NO115326B - - Google Patents

Description

Fremgangsmåte til fremstilling av støpejern.

Denne fremgangsmåte angår fremstilling av høyverdig grått støpejern med regulerte fysikalske egenskaper og uten de strukturelle svakheter som er alminnelige hos kommeriselt grått støpejern.

Støpejern blir i alminnelighet fremstilt ved smelting av en blanding av skrap-jern og ru jern i en kupolovn eller også direkte fra smeltet rujern, smeltet i en masovn. Slikt støpejern er et forholdsvis svakt og skjørt material som ikke er særlig anbefalelsesverdig som maskinteknisk material, og dets struktur varierer atskillig fra støping til støping, ja sogar innenfor en og samme støping. Denne variasjon i struktur er for en stor del betinget av grafitt-flakene som normalt finnes i grått støpe-jern og vanskeligheten ved regulering av dette element.

Innføring av stål i kupolovnchargen og forbedret regulering av støpejernets sammensetning med hensyn på de kjemiske elementer som regulerer grafitiseringen representerer et skritt i retning av et forbedret teknisk produkt. Innføringen av stål i hittil vanlig charge med høyt rujernsinn-hold har ført til en senkning av det totale kullstoffinnhold og derfor til senkning av såvel mengden som størrelsen av de styrke-reduserende grafittflak.

Uheldigvis har den kritikløse bruk av

stål i chargen ofte resultert i for stor hård-het, svakhet, for stor krymping og gass-innhold i støpejernet. Dette har ført til en prosess for grafitisering eller innpodning ved hjelp av grafitiserte materialer før jernet støpes. Det er funnet at en vel beregnet bruk av slike midler bevirker at

støpejernet får overlegne mekaniske egenskaper. Denne fremgangsmåte må ansees som et meget viktig trekk ved fremstilling av støpejern for maskintekniske formål, skjønt støpejern som er fremstilt ifølge denne innpodningsprosess, fremdeles opp-viser stor variasjon med hensyn på fysikalske egenskaper, defekter på grunn av gassopptakning, dårlig fluiditet og stor forurensning av ikke metalliske bestanddeler.

I mange år har fremrakende metall-lurger hatt deres oppmerksomhet rettet på mekanismen og regulering av de strukturelle bestanddeler av støpejern under størkningsperioden — fra smeltet til fast tilstand.

Tre hovedvariable inngår heri:

1. Den smeltede chargés natur.

2. Den kjemiske sammensetning.

3. Graden av støpens avkjøling i for-men.

Forskjellige formler er blitt utviklet for å avpasse jernets kjemiske sammen-setning i forhold til kjølingsgraden eller støpestykkets tverrsnitt. Uheldigvis fant en at kun den enkleste fasong hadde en bestemt kjølingsgrad og det ble snart klart at den kjemiske sammensetning ikke kunne reguleres tilstrekkelig til å sikre en jevn og pålitelig mikrostruktur i alle støpestyk-ker. Reguleringen av den kjemiske sammensetning kombinert med grafitisering eller inpodning førte til endel forbedringer, men støpestykker av varierende tverrsnitt som har varierende kjølingsgrader, kunne ikke reguleres med noen grad av nøyak-tighet.

Spørsmålet angående chargemateri-alets natur er blitt viet stor oppmerksomhet og mange teorier er framsatt til forklaring av støpejernets størkningsmekanisme. Det er således blitt påstått at grafitiseringen for en stor del er avhengig av forekomst av kjerner eller kim i smeiten. Slike kjerner er blitt beskrevet som silikater, uoppløste kullstoffpartikler, eller endog gasser som finnes i jernet. Det er blitt konstatert at overopphetning, vasking med inerte gasser og fjernelse av silikater i anselig grad kunne påvirke jernets grafitisering. Det er blitt alminnelig godtatt av metallurger at en fullstendig og positiv regulering eller kontroll av grått støpejerns struktur kun er mulig hvor graden av kjernedannelse i jernet er en konstant og kjent faktor. Graden av kjernedannelse er betinget av chargens materialer, smeltebetingelstenei og andre faktorer.

Den mest betydningsfulle forbedring i senere tid ved regulering av grått støpe-jerns struktur er utvilsomt den fremgangsmåte som er beskrevet i engelsk patent nr. 590 344. I dette patent redegjøres for det grunnleggende begrep ved konstitusjonen, og en dobbelt regulering av både de konstitusjonelle karbidverdier og prosess-karbidverdiene i forhold til støpestykkets tverrsnitt og de ønskede fysikalske egenskaper blir klarlagt. Denne positive kon-trollmetode er helt ny på støpejernmetal-lurgiens område og har hatt en over-raskende forbedring av den strukturelle ensartethet av støpejern til følge.

Denne oppdagelse var grunnleggende og åpenbarte konstitusjonelle og grafitiserte karbidverdier i relasjon til støpe-stykkets tverrsnitt, og oppfinnelsen ut-gjorde et fremskritt på området og anviste en ny måte for å oppnå disse forhold i praksis. Karbidverdiene som omtales i denne beskrivelse, kan oppnåes eller bestemmes ved hjelp av kile-fremgangsmåten, som beskrevet i engelsk patent nr. 590 344, eller på annen kjent måte.

En hensikt med foreliggende oppfin-nelse er å tilveiebringe en forut bestemt kontroll eller regulering av den konstitusjonelle karbidverdi, en positiv regulering av den grafitiserte karbidverdi og en positiv kontroll av de strukturelle komponen-ter av støpejern. En annen hensikt er å tilveiebringe en fremgangsmåte for å oppnå støpejern med forutbestemte fysikalske egenskaper.

Det skal bemerkes at det i USA patent-skrift nr. 2 467 406 er angitt at der kan framstilles metall av en bestemt konstitusjonell karbidverdi ved å regulere chargens innhold av bundet kullstoff. Ved fram-gangsmåten ifølge foreliggende oppfin-nelse er ikke det bundne kullstoff av noen viktighet fordi slikt bundet kullstoff øde-legges fullstendig, idet elementene i chargen utsettes for de høye temperatursoner umiddelbart før og under smelteprosessen.

I tegningene viser fig. 1 en måte for illustrasjon av de angjeldende prinsipper, og diagrammet har som koordinater karbidverdier som målt på en prøvekile med en vinkel på 28y2°, og grafittoppløsning indeks. Grafittoppløsningsindeksen er pro-senten av grafittisk kullstoff i chargen plus en tiendedel av chargens kullstoffekvivalent. Kullstoffekvivalenten er her den totale kullstoff mengde plus en tredjedel silicium. Fig. 2 viser en metode for til-passing av kjemiske elementforandringer med karbidverdien, og diagrammet har som koordinater karbidverdier som målt på en kileprøve med en vinkel på 28y2°, og graden av kjemisk forandring. Den kjemiske forandringsgrad er et empirisk forhold og er lik tre ganger det prosentvise tap av silicium ved smeltningen, plus to ganger det prosentvise tap av mangan ved smeltningen minus den prosentvise økning av kullstoff ved smeltningen.

Alle charger som ble anvendt ved opp-setning av dette diagram, hadde en grafitt-oppløsningsindeks på 1,70.

Kort uttrykt omfatter oppfinnelsen:

a) Skaffe en måte for regulering eller kontroll av grafitten i chargen for å

sikre en forutbestemt konstitusjonell karbidverdi ved smeltningen.

b) Regulert tilsetning av et grafitiser-ringsmiddel og oppløsning av dette til

en grafitisert eller en prosess-karbidverdi i relasjon til den konstitusjonelle karbidverdi, til tverrsnittet av støpestykket og til de ønskede fysikalske egenskaper.

Oppfinnelsen tilveiebringer således en fremgangsmåte for fremstilling av støpe-jern som består i å regulere chargens sammensetning med hensyn på innholdet av grafitisk kullstoff og kullstoffekvivalent for å gi en bestemt konstitusjonell karbidverdi, smelte chargen og grafitisere smeiten med en agens består av en blanding av en legering med silicium som hovedmetall og et jordalkalifluorid.

Fagfolk vil lett forstå at karbidverdien som oppnåes ved hjelp av en prøvekile med bestemte dimensjoner og konstant avkjø-lingsgrad, er avhengig såvel av metallets fysikalske konstitusjon som av den kje-! miske sammensetning. Med en bestemt sammensetning vil således karbidverdiene variere ettersom den fysikalske konstitusjon av støpejernet varierer, mens ved en bestemt fysikalsk konstitusjon vil karbidverdien variere ettersom den kjemiske sammensetning varierer.

Karbidverdien bestemt ved en istyk-kerbrukket prøvekile, er en funksjon av underkjøling med hensyn på grafittopp-løsning ved overgang fra flytende til fast form. En høy karbidverdi viser således en sterk grad av underkjøling, mens en lav karbidverdi viser normale størkningsfor-hold. Graden av underkjøling under størk-ningsprosessen er influert av naturen av chargematerialet, dets kjemiske sammen-setning og de rådende betingelser under chargens smelting.

Da utfelling av grafitt fra smeltet metall for å gi et grått støpejern for endel er avhengig av nærvær og virkning av kjernesubstanser i smeiten, vil nærvær eller fra-vær av slike substanser ha en stor innvirk-ning på jernets konstitusjon og på den konstitusjonelle karbidkilde. Et jern som er rikt på kjernematerial, vil gi en lav karbidkile, mens jern med lavt innhold av kjernematerial vil gi en høy karbidkile. Kort uttrykt, den fysikalske konstitusjon av støpejern, som er dets grad av under-kjøling, er 1 hovedsaken bestemt av den konsentrasjon av kjernematerial som er tilstede i det smeltede jern ved dets overgang fra flytende til fast form.

Dette er meget enkelt, da overlagt innføring av kjernematerial f. eks. ved innpodning øyeblikkelig senker jernets kjø-lingsverdi. Likeledes vil tilstedeværelse av kjernematerial i den opprinnelige smelte ha direkte innflytelse på dens iboende karbidverdi.

Beregning og regulering av den kjemiske sammensetning ved prosessen ifølge oppfinnelsen er basert på kontroll av til-stedeværende kjernesubstanser. Hoved-tyngden av regulering er basert på chargens innhold av kullstoff.

Grafitt er som kjent et meget ildfast material og dets totale oppløsning i et smeltet jernbad krever tid. I tillegg hertil er dets oppløsningsgrad en funksjon såvel av badets temperatur som av dets sammensetning. I en kupolovn foregår smeltingen meget hurtig, og det smeltede jern tas ut av ovnen straks etter at det er smeltet. Den tid i hvilken uttappingen foregår, er avhengig av ovnens kapasitet og av re-servoaret, men den er alltid relativt kort.

Grafittflak som er tilstede i den opprinnelige smelte, kan derfor på grunn av ufullstendig oppløsning passere inn i slutt-smelten. De kan derfor ved størkningen av støpejernet virke som kjernematerial, hvilket har til følge at det smeltede jerns fysikalske konstitusjon eller karbidverdi sen-kes på en effektiv måte.

Som ovenfor nevnt blir under smeltingen oppløsningen av grafitt regulert ved tiden, temperaturen og graden av chargens kullstoffmetning. Oppløsningen av grafitt er således lavere ettersom chargens innhold av grafitt er høyere, og den er høyere ettersom chargens innhold av grafitt er lavere, idet alt annet er uforandret.

Skjønt andre kjernedannende substanser som f. eks. suspenderte silikater, ikke kan ignoreres, er det funet at for alle praktiske formål er virkningen av grafittkjerner så mektig at reguleringen av disse kjer-ners oppløsning under smeltingen straks resulterer i en positiv regulering av smeltens konstitusjonelle karbidverdi.

Det første trekk ved den forbedrede fremgangsmåte ifølge oppfinnelsen er således reguleringen av chargens innhold av grafittisk kullstoff for effektivt å kunne regulere oppløsningen av grafittkjerner under smeltingen og fremstille et jern med regulert karbidverdi.

Da oppløsningsgraden av grafitt under smeltingen også er avhengig av chargens sammensetning, finner vi det ønskelig at chargens innhold av kullstoff uttrykkes ved den velkjente kullstoffekvivalentfak-tor, dvs. kullstoff plus en tredjedel av sili-siuminholdet for ordinære materialer.

Det første skritt er derfor å bestemme chargens innhold av grafittisk kullstoff og derpå regulere mengden overensstem-mende med chargens kullstoffekvivalent-innhold for å skaffe en grafittoppløsnings-indeks som brukes for regulering ved hjelp av kileprøven. Den nøyaktige regulering kan naturligvis gjøres på forskjellige måter, men det viktige trekk ifølge oppfinnelsen er å avpasse chargens innhold av grafittisk kullstoff og dens kullstoffekvi-valentinnhold til hverandre på en slik måte at det under smeltingen skaffes en grafitt-oppløsningsindeks.

Eksemplet viser:

Chargens innhold av grafittisk kullstoff er således 1.085 pst., og må reguleres for å få grafittoppløsningensindeksen. Med siliciuminnhold på 1.50 pst. i chargen er den totale chargerte kullstoffekvivalent 1.71 plus % . 1.50 eller 2.21 pst. For praktiske formål har vi funet at tilsetning av Vin av denne ekvivalent til prosentinnhol-det av grafittisk kullstoff gir en pålitelig grafittoppløsningsindeks. For denne charge er såledas grafittoppløisningsindeksen 1.085 plus 2.21 dividert med 10, eller 1.306 pst.

Oppfinnelsen er ikke begrenset til noen bestemt beregningsmåte, da fagfolk vil forstå at flere forskjellige korreksjons-måter kan anvendes, forutsatt at chargens grafitt avpasses til den oppnådde karbidverdi.

Ved en serie av meget omsorgsfullt regulerte smelter, hvor grafittoppløsnings-indeksen ble beregnet og den resulterende karbidverdi målt på en kile med vinkel på 281/2 pst., ble resultater ifølge fig. 1 oppnådd. Dette forhold som grunnlag for regulering av den konstitusjonelle karbidverdi, er blitt brukt i stor utstrekning og har alltid gitt overenstsemmende resultater. Det spesielle forhold ifølge fig. 1 er begrenset til støpejern med normal variasjon-med hensyn på sammen-setning.

Det første skritt i henhold til oppfinnelsen er som angitt regulering av chargens sammensetning med hensyn på dens kullstoffinnhold. Dette gir grunnlag for regulering av chargens innhold av disponible kjerner og skaffer pålitelige midler for regulering av graden av underkjøling eller den sanne fysikalske konstitusjon av det smeltede jern. Den konstitusjonelle karbidverdi måles ved hjelp av den alminnelig brukte kileprøve.

Smelting av chargen.

Den konstitusjonelle karbidverdi av smeltet støpejern kan reguleres under smelteprosessen, da smelteprosessen kan forandre antallet av disponible kjerner i smeiten og således modifisere graden av underkjøling.

Det er vanlig praksis å utføre smelteprosessen slik at det oppnåes rimelige kon-stante forandringer av den kjemiske sammensetning av støpejernet under smeltingen. Under godt regulerte smeltebetingel-ser vil elementene kullstof, silicium, mangan og endog svovel og fosfor variere innenfor visse grenser.

Silicium, mangan og kullstoff er særlig viktige, og det er alminelig at silicium og mangan går tapt under smeltingen, mens kullstoff økes. Den grad til hvilken disse elementer varierer, har en direkte inflytelse på den oppnådde karbidverdi ved smelting av en gitt charge.

Ved tillempning av smeltingen er det mulig å variere graden av de kjemiske elementers forandring og som følge derav karbidverdien av det smeltede jern. Det er alminnelig praksis å redusere alle smel-tingsvariasjoner til en bestemt grad for så nær som mulig å eliminere variasjoner av de kjemiske elementer under smeltingen.

Ved prosessen ifølge oppfinnelsen er det mulig ved smelteprosessen å regulere den konstitusjonelle karbidverdi, men for hver smeltebetingelse vil den konstitusjonelle karbidverdi variere direkte med chargens grafittoppløsningsindeks. Variasjon av smeltebetingelsene betyr derfor kun at et nytt forhold må opprettes for å bringe chargens innhold av grafittisk kullstoff i samsvar med den konstitusjonelle karbidverdi. Det berører ikke på noen måte hovedtrekket ved oppfinnelsen å regulere chargens grafittisk^e kullstoff for regulering av graden av underkjøling.

Som et ytterligere hjelpemiddel for regulering av den konstitusjonelle karbidverdi ved regulering av chargens grafittinnhold har vi funnet at den nøyaktige virkning av smeltingsbetingelsene på den konstitusjonelle karbidverdi kan tas i be-traktning.

Fig. 2 viser at karbidverdien forandres ved variasjon av forandringen av de kjemiske elementer under smeltingen. I fig. 2 er forandringen av de kjemiske elementer beregnet etter en enkelt formel, nemlig: tre ganger tapet av silicium i prosent plus to ganger tapet av mangan i prosent minus økning av kullstoff i prosent. Denne formel gir et hensiktsmessig mål for graden av forandring av de kjemiske elementer under smeltingen. Resultatene som er vist i fig. 2, ble oppnådd ved en serie av smelter hvor chargens grafittinnhold, uttrykt ved grafittoppløsningsindeksen, ble holdt konstant, men hvor smeltingen ble variert for å forandre tap og økning av de kjemiske elementer. Karbidverdien ble målt ved hjelp av kileprøven.

På grunnlag av forholdet vist i fig. 2, har vi funnet at en økning på 10 i den kjemiske forandringsgrad vil bevirke en økning på 2 til 2,5, tredevtedeler av jernets karbidverdi. Hvis derfor ved smeltingen en forandring av de kjemiske elementer er uunngåelig på grunn av forandring av kokskvaliteten, surheten eller basiskheten av slaggen, hurtigheten av smeltingen eller andre faktorer, er det mulig å bestemme graden av denne forandring og justere chargen med hensyn på grafittinnholdet for å skaffe en regulert konstitusjonell karbidverdi i det smeltede jern.

Et eksempel på denne måte for regulering ifølge oppfinnelsen fremgår av føl-gende eksempel: En serie av charger ble anbrakt i ku-polovnen for å gi en konstitusjonell karbidverdi på tolv toogdredevtedeler (12/32). I den hensikt ble chargen regulert i henhold til fig. 2, for å få en grafittoppløs-ningsindeks på 1.50. Regulering av smeltingen i ovnen resulterte normalt i en kjemisk forandringsgrad på 30, hvilket ga den ønskede konstitusjonelle karbidverdi på 12/32. På grunn av at overbeskikningen brente ut mot slutten av opphetningen ble forandringsgraden øket til 50, og den konstitusjonelle karbidverdi var høyere enn ønsket.

Da kvaliteten av koksen som ble anvendt for smeltingen, gjorde det vanskelig å opprettholde en normal kjemisk forandringsgrad på 30, var det nødvendig å forandre chargen mot slutten av oppvar-mingen for å få en lavere konstitusjonell karbidverdi, og således motvirke økningen av den konstitusjonelle karbidverdi på dette stadium av smeltingen.

Av fig. 2 fremgår at denne økning er ca. 5/32 ved forandring av den kjemiske forandringsgrad fra 30 til 50. For å få en

ønsket konstitusjonell karbidverdi på 13/32 måtte derfor chargens oppløsnings-indeks forandres for å gi en konstitusjonell karbidverdi på 7/32. Mot slutten av opp-varmingen ble derfor chargen forandret for å gi en grafittoppløsningsindeks på 2.0. Med en kjemisk forandringsgrad på 50 resulterte dette i en ønsket konstitusjonell karbidverdi på ca. 12/32.

Ved den praktiske utførelse av oppfinnelsen kan således chargens grafittinnhold varieres for under enhver bestemt smeltebetingelse å kunne gi en bestemt konstitusjonell karbidverdi.

Regulert kjernedannelse eller grafitisering av smeiten.

Kjernedannelse i smeltet støpejern ved hjelp av en grafitiserende tilsetning er kanskje den mest alminelige fremgangsmåte ved fremstilling av høyverdig støpe-jern. Både forskere og praktiske metallurger har i de siste tyve år viet denne sak megen oppmerksomhet.

Kjernedannelse oppnåes ved tilsetning av substans som direkte bevirker kjernedannelse av grafitten enten gjennom direkte kjemisk forbindelse med det smeltede jern eller ved at tilsetningen ved en gass-formig reaksjon bevirker dannelse av ustabile karbider, eller den kan innvirke på visse termale faktorer under størkningen. Enkelte har endog påstått at det kan dannes kjerner av en bestemt krystallstruk-tur som grafitten avsettes på.

Uten kjernedannelse har det smeltede jern en sterk tendens til å variere betrak-telig med hensyn til utfelling av grafitt. Som ovenfor angitt, har vi oppdaget at ved regulering av mengden av grafittkjerner som innføres i ovnschargen, kan vi regulere graden av underkjøling under størkningen og derved oppnå et jern med en regulert konstitusjonell karbidverdi. Med et slikt utgangsmaterial oppnår vi således en positiv regulering av karbideffektkilden, hvor-ved det fåes et godt mål for i nøyaktig grad å kune regulere mengden av grafittkjerner i den endelige støp. Dette annet trinn for regulering av grafittkjerner ved hjelp av tilsetning er lenge kjent, men kjernedannelse for oppnåelse av en ende-lig grafitisering av en forutbestemt grad har fremdeles mange uløste problemer.

Ved alle prosesser blir tilsetningen innført i det smeltede jern mens det renner ned gjennom uthellingstuten eller direkte i støpeskjeen. Enten dens virkning grunner seg på kjemisk oppløsning eller reaksjon med flyktige gasser eller dannelse av kjerner med en bestemt struktur, er det sjel-den at 50 pst. av tilsetningen er effektiv, da det ikke er ualminnelig at over 90 pst. går tapt ved oksydasjon, i slaggen eller ved flotasjon. I praksis er det alminnelig å til-sette et kvantum som er mange ganger så stort som det virkelig nødvendige på grunn av disse uvissheter med hensyn til effek-ten. Ved fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen er hovedsakelig hele mengden av tilsetning effektiv, idet den oppløses hurtig, og gir således det ønskede resultat, nemlig en regulert grafitisering av en forut bestemt verdi. Dette betyr at en nøyaktig av-passet mengde kan tilsettes med positive resultater, og så små mengder er nødven-dig at utilbørlige forandringer i den kjemiske sammensetning av sluttstøpen unn-gås, og fabrikasjonsomkostningene blir re-dusert.

I tillegg hertil må en være oppmerksom på enhver forandring i den kjemiske sammensetning av selve jernet ved å betrakte graden av kjemisk forandring og det forhold som fremgår av fig. 2.

Ved fremstilling av støpestykker med stort og lite tverrsnitt ble den konstitusjonell karbidverdi regulert ved regulering av chargens grafittinnhold for å sikre fast-het i støpestykkets tykke seksjoner. På den annen side måtte prosesskarbidverdien reguleres til en lav verdi for å sikre at de tynneste seksjoner av støpestykket kunne maskinbearbeides. Dette krevde tilsetning av kjernedannelse substanser i større mengde enn normalt. Slik tilsetning av kjernedannelse substanser ville resultere i en forandring av jernets siliciuminnhold som ville beløpe seg til en økning på 0,15 pst. Utgangsjernet ble smeltet til en kjemisk forandringsgrad på 30, hvilket med-førte et tap av silicium på 15 pst., et tap av mangan på 25 pst. og en opptaking eller økning av kullstoff på 65 pst. Den økede tilsetning av silicium ved grafitiseringen reduserte det totale tap av silicium til 10 pst., hvilket resulterte i en kjemisk forandringsgrad på 3 x 10 pst. plus 2 x 25 pst. minus 65 pst., eller 15. På fig. 2 svarer dette til en forandring av karbidverdien på 5/32, frembrakt ved forandring av sammensetningen under kjernedannelsen. Enhver vi-dere forandring av karbidverdien under be-handlingen fremkom heller på grunn av kjernedannelse enn på grunn av forandring i sammensetningen.

En alminnelig siliciumlegering kan anvendes som grafitiseringsmiddel men vi foretrekker å anvende en legering av silicium og et jordalkalielement eller et annet jordmetall. Eksempler på slike legeringer er kalsium silicium, barium silicium, strontium silicium, magnesium silicium, zirkon silicium, ferro-silicium og titan silicium. Det vil forståes at uttrykket «legering av silicium og et jordalkalimetall eller andre jordmetaller» innbefatter ikke bare metallforbindelsene kalsiumsilisid, magnesiumsilicid, zirkonsilicid og titan-silicid men alle kombinasjoner av silicium og en eller flere av jordalkalimetallene eller andre jordmetaller.

I en serie av forsøk ble 2.21 kg av forskjellige blandinger tilsett pr. 1000 kg smeltet jern fremstilt av en charge med en grafittoppløsningsindeks på 1.0 og en konstitusjonell karbidverdi på 20/32. Tilset-ningene ga smeiten den nedenstående ta-bell over angitte grafitiserte karbidverdier.

I tillegg hertil har vi funnet at andre siliciufmlegeringer som litiumsilicium og strontiumsilicium og materialer med silicium hovedmetall brukt sammen med jordalkalimetall er effektive grafitiseringsmid-ler ved prosessen ifølge oppfinnelsen. Da prosessen krever begynnelsesregu-lering til en bestemt konstitusjonell karbidverdi og deretter behandling med en tilsetning for å fremme grafitisering må det sørges for at tilsetningen tilføres på en slik måte at det sikres absolutt og komplett innføring i det smeltede jern.

Dette er av vital betydning da hoved-betingelsen for oppnåelse av gode mekaniske egenskaper i støpestykker av for-skjellig tverrsnittykkelse er å avpasse den konstitusjonelle og den grafitiserte karbidverdi til støpestykkets tverrsnitt og de ønskede fysikalske egenskaper. Ved prosessen ifølge oppfinnelsen er vi oppmerksom herpå og anvender fremgangsmåter som fremgår av engelsk patent nr. 590 344, men vi anvender nye midler for regulering for oppnåelse av disse verdier.

Det er angitt at grafittkjerner er meget virksomme for frembringelse av grafitisering av en støpejernsmelte. Dette erkjennes av fagfolk og ved prosessen ifølge oppfinnelsen foretrekker vi å anvende ild-sikre karbider som dannes i det smeltede jern som kjerner for grafitiseringen. Vi foretrekker særlig karbider av jordalkalimetaller. Et eksempel på slike er kalsiumkarbid som på grunn av sin ildsikkerhet kan eksistere i smeltet jern ved høye tem-peraturer og derfor kan virke som kjerne ved utfelling av grafitt ved regulering av graden av underkjøling under størkningen.

Tilsetning av en siliciumlegering som f. eks. kalsiumsilicid til smeltet støpejern frembringer kalsiumkarbid i det smeltede jern. Dette er erkjent i noen tid særlig på grunn av utstrømning av karbidgass når prøvestykker fremstilt av et på denne måte behandlet jern brytes istykker.

På teoretisk grunnlag er det utledet at f. eks. kalsiumsilicid reagerer med kullstoff i smeltet jern på følgende måte: CaSia + 2C = CaCi; + 2 Si. Dette kalsiumkarbid som er i høy grad ildsikkert og ørsmått og blir dannet så å si in statu nascendi, virker som kullstoff kjerne for den senere utfelling av grafitt. Den nøyaktige mekanisme er ikke helt forstått, men det er sannsyn-lig at metastabiliteten av karbidet bevirker en nedbrytning» til kullstoff som inn-leder en øyeblikkelig grafitisering ved kim-dannelse.

Hvordan enn det i virkeligheten foregår, er det innlysende at den mengde kar-bid som dannes, må positivt reguleres så graden av kjernedannelse er under positiv kontroll. For å sikre dette, må legerin-gen av silicium med et jordalkalimetall, som f. eks. kalsium, innføres i smeiten på en slik måte at dets oppløsning er fullstendig og dannelsen av jordalkalimetall-karbider, som f. eks. kalsiumkarbid i fin-delt form, er av maksimal og konstant verdi.

Denne komplette og effektive oppløs-ning av jordalkalisilicider og andre jord-alkalimaterialer har lenge interessert den praktiske metallurg. Forskjellige måter for fullstendig mekanisk innføring av silici-dene er foreslått uten at de har vist seg å være helt effektive.

Fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen angår kun innføring av små mengder av legeringer av silisium med et jordalkalimetall som f. eks. kalsiumsilicid eller fer-rosilicium, magnesiumsilicium og zirkon-silicium for kjernedannelse og grafitisering. Vi foretrekker av økonomiske grunner å anvende en blanding av kalsiumsilicid og et fluorid som magnesium-, natrium-, aluminium- kalsium- eller kaliumfluorid som tilsetningsmaterial for kjernedannelse.

Ved nøyaktig utførte forsøk ble virkningen av en slik kjernedannende blanding demonstrert. I forsøk A ble en porsjon av et bad helt på kalsiumsilicid hvis vekt var 5 pst. av badporsjonens vekt. Den resulterende slagg på jernets overflate ble oppsamlet for analysering. I forsøk B ble en annen porsjon av det samme bad helt på en blanding av kalsiumsilicid og knust kalsiumfluorid, hvis vekt var 5 pst. av badporsjonens vekt. Denne blanding inneholdt 2 deler kalsiumsilicid for hver del kalsiumfluorid. Den resulterende slagg ble oppsamlet og analysert. I tillegg hertil ble i forsøk C en prøve av kalsiumsilicidet før bruken analysert med hensyn til dets innhold av kullstoff.

Forsøk A:

Kalsiumsilicid-slaggen inneholdt 1.71 pst. kullstoff og ca. 1 pst. kalsiumkarbid.

Forsøk B:

Kalsiumsilicidslaggen som inneholdt kalsiumfluorid inneholdt 3.20 pst. kullstoff og ca. 1.5 til 2 pst. kalsiumkarbid.

Forsøk C:

Kalsiumsilicidet inneholdt 0.12 pst.

kullstoff men ikke noe kalsiumkarbid.

Disse prøver viser at anvendelse av fluorider understøtter produksjon av kalsiumkarbid når kalsiumsilicid blir tilsatt smeiten.

Da vi ved prosessen ifølge oppfinnelsen ønsker å produsere disse karbider, foretrekker vi å bruke en blanding av jordalkalimetall-silicider, som kalsiumsilicid og et fluorid av jordalkalimetaller eller av andre jordmetaller, som kryolitt, magnesi-umfluorid, kalsiumfluorid som grafitiserende tilsetning, hvilket er det siste trekk ved prosessen ifølge oppfinnelsen.

Bruken av en blanding av en legering av silicium og et jordalkalimetall, som f. eks. kalsiumsilicid og et fluorid av et jordalkalimetall, som f. eks. kalsiumfluorid, har resultert i mange fordeler som i alminnelighet ikke oppnåes ved grafitisering ved kjernedannelse.

Først og fremst er mer enn 95 pst. av tilsetningen virkningsfull. Dette tillater nøyaktig bestemmelse og regulering av de kjemiske elementers virkning så det kan utvikle seg fra den konstitusjonelle til den grafitiserte karbidvirkning, frembrakt ved kjernedannelse.

For det annet oppløses blandingen fullstendig uten å bevirke dannelse av over-skudd av kjernematerial i ovnens uthel-lingstut eller i støpeøsen, avhengig av hvor tilsetningen blir gjort. Unngåelsen av at det bevirkes en oppbygging eller et over-skudd av kjernemateriale, sikrer til alle tider en fullstendig og regulert grafitisering.

Hvor tilsetningen kun foretas rent mekanisk, vil en slik oppbygging, særlig i ovnens løp, virke forstyrrende på kontakten mellom tilsetningen og smeiten og således gi variable og ukjente resultater. Ved vår foretrukne metode ungås slike uoverens-stemmelser.

For det tredje er virkningen av blandingen av jordalkalisilicidet og fluoridet eksotermisk. Dette tillater tilsetting av det kjernedannende material i hvilken som helst mengde uten å senke smeltens temperatur. Vi har tvertimot funnet at tilsetning av J/2 til 1 pst. av en slik blanding har øket det smeltede jerns fluiditet med 25 —50 pst. Når silicider av jordalkalimetaller brukes for seg uten i blanding med fluorider, må smeiten ha høyere temperatur for å sikre god absorbsjon. Absorbsjons-graden vil således variere fra smelte til smelte og endog ved samme smelte i henhold til temperaturen av det smeltede jern. Ifølge vår foretrukne metode med anvendelse av en blanding av et silicid av et jordalkalimetall og et fluorid er innførin-gen ikke avhengig av smeltens temperatur da reaksjonen er eksotermisk og selv skaffer varmen for oppløsning. Vi er således i stand til å unngå en mengde årsaker for variering i prosessen for kjernedannelse og grafitisering.

For det fjerde virker den ved tilsetningen på jordalkalimetaller rike slagg

rensende. Den absorberer begjærlig oksy-der, silikater, sulfider o. 1. og renser det smeltede jern. I praksis har det vist seg at denne tilsetning har medført reduksjon og eliminering av defekter på grunn av slagg ved støpestykker, som ble fremstilt ved ordinære prosesser for kjernedannelse.

For det femte oppnåes total avgassing av det smeltede jern hvilket resulterer i et flytende jern som er overlegent overfor jern, som ikke er behandlet på denne måte.

Mengden av kjernedannende tilsetning ifølge oppfinnelsen blir regulert overens-stemmende med den grad av kjernedannelse som kreves for å redusere den konstitusjonelle karbidverdi til prosesskarbidverdien eller den grafitiserte karbidverdi.

Vi har vært i stand til å bestemme graden av kjernedannelse på en praktisk måte ved statistisk studium av grafitiserende tilsetninger, hvor chargen er blitt regulert med hensyn på grafittinnhold og smeltingen har vært under kontroll.

Pr. 1000 kg. tilsettes i alminelighet 2.76 kg. (beregnet på innholdet av jordal-kalisilicid) for reduksjon av karbidstøpe-verdien i forholdet 4 : 1, 2 kg. for reduksjon i forhold 3 : 1 og 1,1 kg for reduksjon i et forhold mindre enn 3:1.

Den ifølge oppfinnelsen foretrukne fremgangsmåte for tilsetning av silicider av et jordalkalimetall sikrer alltid absolutt gjentagbare resultater målt ved graden av reduksjon i karbidverdi fra den konstitusjonelle karbidverdi til prosesskarbidverdien eller den grafitiserte karbidverdi.

Claims (1)

1. Fremgangsmåte for framstilling av støpejern, hvor en jernsmeltes komponen-ter avpasses for å gi en på forhånd bestemt konstitusjonell karbidverdi og hvor smeiten tilsettes et krafitteringsmiddel med silisium som hovedbestanddel og et metallfluorid, karakterisert ved at det grafittiske kullstoffinnhold og kullstoff-ekvivalentfaktoren (chargens totale kullstoffinnhold pluss en tredjedel av silisium-innholdet) reguleres så at det fås en på forhånd valgt første konstitusjonell karbidverdi ved smeltingen og at smeiten derpå på i og for seg kjent måte behandles med et grafittiseringsmiddel bestående av en blanding av et silisiumholdig tilsettings-middel og et metallfluorid for å gi en på forhånd valgt annen karbidkileverdi. Anførte publikasjoner:

   Norsk patent nr. 75 239, 82 852. U.S. patent nr. 2 467 406, 2 662 820.