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Die Erfindung betrifft ein Behandlungsmittel für Eisenschmelzen zur
Erzeugung von kugelgraphithaltigen Gußstücken, bestehend aus einem porösen Eisenkörper,
dessen Poren mindestens teilweise mit Magnesium gefüllt sind.
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Es ist bekannt, zur Erzeugung von Gußeisen mit Kugelgraphit Eisenschmelzen
mit Magnesium bzw. magnesiumhaltigen Legierungen zu behandeln. In der Technik erfolgt
die Behandlung überwiegend entweder durch Tauchen von Legierungen mittels einer
Tauchglocke in die Eisenschmelze oder durch Übergießen einer Legierung mit einer
Eisenschmelze. Die Verfahrensweise hängt im wesentlichen von der chemischen Zusammensetzung
des Zusatzmittels, insbesondere von dessen Magnesiumgehalt ab.
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Der Nachteil der Anwendung von Legierungen besteht darin, daß außer
dem kugelgraphitbildenden Bestandteil auch andere Metalle in die Schmelze gelangen.
Enthält die Eisenschmelze beispielsweise bereits einen für die Endanalyse ausreichenden
Siliciumgehalt, wird das Einbringen von weiterem Silicium in Form einer Magnesium-Silicium-Eisen-Legierung
wegen der damit verbundenen Veränderung der mechanischen Eigenschaften des Gußeisens
oft nicht zweckmäßig sein.
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Ferner ist es bekannt, zur Herstellung von Eisenguß mit Kugelgraphit
einen porösen Sinterkörper aus Eisenpulver, Ferrosilicium oder keramischem Material,
dessen Poren mit Magnesium mindestens teilweise gefüllt sind, zu verwenden. Das
Porenvolumen soll dabei zwischen 40 und 60 Oll, liegen. Das Aufnahmevermögen derartiger
gesinterter Trägerkörper für Zusatzstoffe ist jedoch gering und beträgt nur etwa
15 % . Außerdem wird bei Verwendung von Ferrosilicium mit dem Silicium
eine unerwünschte Substanz in die Schmelze eingeführt.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Behandlungsmittel für
Eisenschmelzen zur Erzeugung kugelgraphithaltiger Gußstücke zu schaffen, welches
aus einem porösen Eisenkörper mit einem möglichst hohen Gehalt an Kugelgraphit bildendem
Magnesium besteht, keine die Analyse des entstehenden Produkts beeinflussende Metalle
enthält und auch noch ein Sintern zur Herstellung des Eisenkörpers überflüssig macht.
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Gelöst wird diese Aufgabe erfindungsgemäß dadurch, daß als poröser
Eisenkörper Eisenschwamm mit einem Gesamtporenvolumen von 66 bis 780/,
und
einer Porenzahl von 0,05 .103 bis 6,0 .103 Poren je mm3 verwendet wird. Zweckmäßigerweise
enthält das Behandlungsmittel neben Magnesium noch Calcium, Strontium, Barium und/oder
Seltene Erd-Metalle.
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Vorzugsweise enthält das erfindungsgemäße Mittel 32 bis 42 Gewichtsprozent
Magnesium, bezogen auf das Leergewicht des Eisenschwamms.
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Zur Herstellung von Eisenschwamm sind mehrere Verfahren bekannt.
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Je nach Herstellungsart des Eisenschwammkörpers werden sein Porenvolumen
und die Porenzahl verschieden sein. Es hat sich erwiesen, daß ein Porenvolumen und
eine Porenzahl wie angegeben entsprechend einer Porengröße von 1 - 10-2 bis 1,5
10-4 mm3 für die Aufnahme der Tränkmetalle besonders gut geeignet ist, so daß die
Herstellung des erfindungsgemäßen Behandlungsmittels für Eisenschmelzen mit den
gewünschten Gehalten an Tränkmetallen treffsicher und schnell gelingt. Die Porenzahl
des Eisenschwamms ist entscheidend für die Herstellung des Behandlungsmittels. Mit
steigender Porenzahl und entsprechend abnehmender Porengröße bei gleichem Gesamtporenvolumen
sinkt die Treffsicherheit beim Tränken des Eisenschwamms. Die Gesamtporosität des
Eisenschwamms, welche bis zu 78 °/o betragen darf, ist begrenzt durch seine Festigkeit;
bei höherer Porosität genügt die Festigkeit des Eisenschwammkörpers nicht mehr den
Anforderungen, welche beim Transport, bei der Zerkleinerung und bei der Behandlung
mit Zusatzstoffen gestellt werden. Eisenschwammkörper der beschriebenen Art vermögen
32 bis 42 Gewichtsprozent, bezogen auf das Leergewicht, an Magnesium aufzunehmen.
Hierbei werden die Eisenschwammstücke entsprechender Porosität in flüssiges Magnesium
oder Magnesiumlegierungen mit einem oder mehreren der obenerwähnten Metalle getaucht.
Je nach Porenvolumen und Tauchzeit lassen sich Körper mit verschiedenen Gehalten
an wirksamen Bestandteilen erhalten. Die Stückgröße der Eisenschwammteile soll nicht
unter 20 mm betragen. Bei Unterschreitung dieser Grenze besteht die Gefahr einer
zu stürmischen Reaktion. Die obere Grenze der Stückgröße ist nach Temperatur und
Menge der zu behandelnden Charge verschieden. Bei höherer Temperatur können größere
Stücke verwendet werden als bei niederer Temperatur.
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Die folgende Tabelle erläutert einige magnesiumhaltige Eisenschwammkörper
und die Beziehung zwischen den erfindungsgemäß entscheidenden Größen im Vergleich
mit einem außerhalb der Erfindung liegenden getränkten Eisenschwamm.
| Eisenschwamm a b c |
| (Vergleich) |
| Gesamtporosität (°/o) . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . 76 73 54 |
| Spezifisches Gewicht vor der Mg-Behandlung (g/cm3) 1,8 2,0
3,5 |
| Spezifisches Gewicht nach der Mg-Behandlung (g/cm3) 3,1 3,3
4,4 |
| Mg-Gehalt (°/o) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . 41,2 37,3 20,8 |
| Porenzahl/mm3 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . 0,6-103 6-10-1 3,8 - 103 |
Das erfindungsgemäße Behandlungsmittel hat zahlreiche Vorteile.
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Da die Verdampfung des Kugelgraphitbildners aus den Poren des Trägerkörpers
in der Eisenschmelze langsamer erfolgt als die Verdampfung des wirksamen Bestandteils
von Legierungen, wird bei Verwendung des erfindungsgemäßen, mit Magnesium getränkten
Eisenschwamms das gleiche Ergebnis hinsichtlich der Kugelgraphitbildung mit geringeren
Magnesiummengen erzielt als bei den bekannten Zusatzmitteln. Auch wird weniger Ballaststoff
in die Schmelze eingebracht. Durch das Einbringen von weniger Ballaststoff bei
Verwendung
des erfindungsgemäßen, hochprozentigen Zusatzmittels ist das Absinken der Temperatur
bei der Behandlung in erträglichen Grenzen zu halten. Dies ist von Bedeutung, da
im Betriebsmaßstab die Behandlung der Schmelze in Pfannen außerhalb des Schmelzaggregats
erfolgt und eine Temperaturkorrektur vor dem Vergießen nicht mehr möglich ist.
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Ein weiterer Vorteil bei der Verwendung des erfindungsgemäßen Zusatzmittels
ist darin zu sehen, daß dieses ein Behandlungsmittel mit zuverlässiger Homogenität
in der Zusammensetzung darstellt. Darüber hinaus ist die entsprechende Reaktionsschlacke
sowohl mengenmäßig geringer als auch von solcher Beschaffenheit, daß sie leicht
abgekrammt werden kann.
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Da das erfindungsgemäße, hochprozentige Zusatzmitttel nur in geringen
Mengen erforderlich ist, wird die Verwendung von kleineren Tauchglocken möglich,
deren Handhabung leichter ist. Außerdem sind Tauchglocken verschleißanfällig; hierdurch
wird also die Behandlung von Eisenschmelzen weiter erleichtert und außerdem eine
Kostensenkung erzielt.
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Schließlich benötigen die hochprozentigen Magnesiumtränkkörper gemäß
der Erfindung auch weniger Frachtraum, so daß auch diesbezüglich eine Einsparung
erhalten wird.
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Die folgenden Beispiele erläutern das erfindungsgemäße Zusatzmittel
und seine Anwendung. Beispiel 1 Es wurde ein Eisenschwammkörper mit 32 Gewichtsprozent
Magnesium und 0,7 Gewichtsprozent Seltene Erd-Metalle verwendet. Dieser Behandlungsschwamm
wurde erhalten aus einem Eisenschwamm mit einer Gesamtporosität von 660/,
und einer Porenzahl von 0,5 . 103/mm3.
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250 Gewichtsteile Eisenschmelze mit 3,650/,) C, 0,06 % Mn,
2,4 % Si, 0,02 % S und 0,01 % P wurden mit 1,15 Gewichtsteilen
des oben beschriebenen, gefüllten Eisenschwamms bei 1430°C tauchbehandelt. Nach
der Behandlung hatte das vergossene Gußeisen, welches mit 0,3 % Si als FeSi
90°/jg geimpft wurde, einen S-Gehalt von 0,009 % und einen Mg-Gehalt von
0,047 °/o. Die Ausbildung von Graphit in Kugelform betrug 1000/0 in ferritisch-perlitischer
Grundmasse; die Mg-Ausbeute betrug 42 %.
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Beispiel 2 Es wurde ein Eisenschwamm mit einer Porendurchschnittszahl
von 0,06 - 103/mm3 und einem Gesamtporenvolumen von 73 % eingesetzt, welcher
37,3 Gewichtsprozent Mg enthielt. 250 Gewichtsteile einer Eisenschmelze mit der
im Beispiel l angegebenen Zusammensetzung wurden mit 1,07 Gewichtsteilen der beschriebenen,
getränkten Eisenschwammstücke von etwa 30 bis 60 mm Durchmesser bei 1450°C der Tauchbehandlung
unterworfen. Nach der Behandlung und Impfung mit 0,350/, Si, als Impf-FeSi
90°/Qig, hatte das Gußeisen einen Schwefelgehalt von 0,008 °/o und einen Mg-Gehalt
von 0,045 %. Die Ausbildung des Graphits in Kugelform betrug 100°/0, in ferritisch-perlitischem
Gefüge. Die Mg-Ausbeute betrug 37,5 °/a.
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Beispiel 3 Es wurde ein Eisenschwamm mit einer Porendurchschnittszahl
von etwa 0,7 - 103/mm3 und einer Gesamtporosität von 73 % eingesetzt, welcher einen
Gehalt von 36,0 Gewichtsprozent Mg, 0,8 Gewichtsprozent Seltene Erd-Metalle und
2,0 Gewichtsprozent Calcium aufwies.
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750 Gewichtsteile einer Eisenschmelze mit der im Beispiel 1 angegebenen
Zusammensetzung wurden mit 3,55 Gewichtsteilen des obengenannten Eisenschwamms bei
1450°C tauchbehandelt. Die Eisenschwammstücke hatten einen Durchmesser von 50 bis
70 mm. Nach dem Abziehen der Reaktionsschlacke und der restlichen, ausreagierten
Eisenschwammstücke wurde mit 0,40/, Si, als Impf-FeSi 90°/oig, geimpft und bei 1335'C
vergossen. Die Gußstücke enthielten ein Eisen mit 0,009 °/o S, 0,045 % Mg,
95 °/a Graphit als Kugelgraphit. Die Mg-Ausbeute betrug 31,10/0.