DE4033182A1 - Magnesiumbehandlungsverfahren und vorrichtung zu dessen durchfuehrung - Google Patents

Magnesiumbehandlungsverfahren und vorrichtung zu dessen durchfuehrung

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Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Magnesium­ behandlungsverfahren zur Erzeugung einer behandelten Schmelze mit weniger als 100 g/t nichtmetallischer Einschlüsse, sowie eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens.
Bei der Behandlung einer Eisenschmelze mit Magnesium mit dem Ziel, die Graphitmorphologie so zu beeinflussen, daß Kugelgraphit gebildet wird, entstehen größere Mengen von nichtmetallischen Verbindungen, z. B. Oxyde, Sulphide und ähnliches. Dieser Effekt wird durch die hohe Affinität des Magnesiums zu Sauerstoff und Schwefel verursacht.
Der größte Teil der nichtmetallischen Reaktionsprodukte wird schon während der Behandlung der Eisenschmelze oder in der Zeitspanne zwischen Behandlungsende und Abgießen infolge der Unterschiede der spezifischen Gewichte der Schlackenteilchen (ca. 3000 kg/m³) und der Schmelze (ca. 7000 kg/m³) ausgeschieden. Es ist jedoch bekannt, daß ein Anteil der Reaktionsprodukte, Teilchen, die kleiner als 12,5 µm sind, auch nach der üblichen, verfügbaren Zeit in der Schmelze schwebend vorhanden sind.
Die Flotationsgeschwindigkeit kann mit relativ guter Genauig­ keit durch die Stock'sche Gleichung bestimmt werden.
L = Flotationshöhe in mm
d = Teilchengröße in µm
δFe = Spezifisches Gewicht Eisen in kg/m³ (7000)
δSchlacke = Spezifisches Gewicht Schlacke in kg/m³ (3000)
t = Flotationszeit in Sekunden
µ = Dynamische Viskosität (0,007)
Die praktischen Messungen ergaben, daß bei den herkömm­ lichen Behandlungsmethoden die Menge der schwebenden Teilchen zwischen 200 und 600 g/t behandeltes Eisen liegt, welche dann mit dem Gießstrahl in die abzugießende Form eingegossen wird. Die Untersuchungen zeigten ebenfalls, daß diese Einschlüsse, die im Gußstück verbleiben, die dynamischen Eigenschaften des Gußstückes wesentlich ver­ mindern können.
Um die Flotation der Reaktionsprodukte zu ermöglichen, müßte die Schmelze über längere Zeit in der Pfanne abstehen. Dies hat jedoch beträchtliche, in der Regel prohibitive Temperaturverluste (6-15°C/min) zur Folge.
Die Anwendung des aus der Stahlherstellung bekannten Verfahrens des Spülens der Schmelze mit Inertgas (N, Ar etc.) verursacht eine verstärkte Oxydation des Magnesiums, die zur Bildung von weiteren, neuen Einschlüssen führt, weshalb das gewünschte Ziel mit diesem Verfahren nicht erreicht wird.
Die vorliegende Erfindung hat sich zur Aufgabe gemacht, ein Verfahren und eine Vorrichtung vorzuschlagen, mit dessen Hilfe die Behandlungsreaktion so gesteuert werden kann, daß die nichtmetallischen Einschlüsse in der behandelten Schmelze auf ein Minimum reduziert werden.
Diese Aufgabe wird durch das kennzeichnende Teil des An­ spruches 1 und 9 gelöst.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens gehen aus den abhängigen Ansprüchen hervor.
Durch das kontrollierte Spülen der Schmelze in einer reduzierenden Atmosphäre über der Oberfläche der Eisen­ schmelze schon während der Magnesiumbehandlung werden die bei der Behandlung entstehenden Reaktionsprodukte koa­ guliert und durch die aufsteigenden Magnesiumdampfblasen als Schlacke an die Oberfläche der Schmelze transportiert. Die Koagulation der Reaktionsprodukte wird durch die entstehende Dampfmenge und durch die Mischungsenergie bewirkt. Die Erfahrungen zeigen, daß die Intensität der Koagulation durch Aufeinanderstoßen der nichtmetallischen Teilchen zur Zeit ihrer Bildung, d. h. am Ort der Reaktion wesentlich verstärkt wird. Die Mischungsenergie kann durch folgende Gleichung bestimmt werden:
E = Mischungsenergie in W/m³
Q = Gasmenge in N1/min
T = Temperatur in °K
pO = Druck auf der Oberfläche der Schmelze in atm.
p = pO + ferrostatischer Druck in atm.
V = Volumen der Schmelze in m³
Die praktischen Versuche zeigten, daß die Menge nichtme­ tallischer Einschlüsse in der Schmelze auf Werte unterhalb 100 g/t reduziert werden kann, wenn die Mischungsenergie größer als 1000 W/m³ ist, die Magnesiumdämpfe in einer Tiefe von mindestens 200 mm unterhalb der Oberfläche der Schmelze entstehen und die Atmosphäre oberhalb der Schmelze mit Magnesiumdampf übersättigt ist.
Dies wird im folgenden anhand eines Beispiels erläutert:
Beispiel
Aus einer Eisenschmelze mit der Legierungszusammensetzung
C = 3,72%
Si = 2,3%
Mu = 0,27%
S = 0,08%
P = 0,05%
wurde nach einer Behandlung mit Reinmagnesium in einem ge­ schlossenen Behandlungsgefäß mit einer Öffnung von 30 cm², wo vier Reaktionsöffnungen, welche den Reaktionsraum mit der Schmelze verbinden, einen Gesamtquerschnitt von 1250 mm² aufweisen, nach einer Reaktionszeit von 60 sek eine Probe entnommen. Die Analyse ergab 3 ppm Sauerstoff und 50 ppm Schwefel. Es wurde eine Menge von 20 g/t an nichtmetallischen Einschlüssen gerechnet. Die quantitative metallographische Analyse ergab eine Menge an nichtmetal­ lischen Einschlüssen von 23 g/t.

Claims (12)

1. Magnesiumbehandlungsverfahren zur Erzeugung einer behandelten Schmelze mit weniger als 100 g/t nicht­ metallischer Einschlüsse, dadurch gekennzeichnet, daß die Behandlungsreaktion mit dem Magnesium in einer Tiefe von mindestens 200 mm unter der Oberfläche der Schmelze so gesteuert wird, daß die Menge des ver­ dampften Magnesiums eine Mischungsenergie von min­ destens 1000 W/m³ erzeugt, wobei oberhalb der Ober­ fläche der Schmelze im Behandlungsgefäß eine nicht oxydierende Atmosphäre vorgesehen wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Behandlungsmittel stückiges Reinmagnesium verwendet wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Behandlungsmittel Magnesiumgranalien verwendet werden.
4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Behandlungsmittel eine Mischung von Reinmagne­ siumgranalien mit einem reaktionsneutralen Stoff, z. B. Eisenspäne etc. mit mindestens 40 Gew.-% Magnesium verwendet wird.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Magnesiumausbringen nicht höher als bei 75% liegt.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgangsschmelze einen Schwefelgehalt zwischen 0,001 und 0,30 Gew.-% aufweist.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Behandlungstemperatur zwischen 1400 und 1530 eingestellt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Basizität der Behandlungs­ schlacke höher als 1 liegt.
9. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach den Ansprüchen 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß ein Reaktionsbehälter vorgesehen ist, der einen von der Schmelze getrennten Reaktionsraum aufweist, der mit mindestens zwei Öffnungen versehen ist, mittels denen die Verbindung zwischen dem Reaktionsraum und der Schmelze herstellbar ist.
10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Öffnungen einen Gesamtquerschnitt von min­ destens 500 mm² aufweisen.
11. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die oberste Öffnung mindestens 200 mm unterhalb der Oberfläche der Schmelze angeordnet ist.
12. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Reaktionsbehälter in seinem oberen Teil mit einer Öffnung versehen ist, welche eine Verbindung mit der umgebenden Atmosphäre herstellt und dabei über der Oberfläche der Schmelze einen Überdruck von Magnesium­ dampf von mindestens 0,01 bar gewährleistet.
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