NO812254L - Fremgangsmaate for tilsetning av ulegert magnesium-metall til smeltet stoepejern - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse angår tilsetning av magnesium-til støpejern. Mere spesielt angår oppfinnelsen.tilsetning av ikke-legert metallmagnesiuiri til et smeltet støpejern.

Det er velkjent praksis å tilsette magnesium til en smeltet jernbasis for å nodulere grafitt som felles ut under avkjølingen og størkningen av jernet, dvs. for å gi duktilt

jern også kjent som nodulært jern.

Mange teknikker har vært prøvet med henblikk på å benytte rent, dvs. ikke-legert metallisk magnesium for å oppnå duktilt jern, f.eks. ved tilsetning til smeltet basis i jern

i trykkbeholdere, konverterbeholdere og slippe inn ildfast belagte magnesiumbarrer. Ved fremstilling av kommersielle

støp har vellykketheten av disse og andre metoder vært alvor-lig begrenset på grunn av lav og uberegnelig magnesiumeffek-tivitet, dvs. magnesiumgjenvinning, på grunn av den lave spesi-fikke densitet og det lave kokepunkt for elementært magnesium, 1106°C, ved en atmosfæres trykk, sammenlignet med den relativt høye temperatur i det smeltede basisjern som behandles, 1370-1650°C. De tidligere forsøkte teknikker har forsøkt å regu-lere hastigheten av magnesiumtilsetning og dennes følsomhet overfor prosessvariabler og således den endelige effektivitet, dvs. gjenvinningen av magnesiumtilsetningen. Duktile jern

som fremstilles ved bruk av rent ikke-legert magnesium er funnet å være tilbøyelige til å være karbidisk og således van-skelig å maskinbearbeide.

Betydelige forbedringer med henblikk på magnesiumeffek-tivitet, gjenyinningskonsistens og reduksjon av jernkarbider er kjent å kunne oppnås ved nodulering av grafitt i basissmel-ten med forskjellige kvaliteter av magnesiumferrosilisium, MgFeSi, som hyppigst inneholder 3-12% magnesium. For noen'pro-dusenter av duktilt jern, spesielt de som benytter silisiumdi-oksyd utforede induksjonsovner, skaper bruken av MgFeSi-legeringer visse problemer på grunn av det relativt høye silisiuminn-hold i disse legeringer. For å kunne benytte disse legeringer må induksjonssmelteren redusere silisiumnivåene i sitt basisjern, noe som igjen kan forårsake økning av errosjon på ovns-utforingen. Høye karbonnivåer i basismetallet vil sammen med lavere Si-innhold ha en tendens til å redusere SiC^-innholdet i utforingen og derved redusere levetiden for utforingen.

Gjenstand for oppfinnelsen er å frembringe en fremgangsmåte for tilsetning av ikke-legert magnesium til smeltede basis-jernsmelter og som resulterer i høyere magnesiumgjenvinninger som ikke krever vesentlig justering av silisiuminnholdet i basisjernsmelten.

Andre gjenstander vil fremgå av den følgende beskrivelse., og de ledsagende krav.

Foreliggende oppfinnelse anvender en mekanisk blanding av egnet knust granulært ferrosilisium eller ferrosilisiumbasert legering, f.eks. MgFeSi, med en kilde for ikke-legert magnesium med egnet partikkelstørrelse. Den sammenblandede blanding anbringes i beholdere, f.eks. bokser, hensiktsmessig laget av stål, og kannene inneholdende blandingen dyppes, f.eks. ved bruk av kjent utstyr ned i smeltet basisjern med en typisk basisjernsammensetning på 3,5-4% C og 1,5-2% Si. Det er antatt at på grunn av den fine partikkelstørrelse for den relativt langsomt oppløselige ferrosilisiumbasislegering kan smeltet metall ikke lett trenge gjennom mellomrommene i blandet ned-dykket materiale, noe som således forårsaker kontinuerlig opp-løsning og reaksjon mellom smeltet jern og ikke-legert magne-siummateriale slik at dette skjer primært og gradvis ved den reduserte ytre overflate av blandingen. Oppløsnings- og reak-sjonshastigheten mellom smeltet jern og ikke-legert elementært magnesium antas således å reguleres og modereres, så meget mer som elementært magnesium gradvis presenteres til smeltet metall ved et stort antall små reaksjons- og oppløsningspunkter under det tidsrom der blandingen av magnesium og ferrosilisiumbasert legering gradvis oppløses i basisjernsmelten. En prøve av en blanding inneholdende 24 vekt-% Mg (20% ikke-legert Mg og 4% Mg hensiktsmessig som 6% MgFeSi) viste en total magnesiumgjenvinning i jernsmelten på 33%. Erfaring viser at det ikke er noen vesentlig forskjell i "utarming" av magnesium (tap av magnesium fra jernsmelten med tid) som funksjon av magnesium-kilde, f.eks. legert eller elementært. Et annet prøvearbeide har vist Mg-gjenvinninger fra finoppdelt 6% MgFeSi til opptil 40% nedsenket alene. Basert på det foregående kan det beregnes at magnesiumgjenvinningen fra det elementære magnesium er ca.

31%. Tidligere teknikker for tilførsel av ublandet, ulegert Mg under lignende betingelser skulle antas å gi kun 10-15% magnesiumgjenvinning.

Som kjent i denne teknikk gir små mengder skjeldne jordelementer som kan være tilstede i ferrosilisiumbasislegeringen, f.eks. MgFeSi-komponenten i blandingen, til inokuleringsvirkningen i jernsmelten, noe som reduserer kar-biddannelsestendensen for den rene Mg-komponent. I en utførel-sesform av oppfinnelsen inneholder således ferrosilisiumbasislegeringen slike kjente inokulerende elementer.

Silisiumnivåene i basisjernet kan økes betydelig sammenlignet med de nivåer som er nødvendig når man benytter -\ . MgFeSi som eneste kilde for magnesiumtilsetningen. En blanding av ulegert magnesium og MgFeSi i henhold til oppfinnelsen ' øket smeltene-Si-nivåene med kun 0,20% mens helt opptil 1,0% Si-økning kan observeres hvis MgFeSi alene benyttes som mag-nesiumkilde. Derfor kan silisiumkonsentrasjonen i basisjernet være større. Tidligere beskrevne problemer på grunn av lave nivåer for basisjernsilisiuminnholdet kan reduseres. Mange tidligere teknikker som ble benyttet for å tilføre materialer med høy magnesiumkonsentrasjon eller rent magnesium til basisjern er meget ufleksible idet at størrelse, form og vekt av tilsetningen er fastlagt av leverandøren. Ifølge oppfinnelsen oppnås det høy fleksibilitet. Konsentrasjonen av ulegert magnesium i blandingen kan justeres meget tett ganske enkelt ved å iblande mer eller mindre elementært magnesium til blandingen når denne fremstilles. Alternativt kan magnesiumkonsentrasjonen i blandingen holdes konstant og mer eller mindre av blandingen anbringes i beholderen som benyttes. • Innholdet av ulegert magnesium i blandingen kan ligge fra 4-40 vekt-% og fortrinnsvis fra 4-25 vekt-% av den totale vekt av ulegert magnesium og ferrosilisiumbasert legering.

En prøve som anvendte oppfinnelsen viste at totale Mg-gjenvinninger på 50% oppnås ved bruk av en blanding blandet til ca. 7% Mg totalt (4% av blandingen som ulegert magnesium).

Selv når man øker i»» det totale Mg-innhold i blandingen til 24%

(20% av blandingen som ulegert magnesium) oppnås totale Mg-gjenvinninger på 33% med ca. 31% av ulegert Mg-gjenvunnet og

omtrent 40% av Mg i MgFeSi-gjenvunnet, basert på metoden for beregning av magnesiumgjenvinning som beskrevet ovenfor.

Den ferrosilisiumbasert legeringskomponent bør være minst 90 vekt-% ca. 9,5 mm og finere og har hensiktsmessig en partikkelstørrelse på 8-200 mesh og inneholder hensiktsmessig 30-75 vekt-% Si, opptil 12 vekt-% Mg, opptil 2,0 vekt-% Ca, opptil 1,5 vekt-% Al og opptil 3,0 vekt-% sjeldne jortarter hvorav serium er det fremherskende element, mens resten i det vesentlige er jern. Når MgFeSi benyttes som FeSi basett komponent vil en foretrukket sammensetning være 3-12% Mg og 0,1-2,5% serium.

Den ulegerte Mg-komponent ifølge oppfinnelsen bør være minst 90 vekt-% 6,35 mm og finere og har hensiktsmessig en par-tikkelstørrelse på 8 til 100 mesh. Oppmalt, "shotted" eller saltbelagt Mg (90% Mg med kloridbelegg) og andre kilder for ulegert magnesium kan benyttes ved gjennomføring av oppfinnelsen..

De to komponenter blandes ved konvensjonelle blande-teknikker for å gi en grundig blanding av ferrosilisium og ikke-legert magnesium. Blandingen innelukkes deretter i en metall-beholder, f.eks. en metallboks, som igjen innføres i en stan-dard neddyppingsklokke for innføring i det smeltede basisjern ved å følge vanlig praksis. Det totale magnesiuminnhold i blandingen er hensiktsmessig fra 4-40 vekt-% og fortrinnsvis 4-25 vekt-%.

I en spesiell prøve ble en blanding av 7,38 kg. av et

14 M x 100 mesh magnesiumferrosilisium inneholdende ca. 44,5% Si, 6,0% Mg, 0,6% Ca, 0,30% Ce og 0,8% Al blandet med 1,75 kg 10 x 28 mesh. oppmalt ulegert magnesium og anbrakt i en stål-beholder med åpen topp. Neddyppet i 1631 kg jernsmelte ble kannen og blandingen oppløst i smeltet jern; reaksjonstiden i det smeltede jern var 45 sekunder og den totale magnesiumgjenvinning var 33% (gjenvinning av elementært magnesium var 31%) .

En annen prøve benyttet 7,81 kg 9,5 mm og finere MgFeSi som nominelt innehold 45% Si, 3,2% Mg, 2,0% tilsammen sjeldne jordarter og 0,5% Ca. Dette ble blandet med 0,283 kg oppmalt ulegert magnesium og blandingen i en stålkanne med åpen topp ble som ovenfor innført i 679,5 kg jernsmelte. Den totale mag-nesiumg jenvinning var 50,6% (gjenvinning av elementært magnet sium 47,5%).

I hvert tilfelle var magnesiumreaktiviteten langt mindre enn det man skulle forvente ved å senke denne mengde ren ulegert magnesium inn i smeltet jern. Mikrostrukturen av jernet viste utmerket nodularitet. Det følgende eksempel skal illustrere oppfinnelsen.

Eksempel

I en serie prøver ble ferrosilisiumbasislegering (6% Mg, 4,45% Si, 0,6% Ca, 0,3% Ce og 0,8% Al) i en mengde av

7,38 kg med en størrelse 14 mesh til 10 0 mesh blandet med oppmalt magnesium 10 x 28 mesh i en mengde av 1,7 5 kg. Den sammenblandede blanding ble anbrakt i åpne kanner fremstilt av tynne stålplater i det hver kanne inneholdt 9,13 kg blanding. Kannene ble så anbrakt i støpebare, ildfaste klokker og brakt inn i 1631 kg basisjernsmelte (3,9% C, 1,9% Si, 0,020% S) ved en temperatur av ca. 1480°C. En ytterligere lignende prøve ble gjennomført ved å benytte en blanding av 9,4 kg magnesiumferrosilisium (inneholdende 6% Mg, 44,5% Si, 0,6% Ca,.0,3%

Ce og 0,8% Al) med en partikkelstørrelse på 14 til 100 mesh og saltbelagt magnesium med en størrelse på 10 x 100 mesh (90%. Mg, 10% klorsaltbelegg). Resultatene av disse prøver er vist i tabellen nedenfor. Magnesiumgjenvinningen ble målt som totalt magnesium i jernproduktet; de relative mengder av magnesium med1 bidrag fra ulegert magnesium og magnesium fra MgFeSi er antatt å være i samme forhold som angitt tidligere.

En av hovedfordelen ved oppfinnelsen er fleksibiliteten. Med en gang et verk har fastslått den mengde ferrosilisiumbe-standdel som gir et akseptabelt nivå Si i basisjernet kan ulegert magnesiumkomponent varieres over et heller stort område for å kompensere for forandringer i basisjernsvovelnivået, pro-sesstemperaturen eller andre variabler som følger denne teknikk. Magnesiumgjenvinninger vil vanligvis reduseres når det totale magnesiuminnhold i blandingenøkes. Over ca. 40 vekt-% totalt magnesium er det utilstrekkelig ferrosilisium eller MgFeSi til å moderere magnesiumreaksjonshastigheten i akseptabel grad noe som fører til lav magnesiumgjenvinning.

For å bibeholde maksimal fleksibilitet skjer blanding

av disse to komponenter fortrinnsvis av den som kjører prosessen. Imidlertid kan også på forhånd blandede eller på forhånd pakkede blandinger også benyttes.

Ferrosilisiumbasislegeringskomponenten ifølge oppfinnelsen inneholder 30-75% Si, opptil 12% Mg, opptil 2% Ca, opptil 3% sjeldne jordarter og opptil 1,5% Al. Partikkelstørrelsen som er angitt ovenfor erTyler Mesh. Beholdere egnet ved gjen-nomføring av oppfinnelsen er slike som har tilstrekkelig inte-gritet til å inneholde blandingen før den senkes i det smeltede jern og som vil smelte, brenne eller oppløse seg i det smeltede basisjern. Jernbasislegeringer, f.eks. stål, er generelt mest praktisk selv om aluminium og aluminiumbasislegeringer eller andre generelt tilgjengelige metaller kan benyttes som ikke innfører uønskede urenheter i jernproduktet.

Claims (4)

1. Fremgangsmåte for tilsetning av magnesium til et smeltet basisjern, karakterisert ved at den omfat-ter å tilveiebringe en blanding bestående i det vesentlige av ulegert metallisk magnesium, hensiktsmessig med en partikkel-størrelse på ca. 6,35 mm og finere med ferrosilisiumbasislegering, hensiktsmessig med en partikkelstø rrelse på 9,52 mm og finere; å anbringe blandingen i en egnet beholder og å føre denne inn i smeltet basisjern slik.at mengden av ulegert magnesiummetall i blandingen er fra ca. 4 til 40 vekt-% av vekten av nevnte ferrosilisiumbasislegering og ulegert magnesium.

2. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at mengden av ulegert magnesium er fra ca. 4 til 25 vekt-%.

3. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at det ulegerte magnesium har en partikkelstørrelse fra 8. til 100 mesh og ferrosilisiumbasislegeringen har en partikkelstørrelse fra 8 til 200 mesh.

4. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at ferrosilisiumbasislegeringen er et magnesiumferrosilisium inneholdende fra 3-12% magnesium og 0,1-2,5 serium.