DEE0000831MA

DEE0000831MA - Treatment of molten iron with metals or metal alloys with a low evaporation point

Info

Publication number: DEE0000831MA
Authority: DE
Inventors: Harald Dr.-Ing. Mühlheim Bruhn; Dr.-Ing. Hamburg Dautzenberg Wilhelm
Original assignee: Eisenwerke Mülheim/Meidrich AG, Mülheim
Publication date: 1950-12-21

Description

Beim Behandeln bzw. Legieren von Eisenschmelzen mit anderen Metallen, Metallegierungen oder Metallverbindungen ergeben sich insbesondere in den Fällen Schwierigkeiten, wenn sich die physikalischen Eigenschaften der Behandlungs- bzw. Legierungselemente, wie ihr spezifisches Gewicht oder ihre Schmelz- und Siedetemperatur, stark von den entsprechenden Eigenschaften der Eisenschmelze unterscheiden. Diese Schwierigkeiten treten z.B. in besonders starkem Ausmaß beim Behandeln von Gusseisenschmelzen mit Magnesium oder Magnesiumlegierungen auf, ein Verfahren, welches in neuester Zeit zur Herstellung von Gusseisen mit Kugelgraphit immer mehr an Bedeutung gewinnt. Der praktischen und wirtschaftlichen Durchführung dieses Verfahrens stehen bisher im allgemeinen noch bedeutende Schwierigkeiten entgegen, welche durch die mechanische und physikalischen Eigenschaften des Magnesiums bedingt sind. Magnesium hat ein sehr niedriges spezifisches Gewicht und einen weit unterhalb der Vergießtemperatur von Eisenschmelzen liegenden Verdampfungspunkt, so dass sich beim Einbringen von Magnesium oder Magnesiumlegierungen in Eisenschmelzen starke Licht- und Dampfentwicklungen ergeben, welche sich bis zu explosionsartigen Ausbrüchen steigern können.When treating or alloying iron melts with other metals, metal alloys or metal compounds, difficulties arise especially in cases when the physical properties of the treatment or alloying elements, such as their specific weight or their melting and boiling temperature, differ greatly from the corresponding properties distinguish the molten iron. These difficulties arise, for example, to a particularly great extent when treating cast iron melts with magnesium or magnesium alloys, a process which has recently become more and more important for the production of spheroidal graphite cast iron. The practical and economic implementation of this process has hitherto generally been hampered by significant difficulties which are due to the mechanical and physical properties of magnesium. Magnesium has a very low specific weight and an evaporation point that is far below the casting temperature of iron melts, so that when magnesium or magnesium alloys are introduced into iron melts, strong light and vapor developments result, which can increase to explosive eruptions.

Es dürfte infolgedessen im praktischen Betrieb kaum gelingen, Eisenschmelzen mit reinem Magnesium zu behandeln, und man ist auf die Verwendung von Vorlegierungen als Behandlungsstoff angewiesen, wobei man Vorlegierungen verwendet hat, welche meist nur bis zu 20% Magnesium enthielten, und zwar in Verbindung entweder mit Nickel oder mit Nickel und Silizium oder mit Nickel, Silizium und Eisen oder mit Kupfer oder mit Kupfer und Eisen. In diesen Vorlegierungen beträgt das Verhältnis von Magnesium zu den übrigen Legierungsmetallen demgemäß im allgemeinen höchstens 20 : 80, so dass durch den Zusatz derartiger Vorlegierungen, außer dem Magnesium, beträchtlich größere Mengen anderer Metalle in das Eisenbad gelangen, was aus den verschiedensten Gründen mehr unerwünscht sein kann, zumal sich die Eisenschmelzen durch das Kreislaufmaterial im Laufe der Zeit immer mehr mit diesen weiteren Legierungselementen anreichern.As a result, it is unlikely to be possible in practical operation to treat iron melts with pure magnesium, and one is dependent on the use of master alloys as the treatment material, master alloys having mostly only contained up to 20% magnesium, in conjunction with either Nickel or with nickel and silicon or with nickel, silicon and iron or with copper or with copper and iron. In these master alloys, the ratio of magnesium to the other alloy metals is accordingly generally at most 20:80, so that the addition of master alloys of this type, apart from the magnesium, is considerable larger amounts of other metals get into the iron bath, which can be more undesirable for a variety of reasons, especially since the iron melts become more and more enriched with these additional alloying elements due to the cycle material.

Bei dem im allgemeinen geübten Aufwerfen der Vorlegierungen auf die Badoberfläche der Eisenschmelze tritt neben starken Verlusten der Legierungselemente auch der Übelstand auf, dass zur Reaktion nur die Badoberfläche selbst zur Verfügung steht; bereits kurz nach Beginn der Aufgabe bildet sich auf der Eisenschmelze eine so starke schlammartige Schlackenschicht, dass diese von weiter zugegebenen Vorlegierungsmengen kaum noch durchdrungen werden kann.When the master alloys are generally thrown onto the bath surface of the molten iron, in addition to heavy losses of the alloying elements, there is also the disadvantage that only the bath surface itself is available for the reaction; Shortly after the start of the feed, such a thick sludge-like layer of slag forms on the molten iron that it can hardly be penetrated by further amounts of pre-alloy.

Man hat infolgedessen auch schon vorgeschlagen, die Vorlegierung im pulverförmigen Zustande mittels einem inerten bzw. nicht oxydierenden Gases durch ein Rohr o.dgl. in das Eisenbad unter dessen Oberfläche einzublasen. Durch den pulverförmigen, fein verteilten Zustand der Vorlegierung hat diese aber derart große Oberflächen, das hierdurch die Gasentwicklung noch viel stürmischer verläuft als bei Zugabe in kompakter Form.As a result, it has already been proposed that the master alloy in the powdery state by means of an inert or non-oxidizing gas through a pipe or the like. to blow into the iron bath beneath its surface. Due to the powdery, finely divided state of the master alloy, it has such large surfaces that the gas development is even more turbulent than when it is added in compact form.

Ein weiterer Vorschlag richtet sich darauf, die Vorlegierung unter die Badoberfläche unterzutauchen; beim einfachen Untertauchen unter die Badoberfläche ergeben sich jedoch insbesondere bei höher magnesiumhaltigen Vorlegierungen alle die vorstehend angeführten Übelstände, indem der sich bildende Magnesiumdampf die verhältnismäßig geringe über ihm liegende Eisensäule durchdringt und zu explosionsartigen Erscheinungen führt.Another suggestion is directed to submerging the master alloy under the bath surface; Simply submerging under the bath surface, however, results in all of the abovementioned inconveniences, especially with master alloys with a higher magnesium content, in that the magnesium vapor that forms penetrates the relatively small iron column above it and leads to explosive phenomena.

Hier setzt nun die vorliegende Erfindung ein, gemäß welcher vorgeschlagen wird, zum Behandeln bzw. Legieren von Eisenschmelzen in Pfannen- oder ähnlichen Behältern - und zwar vorzugsweise von großen Chargen in großen Pfannen - mit Metallen oder Metalllegierungen von niedrigem Verdampfungspunkt diese in fester Massel- oder Barrenform an einer Stange o.dgl. befestigt mittels dieser schnell möglichst tief, vorzugsweise bis zum Boden der Pfanne, in die Eisenschmelze einzutauchen und dort während der Behandlungszeit zu halten.This is where the present invention comes in, according to which it is proposed to treat or alloy iron melts in ladles or similar containers - preferably large batches in large ladles - with metals or metal alloys of low evaporation point, these in solid ingot or Bar shape on a rod or the like. fastened by means of this quickly as deeply as possible, preferably to the bottom of the pan, to dip into the molten iron and hold there during the treatment time.

Durch die große Eintauchtiefe wirkt dem Dampfdruck, welcher durch das Verdampfen des Metalles von niedrigen Verdampfungspunkt entsteht, der hohe ferrostatische Druck der hohen Eisensäule entgegen, welche sich über den eingeführten Metallmasseln befindet, so dass kein stürmischer Verlauf der Reaktion eintreten kann.Due to the great immersion depth, the vapor pressure, which arises from the evaporation of the metal from the low evaporation point, is counteracted by the high ferrostatic pressure of the high iron column, which is located above the introduced metal pigs, so that no stormy course of the reaction can occur.

Von besonderer Bedeutung ist das neue Verfahren für die Behandlung von Gusseisenschmelzen mit Magnesium oder magnesiumhaltigen Legierungen zwecks Erzielung von Kugelgraphit, da es dadurch gelingt, höher- und hochmagnesiumhaltige Vorlegierungen zuzuwenden und in diesen Vorlegierungen die anderen Legierungselemente so niedrig zu halten, dass sie keine unerwünschte Beeinflussung der Gusseisenschmelze hervorrufen. Von ausschlaggebender Bedeutung ist dabei, dass die schnell tief einzutauchende Vorlegierung in fester kompakter Form, z.B. in Form von Masseln oder Barren, Verwendung findet, welche einwandfrei an der Stange befestigt werden können und welche vor allen Dingen möglichst hohe Widerstandsfähigkeit gegen mechanische Beanspruchung und hohe Unempfindlichkeit gegen plötzlichen Temperaturwechsel aufweisen, damit sie nicht durch mechanische oder thermische Beanspruchung zerspringen, so dass damit ein gleichmäßiges, nicht zu schnelles und auch nicht zu langsames Abschmelzen gewährleistet ist. Weiterhin ist es wesentlich, dass der Magnesiumgehalt der Vorlegierung mit der möglichen Eintauchtiefe derart in Zusammenhang steht, dass der durch die Eintauchtiefe gegebene ferrostatische Druck der Verdampfung des Magnesiums genügend entgegenwirkt. Infolgedessen kann bei großer Badtiefe der Magnesiumgehalt der Vorlegierung höher gewählt werden, als bei kleiner Badtiefe, weil infolge der Abhängigkeit des Dampfdruckes von der Badtiefe dieses den Verdampfungsvorgang regelt. Damit trotz der Massel- oder Barrenfom der Vorlegierung diese mit genügend großer Oberfläche mit der Eisenschmelze in Berührung kommt, können Masseln von gekerbter bzw. unterteilter Form Verwendung finden.The new process for the treatment of cast iron melts with magnesium or magnesium-containing alloys for the purpose of achieving spheroidal graphite is of particular importance, since it makes it possible to turn to master alloys with a higher and high magnesium content and to keep the other alloy elements in these master alloys so low that they do not have any undesirable effects the cast iron melt. It is of decisive importance that the pre-alloy, which can be quickly and deeply immersed, is used in a solid, compact form, e.g. in the form of pigs or bars, which can be properly attached to the rod and which above all have the highest possible resistance to mechanical stress and high insensitivity have against sudden temperature changes, so that they do not crack due to mechanical or thermal stress, so that a uniform, not too fast and not too slow melting is guaranteed. Furthermore, it is essential that the magnesium content of the master alloy is related to the possible immersion depth in such a way that the ferrostatic pressure given by the immersion depth sufficiently counteracts the evaporation of the magnesium. As a result, the magnesium content of the master alloy can be selected to be higher with a large bath depth than with a small bath depth, because, as a result of the dependence of the vapor pressure on the bath depth, this regulates the evaporation process. So that, despite the ingot or ingot shape of the master alloy, it comes into contact with the molten iron with a sufficiently large surface, ingots of a notched or subdivided shape can be used.

Weiterhin ist noch Gegenstand der Erfindung eine zur Ausführung des neuen Verfahrens besonders gut geeignete Magnesium-Vorlegierung, welche in an sich zum Teil bekannter Weise innerhalb des Bereiches von etwa 10-50% Magnesium, 0 bis 30% Nickel, 20 bis 50% Silizium und gegebenenfalls noch 10 bis 30% Kupfer und/oderFurthermore, the subject matter of the invention is a magnesium master alloy which is particularly well suited for carrying out the new method and which, in part known per se, is within the range of about 10-50% magnesium, 0 to 30% nickel, 20 to 50% silicon and optionally 10 to 30% copper and / or

10 bis 30% Eisen liegt und welche innerhalb dieser Grenzwerte so zusammengestzt ist, dass sie den oben angegebenen Anforderungen zur Durchführung dieses Verfahrens insbesondere bezüglich Herstellbarkeit in kompakter Massel- oder Barrenform, Festigkeit und Temperaturwechselbeständigkeit genügt. Da das Magnesium eine karbidstabilisierende Wirkung hat, soll diese Vorlegierung Elemente enthalten, welche dem entgegenwirken und demgemäß graphitisierenden Einfluss haben; aus diesem Grunde enthält die Legierung Nickel und insbesondere Silizium. Kupfer dient dient zur besseren Herstellung der Vorlegierung, während Eisen gewissermaßen Kupfer ersetzt und den Zweck hat, in die Schmelze nicht zu viel Kupfer als Ballast hineinzubekommen. Legierungen aus Magnesium und Silizium allein oder auch in Verbindung mit Nickel sind praktisch schlecht oder kaum herstellbar, vor allen Dingen nicht in Massel- oder Barrenform vergießbar, da sie durchweg zu bröcklig anfallen.10 to 30% iron is and which is composed within these limit values in such a way that it satisfies the requirements specified above for carrying out this process, in particular with regard to producibility in compact ingot or ingot form, strength and resistance to temperature changes. Since the magnesium has a carbide-stabilizing effect, this master alloy should contain elements that counteract this and accordingly have a graphitizing influence; for this reason the alloy contains nickel and especially silicon. Copper is used to improve the production of the master alloy, while iron to a certain extent replaces copper and has the purpose of not getting too much copper into the melt as ballast. Alloys made of magnesium and silicon alone or in combination with nickel are practically difficult or difficult to produce and, above all, cannot be cast in ingot or ingot form, since they are always too crumbly.

In besonders günstiger Weise werden für die Durchführung des Verfahrens den dabei an sie gestellten Anforderungen folgende beispielsweise angegebenen Vorlegierungen gerecht:In a particularly favorable manner, the following, for example, specified master alloys meet the requirements placed on them for carrying out the method:

Magnesium etwa 15 bis 25% Magnesium etwa 12 bis 17%Magnesium about 15 to 25% Magnesium about 12 to 17%

Nickel etwa 10 bis 15% Nickel etwa 10 bis 15%Nickel about 10 to 15% Nickel about 10 to 15%

Silizium etwa 25 bis 35% Silizium etwa 35 bis 45%Silicon about 25 to 35% silicon about 35 to 45%

Kupfer etwa 15 bis 25% Kupfer etwa 20 bis 25%Copper about 15 to 25% copper about 20 to 25%

Eisen etwa 15 bis 25% Eisen etwa 10 bis 15%Iron about 15 to 25% iron about 10 to 15%

Zweckmäßigerweise wird die Vorlegierung derart ausgewählt, dass ihre Gehalte an Magnesium und Silizium und Nickel andererseits so in Bezug auf die zu behandelnde Eisenschmelze abgestimmt sind, dass das Gussgefüge des behandelnden Eisens bis auf die Ausbildungsform des Graphits in der gleichen Weise und Art ausfällt, wie das Gussgefüge des unbehandelten Eisens anfallen würde, selbstverständlich gleiche Gießbedingungen vorausgesetzt.The master alloy is expediently selected in such a way that its contents of magnesium and silicon and nickel on the other hand are matched to the molten iron to be treated in such a way that the cast structure of the iron to be treated turns out in the same way and type, apart from the form of the graphite The cast structure of the untreated iron would arise, provided of course the same casting conditions.

Die Erzeugung von Gusseisen mit Kugelgraphit durch Behandlung von Gusseisenschmelzen mit Magnesium oder Magnesiumlegierungen steht noch ganz im Anfang der Entwicklung. Bisher dürften in Deutschland wohl nur Versuche gemacht worden sein, und auch im Ausland, wie insbesondere in England und den USA, dürfte die Entwicklung wohl kaum über die ersten Anfänge und im allgemeinen über den Guss verhältnismäßig kleiner Stücke hinausgelangt sein. Das neue Verfahren zeigt erstmalig einenThe production of cast iron with spheroidal graphite by treating cast iron melts with magnesium or magnesium alloys is still at the very beginning of development. So far, only attempts have probably been made in Germany, and also abroad, especially in England and the USA, the development is unlikely to have reached beyond the first beginnings and generally beyond the casting of relatively small pieces. The new process shows one for the first time

Weg, wie insbesondere große Chargen in entsprechend großen Pfannen oder Behälter in einfacher, gefahrloser und jegliche Schwierigkeiten vermeidender Weise behandelt werden können, so dass sich damit dem Gusseisen mit Kugelgraphit neue Verwendungsgebiete, beispielsweise der Guss schwerer und schwerster Gusstücke, z.B. von Walzen, schwerer Maschinen und großen Behältern erschließen.Way how large batches in particular can be handled in a simple, safe and avoiding manner in correspondingly large pans or containers, so that spheroidal graphite cast iron can be used in new areas of application, for example the casting of heavy and extremely heavy castings, e.g. from rolls, heavy machines and open up large containers.

Vorzugsweise werden zur Durchführung des neuen Verfahrens möglichst tiefe Pfannen mit großer Badtiefe benutzt, da eine möglichst große Pfannentiefe die Durchführung des Verfahrens als solches begünstigt und fernerhin die Verwendung höher legierter Magnesiumlegierungen als Vorlegierung ermöglicht.Preferably, the deepest possible ladles with a large bath depth are used to carry out the new method, since the largest possible ladle depth favors the execution of the method as such and furthermore enables the use of higher alloyed magnesium alloys as master alloy.

Claims

1. A method for treating iron melts in pans or similar containers - preferably large batches in large pans - with metals or metal alloys with a low evaporation point, in particular for treating cast iron melts with magnesium or magnesium-containing alloys in order to achieve spherical graphite in the solidified castings, thereby characterized in that the metal or the metal alloy of low evaporation point, for example the magnesium or the magnesium-containing alloy, in solid ingot or ingot form on a rod or the like. fastened by means of this fast as deeply as possible, preferably to the bottom of the pan, immersed in the molten iron and held there during the reaction time.

2. The method according to claim 1, characterized in that an alloy containing magnesium is used which is within the range of about 10 to 50% magnesium, 0 to 30% nickel, 20 to 50% silicon and optionally 10 to 30% copper and / or 10 to 30% iron and is composed within these limit values in such a way that compact pigs or bars of sufficient strength and thermal shock resistance can be cast from them.

3. The method according to claim 1 and 2, characterized in that the magnesium content of the alloy is selected to be high for a large bath depth and lower for a small bath depth.

4. The method according to claims 1 to 3, characterized in that the magnesium or the magnesium-containing alloy is used in the form of notched or subdivided pigs with a relatively large surface area.