NO131390B

NO131390B -

Info

Publication number: NO131390B
Application number: NO3241/72A
Authority: NO
Inventors: Robert L Ranke
Original assignee: Robert L Ranke
Priority date: 1971-09-23
Filing date: 1972-09-12
Publication date: 1975-02-10
Also published as: MX4109E; JPS4840621A; AU4606872A; AU472427B2; IT965192B; AT334940B; ATA817772A; FR2153446A1; FR2153446B1; JPS5143449B2; NO131390C; BE789056A; GB1397600A; BR7206586D0; SE394457B; CA970572A; DE2246120A1

Description

Fremgangsmåte ved nodulering av støpejern. Procedure for nodulating cast iron.

Fremgangsmåte ved nodulering av støpejern, innbefattende anbringelse av briketter inneholdende magnesium, cerium og jern, støpejern eller stål på bunnen av en støpeøse hvori det tilføres smeltet støpejern. Process for nodulating cast iron, including placing briquettes containing magnesium, cerium and iron, cast iron or steel on the bottom of a ladle into which molten cast iron is added.

I noen år har det vært kjent at det kunne fremstilles tet sterkt støpejern hvis det ikke-bundne karbon i metallet opptrådde i sfærisk form, såkalt nodulær form, i det ferdigstøpte jern. Det er også kjent at tilsetningen av én liten mengde magnesium til det smeltede støpejern ville understøtte denne noduleringsprosess. Imid-lertid har magnesium et kokepunkt som er vesentlig lavere enn den normale helletemperatur for enhver vanligvis brukt støpejernsammen-setning, og magnesium oppløses ikke i jern i noen vesentlig grad. For some years, it has been known that strong cast iron could be produced if the non-bonded carbon in the metal appeared in spherical form, so-called nodular form, in the cast iron. It is also known that the addition of one small amount of magnesium to the molten cast iron would support this nodulation process. However, magnesium has a boiling point that is significantly lower than the normal pouring temperature for any commonly used cast iron composition, and magnesium does not dissolve in iron to any significant extent.

Som et resultat har det vist seg å være et meget vesentlig problem å nodulere støpejern ved bruk av magnesium på en slik måte at det gir kommersielt akseptable ensartede resultater. Så vidt vites er det umulig å danne en legering av jern og magnesium uten tilsetning av silicium. Bruken av en slik legering ved fremstilling av nodulert' støpejern gjør det umulig å smelte om skrapet fra prosessen, på grunn av at siliciuminnholdet er øket til ikke-akseptable nivåer. Skrapet fra denne prosess hoper seg derfor opp og blir et forurensningsproblem. Ved bruk av en legering for å foreta tilsetningen til det smeltede støpejern er det også variasjoner i magnesiuminnholdet i forskjellige deler av legeringen når denne er knust for tilsetning til det smeltede støpejern, noe som fører til forskjeller i sluttprodukter, noe som igjen medfører kommersielle vanskeligheter. Et tidligere patent på dette område er amerikansk patent nr. 3.459.541. Dette patent beskriv-er bruken av en nodulerende brikett, hvori brikettene veier fra 2,27 til 4,54 kg hvor og hvor hver brikett inneholder mellom 5 og 30%. magnesiumpartikler. I dette patent sies det at brikettene ikke bør utsettes for en oksyderende omgivelse i mer enn omkring 3 dager før de benyttes til behandling av smeltet støpejern. As a result, it has proven to be a very significant problem to nodulate cast iron using magnesium in such a way as to give commercially acceptable uniform results. As far as is known, it is impossible to form an alloy of iron and magnesium without the addition of silicon. The use of such an alloy in the production of nodular cast iron makes it impossible to remelt the scrap from the process, because the silicon content has been increased to unacceptable levels. The scrap from this process therefore accumulates and becomes a pollution problem. When using an alloy to make the addition to the molten cast iron, there are also variations in the magnesium content in different parts of the alloy when it is crushed for addition to the molten cast iron, which leads to differences in end products, which in turn causes commercial difficulties. An earlier patent in this area is US Patent No. 3,459,541. This patent describes the use of a nodulating briquette, in which the briquettes weigh from 2.27 to 4.54 kg where and where each briquette contains between 5 and 30%. magnesium particles. In this patent it is said that the briquettes should not be exposed to an oxidizing environment for more than about 3 days before they are used to treat molten cast iron.

Hensikten med foreliggende oppfinnelse er å frembringe homo-. gene resultater ved "repeated heats" av støpejern, ved nodulering av dette ved bruk av briketter som består av jern- eller stålpartikler med små mengder magnesium og ennå mindre mengder cerium. Brikett-størrelsen er mindre enn det som beskrives i teknikkens stand, magnesiuminnholdet er lavere enn det som til nå var antatt ønskelig og ceriuminnholdet i regulerte mengder resulterer i oppfinnelsens homo-gene resultater. The purpose of the present invention is to produce homo-. Gene results with "repeated heats" of cast iron, by nodulating this using briquettes consisting of iron or steel particles with small amounts of magnesium and even smaller amounts of cerium. The briquette size is smaller than what is described in the state of the art, the magnesium content is lower than what was thought to be desirable until now and the cerium content in regulated amounts results in the homogeneous results of the invention.

Således angår foreliggende oppfinnelse en fremgangsmåte ved nodulering av støpejern innbefattende anbringelse av briketter inneholdende mellom 5 og 7 vek. t-% magnesium, mellom 0,3 og 0,9 vekt-% cerium og resten jern, støpejern eller stål på bunnen av en støpeøse i hvilken det tilføres smeltet støpejern, og oppfinnelsen karakteri-seres ved at det anvendes briketter som hver veier mellom 56 g og 285 g i en slik mengde at man i den ferdige charge av støpejern oppnår et magnesiuminnhold på 0,030 til 0,7 vekt-%, og ved at det før chargeringen av det smeltede støpejern anbringes i støpeøsen en tilstrekkelig mengde fast stål over brikettene til å holde disse nede under chargeringen av det smeltede støpejern. Thus, the present invention relates to a method for the nodulation of cast iron including the placement of briquettes containing between 5 and 7 weight. t-% magnesium, between 0.3 and 0.9 weight-% cerium and the rest iron, cast iron or steel at the bottom of a ladle into which molten cast iron is added, and the invention is characterized by the use of briquettes that each weigh between 56 g and 285 g in such a quantity that a magnesium content of 0.030 to 0.7% by weight is achieved in the finished charge of cast iron, and by placing a sufficient amount of solid steel over the briquettes in the ladle before charging the molten cast iron to hold these down during the charging of the molten cast iron.

Brikettene som benyttes ifølge oppfinnelsen består hoved-sakelig av stål, støpejern eller jern. I en utførelsesform ble det benyttet stålpulver. Begrensningene for stålkvaliteten eller støpe-jernspulveret som benyttes ifølge oppfinnelsen settes av begrensningene for analysene i det ønskede nodulære jern. Generelt tilsier disse begrensninger et lavt innhold av nikkel og krom, helst under 0,05$ for begge. Andre begrensninger er et lavt manganinnhold, vanligvis ikke høyere enn 0, 5%- Stål- eller jernpulveret bør være rent og tørt og bør ha en partikkelstørrelse fra 8 mesh og ned til et pulver på omkring 300 mesh. Et foretrukket område er mellom omkring 20 mesh og 200 mesh. The briquettes used according to the invention mainly consist of steel, cast iron or iron. In one embodiment, steel powder was used. The limitations for the steel quality or the cast iron powder used according to the invention are set by the limitations for the analyzes in the desired nodular iron. In general, these limitations dictate a low content of nickel and chromium, preferably below 0.05$ for both. Other limitations are a low manganese content, usually no higher than 0.5%- The steel or iron powder should be clean and dry and should have a particle size from 8 mesh down to a powder of around 300 mesh. A preferred range is between about 20 mesh and 200 mesh.

Ethvert kommersielt rent magnesium kan benyttes ved fremstilling av brikettene som benyttes ifølge oppfinnelsen. I to forskjellige utførelsesformer ble det benyttet små borespon av magnesium. Disse, som er kjent som industrielle borespon, var partikler med en tykkelse på omkring 2,54 mm, en bredde på 3»l8 mm og en lengde på Any commercially pure magnesium can be used in the production of the briquettes used according to the invention. In two different embodiments, small drilling chips made of magnesium were used. These, known as industrial drill chips, were particles with a thickness of about 2.54 mm, a width of 3»l8 mm and a length of

6,35 mm. De som er kjent som farmasøytiske borespon var partikler med en tykkelse på omkring 2,54 mm, en bredde på 35l8 mm og en lengde på 12,7 mm. Andre lignende partikler av magnesium kan benyttes. 6.35 mm. Those known as pharmaceutical burrs were particles with a thickness of about 2.54 mm, a width of 3518 mm and a length of 12.7 mm. Other similar particles of magnesium can be used.

En liten mengde cerium benyttes i brikettene. I en foretrukket utførelsesform forelå cerium i form av et fluorid av sjeldne jordarter som inneholdt minst 37,5% CeO„, minst 22% fluorid, mindre mengder CaO, JgO og Na20 og spormengder av Th02, U^Og, SO^, P2°5' A12°35 SiOg og Fe^ Oj- Størrelsen av ceriumpartiklene i dette stoff var en halv prosent over 50 mesh , 20% over 270 mesh og resten under 270 mesh. En foretrukket blanding omfattet 20% på 100 mesh og oppover, 30% mellom 100 mesh og 325 mesh og 50% under 325 mesh. A small amount of cerium is used in the briquettes. In a preferred embodiment, the cerium was in the form of a rare earth fluoride containing at least 37.5% CeO„, at least 22% fluoride, minor amounts of CaO, JgO and Na2O and trace amounts of Th02, U^Og, SO^, P2° 5' A12°35 SiOg and Fe^ Oj- The size of the cerium particles in this material was half a percent above 50 mesh, 20% above 270 mesh and the rest below 270 mesh. A preferred mixture comprised 20% of 100 mesh and above, 30% between 100 mesh and 325 mesh and 50% below 325 mesh.

Ved fremstillingen av brikettene ble en blanding av de ovenfor angitte bestanddeler veiet inn, slik at den omfattet omkring 0,5 til omkring 7,0% magnesiumpartikler, omkring 0,3 til omkring 0,9% ceriumpartikler og resten jern eller stålpulver, slik som beskrevet ovenfor. Disse stoffer ble'grundig blandet, spesielt med henblikk på jevn fordeling av cerium i blandingen. Blandingen ble veiet i like mengder for fremstillingen av hver brikett, og brikettene for en gitt behandlingsserie av metall.ble valgt mellom en vekt på omkring 56,7 og en maksimalvekt på omkring 285 g. I en serie vellykkede charger som ble behandlet etter fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen veidde hver brikett l4l,75 g og hver brikett inneholdt 6% magnesium, mellom 0,6 og 0,7% cerium (beregnet som metall) og resten stålpulver. In the manufacture of the briquettes, a mixture of the above-mentioned ingredients was weighed in, so that it comprised about 0.5 to about 7.0% magnesium particles, about 0.3 to about 0.9% cerium particles and the rest iron or steel powder, such as described above. These substances were thoroughly mixed, especially with a view to uniform distribution of cerium in the mixture. The mixture was weighed in equal amounts for the preparation of each briquette, and the briquettes for a given treatment series of metal were selected between a weight of about 56.7 and a maximum weight of about 285 g. In a series of successful charges which were treated according to the method of invention, each briquette weighed 141.75 g and each briquette contained 6% magnesium, between 0.6 and 0.7% cerium (calculated as metal) and the rest steel powder.

Brikettene ble presset sammen tilstrekkelig til å muliggjøre at de beholdt formen og at de var istand til å motstå to eller tre slipp fra 2,44 m høyde. The briquettes were compressed sufficiently to enable them to retain their shape and to withstand two or three drops from a height of 2.44 m.

I en lang serie vellykkede behandlinger av støpejern ved hjelp av fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen ble 68,04 kg briketter som veidde 141,75 g hver og konstruert slik som beskrevet ovenfor, anbragt i bunnen av en støpeøse med en diameter på omkring 45,72 cm og en høyde på 2,44 m. På toppen av brikettene ble det anbragt 113»4 kg utstanset stålmateriale på en slik måte at dette holdt, nede hele mengden briketter på bunnen av støpeøsen. Selvfølgelig var disse stålutstansinger av en kvalitet som ble fastlagt av analysene i det ønskede nodulerte jern. 2267,96 kg smeltet støpejern av den vanlige analysekvalitet for støperiråjern som benyttes til nodulering ble helt i støpeøsen på toppen av brikettene og utstansingene som befant seg på bunnen. 90' sekunder etter ble innholdet av denne støpeøse overført til to mindre øser, hvor hver ble podet med en liten mengde ferrosilicium, omtrent 0,05 til 1,2% (slik det er vanlig ved fremstillingen av nodulært jern for å fremme grafittdannelse). In a long series of successful treatments of cast iron by means of the method of the invention, 68.04 kg of briquettes weighing 141.75 g each and constructed as described above were placed in the bottom of a ladle having a diameter of about 18 inches and a height of 2.44 m. On top of the briquettes, 113.4 kg of punched-out steel material was placed in such a way that this held down the entire amount of briquettes on the bottom of the ladle. Of course these were steel blanks of a quality determined by the analyzes in the desired nodular iron. 2267.96 kg of molten cast iron of the usual analytical grade for foundry pig iron used for nodulation was poured into the ladle on top of the briquettes and punches which were on the bottom. 90' seconds later, the contents of this ladle were transferred to two smaller ladles, each of which was seeded with a small amount of ferrosilicon, approximately 0.05 to 1.2% (as is common in the manufacture of nodular iron to promote graphite formation).

Ved utvikling av .fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen ble det fremstilt briketter som i det vesentlige besto av jern og magnesium i størrelser på 2,72 -kg,. 2,27 kg, 0,907 kg og 0,453 kg, og disse ble benyttet i smeltér av smeltet støpejern for å frembringe nodulering. Ingen av disse var vellykket, og det ble. kun oppnådd gode resultater når det ble benyttet briketter som veidde betraktelig mindre enn 0,453 kg, slik det er beskrevet ovenfor. Porsøkscharger ble prøvet ved bruk av forskjellige prosentandeler magnesium i brikettene, og det ble kun oppnådd vellykkede resultater innen et område for magnesiuminnholdet på omkring 5,0% til omkring 7,0%. Ovenfor dette område var resultat-ene ikke enhetlige. Forsøkscharger uten det ceriuminnhold som er angitt ovenfor var ikke enhetlig vellykket. When developing the method according to the invention, briquettes were produced which essentially consisted of iron and magnesium in sizes of 2.72 kg. 2.27 kg, 0.907 kg and 0.453 kg, and these were used in molten cast iron melts to produce nodulation. None of these were successful, and it was. only achieved good results when briquettes were used which weighed considerably less than 0.453 kg, as described above. Porous chargers were tested using different percentages of magnesium in the briquettes, and successful results were only achieved within a magnesium content range of about 5.0% to about 7.0%. Above this range, the results were not uniform. Experimental chargers without the cerium content indicated above were not uniformly successful.

Ved å følge fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen ble 20 etter hverandre følgende charger på 2267,96 kg metall hver behandlet som beskrevet, og dette resulterte i 90% nodularitet og ingen karbider. Disse charger hadde i smeiten 2/3 støpeskrap eller løp som hadde en slik høy prosentandel av silicium allerede i skrapet at de ikke kunne behandles ved bruk av den jern-magnesium-silicium-legering som tidligere ble benyttet til nodulering ved denne spesielle støpning. Dette var første gang at støperiet kunne benytte om igjen sitt eget skrap i en slik høy prosentandel. By following the method according to the invention, 20 successive loads of 2267.96 kg of metal each were treated as described, and this resulted in 90% nodularity and no carbides. These charges had in the forge 2/3 casting scrap or barrels that had such a high percentage of silicon already in the scrap that they could not be processed using the iron-magnesium-silicon alloy that was previously used for nodulation in this particular casting. This was the first time that the foundry could reuse its own scrap in such a high percentage.

Den foretrukne form for briketter som benyttes ifølge oppfinnelsen er generelt sfæriske, da dette gir-den største mengde ekspo-nert overflateareal pr. vektenhet av brikettene. Teorien er at denne lille brikettstørrelse er vesentlig ved fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen, da alle magnesiumpartiklene i brikettene hurtig frigjøres til smeiten og produktene fra briketten bobler opp gjennom smeiten i støpeøsen i et stort antall bobler, meget større enn det som ville inntre ved bruk av større briketter. The preferred form of briquettes used according to the invention is generally spherical, as this gives the largest amount of exposed surface area per weight unit of the briquettes. The theory is that this small briquette size is essential in the method according to the invention, as all the magnesium particles in the briquettes are quickly released into the melt and the products from the briquette bubble up through the melt into the ladle in a large number of bubbles, much larger than what would occur if larger briquettes were used .

Brikettene ifølge oppfinnelsen har vært benyttet med hell etter eksponering til en oksyderende atmosfære i opp til 3 uker. The briquettes according to the invention have been used successfully after exposure to an oxidizing atmosphere for up to 3 weeks.

Claims

Process for nodulating cast iron, including placing briquettes containing between 5 and 7 wt% magnesium, between 0.3 and 0.9 wt% cerium and the rest iron, cast iron or steel on the bottom of a ladle into which the molten cast iron, characterized in that briquettes are used that each weigh between 56 g and 285 g in such a quantity that a magnesium content of 0.03 to 0.7% by weight is achieved in the finished charge of cast iron, and in that before the charging of the molten cast iron is placed in the casting ladle, a sufficient amount of solid steel over the briquettes to hold them down during the charging of the molten cast iron.