DE4324494A1

DE4324494A1 - Verfahren zum Behandeln von Gußeisenschmelzen

Info

Publication number: DE4324494A1
Application number: DE19934324494
Authority: DE
Inventors: Manfred Dr Jonuleit; Friedrich Wolfsgruber; Detlef Dr Missol; Wolfgang Geiger
Original assignee: SKW Trostberg AG
Current assignee: Evonik Operations GmbH
Priority date: 1993-07-21
Filing date: 1993-07-21
Publication date: 1995-01-26
Anticipated expiration: 2013-07-22
Also published as: DE4324494C2

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Magnesiumbehandeln und ggf. gleichzeitigen Entschwefeln bzw. zur Korrektur des Magnesiumgehaltes von Gußeisenschmelzen mit einem Magnesium enthaltenden Fülldraht.

Es ist hinlänglich bekannt, Eisenschmelzen mit Reinmagnesium bzw. Magnesium enthaltenden Vorlegierungen zu behandeln, um so eine gezielte Ausbildung von Kugel- bzw. Vermikulargraphit in der Gußeisenmatrix zu bewirken. Die aus solchermaßen behandeltem Gußeisen hergestellten Werkstücke weisen hinsichtlich ihrer mechanisch -technologischen Eigenschaften deutliche Vorteile auf.

Üblicherweise nehmen die Eisenschmelzen bislang ihren Weg vom Kupol- oder Elektroofen über den Konverter und den Vergießofen in die Form. Bei betrieblich bedingten Prozeßpausen jedoch, wie z. B. technisch und/oder organisatorisch bedingten Stillstandszeiten, verweilt die bereits mit Magnesium beaufschlagte Eisenschmelze im relativ großen, ca. 20 t fassenden Vergießofen und wird dort unter Stickstoffdeckung lediglich temperiert. Die einige Hundertstel Prozent Magnesium enthaltende Schmelze unterliegt in dieser Zeit oxidativen Vorgängen, so daß sich das eingebrachte metallische Magnesium zum MgO oxidiert in der Schlacke anreichert. Dieser Abklingvorgang tritt um so ausgeprägter auf, je größer die betrieblich bedingten Zeitintervalle zwischen der letzten Behandlung und dem Vergießen der Schmelze sind.

Nach Beendigung des Unterbrechungszeitraumes muß nun zunächst der solchermaßen an Magnesium verarmten Schmelze erneut Magnesium zugeführt werden. Dies geschieht üblicherweise sukzessive durch Umschütt- und Spülvorgänge sowie durch mehrere Überbehandlungen mit Magnesium.

Der dafür zu betreibende Arbeitsaufwand sowie der Zeitbedarf sind relativ groß. Um den in dieser Zeit selbstverständlich weiterlaufenden Abklingeffekt in der bereits nachbehandelten Eisenschmelze auszugleichen, werden die entsprechenden Chargen von vornherein mit Magnesium überdotiert, was die Wirtschaftlichkeit des Verfahrens sowie die Qualität des erzeugten Produktes zusätzlich belastet.

An Versuchen, dieses Problem zu lösen, hat es in der Vergangenheit nicht gefehlt. So wurde in der jüngsten Zeit auch versucht, das Wiederbeaufschlagen mit Magnesium im Vergießofen mit Hilfe der Fülldrahttechnik durchzuführen. In der Fachzeitschrift "The Foundryman" (September 1992) ist eine Versuchsreihe zu diesem Thema unter dem Titel "The manufacture of ductile iron from "high sulfur" cupola iron using magnesium cored wire technology" beschrieben. Demzufolge ist es nicht gelungen, die im halbtechnischen Maßstab mit 1850 kg Eisen erzielten Ergebnisse auf technische Verhältnisse mit 7 t Eisen zu übertragen. Entgegen den Erwartungen enttäuschten die metallurgischen Resultate: Der Schwefelgehalt lag über den berechneten Werten, die spektrographisch ermittelten Magnesiumgehalte waren signifikant unter den erwarteten; gegossene Proben, die sofort nach dem Abziehen der Schlacke genommen worden waren, zeigten zunächst Eigenheiten und Strukturen von GGG, aber nach 5 Minuten wiesen sie kompakte Graphitausbildung auf. Eine 10 Minuten nach dem Abziehen der Schlacke genommene Probe besaß GG-Charakter. Der Magnesiumgehalt war gegen Null abgesunken, der Gehalt des Schwefels stieg an.

Der vorliegenden Erfindung hat sich daher die Aufgabe gestellt, ein Verfahren bereitzustellen, das die geschilderten Mängel des Standes der Technik überwindet und mit dessen Hilfe es möglich ist, großtechnische Mengen an Gußeisenschmelzen mit Hilfe eines kontinuierlichen Prozesses im Vergießofen rasch und dauerhaft mit Magnesium zu behandeln.

Gelöst wurde diese Aufgabe durch ein Verfahren zum Magnesiumbehandeln und ggf. gleichzeitigen Entschwefeln bzw. zur Korrektur des Magnesiumgehaltes von Gußeisenschmelzen mit einem Magnesium enthaltenden Fülldraht, das in einem Vergießofen durchgeführt wird.

Es hat sich dabei überraschenderweise gezeigt, daß die von der Pfannenmetallurgie bekannte Fülldrahttechnik durch die Wahl besonderer Verfahrensschritte und Prozeßparameter auch für den Einsatz im Vergießofen geeignet ist.

Das Verfahren ist erfindungsgemäß besonders vorteilhaft für Gußeisenschmelzen anzuwenden, bei denen bedingt durch den zeitlichen Abklingeffekt der Magnesiumgehalt teilweise verloren gegangen ist. Dabei ist es möglich, daß die zu wiederholende Behandlung anstelle der bisher umständlichen und zeitraubenden Nachbehandlung nun bereits im Vergießofen erfolgt, dessen Fassungsvermögen 2 bis 30 t Gußeisenschmelze beträgt. Das vorliegende Verfahren besitzt somit den großen Vorteil, daß das arbeitsintensive Überführen der an Magnesium verarmten Schmelze in den Konverter entfällt und die erneute Magnesiumbehandlung der gesamten Schmelze in einem Arbeitsgang erfolgt, wobei in einer Verfahrensvariante entsprechend der Ofengeometrie und gemäß der vorliegenden Erfindung die Säulenhöhe der Gußeisenschmelze 80 cm und in einer bevorzugten Ausführungsvariante 1 m nicht unterschreitet. Der für dieses Verfahren eingesetzte Fülldraht ist mit Magnesium gefüllt oder kann ggf. ein Gemisch aus 75 bis 99,5 Gew.-% Magnesium, 0,5 bis 5 Gew.-% einer stickstoffhaltigen organischen Verbindung sowie bis zu 20 Gew.-% Graphit enthalten.

Die stickstoffhaltige organische Verbindung, die zur Passivierung des Magnesiums dient, wird vorzugsweise aus der Reihe der s-Triazine oder Guanidin-Derivate ausgewählt, wobei Melamin oder Melamincyanurat, Guanylharnstoff oder Guanylharnstoffphosphat oder Dicyandiamid bevorzugt eingesetzt wird. Der fakultative Zusatz von Graphit dient dem bilanzmäßigen Ausgleich von Kohlenstoffverlusten durch Abbrand.

Bei diesem speziellen Verfahren gelingt es auch, in einem einzigen Prozeßschritt hochschwefelhaltiges Basiseisen mit Magnesium zu behandeln und gleichzeitig zu entschwefeln.

Für das vorliegende Verfahren haben sich Fülldrähte am geeignetsten erwiesen, deren Durchmesser 5 bis 18 mm, in einer bevorzugten Verfahrensform 9 bis 13 mm, betragen.

Die Erfahrungen mit der Fülldrahttechnik haben gelehrt, daß die einzelnen Parameter der Einführtechnik auf den jeweiligen Anwendungszweck abgestimmt sein müssen. Demzufolge variiert die Einspulgeschwindigkeit für Fülldrähte allgemein in einem weiten Bereich bis zu max. 100 m/min. Im vorliegenden Fall beträgt die Einspulgeschwindigkeit 20 bis 100 m/min. Diese im Vergleich zur sonst üblichen Praxis bei Konvertern mit Einspulgeschwindigkeiten von 5 bis 15 m/min. deutlich schnellere Technik ermöglicht nun auch in Vergießöfen eine rasche und vollständige Magnesiumbehandlung, deren Zeitbedarf lediglich 5 bis 15 Minuten beträgt.

Gemäß einer vorteilhaften Verfahrensvariante wird mit Hilfe einer speziellen Einbringgeometrie des Fülldrahtes eine Berührung der Innenwand des Vergießofens vermieden und der Draht bis nahezu an den Ofenboden herangeführt. Auf diese Weise wird eine mittige und zur Badoberfläche etwa senkrechte Drahteinführung in die Schmelze gewährleistet. Negative Erscheinungen wie z. B. ein Kontakt des eingeführten Drahtendes mit der Vergießofenwand werden mit dieser Technik vermieden. Die vorliegende Erfindung berücksichtigt auch, daß in einer bevorzugten Verfahrensform während des Einspulvorganges dem Vergießofen zumindest zeitweise eine Absauganlage zugeschaltet wird, um so durch das kontinuierliche Entfernen der Abgase ein rasches und störungsfreies Drahteinbringen zu erreichen und die vollständige Magnesiumbehandlung des gesamten vorgelegten Schmelzevolumens zu gewährleisten.

Anhand der nachfolgenden Beispiele soll das vorteilhafte erfindungsgemäße Verfahren veranschaulicht werden.

Beispiel 1

Magnesiumpulver (99,8% Mg) einer Körnung von 0,2 bis 0,7 mm, mit 0,3 Gew.-% Siliconöl (Wacker AK 100) versetzt und mit 3 Gew.-% Dicyandiamid einer Korngröße 98% < 10 µm durch Beschichten passiviert, wird in einen Fülldraht verpackt, der folgende Kennzahlen besitzt:

Drahttype: 9 mm
Drahtgewicht: 178 g/m
Füllgewicht: 65 g/m
Füllfaktor: 36,5%
Magnesiumgehalt: 63 g/m.

Dieser Draht wurde eingespult in einen Vergießofen, der Eisen in folgender Analyse enthielt:

C 3,24 Gew.-%
Si 1,62 Gew.-%
Mn 0,16 Gew.-%
S 0,008 Gew.-%
Cr 0,03 Gew.-%
P 0,022 Gew.-%
Mg 0,002 Gew.-%

behandelte Eisenmenge: 18 t
Behandlungstemperatur: 1458°C
eingespulte Drahtmenge: 400 m
Einspulgeschwindigkeit: 40 m/min.
Einspuldauer: 10 min.

Nach dem Einspulen des Drahtes ergaben sich folgende Ergebnisse:

Mg-Gehalt nach der Drahtbehandlung: 0,042 Gew.-%
S-Gehalt nach der Drahtbehandlung: 0,004 Gew.-%
Mg-Ausbeute: 31%.

Die gleichen Analysenwerte konnten auch im Einguß und Ausguß nachgewiesen werden.

Beispiel 2

Draht wie in Beispiel 1 beschrieben, wurde zur Behandlung und Entschwefelung im Vergießofen eingespult, dessen Eisen nachfolgende Analyse hatte:

C 3,22 Gew.-%
Si 1,58 Gew.-%
Mn 0,18 Gew.-%
S 0,065 Gew.-%
Cr 0,03 Gew.-%
P 0,023 Gew.-%
Mg 0,005 Gew.-%

behandelte Eisenmenge: 15 t
Behandlungstemperatur: 1460°C
eingespulte Drahtmenge: 453 m
Einspulgeschwindigkeit: 40 m/min.
Einspuldauer: 11,3 min.

Nach dem Einspulen des Drahtes ergaben sich folgende Ergebnisse:

Mg-Gehalt nach der Drahtbehandlung: 0,037 Gew.-%
S-Gehalt nach der Drahtbehandlung: 0,008 Gew.-%
Mg-Ausbeute: 41%
Mg-Gehalt 25 Min. nach der Drahtbehandlung: 0,036 Gew.-%
S-Gehalt 25 Min. nach der Drahtbehandlung: 0,006 Gew.-%.

Im Einguß und Ausguß wurden die gleichen Analysenwerte nachgewiesen.

Beispiel 3

Draht wie in Beispiel 1 beschrieben, wurde durch technisch bedingten Stillstand der Formenlage und damit des Vergießofens zur Korrektur des Magnesiumgehaltes in den Vergießofen eingespult, dessen Eisen nachfolgende Analyse aufwies:

C 3,24 Gew.-%
Si 1,61 Gew.-%
Mn 0,16 Gew.-%
Cr 0,03 Gew.-%
Mg 0,023 Gew.-%
P 0,022 Gew.-%
S 0,007 Gew.-%

behandelte Eisenmenge: 18 t
Behandlungstemperatur: 1455°C
eingespulte Drahtmenge: 300 m
Einspulgeschwindigkeit: 40 m/min.
Einspuldauer: 7,5 min.

Nach dem Einspulen des Drahtes ergaben sich folgende Ergebnisse:

Mg-Gehalt nach der Drahtbehandlung: 0,048 Gew.-%
S-Gehalt nach der Drahtbehandlung: 0,004 Gew.-%
Mg-Ausbeute: 63,8%.

Im Einguß und Ausguß konnten die gleichen Analysenwerte nachgewiesen werden.

Claims

1. Verfahren zum Magnesiumbehandeln und ggf. gleichzeitigen Entschwefeln bzw. zur Korrektur des Magnesiumgehaltes von Gußeisenschmelzen mit einem Magnesium enthaltenden Fülldraht, dadurch gekennzeichnet, daß das Verfahren in einem Vergießofen durchgeführt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Fassungsvermögen des Vergießofens 2 bis 30 t Gußeisenschmelze beträgt.

3. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Säulenhöhe der Gußeisenschmelze 80 cm, bevorzugt 1 m, nicht unterschreitet.

4. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Fülldraht ein Gemisch aus 75 bis 99,5 Gew.-% Magnesium, 0,5 bis 5 Gew.-% einer stickstoffhaltigen organischen Verbindung sowie ggf. bis zu 20 Gew.-% Graphit enthält.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die stickstoffhaltige organische Verbindung aus der Reihe der s-Triazine oder Guanidin-Derivate stammt und bevorzugt Melamin oder Melamincyanurat, Guanylharnstoff oder Guanylharnstoffphosphat, oder Dicyandiamid sein kann.

6. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnete daß der Fülldrahtdurchmesser 5 bis 18 mm, bevorzugt 9 bis 13 mm, beträgt.

7. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Einspulgeschwindigkeit 20 bis 100 m/min. beträgt.

8. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Zeit des Magnesiumbehandelns 5 bis 15 Minuten beträgt.

9. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Einbringgeometrie eine Berührung der Innenwand des Vergießofens ausschließt und den Draht bis nahezu an dessen Boden heranführt.

10. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß man während des Einspulvorganges die Abgase absaugt.