DE1608195B1 - Verfahren zur Herstellung von Ferrosilicium - Google Patents

Description

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der Temperatur ganz wesentlich auf die Füllung, d. h. Fähigkeit zur Bildung von Kugelgraphitguß eintritt, die herzustellende- Ferrosiliciumlegierung ankommt. wogegen bei einem sauren oder schwach basischen

Demgemäß ist es Aufgabe der Erfindung, ein Ver- pH-Wert-Bereich der Schlacke nach Beendigung der fahren zur Herstellung von Legierungen auf Ferro- Reaktion keine zufriedenstellende Fähigkeit der silicium-Basis zu schaffen, die bei der Verwendung als 5 Legierung zur Bildung von Kugelgraphitguß erwartet Zusatzstoff bei der Herstellung von Kugelgraphitguß werden kann.

ein Material mit hoher Zugfestigkeit ergeben. Die Verwendung eines basischen, feuerfesten Mate-

Die Lösung dieser Aufgabe besteht darin, daß man rials, ζ. B. vom Magnesiumoxyd-Typ macht es jedoch a) Kalk oder Kalkstein in eine Gießpfanne einbringt, unvermeidlich, daß das Auskleidungsmaterial mit die mit basischem feuerfestem Material ausgekleidet io Silicium reagiert oder als schlackenbildendes Mateist, das eine minimale Menge an Siliciumoxyden ent- rial wirkt. Um eine Erosion des Auskleidungsmaterials hält, b) die Pfanne erhitzt, bis die Temperatur der Aus- zu vermeiden, ist es daher bevorzugt, als Auskleidungskleidungsoberfläche auf etwa 1000° C erhöht ist, material gebrannte Steine aus Magnesiumoxyd od. dgl., c) eine geschmolzene Ferrosiliciumlegierung in die die unempfindlich gegen Erosion sind, an Stelle von Pfanne einbringt, d) das geschmolzene Metall in der 15 gegen Erosion empfindlichen gießbaren Materialien Pfanne bei einer Temperatur von mindestens 15OQ⁰C zu verwenden,
hält, dem geschmolzenen Metall in der Pfanne eine
Schüttelbewegung durch exzentrisches Rotieren der

Pfanne erteilt bis die Reaktion beendet ist während _2> Temperaturbedingungen

man das geschmolzene Metall bei einer so hohen Tem- 20
peratur hält, daß es nach Beendigung der Reaktion

eine Temperatur von mindestens 1350° C aufweist und Die Temperatur der Schmelze nach Beendigung

e) das geschmolzene Metall in eine Gußform gießt. der Reaktion soll nicht unterhalb von 1350° C liegen.

Bei diesem Verfahren wird das Schütteln an einem Bei Legierungen mit Schmelzpunkten Von nicht Punkt abgebrochen, an welchem die Farbe der Funken 25 unterhalb Von 1350° C soll die Temperatur der geaus der Schmelze sich von Rot zu Bläulich-Weiß ver- schmolzenen Legierung nach Beendigung der Reakändert, während die Schmelze bei der Temperatur von tion nicht niedriger als der betreffende Schmelzpunkt mindestens 1350° C gehalten wird und die Schmelze in sein und die Schmelze noGh eine Temperatur aufeine Gußform gegossen wird, nachdem die Schmelze weisen, bei welcher die geschmolzene Legierung eine eine Weile lang stillstehen gelassen wurde. 30 beträchtliche Fließfähigkeit besitzt. Die Ergebnisse

Das durch das vorstehend beschriebene Verfahren von Versuchen haben gezeigt, daß eine Legierung erhaltene Produkt erfüllt die Erfordernisse für Ferrö- als Zusatzstoff mit einer gewünschten Fähigkeit zur silicram-Legierungen zur Verwendung als Zusatzstoff Bildung von Kugelgraphitguß nicht bei einer Tembei der Herstellung von Kugelgraphitguß. Gußeisen, peratur der Schmelze erhalten werden kann, die die unter Verwendung einer derartigen Ferrosilicium- 35 nicht höher als 135O⁰C liegt. Die Reaktion zwischen Legierung als Zusatz hergestellt wurden, besitzen eine schlackebildendem Material und der Legierung auf Zugfestigkeit von 60 kg/mm⁸, wenn sie gegössen Ferrosilicium-Basis gemäß der Erfindung ist stark werden bei einer minimalen Unregelmäßigkeit. Dem- endotherm, so daß die Temperatur der geschmolzenen gemäß ist es nach dem Verfahren der Erfindung mög- Legierung während der Reaktion stark abfällt. Daher lieh, eine ausgezeichnete Zusatzlegierung herzustellen, 40 kann die Temperatür def geschmolzenen Legierung die es ermöglicht, Kugelgraphitguß mit hoher, gleich- von 1350° C oder höher bei Vollendung der Reaktion förmiger Zugfestigkeit herzustellen. nur dann eingehalten werden, wenn die geschmolzene

Um ein zufriedenstellendes Ergebnis bei dem Ver- Legierung bei einer Temperatur von mindestens fahren nach der Erfindung zu erhalten, muß das 1500° C vor dem Schütteln gehalten wird. In dieser Verfahren unter Erfüllung folgender Bedingungen 45 Hinsicht ist es, wenn eine Gußpfanne mit einer ausgeführt werden: Kapazität von 11 oder einer geringeren Kapazität

verwendet wifd und eine geschmolzene Legierung bei einei Temperatur von 1700 bis 1800° C im Verlauf

1. Feuerfestes Auskleidungsmaterial ^einer. kürzeren Zeit als 10 Minuten in die Pfanne

50 zu gießen ist, mindestens erforderlich, die Pfanne zuvor mittels Hilfsheizeinrichtungen einschließlich

Das zu verwendende feuerfeste Auskleidungs- des eingeführten schlackebildenden Materials auf

material muß aus solchen basischen, feuerfesten eine Temperatur von etwa 1000° C zu erhitzen.

Materialien ausgewählt sein, die minimale Mengen Das Verfahren gemäß der Erfindung weist gegen-

an Siliciumdioxyd und Aluminiumoxyd enthalten. 55 über dem bekannten Verfahren wirtschaftliche Vor-

In dieser Hinsicht ist es vorteilhaft, feuerfeste Mate- teile in der Weise auf, daß das Verfahren innerhalb

rialien aus Magnesiumoxyd und von der Art des einer sehr kurzen Zeitdauer ausgeführt werden kann,

Dolomite, jedoch vorzugsweise keine gebrannten daß der verfügbare Prozentsatz an Silicium bemerkens-

Steine aus Aluminiumoxyd, zu verwenden. Die wert erhöht werden kann, da kein Silicium unwirt-

Basizität des zum Auskleiden verwendeten feuer- 60 schaftlich durch Oxydation verbraucht wird, wie das

festen Materials besitzt einen großen Einfluß auf die bei dem bekannten Verfahren der Fall war, und daß

Fähigkeit zur Bildung von Kugelgraphitguß der die Heizenergie, welche bisher erforderlich war, nicht

herzustellenden Legierung, da die Verwendung eines erforderlich ist wegen des Einführens von heißem

kohlenstoffhaltigen Materials zur Einführung von Ferrosilicium. Das Verfahren gemäß der Erfindung

Kohlenstoff — wenn auch in geringer Menge — in 65 ist insbesondere insofern vorteilhaft, als Legierungen

die herzustellende Legierung führt, mit dem Ergebnis, auf Ferrosilicium-Basis, die es ermöglichen, Kugel-

daß die Legierung nach dem Gießen dazu neigt, graphitguß mit einer Zugfestigkeit von 60 kg/mm²

zerstört zu werden, obwohl keine Änderung in ihrer oder darüber herzustellen, auf stabiler Basis erhalten

werden können und ferner, als bei Ausführung des Verfahrens unter den gleichen Bedingungen eine Veränderung des Wertes der Zugfestigkeit des mit Hilfe der hergestellten Legierung hergestellten Kugelgraphitgusses unter Berücksichtigung eines gewünschten Wertes auf ein Mindestmaß herabgesetzt werden kann, so daß Legierungen, die in der Lage sind, eine gewünschte Zugfestigkeit in dem damit hergestellten Kugelgraphitguß zu erzeugen, mit einem minimalen Prozentsatz an Ausschuß erzeugt werden können. Bisher wurde die Zugfestigkeit eines Kugelgraphitgusses durch tatsächliche Messung der Zugfestigkeit an einem Probestück festgestellt, das aus jedem Abstich entnommen wurde. Nach dem Verfahren gemäß der Erfindung ist ein derartiges Probeziehen nicht erforderlich, und die Herstellung kann mittels lediglich eines Steuerungsdiagramms geregelt werden. Infolgedessen können die Inspektionskosten wesentlich herabgesetzt werden.

Nachfolgend wird das Verfahren gemäß der Erfindung an Hand eines Beispiels unter Bezugnahme auf die Zeichnung, die mikroskopische Fotografien darstellt, welche die Strukturen der mit den gemäß der Erfindung hergestellten Legierungen gewonnenen Kugelgraphitgüsse zeigen, im einzelnen näher erläutert.

Beispiel

Das Verfahren gemäß der Erfindung wurde unter Verwendung einer mit Magnesiumoxydbrandsteinen ausgekleideten Gußpfanne mit einer Kapazität von 500 kg (berechnet auf Basis von Roheisen) ausgeführt. Zunächst wurde die Oberfläche der Auskleidung mittels eines Heizölbrenners 1 Stunde vor Ausführung des Verfahrens erhitzt. 15 Minuten nach Beginn der Erhitzung wurde ein schlackebildendes Material in die Gußpfanne eingebracht, und unmittelbar darauf wurde die Verbrennungstemperatur des-Heizöls durch Einmischen von Sauerstoff in die Druckluft für den Brenner erhöht, um die Temperatur der Oberfläche der Auskleidung zu erhöhen. Als die Temperatur der Auskleidungsoberfläche über 1000° C erreicht hatte, wurde ein geschmolzenes Ferrosilicium in die Gußpfanne eingebracht. Der Brenner wurde entfernt, als die Menge des geschmolzenen Ferrosiliciums in der Gußpfanne etwa 300 kg erreicht hatte, und eine Vorrichtung zum Schütteln der Gußpfanne wurde dann unmittelbar in Bewegung gesetzt, um die Pfanne entlang eines horizontalen Kreises von 90 mm Durchmesser bei einer Geschwindigkeit von 92 Umdr./ Min. zu rotieren. Die Pfanne wurde auf diesem Weg in der Weise wechselweise bewegt, daß sie 7 Sekunden lang in eine Richtung und nach Stationärhalten während 1,5 Sekunden in der entgegengesetzten Richtung 7 Sekunden lang rotiert wurde. In der Zwischenzeit wechselte die Farbe der aus dem Inneren der Pfanne mit einem weißen Rauch heraussprühenden Funken von Rot zu Bläulich-Weiß, und die Bewegung; der Pfanne wurde an diesem Punkt angehalten. Dia Pfanne wurde stillgehalten, und nachdem die Oberflächenschicht der Schlacke fest geworden war, wurd& die Pfanne geneigt, und die Schmelze wurde aus der Pfanne in eine Gußform durch ein durch den unteren Teil der fest gewordenen Schlacke gebohrtes Loch gegossen. Das vorstehend beschriebene Verfahren wuide unter Verwendung verschiedener schlackebildender Materialien in jeweils unterschiedlichen Mengen wiederholt, und die dabei erhaltenen Ergebnisse sind in der nachstehenden Tabelle aufgeführt.

Kate gorie	Ver such	S Vor der	Analyse i Nach der	des geschm C Vor der	olzenen M a Nach der	etalls (%) 1 Vor der	Nach der	Metall	Zusammensetzung (leg) Schlackebildendes Material	Aluminiufli- oxyd	Fluorit
	Nr.	Be handlung	Be handlung	Be handlung	Be handlung	Be handlung	Be handlung	275	Ätzkalk	7,5	6,9
I	1	68,7	67,4	0,11	1,22	0,22	0,65	245	15,6	7,5	6,9
	2	71,0	68,8	0,44	1,34	0,44	0,72	335	15,6	9	3
	3	72,9	70,6	1,10	1,45	0,39	2,21	255	18	9	S
	4	67,2	68,5	0,88	1,36	0,64	1,96	235	18	Kohlen
III	5	64,5	64,4	0,08	0,88	0,40	1,48		18	stoff
										pulver 2
								350		Kohlen
	6	69,1	69,1	1,02	1,31	0,77	1,74		18	stoff
										pulver 2
								265		—	—
rv	7	70,2	71,4	0,32	1,52	0,82	0,98	290	20	—	—
	8	71,8	71,4	0,31	0,55	0,60	0,58	275	20
V	9	71,8	71,0	0,38	0,52	0,67	0,59	275	10	—	—
	10	69,7	66,7	1,15	1,48	0,49	0,90	300	20	—	—
	11	68,7	67,4	1,48	1,48	0,74	0,96		Calcium-
									carbonat
								175	20	4,4	4,6.
VI	12	71,2	69,6	1,01	1,23	0,68	1,34	109	11	5	—
	13	69,3	67,5	0,87	1,96	0,67	1,87	300	30		3
VII	14	98,5	97,5	0,15	0,90	0,10	0,53	310	20	—	3-
	15	98,2	97,2	0,20	1,02	0,08	0,61	20

Kategorie	Versuch Nr.	Schüttelzeit (Minuten)	Geschmolzenes Metall Temperatur (3C) Vor der Behandlung ! Nach der Behandlung	1365 1380	1445 1440	1370 1490	Zugfestigkeit (kg/mm2)
I	1 2	5 3	1580 1545	1450 ! 1340 1510 1360	1570 , 1430 1595 ; 1420 1650 , 1380	1470 1480	72,4 74,0
II	3 4	3 5	1620 ; 1430 1590 ; 1400	1470 1580	56,2 60,2
IH	5 6	2 5	1630 1600	1580 1610	69,3 61,7
IV	7 8	4 4	73,5 70,7
V	9 10 11	4 4 4	65,2 63,7 63,9
VI	12 13	—	52,4 35,5
VII	14 15	2 2	71,3 74,0

Bemerkungen:

Nr. 12. Das geschmolzene Metall wurde 3 Minuten lang durch Einbringen von grünem Holz stark gerührt. Nr. 13. Das geschmolzene Metall wurde 5 Minuten lang durch Einbringen von grünem Holz stark gerührt.

Unter Verwendung der so hergestellten Legierungen wurden Kugelgraphitgüsse hergestellt, und die Zugfestigkeit der einzelnen Kugelgraphitgüsse wurde in der nachstehend beschriebenen Weise gemessen.

In einem basisch ausgekleideten Lichtbogenofen mit einer Kapazität von 50 kg wurden 50 kg Abfallstahl unter Zugabe einer solchen Menge Kohlenstoff eingeführt, daß der Kohlenstoffgehalt der Schmelze nach Entfernung der Schlacke auf einen Wert innerhalb des Bereiches von 3,8 bis 4% abfällt. Zu der Schmelze wurde ein basisches Flußmittel zur Reduktion und zum Feinern und anschließend 800 g einer zu untersuchenden Ferrosilicium-Legierung hinzugegeben. Das entstehende geschmolzene Metall wurde in dem Temperaturbereich von 1470 bis 1500° C gegössen. Das geschmolzene Metall wurde ferner in eine getrennte Gußpfanne in einer Menge von 10 kg gegossen, und nach Zugabe von 300 g der zu untersuchenden Ferrosilicium-Legierung hierzu wurde das geschmolzene Metall unmittelbar zu einem Stapelklotz mit einer Wanddicke von 40 mm vergossen, um ein Versuchsstück der Japanese Industrial Standards Nr. 4-Type herzustellen, an welchem die Zugfestigkeit des Kugelgraphitgusses gemessen wurde.

In der Tabelle wurden die Versuche in den Kategorien I bis einschließlich VI mit einem Ferrosilicium, das etwa 70% Silicium enthielt, und diejenigen in der Kategorie VII mit metallischem Silicium, das etwa 98% Silicium enthielt, ausgeführt. Die Versuche in Kategorie VI wurden unter starkem Rühren des geschmolzenen Metalls ohne Schütteln der Pfanne mit Hilfe von Gasen, die sich stark entwickelten, nachdem grünes Holz in das geschmolzene Metall gebracht wurde, ausgeführt. In diesen Fällen war die Zugfestigkeit der hergestellten Gußeisen nicht höher als 60 kg je mm², d. h. niedriger als diejenige der Gußeisen in den anderen Versuchen. Diese Tatsache beweist die Notwendigkeit des Schütteins. Die Versuche Nr. 3 und 4 in Kategorie II sind repräsentativ für viele Versuche, durch welche festgestellt wurde, daß eine Zugfestigkeit eines Gußeisens von 60 kg je mm² oder höher nicht erwartet werden kann, wenn die Temperatur des geschmolzenen Metalls nach Beendigung des Schüttelvorganges nicht höher als 1350° C ist. Die aus den Versuchen Nr. 1 und 6 erhaltenen Strukturen der Kugelgraphitgüsse werden in den mikroskopischen Fotografien der Zeichnung bei einer 120fachen Vergrößerung gezeigt.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

COPY

209 511/223

Claims (1)

1 2

solche Legierungen vorgeschlagen, die aus nicht mehr

Patentanspruch: als 90 % Eisen und aus 10 bis 99 % Silicium als Grund

bestandteile mit einer Zugabe von nicht mehr als

Verfahren zur Herstellung von Ferrosilicium- 4 % Calcium, nicht mehr als 10 ⁰J₀ Aluminium, wobei Legierungen zur Verwendung als Zusatzstoff bei 5 der Gesamtwert des mit 10 multiplizierten Calciumder Herstellung von Kugelgraphitguß, g e k e η n- Prozentsatzes und des Alumimum-Prozentsatzes nicht zeichnet durch die folgenden, teilweise be- kleiner als 3 ist, nicht mehr als 0,05 % Kieselsäure oder kannten Verfahrensschritte, daß man Silicat und Verunreinigungen, die unvermeidlich in

derartige Legierungen eingeführt werden, zusammen-

a) Kalk oder Kalkstein in eine Gießpfanne ein- ¹⁰ gesetzt sind.

bringt, die mit basischem feuerfestem Material Die bei dem Verfahren der genannten japanischen

ausgekleidet ist, das eine minimale Menge an Patentschrift 300 442 verwendeten Ferrosilicium-Le-

Siliciumoxyden enthält gierungen wurden bisher dadurch hergestellt, daß man

b) die Pfanne erhitzt, bis die Temperatur der Aus- Stücke bzw. Brocken eines im Handel erhältlichen kleidungsoberflache auf etwa 1000⁰C erhöht ¹S Fetrosiliaums m einen rnit Magnesiumoxyd ausge-■ _t kleideten Heroult-Ofen einbringt, das Ferrosihcmm m

. .' , „ .,. . _T . . dem Ofen unter Zugabe eines schlackebildenden

c) eine geschmolzene Ferrosihcium-Legierung in _{Materials aus} Ätzkalk, Dolomit und Fluorit schmilzt, die Pianne einbringt, _{das gescmno}i_zene Ferrosilicium stillstehen läßt, die

d) das geschmolzene Metall in der Pfanne bei ₂₀ Schlacke entfernt und anschließend das geschmolzene einer Temperatur von mindestens 1500⁰C Ferrosilicium in eine Gußform gießt. Der mit den in hält, dem geschmolzenen Metall in der Pfanne der beschriebenen Weise erhaltenen Ferrosüiciumeine Schüttelbewegung durch exzentrisches Legierungen hergestellte Kugelgraphitguß besitzt eine Rotieren der Pfanne erteilt, bis die Reaktion Zugfestigkeit im Bereich von 50 bis 80 kg/mm². Die beendet ist, während man das geschmolzene _a5 Zugfestigkeit variiert jedoch stark von Gußeisen zu Metall bei einer so hohen Temperatur hält, Gußeisen, und es ist äußerst schwierig, ein Gußeisen daß es nach Beendigung der Reaktion eine gleichförmig mit einer gewünschten Zugfestigkeit her-Temperatur von mindestens 1350° C aufweist, zustellen. Darüber hinaus war, da das Verfahren unter ^un(i Verwendung von kaltem Ferrosilicium als Ausgangs-

e) das geschmolzene Metall in eine Gußform gießt. 30 material hergestellt wurde, der Verlust an Silicium

infolge Oxydation während des Schmelzvorganges groß, wobei der verfügbare Prozentsatz an Silicium höchstens nur 90 % beträgt.

' Versuche, unter Variierung der bekannten Verfahren

35 Ferrosilicium-Legierungen herzustellen, wobei man statt von kaltem von geschmolzenem Ferrosilicium ausging und eine mit Magnesiumoxydschicht ausge-

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur kleidete Gußpfanne anwendete, führten nicht zum HerstellungvonFerrosilicium-Legierungen zurVerwen- Erfolg, da die erhaltenen Legierungen einen Kugeldung als Zusatzstoff bei der Herstellung von Kugel- 40 graphitguß ergaben, dessen Zugfestigkeit in weiten graphitguß. Grenzen variierte und insgesamt zu niedrig war.

Es ist aus der deutschen Auslegeschrift 1030 037 Ferner sind aus der deutschen Auslegeschrift

bekannt, bei der Durchführung von metallurgischen 1 270 822 Sihcium-Zuschlaglegierungen bekannt, deReaktionen zwischen Metallschmelzen und festen, ren Funktionsfähigkeit davon abhängt, daß der flüssigen oder gasförmigen Reaktionsmitteln ein be- 45 Sauerstoffgehalt auf unter 0,004% begrenzt ist. wegtes Reaktionsgefäß (Schüttelpfanne) zu verwenden Zur Herabsetzung des Sauerstoffgehaltes auf einen und als Reaktionsmittel pulverisierten Kalk zuzu- derart niedrigen Prozentsatz sind äußerst aufwendige setzen. Dabei wirkt z. B. in Stahlbädern der Kalk als Maßnahmen erforderlich. Außerdem spielen bei dieser Mittel zur Entfernung von Verunreinigungen, insbe- bekannten Legierung andere Bestandteile, wie Mn und sondere zur Bindung von Kieselsäure. Auf diese Weise 50 Ca eine wesentliche Rolle,

kann man keine Ferrosilicium-Legierungen herstellen, Zur großtechnischen Herstellung von Kugelgra-

die sich zur Verwendung von gutem Kugelgraphitguß phitguß kommen diese bekannten Legierungen als eignen würden. Zusatzstoffe praktisch nicht in Betracht, da deren Herin der japanischen Patentanmeldung 24 212/64 ist stellung zu kompliziert ist und deren Funktionsweise die Herstellung von Kugelgraphitguß durch Zugabe 55 von zu vielen Variablen abhängig ist.
einer Ferrosilicium-Legierung beschrieben, das nur bei Schließlich sind aus der deutschen Auslegeschrift

speziellen Ca-, Al- und SiO₂-Gehalt zum Erfolg führt. 1 213 088 Brenner zum Trocknen und Beheizen von Über die spezielle Herstellung einer besonders gut Pfannen, Konvertern u. dgl« für den Transport und geeigneten Legierung ist dieser japanischen Patentan- zum Vergießen flüssiger Metalle bekannt. Danach soll meldung nichts zu entnehmen. 60 vor dem Füllen einer Pfanne eine Beheizung sowie

In der japanischen Patentschrift 300 442 ist ein Ver- ein Warmhalten der Form erforderlich sein, um das fahren zur Herstellung von Kugelgraphitguß be- Springen der Auskleidung beim Füllen der Pfannen schrieben, bei dem Eisenlegierungen mit Ferrosilicium zu verhindern. Hierbei ist eine Verfahrensführung, mit speziellen Gehalten an Kohlenstoff in bestimmten unabhängig von der Art der Füllung, insbesondere der Anteilen verschmolzen werden. Jedoch ist nicht jedes 65 Zuschlagstoffe, vorgesehen. Eine solche Verfahrens-Ferrosilicium zur Verwendung bei diesem Verfahren führung ist zur Herstellung der nach der Erfindung geeignet. Als geeignete Ferrosilicium-Legierungen vorgesehenen Ferrosilicium-Legierungen völlig ungewerden in der japanischen Patentanmeldung 24 212/64 eignet, da es hierbei unter anderen für die Einstellung