Opublikowal!* dnia 3 lutege 1959 r. <& & ^U0AJg^ BIB4.IOtBkA| Urzedu Patentowego Urzedu Patei POLSKIEJ RZECZYPOSPOLITEJ LUDOWEJ OPIS PATENTOWY Nr 41726 KfcOS^-4^3- Vereinigte Osterreichische Eisen- und Stahhuerke AktiengescHscnan ' /1/ 0 Linz, Austria Sposób wylwqrzania wysokogatunkowego zeliwa przy zastosowaniu utleniajacej obróbki Patent trwa od dnia 31 pazdziernika 1957 r.Wytwarzanie wysokogatunkowego zeliwa zwlaszcza zawierajacego grafit o sferolitycznej strukturze jest mozliwe jedynie przy uzyciu produktu wstepnego o wyjatkowej czystosci.Przede wszystkim nie moze on zawierac tak zwanych skladników szkodliwych jak Ti i Al, a zawartosc krzemu musi wynosic mniej niz l,00/t. Jesli zawartosc krzemu jest wyzsza, pow¬ staje niebezpieczenstwo, ze przy pózniejszym dodawaniu substancji powodujacych sferolitycz- na strukture grafitu w znany sposób przez dodawanie krzemu jako skladnika stopowego, zawartosc krzemu wzrasta tak wysoko, ze wy¬ stepuje pogorszenie sie jakosci zeliwa.Azeby spelnic opisane warunki wysokogatun¬ kowe zeliwo wytwarzalo sie przez przetopienie miekkiego zelaza albo zlomu stalowego w pie¬ cach lukowych albo w piecach indukcyjnych o wysokiej czestotliwosci i nastepne nawegle- nie. Przy roztopieniu zeliwa w zeliwiakach p kwasnej wykladzinie musi byc jednak doda¬ wany wsad, ubogi w krzem i wolny od szko¬ dliwych skladników. Na wymagania te zwra¬ caja wyraznie uwage firmy, dajace licencje na wytwarzanie zeliwa, zawierajacego grafit o strukturze kulistej.Sposób wedlug wynalazku ma na celu po¬ prawe rentownosci wytwarzania wysokogatun¬ kowego zeliwa, wynalazek dazy zwlaszcza do moznosci wytwarzania wysokogatunkowego ze¬ liwa ze zwyklego wsadu w zeliwiakach o kwas¬ nej wykladzinie, bez dobierania surowca wsa¬ dowego pod wzgledem zawartosci krzemu, a zwlaszcza pod wzgledem zawartosci szkodli¬ wych skladników. Zadanie to zgodnie z wy¬ nalazkiem zostalo rozwiazane w ten sposób, ze zelazo wytopione w zeliwiakach o kwasnej wykladzinie ze zwyklego wsadu obrabia sie przez przedmuchiwanie tlenu lub gazu wzbo¬ gaconego w tlen, szczególnie w obecnosci zasa¬ dowego zuzla w celu obnizenia zawartosci krze¬ mu, przy czym przez podwyzszenie temperatu-ry kapieli zostaja usuniete szkodliwe skladni¬ ki, które uniemozliwiaja pózniejsze zastosowa¬ nie Jego jako zefiwa ?o sferolitycznej struktu¬ rze grkfitu.Utleniajaca obróbka surówki i zeliwa za po- .moca powietrza lub tlenu jest znana, jednak sposobu tego nie próbowano dotychczas sto¬ sowac do obnizenia zawartosci krzemu w roz¬ topionym* zelazie. W zeliwiaku o kwasnej wy¬ kladzinie te efekty, uzyskane zgodnie z wy¬ nalazkiem, w najprostszy sposób mozna bylo osiagnac jedynie przez zwiekszone naklady pie¬ niezne na materialy, koszty i robocizne.Utleniajaca obróbke zelaza z zeliwiaka naj¬ lepiej przeprowadzono za pomoca wdmuchi¬ wania technicznie czystego tlenu na powierz¬ chnie kapieli zelaznej przy doborze takich wa¬ runków dmuchania, przy których zawartosc krzemu spadala do wartosci niemnlejszej niz 1%, najkorzystniej do okolo 0,5°/o. W obróbce tej spalenie wegla nie bylo wieksze niz 0,20%.Mozna na przyklad uzyc do wdmuchiwania tlenu przewodu o srednicy 10 mm i dopro¬ wadzac do kapieli zaleznie od wielkosci wsadu 10 m8 tlenu na tone pod cisnieniem 2 do 10 atmosfer. Temperatura na powierzchni kapieli wynosi wtedy okolo 1500°C, przy czym odkrze- mianie i usuwanie szkodliwych skladników przebiega w ciagu kilku minut i temperatura kapieli wzrasta o okolo 150°C. Aczkolwiek przy normalnym zeliwie * w ogóle niemozliwe jest jego odfosforowanie, to' sposobem wedlug wynalazku mozna równiez osiagnac odfosfo- . rowanie wsadu.Odfosforowanie przebiega zgodnie z naste¬ pujacymi równaniami: 2 FetP + 5 FeO = PtOi + 11 Fe PtOi + 3 FeO = 3 FeO * PtO* 3 FeO.PtO* + 3 CaO = 3 CaO * PtOy + 3 FeO które miedzy soba sa w równowadze. Stala równowagi, jak wiadomo, jest proporcjonalna do zawartosci FeO i CaO w zuzlu i ma ujemna zaleznosc od temperaury, tak ze odfosforowanie jest tym lepsze, im wyzsza jest zawartosc FeO i CaO lub im wyzsza jest zasadowosc zuzla i im nizsza jest temperatura reakcji. Zaklada sie, ze temperatura jest wystarczajaca, aby w ogóle zuzel zdolny byl do powyzszych reakcji.W zeliwie po wytopieniu w zeliwiaku od¬ fosforowanie jest utrudnione, gdyz zawiera ono krzem i wegiel.Z jednej strony odszlakowany krzem, który znajduje sie w postaci SiOt, przez rozklad wy¬ tworzonych fosforanów moze doprowadzic do powrotnego nafosforowania, co jest bardzo niepozadane, z drugiej zas znane jest z pro¬ cesu swiezenia, ze odfosforowanie postepuje naprzód, jesli zawartosc wegla spadnie poni¬ zej 2°/o, poniewaz do tego momentu zuzel jest dostatecznie podatny do reakcji.Ta zawartosc wegla jest dla zeliwa zbyt niska, poniewaz w tym przypadku wymaga¬ loby ono pózniejszego naweglenia.Z tego powodu przy szarym zeliwie zanie¬ chano odfosforowywania. Wedlug wynalazku doprowadza sie do skutecznego odfosforowania i jednoczesnego obnizenia zawartosci siarki przez to, ze do kapieli w czasie przedmuchi¬ wania tlenu dodaje sie nosniki tlenu i dobrze rozdrobnione substancje dodatkowe zawieraja¬ ce CaO i NatCO*.Jako nosnik tlenu stosuje sie przede wszyst¬ kim pyl, powstajacy przy swiezeniu górnym dmuchem, który powstaje przy wytwarzaniu w znany sposób stali z surówki. Poniewaz wazne jest mozliwie dokladne rozprowadzenie substancji dodatkowych, azeby osiagnac szybka reakcje, zarówno nosniki tlenu, jak równiez zasadowe substancje dodatkowe najlepiej jest wprowadzac za pomoca wdmuchiwanego gazu bezposrednio do kapieli. Pewna czesc siarki mozna równiez unieszkodliwic w przebiegu wstepnej obróbki zelaza „na rynnie" za pomoca sody, Mg lub karbidu przed wdmuchiwaniem tlenu.Jako przyklad do przeprowadzenia sposobu wedlug wynalazku podaje sie wsad zeliwiaka z nastepujacych skladników: 40% zeliwa sferolitycznego o zawartosci 0,07% P i okolo 2,3% Si, 30°/o srutu (odpad z odlewania stali) o za¬ wartosci — 0,03% P i 0,4% Si, 15% hematytu z zawartoscia 0,10% P i 2,0% Sit 15% zlomu kokilowego z zawartoscia 0,12% P i 1,8% Si.Pracuje sie goracym dmuchem i otrzymuje zelazo plynne z zawartoscia 3,60% C, 0,07% P i 1,65% Si.Wytworzone zelazo plynne wykazywalo tem¬ perature 1330°C mierzona za pomoca pirome¬ tru firmy „Pyropto". Po spuszczeniu do kadzi w celu wstepnego odsiarczenia dodaje sie sody.Zamiast sody mozna uzyc male ilosci stopu magnezu. Nastepnie dodaje sie do kapieli wap¬ no w malych ziarenkach i wdmuchuje sie na powierzchnie strumien tlenu pod cisnieniem 5 — 2 —atm z dyszy o srednicy 10 mm. Po uplywie 4 minut dmuchania przez otwarcie wentyla inzektora laczy sie zbiornik, zawierajacy mie¬ szanine pylu, powstajacego przy swiezeniu gór¬ nym dmuchem i pylu zuzlowego, zawieraja¬ cego CaO i NazCOs, z przewodem doprowadza¬ jacym tlen i dalej prowadzi sie dmuchanie.Po dalszych 3 minutach dmuchania wstrzy¬ muje sie wdmuchiwanie gazu a kapiel pod¬ daje sie odszlakowaniu. W tym czasie kapiel posiadala zawartosc 3,42°/o wegla 0,055% fos¬ foru i 0,52°/o krzemu.Temperatura mierzona za pomoca pirometru firmy „Pyropto" wyniosla 1450°C. Zelazo o ta¬ kim skladzie nadawalo sie na zeliwo sferoidalne lub po dodaniu odpowiedniej ilosci krzemu do bezposredniego odlewania.Wytwarzanie zeliwa sferoidalnego, to zna¬ czy zeliwa zawierajacego grafit o strukturze kulkowej, moze odbywac sie przez dodatek do plynnego zeliwa czystego magnezu albo stopu magnezowego. Przy tym wystepuja czesto trudnosci, które sa spowodowane latwym utle¬ nianiem magnezu, jego malym ciezarem wlasci¬ wym i wysokim cisnieniem pary magnezu w temperaturze plynnego zeliwa.Do wprowadzenia czystego magnezu stoja do dyspozycji rózne metody, jak metoda dzwo¬ nów zanurzonych albo metoda kadzi cisnie¬ niowych, ale z powodu trudnosci utrzymania temperatury lub ze wzgledów bezpieczenstwa przedklada sie wprowadzenie magnezu do ka¬ pieli droga okrezna za pomoca wstepnych sto¬ pów zawierajacych magnez, jak Si Mg Fe, przez co obniza sie cisnienie pary. Stopy te maja zas te wade, ze podnosi sie w kapieli zawar¬ tosc krzemu, co ujemnie wplywa na ciagli- wosc odlewu.Te trudnosci, jak wspomniano, zgodnie z wy¬ nalazkiem usuwa sie w ten sposób, ze zawar¬ tosc krzemu obniza sie do takiej wielkosci, która pozwala uzywac stopy magnezowe, za¬ wierajace krzem, do wyksztalcenia sferolitycz¬ nej struktury grafitu lub dodawac krzem (za¬ szczepiac) jako modyfikatora bez szkody dla ciagliwosci zeliwa.Stwierdzono równiez, ze niezaleznie od za¬ stosowanego sposobu wprowadzania magnezu wydzielanie magnezu bylo wyzsze przy wy¬ topach, które zgodnie z wynalazkiem poddane byly obróbce tlenowej od otrzymanych w pie¬ cach elektrycznych. Podczas gdy w zeliwie sferoidalnym pochodzacym z pieca elektrycz¬ nego o zaWartosci 0,02% S, przy uzyciu zwy¬ klych ilosci stopu MgSi, osiagano koncowa za¬ wartosc Mg od 0,04 do 0,06%, w zelazie przed¬ muchiwanym tlenem w tych samych warun¬ kach temperaturowych osiagano zawartosc Mg — 0,09%, chociaz wytop mial wyjsciowa za¬ wartosc siarki — 0,04%.Zeliwo otrzymane w sposób wedlug wyna¬ lazku nawet bez kulistej struktury grafitu w przeciwienstwie do zwyklej szarej surówki posiada wybitnie lepsze wlasciwosci wytrzy¬ malosciowe, przy czym wplyw grubosci scianki jest bardziej ograniczony.To samo dotyczy przegrzanego zelaza w piecu elektrycznym.Typowe liczby charakterystyczne — otrzy¬ mane dla zelaza o zawartosci 3,3% C, 2,2% Si i 0,60% Mg, przy 30 mm srednicy próbki, sa podane ponizej, przy czym kolumna pierwsza przedstawia wartosc zwyklej szarej surówki, kolumna druga — wartosc dla surówki prze¬ grzanej w piecu elektrycznym i trzecia ko¬ lumna — wartosci dla surówki obrabianej tlenem.Kolumna I Kolumna II Kolumna III Wytrzymalosc na rozerwanie 14—24 kg/mm1 22—28 kg/mm* 31 kg/mm* wytrzymalosc na giecie 40—50 „ 45—55 „ 60 Ugiecie 8—12 „ 12—15 „ 23 PL