikel jeweils von soviel Schmelze umgeben werden, daß dadurch eine ausreichende Verdünnung des geschmolzenen Magnesiums durch die Gußeisenschmelze er reicht wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Größe der Magnesiumpartikel so gewählt wird, daß der Aufstieg der Magnesiumpartikel durch die Gußeisen schmelze länger als die Reaktionszeit der Magnesiumpar tikel mit der Gußeisenschmelze wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die umhüllten Partikel in einem so zusammengebunden werden, daß sie einzeln aufschmelzen und in die Lösung übergehen.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Partikel mit einer Vorrichtung an der Badoberfläche unter Luftausschluß gehalten werden und einzeln sich in der Schmelze lösen.