WO2003070989A1 - Konverter zur magnesiumbehandlung von gusseisenschmelzen - Google Patents

Konverter zur magnesiumbehandlung von gusseisenschmelzen Download PDF

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WO2003070989A1
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Wilhelm Hauke
Stephan Hasse
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Disa Industrie Ag
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    • C21C5/28—Manufacture of steel in the converter
    • C21C5/42—Constructional features of converters
    • C21C5/46—Details or accessories
    • C21C5/466—Charging device for converters
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
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    • F27—FURNACES; KILNS; OVENS; RETORTS
    • F27M—INDEXING SCHEME RELATING TO ASPECTS OF THE CHARGES OR FURNACES, KILNS, OVENS OR RETORTS
    • F27M2003/00—Type of treatment of the charge
    • F27M2003/16—Treatment involving a chemical reaction

Definitions

  • the invention relates to a converter for the magnesium treatment of cast iron melts, having a first fill opening for filling the cast iron melt and a second opening for adding the magnesium.
  • the treatment with magnesium is carried out in order to remove sulfur from the cast iron melt and to prepare the melt for the formation of spheroidal graphite.
  • ordinary metallurgical magnesium is used instead of a complex magnesium master alloy.
  • a converter of the generic type is known from DE 2216796.
  • a bottom area of a tiltable converter for the magnesium treatment of cast iron melts there is an externally accessible chamber for the
  • the pure magnesium trained. After the converter has been filled with the melt, the pure magnesium is placed in this chamber.
  • the chamber wall has through openings which enable the chamber to be connected to the main volume of the converter.
  • the converter is tilted 90 ° into an upright position.
  • the cast iron melt flows through the openings into the chamber and reacts with the pure magnesium.
  • the pure magnesium has a boiling point at around 1100 ° C, and can reach a pressure of around 10 bar due to the vapor pressure curve at the temperature of the cast iron melt. Both liquid flows through the passage openings
  • the passage openings can slag, require a high level of cleaning and are subject to appropriate wear.
  • the chamber wall must be replaced about every week in a normal foundry with two shifts. Especially with smaller converter volumes, the costs for the chamber wall have a significant impact on the operating and manufacturing costs of the cast iron products.
  • a converter for the magnesium treatment of cast iron melts with a first filling opening for filling the cast iron melt and a second opening for the addition of the magnesium, an insert for receiving the magnesium being arranged in the second opening.
  • the converter is ready for operation as quickly as possible and uses as little energy as possible to heat it up.
  • the insert has walls with a wall thickness d such that the insert can be dissolved in the cast iron melt in the converter after the magnesium treatment.
  • the insert is inserted into the hot converter at ambient temperature.
  • the wall thickness d is dimensioned such that the use survives the reaction time of the magnesium treatment and then dissolves and / or slags in the cast iron melt in the converter.
  • Has converter volume This is also achieved in that the insert has walls with through openings for the passage of molten cast iron and / or magnesium vapor.
  • the through openings have a cross section that is precisely matched to the throughput of magnesium vapor and cast iron melt during the magnesium treatment.
  • FIG. 1 shows a view of a converter according to the invention with an insert for adding magnesium
  • Figure 2 shows a section through the use of Figure 1 and
  • FIG. 3 shows a further section through the use of FIG. 1.
  • a converter 1 is shown schematically in FIG.
  • the converter 1 is a container 1 used in the metal foundry, in which a quantity of cast iron melt can be placed and treated.
  • the container 1 is essentially cylindrical about an axis X, consists of a vessel with walls 2 made of metal and with a lining 3 made of refractory material.
  • the converter 1 essentially consists of two parts which are assembled approximately in the middle. For smaller melt volumes, the converter 1 can also consist of one part. For larger melt volumes, the converter 1 can also be assembled from more than two parts.
  • the converter 1 has two
  • the converter 1 can also be designed with more or less than two openings 6, 7. If the converter volume allows this, more than two openings can be provided, one for filling, one for introducing the magnesium into the chamber and one for pouring out the treated melt. If the converter volume is very small, only one opening can be provided for all steps of the treatment process.
  • the converter 1 is fastened in the middle to a rotating device (not shown) such that the converter can be tilted from the position shown in FIG. 1 to the vertical position for the magnesium treatment. After the magnesium treatment, the converter can be tilted back into a position that enables a controlled pouring out of the treated cast iron melt.
  • the suspension device engages the converter on two points that lie on an axis Y perpendicular to the container axis X.
  • An insert 8 is shown in the region of the second opening 7. The insert 8 is clamped between the cover 5 and the wall 2 of the converter.
  • FIGS. 2 and 3 an example of the insert 8 is shown schematically enlarged on its own.
  • the insert 8 has a volume that is at most 1% of the
  • the insert is essentially designed as a cylindrical container 8 and has through openings 9 in the base 10 and in the side wall 11.
  • the through openings 9 are arranged in the base 10 and in the side wall 11 and are dimensioned such that a defined amount of cast iron melt and / or magnesium vapor can flow through during the magnesium treatment.
  • the insert 8 is open.
  • tabs or flange portions 12 are formed from the same material as the rest of the insert. By means of these flange regions 12, the insert can be clamped between the cover 5 and the wall 2 of the converter or can be detachably fastened. The lobes or flange areas 12 prevent falling into the second opening 7.
  • the insert is made of a material that does not interfere in the cast iron melt.
  • the insert 8 can be made of an iron alloy that is identical to the alloy in the converter 1. This ensures that the
  • the insert 8 will melt at the end of the magnesium treatment and will dissolve in the cast iron melt in the converter 1.
  • the insert 8 can, however, also be constructed from a ceramic material. The ceramic material is chosen in any case so that when the insert 8 disintegrates, the material of the insert slags and is compatible with the cast iron melt.
  • the insert 8 is relatively small compared to the amount of melt, a new container can be used for each magnesium treatment. Because the container is made of a compatible material, no disturbing elements are added to the melt.
  • the wall thickness d of the walls 10, 11 is chosen to be as small as possible. On the one hand, this ensures that, when the insert 8 disintegrates, as little material as possible is fed to the cast iron melt in the converter 1.
  • this also means that the insert 8 can be brought to the operating temperature of the converter 1 as quickly as possible.
  • the insert 8 can be used at ambient temperature.
  • the converter 1 can also can be used economically with shorter operating times and with smaller quantities of melt.
  • the converter 1 no longer has a specially designed and walled-in chamber for adding magnesium, the lining 3 of the container 1 is less complicated and quicker and easier to manufacture with refractory material.
  • the converter 1 itself is characterized by a geometrically simpler design.
  • the converter 1 itself has a longer operating life because the wear that occurs in the converter 1 when the melt is treated with magnesium is limited to the insert 8.
  • the life of the bottom part of the converter 1 is no longer dependent on the life of the wall of the chamber for the magnesium addition. You may no longer need three converters 1 for continuous operation, but only two, 1 because the time for preparing a new converter is considerably reduced.
  • time is saved compared to a conventional converter with a chamber wall with holes because the holes in the chamber wall no longer need to be cleaned between two magnesium treatments. More magnesium treatments can be performed at shorter intervals.
  • the new converter 1 is simpler in construction, requires fewer spare parts and less effort for repair and maintenance, and is easier to use. Also Melt batches of around 300 to 1000 kg can now be treated economically with magnesium.

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Abstract

Es wird einen Konverter (1) zur Magnesiumbehandlung von Gusseisenschmelzen vorgeschlagen, mit einer ersten Einfüllöffnung (5) zum Einfüllen der Gusseisenschmelze und einer zweiten Öffnung (7) für die Zugabe des Magnesiums, und wobei in die zweite Öffnung (7) ein Einsatz (8) zur Aufnahme des Magnesiums angeordnet ist.

Description

Konverter zur Magnesiumbehandlung von Gusseisenschmelzen
Die Erfindung bezieht sich auf einen Konverter zur Magnesiumbehandlung von Gusseisenschmelzen, mit einer ersten Einfüllöffnung zum Einfüllen der Gusseisenschmelze und einer zweiten Öffnung für die Zugabe des Magnesiums.
Bei der Gusseisenherstellung wird die Behandlung mit Magnesium durchgeführt, um die Gusseisenschmelze von Schwefel zu reinigen und um die Schmelze für die Bildung von Kugelgraphit vorzubereiten. Im sogenannten Georg-Fischer- Konverterverfahren wird dazu statt einer aufwendigen Magnesiumvorlegierung gewöhnliches Hüttenmagnesium verwendet.
Aus der DE 2216796 ist ein gattungsgemässer Konverter bekannt. In einem Bodenbereich eines kippbaren Konverters zur Magnesiumbehandlung von Gusseisenschmelzen ist eine von aussen zugängliche Kammer für das
Reinmagnesium ausgebildet. In diese Kammer wird nach dem Befüllen des Konverters mit der Schmelze das Reinmagnesium eingelegt. Die Kammerwand weist Durchtrittsöffnungen auf, die eine Verbindung der Kammer mit dem Hauptvolumen des Konverters ermöglichen. Nach dem Befüllen des Konverters mit der Schmelze und dem Magnesium wird der Konverter um 90° in eine aufrechte Position gekippt. Durch die Durchtrittsöffnungen fliesst die Gusseisenschmelze in die Kammer und reagiert mit dem Reinmagnesium. Das Reinmagnesium hat einen Siedepunkt bei etwa 1100 °C, und kann aufgrund der Dampfdruckkurve bei der Temperatur der Gusseisenschmelze einen Druck von etwa 10 bar erreichen. Durch die Durchtrittsöffnungen strömt sowohl flüssige
Gusseisenschmelze in die Kammer als auch Magnesiumdampf aus der Kammer. Dabei werden über einem Zeitraum von 60 bis 120 Sekunden dem ferrostatischen Druck der Schmelze nur geringe Mengen Magnesiumdampf gegenübergestellt, sodass ein gleichmässiger Reaktionsablauf ermöglicht wird. Die Durchtrittsöffnungen können verschlacken, erfordern einen hohen Reinigungsaufwand und sind einem entsprechenden Verschleiss unterworfen. Die Kammerwand muss in einer normalen Giesserei mit Zweischichtbetrieb etwa jede Woche ausgewechselt werden. Vor allem bei kleineren Konvertervolumina haben die Kosten für die Kammerwand einen erheblichen Einfluss auf die Betriebs- und Herstellkosten der Gusseisenprodukte.
Ausgehend von diesem Stand der Technik ist es Aufgabe der Erfindung, einen Konverter zur Magnesiumbehandlung von Gusseisenschmelzen anzugeben, mit dem vor allem bei kleineren Schmelzemengen die Magnesiumbehandlung möglichst wirtschaftlich durchgeführt werden kann.
Diese Aufgabe wird gelöst durch einen Konverter zur Magnesiumbehandlung von Gusseisenschmelzen, mit einer ersten Einfüllöffnung zum Einfüllen der Gusseisenschmelze und einer zweiten Öffnung für die Zugabe des Magnesiums, wobei in der zweiten Öffnung ein Einsatz zur Aufnahme des Magnesiums angeordnet ist.
Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.
Es ist von Vorteil, dass der Konverter möglichst rasch betriebsbereit ist und möglichst wenig Energie zum Aufheizen braucht. Dies wird dadurch erreicht, dass der Einsatz Wände mit einer solchen Wandstärke d aufweist, dass der Einsatz nach der Magnesiumbehandlung in die Gusseisenschmelze im Konverter auflösbar ist. Der Einsatz wird mit Umgebungstemperatur in den heissen Konverter eingesetzt. Die Wandstärke d wird so dimensioniert, dass der Einsatz die Reaktionszeit der Magnesiumbehandlung überdauert und sich anschliessend in der Gusseisenschmelze im Konverter auflöst und / oder verschlackt. Die günstigen Bereitstellungskosten für den Einsatz und die Einsparung der Reinigungskosten für die Kammerwand führen zu dem Vorteil, dass mit dem Konverter auch bei kleinen Schmelzemengen die Magnesiumbehandlung wirtschaftlich und möglichst reproduzierbar durchgeführt werden kann. Dies wird dadurch erreicht, dass der Einsatz ein Volumen von weniger als 1% des
Konvertervolumens aufweist. Dies wird auch dadurch erreicht, dass der Einsatz Wände mit Durchgangsöffnungen für den Durchgang von Gusseisenschmelze und/oder Magnesiumdampf aufweist. Die Durchgangsöffnungen weisen einen Querschnitt auf, der auf den Durchsatz von Magnesiumdampf und Gusseisenschmelze während der Magnesiumbehandlung genau abgestimmt ist.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anhand der Figuren beschrieben. Es zeigen:
Figur 1 eine Sicht auf einen erfindungsgemässen Konverter mit einem Einsatz für die Magnesiumzugabe,
Figur 2 einen Schnitt durch den Einsatz von Figur 1 und
Figur 3 einen weiteren Schnitt durch den Einsatz von Figur 1.
In Figur 1 ist ein Konverter 1 schematisch dargestellt. Der Konverter 1 ist ein in der Metallgiesserei verwendeter Behälter 1 in der eine Menge Gusseisenschmelze vorgelegt und behandelt werden kann. Der Behälter 1 ist im Wesentlichen zylindrisch um eine Achse X ausgebildet, besteht aus einem Gefäss mit Wänden 2 aus Metall und mit einer Auskleidung 3 aus feuerfestem Material. Der Konverter 1 besteht im Wesentlichen aus zwei Teilen, die etwa in der Mitte zusammengebaut sind. Für kleinere Schmelzevolumina kann der Konverter 1 auch aus einem Teil bestehen. Für grössere Schmelzevolumina kann der Konverter 1 auch aus mehr als zwei Teilen zusammengebaut sein. Der Konverter 1 weist zwei mit
Verschlussdeckeln 4,5 abschliessbare Öffnungen 6,7 auf. Die erste Öffnung 6 P T/EP02/13703
dient zum Einfüllen und Ausgiessen der Gusseisenschmelze und die zweite Öffnung 7 dient für die Zugabe von Magnesium. Der Konverter 1 kann auch mit mehr oder weniger als zwei Öffnungen 6,7 ausgebildet sein. Wenn das Konvertervolumen dies zulässt, können mehr als zwei Öffnungen vorgesehen sein, eine zum Einfüllen, eine zum Vorlegen des Magnesiums in die Kammer und eine zum Ausgiessen der behandelten Schmelze. Wenn das Konvertervolumen sehr klein ist, kann auch nur eine Öffnung für sämtliche Schritte des Behandlungsverfahrens vorgesehen sein. Der Konverter 1 wird in der Mitte so an einer nicht dargestellten Drehvorrichtung befestigt, dass für die Magnesiumbehandlung der Konverter von der in Figur 1 dargestellten Lage in Vertikalposition gekippt werden kann. Anschliessend an die Magnesiumbehandlung kann der Konverter wieder in eine Lage gekippt werden die ein kontrolliertes Ausgiessen der behandelten Gusseisenschmelze möglich macht. Für die Kippbewegungen greift die Aufhängevorrichtung den Konverter auf zwei Punkten, die auf einer Achse Y senkrecht zur Behälterachse X liegen, an. Im Bereich der zweiten Öffnung 7 ist einen Einsatz 8 dargestellt. Der Einsatz 8 wird zwischen dem Verschlussdeckel 5 und der Wand 2 des Konverters eingeklemmt.
In den Figuren 2 und 3 ist ein Beispiel des Einsatzes 8 schematisch für sich alleine vergrössert dargestellt. Der Einsatz 8 hat ein Volumen, das höchstens 1% des
Volumens des Konverters 1 ausmacht. Auch für sehr kleine Schmelzechargen von weniger als 100 Liter Schmelze reicht einen Einsatz mit einem Volumen von etwa 1 Liter. Im Einsatz 6 wird das Magnesium in Blöcken, Würfel oder als grobkörniges Material vorgelegt. Wenn das Magnesium in kleinen, gleichförmigen Blöcken vorgelegt wird, kann die Dosierung und die Einwaage des Magnesiummetalls wesentlich vereinfacht werden. Der Einsatz ist im Wesentlichen als ein zylindrischer Behälter 8 ausgebildet und weist Durchgangsöffnungen 9 im Boden 10 und in der Seitenwand 11 auf. Die Durchgangsöffnungen 9 sind im Boden 10 und in der Seitenwand 11 derart angeordnet und so dimensioniert, dass während der Magnesiumbehandlung eine definierte Menge Gusseisenschmelze und / oder Magnesiumdampf hindurch strömen kann. Auf der Seite, die dem Boden 10 gegenüberliegend angeordnet ist, ist der Einsatz 8 offen. Am oberen Rand des Einsatzes 8 sind Lappen oder Flanschbereiche 12 aus dem gleichen Material wie der Rest des Einsatzes ausgebildet. Mittels diesen Flanschbereichen 12 kann der Einsatz zwischen dem Verschlussdeckel 5 und der Wand 2 des Konverters eingeklemmt oder lösbar befestigt werden. Die Lappen oder Flanschbereiche 12 verhindern dabei ein Hineinfallen in die zweite Öffnung 7.
Der Einsatz ist aus einem Material, aufgebaut, das in der Gusseisenschmelze nicht stört. Der Einsatz 8 kann aus einer Eisenlegierung hergestellt werden, die identisch ist mit der Legierung im Konverter 1. Hiermit wird erreicht, dass die
Schmelze im Konverter nicht verunreinigt wird. Der Einsatz 8 wird am Ende der Magnesiumbehandlung schmelzen und sich in der Gusseisenschmelze im Konverter 1 auflösen. Der Einsatz 8 kann jedoch auch aus einem keramischen Werkstoff aufgebaut sein. Der keramische Werkstoff wird dabei auf jedem Fall so gewählt, dass beim Zerfall des Einsatzes 8 das Material des Einsatzes verschlackt und kompatibel ist mit der Gusseisenschmelze.
Weil der Einsatz 8 verhältnismässig klein ist im Vergleich zur Schmelzemenge, kann für jede Magnesiumbehandlung ein neuer Behälter verwendet werden. Weil der Behälter aus einem kompatiblen Material aufgebaut ist, werden der Schmelze keine störenden Elemente zugeführt.
Die Wandstärke d der Wände 10,11 wird so gering wie möglich gewählt. Hierdurch wird einerseits erreicht, dass beim Zerfall des Einsatzes 8 möglichst wenig Material zu der Gusseisenschmelze in den Konverter 1 zugeführt wird.
Andererseits wird dadurch auch erreicht, dass der Einsatz 8 möglichst schnell auf die Betriebstemperatur des Konverters 1 gebracht werden kann. Im Gegensatz zu einem konventionellen Konverter, bei dem die Kammer oft mit einer Schmelzecharge gespült wird um auf die Arbeitstemperatur zu kommen, kann der Einsatz 8 mit Umgebungstemperatur eingesetzt werden. Hiermit wird die
Zykluszeit für eine Magnesiumbehandlung verkürzt. Der Konverter 1 kann auch bei kürzeren Einsatzzeiten und bei kleineren Schmelzemengen schon wirtschaftlich eingesetzt werden.
Wenn für jede Magnesiumbehandlung ein neuer Einsatz 8 verwendet wird, kann sichergestellt werden, dass die Durchgangsöffnungen 9 für den Durchgang von Gusseisenschmelze und Magnesiumdampf jederzeit den richtigen Strömungsquerschnitt aufweisen. Die Anordnung und der Querschnitt der Durchgangsöffnungen 9 wird genau reproduzierbar hergestellt. Dies ist ausschlaggebend für die Strömungsverhältnisse der Schmelze und des -Magnesiumdampfes während der Magnesiumbehandlung. Die
Magnesiumbehandlung selbst wird dadurch genau reproduzierbar.
Weil der Konverter 1 keine speziell ausgebildete und eingemauerte Kammer für die Magnesiumzugabe mehr aufweist, ist die Auskleidung 3 des Behälters 1 mit feuerfestem Material weniger kompliziert und schneller und einfacher herzustellen. Der Konverter 1 selbst zeichnet sich aus durch eine geometrisch einfachere Bauart. Der Konverter 1 selbst erreicht eine längere Betriebslebensdauer, weil der Verschleiss, der bei der Behandlung der Schmelze mit Magnesium im Konverter 1 auftritt, auf den Einsatz 8 beschränkt bleibt. Die Lebensdauer des Bodenteiles des Konverters 1 wird nicht länger abhängig von der Lebensdauer der Wand der Kammer für die Magnesiumzugabe. Eventuell braucht man für einen kontinuierlichen Betrieb nicht mehr drei sondern nur noch zwei Konverter 1 , weil die Zeit für die Vorbereitung eines neuen Konverters erheblich verkürzt wird. Während dem Betrieb mit den erfindungsgemässen Konverters 1 mit dem Einsatz 8 wird gegenüber einem konventionellen Konverter mit einer Kammerwand mit Löchern weiter Zeit gespart, weil die Löcher in der Kammerwand zwischen zwei Magnesiumbehandlungen nicht mehr gereinigt werden müssen. Es können in kürzeren Zeitabständen mehr Magnesiumbehandlungen durchgeführt werden.
Der neue Konverter 1 wird einfacher im Aufbau, braucht weniger Ersatzteile und weniger Aufwand für Reparatur und Wartung und ist leichter zu bedienen. Auch Schmelzechargen von etwa 300 bis 1000 Kg können neu wirtschaftlich mit Magnesium behandelt werden.

Claims

02 137038Patentansprüche
1. Konverter (1) zur Magnesiumbehandlung von Gusseisenschmelzen mit einer ersten Einfüllöffnung (5) zum Einfüllen der Gusseisenschmelze und einer zweiten Öffnung (7) für die Zugabe des Magnesiums, dadurch gekennzeichnet, dass in die zweite Öffnung (7) ein Einsatz (8) zur Aufnahme des Magnesiums angeordnet ist.
2. Konverter nach dem Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Einsatz (8) aus einem Material ausgebildet ist, das in der Zusammensetzung mit der Zusammensetzung der Gusseisenschmelze kompatibel ist.
3. Konverter nach mindestens einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Einsatz (8) aus einem keramischen Werkstoff ausgebildet ist.
4. Konverter nach mindestens einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Einsatz (8) aus einem metallischen Werkstoff ausgebildet ist.
5. Konverter nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Einsatz (8) Wände (10,11) mit einer solchen Wandstärke (d) aufweist, dass der Einsatz (8) nach der Magnesiumbehandlung in die Gusseisenschmelze im Konverter (1) auflösbar ist.
6. Konverter nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Einsatz (8) im Bereich der zweiten Öffnung (7) zwischen einem zur Öffnung (7) passenden Verschlussdeckel (5) und einer Wand (2) des Konverters (1) lösbar verbindbar angeordnet ist.
7. Konverter nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Einsatz (8) ein Volumen von weniger als 1 % des Konvertervolumens aufweist.
8. Konverter nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Einsatz (8) Wände (10,11) mit Durchgangsöffnungen (9) für den Durchgang von Gusseisenschmelze und/oder Magnesiumdampf aufweist.
9. Konverter nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurchgekennzeichnet, dass die Durchgangsöffnungen (9) einen Querschnitt aufweisen, der auf den Durchsatz von Gusseisenschmelze und Magnesiumdampf während der Magnesiumbehandlung genau abgestimmt ist.
PCT/EP2002/013703 2002-02-21 2002-12-04 Konverter zur magnesiumbehandlung von gusseisenschmelzen WO2003070989A1 (de)

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