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Verfahren zur Herstellung eines Gußeisens mit kontrollierter blättchen-
oder kugelförmigei Graphitstruktur Die Erfindung bezieht sich auf die Herstellung
von Gußeisen mit einer kontrollierten blättchen- oder kugelförmigen Graphitstruktur
durch Einleiten eines ein Additiv enthaltenden Trägergases in das geschmolzene Metall.
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Bei der Herstellung von Gußeisen ist es bekannt, dem geschmolzenen
Gußeisen Legierungen oder Verbindungen zuzufügen, die beispielsweise graphitisieren,
die physikalischen Eigenschaften verbessern, entschwefeln oder eine kugelförmige
Struktur ergeben. Solche Additive werden gewöhnlich dem geschmolzenen Metall direkt
in die Gießpfanne zugegeben oder aber beim Eingießen von einer Gießpfanne in eine
andere oder durch Einspritzen in das geschmolzene Metall mittels eines feuerfesten
Rohres oder mittels mechanischer Mischvorrichtungen. Keine dieser Arten der Hinzufügung
eines Additivs stellt vollkommen zufrieden, weil sich das Additiv unvollständig
löst oder reagiert oder wegen des Temperaturverlustes, der eine Änderung der Eigenschaften,
schadhaften Guß, sehr hohe Kosten oder andere Nachteile zur Folge hat.
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Gemäß der Erfindung werden diese Nachteile dadurch vermieden, daß
Argon oder Helium in einen in einer Gießpfanne angeordneten Additivbehälter, der
ein Additiv mit niedrigerem Schmelzpunkt als das Gußeisen enthält, eingeleitet wird
und daß das verdampfte Additiv aus dem Additivbehälter in die Metallmasse eingeblasen
wird, wobei es die Metallmasse umrührt und sich unter homogener Mischung mit dem
Metall schnell und gleichmäßig auflöst.
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Im Gegensatz zu bekannten Verfahren wird also das Additiv in verdampfter
Form in die Metallmasse eingeblasen.
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Der Additivbehälter kann ein Ofen sein, irgendein anderer Behälter
oder eine Gießpfanne. Der das Additiv enthaltende Behälter kann ein feuerfester
Körper sein, der einen freien Durchtritt des Gases gestattet. Der feuerfeste Körper
kann mit Graphit belegt sein, um Metallimprägnation zu vermeiden. Umgekehrt kann
der Behälter für das Additiv auch aus Metall od. dgl. bestehen und mit einem entsprechenden
feuerfesten Material belegt sein.
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In den Zeichnungen ist F i g. 1 ein Querschnitt durch eine Gießpfanne
mit den erfindungsgemäßen Merkmalen; F i g. 2 und 3 sind weitere Ausführungsarten
der Erfindung.
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In der Gießpfanne nach F i g. 1 befindet sich graues Gußeisen. Die
Gießpfanne hat die übliche feuerfeste Auskleidung 1, und am Boden der Gießpfanne
befindet sich ein Behälter 2 aus Graphit oder einem anderen Material für das Additiv.
Der Behälter 2 hat einen abnehmbaren oberen Teil 3, der aus porösem Material besteht
mit so großen Poren, daß Gas hindurchgeleitet werden kann. Ein weiterer poröser
feuerfester Körper 4 ist in der Auskleidung der Gießpfanne unterhalb des oberen
Teils 3 eingesetzt und dient als Gaseinlaß. Der feuerfeste Körper 4 hat Verbindung
mit einer Zufuhrleitung 5 für ein neutrales Gas, wie beispielsweise Stickstoff,
Argon oder Helium. Vor dem Einfüllen des geschmolzenen Eisens in die Gießpfanne
wird der feuerfeste Körper 3 abgenommen, und es wird ein Additiv in diesen Behälter
eingebracht, wie beispielsweise Selen, Zink, Kalium, Magnesium, Barium, Cadmium,
Lithium, Tellur, Neodymium, Strontium oder deren Legierungen. Dann wird der feuerfeste
Körper 3 wieder aufgesetzt, und die Gießpfanne wird mit geschmolzenem Metall gefüllt.
Danach wird von der Zufuhrleitung 5 über die porösen Körper 4 und 3 ein Gas
in das geschmolzene Metall geleitet.
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Die Additive in dem Behälter 2 haben einen Siedepunkt, der unter dem
des Gußeisens liegt, und die Dämpfe der Additive imprägnieren das geschmolzene Eisen
in weniger als drei Minuten und haben die gewünschten Strukturänderungen zur Folge.
Die
F i g. 2 und 3 zeigen Abänderungen, die für Additive bestimmt sind, die schwer in
geschmolzenem Gußeisen in Lösung zu halten sind. Solche Additive sind Kalzium, Molybdän,
Zer, Lanthanium, Chrom, Zirkon, Vanadium, Silizium oder deren Legierungen. Die in
F i g. 2 und 3 gezeigten Gießpfannen haben eine feuerfeste Auskleidung 6 und einen
Behälter 7 für ein Additiv am Boden der Gießpfanne. Der Behälter 7 hat eine solche
Form, daß sich das geschmolzene Eisen und das Gas sofort berühren können, aber der
Behälter selbst widersteht zeitweilig dem Angriff des geschmolzenen Eisens und besteht
beispielsweise aus Stahl, der mit einem wäßrigen feuerfesten Schlamm belegt ist.
Dieser Schlamm kann eine Mischung sein aus Kieselsäuremehl, Ton und 219/o Natriumsilikat.
Durch diesen Belag kann der Behälter 7 das Additiv so lange zurückbehalten, bis
sich eine vollständige Lösung ergibt. In F i g. 2 wird der Behälter 7 durch einen
Absatz oder Anschlag in der Auskleidung 6 der Gießpfanne in seiner Lage gehalten,
und in F i g. 3 dienen hierzu ein Sims 8 mit einer Öffnung 9 und eine Seite der
Auskleidung 6. In beiden Fällen liegt der Behälter 7 unmittelbar über einem porösen
feuerfesten Körper, z. B. einem Stein 10, der in die Auskleidung der Gießpfanne
eingesetzt ist und in Verbindung steht mit einer Gasleitung 11.
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Das Additiv kann auch mechanisch durch einen feuerfest ausgekleideten
Behälter geleitet werden, der seinerseits in einem in der Nähe des Gasstroms gelegenen
Behälter liegt, oder es kann auch ein Behälter direkt in Berührung mit dem durch
das Gas umgerührten Metallstrom stehen.
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Beispiel 1 In einem üblichen Kupolofen aus verschiedenem Schrott geschmolzenes
Gußeisen mit etwas Oxid und anderen Fremdteilen enthält in geschmolzenem Zustand
0,3% Phosphor und 0,12% Schwefel mit Schlacke in Form von Mang ansulfid und Kieselsäure.
Die Graphitstruktur dieses geschmolzenen Eisens bestand aus groben Blättchen und
hatte bei Versuchsstangen von 30 mm Durchmesser eine Festigkeit von 1417 ka/cm22.
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2,25 kg einer Magnesium-Eisen-Silizium-Legierung wurden in einen Additivbehälter
gemäß F i g. 1 eingebracht, und in die Gießpfanne wurden 225 kg geschmolzenes Eisen
eingebracht. Nach Füllung der Gießpfanne wurde das neutrale Gas eingelassen mit
einem Druck von 0,7 kg/cm= und in einer Menge von 1130 cms pro Stunde, und zwar
ungefähr 4 Minuten lang. Die Gießpfanne wurde während der Behandlung abgedeckt.
Nach der Behandlung wurde der Deckel entfernt und ebenso die Schlacke auf dem geschmolzenen
Eisen, und das Metall wurde in üblicher Weise abgelassen.
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In einer Abänderung zu diesem Beispiel wurden statt der magnesiumreichen
Legierung 450 bis 2250 g Magnesiumkörner mit einem neutralen Macerial verwendet.
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In beiden Fällen änderte sich die Graphitstruktur von Blättchen zu
Kügelchen, und die Festigkeit vergrößerte sich von 1417 auf 5040 kg/em2.
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Vergleichsversuche wurden ausgeführt, wobei die gleiche Legierungsmenge
in Oberflächenbehandlung hinzugefügt wurde ohne direkte Berührung mit Gas. Dabei
ging der größte Teil des Additivs durch Verbrennung und Verschlackung verloren,
und weder die Struktur des Eisens noch seine Dehnung verbesserten sich.
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Beispiel 2 Bei diesem Beispiel wurde das Additiv gemäß F i g. 3 in
den Stahlbehälter eingeführt, und es wurden nicht leicht in Gußeisen in Lösung zu
haltende Materialien verwendet, nämlich Eisenmolybdän und Eisenmangan, und zwar
in solchen Mengen, daß sich der Mangangehalt von 0,7% im ursprünglichen Metall auf
20!o im Endguß vergrößert und der Molybdängehalt von 00/0 auf 2%. Bei den üblichen
Anwendungen von Additiven auf der Oberfläche dieser Materialien ergibt sich eine
nicht genau festliegende Rückgewinnung von bis zu etwa 75 0/0. Bringt man dagegen
die gemischten Legierungen in den offenen Stahlbehälter und benutzt ein neutrales
Gas zur Aktivierung eines kontinuierlichen Flusses von geschmolzenem Eisen durch
ein Additiv, dann ergab sich eine Rückgewinnung mit 97%.