EP0629709A1 - Verfahren und Impfmittel zur Herstellung von Gusseisen - Google Patents

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EP0629709A1
EP0629709A1 EP94107073A EP94107073A EP0629709A1 EP 0629709 A1 EP0629709 A1 EP 0629709A1 EP 94107073 A EP94107073 A EP 94107073A EP 94107073 A EP94107073 A EP 94107073A EP 0629709 A1 EP0629709 A1 EP 0629709A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
natural graphite
cast iron
inoculant
melt
microcrystalline
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP94107073A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Richard Mader
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
GRAFIT-VERWERTUNG RICHARD ANTON KG
Original Assignee
GRAFIT-VERWERTUNG RICHARD ANTON KG
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Filing date
Publication date
Priority claimed from DE4405473A external-priority patent/DE4405473A1/de
Application filed by GRAFIT-VERWERTUNG RICHARD ANTON KG filed Critical GRAFIT-VERWERTUNG RICHARD ANTON KG
Publication of EP0629709A1 publication Critical patent/EP0629709A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • 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
    • C21C1/08—Manufacture of cast-iron
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C33/00—Making ferrous alloys
    • C22C33/08—Making cast-iron alloys

Definitions

  • the invention relates to a method for producing cast iron according to the preamble of patent claim 1.
  • an inoculant for example in the form of ferrosilicon (DE-OS 22 49 537), before the casting process.
  • This inoculant is dissolved by the cast iron melt and influences the solidification process or the structure formation in the sense of an improved mechanical quality of the casting made from the melt.
  • the vaccination treatment is based on introducing foreign germs into the cast iron melt, which as Crystallization centers are used for graphite formation. This vaccination effect is only attributed to solid crystallization nuclei.
  • the amount of ferrosilicon to be added varies from about 0.1 to 0.8% by weight. With these quantities, the white radiation of the cast iron is to be prevented to a necessary extent, the germ state of the melt is improved and its graphite crystallization is promoted.
  • the molten cast iron is normally stored in the holding furnace and from there it is transported to the casting furnace via ladle transport.
  • the inoculant is added when the pans are filled (ladle vaccination) and, when pouring by pouring jet vaccination, vaccine can also be added to the pouring stream.
  • ladle vaccination the inoculant is added when the pans are filled (ladle vaccination) and, when pouring by pouring jet vaccination, vaccine can also be added to the pouring stream.
  • ladle vaccination ladle vaccination
  • vaccine can also be added to the pouring stream.
  • the vaccination effect of the known vaccines subsides or subsides relatively quickly, a great deal of control is required.
  • a relatively high scrap and customer complaints are the result or additional heat treatment is required.
  • the object of the present invention is to provide a process for the production of cast iron melts, in which the long-term effect of the added inoculant is as great as possible, the chemical composition of the melt should not be changed in an undesirable manner.
  • a major advantage of the invention is that the vaccination effect which can be achieved has an enormously large long-term effect.
  • the inoculant in the form of microcrystalline natural graphite initially only partially dissolves after the addition, for example into the pan, the rest of the inoculant after the iron has been poured into a casting furnace on the iron bath in the casting furnace swims.
  • the inoculant still in the bath slowly dissolves and continuously releases its vaccinating effect to the iron melt.
  • a reducing atmosphere is created above the bath and largely prevented that the iron comes into contact with atmospheric oxygen. This would promote combustion and thereby reduce the carbon content in iron. Since the inoculant according to the invention floats on the surface of the iron bath in the casting furnace, there is no wear in the lining of the casting furnace.
  • the pouring spout of the casting furnace and the channel durability are not affected.
  • due to the high silicon content of the Plug seat and the induction trough of the casting furnace due to oxide and slag formation easily, so that there are disruptions to operation and additional work.
  • the invention can advantageously be used both in connection with the production of GG (gray cast iron) and of GGG (spheroidal cast iron). In both cases, the present vaccine promotes the ideal formation of the graphite structure.
  • the inoculant in the form of microcrystalline natural graphite is added to the melt in a pre-inoculation step before the magnesium treatment. This leads to the advantage that the nucleating effect is retained even during the magnesium treatment, so that the properties of the melt can be slightly improved in subsequent vaccination steps using relatively small amounts of known vaccines.
  • a major advantage of the invention is that the present vaccine can be made available on the market at a low price. Cast iron production therefore offers an opportunity to save costs.
  • the inoculant according to the invention has the form of microcrystalline natural graphite, which can be found and is degradable in China, Korea, Mexico and Austria.
  • the microcrystalline natural graphite can be mixed with other inoculants or alloys in gray cast iron if certain metallurgical changes are to be made to the composition of the melt. With the same effect, about half of the vaccine can be substituted and there is still a cost saving of 25%.
  • inoculants known from the prior art are in the form of inoculation alloys with different compositions, for example silicon, Aluminum, potassium, strontium, barium, gastric esium, titanium and iron are relatively complex and expensive, a comparatively inexpensive vaccine was sought.
  • microcrystalline natural graphite is very suitable as a vaccine. This microcrystalline natural graphite is preferably obtained from deposits in China, Korea, Mexico and Austria.
  • microcrystalline natural graphite is microcrystalline natural graphite.
  • FIG. 1 to 4 show an exemplary way of producing cast iron using the gray cast iron process, in which e.g. molten cast iron is introduced into a ladle 1 from an induction or copol furnace, not shown.
  • the liquid iron 11 is then located in the ladle 1 (FIG. 1).
  • the microcrystalline natural graphite used as the inoculant is preferably added to the pan base and poured with liquid iron 11. It then distributes itself on the surface of the liquid iron 11 in the form of a layer 3. From this layer 3, seed germs are continuously released into the liquid iron 11, as shown by the arrows in FIG.
  • liquid iron 11 is poured from the ladle 1 through a fill opening 21 into a casting furnace 2.
  • the plug and the pouring opening of the casting furnace 2 are designated 25 and 26, respectively.
  • the microcrystalline natural graphite 3 'floats on the surface of the liquid iron 11 Pouring ladle 1 and also on the pouring jet 4 passing from the pouring ladle 1 through the filling opening 21.
  • the relatively thick and closed layer 23 of microcrystalline natural graphite is distributed on the surface of the iron bath 22 in the casting furnace 2 after the filling process. From this layer 23, seedlings are continuously released into the bath 22 during the casting from the casting furnace 2 (see arrows in FIG. 4). Layer 23 slowly dissolves. The high long-term effect that can be achieved with the present inoculant is based on this inoculation of germs during casting from the layer 23.
  • the layer 23 floating on the surface of the iron bath 22 also ensures that the iron bath 22 does not come into contact with atmospheric oxygen, so that harmful combustion of carbon is avoided.
  • FIG. 5 shows the wedge hardness by adding a certain additional amount of the microcrystalline natural graphite as a function of time.
  • the dependencies for known vaccines are shown by broken lines A, B.
  • the solid line C shows that the long-term effect of the present microcrystalline natural graphite is significantly larger than that of known inoculants.
  • curves A, B and C show that a reduced wedge hardness can be achieved with the same microcrystalline natural graphite when the same amounts of inoculant are added.
  • the present vaccine in particular also leads to the fact that the addition amounts of known, expensive vaccines (e.g. ZL80, inoculin, FeSi90) can be reduced. This is due to the described effect of the additionally added microcrystalline natural graphite.
  • known, expensive vaccines e.g. ZL80, inoculin, FeSi90
  • the iron bath 22 shown in FIG. 1 in the casting furnace 2 is molten iron which was introduced into the casting furnace from the ladle 1 before the filling described.
  • a melt 52 is produced from a base iron 50 in a melting furnace 51, for example in a mains frequency crucible furnace.
  • a Part of this melt 52 is poured from the melting furnace 51 into a treatment pan 53 (FIG. 9), in which microcrystalline natural graphite is preferably located in the bottom area as inoculant 54.
  • This natural graphite 54 is preferably introduced into the treatment pan 53 immediately before tapping, that is to say before a portion of the melt 52 is transferred (FIG. 8).
  • the melt 52 'located in the treatment pan 53 is subsequently treated to remove sulfur.
  • a magnesium rod or a cored wire 55 ie a wire filled with a magnesium alloy, is immersed in the melt 52 'of the treatment pan 53. Due to the chemical reaction that occurs, sulfur is removed from the melt 52 '. The natural graphite 54 is also mixed well in the melt 52 '.
  • the slag 56 on the surface of the melt 52 ' which also contains remnants of the inoculant 54, is then removed with the aid of a slag iron 57 in a deslagging step before the transfer of the melt 52'.
  • the melt 52 'remaining in the treatment pan 53 is transferred to a holding furnace 57, in which the melt 52' is kept warm until the actual pouring.
  • this further inoculant is not the microcrystalline natural graphite used in the previous inoculation step, but rather a known inoculant which contains the elements Si, Mn, Ca, Al, Zr, Ba, Bi, Se and can contain Fe. Since such vaccines are known, no further explanation is necessary here.
  • the melt 52 'contained in the ladle 58 which has been mixed with the further inoculant 60, can be deslagged again in a further deslagging step before it is poured into the casting molds.
  • the further inoculation can also be carried out in a manner known per se when pouring into the casting molds 62 by adding the further inoculant to the pouring jet 63.
  • this further, known vaccine which can be removed from a container 65, is designated 64.
  • a vaccine container 65 is removed.
  • the inoculant 64 can have the components of the inoculant 60 explained above.
  • the present inoculation of the melt 52 in the treatment pan 53 with the microcrystalline natural graphite 54 according to FIG. 8 before the magnesium treatment according to FIG. 10 surprisingly leads to a substantial improvement in the inoculation properties of the melt 52 'in the subsequent inoculation steps (inoculants 60 and possibly 64).
  • the microcrystalline natural graphite is added in an amount of preferably 0.2 to 0.4% by weight, in particular 0.3 to 0.4% by weight.
  • inoculation with this inoculant 54 leads to a large increase in the microbial balance in the melt before the magnesium treatment, it being particularly important that the inoculant 54, that is to say the natural graphite, also has its nucleating effect during the magnesium treatment maintains, so that in the subsequent inoculation steps the properties of the melt can be improved much more easily by the further, known inoculant 60 and possibly 64 than in the known methods in which the present inoculation step with the natural graphite 54 according to FIG. 8 is not is made.
  • the vaccination step according to FIG. 8 alone is not sufficient, the subsequent vaccination steps are made considerably easier by carrying out this vaccination step, since, in addition to the magnesium treatment according to FIG Need to become.
  • the duration of the inoculation effect also lasts considerably longer beyond the magnesium treatment due to the nucleating effect mentioned. For this reason, it is possible to dispense with the known inoculation into the actual casting molds 62 because, due to the long inoculation effect, a much larger number of casting molds 62 can be filled than has been the case up to now. Since, in conventional vaccination, the vaccination effect lasts, for example, only four or five minutes, as shown for example in FIG. D1 in FIG. 15, after this time the remaining molds 62 which are filled during a casting operation cannot be filled without risk.
  • Figure D1 shows the addition of conventional inoculants (73 to 78% Si, about 3% Ca, about 1.5% Al, about 1.6% Zr, balance Fe) in the order of 0.36%, while the curve D2 the additional addition of the inoculant 54 according to FIG. 8 shows in the order of magnitude of 0.2%.
  • the nodular cast iron produced has an almost optimal graphite structure, which reduces the edge hardness to a minimum.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Gußeisen, bei dem einer Gußeisenschmelze ein Impfmittel zugegeben wird, wobei als Impfmittel mikrokristalliner Naturgrafit verwendet wird.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Gußeisen nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.
  • Es ist bekannt, die Qualität von Gußeisen dadurch zu verbessern, daß vor dem Abgußvorgang ein Impfmittel, beispielsweise in der Form von Ferrosilizium (DE-OS 22 49 537) zugegeben wird. Dieses Impfmittel wird von der Gußeisenschmelze aufgelöst und beeinflußt den Erstarrungsvorgang bzw. die Gefügeausbildung im Sinne einer verbesserten mechanischen Qualität des aus der Schmelze gefertigten Gußstückes. Ganz allgemein beruht die Impfbehandlung auf dem Einbringen von Fremdkeimen in die Gußeisenschmelze, die als Kristallisationszentren der Grafitbildung dienen. Dabei wird ausschließlich festen Kristallisationskeimen diese Impfwirkung zugeschrieben. Die zuzusetzende Ferrosiliziummenge variiert von ca. 0,1 bis 0,8 Gew.-%. Bei diesen Mengen soll die Weißeinstrahlung des Gußeisens in einem erforderlichen Maße verhindert, der Keimzustand der Schmelze verbessert und deren Grafitkristallisation gefördert werden.
  • Normalerweise wird das erschmolzene Gußeisen im Warmhalteofen gespeichert und gelangt von dort über Pfannentransport in die Vergießöfen. Üblicherweise wird das Impfmittel beim Füllen der Pfannen (Pfannenimpfung) zugesetzt und kann ferner beim Gießen durch Gießstrahlimpfung Impfmittel in den Gießstrahl gegeben werden. Trotz dieser intensiven Impfbehandlung kommt es immer wieder vor, daß Gußteile mit Kantenhärte anfallen. Weil die Impfwirkung der bekannten Impfmittel relativ schnell nachläßt bzw. abklingt, ist ein großer Kontrollaufwand erforderlich. Außerdem sind ein relativ hoher Ausschuß und Kundenreklamationen die Folge bzw. ist eine zusätzliche Wärmebehandlung erforderlich.
  • Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Verfahren zur Herstellung von Gußeisenschmelzen anzugeben, bei dem eine möglichst große Langzeitwirkung des zugegebenen Impfmittels gegeben ist, wobei die chemische Zusammensetzung der Schmelze nicht in einer unerwünschten Weise verändert werden soll.
  • Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren der eingangs genannten Art gelöst, das durch den kennzeichnenden Teil des Patentanspruches 1 gekennzeichnet ist.
  • Ein wesentlicher Vorteil der Erfindung besteht darin, daß der erreichbare Impfeffekt eine enorm große Langzeitwirkung aufweist.
  • Dies beruht darauf, daß beim Graugußverfahren erfindungsgemäß das Impfmittel in der Form von mikrokristallinem Naturgrafit zunächst nach der Zugabe, z.B. in die Pfanne nur zum Teil in Lösung geht, wobei der Rest des Impfmittels nach dem Einfüllen des Eisens in einen Vergießofen auf dem Eisenbad im Vergießofen schwimmt. Das noch auf dem Bad befindliche Impfmittel geht langsam in Lösung und gibt seine impfende Wirkung fortlaufend an die Eisenschmelze ab. Dabei wird über dem Bad eine reduzierende Atmosphäre geschaffen und weitgehendst verhindert, daß das Eisen mit dem Luftsauerstoff in Berührung kommt. Dies würde zu einer Förderung der Verbrennung und dadurch zu einer Verringerung des Kohlenstoffanteiles im Eisen führen. Da das erfindungsgemäße Impfmittel auf der Oberfläche des Eisenbades im Vergießofen schwimmt, entsteht kein Verschleiß im Futter des Vergießofens. Vorteilhafterweise werden deshalb auch der Gießauslauf des Vergießofens und die Rinnenhaltbarkeit nicht beeinträchtigt. Bei der Verwendung von bekannten Impfmitteln setzen sich dagegen aufgrund des hohen Siliziumgehaltes der Stopfensitz und die Induktionsrinne des Vergießofens durch Oxid- und Schlackenbildung leicht zu, so daß sich Störungen des Betriebes und Mehrarbeiten ergeben.
  • Vorteilhafterweise läßt sich die Erfindung sowohl im Zusammenhang mit der Herstellung von GG (Grauguß) als auch von GGG (Sphäroguß) einsetzen. In beiden Fällen fördert das vorliegende Impfmittel die ideale Ausbildung der Grafitstruktur.
  • Bei dem Sphärogußverfahren wird erfindungsgemäß das Impfmittel in der Form von mikrokristallinem Naturgrafit in einem Vorimpfschritt der Schmelze vor der Magnesiumbehandlung zugegeben. Dies führt zu dem Vorteil, daß die keimbildnerische Wirkung auch während der Magnesiumbehandlung erhalten bleibt, so daß in nachfolgenden Impfschritten mit an sich bekannten Impfmitteln in relativ geringen Mengen die Eigenschaften der Schmelze leicht verbessert werden können.
  • Ein wesentlicher Vorteil der Erfindung besteht auch darin, daß das vorliegende Impfmittel zu einem geringen Preis am Markt bereitgestellt werden kann. Bei der Gußeisenproduktion ergibt sich daher eine Möglichkeit zur Kosteneinsparung. Das erfindungsgemäße Impfmittel weist die Form von mikrokristallinem Naturgrafit auf, der in China, Korea, Mexiko und Österreich anzutreffen und abbaubar ist.
  • Bei einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens kann beim Grauguß der mikrokristalline Naturgrafit mit anderen Impfmitteln oder Legierungen gemischt werden, wenn an der Zusammensetzung der Schmelze bestimmte metallurgische Veränderungen vorgenommen werden sollen. Dabei läßt sich bei gleicher Wirkung etwa die Hälfte des Impfmittels substituieren und es ergibt sich immer noch eine Kosteneinsparung von 25 %.
  • Im folgenden werden die Erfindung und deren Ausgestaltungen im Zusammenhang mit den Figuren näher erläutert. Es zeigen:
    • Fig. 1 bis 4
    Darstellungen zur Erläuterung des erfindungsgemäßen Verfahrens,
    Fig. 5
    eine Darstellung zur Erläuterung der Wirkung sowie des Langzeiteffekts,
    Fig. 6 bis 14
    Darstellungen zur Erläuterung des erfindungsgemäßen Verfahrens beim Sphäroguß und
    Fig. 15
    eine Darstellung zur Erläuterung der Wirkung sowie des Langzeiteffektes.
  • Im folgenden wird zunächst das Wesen der vorliegenden Erfindung näher erläutert. Da die aus dem Stand der Technik bekannten Impfmittel in der Form von Impflegierungen mit unterschiedlichen Zusammensetzungen mit beispielsweise Silizium, Aluminium, Kalium, Strontium, Barium, Magenesium, Titan und Eisen relativ aufwendig und teuer sind, wurde ein vergleichsweise preiswertes Impfmittel gesucht. Völlig überraschend wurde dabei festgestellt, daß mikrokristalliner Naturgrafit als Impfmittel sehr gut geeignet ist. Dieser mikrokristalline Naturgrafit wird vorzugsweise aus Vorkommen in China, Korea, Mexiko und Österreich gewonnen.
  • Von entscheidender Bedeutung für die erzielbare Impfwirkung ist es, daß es sich um mikrokristallinen Naturgrafit handelt. Vorzugsweise wird dieser mikrokristalline Naturgrafit mit einer Körnung von etwa 0,2 bis 3 mm, insbesondere von etwa 02, bis 1 mm, verwendet und in einer Menge von etwa 0,1 bis 0, 6 Gew.-% den Gußeisenschmelzen zugesetzt.
  • Durch das Zusetzen des mikrokristallinen Naturgrafits wird erreicht, daß bei Grauguß (GG) die z.B. unter dem Rasterelektronenmikroskop erkennbare lamellenförmige Grafitausbildung keine Entartungen (Berührung der Lamellen oder Verästelungen) zeigt. Beim sogenannten Sphäroguß (GGG) erfolgt eine im wesentlichen fehlerfreie Kugelgrafitausbildung. Es kann also insgesamt festgestellt werden, daß sowohl bei GG als auch GGG das Gußgefüge durch den mikrokristallinen Naturgrafit verbessert wird. Es ist dabei von wesentlicher Bedeutung, daß der vorliegende mikrokristalline Naturgrafit lediglich in den zuvor angegeben Vorkommen abgebaut und entsprechend gekörnt werden muß, während die bekannten Impflegierungen in aufwendigen Herstellungsverfahren erzeugt werden müssen.
  • Die Verwendung des vorliegenden mikrokristallinen Naturgrafits als Impfmittel führt beim Graugußverfahren zu den folgenden Vorteilen.
    • 1. Es ist eine sehr gute Impfwirkung erzielbar, die zu einer Verbesserung des Gußgefüges führt. Um eine gezielte Veränderung der Eisenschmelze zu erreichen, kann der mikrokristalline Naturgrafit mit anderen Impfmitteln oder Legierungen gemischt werden.
    • 2. Da der mikrokristalline Naturgrafit im Vergießofen zumindest teilweise auf dem Eisenbad schwimmt und sich dort gleichmäßig verteilt, gibt er auch noch während des Gießens weitere Impfkeime an das Eisen ab. Dies führt zu der guten Langzeitwirkung.
    • 3. Der mikrokristalline Naturgrafit ist äußerst einfach handhabbar und in das Gußeisen einbringbar. Er kann sowohl im Induktionsofen, in der Kupolofenrinne oder in der Transport- und Gießpfanne zugesetzt werden.
    • 4. Durch die Verwendung des vorliegenden mikrokristallinen Naturgrafits als Impfmittel werden die Weißeinstrahlung vermindert und die Ausscheidung von Grafit gefördert. Dies bedeutet, daß es weniger harte Stellen und Kantenhärten im Gußeisen gibt. Die Zugfestigkeit nimmt zu und die Lunkerung bleibt unbeeinflußt.
    • 5. Der mikrokristalline Naturgrafit läßt sich wegen seines vergleichsweise geringen Gewichtes sehr einfach, vorzugsweise in Papiersäcken, palettiert und geschrumpft verpacken.
  • In den Figuren 1 bis 4 ist eine beispielhafte Herstellungsweise von Gußeisen nach den Graugußverfahren dargestellt, bei der z.B. geschmolzenes Gußeisen aus einem nicht dargestellten Induktions- oder Kopolofen in eine Gießpfanne 1 eingebracht wird. In der Gießpfanne 1 befindet sich dann das flüssige Eisen 11 (Figur 1). Vorzugsweise wird der als Impfmittel verwendet mikrokristalline Naturgrafit auf den Pfannenboden gegeben und mit flüssigem Eisen 11 übergossen. Er verteilt sich dann auf der Oberfläche des flüssigen Eisens 11 in der Form einer Schicht 3. Aus dieser Schicht 3 werden fortlaufend Impfkeime in das flüssige Eisen 11 abgegeben, wie dies durch die Pfeile der Figur 1 dargestellt ist.
  • Gemäß Figur 2 wird flüssiges Eisen 11 aus der Gießpfanne 1 durch eine Einfüllöffnung 21 in einen Vergießofen 2 eingefüllt. In den Figuren 1 bis 4 sind der Stopfen und die Gießöffnung des Vergießofens 2 mit 25 bzw. 26 bezeichnet. Während des Einfüllens schwimmt der mikrokristalline Naturgrafit 3' auf der Oberfläche des flüssigen Eisens 11 der Gießpfanne 1 und auch auf dem aus der Gießpfanne 1 durch die Einfüllöffnung 21 hindurchtretenden Gießstrahl 4. Bei diesem Einfüllvorgang geht ein Teil des mikrokristallinen Naturgrafits 3' in Lösung, während sich der Rest auf der Oberfläche des Eisenbades 22 im Vergießofen 2 in der Form einer Schicht 23 verteilt.
  • Gemäß Figur 3 verteilt sich nach dem Einfüllvorgang auf der Oberfläche des Eisenbades 22 im Vergießofen 2 die relativ dicke und geschlossene Schicht 23 aus mikrokristallinen Naturgrafit. Aus dieser Schicht 23 werden während des Gießens aus dem Vergießofen 2 fortlaufend Impfkeime in das Bad 22 abgegeben (siehe Pfeile in Figur 4). Die Schicht 23 löst sich dabei langsam auf. Die mit dem vorliegendem Impfmittel erzielbare hohe Langzeitwirkung beruht auf dieser Impfkeimabgabe während des Gießens aus der Schicht 23.
  • Durch die auf der Oberfläche des Eisenbades 22 schwimmende Schicht 23 wird ferner auch erreicht, daß das Eisenbad 22 nicht mit Luftsauerstoff in Berührung kommt, so daß eine schädliche Verbrennung von Kohlenstoff vermieden wird.
  • In der Figur 5 ist ein Diagramm dargestellt, das die Keilhärte bei Zugabe einer bestimmten Zusatzmenge des mikrokristallinen Naturgrafits in Abhängigkeit von der Zeit beispielhaft zeigt. Dabei sind die Abhängigkeiten für bekannte Impfmittel durch unterbrochene Linien A, B dargestellt. Die ausgezogene Linie C zeigt, daß die Langzeitwirkung des vorliegenden mikrokristallinen Naturgrafits wesentlich größer ist als diejenige von bekannten Impfmitteln. Außerdem lassen die Kurven A, B und C erkennen, daß bei Zugabe gleicher Impfmittelmengen mit dem vorliegenden mikrokristallinen Naturgraphit eine verminderte Keilhärte erzielbar ist.
  • Es wird darauf hingewiesen, daß das vorliegende Impfmittel insbesondere auch dazu führt, daß die Zugabemengen von bekannten, teuren Impfmitteln (z.B. ZL80, Inoculin, FeSi90) verringert werden können. Dies ist auf die beschriebene Wirkung des dann zusätzlich zugegebenen mikrokristallinen Naturgrafits zurückzuführen.
  • Bei dem in der Figur 1 im Vergießofen 2 dargestellten Eisenbad 22 handelt es sich um geschmolzenes Eisen, das vor dem beschriebenen Einfüllen aus der Gießpfanne 1 in den Vergießofen eingebracht wurde. Auf diesem Eisenbad 22 kann sich schon eine Schicht aus mikrokristallinem Naturgrafit (nicht dargestellt) befinden, die durch eine vorangehende Impfung erzeugt wurde.
  • Im folgenden wird ein vorliegendes Verfahren zur Herstellung von Gußeisen nach dem Sphärogußverfahren näher erläutert.
  • Zunächst wird gemäß den Figuren 6 und 7 aus einem Basiseisen 50 in einem Schmelzofen 51, beispielsweise in einem Netzfrequenz-Tiegelofen, eine Schmelze 52 hergestellt. Ein Teil dieser Schmelze 52 wird aus dem Schmelzofen 51 in eine Behandlungspfanne 53 gegossen (Fig. 9), in der sich vorzugsweise im Bodenbereich als Impfmittel 54 mikrokristalliner Naturgrafit befindet. Dieser Naturgrafit 54 wird vorzugsweise unmittelbar vor dem Abstich, d.h. also vor dem Umfüllen eines Teiles der Schmelze 52 in die Behandlungspfanne 53 in diese eingebracht (Fig. 8). Gemäß Figur 10 erfolgt anschließend eine Magnesiumbehandlung der in der Behandlungspfanne 53 befindlichen Schmelze 52' zum Schwefelentzug. Bei diesem an sich bekannten Behandlungsverfahren wird ein Magnesium-Stab oder ein Fülldraht 55, d.h. also ein mit einer Magnesiumlegierung gefüllter Draht, in die Schmelze 52' der Behandlungspfanne 53 eingetaucht. Aufgrund der dabei auftretenden chemischen Reaktion wird der Schmelze 52' Schwefel entzogen. Es erfolgt dabei auch eine gute Vermischung des Naturgrafits 54 in der Schmelze 52'.
  • Gemäß Figur 11 wird danach vor dem Umfüllen der Schmelze 52' in einem Abschlackungsschritt die auf der Oberfläche der Schmelze 52' befindliche Schlacke 56, die auch Reste des Impfmittels 54 enthält, mit der Hilfe eines Abschlackeisens 57 entfernt.
  • Nach dem Abschlacken wird gemäß Figur 12 die in der Behandlungspfanne 53 verbliebene Schmelze 52' in einen Warmhalteofen 57 umgefüllt, in dem die Schmelze 52' bis zum eigentlichen Vergießen warmgehalten wird.
  • Nach der Magnesiumbehandlung, vorzugsweise beim Umfüllen der Schmelze 52' aus dem Warmhalteofen 57 in eine Gießpfanne 58 unmittelbar vor dem Vergießen, wird dem Gießstrahl 59 der Schmelze 52' ein weiteres, an sich bekanntes Impfmittel 60 aus einem Impfmittelbehälter 61 zugegeben. Es wird ausdrücklich darauf hingewiesen, daß es sich bei diesem weiteren Impfmittel nicht um den beim vorangehenden Impfschritt verwendeten mikrokristallinen Naturgrafit, sondern um ein an sich bekanntes Impfmittel handelt, das die Elemente Si, Mn, Ca, Al, Zr, Ba, Bi, Se und Fe enthalten kann. Da derartige Impfmittel bekannt sind, ist hier eine weitere Erläuterung nicht erforderlich.
  • Die in der Gießpfanne 58 enthaltene Schmelze 52', die mit dem weiteren Impfmittel 60 versetzt wurde, kann in einem weiteren Abschlackungsschritt noch einmal entschlackt werden, bevor sie in die Gießformen abgegossen wird.
  • Gemäß Figur 14 kann die weitere Impfung in an sich bekannter Weise auch beim Vergießen in die Gießformen 62 durch Zugabe des weiteren Impfmittels in den Gießstrahl 63 vorgenommen werden. In der Figur 14 ist dieses weitere, an sich bekannte Impfmittel, das einen Behälter 65 entnommen werden kann, mit 64 bezeichnet. Es wird einem Impfmittelbehälter 65 entnommen. Das Impfmittel 64 kann die weiter oben erläuterten Bestandteile des Impfmittels 60 aufweisen.
  • Das vorliegende Impfen der Schmelze 52 in der Behandlungspfanne 53 mit dem mikrokristallinen Naturgrafit 54 gemäß der Figur 8 vor der Magnesiumbehandlung gemäß Figur 10 führt überraschenderweise zu einer wesentlichen Verbesserung der Impfeigenschaften der schmelze 52' bei den nachfolgenden Impfschritten (Impfmittel 60 und ggf. 64). Dabei wird der mikrokristalline Naturgrafit in einer Menge von vorzugsweise 0,2 is 0,4 Gew.-%, insbesondere von 0,3 bis 0,4 Gew.-% zugegeben.
  • Die Wirkung der Impfung mit diesem Impfmittel 54 führt dazu, daß der Keimhaushalt in der Schmelze vor der Magnesiumbehandlung in großem Maße erhöht wird, wobei es von besonderer Bedeutung ist, daS das Impfmittel 54, d.h. also der Naturgrafit, auch während der Magnesiumbehandlung seine keimbildnerische Wirkung beibehält, so daß in den nachfolgenden Impfschritten die Eigenschaften der Schmelze durch das weitere, an sich bekannte Impfmittel 60 und ggf. 64 wesentlich leichter verbessert werden können, als bei den bekannten Verfahren, bei denen der vorliegende Impfschritt mit dem Naturgrafit 54 gemäß Figur 8 nicht vorgenommen wird. Anders ausgedrückt, reicht zwar der Impfschritt gemäß Figur 8 allein nicht aus, werden jedoch durch die Ausführung dieses Impfschrittes die nachfolgenden Impfschritte wesentlich erleichtert, da infolge der Beibehaltung der keimbildnerischen Wirkung auch über die Magnesiumbehandlung gemäß Figur 10 hinaus bei den nachfolgenden Impfschritten weitaus weniger Impfmittelmengen zugegeben werden müssen.
  • Dadurch wird das gesamte Verfahren wesentlich vereinfacht und verbilligt. Zudem hält bei Zugabe des Impfmittels 54 vor der Magnesiumbehandlung die Dauer der Impfwirkung aufgrund der genannten keimbildnerischen Wirkung auch über die Magnesiumbehandlung hinaus wesentlich länger an. Aus diesem Grunde ist es möglich, auf das bekannte Impfen in die eigentlichen Gießformen 62 zu verzichten, weil infolge der langen Impfwirkung eine sehr viel größere Anzahl von Gießformen 62 befüllt werden können, als dies bisher der Fall ist. Da bei der herkömmlichen Impfung die Impfwirkung beispielsweise nur vier oder fünf Minuten andauert, wie dies beispielsweise die Figur D1 der Figur 15 zeigt, können nach Ablauf dieser Zeit die restlichen Gießformen 62, die während einer Gießoperation befüllt werden, nicht ohne Risiko gefüllt werden. Bei der Zugabe des Naturgrafits 54 hält die Wirkung dagegen, wie dies die Figur D2 zeigt, wesentlich länger an, so daß sehr viel mehr Gießformen 62 mit ein und derselben Schmelze befüllt werden können. Die Figur D1 zeigt die Zugabe herkömmlicher Impfmittel (73 bis 78 % Si, etwa 3 % Ca, etwa 1,5 % Al, etwa 1,6 % Zr, Rest Fe) in einer Größenordnung von 0,36 %, während die Kurve D2 die zusätzliche Zugabe des Impfmittels 54 gemäß Figur 8 in einer Größenordnung von 0,2 % zeigt. Die entsprechenden Figuren E1 (Zugabe von nur herkömmlichen Impfmitteln, 60 bis 65 % Si, 9 bis 12 % Mn, etwa 3 % Ca, etwa 1,5 % Al, etwa 4 bis 6 % Ba, Rest Fe - Dauer der Impfwirkung etwa neun bis zehn Minuten) und E2 (zusätzliche Zugabe von 0,2 % des Impfmittels 54 - Dauer der Impfwirkung > 15 Minuten) zeigen ebenfalls deutlich die vorteilhafte Wirkung der Erfindung.
  • Durch den vorliegenden Impfschritt gemäß Figur 8 lassen sich im Zusammenhang mit den nachfolgenden, an sich bekannten Impfschritten relativ einfach optisch optimale technische Ergebnisse, vor allem im Hinblick auf die Dauer der Impfwirkung erreichen. Das hergestellte Sphärogußeisen weist eine nahezu optimale Grafitstruktur auf, die die Kantenhärte auf ein Minimum zurückdrängt.

Claims (15)

  1. Verfahren zur Herstellung von Gußeisen, bei dem einer Gußeisenschmelze (11, 22; 52) ein Impfmittel (3; 54) zugegeben wird, dadurch gekennzeichnet, daß als Impfmittel (3; 54) mikrokristalliner Naturgrafit verwendet wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein mikrokristalliner Naturgrafit mit einer Körnung von etwa 0,2 bis 3,0 mm, insbesondere von 0,2 bis 1 mm verwendet wird.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der mikrokristalline Naturgrafit in einer Menge von etwa 0,1 bis 0,6 Gew.-% zugesetzt wird.
  4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der mikrokristalline Naturgrafit bei der Herstellung von Grauguß in eine die Gußeisenschmelze (11) enthaltene Gießpfanne (1) eingebracht wird, so daß auf der Gußeisenschmelze (11) eine Schicht (3) aus mikrokristllinem Naturgrafit entsteht und mikrokristalliner Naturgrafit (3') beim Abfüllen von Gußeisen aus der Gießpfanne (11) in einen Vergießofen (2) auf dem Gießstrahl (4) in den Vergießofen (2) gelangt, so daß er dort als weitere Schicht (23) auf der Oberfläche der in dem Vergießofen (2) enthaltenen Gußeisenschmelze (22) schwimmt.
  5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der mikrokristalline Naturgrafit im Warmhalteofen, Induktions- oder Kupolofen, in der Gießpfanne oder in dem Vergießofen zugegeben wird.
  6. Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß der mikrokristalline Naturgrafit in Kombination mit anderen bekannten Impfstoffen als Impfmittel zugegeben wird.
  7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der mikrokristalline Naturgrafit (54) bei der Herstellung von Sphäroguß vor der Magnesiumbehandlung der Schmelze (52') in eine Behandlungspfanne (53) eingegeben wird (Figur 8), in die die Gußeisenschmelze aus einem Schmelzofen (51) eingefüllt wird (Figur 9), und daß nachfolgend nach der Magnesiumbehandlung (Figur 10) wenigstens ein weiterer Impfschritt (Figur 13, Figur 14) vorgenommen wird.
  8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß ein weiterer Impfschritt nach der Magnesiumbehandlung (Figur 10) vorgenommen wird (Figur 13).
  9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß beim weiteren Impfschritt ein bekanntes Impfmittel nach dem Umfüllen der Schmelze (52') aus der Behandlungspfanne (53) in einen Warmhalteofen (57) beim Ausgießen der Schmelze (52') aus dem Warmhalteofen (57) in eine Gießpfanne (58) durch Zugabe des bekannten Impfmittels (60) in den Strahl zugegeben wird.
  10. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der weitere Impfschritt beim Ausgießen der Schmelze (52') aus der Gießpfanne (58) in Gießformen (62) durch Zugabe des an sich bekannten Impfmittels (64) in den Gießstrahl (63) der Gießpfanne (58) vorgenommen wird.
  11. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß der mikrokristalline Naturgrafit (54) in einem Verhältnis von 0,2 bis 0,4 Gew.-%, insbesondere 0,3 bis 0,4 Gew.-% zugegeben wird.
  12. Impfmittel zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß es die Form von mikrokristallinem Naturgrafit aufweist.
  13. Impfmittel nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß es eine Körnung im Bereich von etwa 0,2 bis 1,0 mm besitzt.
  14. Impfmittel nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, daß es in Vorkommen in China, Korea, Mexiko oder Österreich abgebaut ist.
  15. Impfmittel für die Herstellung von Grauguß nach einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß es aus mikrokristallinem Naturgrafit besteht, dem ein oder mehrere andere Impfmittel oder Legierungen zugemischt sind.
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