<Desc/Clms Page number 1>
Verfahren zur Entschwefelung von im Kupolofen hergestellten Gusseisenschmelzen
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Entschwefelung von im Kupolofenverfahren hergestelltem Gusseisen. Insbesondere betrifft das erfindungsgemässe Verfahren eine Verbesserung, durch die eine stärkere Entschwefelung erzielt wird, und ferner wird das Eisen nicht nur hochgradig entschwefelt, sondern auch zu einem gewissen Grade gefeint, d. h. der Sauerstoffgehalt wird herabgesetzt. Es ist bekannt,
Schachtöfen, wie z. B. Kupolöfen, zur Herstellung von Gusseisen zu verwenden und im handelsüblichen
Verfahren wird eine Charge im Kupolofen geschmolzen, die aus Roheisen, Eisenschrott, Stahlschrott und Flussmitteln besteht.
Die Charge wird üblicherweise durch Erhitzen auf einem Koksbett geschmolzen und der Koks wird auf die notwendige Schmelztemperatur gebracht, indem man Luft durch die Wind- formen des Ofens in den Koks hineinbläst. Bei den bekannten und üblichen Verfahren wird im allgemeinen der Kupolofen erst mit Koks beschickt, u. zw. so, dass die Oberfläche des Koksbettes ein Stück oberhalb der Windformebene liegt. Nach Beendigung der Koksbetteinlage wird der Koks angezündet und einge- brannt und wenn der Koks auf Weissglut gebracht worden ist, wird die Chargenbeschickung des Kupol- ofens und die Schmelzung eingeleitet.
Im allgemeinen wird eine Charge im Kupolofen in Schichten eingelegt, d. h. eine Schicht Kalkstein, gefolgt von einer Schicht Roheisen mit Schrott und einer Schicht Koks, dann wieder eine Schicht Kalk- stein, dann wieder eine Schicht Roheisen mit Schrott, dann wieder Koks, dann wieder Kalkstein, dann wieder Roheisen mit Schrott, dann wieder Koks, dann wieder Kalkstein usw. Die zusätzliche Einschichtung von Koks geschieht, um den Koks, der im Laufe des Verfahrens ausgebrannt wird, zu ersetzen.
Im Verlaufe des Verfahrens sinkt die Charge langsam im Kupolofen hinab, und das Metall verflüssigt sich und schmilzt hauptsächlich in der Schmelzzone, d. h. im heissesten Teil des Ofens, der sich direkt oberhalb der Windformenebene befindet. Dann rinnt das überhitzte, flüssige Eisen ab und fliesst um die Koksstücke im Koksbett herum. Es wird am Fusse des Koksbettes, d. h. im Gestell des Kupolofens, gesammelt. Das angesammelte, flüssige Schmelzgut kann dann aus dem dafür vorgesehenen Abstichloch abgestochen werden. Die amerikanische Patentschrift Nr. 2, 643, 185 beschreibt eine Verbesserung von schon bekannten Verfahren. Es wird der Kupolcharge eine verhältnismässig geringe Menge von Kalziumkarbid zugesetzt und dadurch eine Senkung des Schwefelgehaltes im Eisen bewirkt.
Die amerikanische Patentschrift Nr. 2, 865, 735 beschreibt im Grunde das gleiche Verfahren wie die Patentschrift Nr. 2, 643, 185, d. h. die Verwendung von Kalziumkarbid zur Entschwefelung von Gusseisen.
Erfindungsgemäss wird aber ein besonderes Kalziumkarbid, nämlich mit einem Schmelzpunkt unterhalb von 1800 C, verwendet.
In beiden, in diesen Patentschriften beschriebenen Verfahren wird Kalziumkarbid als ein Teil der Charge in den Kupolofen eingebracht. Diese Verfahren nach Carter und Timmerbeil tragen zu einer merklichen Steigerung in der Entschwefelung des behandelten Eisens bei. Es bestehen jedoch auch bei diesen Verfahren noch gewisse Nachteile. Einer von diesen ist, dass das Verfahren keine vollkommene Wirkung hat, bevor nicht mehrere Chargen durch den Kupolofen durchgesetzt wurden. Fernerhin muss hier auch die Tatsache in Betracht gezogen werden, dass das Kalziumkarbid mit dem Eisen der Schmelzzone reagiert. Bei den Verfahrenstemperaturen wird das Kalziumkarbid geschmolzen und oxydiert. Dieses führt zu einer zusätzlichen und in vielen Fällen unerwünschten Temperaturerhöhung in der Schmelzzone.
Bei verhältnismässig höheren Schmelzzonentemperaturen erhöht sich nämlich die Kohlenstoffaufnahme, da das Eisen schneller und heisser geschmolzen wird. Ausserdem ist, wenn das geschmolzene Eisen mit dem geschmolzenem Kalziumkarbid in der Schmelzzone in Berührung kommt, häufig keine vollwirksame Entschwefelung zu erzielen, da die geschmolzenen Phasen sich nicht genügend innig miteinander vermischen können, um einen ausreichenden Kontakt des vorhandenen Eisens mit vorhandenem Kalziumkarbid herzustellen.
Die vorliegende Erfindung betrifft ein neues Verfahren zur Entschwefelung von Gusseisenschmelzgut, in dem die Nachteile der schon bekannten Verfahren und auch der vorerwähnten, verbesserten Verfahren nicht zu Tage treten, d. h. in dem erfindungsgemässen Verfahren wird die vorerwähnte hohe Kohlenstoffabsorption im Eisen verhindert und zweitens ist das Verfahren sofort wirksam und es brauchen nicht mehrere
<Desc/Clms Page number 2>
Durchsätze im Kupolofen stattzufinden, bevor das Verfahren seinen vollen Wirkungsgrad erreicht. Die erfindungsgemässe Entschwefelung von Eisen wird in hohem Grade wirksam durchgeführt, indem man das der Entschwefelung dienende Kalziumkarbid unterhalb der Windformenebene in den Kupolofen einbringt. Erfindungsgemäss wird das Kalziumkarbid auf dem Gestellboden unterhalb des Koksbettes in den Kupolofen eingebracht.
Beim Ablaufen kommt das flüssige Eisen daher mit dem Kalziumkarbid in guten Kontakt und eine innige Verengung zwischen dem flüssigen Eisen und dem Kalziumkarbid wird gewährleistet. Das erfindungsgemässe Verfahren ist ausserdem durch grosse Geschwindigkeit, d. h. kurze Verfahrensdauer bei voller Wirkung, gekennzeichnet und es kann bei den üblichen Verfahrens- temperaturen im Kupolofen, d. h. mit einer Temperatur für das anfallende geschmolzene Eisen in der
Grössenordnung von 1540 bis 17000 C ohne weiteres durchgeführt werden. Wie schon vorerwähnt, ist das erfindungsgemässe Verfahren schon bei der Behandlung der ersten Charge vollkommen wirksam.
Bevorzugterweise wird das im Verfahren erwähnte Kalziumkarbid in wasserdichten Papiersäcken in den
Kupolofen eingeführt, u. zw. werden diese Säcke auf den Gestellboden des Kupolofens aufgelegt, wobei sie die ganze Gestellbodenoberfläche bedecken sollten. Zum völligen Abdecken des gesamten Gestell- bodens eines üblichen Kupolofens werden 50-100 kg Kalziumkarbid benötigt. Es ist bekannt, dass man ungefähr 3i-4 kg Kalziumkarbid braucht, um eine Tonne Eisen wirksam zu entschwefeln. Wie vor- erwähnt, bietet das erfindungsgemässe Verfahren die Möglichkeit für eine besonders ausgiebige Berührung zwischen Karbid und Eisen, da das flüssige Eisen mit dem halbflüssigen Karbid unterhalb der Schmelzzone in Verbindung kommt. Dieses trägt zu einer ausgiebigen Berührung bei, da das Eisen in der Berührungs- zone, die im Gestell liegt, gesammelt wird.
Das erfindungsgemässe Entschwefelungsverfahren ist den bekannten Verfahren in seiner Wirkung weit überlegen. In den bekannten Verfahren wird das Kalzium- karbid z. B. nach dem Abstich in das Eisen eingeblasen und die geringe Dichte des Kalziumkarbids bewirkt, dass das Kalziumkarbid auf der Eisenoberfläche schwimmt. Daher wird oft nur die Oberfläche wirksam entschwefelt und es ist immer nur ein geringer Teil des Karbides mit einer relativ kleinen Menge Eisen in Berührung.
In den bekannten Verfahren wird ein sauer zugestellter Kupolofen verwendet, da die saure Zustellung einen geringeren Produktionskostenaufwand erfordert. Üblicherweise hat Eisen, das man in einem sauer zugestellten Kupolofen bekommt, einen Schwefelgehalt in der Grössenordnung von 0, 075%, wenn Gusseisen mit einer Kugelgraphitstruktur auf bekannte Weise hergestellt wird. Der Schwefelgehalt dieses Eisens wird dann in den bekannten Verfahren verringert, indem man Magnesium- oder Ceriumlegierungsstoffe zusetzt.
Im erfindungsgemässen Verfahren wird der Schwefelgehalt des Eisens nicht durch Zusatz von Legierungszusätzen vermindert, sondern nur durch den Zusatz von Kalziumkarbid. Das erfindungsgemässe Verfahren ermöglicht bei Verwendung der gleichen Menge von Karbid eine weit grössere Verminderung des Schwefelgehaltes, als sie mit bekannten Verfahren erzielt werden kann. Der Schwefelgehalt geht von 0, 075% bis zu 0, 04% herab, was durch die bestimmte Art des Kalziumkarbidzusatzes bewirkt wird und eine bestimmte Handhabung ermöglicht es, die Magnesium-und Ceriumzusätze stark zu verringern oder von ihrer Verwendung ganz abzugehen. Erfindungsgemäss wird das Kalziumkarbid zur Entschwefelung auf dem Boden des Kupolofens eingebracht.
Diese erfindungsgemässe Einbringung von Kalziumkarbid auf dem Boden des Kupolofens führt zu einer bedeutend wirksameren Entschwefelung als die bei schon bekannten Verfahren, in denen das Kalziumkarbid in Schmelze ausserhalb des Kupolofens oder in die Charge im Kupolofen eingeführt wird. Im erfindungsgemässen Verfahren wird eine Entschwefelung mit einer Ladung Kalziumkarbid für eine Zeitspanne von ungefähr 3 h durchgeführt. Dann muss bei Bedarf Kalziumkarbid nachgefüllt werden. Man kann das Kalziumkarbid auf dem Gestellboden des Ofens auffüllen, indem man im Ofen in der Nähe des Bodens ein Loch zum Nachfüllen anbringt oder indem man ein schon bestehendes Loch benutzt, z. B. das im allgemeinen dazu dient, das Koksbett des Kupolofens mit einem Brenner zu entzünden.
Man kann auch das Kalziumkarbid für das erfindunggemässe Verfahren durch das Abstichloch des Ofens einfüllen. Bei dieser Art der Einbringung muss der Schmelzvorgang im Kupolofen zeitweilig unterbrochen werden. Um jedoch eine Unterbrechung des Schmelzvorganges zu vermeiden, kann das Karbid ununterbrochen eingeblasen werden. Beim erfindunggemässen Verfahren eignet sich zum Einblasen insbesondere ein feinteiliges Karbid, das aus einem Karbidstaub besteht und dessen Teilchen in der Grössenordnung von 0, 06 mm Durchmesser liegen. Erfindunggemäss ist es vorteilhaft, wenn dieses zusätzliche Kalziumkarbid unterhalb der Windformenebene über der Gestellbodenoberfläche eingeblasen wird.
Das erfindungsgemässe Verfahren soll an Hand des nachfolgenden Beispieles erläutert werden.
Beispiel :
180 kg Kalziumkarbid in wasserdichten Papiersäcken, d. h. 12 Papiersäcke von je 15 kg Gewicht, wurden auf den Gestellboden eines sauer zugestellten Kupolofens mit einem lichten Gestelldurchmesser von 1500 mm eingelegt. Im ersten Teil des Verfahrens wurde im Kupolofen Gusseisen für Kugelgraphitstrukturguss hergestellt. Im zweiten Teil des Verfahrens wurde normales Gusseisen für Grauguss hergestellt. Die Chargen wurden immer mit Bezug auf das gewünschte Endprodukt zugerichtet.
Ohne Entschwefelung enthält das Eisen, das zur Herstellung von Gusseisen mit Kugelgraphitstruktur geeignet ist, einen Durchschnittsgehalt von 0, 075% Schwefel und das Eisen, das zur Herstellung von Grauguss geeignet
<Desc/Clms Page number 3>
ist, einen Schwefelgehalt von 0, 115%. Das abgestochene Eisen, das zur Herstellung von Gussstücken mit Kugelgraphitstruktur dient, wurde dann nach Abstich mit Magnesium- und Ceriumlegierungszusätzen behandelt, um den Schwefelgehalt des Eisens auf 0, 01% herabzusetzen und um die gewünschte kugelförmige Graphitstruktur zu erzielen.
An Hand der nachfolgenden Tabelle wird dargestellt, wie durch die Entschwefelung mittels Kalziumkarbids nach dem erfindungsgemässen Verfahren der Schwefelgehalt eines Eisens, das nach Abstich zur Herstellung von Guss mit kugelförmiger Graphitstruktur dienen soll, von 0, 075% auf 0, 04% Schwefel herabgesetzt wird. Dementsprechend wird viel weniger Magnesium als Legierungszusatz benötigt, um den Schwefelgehalt dieses Eisens dann weiter von 0, 04 auf 0, 01% herabzudrücken. Der Schwefelgehalt des Graugusseisens wurde mit dem erfindungsgemässen Verfahren durch Zusatz von Kalziumkarbid von 0, 115% auf 0, 091% herabgesetzt.
Tabelle :
EMI3.1
<tb>
<tb> Hergestelltes <SEP> Eisen <SEP> Zeitverlauf <SEP> nach <SEP> dem <SEP> Ahstich <SEP> %Schwefel
<tb> 1. <SEP> Abstich <SEP> (min) <SEP> Nummer
<tb> Grauguss.............................. <SEP> " <SEP> - <SEP> 1 <SEP> 0, <SEP> 065 <SEP>
<tb> Eisen <SEP> mit <SEP> einer <SEP> Kugelgraphitstruktur...... <SEP> 17 <SEP> 2 <SEP> 0, <SEP> 046 <SEP>
<tb> Eisen <SEP> mit <SEP> einer <SEP> Kugelgraphitstruktur...... <SEP> 28 <SEP> 3 <SEP> 0, <SEP> 042 <SEP>
<tb> Eisen <SEP> mit <SEP> einer <SEP> Kugelgraphitstruktur...... <SEP> 41 <SEP> 4 <SEP> 0, <SEP> 040 <SEP>
<tb> Eisen <SEP> mit <SEP> einer <SEP> Kugelgraphitstruktur...... <SEP> 52 <SEP> 5 <SEP> 0, <SEP> 042 <SEP>
<tb> Eisen <SEP> mit <SEP> einer <SEP> Kugelgraphitstruktur...... <SEP> 61 <SEP> 6 <SEP> 0, <SEP> 045 <SEP>
<tb> Eisen <SEP> mit <SEP> einer <SEP> Kugelgraphitstruktur......
<SEP> 71 <SEP> 7 <SEP> 0, <SEP> 046 <SEP>
<tb> Eisen <SEP> mit <SEP> einer <SEP> Kugelgraphitstruktur...... <SEP> 81 <SEP> 8 <SEP> 0, <SEP> 047 <SEP>
<tb> Eisen <SEP> mit <SEP> einer <SEP> Kugelgraphitstruktur...... <SEP> 87 <SEP> 9 <SEP> 0, <SEP> 048 <SEP>
<tb> Eisen <SEP> mit <SEP> einer <SEP> Kugelgraphitstruktur...... <SEP> 99 <SEP> 10 <SEP> 0, <SEP> 046 <SEP>
<tb> Durchschnittswert <SEP> : <SEP> 0, <SEP> 044 <SEP>
<tb> Grauguss <SEP> 112 <SEP> I <SEP> 11 <SEP> 0, <SEP> 072 <SEP>
<tb> Grauguss............................... <SEP> 128 <SEP> 12 <SEP> 0, <SEP> 096 <SEP>
<tb> Grauguss <SEP> 138 <SEP> 13 <SEP> 0, <SEP> 102 <SEP>
<tb> Grauguss <SEP> 147 <SEP> 14 <SEP> 0, <SEP> 096 <SEP>
<tb> Grauguss <SEP> 160 <SEP> 15 <SEP> 0, <SEP> 092 <SEP>
<tb> Durchschnittswert <SEP> :
<SEP> 0.091
<tb>
Mit Bezug auf die im Beispiel und der Tabelle dargelegten Werte wäre zu erwähnen, dass man bei dem erfindungsgemässen Verfahren im Laufe der Entschwefelung dem Eisen kein zusätzliches Kalziumkarbid zuführen muss. Fernerhin war ausser der Entschwefelung auch noch eine Verbeserung im Fliessvermögen des Eisens und der Schlacke zu verzeichnen und man erhielt ein reineres Eisen, d. h. ein Eisen mit niedrigem Sauerstoffgehalt (gebunden oder frei), das aus dem Kupolofen bei hohen Abstichtemperaturen abgestochen werden konnte.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Verfahren zur Entschwefelung von im Kupolofen hergestellten Gusseisenschmelzen mit Kalziumkarbid, dadurch gekennzeichnet, dass die Schmelze einer Kalziumkarbidbehandlung derart unterworfen wird, dass sie erst unterhalb des Koksbettes des Kupolofens mit dem Kalziumkarbid in Berührung kommt, wobei vorzugsweise der Gestellboden des Kupolofens mit Kalziumkarbid vollkommen bedeckt ist.