DE2011724B2 - Verfahren und vorrichtung zum behandeln von geschmolzenem metall durch zugabe von zuschlagstoffen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Behandeln von geschmolzenem Metall durch Zugabe von Zuschlagstoffen, insbesondere zum Herstellen von Gußeisen mit Kugelgraphit. Außerdem betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zum Durchführen dieses Verfahrens.

Zum Verbessern der Eigenschaften von Metallen und insbesondere Gußeisen ist es bekannt, dem geschmolzenen Metall Zuschlagstoffe wie bestimmte Legierungen zuzugeben. Beispielsweise ist es aus der GB-PS 32 056 bekannt, geschmolzenes Gußeisen beirr Durchlaufen durch das Einguösystem von Gießformen mit Impfmittel in Kontakt zu bringen, jedoch ist dabei nicht sichergestellt, daß das über das Impfmittel durch das Eingußsystem laufende Gußeisen von Anfang bis Ende gleichförmig Impfmittel aufnimmt, da dieses in Form mehr oder weniger großer Stücke eingegeben wird, deren Oberfläche sich mit der Zeit verringert, so daß am Anfang des Gießvorganges verhältnismäßig mehr Impfmittel von der Schmelze aufgenommen wird als am Ende des Gießvorganges.

Aus der US-PS 26 77 609 ist es bekannt durch ein Eingußsystem strömendem geschmolzenem Gußeisen zur Kugelbildung des Graphits geeignete Zuschlagstoffe zuzugeben, jedoch werden die Zuschlagstoffe auf die Oberfläche der fließenden Schmelze aufgegeben und müssen mit Hilfe eines Rührwerkes in der Schmelze verteilt werden, was zwangsläufig zu Ungenauigkeiten bei der Behandlung führt. Auch besteht der Nachteil, daß die leicht flüchtigen Zuschlagstoffe nicht vollständig in die Schmelze eindringen, sondern zu einem mehr oder weniger großen Teil sich verflüchtigen, bevor sie eingerührt werden können. Die Reaktion zwischen Zuschlagstoff und Schmelze ist daher unbestimmt.
:o Weiterhin ist es bekannt, die Zuschlagstoffe mit Hilfe von Lanzen unter den Spiegel des geschmolzenen Metalls einzuspritzen. Auch dadurch ist keine gleichmäßige Behandlung des geschmolzenen Metalls gewährleistet.

In allen bekannten Fällen besteht das Problem, daß für eine ausreichende Behandlung des geschmolzenen Metalles mit die Kugelbildung des Graphites bewirkenden Zuschlagstoffen ein verhältnismäßig großer Überschuß an kostspieligen Zuschlagstoffen erforderlich ist,

d. h. die bei der Temperatur des geschmolzenen Metalles "leicht flüchtigen und mit dem Metall heftig reagierenden Zuschlagstoffe werden nur ungenügend ausgenutzt. Auch sind die die Kugelbildung bewirkenden Zuschlagstoffe Karbid-Stabilisierer und führen, wenn sie dem geschmolzenen Metall in Überschuß zugegeben werden, dazu, daß das erstarrte Gußeisen hart und brüchig ist und dementsprechend seine Zähigkeit und Bearbeitbarkeit verschlechtert wird.
Auch bei Anwendung komplizierter und kostspieliger

3-> Vorrichtungen zum Zugeben der die Kugelbildung des Graphits bewirkenden Zuschlagstoffes können kaum mehr als 40 % der Zuschlagstoffe verwertet werden, während der Rest verloren geht, so daß die Herstellungskosten durch die verhältnismäßig teuren Zuschlages stoffe spürbar erhöht werden. Dieser Überschuß an Zuschlagstoffen führt auch dazu, daß die Oxid- und Silikatbildung zunimmt, was zu Verunreinigungen der fertigen Gußstücke und durch Schaumbildung bedingten Fehlern führt. Auch ergeben sich unter der Oberfläche liegende Lunker und eine sogenannte Elefantenhaut einschließlich eines verstärkten Schrumpfens des Gußeisens beim Erstarrungsvorgang, was wiederum mit einem Verlust an physikalischen Eigenschaften und einer verringerter Formtreue der fertigen Gußstücke verbunden ist.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, die die Kugelbildung von im geschmolzenen Metall enthaltenen Graphit bewirkenden Zuschlagstoffe insbesondere beim Verarbeiten kleinerer Mengen geschmolzenen Metalles zu verbessern und damit die Herstellungskosten zu senken.

Diese Aufgabe wird mit einem Verfahren mit den Merkmalen des Hauptanspruches gelöst, wobei dieses Verfahren vorzugsweise mit einer Vorrichtung gemäß Anspruch 3 durchgeführt wird. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Ansprüche 2 und 3 bis 7.

Gemäß der Erfindung wird der die Kugelbildung des Graphits bewirkende Zuschlagstoff in einer Kammer untergebracht, durch welche das geschmolzene Metall strömen muß, wobei die Abmessungen der Kammer und die Strömungsgeschwindigkeit und Menge des durchströmenden geschmolzenen Metalles so aufeinander abgestimmt sind, daß die Kammer stets wenigstens so viel geschmolzenes Metall enthält, daß der in der Kammer befindliche Zuschlagstoff vollständig von geschmolzenem Metall überdeckt ist. Dadurch erreicht man, daß der Zuschlagstoff stets eine gleichgroße mit

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dem geschmolzenen Metall in Kontakt kommende Oberfläche aufweist, so daß das gesamte durch die als Reaktionskammer zu bezeichnende Kammer strömende geschmolzene Metall gleichförmig mit Zuschlagstoff behandelt wird.

Die Reaktionskammer hat einen Einlaß für das zulaufende geschmolzene Metall und eine Auslaßöffnung, deren Abmessungen so gewählt sind, daß praklisch von Anbeginn an der in der Reaktionskammer befindliche Zuschlagstoff vollständig von geschmolzenem Metall überdeckt ist und bis zum Ende des Gießvorganges vom geschmolzenen Metall überdeckt bleibt. Man k.inn sogar den Auslaß der Reaktionskammer mit einem Stopfen verschließen, damit sich die Reaktionskammer erst einmal mit geschmolzenem Metall füllt, bevor d^r Stopfen herausgezogen wird und geschmolzenes Metall abfließen kann. Der Nachstrom von geschmolzenem Metall wird so bemessen, daß die Reaktionskammer stets ausreichend gefüllt bleibt, um den Zuschlagstoff mit geschmolzenem Metall überdeckt zu halten. Dadurch ist ein Kontakt der Zuschlagstoffe mit Luft vermieden und sichergestellt, daß die Reaktion nicht zu heftig, sondern gleichförmig erfolgt.

Die Wände der Reaktionskammer können aus jedem feuerfesten Material bestehen.

Es kann vorteilhaft sein, die Reaktionskammer mit einem gasdicht verschließenden Deckel und einem Einlaß für ein inertes Gas zu versehen, so daß man in der Reaktionskammer eine inerte Atmosphäre erzeugen unJ aufrechterhalten kann.

Durch die Erfindung wird eine Flammer und Rauchbildung und ein Spritzen von geschmolzenem Metall aufgrund der Reaktion des Metalles mit den Zuschlagstoffen vermieden, und zwar vermutlich teilweise deshalb, weil der die Kugelbildung des Graphites bewirkende Zuschlagstoff sich im geschmolzenen Metall unter Luftabschluß auflöst, und teilweise deshalb, weil der Zuschlagstoff nicht auf einmal, sondern nach und nach im durch die Reaktionskammer hindurchfließenden geschmolzenen Metall aufgelöst wird, so daß die Reaktion zwischen Zuschlagstoff und geschmolzenem Metall kontrolliert und gesteuert stattfindet. Daher ist es auch möglich, die zum Verbessern der physikalischen Eigenschaften und zum Verändern der MikroStruktur des Gußeisens genau erforderliche Menge Zuschlagstoff kontrolliert zuzugeben, so daß eine Überbehandlung und die Gefahr von Schaumeinschlüssen vermieden wird.

So wurde beispielsweise eine vollständige Umwandlung von lamellenförmigem Graphit in Kugelgraphit mit nur 0,15 % Zuschlagstoff bei Anwendung der Erfindung in einem Fall erreicht, in welchem es bisher notwendig gewesen wäre, wenigstens 0,5 % Zuschlagstoffe zum Erreichen desselben Zieles einzusetzen. Vielfach wird bei der praktischen Anwendung der Erfindung der Zuschlagstoff auch in einer Menge von mehr als 0,5 % und bis zu 2,5 % zugesetzt, jedoch ergeben sich auch in diesem Falle bedeutende Einsparungen gegenüber dem zum Erzielen gleichartiger Endprodukte bei Anwendung des bekannten Standes der Technik erforderlichen Mengen an Zuschlagstoff.

Für die Erfindung können alle die Kugelbildung von Graphit hervorrufenden Metalle, Legierungen und sonstige Zuschlagstoffe und Gemische derselben in Klumpenform, als zerkleinerte Aggregate, in Pulverform oder als extrudierte oder verdichtete bzw miteinander verbundene Materialien verwendet werden. Die Größe und Form des die Kugelbildung bewirkenden Zuschlagstoffes hängt von der Art Jer Reaktion und der gewünschten Steuerung der Auflösungsgeschwindigkeit des Zuschlagstoffes im geschmolzenen Metall ab.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung schematisch schaubildlich dargestellt.

Das geschmolzene Metall gelangt aus einem Behälter oder einer Pfanne in eine Gießzone 1, welche als Sammelbehälter für geschmolzenes Metall dient. Die Schmelze verläßt diese Gießzone 1 durch einen Ausguß 2 und gelangt in eine Rinne 3, die zu einer Reaktionskammer 4 führt. Die Reaktionskammer 4 ist mit einem Deckel 5 versehen.

Nachdem die Schmelze mit dem Kugelbildungsmittel in Kontakt gekommen ist, verläßt das so behandelte geschmolzene Metall die Reaktionskammer 4 durch eine Auslaßöffnung 6 und strömt durch eine Ausgußrinne 7 direkt zu einem gewünschten Ort.

Die folgenden Beispiele dienen zur weiteren Erläuterung der Erfindung.

Beispiel 1

In diesem Falle war die Reaktionskammer in einem Stück mit der Ausgußrinne eines Kupolofens hergestellt. Die verwendete Menge von Kugelbildungsmntel, das aus 55% Si, 5 % Mg und Rest Fe bestand, war auf der Grundlage von 0,35 °/o für eine Tonne geschmolzenes Gußeisen berechnet, d. h. es wurden 3,56 Kilo Kugelbildungsmittel verwendet, das in Form von 12,7 χ 6,4 mm großen Klumpen vorlag.

Das Kugelbildungsmitte! wurde in die Reaktionskammer eingegeben, und anschließend wurde an der Reaktionskammer der entfernbare Deckel befestigt. Die Abstichöffnung des Kupolofens wurde dann geöffnet, so daß geschmolzenes Metall in die Reaktionskammer durch deren Einlaßöffnung einströmte. Die Auslaßöffnung war zunächst durch einen Stopfen verschlossen, jedoch wurde dieser Stopfen entferni. sobald feststand, daß sich in der Reaktionskammer ein geeigneter »Kopf« aus geschmolzenem Metall gebildet hatte, so daß behandeltes Metall durch die Auslaßöffnung aus der Reaktionskammer ausströmte und schließlich in eine Sammelpfanne gelangte.

Bei dieser Behandlung waren die Abmessungen der Einlaß- und Auslaßöffnung der Reaktionskammer direkt auf die vom Kupolofen kommende durchströmende Metallmenge abgestellt, so daß ein konstanter »Kopf« aus Metall während des gesamten Abstichvorganges in der Reaktionskammer verblieb.

Eine anschließende Untersuchung und Überprüfung des behandelten Gußeisens zeigte, daß das gesamte in ihm enthaltene Graphit in Kugelform überführt worden war und daß die Qualität des Gußeisens von einer nominalen Zugfestigkeit des Grundmaterials von 1263,5 kg/cm² auf 7827,75kg/cm² bei einer Dehnung von 5 % erhöht war.

Beispiel 2

Das geschmolzene Metall wurde von einem Elektroofen mit einer Kapazität von 3000 kg geliefert. Die Rtr.ktionskammer befand sich in einer getrennten Vorrichtung, die aus Flußeisenblech bestand, das mit feuerfestem Materia! ausgekleidet war. Die Vorrichtung war sozusagen eine kurze sekundäre Gießrinne, die auf vier Füßen stand. Die Auskleidung bildete einen Gießbehälter zur Aufnahme des geschmolzenen Metalles aus dem Schmelzofen, wobei dieser Gießbehälter

kanalartig in die Einlaßöffnung der Reaktionskammer mündete. Der Auslaß der Reakttionskammer stand mit einem vorgeformten Fallrohr in Verbindung, welche» das behandelte Metall in eine direkt unterhalb angeordnete Sammelpfanne leitete. In die Reaktionskammer wurden 7,5 kg eines Kugelbildungsgemisches eingegeben, was zu 20 % aus metallischem Magnesium, zu 50 % aus Calciumsilicid und zu 20 % aus Ferrosilicium. Rest Eisen, bestand, woraufhin man den lösbaren Deckel an der Reaktionskammer befestigte.

Das geschmolzene Gußeisen wurde dann aus dem Ofen in die sekundäre Gießrinne gegossen und strömie in die Reaktionskammer. Die Zufuhrgeschwindigkeit oder die Zufuhrmenge des geschmolzenen Metalles wurde so gesteuert, daß die Reaktionskammer während des gesamten Verfahrens stets gefüllt war. Die Auflösung des Kugelbildungsmittels und die Behandlung des Metalles erfolgt wie in Beispiel 1 beschrieben.

Eine Untersuchung des behandelten Metalles zeigte, daß das in ihm enthaltende Graphit vollständig in die Kugelform überführt worden war. Das fertige Gußeisen besaß eine Zugfestigkeit von 5355 kg/cm² bei 19 % Dehnung. Das Gefüge besaß in diesem Falle eine weitgehend ferritische Struktur, was von der Zusammensetzung des Ausgangsmater'ials im Verhältnis zur Querschnittsgröße der fertigen Gußstück, bhing.

Das behandelte Metall besaß einen Restgehalt an Magnesium von 0,048 %. was einer Rückgewinnung dieses Materials von 96 % entspricht

Im Laufe der Entwicklung und Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung hat es sich unter gewissen Umständen als vorteilhaft erwiesen, die Reaktionskammer mit kohlenstoffhaltigem feuerfestem Material zu bauen, wodurch man eine reduzierende Atmosphäre in der Reaktionskammer erzeugt. Auch kann zweckmäßig ein inertes oder reduzierendes Gas verwendet wer Jen. um die Luft aus der ReaKtionskammer vor und wänrend der Durchführung des Verfahrens herauszudrücken.

wobei dieses Gas vorzugsweise durch eine Düse oder eine poröse Membrane eingegeben wird, die im entfernbaren Deckel der Reaktionskammer untergebracht sind. Eine andere Möglichkeit besteht darin, eine kleine Menge eines geeigneten Reaktionsmittels in der

ίο ReaktionskamiTk:r 'jr.u-rzubringer.. das sich in Kontakt .hü geschmolzen.em '--',eiai; schnell und leicht zerlegt uriv. :;ne ir.ene oder . eauzierende Atmosphäre schafft. Beispiele hierfür sind Carbonate, feste Kohlenwasserstoffe, Pech und Kohleteer. Diese zusätzlichen Vorschlage bieten eine Sicherheit gegen Oxydation des Kugcibildungsmittels und sind besonders nützlich, um das Kugelbildungsmittel stets sicher mit geschmolzenem Metall abzudecken.
Die Erfindung wurde anhand der Zugabe von

ao Kugelbildungsmittel zu flüssigem Gußeisen beschrieben, jedoch ist die Erfindung ebenso· auf die Zugabe anderer Metalle, Legierungen oder Zuschlagstoffe zu geschmolzenem Metall anwendbar. Die Erfindung ist besonders dann vorteilhaft, wenn das zuzugebende Zuschlagmittel hochgradig reaktionsfähig bei der Temperatur des geschmolzenen Metalles ist Die Erfindung ist aber auch für das andere Extrem sehr vorteilhaft nämlich wenn es schwierig ist das Zuschlagmittel im geschmolzenen Metall aufzulösen.

Schließlich ist die Erfindung auch besonders vorteilhaft dann anwendbar, wenn es schwierig erscheint eine gleichmäßige Auflösung der Zuschlagstoffe und eine homogene Behandlung des flüssigen Metalles zu erzielen.

Hierzu 1 Blatt Zeichnuncen

Claims (7)

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Behandeln von geschmolzenem Metal! durch Zugabe von Zuschlagstoffen, insbesondere zum Herstellen von Gußeisen mit Kugelgraphit, dadurch gekennzeichnet, daß die Schmelze zur Behandlung durch eine luftdicht verschlossene, am Boden den Zuschlagstoff enthaltende Reaktionskammer strömt und in der Reaktionskammer zum Überdecken des Zuschlagstoffes aufgestaut wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der kugelgraphitbildende Zuschlagstoff in einer Menge von 0,15 bis 0,5 Gew.% des Gewichtes der Schmelze dieser zugegeben wird.

3. Vorrichtung zum Durchführen des Verfahrens nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß sie einen Einguß (1) mit einer sich daran anschließenden Auslaßleitung (2) und eine Reaktionskammer (4) für die Zuschlagstoffe aufweist, die so angeordnet und dimensioniert ist, daß die Schmelze durch sie in derartiger Menge und/oder mil derartiger Geschwindigkeit strömt, daß die in der Reaktionskammer befindlichen Zuschlagstoffe stets vollständig von Schmelze überdeckt sind.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Reaktionskammer (4) ein fester Bestandteil der Ausgießrinne eines Schmelzofens, wie eines Kupolofens ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Reaktionskammer (4) mit dem Ausguß (1, 2) des die Schmelze sammelnden Behälters verbunden ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Reaktionskarnmer (4) ein Teil einer Gießrinne (1,2,3,7) ist.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Reaktionskammer (4) mit einem im wesentlichen gasdicht abschließenden Deckel (5) versehen ist