EP1752552B1 - Verfahren zum Herstellen von Vermikulargraphitguss - Google Patents

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EP1752552B1
EP1752552B1 EP20050017145 EP05017145A EP1752552B1 EP 1752552 B1 EP1752552 B1 EP 1752552B1 EP 20050017145 EP20050017145 EP 20050017145 EP 05017145 A EP05017145 A EP 05017145A EP 1752552 B1 EP1752552 B1 EP 1752552B1
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EP
European Patent Office
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casting
treatment
iron melt
alloy
weight
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Horst Dr. Ing. Meurer
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Fritz Winter Eisengiesserei GmbH and Co KG
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Fritz Winter Eisengiesserei GmbH and Co KG
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    • 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
    • C22C33/10—Making cast-iron alloys including procedures for adding magnesium

Definitions

  • the invention relates to a method for producing vermicular graphite cast iron.
  • vermicular graphite cast iron In classifying the various types of cast iron according to their strength properties, vermicular graphite cast iron, commonly referred to by the abbreviation "GJV”, having strengths in the range of 350 to 500 MPa between fluted graphite cast iron, commonly referred to as “GJL”, and Having strengths in the range of 150 to 350 MPa, and ductile iron, which is commonly referred to as “GJS” and has strengths of 350 to 1000 MPa.
  • GJV vermicular graphite cast iron
  • GJL fluted graphite cast iron
  • GJS ductile iron
  • a well-known method of producing cast iron with vermicular graphite which is simple to process is to add to the molten iron to be cast a rare earth metal, for example cerium, in an amount which is adjusted as a function of the sulfur content.
  • An overdose must be avoided in order to avoid the formation of unwanted To avoid structure and the so-called "white solidification" (Foundry Lexicon Edition 2001, 18th ed., Page 573).
  • treatment of the cast iron melt to be cast with FeSiMg is also usually carried out in order to produce magnesium silicates in cast iron.
  • These magnesium silicates have proven to be particularly effective nucleating agents.
  • the addition of magnesium to the molten iron also deoxidizes the melt. Since the effectiveness of the magnesium silicates as nucleating agents is dependent on the oxygen present in the melt, precise control of the oxygen content of the melt is therefore of particular importance.
  • the information required to accurately determine the oxygen content of a cast iron melt can be obtained, for example, from thermal analyzes, EMF measurements, or other analytical techniques related to nucleation and seed growth events.
  • thermal analyzes EMF measurements
  • other analytical techniques related to nucleation and seed growth events.
  • the known ways of determining the amounts of oxygen and mixed oxides to be added to an iron melt to achieve the desired graphitization prove to be difficult to handle.
  • they require a high equipment and metrological effort, which is not only costly, but under the existing operating conditions is also prone to failure.
  • EP 0 131 091 A2 discloses a high-alloyed iron-carbon casting material with an austenitic cast structure whose carbon is formed predominantly as vermiculare graphite excretion. High strength values of this cast material can be achieved by adjusting its residual magnesium content to a range of 0.01 to 0.04% by weight.
  • a treatment additive for adjusting this Resrmagnesiumgehalts is used according to the known method as an alternative to a FeSiMg alloy, for example, a NiMg alloy.
  • the object of the invention was to provide a suitable and easy to use method for large-scale industrial practice, which allows the targeted production of castings with Vermikulgraphitguss.
  • This object is achieved according to the invention by a method in which a molten iron contained in a treatment vessel under an inert atmosphere whose sulfur content is less than 0.05 wt .-%, formed from magnesium and another metal exclusion of silicon Mg treatment alloy is added until the magnesium content of the molten iron 0.005 - 0.018 wt .-%, wherein the to be set in the molten iron (S) Mg content at a modulus of 0.15 to ⁇ 0.65 cm 0.005 - 0.009 wt.
  • % in particular 0.005 to 0.008 wt .-%, with a modulus of 0.65 to ⁇ 1.2 cm 0.007 to 0.012 wt .-%, in particular> 0.008 to 0.011 wt .-% and at a modulus of 1.2 to 2, 0 cm is 0.010-0.018% by weight, in particular> 0.011-0.018% by weight.
  • the melt stored in a suitable container is treated under a protective gas atmosphere with a magnesium-containing alloy which, in addition to the magnesium content, contains at least one further metal but no silicon.
  • the Mg-metal treatment alloy is added until a magnesium content which is prescribed within narrow limits and is set down on the module of the cast piece to be cast from the molten iron is reached.
  • the Mg contents are assigned to the various module regions of the castings to be cast, which are preferably set for the particularly accurate generation of vermicular graphite castings in the respective castings in the manner according to the invention:
  • Module (in cm) Wall thickness range Mg content of iron melt (in% by weight) 0.15 to ⁇ 0.65 thin 0.005 - 0.009, especially 0.005 to 0.008 0.65 to ⁇ 1.2 medium 0.007-0.012, especially> 0.008-0.011 1.2 to 2.0 thick 0.010-0.018, especially> 0.011-0.018
  • the sulfur content of a cast iron melt used according to the invention is limited to a maximum of 0.05% by weight in order to ensure that the magnesium added according to the invention is available in the fullest possible extent for the graphitization. In order to use this effect as safely as possible, the sulfur content should be as low as possible. Accordingly, an advantageous embodiment of the invention provides that the S content of the molten iron is less than 0.015 wt .-%.
  • the inert, with respect to the molten iron inert atmosphere required for the inventive treatment with the metal-Mg alloy in the treatment vessel can be prepared in a simple and cost-effective manner, that over the melt in the treatment vessel, a nitrogen atmosphere is formed.
  • the treatment alloy In order to reliably avoid contamination of the molten iron with atmospheric oxygen even during the addition of the treatment alloy, the treatment alloy should be supplied via an inert gas lock.
  • the process reliability with which the method according to the invention is operated can be improved by detecting, during the addition of the treatment alloy, the respective current Mg content of the molten iron and comparing it with the respectively preset desired value.
  • the Detection of the Mg content can be carried out continuously or discontinuously at suitable time intervals.
  • a significant advantage of the invention consists in the fact that practical experiments have proven that it is sufficient for the targeted production of Vermikulgraphitguss to use the Mg content as the only parameter for adjusting the composition of the melt. This possibility leads to a drastic reduction of the metrological and other apparatus expense required for carrying out the method according to the invention compared with the methods of melt treatment conventionally used in the production of GJV.
  • As measuring instruments for the determination of the respective Mg content of the molten iron treated in accordance with the invention it is possible to use, for example, conventional spectrometers which are usually available for the analysis of a melt composition.
  • the measurement of the Mg content is preferably carried out at the outlet of the respective treatment vessel. In this way, it is ensured that the melt jet emerging from the treatment vessel actually corresponds in terms of its Mg content to the requirements resulting from the module of the respective casting.
  • the treatment vessel is a Verg cordofen. From such an oven or similarly designed treatment vessels, the molten iron can be poured directly into the mold casting the respective casting.
  • the iron melt emerging from the treatment vessel and previously treated with the metal Mg treatment alloy in accordance with the invention can be additionally inoculated in a manner known per se with a suitable inoculant in order to bring a void-free and white-irradiation-free iron into the casting mold.
  • This inoculation can take place in the spout opening of the respective treatment vessel.
  • an inoculating agent can also be added to the effluent pouring stream or only in the casting mold of the melt, if an optimized distribution of the inoculating agent in the melt can be achieved in this way.
  • the device 1 for treating and potting the molten iron S having a sulfur content of at most 0.01 wt .-% comprises a designed in a conventional manner siphon-Verg cordofen 2 with a treatment vessel 3, in the region of its open top by a outside domed lid 4 opposite the environment 5 is completed.
  • a side wall of the treatment tank 3 near the cover 4 associated edge opens the supply line 6 of a nitrogen supply 7.
  • the filled into the treatment tank 3 molten iron S is held by the nitrogen supply 7 permanently under a respect to the molten iron inertly behaving nitrogen atmosphere A.
  • the nitrogen supply 7 in the above the molten iron S existing, surrounded by the side walls of the treatment vessel 3, the melt S and the lid 4 upper, free of melt section 8 of the interior of the treatment vessel 3 nitrogen gas is passed.
  • a lock 9 is mounted for the supply of treatment alloy B in the treatment tank 3, the lock channel leads through the lid 4 in the upper free portion 8 of the interior of the treatment tank 3.
  • the lock 9 is purged of nitrogen gas, so that even when introducing the treatment alloy B in the melt S, the penetration of oxygen-containing ambient atmosphere is prevented in the interior of the treatment vessel 3.
  • the treatment container 3 has in its upper, adjacent to the lid 4 section on a laterally projecting, upwardly open spout 10, in which a downwardly leading pouring spout 11 is formed.
  • the pouring spout 11 is connected to the interior of the treatment container 3 via a siphon 10a leading into the treatment container 3 and ending shortly before its bottom.
  • the bath level of the molten iron S contained in the treatment tank 3 is below the level of the spout 10.
  • a pressure control not shown here is provided, which regulates the prevailing over the molten iron S pressure of the maintained there inert atmosphere A.
  • the outflow of molten iron S from the spout opening 11 is regulated via a plug 12 which can be lowered into the spout opening 11 and can be raised out of it.
  • the filling opening of a casting mold 13 is arranged, in which the casting to be produced is formed.
  • a sprue siphon is provided in a manner known per se, the illustration of which has been omitted here for reasons of clarity.
  • treatment alloy B The amount of treatment alloy B introduced into the interior of the treatment tank 3 falls on the melt S and, due to its higher weight, sinks into the melt S, where it is finally melted.
  • a treatment alloy B for example, CuMg, NiMg or a combination of these alloys is used.
  • the molten iron S is driven by increasing the pressure of the atmosphere A through the siphon 10a to the spout 10 and taken there a first melt sample. Its magnesium content is then determined by means of a spectrometer 14. If the magnesium content of the sample does not correspond to the magnesium content required for the reliable adjustment of a vermicular structure over all wall thicknesses of the casting to be produced in the casting mold 13, a corresponding signal is given to a metering device 15. This then passes through the lock 9, a further portion of treatment alloy B in the treatment tank 3, which corresponds to the amount of treatment alloy B, which is sufficient mathematically or on the basis of empirical values for the achievement of the target magnesium content of the molten iron S.
  • the pouring opening 11 of the pouring spout 10 is opened by lifting the plug 12, and the molten iron S is continuously conveyed from the processing vessel 3 into the pouring spout 10 by appropriate regulation of the pressure of the atmosphere A.
  • an inoculating agent is fed in wire form, which melts on contact with the hot melt, so that distribute its constituents uniformly in the pouring stream G and are washed into the mold 13.
  • the in the pouring stream G given inoculation prevents the casting produced in the mold 13, the formation of voids and the formation of white radiation in the cast structure.

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Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen von Vermikulargraphitguss.
  • Bei der Einteilung der verschiedenen Arten von Gusseisen nach ihren Festigkeitseigenschaften liegt Gusseisen mit Vermikulargraphit, das üblicherweise mit der Kurzbezeichnung "GJV" bezeichnet wird, mit Festigkeiten im Bereich von 350 bis 500 MPa zwischen Gusseisen mit Lamellengraphit, das üblicherweise als "GJL" bezeichnet wird und Festigkeiten im Bereich von 150 bis 350 MPa besitzt, und Gusseisen mit Kugelgraphit, das üblicherweise unter der Bezeichnung "GJS" geführt wird und Festigkeiten von 350 bis 1000 MPa aufweist. Der besondere Vorteil von Gusseisen mit Vermikulargraphit besteht dabei in einer günstigen Kombination von hoher Festigkeit und guter Wärmeleitfähigkeit sowie gutem Dämpfungsverhalten.
  • Eine bekannte, verfahrenstechnisch einfach zu beherrschende Möglichkeit der Herstellung von Gusseisen mit Vermikulargraphit besteht darin, der zu vergießenden Eisenschmelze ein Seltenerdmetall, beispielsweise Cer, in einer Menge zuzugeben, die in Abhängigkeit vom Schwefelgehalt eingestellt wird. Eine Überdosierung muss dabei vermieden werden, um die Bildung unerwünschten Gefüges und die so genannte "Weißerstarrung" zu vermeiden (Gießerei-Lexikon Ausgabe 2001, 18. Aufl.,Seite 573).
  • Wie des Weiteren im Einzelnen in der Europäischen Patentschrift EP 1 068 365 B1 beschrieben, wird neben der Behandlung mit Cer oder anderen Seltenerdmetallen üblicherweise auch eine Behandlung der zu vergießenden Eisengussschmelze mit FeSiMg durchgeführt, um Magnesiumsilikate im Gusseisen zu erzeugen. Diese Magnesiumsilikate haben sich als besonders wirkungsvolle Keimbildner herausgestellt. Allerdings wird durch die Zugabe von Magnesium zu der Eisenschmelze die Schmelze auch desoxidiert. Da die Wirksamkeit der Magnesiumsilikate als Keimbildner abhängig ist vom in der Schmelze vorhandenen Sauerstoff, ist demzufolge eine genaue Kontrolle des Sauerstoffgehaltes der Schmelze von besonderer Bedeutung.
  • Die zur treffsicheren Bestimmung des Sauerstoffgehalts einer Eisengussschmelze erforderlichen Informationen lassen sich beispielsweise aus Thermoanalysen, EMK-Messungen oder anderen Analyseverfahren gewinnen, die im Zusammenhang mit Keimbildungs- und Keimwachstumsvorgängen stehen. In der praktischen Umsetzung erweisen sich die bekannten Wege der Bestimmung der Mengen an Sauerstoff und Mischoxiden, die einer Eisenschmelze zuzugeben sind, um die gewünschte Graphitbildung zu erzielen, als schwierig handhabbar. Darüber hinaus setzen sie einen hohen apparativen und messtechnischen Aufwand voraus, der nicht nur kostenaufwändig ist, sondern unter den in der Praxis bestehenden Betriebsdingungen auch störungsanfällig ist.
  • Neben dem voranstehend erläuterten Stand der Technik ist aus der EP 0 131 091 A2 ein hochlegierter Eisen-Kohlenstoff-Gusswerkstoff mit einem austenitischen Gussgefüge bekannt, dessen Kohlenstoff zum überwiegenden Teil als vermiculare Graphitausscheidung ausgebildet ist. Hohe Festigkeitswerte dieses Gusswerkstoffes lassen sich dabei dadurch erreichen, dass sein Restmagnesiumgehalt auf einen Bereich von 0,01 bis 0,04 Gew.-% eingestellt wird. Als Eehandlungszusatz zum Einstellen dieses Resrmagnesiumgehalts wird gemäß dem bekannten Verfahren als Alternative zu einer FeSiMg-Legierung beispielsweise eine NiMg-Legierung verwendet.
  • Aus der US 5 758 706 A ist zudem ein Verfahren zur Herstellung von Gussteilen bekannt, bei dem die jeweils verarbeitete Eisenschmelze ebenfalls als Vermikular-Gusseisen erstarrt. Ein kontinuierliches Bereitstellen einer solchen Schmelze wird dabei unter anderem dadurch ermöglicht, dass eine thermische Analyse des vollständig behandelten Eisens vorgenommen wird. Weiter geht aus der US 5.758 706 A hervor, dass ein möglichst niedriger Schwefelgehalt bevorzugt ist, da Schwefel mit dem zur Behandlung eingesetzten Magnesium reagiert und dieses so nicht mehr in vollem Umfang zur Modifizierung des Graphits beträgt. Zu diesem Zweck sieht eine Variante des aus der US 5 758 706 A bekannten Verfahrens vor, die Gusseisenschmelze bis auf einen Schwefelgehalt von etwa 0,005 - 0,01 Gew.-% zu entschwefeln.
  • Auch bei den beiden voranstehend erwähnten Verfahren ergibt sich das Problem, den Vermiculargraphit im Gussgefüge ohne großen apparativen und messtechnischen Aufwand betriebsicher herzustellen.
  • Ausgehend von dem voranstehend erläuterten Stand der Technik bestand daher die Aufgabe der Erfindung darin, ein für die großtechnische Praxis geeignetes und einfach anzuwendende Verfahren zu schaffen, das die zielsichere Herstellung von Gussteilen mit Vermikulargraphitguss ermöglicht.
  • Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß durch ein Verfahren gelöst worden, bei dem einer in einem Behandlungsgefäß unter einer inerten Atmosphäre gehaltenen Eisenschmelze, deren Schwefelgehalt weniger als 0,05 Gew.-% beträgt, eine aus Magnesium und einem weiteren Metall Ausschluss von Silizium gebildete Mg-Behandlungslegierung zugegeben wird, bis der Magnesium-Gehalt der Eisenschmelze 0,005 - 0,018 Gew.-% beträgt, wobei der in der Eisenschmelze (S) einzustellende Mg-Gehalt bei einem Modul von 0,15 bis < 0,65 cm 0,005 - 0,009 Gew.-%, insbesondere 0,005 bis 0,008 Gew.-%, bei einem Modul von 0,65 bis < 1,2 cm 0,007 - 0,012 Gew.-%, insbesondere > 0,008 bis 0,011 Gew.-% und bei einem Modul von 1,2 bis 2, 0 cm 0,010 - 0,018 Gew.-%, insbesondere > 0,011 - 0,018 Gew.-% beträgt.
  • Gemäß der Erfindung wird die in einem geeigneten Behälter gespeicherte Schmelze unter einer Schutzgasatmosphäre mit einer magnesiumhaltigen Legierung behandelt, die neben dem Magnesiumgehalt mindestes ein weiteres Metall, jedoch kein Silizium enthält. Die Zugabe der Mg-Metall-Behandlungslegierung erfolgt dabei solange, bis in der Eisenschmelze ein in engen Grenzen vorgeschriebener, auf das Modul des jeweils aus der Eisenschmelze zu gießenden Gussstücks abgestellter Magnesium-Gehalt erreicht ist. In Anbetracht der in eine andere Richtung weisenden Überlegungen der Fachwelt überraschend hat sich herausgestellt, dass sich auf diese Weise Vermikulargraphitguss für unterschiedliche Gussteile erzeugen lässt, deren Module über einen weiten Bereich gestreut sind.
  • Unter dem "Modul" eines Gussteils ist in diesem Zusammenhang das Verhältnis des Gussteil-Volumens zur wärmeabgebenden Fläche zu verstehen: M = V / O
    Figure imgb0001
    • mit M = Erstarrungsmodul in cm
    • V = Gussteil-Volumen in cm3
    • O = wärmeabgebende Oberfläche in cm2
  • In der nachfolgenden Tabelle sind den verschiedenen Modul-Bereichen der zu gießenden Gussteile die Mg-Gehalte zugeordnet, die bevorzugt zur besonders treffsicheren Erzeugung von Vermikulargraphitguss in den jeweiligen Gussstücken in erfindungsgemäßer Weise eingestellt werden:
    Modul (in cm) Wanddickenbereich Mg-Gehalt der Eisenschmelze (in Gew, -%)
    0,15 bis < 0,65 dünn 0,005 - 0,009, insbesondere 0,005 bis 0,008
    0,65 bis < 1,2 mittel 0,007 - 0,012, insbesondere >0,008 bis 0,011
    1,2 bis 2,0 dick 0,010 - 0,018, insbesondere > 0,011 - 0,018
  • Als besonders zweckmäßig für die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens hat sich die Verwendung von Behandlungslegierungen herausgestellt, die als zusätzliches Metall neben Magnesium Kupfer oder Nickel enthalten. CuMg- oder NiMg-Behandlungslegierungen werden besonders gut von der Eisenschmelze aufgenommen und führen zur Umwandlung der Graphitlamellen in Vermikeln.
  • Der Schwefelgehalt einer erfindungsgemäße verwendeten Eisengussschmelze ist auf maximal 0,05 Gew.-% beschränkt, um sicherzustellen, dass das erfindungsgemäß zugegebene Magnesium im möglichst vollen Umfang für die Graphitisierung zur Verfügung steht. Um diese Wirkung möglichst sicher zu nutzen, sollte der Schwefelgehalt so gering wie möglich sein. Dementsprechend sieht eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung vor, dass der S-Gehalt der Eisenschmelze weniger als 0,015 Gew.-% beträgt.
  • Die für die erfindungsgemäße Behandlung mit der Metall-Mg-Legierung im Behandlungsgefäß erforderliche, in Bezug auf die Eisenschmelze inerte Atmosphäre kann auf einfache und kostengünstige Weise dadurch hergestellt werden, dass über der Schmelze im Behandlungsgefäß eine Stickstoffatmosphäre gebildet wird.
  • Um eine Kontamination der Eisenschmelze mit dem Luftsauerstoff auch während der Zugabe der Behandlungslegierung sicher zu vermeiden, sollte die Behandlungslegierung über eine Inertgas-Schleuse zugeführt werden.
  • Die Prozesssicherheit, mit der das erfindungsgemäße Verfahren betrieben wird, kann dadurch verbessert werden, dass während der Zugabe der Behandlungslegierung der jeweils aktuelle Mg-Gehalt der Eisenschmelze erfasst und mit dem jeweils vorgegebenen Sollwert verglichen wird. Die Erfassung des Mg-Gehalts kann kontinuierlich oder diskontinuierlich in geeigneten Zeitabständen erfolgen. Ein wesentlicher Vorteil der Erfindung besteht dabei darin, dass praktische Versuche bewiesen haben, dass es zur zielgenauen Erzeugung von Vermikulargraphitguss ausreicht, den Mg-Gehalt als einzigen Parameter zur Einstellung der Zusammensetzung der Schmelze heranzuziehen. Diese Möglichkeit führt zu einer drastischen Verringerung des für die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens erforderlichen messtechnischen und sonstigen apparativen Aufwands gegenüber den konventionell bei der Herstellung von GJV angewendeten Methoden der Schmelzenbehandlung. Als Messgeräte für die Bestimmung des jeweiligen Mg-Gehalts der in erfindungsgemäßer Weise behandelten Eisenschmelze können beispielsweise konventionelle Spektrometer verwendet werden, wie sie üblicherweise zur Analyse einer Schmelzenzusammensetzung zur Verfügung stehen.
  • Die Messung des Mg-Gehalts wird bevorzugt am Auslauf des jeweiligen Behandlungsgefäßes durchgeführt. Auf diese Weise ist gewährleistet, dass der aus dem Behandlungsgefäß austretende Schmelzenstrahl hinsichtlich seines Mg-Gehalts tatsächlich den sich aus dem Modul des jeweiligen Gussstücks ergebenden Anforderungen entspricht.
  • Im Hinblick auf einen zügigen, einfach abzuwickelnden Verfahrensablauf besonders zweckmäßig ist es, wenn das Behandlungsgefäß ein Vergießofen ist. Aus einem solchen Ofen oder vergleichbar gestalteten Behandlungsgefäßen kann die Eisenschmelze direkt in die das jeweilige Gussteil abbildende Gießform gegossen werden.
  • Dabei kann die aus dem Behandlungsgefäß austretende, zuvor in erfindungsgemäßer Weise mit der Metall-Mg-Behandlungslegierung behandelte Eisenschmelze erforderlichenfalls zusätzlich in an sich bekannter Weise mit einem geeigneten Impfmittel geimpft werden, um ein lunker- und weißeinstrahlungsfreies Eisen in die Gießform zu bringen. Dieses Impfen kann in der Ausgussöffnung des jeweiligen Behandlungsgefäßes erfolgen. Alternativ oder ergänzend kann ein Impfmittel jedoch auch in den abströmenden Gießstrahl oder erst in der Gießform der Schmelze zugegeben werden, wenn sich auf diese Weise eine optimierte Verteilung des Impfmittels in der Schmelze erreichen lässt.
  • Nachfolgend wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigen schematisch:
    • Fig. 1
    eine Vorrichtung zum Behandeln und Vergießen einer Eisenschmelze zu einem Gussteil in einer ersten Betriebsstellung;
    Fig. 2
    die in Fig. 1 dargestellte Vorrichtung in einer zweiten Betriebsstellung.
  • Die Vorrichtung 1 zum Behandeln und Vergießen der einen Schwefel-Gehalt von maximal 0,01 Gew.-% aufweisenden Eisenschmelze S umfasst einen in an sich bekannter Weise ausgestalteten Siphon-Vergießofen 2 mit einem Behandlungsbehälter 3, der im Bereich seiner offenen Oberseite durch einen nach außen gewölbten Deckel 4 gegenüber der Umgebung 5 abgeschlossen ist.
  • In einer Seitenwand des Behandlungsbehälters 3 mündet nahe dessen dem Deckel 4 zugeordneten Rand die Versorgungsleitung 6 einer Stickstoffversorgung 7. Die in den Behandlungsbehälter 3 eingefüllte Eisenschmelze S wird von der Stickstoffversorgung 7 permanent unter einer im Hinblick auf die Eisenschmelze sich inert verhaltenden Stickstoffatmosphäre A gehalten. Dazu wird von der Stickstoffversorgung 7 in den oberhalb der Eisenschmelze S vorhandenen, von den Seitenwänden des Behandlungsbehälters 3, der Schmelze S und dem Deckel 4 umgebenen oberen, von Schmelze freien Abschnitt 8 des Innenraums des Behandlungsbehälters 3 Stickstoffgas geleitet.
  • Am Deckel 4 ist eine Schleuse 9 für die Zuführung von Behandlungslegierung B in den Behandlungsbehälter 3 montiert, deren Schleusenkanal durch den Deckel 4 in den oberen freien Abschnitt 8 des Innenraum des Behandlungsbehälters 3 führt. Im Behandlungsbetrieb wird die Schleuse 9 von Stickstoffgas gespült, so dass auch beim Einbringen der Behandlungslegierung B in die Schmelze S das Eindringen von sauerstoffhaltiger Umgebungsatmosphäre in den Innenraum des Behandlungsbehälters 3 verhindert ist.
  • Der Behandlungsbehälter 3 weist in seinem oberen, an den Deckel 4 angrenzenden Abschnitt eine seitlich vorstehende, nach oben offene Ausgussschnauze 10 auf, in die eine nach unten wegführende Ausgussöffnung 11 eingeformt ist. Die Ausgussschnauze 11 ist über einen in den Behandlungsbehälter 3 führenden, kurz vor dessen Boden endenden Siphon 10a mit dem Innenraum des Behandlungsbehälters 3 verbunden. Der Badspiegel der im Behandlungsbehälter 3 enthaltenen Eisenschmelze S liegt dabei unterhalb des Niveaus der Ausgussschnauze 10. Auf diese Weise kann durch Druckbeaufschlagung des Innenraums des Behandlungsbehälter 3 Eisenschmelze S in kontrollierter Weise in die Ausgussschnauze gefördert werden. Zu diesem Zweck ist eine hier nicht dargestellte Druckregelung vorgesehen, die den über der Eisenschmelze S herrschenden Druck der dort aufrechterhaltenen inerten Atmosphäre A regelt. Der Abfluss von Eisenschmelze S aus der Ausgussöffnung 11 wird über einen in die Ausgussöffnung 11 absenkbaren und aus ihr heraushebbaren Stopfen 12 geregelt.
  • Unterhalb der Ausgussöffnung 11 ist die Einfüllöffnung einer Gießform 13 angeordnet, in der das zu erzeugende Gussteil geformt wird.
  • Zum Befüllen des Behandlungsbehälters 3 mit Eisenschmelze S ist in an sich bekannter Weise ein Einguss-Siphon vorgesehen, auf dessen Darstellung hier aus Gründen der Übersichtlichkeit verzichtet worden ist.
  • Nach dem Befüllen des Behandlungsbehälters 3 wird über die Dosiereinrichtung 15 eine erste Portion an Behandlungslegierung B, die eine Menge an Magnesium enthält, welche unter Berücksichtigung des Moduls des zu erzeugenden Gussteils als ausreichend bestimmt worden ist für die Herstellung von Vermikulargrafitguss über die gesamten Wanddicken des Gussteils
  • Die in den Innenraum des Behandlungsbehälters 3 geführte Menge an Behandlungslegierung B fällt auf die Schmelze S und sinkt aufgrund ihres höheren Gewichts in die Schmelze S hinein, in der sie schließlich aufgeschmolzen wird. Als Behandlungslegierung B wird dabei beispielsweise CuMg, NiMg oder eine Kombination dieser Legierungen eingesetzt.
  • Nach einer für die Aufnahme und Verteilung der zugeführten Behandlungslegierung in der Eisenschmelze S ausreichenden Zeit wird die Eisenschmelze S durch Erhöhung des Drucks der Atmosphäre A durch den Siphon 10a zur Ausgussschnauze 10 getrieben und dort eine erste Schmelzenprobe entnommen. Deren Magnesium-Gehalt wird dann mittels eines Spektrometers 14 bestimmt. Entspricht der Magnesium-Gehalt der Probe nicht dem Magnesium-Gehalt, der für die sichere Einstellung einer Vermikularstruktur über alle Wanddicken des in der Gießform 13 zu erzeugenden Gussteils erforderlich ist, so wird ein entsprechendes Signal an eine Dosiereinrichtung 15 gegeben. Diese gibt daraufhin über die Schleuse 9 eine weitere Portion an Behandlungslegierung B in den Behandlungsbehälter 3, die der Menge an Behandlungslegierung B entspricht, welche rechnerisch oder aufgrund von Erfahrungswerten für das Erreichen des Soll-Magnesium-Gehalts der Eisenschmelze S ausreichend ist.
  • Anschließend wird an der Ausgussschnauze 10 eine weitere Schmelzenprobe entnommen und mittels des Spektrometers 14 erneut der aktuell vorhandene Mg-Gehalt der Eisenschmelze S bestimmt. Stellt sich dabei heraus, dass der aktuelle Mg-Gehalt nach wie vor nicht dem unter Berücksichtigung des Moduls des herzustellenden Gussteils für die Erzeugung von Vermikulargraphit erforderlichen Magnesium-Gehalt entspricht, wird der Eisenschmelze S von der Dosiereinrichtung 15 in der bereits beschriebenen Weise eine weitere Portion an Behandlungslegierung B zugeführt, welche wiederum rechnerisch oder erfahrungsgemäß ausreicht, um den Mg-Gehalt der Schmelze auf den geforderten Wert zu heben. Dieser Vorgang wird so oft wiederholt, bis der Ist-Gehalt der Eisenschmelze S dem voraus bestimmten, für die Erzeugung von Vermikularguss im herzustellenden Gussteil erforderlichen Sollwert entspricht.
  • Nachdem der Mg-Gehalt der Eisenschmelze S dem geforderten Sollwert entspricht, wird durch Anheben des Stopfens 12 die Ausgussöffnung 11 der Ausgussschnauze 10 geöffnet und die Eisenschmelze S durch entsprechende Regelung des Drucks der Atmosphäre A kontinuierlich aus dem Behandlungsbehälter 3 in die Ausgussschnauze 10 gefördert. In den gleichzeitig kontinuierlich aus der Ausgussöffnung 11 abströmenden Gießstrahl G wird dabei von einer Impfeinrichtung 16 ein Impfmittel in Drahtform zugeführt, der bei Kontakt mit der heißen Schmelze aufschmilzt, so dass sich seine Bestandteile gleichmäßig im Gießstrahl G verteilen und in die Gießform 13 geschwemmt werden. Das in den Gießstrahl G gegebene Impfmittel verhindert im in der Gießform 13 erzeugten Gussteil die Bildung von Lunkern und die Entstehung von Weißeinstrahlung im Gussgefüge.
  • Im Ergebnis wird auf diese Weise zielgenau ein Gussteil mit gleichmäßig über seine Wanddicken verteiltem Vermikulargraphit erhalten, das die an seine Gefügebeschaffenheit und seine mechanischen wie thermischen Eigenschaften gestellten Anforderungen optimal erfüllt.
    • BEZUGSZEICHEN
    • 1
    Vorrichtung zum Behandeln und Vergießen einer Eisenschmelze S
    2
    Vergießofen
    3
    Behandlungsbehälter
    4
    Deckel
    5
    Umgebung der Vorrichtung 1
    6
    Versorgungsleitung
    7
    Stickstoffversorgung
    8
    Innenraum
    9
    Schleuse
    10
    Ausgussschnauze
    10a
    Siphon
    11
    Ausgussöffnung
    12
    Stopfen
    13
    Gießform
    14
    Spektrometer
    15
    Dosiereinrichtung
    16
    Impfeinrichtung
    A
    inerte Atmosphäre
    B
    Behandlungslegierung
    G
    Gießstrahl
    S
    Eisenschmelze

Claims (10)

  1. Verfahren zum Herstellen von Vermikulargraphitguss, bei dem einer in einem Behandlungsgefäß (3) unter einer inerten Atmosphäre (A) gehaltenen Eisenschmelze (S), deren Schwefelgehalt weniger als 0,05 Gew.-% beträgt, eine aus Magnesium und einem weiteren Metall unter Ausschluss von Silizium gebildete Mg-Behandlungslegierung (B) zugegeben wird, bis der Magnesium-Gehalt der Eisenschmelze 0,005 - 0,018 Ges.-% beträgt, wobei der in der Eisenschmelze (S) einzustellende Mg-Gehalt bei einem Modul des Gussteiles von 0,15 bis < 0,65 cm 0,005 - 0,009 Gew.-%, insbesondere 0,005 bis 0,008 Gew.-%, bei einem Modul, des Gussteiles von 0,65 bis < 1,2 cm 0,007 - 0,012 Gew.-%, insbesondere > 0,008 bis 0, 011 Gew.-% und bei einem Modul des Gussteiles von 1,2 bis 2,0 cm 0,010 - 0,018 Gew.-%, insbesondere > 0, 011 - 0,018 Ges.-% beträgt, wobei unter dem "Modul" eines Gussteiles in diesem Zusammenhang das Verhältnis des Gussteil-Volumens zur wärmeabgebenden Fläche zu verstehen ist. M = V/O mit M = Erstarrungsmodul in cm, V = Gussteil-Volumen in cm3 und O = wärmeabgebende Oberfläche in cm2.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Mg-Behandlungslegierung (B) eine CuMg-Legierung ist.
  3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Mg-Behundlungslegierung (B) eine NiMg-Legierung ist.
  4. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die inerte Atmosphäre (A) eine Stickstoffatmosphäre ist.
  5. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Zugabe der Mg-Behandlungslegierung (B) zu der Eisenschmelze über eine Inertgas-Schleuse erfolgt.
  6. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Mg-Gehalt der in dem Behandlungsgefäß (B) enthaltenen Eisenschmelze (S) erfasst und als einziger Parameter zur Einstellung der Zusammensetzung der Eisenschmelze (S) herangezogen wird.
  7. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Behandlungsgefäß (3) Teil eines Vergießofens (2) ist.
  8. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Behandlungsgefäß (3) eine Ausgussöffnung (11) aufweist und beim Abgießen der mit der Mg-Behandlungslegierung (B) behandelten Eisenschmelze (S) an der Ausgussöffnung (11) ein Impfmittel in die Eisenschmelze (S) gegeben wird.
  9. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass beim Abgießen der mit der Mg-Behandlungslegierung (B) behandelten Eisenschmelze (S) ein Impfmittel in den abströmenden Gießstrahl (G) gegeben wird.
  10. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die mit der Mg-Behandlungslegierung (B) behandelte Eisenschmelze (S) in eine Gießform (13) gegossen und der in die Gießform (13) gegossenen Eisenschmelze (S) ein Impfmittel zugegeben wird.
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