DE1270058B - Process for the introduction of alkali or alkaline earth metals into cast iron for the production of cast iron with spheroidal graphite - Google Patents
Process for the introduction of alkali or alkaline earth metals into cast iron for the production of cast iron with spheroidal graphiteInfo
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Description
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1270 058
P 12 70 058.2-24
10. September 1964
12. Juni 19681270 058
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September 10, 1964
June 12, 1968
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Behandlung von geschmolzenem Gußeisen mit einem niedrigsiedenden Alkalimetall.The invention relates to a method for treating molten cast iron with a low boiling point Alkali metal.
Gußeisen mit Kugelgraphit besitzt einen hohen Kohlenstoff- und Siliziumgehalt, wobei die Hauptmenge des Kohlenstoffs durch eine Spezialbehandlung kugelförmig ausgebildet ist. Während der Herstellung wird z. B. Magnesium zugegeben, worauf die Zugabe anderer Stoffe wie Silizium, Kalzium oder Kombinationen derselben folgt.Nodular cast iron has a high carbon and silicon content, the majority of which of the carbon is made spherical by a special treatment. During manufacture is z. B. Magnesium added, followed by the addition of other substances such as silicon, calcium or Combinations of the same follow.
Die Wirkung von Magnesium und Natrium als Desoxydations- und Reinigungsmittel ist auf ihre Fähigkeit zurückzuführen, gelöste Oxyde der Eisengruppe und feinzerteilte Silikate zu reduzieren, wobei gleichzeitig unlösliche Magnesium- oder Natriumoxyde und -silikate gebildet werden. Es ist auch bekannt, daß Magnesium die löslichen Sulfide der Eisengruppe unter Bildung von unlöslichem Magnesiumsulfid zersetzt, das an die Oberfläche steigt und dort entfernt werden kann. Bei einer über dem Siedepunkt von Natrium liegenden Temperatur in ein geschmolzenes Metall eingebrachtes Natrium wirkt in ähnlicher Weise.The action of magnesium and sodium as deoxidizing and cleaning agents is due to their Ability to reduce dissolved oxides of the iron group and finely divided silicates, whereby at the same time insoluble magnesium or sodium oxides and silicates are formed. It is also known that magnesium removes the soluble sulphides of the iron group with the formation of insoluble magnesium sulphide decomposes, which rises to the surface and can be removed there. At one above the boiling point Sodium introduced into a molten metal at a temperature below that of sodium acts in similar way.
Bei früheren Methoden wurden die Metalle Natrium und Magnesium verwendet, deren Siedepunkte 892 bzw. 111O0C betragen und somit beide wesentlich niedriger liegen als die Temperatur von geschmolzenem Stahl oder Gußeisen. Wegen ihrer verhältnismäßig niedrigen Siedepunkte erfolgt jedoch bei Zugabe eines dieser Metalle in reinem oder nahezu reinem Zustand zu geschmolzenem Eisen oder Stahl wegen des erzeugten Metalldampfes eine heftige Reaktion. Die Heftigkeit der Reaktion ist eine Funktion der Größe oder der Masse des zugegebenen Natriums oder Magnesiums und der Temperatur der zu behandelnden Schmelze. Der Temperaturfaktor hängt natürlich von dem Dampfdruck des Magnesiums oder Natriums ab.In earlier methods, the metals sodium and magnesium were used, the boiling points of which are 892 and 111O 0 C, respectively, and thus both are significantly lower than the temperature of molten steel or cast iron. However, because of their relatively low boiling points, when one of these metals is added in a pure or nearly pure state to molten iron or steel, a violent reaction occurs because of the metal vapor generated. The severity of the reaction is a function of the size or the mass of the sodium or magnesium added and the temperature of the melt to be treated. The temperature factor depends of course on the vapor pressure of the magnesium or sodium.
Die bisherigen Methoden zur Einbringung von Magnesium und Natrium bestanden z. B. in einer Legierungsbildung, Pulvereinspritzung, einer mechanischen Einspritzung und Brikettierung. Alle diese Methoden besitzen bestimmte Nachteile, wobei der größte Nachteil in den höheren Kosten für die Menge des zugesetzten niedrigsiedenden Metalls, verglichen mit seinen Kosten in Barrenform, besteht.The previous methods for the introduction of magnesium and sodium existed z. B. in an alloy formation, Powder injection, mechanical injection and briquetting. All of these methods have certain disadvantages, the main disadvantage being the higher cost of the amount of added low boiling metal compared to its bar cost.
Bei der Legierungsmethode wird die Reaktion durch Verdünnung des niedrigsiedenden Metalls mit
höhersiedenden Metallen, die keine heftige Reaktion ergeben, verlangsamt. Magnesium enthaltende Legierangen,
z. B. Magnesium—Ferrosilizium, Nickel—
Magnesium und Kupfer—Magnesium, wurden ver-Verfahren
zum Einbringen von Alkali- oder
Erdalkalimetallen in Gußeisen zur Erzeugung von Gußeisen mit KugelgraphitIn the alloying method, the reaction is slowed down by diluting the low-boiling metal with higher-boiling metals that do not give a violent reaction. Magnesium-containing alloy rods, e.g. B. Magnesium-ferrosilicon, nickel-magnesium and copper-magnesium, were ver methods for introducing alkali or
Alkaline earth metals in cast iron for the production of cast iron with spheroidal graphite
Anmelder:Applicant:
American Cast Iron Pipe Company,American Cast Iron Pipe Company,
Birmingham, Ala. (V. St. A.)Birmingham, Ala. (V. St. A.)
Vertreter:Representative:
Dipl.-Ing. E. Prinz, Dr. rer. nat. G. Hauser
und Dipl.-Ing. G. Leiser, Patentanwälte,
8000 München 60, Ernsbergerstr. 19Dipl.-Ing. E. Prince, Dr. rer. nat. G. Hauser
and Dipl.-Ing. G. Leiser, patent attorneys,
8000 Munich 60, Ernsbergerstr. 19th
Als Erfinder benannt:
William Ernest Snow,
Birmingham, Ala. (V. St. A.)Named as inventor:
William Ernest Snow,
Birmingham, Ala. (V. St. A.)
Beanspruchte Priorität:
V. St. ν. Amerika vom 18. September 1963
(309 883)Claimed priority:
V. St. ν. America September 18, 1963
(309 883)
wendet, wobei der Gesamtgehalt an Magnesium in der Größenordnung von 8 bis 30 Gewichtsprozent liegt. Diese Methode bedingt einen Überpreis für den Magnesiumgehalt in der Legierung, da zur Herstellung der Legierung SpezialÖfen und -methoden erforderlich sind. Auch steht das Verhältnis von Magnesium zu Silizium für die verschiedenen Sorten fest, so daß in dem behandelten Metall oft entweder zu viel oder zu wenig Silizium enthalten ist.applies, the total magnesium content being of the order of 8 to 30 percent by weight lies. This method causes an excessive price for the magnesium content in the alloy, since it is used for production the alloy requires special furnaces and methods. There is also the ratio of magnesium to silicon for the different grades, so that in the treated metal often either too there is too much or too little silicon.
Bei der Pulvereinspritzmethode wird ein Trägergas, ζ. B. Stickstoff, verwendet, um feinteilige Kügelchen oder Pulver durch Einspritzrohre in das geschmolzene Metallbad einzupressen. Die Heftigkeit der Reaktion wird in diesem Fall durch Herabsetzung der Masse und durch Dispergierung des niedrigsiedenden Metalls verringert. Obgleich diese Methode einen gewissen Erfolg hatte, werden die Kosten zur Herstellung des Eisens doch wesentlich durch die teure Herstellung von Magnesium in Pulverform und die zusätzlichen Kosten für das Trägergas und die erforderliche Apparatur erhöht. Außerdem bietet die Verwendung eines Trägergases auch Probleme bezüglich der Abnahme der Temperatur des Eisens während des Einspritzens.The powder injection method uses a carrier gas, ζ. B. nitrogen, used to make finely divided beads or to inject powder through injection tubes into the molten metal bath. The violence the reaction is in this case by reducing the mass and by dispersing the low-boiling point Metal. Although this method has had some success, the cost increases Production of iron is essentially due to the expensive production of magnesium in powder form and increases the additional cost of the carrier gas and the necessary equipment. In addition, the Using a carrier gas also poses problems related to the decrease in the temperature of the iron during of injection.
Bei der mechanischen Einspritzmethode wird ein Draht oder ein Stab mit geringem Durchmesser ausIn the mechanical injection method, a wire or rod with a small diameter is made
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dem niedrigsiedenden Metall durch ein hochschmel- Der poröse Graphitkörper wird maschinell auf einethe low-boiling metal through a high-melting point. The porous graphite body is mechanically applied to a
zendes Rohr in das geschmolzene Metallbad ge- vorherbestimmte Größe bearbeitet, so daß er mit drückt, und die Heftigkeit der Reaktion wird dadurch einer zur Behandlung einer gegebenen Menge von gekontrolliert, daß nur eine geringe Masse des niedrig- schmolzenem Gußeisen ausreichenden Magnesiumsiedenden Metalls sich mit dem geschmolzenen Eisen 5 menge imprägniert werden kann. Die Zeit, die erfor- oder Stahl jederzeit in Berührung befindet. Die mit derlich ist, damit durch die latente Wärme des geder Zuführung des niedrigsiedenden Metalls verbun- schmolzenen Eisens das Magnesium ausgetrieben denen mechanischen Schwierigkeiten, die Herstel- wird, ist eine Funktion der Eisentemperatur und der lungskosten des gewalzten oder stranggepreßten Stabs Gesamtoberfläche des imprägnierten, porösen Gra- oder Drahts und die Instandhaltungsprobleme der io phitblocks. So kann z. B. der poröse Graphitkörper Einrichtung und die Lieferung von Rohren erhöhen zu einer Kugel mit einem Durchmesser von 12,5 cm alle die Kosten dieses Verfahrens und setzen seine bearbeitet werden, was sich als die richtige Größe Brauchbarkeit herab. nach Imprägnierung zur Behandlung von 454 kg ge-zendes tube into the molten metal bath machined predetermined size so that it is with presses, and the severity of the reaction is controlled by one for treating a given amount of, that only a small mass of the low-melt cast iron has sufficient magnesium boiling points Metal itself with the molten iron 5 amount can be impregnated. The time it takes or steel is in contact at all times. Which is so with the latent warmth of the geder Supply of the low-boiling metal, bonded iron, expels the magnesium the mechanical difficulties that will be produced is a function of the iron temperature and the cost of the rolled or extruded bar total surface of the impregnated, porous graphite or wire and the maintenance problems of the io phitblocks. So z. B. the porous graphite body Establishment and delivery of pipes increase to a sphere with a diameter of 12.5 cm all of the cost of this procedure and putting its machined in what turns out to be the right size Usability. after impregnation for the treatment of 454 kg
Bei der Brikettiermethode werden mechanische schmolzenem Gußeisen erwiesen hat. Für eine grö-Mischungen aus niedrigsiedenden Legierungen und 15 ßere Gußeisenmenge ist ein poröser Graphitkörper hochsiedenden Metallen, Metalloxyden und feuer- mit größerem Volumen erforderlich, so für 1810 kg festen Stoffen brikettiert und die Briketts werden ein viermal größeres Volumen des porösen Graphits, dann in das geschmolzene Eisen oder den geschmol- Auch Graphitkörper mit anderer Form und GestaltIn the case of the briquetting method, mechanical molten cast iron has been shown to be used. For a larger mix made of low-boiling alloys and 15 ßere amount of cast iron is a porous graphite body high-boiling metals, metal oxides and fire- with larger volume required, so for 1810 kg solid materials are briquetted and the briquettes are four times the volume of the porous graphite, then into the molten iron or the molten graphite body with a different shape and shape
zenen Stahl eingeführt. Auch hier kommt das niedrig- können verwendet werden. So kann z. B. ein poröser siedende Metall viel zu teuer- ao Graphitzylinderverwendetwerden,dessenAußenflächezenen steel introduced. Here, too, the low-can be used. So z. B. a porous Boiling metal is much too expensive - a graphite cylinder can be used, its outer surface
Im Hinblick auf diese den bekannten Verfahren so geformt oder gerillt ist, daß man die gewünschte anhaftenden Nachteile ist eine Hauptaufgabe der Er- Oberfläche erhält. Außerdem kann das Verhältnis von findung die Schaffung eines Verfahrens zur Behänd- Oberfläche zu Volumen durch Einfügung von Hohllung von geschmolzenen Metallen und Legierungen räumen oder Anbringung von Rippen oder Flügeln mit niedrigsiedenden Metallen. 25 od. dgl. variiert werden. Wenn ein niedriges Verhalt-In view of this the known method is shaped or grooved so that you can get the desired Adhering disadvantages is a main task of the Er surface. In addition, the ratio of Finding the creation of a method of handling surface to volume by inserting a hollow clearing of molten metals and alloys or attaching ribs or wings with low-boiling metals. 25 or the like. Can be varied. When a low behavior
Ganz allgemein besteht das erfindungsgemäße Ver- nis von Oberfläche zu Volumen gewünscht ist, kann fahren darin, daß in einer ersten Verfahrensstufe ein ein großer rechteckiger Block verwendet werden. Stück aus einem porösen, hochschmelzenden kohlen- Nach der Imprägnierung kann das vorgeformte,In general, the view according to the invention consists of surface-to-volume, what is desired, can drive in that a large rectangular block are used in a first process stage. Piece made of a porous, high-melting carbon - After impregnation, the preformed,
stoffhaltigen Material in die Alkalimetallschmelze ge- poröse, hochschmelzende Material ein mehrfaches taucht wird, bis die Poren des hochschmelzenden 30 des Magnesiumgehalts enthalten, der zur Behandlung Materials mit dem Alkalimetall gefüllt sind. Das so einer einzigen Pfanne von geschmolzenem Gußeisen imprägnierte hochschmelzende Material wird dann in erforderlich wäre. Da das Magnesium an der Obereine Gußeisenschmelze eingebracht, wobei durch die fläche ausgetrieben wird und die Verdampfung nach latente Wärme der Schmelze das niedrigsiedende dem Innern des Blocks hin fortschreitet, und zwar Metall schmilzt oder verdampft. 35 direkt proportional zu der Wärmeübertragung aussubstance-containing material in the alkali metal melt porous, high-melting material a multiple is immersed until the pores of the high melting point contain 30 of the magnesium content required for treatment Material are filled with the alkali metal. That of a single pan of molten cast iron Impregnated refractory material is then required in. Since the magnesium at the top Cast iron melt introduced, which is expelled through the surface and the evaporation after latent heat of the melt the low-boiling point progresses towards the interior of the block, namely Metal melts or evaporates. 35 directly proportional to the heat transfer
Es wurde gefunden, daß Graphit und Kohle aus- dem geschmolzenen Gußeisen an den Graphitkörper, gezeichnet geeignet sind als Träger für die Einbrin- ist die ausgetriebene Magnesiummenge eine Funktion gung niedrigsiedender Metalle in geschmolzenes Guß- der Gesamteintauchdauer und der Temperatur des eisen, da die Festigkeit des Kohlenstoffs mit Er- zu behandelnden geschmolzenen Eisens. Durch Enthöhung der Temperatur von Graphit oder Kohle bis 40 nähme des Graphitkörpers aus dem geschmolzenen auf 2200° C zunimmt. Gußeisen werden die Wärmeübertragung und dieIt has been found that graphite and carbon from the molten cast iron to the graphite body, shown are suitable as a carrier for the introduction, the expelled amount of magnesium is a function supply of low-boiling metals in molten cast- the total immersion time and the temperature of the iron, as the strength of carbon with er- molten iron to be treated. By elevation the temperature of graphite or carbon to 40 would take the graphite body from the molten increases to 2200 ° C. Cast iron will be the heat transfer and the
Diese Eigenschaft ist der der meisten anderen Austreibung von Magnesium gestoppt. Der Graphit-Stoffe gerade entgegengesetzt. Außerdem können körper kann noch heiß wieder in das geschmolzene Graphit und Kohle mit geregelter Porosität hergestellt Magnesium eingetaucht und erneut imprägniert werwerden, wobei die Poren bis zu etwa 50% des Ge- 45 den. Der Graphitkörper ist dann zur Behandlung samtvolumens ausmachen. Auch sind Kohle und Gra- einer anderen Gußpfanne bereit, phit beim Eintauchen in geschmolzenes Gußeisen Bei einer anderen Ausführungsform der ErfindungThis property is that of most other stopped expulsion of magnesium. The graphite fabrics just opposite. In addition, bodies can still be hot back into the melted Graphite and carbon made with controlled porosity, magnesium can be immersed and re-impregnated, the pores up to about 50% of the skin. The graphite body is then for treatment make up the total volume. Coal and grain from another ladle are also ready, phit on immersion in molten cast iron In another embodiment of the invention
relativ stabil; dies trifft in etwas geringerem Grade wird metallurgischer Koks als poröses, hochschmelbeim Eintauchen in geschmolzenen Stahl zu. Koks, zendes Material verwendet. Koks besitzt ein Porenweicher in erster Linie aus Kohle mit etwas Graphit 50 volumen von etwa 50 %, eine gute mechanische besteht, ist etwa in gleichem Maße porös und eignet Festigkeit bei hoher Temperatur und löst sich im gesich ebenfalls zur Verwendung als Träger für die schmolzenem Gußeisen nur sehr langsam. Die Behandniedrigsiedenden Metalle. lungsmethode besteht darin, daß man einige Stücke Diese niedrigsiedenden Metalle sind bekanntlich oderBrockenvonmitMagnesiumimprägniertemKoks, Magnesium, Natrium, Kalium, Rubidium und Cae- 55 dessen Gesamtmagnesiumgehalt bekann ist, in einen sium, die alle wirksame Entschwefelungsmittel bilden üblichen Korb gibt und diesen unter die Oberfläche und zur Herstellung von sphärolytischem oder dukti- des geschmolzenen Eisens taucht. Nach Austreibung lern Eisen verwendet werden können. Der Einfach- des Magnesiums und Entnahme des Korbs schwimmt heit halber wird die Erfindung jedoch nachstehend in der verbrauchte Koks auf der Oberfläche und kann bezug auf Magnesium beschrieben. 60 leicht abgeschöpft werden.relatively stable; This is true to a somewhat lesser extent. Metallurgical coke is more porous, highly melted Immersion in molten steel too. Coke, zendes material used. Coke has a pore softener primarily made of coal with some graphite 50 volume of about 50%, a good mechanical one exists, is about the same amount porous and has strength at high temperature and dissolves in the face also for use as a carrier for the molten cast iron only very slowly. The treatment low boilers Metals. These low-boiling metals are known or chunks of coke impregnated with magnesium, Magnesium, sodium, potassium, rubidium and Cae-55 whose total magnesium content is known, in one sium, which all effective desulphurising agents form the usual basket, and these under the surface and dips for the production of spherolytic or ductile molten iron. After expulsion learn iron can be used. The simple of the magnesium and removal of the basket floats For the sake of sake, however, the invention will be described hereinafter in the spent coke on the surface and may described with reference to magnesium. 60 can be easily skimmed off.
Bei der bevorzugten Ausführungsform der Erfin- Es wurde gefunden, daß bei einer solchen Behanddung wird poröser Graphit mit einem gewünschten lung von geschmolzenem Eisen oder Stahl eine Volumen und einer gewünschten Form erst auf eine 40%ige Wiedergewinnung von Magnesium zu erwarhöhere Temperatur als die des geschmolzenen, nied- ten ist. Die Magnesiumrückgewinnung kann durch die rigsiedenden Alkalimetalls erhitzt. 65 folgende Formel ausgedrückt werden:In the preferred embodiment of the invention, it has been found that in such treatment becomes porous graphite with a desired development of molten iron or steel one Volume and a desired shape can only be achieved with a 40% recovery of magnesium Temperature than that of the molten one is lower. Magnesium recovery can be achieved through the rigsboiling alkali metal heated. 65 the following formula can be expressed:
_, , „.. , Im Eisen verbliebenes Magnesium (kg) + 0,75 (Sr — SP) (kg) Prozentuale Ruckgewinnung = i-s£ '— ._,, ".., Magnesium remaining in the iron (kg) + 0.75 (Sr - S P ) (kg) Percentage recovery = is £ '-.
Insgesamt verbrauchtes Magnesium (kg)Total Magnesium Consumed (kg)
S/ bedeutet den anfänglichen Schwefelgehalt des Eisens (kg), und SP ist der Schwefelgehalt des Eisens nach der Behandlung (kg).S / means the initial sulfur content of iron (kg), and S P is the sulfur content of iron after treatment (kg).
Die Rückgewinnung ist ein Maß für die Wirkung der Behandlungsmethode und wird durch verschiedene Variable beeinflußt. Diese Variablen sind: die Temperatur des Metalls, die Metallzusammensetzung, die Art der Behandlungsmethode, die Höhe des Eisens über der Behandlungsvorrichtung, der Bau derThe recovery is a measure of the effect of the treatment method and is determined by various Variable affected. These variables are: the temperature of the metal, the metal composition, the type of treatment method, the height of the iron above the treatment device, the construction of the
stoffgehalt des behandelten Eisens infolge der Löslichkeit des Kokses erhöht werden kann. Bei Durchführung der Erfindung beobachtete man Zunahmen des Kohlenstoffgehalts von bis zu 0,15 %, wobei 5 die jeweilige Zunahme des Kohlenstoffgehalts offenbar eine Funktion der Zeit, während welcher der mit Magnesium imprägnierte Koks in das Eisen eingetaucht bleibt, sowie des ursprünglichen Kohlenstoffgehalts des Eisens ist. Die Eintauchdauer ist deshalbmaterial content of the treated iron as a result of its solubility of coke can be increased. Increases were observed in the practice of the invention of the carbon content of up to 0.15%, with 5 the respective increase in the carbon content apparently a function of the time the magnesium impregnated coke is immersed in the iron remains, as well as the original carbon content of the iron. The immersion time is therefore
Pfanne, in der die Behandlung stattfindet, und die io ein wichtiger Faktor, weil während der ersten 2 oder Geschwindigkeit der Behandlung. Die Wirksamkeit 3 Minuten nach Eintauchen des mit Magnesium imjeder Behandlungsmethode oder jedes Systems be- prägnierten Kokses der aus den Koksbrocken ausstimmt auch die Gesamtkosten, da zur Erzielung der getriebene Magnesiumdampf den Koks gegen eine Ausbildung von Kugelgraphiteisen eine bestimmte weitere Auflösung schützt. Wenn andererseits der Restmenge Magnesium in dem Eisen verbleiben muß. 15 Koks so lange untergetaucht bleibt, bis das ganze Die Wirksamkeit oder die Rückgewinnung bestim- oder nahezu das ganze Magnesium ausgetrieben ist, men daher die Gesamtmagnesiummenge, die zur Er- kommt das Eisen direkt mit dem Koks in Berührung, zielung der gewünschten, in dem Eisen verbleibenden so daß ein Teil desselben in dem Eisen in Lösung Restmenge erforderlich ist. geht. Der ursprüngliche Kohlenstoffgehalt des EisensPan in which the treatment takes place and the io an important factor because during the first 2 or Speed of treatment. The effectiveness 3 minutes after immersion of the with magnesium in each Treatment method or any system of impregnated coke that emerges from the coke lumps also the total costs, since to achieve the driven magnesium vapor the coke against a Formation of spheroidal graphite iron protects a certain further resolution. On the other hand, if the Residual amount of magnesium in which iron must remain. 15 coke remains submerged until the whole thing The effectiveness or recovery is determined or almost all of the magnesium is expelled, hence the total amount of magnesium which the iron comes into direct contact with the coke, aiming the desired one remaining in the iron so that some of it is in solution in the iron Remaining amount is required. goes. The original carbon content of iron
Experimente haben gezeigt, daß zwischen der 20 beeinflußt die Zunahme des Kohlenstoffgehalts, da Porengröße und der Imprägnierung ein bestimmtes jedes Eisen mit einem bestimmten Siliziumgehalt Verhältnis existiert. Poröser Graphit, Kohle und einen ganz bestimmten Sättigungspunkt für Kohlen-Koks mit verschiedenen Porengrößen wurden gemäß stoff besitzt, jenseits dessen kein weiterer Kohlenstoff der Erfindung erfolgreich imprägniert; es sei jedoch mehr in Lösung geht. Je höher daher der anfängliche bemerkt, daß bei allen Versuchen zur Imprägnierung 35 Silizium- und Kohlenstoffgehalt des Eisens sind, um des porösen Graphits, der Kohle oder des Kokses, so niedriger wird die Kohlenstoffaufnahme aus dem bei welchen sich das Material nur teilweise unter der Koks sein.Experiments have shown that between the 20 affects the increase in carbon content since Pore size and impregnation a certain each iron with a certain silicon content Relationship exists. Porous graphite, coal and a very specific saturation point for coal-coke with different pore sizes were possessed according to substance, beyond which no further carbon of the invention successfully impregnated; However, there is more going into solution. Hence the higher the initial notes that in all attempts at impregnation there are 35 silicon and carbon contents of the iron of porous graphite, coal or coke, the lower the carbon uptake from the in which the material can only be partially under the coke.
Oberfläche des geschmolzenen Magnesiums einge- Der durch Aufnahme von Kohlenstoff aus dem mitThe surface of the molten magnesium is made up by the uptake of carbon from the with
tauch befand, die Imprägnierung erfolglos verlief. Magnesium imprägnierten Koks erhöhte Kohlenstoff-Eine Imprägnierung findet nur dann statt, wenn das 30 gehalt ist in einigen Fällen vorteilhaft, und zwar poröse Material vollständig unter die Oberfläche des erstens, weil eine Erhöhung des Kohlenstoffgehalts geschmolzenen Magnesiums getaucht ist. Man nimmt die Fließfähigkeit des Eisens erhöht, was zum Gießen an, daß dies darauf zurückzuführen ist, daß das ge- von Gußstücken mit geringem Querschnitt oder von schmolzene Magnesium mit dem Sauerstoff und dem Gußstücken, die einen guten Oberflächenglanz aufStickstoff in den Poren reagiert und dabei ein Va- 35 weisen sollen, günstig ist, und zweitens, weil unmittelkuum entsteht, welches das geschmolzene Magnesium bar vor dem Vergießen in dem Eisen in Lösung gegangener Kohlenstoff als Keim wirkt, welcher die Struktur und die physikalischen Eigenschaften des Eisens günstig verändert, wodurch die zu diesem 40 Zweck sonst übliche Zugabe von Ferrosiliziumlegierung entfallen kann und das Verfahren verbilligt wird.found that the impregnation was unsuccessful. Magnesium impregnated coke increased carbon-one Impregnation only takes place if the content is advantageous in some cases, namely porous material completely below the surface of the first, because an increase in carbon content molten magnesium is immersed. One takes the fluidity of the iron increased, leading to casting indicate that this is due to the fact that the castings with a small cross-section or from melted magnesium with the oxygen and castings that had a good surface luster on nitrogen reacts in the pores and should show a vacuum, is favorable, and secondly, because immediate arises, which the molten magnesium bar went into solution in the iron before casting Carbon acts as a nucleus, which determines the structure and physical properties of the Iron has been changed favorably, which means that ferrosilicon alloy is usually added for this purpose can be omitted and the procedure is cheaper.
In der Praxis wurde Gußeisen mit Kugelgraphit durch Behandlung des geschmolzenen Gußeisens mitIn practice, spheroidal graphite cast iron was made by treating the molten cast iron with
wählt, die eine maximale Eindringtiefe in das ge- 45 einem mit Magnesium imprägnierten, porösen Graschmolzene
Metall zur Erzielung einer maximalen phitzylinder mit Rillen auf seiner Oberfläche, mit
Rückgewinnung gestattet. Das niedrigsiedende Metall einer mit Magnesium imprägnierten porösen Graphitwird
beim Eintauchen in das geschmolzene Metall kugel und mit mit Magnesium imprägniertem metalin
Metalldamf übergeführt und steigt dann sofort an lurgischem Koks hergestellt, wobei man keine Qualidie
Oberfläche des geschmolzenen Metalls. Der Me- 50 tätsunterschiede an dem erhaltenen Produkt betalldampf
reagiert mit unerwünschten Elementen in merkte. Bei Verwendung von imprägniertem Koks
dem zu behandelnden geschmolzenen Metall oder wurden Koksbrocken in einen üblichen Tauchkorb in
geht als Legierungsbestandteil in Lösung. Je weiter Pfannen mit 454 kg und 2490 kg geschmolzenem
der Weg ist, den der Metalldampf bis zur Erreichung Gußeisen gegeben. In jedem Fall erhielt man ein
der Oberfläche zurücklegen muß, um so größer sind 55 qualitativ hochwertiges Kugelgraphiteisen, und die
die Chancen, daß er mit den unerwünschten Elemen- geschätzte Magnesiumrückgewinnung betrug 4O°/o.
ten reagiert oder zurückgehalten wird, da er sofort bei
Erreichen der Oberfläche oxydiert.selects which allows a maximum depth of penetration into the porous molten grass metal impregnated with magnesium in order to achieve a maximum cylinder with grooves on its surface, with recovery. The low-boiling metal of a porous graphite impregnated with magnesium is converted into metal vapor when immersed in the molten metal ball and with metal impregnated with magnesium and then immediately rises to lurgic coke, whereby one does not qualify the surface of the molten metal. The difference in measurement of the metal vapor product obtained reacts with undesirable elements in noticeable. When using impregnated coke, the molten metal to be treated or coke lumps in a conventional immersion basket goes into solution as an alloy component. The further pans with 454 kg and 2490 kg molten is the way the metal vapor is given up to reaching cast iron. In either case, one obtained a surface area that had to be covered, the greater the good quality nodular iron, and the chances of magnesium recovery with the undesirable elements being 40%. ten responded or withheld, as he immediately responded
Reaching the surface is oxidized.
Das erfindungsgemäß verwendete poröse, hochschmelzende Material bewirkt eine Verteilung des 60 niedrigsiedenden Metalls, so daß in der Pfanne eine weitgehend gleichmäßige Ausbreitung der Dämpfe erfolgt. Dadurch wird eine zu starke Turbulenz und Konzentrierung der Dämpfe vermieden.The porous, high-melting material used according to the invention causes a distribution of the 60 low-boiling metal, so that a largely uniform spread of the vapors in the pan he follows. This avoids excessive turbulence and concentration of the vapors.
Die Verwendung von mit Magnesium imprägnier- 65 messer von 17,5 cm mit äußeren Rillen in Abständen tem Koks bei der Herstellung von Gußeisen mit von 5 cm versehen wurde. Der poröse Graphitzylin-Kugelgraphit gemäß der Erfindung ergibt den weite- der wurde an einem Pfannendeckel befestigt und zur ren zusätzlichen Vorteil, daß dadurch der Kohlen- Erhöhung des Verhältnisses von Oberfläche zuUse of magnesium-impregnated knife of 17.5 cm with external grooves at intervals tem coke was provided with 5 cm in the manufacture of cast iron. The porous graphite line nodular graphite according to the invention results in the further was attached to a pan lid and for Ren additional advantage that this increases the ratio of surface to coal
nach vollständigem Eintauchen des hochschmelzenden Materials einsaugt; wenn dieses jedoch nur teilweise eingetaucht ist, wird in das poröse hochschmelzende Material mehr Luft eingesaugt.sucks in after the refractory material has been completely immersed; but if this is only partially is immersed, more air is sucked into the porous refractory material.
Bei Einbringung eines Metalls in ein anderes geschmolzenes Metall, wobei der Siedepunkt des einzubringenden Metalls niedriger ist als die Temperatur des geschmolzenen Metalls, wird eine Pfanne ge-When one metal is introduced into another molten metal, the boiling point of the one being introduced Metal is lower than the temperature of the molten metal, a pan is
Die folgenden Beispiele erläutern die Erfindung im einzelnen.The following examples explain the invention in detail.
Eine Pfanne mit 1910 kg duktilem Eisen wurde nach der mit mit Magnesium imprägniertem Graphit arbeitenden Methode behandelt, wobei ein 37,5 cm langer poröser Graphitzylinder mit einem Durch-A ladle with 1910 kg of ductile iron was made after the one with graphite impregnated with magnesium working method, a 37.5 cm long porous graphite cylinder with a diameter
Volumen gerillt. Das ergab ein zur Absorption von so viel Magnesium ausreichendes Verhältnis von Oberfläche zu Volumen, daß 1810 kg geschmolzenes Eisen behandelt werden konnten. Der Graphitzylinder wurde in einem Koksfeuer erhitzt und in geschmolzenes Magnesium eingetaucht, wo seine Hohlräume das Magnesium absorbierten. Der mit Magnesium imprägnierte Graphitzylinder wurde dann entnommen und in eine 1910 kg fassende Pfanne mit geschmolzenem Eisen mit einer Temperatur von 1430° C getaucht. Er blieb 4 Minuten und 27 Sekunden in dem Eisen eingetaucht. Nach Entnahme des Zylinders aus dem Eisen gab dieser immer noch Magnesium ab. Der Zylinder war somit zur Verwendung in Gießereien geeignet, wo die Behandlungszeit für das geschmolzene Metall verhältnismäßig lang ist, und der imprägnierte poröse Block kann lange Zeit in dem geschmolzenen Eisen gelassen werden.Grooved volume. This resulted in a ratio of sufficient to absorb that much magnesium Surface to volume that 1810 kg of molten iron could be treated. The graphite cylinder was heated in a coke fire and immersed in molten magnesium where its voids absorbed the magnesium. The graphite cylinder impregnated with magnesium was then removed and in a 1910 kg pan of molten iron at a temperature of 1430 ° C immersed. He remained immersed in the iron for 4 minutes and 27 seconds. After removing the In the cylinder made of iron, it still gave off magnesium. The cylinder was thus ready for use Suitable in foundries where the treatment time for the molten metal is proportionate is long, and the impregnated porous block can be left in the molten iron for a long time will.
Beispiel 2 ao Example 2 ao
In einer Gießerei, z. B. zur Herstellung von Rohren, wo eine Gießpfanne mit 1810 kg geschmolzenem Eisen alle 5 Minuten mit Magnesium behandelt wird, soll die Magnesiumzugabe nicht länger als 1 Minute dauern, da das Eisen innerhalb der 5 Minuten zu der Gießmaschine transportiert, abgestrichen und in die Pfannen der Gießmaschine eingefüllt werden muß. Ein imprägniertes, poröses Graphitmaterial, dem eine Kugelform gegeben wurde, eignet sich infolge des zum Kontakt mit dem geschmolzenen Eisen zur Verfügung stehenden großen Volumens für dieses System besonders.In a foundry, e.g. B. for the production of pipes, where a ladle with 1810 kg of molten If iron is treated with magnesium every 5 minutes, the addition of magnesium should not last longer than 1 minute take time, as the iron is transported to the casting machine within 5 minutes, scraped off and into the Pans of the casting machine must be filled. An impregnated, porous graphite material, the one Spherical shape was given, is suitable due to the contact with the molten iron available standing large volume for this system especially.
Eine Graphitkugel mit einem Durchmesser von 12,5 cm, deren Volumen zu 48 % aus Hohlräumen bestand, wurde in einem Koksfeuer erhitzt und mit Magnesium durch Eintauchen unter geschmolzenes Magnesium imprägniert. Die mit Magnesium imprägnierte Kugel wurde dann sofort anschließend in das geschmolzene Eisen mit einer Temperatur von 1430° C eingetaucht. Anstatt die Graphitkugel nach der Behandlung des Eisens abkühlen zu lassen, wurde sie erneut in das geschmolzene Magnesium unter Aufnahme einer neuen Beladung mit Magnesium eingetaucht. Dieser Zyklus zwischen dem Gußeisen und dem Magnesium wurde insgesamt viermal wiederholt.A graphite ball with a diameter of 12.5 cm, 48% of which is made up of cavities consisted of was heated in a coke fire and melted with magnesium by immersion Impregnated magnesium. The ball impregnated with magnesium was then immediately followed immersed in the molten iron at a temperature of 1430 ° C. Instead of the graphite ball after After treating the iron to cool, it was again immersed in the molten magnesium Receiving a new load of magnesium immersed. This cycle between the cast iron and the magnesium was repeated a total of four times.
Der erste Zyklus ergab eine nur 5%ige Rückgewinnung, jedoch nachdem die Kugel erneut mit Magnesium aufgefüllt und in das geschmolzene Eisen eingetaucht war, wurden 40% des restlichen Magnesiums zurückgewonnen. Die geringe Rückgewinnung des ersten Zyklus war hauptsächlich darauf zurückzuführen, daß die Temperatur der Graphitkugel vor Eintritt in das geschmolzene Magnesium zu niedrig war. Die Wärme des geschmolzenen Eisens erhöhte während des ersten Zyklus die Temperatur der Kugel auf einen für den zweiten Zyklus ausreichenden Wert. Der dritte und der vierte Zyklus ergaben Rückgewinnungen von 33 bzw. 30%.The first cycle gave only a 5% recovery, but after using the ball again Magnesium replenished and immersed in the molten iron became 40% of the remaining magnesium recovered. The low recovery of the first cycle was mainly due to that the temperature of the graphite ball before it enters the molten magnesium is too low was. The heat from the molten iron increased the temperature of the sphere during the first cycle to a value sufficient for the second cycle. The third and fourth cycles gave recoveries of 33 and 30% respectively.
Es sei bemerkt, daß die Graphitkugel nach wiederholter Kreislaufführung keine Beschädigung aufwies. Nach dem letzten Zyklus ließ man das geschmolzene Magnesium erstarren, wobei die Graphitkugel darin eingetaucht blieb. Nach 6 Tagen wurde das Magnesium wieder geschmolzen, und die Kugel wurde daraus entnommen und unter vollständiger Bedeckung mit Sand zur Verhinderung des Verbrennens des Magnesiums an der Luft abgekühlt. Die Kugel wies keinerlei Schäden auf und war immer noch mit Magnesium imprägniert.It should be noted that the graphite ball showed no damage after repeated circulation. After the final cycle, the molten magnesium was allowed to solidify with the graphite ball in it stayed immersed. After 6 days the magnesium was melted again and the ball became it removed and completely covered with sand to prevent burning of the Magnesium cooled in the air. The bullet showed no damage and was still with Impregnated magnesium.
Die folgende Tabelle gibt einen zusammenfassenden Überblick über die Vorgänge und eine teilweise chemische Analyse von Beispiel 2:The following table provides a summary overview of the processes and some of them chemical analysis of example 2:
im MagnesiumImmersion time
in magnesium
im GußeisenImmersion time
in cast iron
Der Magnesiumgehalt in Zyklus Nr. 2 stellt den Gesamtwert für die Zyklen Nr. 1 und 2 dar, und der Magnesiumgehalt in Zyklus Nr. 4 entspricht dem Gesamtwert für die Zyklen Nr. 3 und 4. Die Rückgewinnung ist für jeden einzelnen Zyklus berechnet.The magnesium content in cycle # 2 represents the total for cycles # 1 and 2, and the Magnesium content in cycle # 4 corresponds to the total for cycles # 3 and 4. The recovery is calculated for each individual cycle.
Koks mit Brocken von etwa 25 bis 30 cm3 wurde in ein Faß gegeben und mit einem Gas-Luft-Brenner angezündet. Nachdem der Koks Glühtemperatur erreicht hatte, wurden einzelne Brocken davon in geschmolzenes Magnesium eingetaucht und imprägniert. Vor und nach der Imprägnierung vorgenommene Dichtemessungen ergaben einen mittleren Magnesiumgehalt von 80% des ursprünglichen Koksgewichts. Nach der Imprägnierung wurden die Brocken mit Sand bedeckt, um ein Verbrennen vor Abkühlung auf Raumtemperatur zu verhindern. Einige Tage später wurden 16 kg der Koksbrocken in eine dünne Blechkanne gegeben, und diese wurde in einen üblichen Behandlungskorb gebracht und zur Behandlung von 2490 kg geschmolzenem Eisen verwendet. Der nach der Behandlung verbliebene Magnesiumgehalt betrug 0,065%.Coke with lumps of about 25 to 30 cm 3 was placed in a barrel and ignited with a gas-air burner. After the coke reached the annealing temperature, individual chunks of it were immersed in molten magnesium and impregnated. Density measurements made before and after the impregnation showed an average magnesium content of 80% of the original coke weight. After impregnation, the chunks were covered with sand to prevent burning before cooling to room temperature. A few days later, 16 kg of the coke lumps were placed in a thin metal can and this was placed in a conventional treatment basket and used to treat 2490 kg of molten iron. The magnesium content remaining after the treatment was 0.065%.
Ein Block aus porösem Graphit mit Abmessungen von 36 · 36 · 15 cm wurde an einem Pfannendeckel befestigt und durch Eintauchen in geschmolzenes Gußeisen mit einer Temperatur von etwa 1427° C vorerhitzt. Der erhitzte poröse Graphitblock wurde dann in geschmolzenes Magnesium unter Imprägnierung mit diesem eingetaucht. Dieser Block wurde zur Behandlung einer Gießpfanne mit 1910 kg geschmolzenem Eisen verwendet. Nach der Behandlung wies das Gußeisen einen Gehalt an zurückgebliebenem Magnesium von 0,139% auf, was mindestens das Doppelte des zur Herstellung von duktilem Gußeisen erforderlichen Gehalts ist.A block of porous graphite measuring 36 x 36 x 15 cm was attached to a pan lid attached and by immersion in molten cast iron at a temperature of about 1427 ° C preheated. The heated porous graphite block was then immersed in molten magnesium to be impregnated immersed with this. This block was used to treat a ladle with 1910 kg of molten material Iron used. After the treatment, the cast iron had a residual content Magnesium of 0.139%, which is at least twice that used to make ductile cast iron required salary.
Nach Behandlung dieser Pfanne ließ man den porösen Graphitblock abkühlen und teilte ihn dann in zwei Hälften. Die Prüfung ergab, daß etwa 50%After this pan was treated, the porous graphite block was allowed to cool and then divided in two halves. The test showed that about 50%
des ursprünglichen Magnesiums aus den Außenflächen des Blocks ausgetrieben worden war. Der verwendete poröse Block war ein Graphit mit einem durchschnittlichen Porendurchmesser von 0,058 mm und einer Porosität von 48 %.of the original magnesium had been expelled from the outer surfaces of the block. Of the The porous block used was a graphite with an average pore diameter of 0.058 mm and a porosity of 48%.
In diesem Beispiel betrug die Menge des von dem Block aufgenommenen Magnesiums etwa 16 kg, bestimmt durch die Abnahme des Spiegels des geschmolzenen Magnesiums in dem Magnesiumschmelztiegel. Diese Magnesiummenge würde zur Behandlung einer 3630 bis 4080 kg geschmolzenes Eisen enthaltenden Pfanne ausreichen, wenn der imprägnierte Block so lange in dem Eisen belassen würde, bis das gesamte Magnesium ausgetrieben ist.In this example, the amount of magnesium taken up by the block was determined to be about 16 kg by the decrease in the level of molten magnesium in the magnesium crucible. This amount of magnesium would be sufficient to treat a pan containing 3630 to 4080 kg of molten iron, if the impregnated block would be left in the iron until all of the magnesium is driven off.
In den vorstehenden Beispielen wurde das poröse, hochschmelzende Material vor der Imprägnierung erhitzt. Es hat sich jedoch auch gezeigt, daß Koks, poröse Kohle oder poröser Graphit bei Raumtemperatur unter die Oberfläche des geschmolzenen Magnesiums getaucht und imprägniert werden können, wenn das poröse Material so lange untergetaucht bleibt, bis seine Temperatur sich der des geschmolzenen Magnesiums angeglichen hat. Die für die Imprägnierung erforderliche Zeit kann durch Erhöhung der Temperatur des Magnesiums über seinen Schmelzpunkt sowie durch Erhöhung der Temperatur des Kokses, der porösen Kohle oder des porösen Graphits vor dem Eintauchen und dem Imprägnieren verkürzt werden.In the previous examples, the porous, refractory material was used prior to impregnation heated. However, it has also been shown that coke, porous coal or porous graphite can be used at room temperature can be dipped under the surface of the molten magnesium and impregnated, if the porous material remains submerged until its temperature equals that of the molten one Adjusted to magnesium. The time required for impregnation can be increased by increasing the temperature of the magnesium above its melting point as well as by increasing the temperature of the coke, the porous coal or the porous graphite before immersion and impregnation be shortened.
Obwohl poröser Graphit, poröse Kohle und poröser Koks die bevorzugten, erfindungsgemäß zu verwendenden hochschmelzenden Stoffe sind, erhielt man doch auch befriedigende Ergebnisse mit hochschmelzendem, porösem Siliziumcarbid, einschließlich des glasartigen, verbundenen Siliziumcarbids, wie es üblicherweise für Schleifscheiben verwendet wird. Siliziumcarbidkörner und ein kohlehaltiges Bindemittel, z. B. Kohlenteerelektrodenpech, können auch gemischt und zur Erzielung hochschmelzender, feuerfester Teile geeigneter Porosität und Festigkeit gebrannt werden, wobei diese Teile gegen geschmolzenes Eisen und gegen Alkalimetalldämpfe bei der Temperatur von geschmolzenem Eisen beständig sind. Poröse, hochschmelzende Siliziumcarbide dieser Art können mit einem Alkalimetall, ζ. Β. Magnesium, imprägniert und zur Behandlung von geschmolzenem Gußeisen mit oder ohne Kreislaufführung auf die gleiche Weise, wie vorstehend in bezug auf Graphit, Kohle und Koks beschrieben, verwendet werden.Although porous graphite, porous coal and porous coke are the preferred ones to be used in the present invention refractory materials, satisfactory results have also been obtained with refractory porous silicon carbide, including of the vitreous, bonded silicon carbide, as it is commonly used for grinding wheels will. Silicon carbide grains and a carbonaceous binder, e.g. B. coal tar electrode pitch, can also mixed and to achieve high-melting, refractory parts of suitable porosity and strength be fired, with these parts against molten iron and against alkali metal vapors Temperature of molten iron are stable. Porous, high-melting silicon carbides of these Kind can with an alkali metal, ζ. Β. Magnesium, impregnated and used to treat molten Cast iron, with or without recirculation, in the same way as above with respect to graphite, Coal and coke described can be used.
Claims (3)
H. Poetter, »Grauguß«, 1954, S. 221.Considered publications:
H. Poetter, "Grauguß", 1954, p. 221.
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