NO862699L - Foredling av metaller og -legeringer. - Google Patents

Description

FOREDLING AV METALLER OG -LEGERINGER:

Foreliggende oppfinnelse omhandler en fremgangsmåte for behandling av metall og -legeringer, spesielt, men ikke utelukkende metall- og jernlegeringer, spesielt de med høyt smeltepunkt, f.eks. over ca. 1000°C.

For å oppnå dette tilføres det smeltede metall et tilsetningsmiddel for rensing.

Beskrivelsen angår forskjellige rensemidler for flytende metalliske masser og spesielt fremstilling av stål som krever tilsetning av additiver før fremskaffelse av pulve-rulent form.

I skalaen til det frembragte stål for å være kontinuerlig flytende spiller disse tilsetningsstoffer en viktig rolle for å minske oksygeninnholdet. For å kontrollere de totale oksygeninnhold måles metallstrømningsegenskapene til stålet nøyaktig over kalibrerte dyser av stål. Tilsetningsmidlet tillater f.eks. regulering av elementnivåer såsom svovel og fosfor ved visse anvendelsesbetingelser. En gun-stig virkning ved antallet og morfologien av de innbefat-tede stoffer er erholdt. Det er bemerkelsesverdig at innbe-fattelsen av alun-leire i blandingene eller stålet blir nedsatt i aluminiummet.

Etter flere år er det funnet å anvende kalsium som rense-tilsetningsmiddel. Kalsiummetallet gir flere fordeler og dettes effektivitet er også meget viktig, idet tilsetningen kan oppdeles og kontrolleres med tiden. Innvirkningen av kalsiumtilsetningen i det flytende stål på dettes oksygeninnhold, svovelinnhold og fosforinnhold i stål er godt kjent.

Tilsetningen av kalsium til den flytende masse kan virke som hjelpemiddel ved tilføringen av additiver i form av granulater.

For behandlingen av kalsium og fremstillingen av kalsium-granulater kan det fortrinnsvis refereres til fransk utleg-ningsskrift 2 471 827.

Ulempen ved finmaling av rent kalsium er at dette metall

er meget reaktivt i nærvær av et stort damptrykk ved temperaturer som er vanlige ved behandling av den flytende masse. Tilsetning av kalsium gir en slik koking at man ofte må anvende det med fortynningselementene, f.eks. bestående av oksyder av aluminat av kalsium, fluss-spatt eller kalk.

Ifølge oppfinnelsen anvendes som raffineringsmiddel en legering av et metall valgt fra gruppen bestående av alkaliske jordmetaller og sink, med et metallisk element i små mengder, men som kan gi legeringen et smeltepunkt vesentlig lavere enn det til det rene jordalkalimetallet eller sinken. I tillegg tilsettes legeringen i form av granuler. Denne fored-lingslegering kan være binær, ternær eller med flere bestanddeler .

Med andre ord er foredlingstilsetningen en legering i form av granuler hvor hver granul har i hovedsak en kuleform. Legeringen består av ett eller flere metaller valgt blant be-ryllium, magnesium, kalsium, strontium, barium og sink og ett eller flere metaller i blandingen foreligger i en sone i fasediagrammet for jordalkalimetallene eller ren sink i ret-ningen til første eutektiske punkt. Under referanse til denne sone angis en første eutektisk sone som korresponderer til senkningen av smeltepunktet i retning av en binært eutektisk eller med flere bestanddeler. Det er imidlertid en legering som ligger i den eutektiske sone som består av det eutektiske punkt for denne, som gir foredlingen av legeringen.

Metallene som kan legeres med jordalkalimetalier eller sink for med disse å danne en liten mengde av en legering i den eutektiske sone eller med et eutektisk punkt er spesielt aluminium, kobber, nikkel, bismut, bly, tinn, lantan og silicium også som legering ved en annen sammensetning av minst sink og magnesium. Legeringene med sølv og gull er fortrinnsvis like, men her er liten industriell interesse i betrakt av deres pris.

Som binære legeringer kan det fortrinnsvis nevnes legeringer av kalsium eller magnesium med aluminium, kobber eller nikkel. Som ternære legeringer kan det nevnes f.eks. legeringer av kalsium, nikkel, aluminium og kalsium, magnesium, aluminium.

Man ser at denne fremgangsmåte nesten er uavhengig av tilstedeværelsen av metall av ovenfor nevnte kategori på grunn av en meget viktig senkning av kokingen etter tilføringen av behandlingshjelpemidlet. Dette forklares ut fra en viktig senkning av gasstrykket til tilsetningsmidlet sammen med tilføring av et rent tilleggsstoff og ved nøye kontroll av avleiringen av dette tilsetningsmiddel under dettes til-førsel til metallet under behandling på grunn av sin i hovedsak runde form.

Også i tilfellet med legert kalsium tilført til det smeltede stål i form av granuler er det mulig å øke den kontinuerlige tilsetning av dette tilsetningsmiddel helt opp til mengder på 150 ppm. pr. minutt, verdier som var umulige å oppnå

med rent kalsium i granuler eller med ikke-granulert rent kalsium.

For å forsøke å forklare dette fenomen ut fra en termodynamisk plan kan man gå ut fra en eksperimentiell ligning som en første tilnærmelse for aktivitetskoeffisienten til et element i sterk fortynning i et løsningsmiddel med hyppig-het<y>at(AT betyr jordalkali eller sink).

Ut fra dette kan man uttrykke en første tilnærmelse for aktivitetskoeffisienten til et element av jordalkalimetall i sterk fortynning i et oppløsningsmiddel ved en ligning av typen:

hvor y*t representerer aktivitetskoeffisienten AT i løsnings-midlet, f. eks. kalsium i rent jern ved uendelig fortynning.

xATrepresenterer den atomære fraksjon av jordalkalimetall eller sink,

representerer den atomære fraksjon av det valgte element "i" legert med jordalkalimetallet eller sinken.

Uttrykket ^T er sterkt negativt og kommer fra en vesentlig senkning av aktiviteten i oppløsningsmidlet, f.eks. kalsium-met i stålet, og følgelig av dettes damptrykk.

Fordelaktig er damptrykket til det utvalgte jordalkalimetall (eller til sinken) tatt separat også så lavt som mulig;

de utprøvete metaller for legeringer danner definerte blan-dinger med frigjort dannelsesentalpi som er meget negativ med de ved den eutektiske legering som befinner seg ved ekvi-librium.

Det vil ytterligere presiseres at legeringen er godt dannet hvor hver granul er i form av en legering og ikke av en statisk blanding av de to metaller.

En slik statisk blanding gir ikke en senkning av smeltepunktet og heller ikke effektene nevnt ovenfor. Bevis for dette er blandingene av kalsium, mangan som ikke danner riktige legeringer og således ikke er av interesse for å gi en effekt ifølge fremgangsmåten til oppfinnelsen.

Tilsetningen av legeringsgranulatet utføres ved konvensjo-nelle teknikker for dyp tilsetning ved bunnen av metallet, hvor granulene i hovedsak er runne, kalibrerte, konstante og homogene. Deres mikrostruktur er lukket og deres diameter ligger mellom 0,1 og 2,5 mm, fortrinnsvis mellom 0,2 og 2,5 mm. Dette gir fin fordeling og er fri for sammenløp-ning av granulatpartiklene; det gir en fullstendig sikker anvendelse av produktet og også er all fare for eksplosjon eller auto-antennelse ved selvantennelsespunktet til de re-aktive legeringer fjernet.

Foreliggende oppfinnelse gir også store fordeler ved dannelsen av qranu-lære legeringer. Faktisk i tilfellet ved deres granulering i flytende fase er det mulig å arbeide ved meget lavere tem-peratur og å spare vesentlig på.enerai..

Mengden av stål som egner seg for rensing ifølge oppfinnelsen ved hjelp av legeringsgranulatene av jordalkalimetaller og de an-gitte metaller er spesielt stål med meget liten mengde gjenværende elementer, såsom karbon og silicium, f.eks. stålmengder for dyp smiing.

Tilsetningsgranulatene er også passende meget gode ved foredling av andre stålmengder, såsom uoksyderbart stål.

Man kan også foredle med disse granulater av andre elementer i jernet, f.eks. smeltet metall, ferronikkel, ferrokrom og ferromangan, og også nikkel og blistrert kobber.

Man kan også foredle ikke-jernholdige metaller og aluminium f.eks. ved legeringsgranulater av strontium og aluminium, eventuelt inneholdende litium.

Oppfinnelsen illustreres i de følgende eksempler, gitt

som ikke begrensende eksempler.

EKSEMPLER

EKSEMPEL 1- 3

Legeringen av kalsium med nikkel kan inneholde ca. 16

atom% nikkel tilsvarende ca. 20 vekt%.

Som man vil se av vedlagte tegning, figur 1, representerer diagrammet Ca/Ni fasen, smeltet kalsium ved 850°C og danner med niklet en eutektisk legering som smelter ved ca._605°C, tilsvarende nøyaktig 16 atom% nevnt tidligere.

Den eutektiske sone er således sonen som ligger til venstre

i diagrammet og utvidet til ca. 16 atom% nikkel legert med kalsium, som utgjør tilsvarende eutektisk blanding.

Fortrinnsvis velges blandingene mellom 5% (smelting ved 800°C) og 16 atom% nikkel.

Som indikert ovenfor kan Ca/Ni-legeringen bli tilsatt stålet med ca. 150 ppm pr. minutt, hvilken tilsetning ikke er mulig å oppnå med rent kalsium.

Etter tilsetningen merkes ingen materialstrømning på over-falten, og man kan konstatere utmerkete egenskaper til metallet og utmerket strømningsevne ved kontinuerlig strøm-ning.

Et annet, forbedret resultat er at man finner at tilstedeværelsen av nikkel letter meget oppløseligheten av kalsium i visse stållegeringer.

Man kan forklare dette fenomen termodynamisk ved at inter-aksjonen mellom Ca/Ni er meget negativ, dvs. at aktivitets-koef f isienten til kalsium i jernet ved uendelig fortynning er sterkt senket på grunn av tilstedeværelsen av litt nikkel.

Til slutt er det nødvendig å angi tilstedeværelsen i stålet av elementet i tillegg til kalsium, dvs. nikkel, i tidligere nevnte mengder ikke forringer kvaliteten til det endelige stål Niklet oppløses fullstendig og representerer ved sammenlig-ning en neglisjerbar mengde.

EKSEMPEL 4 og 5

Disse eksempler tillater å angi de fysiske og kjemiske ka-rakteristika til legeringen i de dannete granulater tatt fra stål med et lite karboninnhold, nedsatt med aluminium for dannelse av stålplater for dypsmiing.

Stålet til foredling kan ha følgende sammensetning:

Særtrekkene ved tilsetningslegeringen er de følgende: Granulater av kalsium inneholdende 5% aluminium (eks. 4) Tilført mengde = 420 ppm

Behandlet mengde stål = 152 tonn

Det erholdte stål viser seg ved analyse å ha følgende sammensetning:

Igjen bemerkes, lite damp, ingen antennelse av overflate-materialet, utmerket kvalitet av det dannete metall og utmerkete strømningsegenskaper ved kontinuerlig strømning.

EKSEMPEL 6- 9

Den ternære legering Ca/Mg/Al fra eksempel 6 er spesiell for behandling av bly på grunn av sitt lave smeltepunkt og en øket oppløselighetshastighet. Man finner at denne legering er av stor interesse ved fjerningen av bismut fra bly.

Legeringen Ca/Cu fra eksempel 7 kan brukes ved behandling av bronse utfra sitt lave smeltepunkt og den tilførte reduserte koking.

Legeringen Ca/La fra eksempel 8 kan brukes ved behandlingen

av smeltet stål,eller på grunn av den reduserte koking som dette gir, tillater det en meget god desulførering og meget god kontroll av grafitering.

Legeringen Mg/Ni fra eksempel 9 kan brukes ved behandlingen av uoksyderbart stål, hvor dettes smeltepunkt blir spesielt lavt, og det gir en redusert koking tilsvarende legeringene Ca/Ni fra eksemplene 1-3.

Claims (9)

1. Fremgangsmåte ved behandling av metall eller legering, bestående av å tilsette, etter at det er blitt flytende, et foredlingsmiddel, karakterisert ved at foredlingsmidlet er en legering av et metall valgt fra gruppen bestående av jordalkalimetaller og sink, og et metall i små mengder, men som kan gi legeringen et smeltepunkt vesentlig lavere enn det til det rene jordalkalimetall eller sinken, og at denne legering tilsettes i form av granulater.

2. Fremangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at metallelementet i små mengder er valgt fra gruppen omfattende aluminium, kobber, nikkel, bismut, bly, tinn, lantan og silicium, også legert med en annen del av minst sink eller magnesium.

3. Fremgangsmåte ifølge krav 1 eller 2, karakterisert ved at foredlingsmidlet er en eutektisk legering.

4. Fremgangsmåte ifølge krav 1 eller 2, karakterisert ved at foredlingsmidlet er en legering beliggende i den første eutektiske sone.

5. Fremgangsmåte ifølge krav i, karakterisert ved at foredlingsmidlet er en legering av kalsium og nikkel inneholdende opp til 16 atom% nikkel.

6. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at foredlingsmidlet er en legering av magnesium og nikkel inneholdende opp til 11,3 atom% nikkel.

7. Fremgangsmåte ifølge krav 5, karakterisert at foredlingsmidlet tilsettes blandingen under behandling opp til 150 ppm pr. minutt.

8. Fremgangsmåte ifølge krav 7, karakterisert ved at granuleringen til foredlingsmidlet ligger mellom 0,1 og 2,5 mm.

9. Anvendelse av fremgangsmåten ifølge ett av kra-vene 1-8 for foredling av stål med lite karboninnhold, siliciuminnhold eller gjenværende elementer av uoksyderbart stål eller sterke legeringer og smelter.