EP0030043A2 - Drahtförmiges Mittel zum Behandeln von Metallschmelzen - Google Patents

Drahtförmiges Mittel zum Behandeln von Metallschmelzen Download PDF

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EP0030043A2
EP0030043A2 EP80201001A EP80201001A EP0030043A2 EP 0030043 A2 EP0030043 A2 EP 0030043A2 EP 80201001 A EP80201001 A EP 80201001A EP 80201001 A EP80201001 A EP 80201001A EP 0030043 A2 EP0030043 A2 EP 0030043A2
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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21C—PROCESSING OF PIG-IRON, e.g. REFINING, MANUFACTURE OF WROUGHT-IRON OR STEEL; TREATMENT IN MOLTEN STATE OF FERROUS ALLOYS
    • C21C1/00—Refining of pig-iron; Cast iron
    • C21C1/10—Making spheroidal graphite cast-iron
    • C21C1/105—Nodularising additive agents
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21C—PROCESSING OF PIG-IRON, e.g. REFINING, MANUFACTURE OF WROUGHT-IRON OR STEEL; TREATMENT IN MOLTEN STATE OF FERROUS ALLOYS
    • C21C7/00—Treating molten ferrous alloys, e.g. steel, not covered by groups C21C1/00 - C21C5/00
    • C21C7/0056—Treating molten ferrous alloys, e.g. steel, not covered by groups C21C1/00 - C21C5/00 using cored wires

Definitions

  • a treatment wire known from DE-OS 27 38 379 consists, for example, of a powdery core material made of magnesium alloys, such as Mg-Si-Mn or Mg-Fe-Si alloys, or calcium alloys, such as Ca-Si-Mn or Co-Si Fe alloys. These alloys can also contain rare earth metals.
  • the powdered core material is usually compacted.
  • a wire-like agent for treating metal melts in which between the outer jacket made of ferrous metal and core material made of relatively volatile metal, eg. B. magnesium, an insulating material made of z. B. iron powder is arranged.
  • the core material should be added simultaneously with the melting of the jacket material and premature melting and evaporation of the magnesium core should be prevented.
  • the known wires do not always meet the requirements of metallurgical practice. If manganese or iron alloyed magnesium silicon alloys are used, the reactivity of the magnesium is greatly reduced in such alloys and a larger L egleitersmenge required with often undesirable alloying elements. As far as treatment wires with coated magnesium wire are used, the rigidity of the wire often proves to be a hindrance. An uneven reaction sequence cannot be avoided by forming vapor bubbles of different sizes in the metal evaporated in the melt, such as magnesium.
  • the invention has for its object to avoid the disadvantages mentioned when treating metal melts with wire-shaped additives.
  • the medium of the melt should be offered in such a structure that the active substances develop in the finest form and are absorbed by the melt without any noteworthy losses.
  • the composition of the wire-like and silicon-free treatment agent can be varied within wide limits, so that it can be used both for deoxidation and desulphurization of molten metals, as well as for alloying a molten metal, or to bring about a structural refinement of any kind in the melt.
  • the wire-shaped loading is suitable for the treatment of cast iron melts h andlungsstoff for the manufacture of nodular iron.
  • the components of the metal powder mixture are in the generally in a certain relationship to each other.
  • the metal component A such as calcium, magnesium or rare earth metal
  • the metal component B such as iron, nickel or manganese
  • the metal component A is in a mixing ratio of 40 to 60 parts by weight to 60 to 40 parts by weight. In many cases it has proven advantageous to maintain a ratio of 50 to 50 parts by weight.
  • the components of the metal powder mixture are of the same grain size. It has proven advantageous here to maintain a grain size of the metal powder of 0.02 to 1.0 mm.
  • a preferred range is a grain size of 0.05 to 0.25 mm, in which range particularly favorable results are achieved with grain sizes of the metal powders of 0.07 to 0.16 mm.
  • the casing made of ferrous metal enclosing the metal powder mixture generally has a wall thickness of 0.2 to 0.5 mm, a wall thickness of 0.3 mm being preferred.
  • the mode of action of the wire-shaped treatment agent according to the invention can be imagined as follows for continuous immersion in the molten metal.
  • the powder of the metal component with the higher melting or boiling point acts as a nucleus for the gas bubble formation of the powder component with the lower boiling point.
  • a powder mixture of z. B. Magnesium and iron rise accordingly when immersed in a molten metal of z. B. above 1200 ° C comparatively many small Mg vapor bubbles in the melt and largely dissolve on their way to the metal surface. This ensures optimum Mg output.
  • an iron metal-coated treatment agent made of magnesium powder and iron powder
  • a magnesium yield of over 60% is achieved, and the graphite of the cast iron melt is completely spherical.
  • the treatment is carried out with the same wire, but with powder filled with pure magnesium metal, the Mg output is approximately 2%.
  • any formation of smoke or eruptions is surprisingly avoided, so that almost 100% of the z. B. added magnesium can be effectively implemented with the iron or steel melt.
  • the treatment agent according to the invention can be used in a safe and reproducible manner to advantageously deoxidize, desulphurize, modify graphite shapes, such as vermicular or spheroidal graphite, or inoculate the molten iron or steel.
  • a coated body with an outer diameter of 3.2 mm was made of a sheath made of mild steel tape (wall thickness of the iron sheath 0.3 mm) and a core made of a mixture of 50% metallic magnesium powder and 50% iron powder, both with a grain size of 0.07 down to - 0.16 mm, produced by means of a wire production machine. The product is mechanically compressed and deformed and a body is made in wire form.
  • the magnesium content was 1.9 g.
  • the feed speed was about 100 m / min.
  • the treated iron melt had a magnesium content of 0.042% after the end of the test, which corresponds to a magnesium yield of 65.6%.
  • the treatment was completely calm and without smoke development and without eruptions or without expelling melt components.
  • the graphite in the casting was 100% spherical.

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Abstract

Metallschmelzen erhalten vielfach eine Nachbehandlung mit einem metallischen oder nichtmetallischen Behandlungsmittel. Das Behandlungsmittel kann der Schmelze auch in Drehtform zugeführt werden. Bei einem solchen drahtförmigen Mittel zum Behandeln von Metallschmelzen wird reaktives Metallpulver mit einem Eisenmetall ummantelt.
Zwecks Erhöhung der Reaktionsausbeute und zur Erzielung eines störungsfreien Reaktionsablaufs wird eine pulverförmige Mischung aus mindestens einem der Metalle (A) Magnesium, Calcium und der Seltenen Erden sowie mindestens einem der Metalle (B) Eisen, Nickel und Mangan vorgesehen.

Description

  • Es ist bekannt, Metallschmelzen das Behandlungsmittel in Drahtform zuzuführen, wobei z. B. ein Manteldraht aus Eisenmetall das eigentliche im Kern des Drahtes vorliegende z. B. pulverförmige Behandlungsmetall umschließt. Ein aus DE-OS 27 38 379 bekannter Behandlungsdraht besteht beispielsweise aus einem pulverförmigen Kernmaterial aus Magnesiumlegierungen, wie Mg-Si-Mn- oder Mg-Fe-Si-Legierungen, oder Calciumlegierungen, wie Ca-Si-Mn- oder Co-Si-Fe-Legierungen. Diese Legierungen können des weiteren noch Metalle der Seltenen Erden enthalten. Das pulverförmige Kernmaterial wird in aller Regel verdichtet. Ferner ist aus DE-OS 25 31 573 ein drahtförmiges Mittel zum Behandeln von Metallschmelzen bekannt, bei dem zwischen Außenmantel aus Eisenmetall und Kernmaterial aus verhältnismäßig leicht flüchtigem Metall, z. B. Magnesium, ein isolierender Werkstoff aus z. B. Eisenpulver angeordnet ist. Mit dem vorbekannten Behandlungsmittel soll die Zugabe des Kernmaterials gleichzeitig mit dem Schmelzen des Mantelwerkstoffs erfolgen und ein frühzeitiges Schmelzen und Verdampfen des Magnesiumkerns verhindert werden.
  • Die vorbekannten Drähte genügen nicht in allen Fällen den Anforderungen der metallurgischen Praxis..Sofern mangan- oder eisenlegierte Magnesiumsiliciumlegierungen verwendet werden, ist die Reaktivität des Magnesiums in solchen Legierungen stark herabgesetzt und eine größere Legierungsmenge mit oft nicht erwünschten Legierungselementen erforderlich. Soweit Behandlungsdrähte mit ummanteltem Magnesiumdraht eingesetzt werden, erweist sich die Starrheit des Drahtes oft als hinderlich. Auch läßt sich ein ungleichmäßiger Reaktionsablauf durch Ausbildung unterschiedlich großer Dampfblasen des in der Schmelze verdampften Metalls, wie Magnesium, nicht vermeiden.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die aufgezeigten Nachteile beim Behandeln von Metallschmelzen mit drahtförmigen Zusatzmitteln zu vermeiden. Dabei soll das Mittel der Schmelze in solchem Aufbau angeboten werden, daß die wirksamen Stoffe in feinster Form entfaltet und von der Schmelze ohne nennenswerte Verluste aufgenommen werden.
  • Zur Lösung dieser Aufgabe wird gemäß der Erfindung vorgeschlagen, ein drahtförmiges Mittel zum Behandeln von Metallschmelzen aus mit Eisenmetall ummanteltem reaktivem Metallpulver in der Weise auszubilden, daß die pulverförmige Mischung aus mindestens einem der Metalle (A) Magnesium, Calcium und der Seltenen Erden sowie mindestens einem der Metalle (B) Eisen, Nickel und Mangan besteht.
  • Die Zusammensetzung des drahtförmigen und silicium-freien Behandlungsmittels kann in weiten Grenzen variiert werden, so daß es sowohl zur Desoxidation und Entschwefelung von Metallschmelzen eingesetzt werden kann, wie auch zum Legieren einer Metallschmelze, oder auch um eine Gefügeveredelung gleich welcher Art in der Schmelze herbeizuführen. Insbesondere eignet sich das drahtförmige Be- handlungsmittel zur Behandlung von Gußeisenschmelzen zwecks Herstellung von Kugelgraphiteisen.
  • Die Komponenten des Metallpulvergemischs liegen im allgemein in einem bestimmten Verhältnis zueinander vor. So steht die Metallkomponente A, wie Calcium, Magnesium oder Seltenes Erdmetall zur Metallkomponente B, wie Eisen, Nickel oder Mangan in einem Mischungsverhältnis von 40 bis 60 Gewichtsteilen zu 60 bis 40 Gewichtsteilen. In vielen Fällen hat es sich als vorteilhaft erwiesen, ein Verhältnis von 50 zu 50 Gewichtsteilen einzuhalten.
  • Für die Effektivität des Behandlungsmittels ist es des weiteren von Wichtigkeit, daß die Komponenten des Metallpulvergemischs in gleicher Korngröße vorliegen. Hier hat es sich als vorteilhaft herausgestellt, eine Korngröße der Metallpulver von 0,02 bis 1,0 mm einzuhalten. Ein bevorzugter Bereich liegt bei einer Korngröße von 0,05 bis 0,25 mm, in welchem Bereich besonders günstige Ergebnisse mit Korngrößen der Metallpulver von 0,07 bis 0,16 mm erzielt werden.
  • Der das Metallpulvergemisch einschließende Mantel aus Eisenmetall hat in aller Regel eine Wandstärke von 0,2 bis 0,5 mm, wobei eine Wandstärke von 0,3 mm bevorzugt wird.
  • Die Wirkungsweise des erfindungsgemäßen drahtförmigen Behandlungsmittels ist bei kontinuierlichem Eintauchen in die Metallschmelze etwa wie folgt vorzustellen. Bei Verwendung einer Mischung aus Pulver von Metallen mit insbesondere unterschiedlichen Schmelzpunkten ist zu erwarten, daß das Pulver der Metallkomponente mit dem höheren Schmelz- bzw. Siedepunkt als Keim für die Gasblasenbildung der Pulverkomponente mit dem niederen Siedepunkt wirkt. Bei einer Pulvermischung von z. B. Magnesium und Eisen steigen demzufolge beim Eintauchen in eine Metallschmelze von z. B. über 1200°C vergleichsweise viele kleine Mg-Dampfblasen in der Schmelze auf und lösen sich auf ihrem Weg zur Metalloberfläche weitgehend auf. Dadurch wird ein optimales Mg-Ausbringen erreicht. So wird beispielsweise mit einem Eisenmetallummantelten Behandlungsmittel aus Magnesiumpulver und Eisenpulver bei der Behandlung einer Gußeisenschmelze ein Magnesiumausbringen von über 60 % erzielt, und der Graphit der Gußeisenschmelze vollständig in Kugelform ausgebildet. Wenn hingegen die Behandlung mit einem gleichen, jedoch mit Pulver aus reinem Magnesiummetall gefülltem Draht durchgeführt wird, beträgt das Mg-Ausbringen etwa 2 %.
  • Mit dem erfindungsgemäßen Behandlungsmittel wird überraschenderweise jegliche Ausbildung von Rauch oder Eruptionen vermieden, so daß nahezu 100 % des z. B. zugesetzten Magnesiums wirkungsvoll mit der Eisen- oder Stahlschmelze umgesetzt werden. Mit dem erfindungsgemäßen Behandlungsmittel kann in sicherer und reproduzierbarer Weise vorteilhaft desoxidiert, entschwefelt, Graphitformen modifiziert, wie Vermicular- oder Kugelgraphit ausgebildet oder die Eisen- oder Stahlschmelze geimpft werden.
  • Die Erfindung wird anhand der nachstehenden Beispiele näher und beispielhaft erläutert.
    • Beispiel
  • Ein ummantelter Körper mit einem Außendurchmesser von 3,2 mm wurde aus einer Hülle aus Weichstahlband (Wandstärke des Eisenmantels 0,3 mm) und einem Kern aus einem Gemisch aus 50 % metallischem Magnesiumpulver und 50 % Eisenpulver, beide von einer Korngröße von 0,07 bis - 0,16 mm, mittels einer Drahterzeugungsmaschine hergestellt. Dabei wird das Produkt mechanisch komprimiert und deformiert und ein Körper in Drahtform hergestellt.
  • Der Magnesiumgehalt, bezogen auf den laufenden Meter Draht betrug 1,9 g. 12 kg dieses Drahtes (= 610 g Magnesium) wurden mittels einer automatischen Vorschubvorrichtung in 4000 kg einer auf einer Temperatur von 1420 bis 1450 °C befindlichen Gußeisenschmelze der Zusammensetzung
  • Figure imgb0001
    eingeführt. Die Vorschubgeschwindigkeit betrug etwa 100 m/min.
  • Die behandelte Eisenschmelze besaß nach Beendigung des Versuchs einen Magnesiumgehalt von 0,042 %, was einem Magnesiumausbringen von 65,6 % entspricht. Die Behandlung verlief völlig ruhig und ohne Rauchentwicklung und ohne Eruptionen bzw. ohne Auswurf von Schmelzenanteilen. Der Graphit im Gußstück war zu 100 % in der Kugelform • ausgebildet.
  • In einem Vergleichsversuch wurde ein gleicher Draht, jedoch nur mit einer Füllung aus reinem Magnesiummetallpulver hergestellt. Dabei betrug der Magnesiumgehalt pro lfd. Meter Draht 2,2 g. Es wurden 1,18 kg Magnesium einer Schmelze der Zusammensetzung (4000 kg)
    Figure imgb0002
  • bei 1420 bis 1450 °C mit einer Vorschubgeschwindigkeit von 100 m/min zugeführt. Die Behandlung lief unter starker Rauchentwicklung und pulsierender Schmelze ab. Nach Versuchsende besaß die Schmelze einen Magnesiumgehalt von 0,047 %, was einem Magnesiumausbringen von etwa 1,7 % entspricht.

Claims (3)

1. Drahtförmiges Mittel zum Behandeln von Metall schmelzen aus mit Eisenmetall ummanteltem reaktivem Metallpulver, gekennzeichnet durch eine pulverförmige Mischung aus mindestens einem der Metalle (A) Magnesium, Calcium und der Seltenen Erden sowie mindestens einem der Metalle (B) Eisen, Nickel und Mangan.
2. Mittel nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch ein Mischungsverhältnis von A : B von 40 bis 60 zu 60 bis 40 Gewichtsteilen.
3. Mittel nach den Ansprüchen 1 bis 2, gekennzeichnet durch eine Korngröße der Metallpulver von 0,02 bis 1,0 mm, vorzugsweise von 0,05 bis 0,25 mm.
EP80201001A 1979-12-04 1980-10-22 Drahtförmiges Mittel zum Behandeln von Metallschmelzen Withdrawn EP0030043A3 (de)

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