DE3929070A1 - Verfahren zum behandeln einer gusseisenschmelze mittels reinmagnesium - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Behandeln einer Gußeisenschmelze mittels Reinmagnesium, wobei ein Gemisch aus Mg-Granulat mit einem körnigen, feuerfesten Material mit einer Gußeisenschmelze wirbelfrei überflutet wird.

Es sind Verfahren bekannt, bei welchen Mg-Granulat mit ver­ schiedenen Komponenten vermischt und dann z.B. nach dem Sandwich-Verfahren mit einer Gußeisenschmelze überflutet wird.

So wird z.B. das Mg-Granulat mit Stahlspänen oder Strahl­ mittel vermischt. Die Reaktion des Magnesiums mit der Schmelze wird dadurch verlangsamt, daß die Schmelze die Stahlpartikel einschmelzen muß, so daß sich ein geregel­ tes Angebot an Magnesium für die Reaktion mit der Schmelze einstellt. Der Nachteil ist, daß sich die Schmelze dabei abkühlt. Deswegen muß die Schmelze mit höherer Temperatur in die Sandwich-Pfanne gefüIlt werden, was mit höheren Schmelzkosten und schlechterem Ausbringen des Magnesiums wegen der anfänglich hohen Temperatur verbunden ist. In ei­ nem anderen Fall wird das Mg-Granulat mit sogenannten Modi­ fikatoren zur Verzögerung der Reaktion zwischen Magnesium und der Schmelze, wie z.B. mit Kalziumkarbid, Sand, Graphit u.a. vermischt, um ein geregeltes Angebot an Magnesium für die Reaktion mit der Schmelze zu erreichen.

Die Praxis zeigt, daß die Reaktion nicht immer richtig verläuft. Entweder verläuft sie zu schnell, was zu starkem Auswurf der Schmelze führt oder die Reaktion hört nach be­ stimmter Zeit auf.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist, ein Verfahren vorzuschlagen, mit welchem die oben genannten Nachteile eliminiert werden und die Reaktionsgeschwindigkeit zwischen Magnesium und der Schmelze einstellbar ist.

Diese Aufgabe wird durch die Lehre des Anspruches 1 ge­ löst.

Die abhängigen Ansprüche definieren weitere vorteilhafte Varianten und verfahrenstechnische Parameter des Verfah­ rens.

Erfindungsgemäß wird das Einbringen von Reinmagnesium in eine Gußeisenschmelze dadurch erreicht, daß ein Gemisch aus Mg-Granulat und körnigem, feuerfestem Material mit ei­ ner Gußeisenschmelze wirbelfrei überflutet wird, z.B. in einer Sandwich-Pfanne, wobei die Größe der Mg-Granulen, die Korngröße des feuerfesten Materials und ihr Mischver­ hältnis so eingestellt werden, daß die durch die teilweise Verdampfung der Mg-Granulen, bzw. durch das Platzen der mit Keramik umhüllten Mg-Granulen gestörte Grenzschicht-Ober­ flächenspannung der Gußeisenschmelze ein geregeltes, schichtweises Aufschwimmen des Gemisches in die Gußeisen­ schmelze bewirken wird. Dabei ist eine wichtige Vorausset­ zung zu erfüllen, daß das körnige, feuerfeste Material bei der Temperatur der Gußeisenschmelze rieselfähig wird. Die Korngröße des Mg-Granulats und des feuerfesten Materials soll 0,2 bis 5 mm betragen. Das Mischverhältnis soll im Be­ reich von 1:1 bis 1:40 liegen.

Wenn man ein körniges, feuerfestes Material, z.B. Mullit, mit einer Schmelze in einer Sandwich-Pfanne überflutet, so daß keine nennenswerten Wirbel entstehen, beobachtet man ein Phänomen, daß die Körnchen bis zu einer bestimmten Größe, trotzdem zweimal leichter als die Schmelze, nicht aufschwimmen. Die Ursache liegt in der Grenzschicht-Ober­ flächenspannung der Schmelze, welche das Unterspülen der Körnchen verhindert. Wenn man einem solchen körnigen, feuerfesten Material ein Mg-Granulat in bestimmter Menge beimischt, kommen die auf der Oberfläche des Gemisches lie­ genden Mg-Granulen mit der Schmelze in Kontakt.

Dabei verdampfen die Mg-Granulen teilweise, weil trotz dem sehr günstigen Magnesiumangebot als viele kleine und flä­ chenmäßig verteilte Mengen doch zu örtlichen Übersätti­ gungen der Schmelze an Magnesium kommt. Wie bekannt, kann eine Gußeisenschmelze bei einer Temperatur von 1450°C und einem ferrostatischen Druck von 1 bar nur ca. 0,16% Magne­ sium aufnehmen. Deshalb muß ein Teil, besonders der grö­ ßeren Granulen, verdampfen. Diesen Umstand nutzt aber das Verfahren nach dieser Erfindung zum Stören der Grenz­ schicht-Oberflächenspannung der Schmelze und zur Badbewe­ gung. Dadurch wird erreicht, daß das körnige, feuerfeste Material im Wirkungsbereich der Granulen durch die Schmelze nicht mehr an den Gefäßboden gedrückt wird und deshalb aufschwimmen kann. Dabei kommen weitere, vorher noch über­ deckte Granulen in Kontakt mit der Schmelze. Auf diese Wei­ se entsteht ein geregeltes, schichtweises Aufschwimmen des bei der Temperatur der Schmelze noch rieselfähigen, feuer­ festen Materials und zur Freigabe von Mg-Granulen für die Reaktion mit der Schmelze. Als körniges, feuerfestes Mate­ rial kann auch z.B. Quarz-, Zirkon-, Chromitsand u.a. ver­ wendet werden.

Eine andere Variante des Verfahrens nach dieser Erfindung besteht im Eintauchen eines Festkörpers aus körnigem, feuerfestem Material, vermischt mit Mg-Granulat, zusammen­ gehalten mit einem Binder, in die Schmelze. Durch die Wir­ kung der hohen Temperatur der Schmelze zerfällt allmählich der Festkörper und es kommt wiederum durch die oben be­ schriebene Wirkung zu einer geregelten Freigabe von Mg-Gra­ nulen für die Reaktion mit der Schmelze.

Um die Grenzschicht-Oberflächenspannung der Schmelze ver­ stärkt zu stören ist es vorteilhaft, alle, zumindest aber die größeren Mg-Granulen mit einer keramischen Schicht zu umhüllen. Durch die Wirkung der hohen Temperatur schmelzen die Mg-Granulen und beim Erreichen eines bestimmten Druckes platzt ihre Umhüllung. Dadurch wird die Grenzschicht-Ober­ flächenspannung in größerem Bereich gestört und die Wir­ kung von Magnesium durch sein Versprühen in der Schmelze erhöht.

Der große Vorteil des Verfahrens nach dieser Erfindung ist die Tatsache, daß das körnige, feuerfeste Material im Ver­ gleich zu metallischen Komponenten wie Späne, Strahlmittel u. a. die Schmelze wesentlich weniger abkühlt. Es werden auch keine Störmetalle in die Schmelze eingeführt, oder die Analyse beeinflußt, wie z.B. bei einem Gemisch auf Gra­ phitbasis. Allerdings ist es vorteilhaft, das Gemisch von körnigem, feuerfestem Material und Mg-Granulat mit einer dünnen Schicht von z.B. Strahlmittel zu überdecken, um die Reaktion für die Zeit des Füllens der Sandwich-Pfanne zu verzögern.

Das Verfahren nach dieser Erfindung findet auch Anwendung bei der sogenannten Rotor-Pfanne. Mit dem Gemisch aus kör­ nigem, feuerfestem Material und Mg-Granulat wird eine Ta­ sche der Rotor-Pfanne gefüllt und mit z.B. einem Blech ab­ geschlossen. Nachdem die Rotor-Pfanne in die Rotation ge­ bracht wird, gießt man die Gußeisenschmelze ein, welche die Tasche überflutet und einen Ring bildet. Nachdem das Blech aufgeschmolzen wird, beginnt die Reaktion des Mg-Gra­ nulats mit der Schmelze nach beschriebenem Verfahren. Die Zentripetalkraft sorgt dann für eine sehr saubere Schmel­ ze.

Um die örtliche Löslichkeit des Magnesiums in der Schmelze zu erhöhen ist es vorteilhaft, dem Gemisch aus Mg-Granulat und körnigem, feuerfestem Material eine bestimmte Menge von Siliziumkarbid beizumischen. Weiter kann man z.B. das Ce­ rium zugeben, um die störende Wirkung von Spurenelementen wie Bi, Sn, Sb u.a. zu unterdrücken. Durch die Zugabe von kleinen Mengen von Kalzium und Barium läßt sich die Wir­ kung des Magnesiums erhöhen.

Das Gemisch aus Mg-Granulat und körnigem, feuerfestem Mate­ rial nach diesem Verfahren ist auch geeignet für alle Ver­ fahren, bei welchen teure Mg-Vorlegierungen verwendet wer­ den. Man kann statt einer Mg-Vorlegierung das beschriebene billige Gemisch z.B. in die offene Tasche einer Kipp-, bzw. Drehpfanne u.ä. dosieren.

Claims (10)

1. Verfahren zum Behandeln einer Gußeisenschmelze mittels Reinmagnesium, wobei ein Mg-Granulat mit einem körni­ gen, feuerfesten Material als Gemisch mit einer Guß­ eisenschmelze wirbelfrei überflutet wird, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Größe der Mg-Granulen, die Korngröße des feuerfesten Materials und ihr Mischver­ hältnis so eingestellt werden, daß die durch die teil­ weise Verdampfung, bzw. das Platzen der mit Keramik be­ schichteten Mg-Granulen gestörte Grenzschicht-Oberflä­ chenspannung der Gußeisenschmelze ein geregeltes, schichtweises Aufschwimmen des Gemisches und dadurch das Einbringen von Reinmagnesium in die Gußeisen­ schmelze bewirken wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das körnige, feuerfeste Material bei der Temperatur der Gußeisenschmelze rieselfähig wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Korngröße des Mg-Granulats und des feuerfesten Ma­ terials 0,2 bis 5 mm betragen wird.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Mischverhältnis des Mg-Granulats und des körnigen, feuerfesten Materials im Bereich von 1:1 bis zu 1:40 liegen wird.

5. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Mischverhältnis des Mg-Granulats und des körnigen, feuerfesten Materials im Bereich von 1:5 bis 1:10 lie­ gen wird.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch ge­ kennzeichnet, daß als körniges, feuerfestes Material das Mullit verwendet wird.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1, 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Mg-Granulat mit keramischem Material umhüllt wird.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch ge­ kennzeichnet, daß das Gemisch von Mg-Granulat und dem körnigen, feuerfesten Material mittels eines, durch die Temperatur der Schmelze zerlegbaren Binders zu einem festen Körper ausgebildet wird.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch ge­ kennzeichnet, daß dem Gemisch aus Mg-Granulat und kör­ nigem, feuerfestem Material eine bestimmte Menge von Siliziumkarbid, bzw. Cerium, bzw. Kalzium, bzw. Barium einzeln oder in Kombination beigegeben wird.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch ge­ kennzeichnet, daß zum Durchführen des Verfahrens jeg­ liche Pfannen und Einrichtungen, geeignet für die Be­ handlung einer Gußeisenschmelze mit Mg-Vorlegierungen, verwendet werden.