NL8203733A - Werkwijze ter bereiding van gietijzer. - Google Patents

Description

κ <

Br/Bl/lh/6

Werkwijze ter bereiding van gietijzer.

De uitvinding heeft betrekking op een werkwijze voor het regelen van de mate van onderkoeling in diverse typen gietijzer. Geregelde onderkoeling is van essentieel belang bij de bereiding van gietijzersoorten, zoals nodulair 5 gietijzer, gietijzer met gecompacteerde plaatjes, afgeschrikte gietijzersoorten en glasvormijzer.

De uitvinding heeft ten doel de structuur van gietijzer op voorspelbare wijze te regelen.

De uitvinding heeft ten doel een middel te ver-10 schaffen om grove grafietplaatjes in de structuur van het • gietijzer te elimineren.

De uitvinding verschaft een middel om op meer consistente wijze gecompacteerd grafiet in de structuur van het gietijzer te verschaffen.

15 De uitvinding heeft verder ten doel een middel te verschaffen voor het op meer consistente wijze vormen van nodulair of sferoidaalgrafiet in de structuur van het gietijzer.

Vérder heeft de uitvinding ten doel een middel te 20 verschaffen voor het vormen van een geregelde hoeveelheid onderkoeld grafiet in afgeschrifte gietijzersoorten.

Verder heeft de uitvinding ten doel een middel te verschaffen voor het op meer consistente wijze bereiden van gietijzersoorten, die gebruikt worden voor de vervaardiging 25 van glasvormen.

Andere doelstellingen kunnen duidelijk worden uit de volgende beschrijving, waarbij

Fig. 1 een grafiek is, waaruit de wijziging van de aard van het grafiet blijkt wanneer toenemende hoeveel-30 héden van een nodulariserend middel, in dit geval magnesium, aan de smelt worden toegevoegd.

Fig. 2 een verandering in beeld.toont van het type grafiet, dat voor en na het laten borrelen van kooldioxide door de smelt en indien daaraan toenemende hoeveelheden 35 nodulariserende middelen worden toegevoegd, aanwezig is.

8203733

& V

-2-

Het regelen van het percentage grafiet is zeer belangrijk bij de bereiding van gietijzer, omdat grafiet eenvoudig fysisch met het ijzer gemengd is in plaats van daarmee een chemische binding aan te gaan. Het percentage 5 grafiet in het ijzer zal daarom de treksterkte en andere eigenschappen van het ijzer op sterk nadelige wijze beïnvloeden .

Het grafietgehalte in ijzer wordt gewoonlijk geregeld door het instellen van de hoeveelheden basis-r 10 materialen, die aanvankelijk bij de bereiding van het ijzer worden gebruikt en door latere toevoegingen van een nodula-riserend middel, gewoonlijk cerium of magnesium.

Op deze laatste wijze van.regelen heeft de onderhavige uitvinding betrekking.

15 Wanneer een nodulariserend middel, hetzij een legering hetzij in zuivere vorm, aan een gietijzersmelt wordt toegevoegd, verenigt het zich eerst met de zuurstof, stikstof en zwavel, die in de smelt aanwezig zijn. Indien grotere hoeveelheden worden toegevoegd, fungeert het nodula-20 riserende middel voor het wijzigen van de grafietplaatjes in een gecompacteerde, nodulaire of sferoidale vorm afhankelijk van de toegevoegde hoeveelheid. Dit is een algemeen bekende commercieel toegepaste methode.

Het probleem bij de bereiding van gietijzersoorten 25 volgens deze methode is, dat het metaal, waaraan een nodulariserend middel wordt toegevoegd, zelden een konstant zwavel-, zuurstof- of stikstofgehalte bezit. Dikwijls is eveneens het nodulariserende middel onbekend, dat bij het binden van deze elementen wordt verbruikt. Dit betekent, 30 dat, indien een tevoren bepaalde hoeveelheid van een nodulariserend middel aan een bad van gesmolten metaal wordt toegevoegd, verschillende hoeveelheden actief nodula-riserend middel in de smelt achterblijven afhankelijk van het bovengenoemde zuurstof-, stikstof- of zwavelgehalte.

35 De hoeveelheid van het nodulariserende middel, dat voor de wisselwerking met het grafiet ter beschikking staat, kan niet worden voorspeld. Een regeling van het grafiet is moeilijk zonder konstante bijstellingen en metingen van de 8203733 * * > * .

-3- ijzersmelt.

Gevonden werd, dat de effekten van het nodulari-serende middel, dat aan gesmolten gietijzer wordt toegevoegd, geregeld kunnen worden door kooldioxide door het 5 gesmolten gietijzer te laten borrelen, waarbij een ijzer met voorspelbare kwaliteiten achterblijft.

De toevoeging van een nodulariserend middel aan een bad van gietijzer heeft tot gevolg, dat diverse veranderingen plaatsvinden in de aard van het grafiet in het 10 gietijzer afhankelijk van de hoeveelheid nodulariserend middel, dat voor de wisselwerking ter beschikking staat.

Deze veranderingen, te zamen met het nodulariseermidde 1-gehalte bij benadering, in dit geval magnesium, zijn in de toelichting van fig. 1 weergegeven. Bij punt "A" bevat 15 het metaal grof grafiet. Bij punt "B” raakt het grafiet gecompacteerd en bij punt "C" verkrijgt het in hoofdzaak een nodulaire vorm. Bij punt "D" begint een gedeelte van het grafiet als vrij carbide op te treden.

Er is geen scherpe scheidingslijn tussen het ene 20 type grafiet en het andere. In plaats daarvan treedt een geleidelijke overgang in de relatieve hoeveelheid van elk type aanwezig grafiet op, naar matei het magnesiumgehalte wordt verhoogd. Het magnesium veroorzaakt door zich met diverse kernen (silicaten, oxiden, sulfieden, enz.) in het 25 gesmolten ijzer te verenigen, een mate van onderkoeling. Hierdoor wordt op effektieve wijze het normale plaatjesgrafie t verwijderd, dat in gietijzer optreedt in verband met de aanwezigheid van deze kernen. Naar mate het magnesiumgehalte wordt verhoogd, treden diverse structuurverande-30 ringen op.

Bij ongeveer 0,005 gew.% magnesium vormt zich een aanzienlijke hoeveelheid grafiet van het onderkoelde type "A". Bij ongeveer 0,012-0,015 gew.% magnesium beginnen verschillende hoeveelheden gecompacteerd plaatjesgrafiet 35 in de structuur op te treden. Bij ongeveer 0,022-0,025 gew.% magnesium beginnen noduli van grafiet in de structuur op te treden. Ïndien het magnesiumgehalte tot voorbij dit punt wordt verhoogd wordt de structuur geheel nodulair en 8203733 -4- beginnen terislotte vrije carbiden in de structuur op te treden.

De eigenlijke percentages magnesium, waarbij deze veranderingen zullen optreden, zijn tot op zekere hoogte 5 afhankelijk van de eigenlijke samenstelling en de toestand van het basismetaal, waaraan het magnesium wordt toegevoegd. De lijnen in de grafiek van fig. 1 geven slechts ruwweg de percentages aan, waarbij deze veranderingen optreden. Aanvrager wenst zich niet te beperken tot enig specifiek 10 type of specifieke hoeveelheden nodulariserend middel of nodulariserende legering, die aan een smelt wordt toegevoegd, daar fig. I alleen ter toelichting van de veranderingen wordt gebruikt, die- plaatsvinden. Dezelfde reeks vérschijn-selen treedt op, wanneer een nodulariserend middel, zoals 15 cerium of zeldzame aarde wordt toegevoegd.

Er dient te worden opgemerkt,, dat het magnesium-traject,. waarbinnen geheel onderkoeld grafiet kan worden gevormd, vrij beperkt is. Op soortgelijke wijze is het magnesiumtraject,· waarover gecompacteerd plaatjesgrafiet 20 kan worden gevormd, eveneens zeer smal.

In de praktijk is het uitermate moeilijk één van deze typen grafiet te vormen onder toepassing van alleen magnesium of zeldzame aarde in verband met de fijne mate van regeling, die vereist zou zijn.

25 Gevonden werd, dat, indien, ndd&t het gesmolten gietijzer met magnesium is behandeld, zodat ongeveer 0,020 gew.% magnesium of meer is achtergebleven, en indien dan kooldioxide door de smelt wordt geborreld, de overmaat magnesium wordt verwijderd, zodat ongeveer slechts 0,005 30 gew.% achterblijft. De structuur van het grafiet in het gietijzer is geheel van het onderkoelde type.

Hoewel hetzelfde mechanisme optreedt, indien een zeldzame aarde in plaats van magnesium wordt gebruikt, verdient het in het algemeen de voorkeur magnesium te 35 gebruiken, omdat het vluchtigeren gemakkelijker met kooldioxide te verwijderen is en omdat het aanzienlijk goedkoper is.

Verder werd gevonden, dat dit een goed uitgangs- 8203733 -5- punt vormt voor het bereiden van ijzer roet hetzij gecompac-teerd plaatjesgrafiet hetzij nodulair grafiet of eveneens elk gietijzer, waarbij een geregelde hoeveelheid onderkoeld grafiet in de structuur vereist is.

5 Indien bijvoorbeeld de structuur eerst volgens de werkwijze van de onderhavige uitvinding geheel onderkoeld wordt gemaakt en vervolgens een kleine hoeveelheid magnesium of cerium of zeldzaam aardmetaal aan het metaal volgens de uitvinding woidt toegevoegd/ kan de structuur 10 in hoofdzaak gecompacteerd worden gemaakt.

Indien daarentegen een grotere hoeveelheid magnesium of cerium of ander zeldzaam aardmetaal wordt toegevoegd , kan de structuur geheel nodulair worden gemaakt.

Indien een hoeveelheid zwavel aan het .metaal van 15 de uitvinding wordt toegevoegd, is het mogelijk grof plaatjesgrafiet in de structuur te vormen daar het onderkoelde grafiet desgewenst geheel of gedeeltelijk kan worden verwijderd.

De werkwijze volgens de uitvinding bestaat daarin, 20 dat een overmatige hoeveelheid van een nodulariserend middel wordt toegevoegd aan en vervolgens kooldioxide geborreld wordt door het metaal teneinde een geheel onderkoelde structuur te vormen. Dit vormt een ideaal uitgangspunt van waaruit diverse typen grafiet in vaste en regelbare hoeveel-25 heden kunnen worden gevormd door vereiste latere toevoegingen aan de smelt uit te voeren.

Volgens een uitvoeringsvoorbeeld van de uitvinding werd uitgegaan van een bad van grijs gietijzer en werd hieraan magnesiumferrosilicium toegevoegd. De structuur 30 van een proefstuk, dat uit dit metaal werd genomen, was nodulair en het magnesiumgehalte was 0,035 gew.% (fig. 2A).

Vervolgens werd kooldioxide gedurende een periode van 2 minuten door het bad geborreld in een hoeveelheid 3 van 0,47 m /ton; Het borrelen werd uitgevoerd met behulp 35 van een poreuze pluglans, die in het bad werd gedompeld.

Een proefstuk, dat op dit moment uit het bad werd verkregen, vertoonde een onderkoeld grafiet (type A). en een magnesiium-gehalte van 0,006 % (fig. 2B).

8203733 * « % -β-

De samenstelling van het bad op dit moment was T.C. 3,52 gew.%, Si. 2,30 gew.% en zwavel 0,010 gew.%.

Het bad werd vervolgens ia twee gedeelten verdeeld.

Het ene gedeelte van dit bad "B" werd genomen en 5 in verdere gedeelten onderverdeeld, waarna aan elk gedeelte verschillende hoeveelheden magnesiumferrosilicium werden toegevoegd en een reeks proefstukken met een diameter van 2,5 cm werd gegoten. Elk proefstuk werd onder het microscoop onderzocht en de resultaten zijn in fig. 2 weergegeven 10 door de microfoto’s Cl, C2, C3 en C4. Het magnesiumgehalte van deze monsters was 0,010; 0,015? 0,020 resp. 0,030 gew.%.

Hierna werd het andere gedeelte van dit bad "B" genomen en in verdere gedeelten ónderverdeeld, waarna aan elk gedeelte verschillende hoeveelheden ceriumferrosilicium 15 werden toegevoegd en een reeks proefstukken met een diameter van 2,5 cm werd gegoten. Elk proefstuk werd onder het microscoop onderzocht en de resultaten zijn weergegeven in fig. 2 door de microfoto's Dl, D2, D3 en D4.De aan deze gedeelten toegevoegde hoeveelheden cerium waren 0,02; 0,04; 20 0,06 resp. 0,08 gew.%.

Uit deze proefresultaten is duidelijk, dat een toevoeging van cerium van 0,02 tot 0,06 gew.% in hoofdzaak gecompacteerd plaatjesgrafiet levert. Eveneens is duidelijk, dat de toevoegingen van magnesiumlegering teneinde tot 25 ongeveer 0,02 gew.% te behouden eveneens in hoofdzaak gecompacteerd plaatjesgrafiet leverden.

Eveneens werd gevonden, dat toevoegingen van aluminium aan de smelt van ongeveer 0,5 gew.% het vermogen van cerium om de gecompacteerde vorm van het grafiet te 30 vormen zullen verbeteren. Bij voorkeur wordt dit aluminium direkt na het doorleiden van kooldioxidegas door het bad toegevoegd. Op dezelfde wijze zijn· toeslagen van titaan aan het bad na het doorborrelen van kooldioxide tot op zekere hoogte van nut om bij te dragen tot het effekt van magnesium. 35 In het algemeen verdient het de voorkeur cerium- toeslagen met of zonder aluminium te gebruiken, omdat het blijkt, dat deze aanzienlijk beter voorspelbaar zijn dan magnesiumtoeslagen.

8203733 -7-

Eveneens werd gevonden, dat de behandeling van een gietijzerbad met een nodulariserend middel, gevolgd door injectie van kooldioxide het aanzienlijk gemakkelijker maakt een volkomen nodulair i j'zer. te bereiden door verdere 5 toevoeging van het nodulariserende middel. Gevonden werd, dat nodulair ijzer, dat op deze wijze is bereid, aanzienlijk consistenter is zowel wat betreft structuur als gehalte aan nodulariserend middel.

Eveneens werd gevonden, dat indien kooldioxide 10 door een nodulariseermiddel bevattende gietijzersmelt wordt geborreld, hoeveelheden grof plaatjesgrafiet in de structuur kunnen worden gevormd door gedurende een langere periode te borrelen. Dit maakt het mogelijk een geregelde hoeveelheid ondergekoeld grafiet alleen alsmede eveneens 15 met een geregelde hoeveelheid grof grafiet te vormen. Verder kan de hoeveelheid grof plaatjesgrafiet worden verhoogd door ijzersulfide aan het bad toe te voegen. Deze techniek is in het bijzonder van nut bij het bereiden van gietijzer, dat voor de vervaardiging van glasvormen moet worden 20 gebruikt.

Bij de vervaardiging van deze voortbrengsels is het gebruikelijk stalen gietvormen in zandvormen te gebruiken, waarin zij worden gegoten voor het vormen van een oppervlak, dat onderkoeld grafiet bevat. Dit blijkt aan-25 zienlijk gemakkelijker wanneer het bad met magnesium en kooldioxide wordt behandeld voor het gieten in de glasvorm.

Hoewel de uitvinding tot op zekere hoogte in bijzonderheden beschreven is met betrekking tot een uitvoeringsvorm, die de voorkeur verdient, zal het duidelijk 30 zijn, dat deze beschrijving aan de hand van deze voorkeursuitvoeringsvorm alleen bij wijze van voorbeeld is gegeven en dat vele wijzigingen ten aanzien van de bijzonderheden kunnen worden gemaakt zonder buiten de grondgedachte en het kader van de uitvinding te treden, zoals in de 35 volgens conclusies is gedefinieerd.

8203733

Claims (14)

1. Werkwijze voor het vormen van een geheel onderkoelde grafietstructuur, met het kenmerk, dat men een ijzercharge met een plaatjesvormige grafietstructuur smelt, aan de smelt een overmatige hoeveelheid van een nodulari-5 serend middel toevoegt voor het desoxideren, ontzwavelen en vormen van een in hoofdzaak volkomen nodulaire grafietstructuur en daarna een gas aan de smelt toevoegt om het actieve nodulariserende middel te verwijderen en zo éen in hoofdzaak volkomen onderkoelde grafietstructuur te vormen.

2. Werkwijze voor het vormen van een in hoofdzaak geheel gecompacteerde plaatjesstructuur, met het kenmerk, dat men uitgaat van het metaal van conclusie 1 met een in hoofdzaak geheel onderkoelde grafietstructuur en hieraan een nodulariserend middel toevoegt.

3. Werkwijze volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat het nodulariserende middel magnesium is.

4. Werkwijze volgens conclusie 3, met het kenmerk, dat het gas CC^ is.

5. Werkwijze volgens conclusie 2, met het kenmerk, 20 dat men tevens 0,5 gew.% aluminium toevoegt en het nodulariserende middel een zeldzaam aardmetaal is.

6. Werkwijze voor het vormen van een in hoofdzaak geheel gecompacteerde plaatjesstructuur, met het kenmerk, dat men uitgaat van het metaal van conclusie 1 met een 25 in hoofdzaak geheel onderkoelde grafietstructuur en hieraan magnesium toevoegt zodanig dat minder dan 0,02 % magnesium in de smelt achterblijft.

7. Werkwijze voor het vormen van een in hoofdzaak geheel gecompacteerde plaatjesstructuur, met het kenmerk, 30 dat men uitgaat van het metaal van conclusie 1 en hieraan een zeldzaam aardmetaal toevoegt, zodanig dat minder dan 0,02% zeldzaam aardmetaal in de smelt achterblijft.

8. Werkwijze voor het vormen van een in hoofdzaak geheel gecompacteerde plaatjesstructuur, met het kenmerk, 35 dat men uitgaat van het metaal van conclusie l.en hieraan gelijktijdig aluminium in een hoeveelheid tot 0,5 gew.% toevoegt. 8203733 % v, '-Sr ; -9-

9. Werkwijze voor het vormen van een in hoofdzaak geheel onderkoelde grafietstructuur in een smelt, met het kenmerk, dat men aan de smelt magnesium toevoegt, tot het meer dan 0,02 gew.% magnesium in de smelt achterblijft, en 5 door de smelt een gas laat borrelen, totdat het percentage achtergebleven magnesium ongeveer 0,005 gew.% is.

10. Werkwijze volgens conclusie 9, met het kenmerk, dat het gas, dat men door de smelt laat borrelen, kooldioxide is.

11. Werkwijze voor het vormen van een in hoofdzaak geheel gecompacteerde plaatjesstructuur, met het kenmerk, dat men uitgaat van het metaal van conclusie 9 met een in hoofdzaak geheel onderkoelde grafietstructuur en hieraan magnesium toevoegt zodanig dat minder dan 0,02% magnesium 15 in de;smelt achterblijft.

12. Werkwijze voor het vormen van een in hoofdzaak geheel gecompacteerde plaatjesstructuur, met het kenmerk, dat men uitgaat van het metaal van conclusie 9 en hieraan een izëldzaam aardmetaal toevoegt zodanig dat minder dan 20 0,02% zeldzaam aardmetaal in‘de smelt achterblijft.

13. Werkwijze voor het vormen van een in hoofdzaak geheel gecompacteerde plaatjesstructuur, met het kenmerk, dat men uitgaat van het metaal van conclusie 9 en hieraan gelijktijdig aluminium toevoegt in een hoeveelheid tot 25 0,5 gew.%.

14. Werkwijze voor het regëlen van het grafiet-gehalte in een ijzersmelt, met het kenmerk, dat men aan de smelt magnesium toevoegt, totdat meer dan 0,020 gew.% van de smelt achtergebleven magnesium is, door de smelt kool- 30 dioxide laat borrelen, totdat het percentage in de smelt achtergebleven magnesium ongeveer 0,005 gew.% is en vervolgens een nodulariserend middel aan de smelt toevoegt. 8203733