DE2753282C2

DE2753282C2 - Mittel zur metallurgischen Behandlung von flüssigem Eisen sowie Verwendung des Mittels

Info

Publication number: DE2753282C2
Application number: DE2753282A
Authority: DE
Inventors: Michael David Nechells Birmingham Bryant; Manfred Fessel; John Robert Mclaughlin; Kenneth Clark 4820 Borken Taylor
Original assignee: Foseco International Ltd
Current assignee: Foseco International Ltd
Priority date: 1976-12-06
Filing date: 1977-11-30
Publication date: 1984-05-30
Also published as: FI773645A7; BR7708098A; FI63258C; DK540777A; IN147621B; AT366421B; SE7713774L; DD134650A5; TR20654A; US4173466A; JPS5654363B2; NO149433B; NL7713488A; NO774154L; IT1093038B; ATA874877A; AR215278A1; CH632296A5; JPS53124112A; PH13766A

Description

2. Mittel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Gewichtsverhältnis von Magnesium zu Calcium im Bereich von 4,5 :1 bis 1 :1 liegt.

3. Mittel nach den Ansprüchen 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Magnesium eine Reinheit von mindestens 99 Gew.-% und eine Teilchengröße von 0,15 bis 0,40 mm aufweist

4. Mittel nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Calcium in Form von Calciumsilicid vorliegt.

5. Mittel nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Eisen in Form von Eisenschwamm oder Stahlpulver mit einer Teilchengröße von weniger als 0,2 mm vorliegt.

6. Mittel nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß es neben Calcium andere Erdalkalimetalle und/oder Seltene Erdmetalle und/oder Zinn enthält.

7. Mittel nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß es bis zu 5 Gew.-% Kohlenstoff enthält.

v| 25 8. Mittel nach den Ansprüchen 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß es in Form von Preßlingen mit einem

:'| Volumen von 0,5 bis 10 cm³ vorliegt.

H 9. Verwendung des MiHeIs gemäß den Ansprüchen 1 bis 8 zur Herstellung von Kugelgraphitgußeisen, bei

ίί welchem man in ein Behandlungsgefäß eine bestimmte Menge an Behandlungsmittel legt und flüssiges Eisen

in das Gefäß gießt.

Jf 30 10. Vei Wendung gemäß Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß man in das Behandlungsgefäß, bezogen

p auf das zu behandelnde fl&'sigc Eisen, 0,5 bis 3,0 Gew.-% des Behandlungsmittels einbringt.

S 11. Verwendung des Mittels gemäß den Ansprüchen 1 bis 8 zum Desoxidieren von Stahl und zum Ent-

Ιά schwefeln von Eisen, bei w« vhem man in ein Behandlungsgefäß eine bestimmte Menge eines Behandlungs-

^ji| mittels einbringt und Stahl oder Eisen in das Gefäß gießt.

Die Erfindung betrifft ein Mittel zur metallurgischen Behandlung von flüssigem Eisen bestehend aus einer verdichteten Mischung mit einem Gehalt an feinteiligem Eisen, Magnesium und Calcium, sowie die Verwendung des Mittels zur Herstellung von Kugelgraphitgußen.en(auch als duktiles Eisen oder SG-Eisen bezeichnet), sowie zur Desoxidierung von Stahl und Entschwefelung von Eisen.

Die wesentlichen Schritte bei der Herstellung von duktilem Eisen aus einem Roheisen von der Zusammensetzung von Graueisen (3,5 bis 4,0% Kohlenstoff, 1,5 bis 2,5% Silicium, 0,03 bis 0,15% Schwefel) sind nacneinander die Entschwefelung, die Kugelgraphitbildung und die Impfung. Die Kugelgraphitbildung wird vorzugsweise durch Einbringen von Magnesium in das flüssige Eisen erreicht.

Magnesium kann zur Kugelgraphitbildung nicht in das Eisen eingebracht werden, bevor der Schwefelgehalt im flüssigen Eisen auf einen Wert unterhalb etwa 0,01⁰O. vorzugsweise unter 0,005% gesenkt worden ist, da erst dann die Zugabe von Magnesium zu einem Ansteigen des Magnesiumgehaltes in dem Eisen auf das für die

so Bildung von Kugelgraphit erforderliche Niveau führt. In der Praxis wird die Entschwefelung als getrennter Schritt vor der Kugelgraphitbildung durchgeführt. Bekannte Entschwefelungsmittel für diesen Zweck sind Calciumcarbid, Natriumcarbonat und Calciumoxid. Nach der Entschwefelung wird die schwefelhaltige Schlacke abgetrennt, und das flüssige Eisen ist dann für eine Behandlung mit Magnesium zur Erzeugung von Kugelgraphit fertig.

Magnesium ist ein Element, welches sich für die Kugelgraphitbildung nur schwer in geschmolzenes Eisen einbringen läßt, da es in reinem Zustand einen Siedepunkt von 1070⁰C aufweist, welcher deutlich unterhalb der Temperatur des geschmolzenen Eisens liegt, da es ferner eine niedrige Löslichkeit in Eisen aufweist, eine wesentlich niedrigere Dichte als Eisen (1,7 für Magnesium gegenüber 7,0 für Gußeisen) besitzt und schließlich eine starke Neigung zeigt, in Form von Magnesium- oder Magnesiumoxiddampf verlorenzugehen.

W) Innerhalb der 30 Jahre, welche seit der Erfindung von duktilem Eisen vergangen sind, sind verschiedene Wege vorgeschlagen worden, um die Schwierigkeiten zu überwinden, die mit dem Einbringen von Magnesium in Eisen zum Zweck der Kugelgraphitbildung verbunden sind. Einige der wichtigsten sind die folgenden:

I. Durch die Verwendung spezieller Vorrichtungen: Beispielsweise durch Anwenden des Magnesiums in

b5 Form von Pulver oder Granulat mittels Einblasen oder durch Kombinieren des Magnesiums mit inerten

Stoffen wie Koks oder Eisenschwamm und Eintauchen dieser Materialien in das geschmolzene Eisen mit HiITe eines speziellen Tauchkolbens, oder durch Verwendung spezieller Behandlungsgefiißc. in denen das Magnesium mit überalmosphärischem Druck eingebracht wird.

2. Durch Legieren des Magnesiums mit einem dichteren Material und Aufgießen des geschmolzenen Eisens auf die so gebildete Vorlegierung. Sowohl Nickel als auch Kupfer sind für diesen Zweck eingesetzt worden, doch ist ihre Verwendung wegen der damit verbundenen Kosten und wegen des Einflusses dieser Metalle auf die metallurgischen Eigenschaften des Gußeisens nicht mehr üblich. Stall dessen hat sich nunmehr als dichteres Material Ferrosilicium. beispielsweise eine Ferrosiliciumzusammenset/.ung mit einem Magnesi- s umgehalt von etwa 5 bis 10%, durchgesetzt. Die Anwendung von Ferrosilicium bringt jedoch ernste Nachteile mit sich, da die Gegenwart von Silicium, insbesondere bei Erreichen bestimmter verhältnismäßig hoher Werte zu Problemen in den weiteren Stufen der Gußeisenherstellung führen kann. Beispielsweise sollte der Siüciumgehalt in dem fertigen Kugelgraphiteisen in der Größenordnung von 2,5% liegen, was zu einer entsprechenden Beschränkung des wünschenswerten Siliciunigehaltes in den früheren Herstellungsstufen führt Wenn das Niveau zu stark ansteigt, kann es notwendig werden, Gegenmaßnahmen zu treffen. Darüber hinaus kann die Gegenwart von Silicium zur Bildung von silikathaltigen Schlacken führen, welche entfernt werden müssen. Ferner kann die Reaktion zwischen dem Magnesium in der Ferrosiliciumzusammensetzung und dem geschmolzenen Eisen heftig sein, selbst innerhalb des engen Bereiches für den Magnesiumgehalt von 5 bis 10%.

Die einfache Zugabe in der Pfanne unter Anwendung einer Obergieß- oder Sandwichtechnik unter Verwendung eines 5 oder 10% Magnesium enthaltenden Ferrosiliciums (oder heutzutage seltener einer Nickel/Magnesium-Legierung) ist die am häufigsten angewendete Methode zur Einführung von Magnesium ohne spezielle Vorrichtungen.

Die Impfung ist ein äußerst wichtiger Tei¹ der Gewinnung von duktilem Eisen. Es ist notwendig, vunächst die Zahl der durch die Magnesiumbehandlung entstehenden Graphitkügelchen zu erhöhen und deren Dichte zu verbessern und dann eine Abkühlung (Bildung von Eisencarbid) insbesondere in dünnen Abschnitten zu verhindern. Das Impfmittel muß somit nach und nicht etwa vor der Magnesiumbehandlung zugesetzt werden, damit es wirksam ist. Es ist wesentlich, ein geeignetes Impfmittel auszuwäh'en und im allgemeinen findet eine Ferrosiliciumlegierung Anwendung. Dünne Bereiche der Gußstücke mit einem niedrigen Siliciumgehalt und einer hohen Gießtemperatur erfordern einen hohen Gehalt an Impfmittel zur Vermeidung von Weißeinstrahlung und zur Erzielung einer befriedigenden Graphitstruktur. Die übliche Methode der Zugabe besteht darin, das Impfmittel dem Strom des flüssigen Eisens während der Überführung des geschmolzenen KugelgraphitguSeisens in die Gießpfanne zuzufügen. Bei einer anderen Arbeitsweise, der sogenannten »Formimpfung«, wird ein Impfmittel am Boden der Gußform befestigt und anschließend da- geschmolzene Eisen aufgegossen. Diese Methode findet häufig als weitere Impfung neben der Impfung in der Pfanne statt.

Verschiedene Magnesium enthaltende Zusammensetzungen, welche sich für die Kugelgraphitbildung zu Preßlingen verdichten lassen, sind bereits vorgeschlagen worden. Die DE-AS 13 02 000 lehrt die Verwendung von Briketts, welche 7 bis 25% Magnesium, im übrigen Eisenpulver und gegebenenfalls Zusätze enthalten; einer der Zusätze ist Calciumcarbid. Die entsprechend dieser Lehre hergestellten Preßlinge mit Gehalt an Calciumcarbid werden bei Berührung mit der Atmosphäre angegriffen. Die Briketts können ferner Wismutoxid und Calcium enthalten. In der DE-AS 17 58 468 sowie der entsprechenden GB-PS 12 01 397 wird ein Preüling vorgeschlagen, welcher 4 bis 40, vorzugsweise 5 bis 25% Magnesium und im übrigen Eisenschwamm enthält und welcher eine Dichte von 2 bis 4, vorzugsweise 3 g/cm¹ aufweis·. Solche Preßlinge haben eine niedrige Dichte und neigen deshalb dazu, an die Oberfläche des schmelzflüssigen Eisens zu steigen, was zu einer unannehmbar niedrigen Magnesiumausbeute führt, wenn nicht SpezialVorrichtungen Verwendung finden, beispielsweise wie in der PS erwähnt, eine Tauchglocke oder ein Tauchkolben, welcher die Preßlinge am Boden hält.

Die GB-PS 13 64 859 beschreibt für die Desoxydation von Stahl ein Brikett aus Magnesium und Eisenschwamm in Form eines Blockes mit einem Gewicht von beispielsweise 1 kg; solche Briketts können nur dann für die Kugelgraphitbildung in Gußeisen wirksam atigewendet werden, wenn Einrichtungen benutzt werden, welche ein Aufschwimmen an die Oberfläche des schmelzflüssigen Gußeisens verhindern. Die GB-PS 13 97 600 beschreibt die Verwendung von Briketts aus 5 bis 7% Magnesium. 0.3 bis 0.9% Cer und als Rest Eisen zur Kugelgraphitbildung h Gußeisen. Derartige Briketts müssen am Boden der Pfanne festgehalten werden, um die gewünschte Wirkung zu erzielen, beispielsweise dadurch, daß man sie mit Sianzblechabfällen in einer Menge bedeck'., welche ihr eigenes Gewicht übersteigt.

Die US-PS 19 22 037 zeigt Briketts aus einem reaktionsfähigen Metall wie Calcium oder Magnesium und einem verhältnismäßig weniger reaktionsfähigem Metall wie Eisen. Solche Briketts sind für verschiedene Zwekke brauchbar, obwohl ihre Verwendung zur Kugelgraphiterzeugung in Gußeisen nicht erwähnt ist, da duktiles Gußeisen 1930 noch nicht erfunden worden war, als diese Veröffentlichung abgefaßt wurde. Di*.· US-PS 34 59 541 erwähnt Briketts aus Magnesium und Eisen zur Kugelgraphitbildung. Um eine wirksame Kugelgraphitbildung sicherzustellen, ist es erforderlich, Tauchvorrichtungen oder andere Spezialeinrichtungen zu verwenden, um die Briketts in das geschmolzene Metall einzutauchen.

Die GB-PS 7 99 972 befaßt sich mit der Kugelgraphitbildung mit Hilfe eines Mittels, welches in das schmelzflüssige Metall getaucht wird. Das Mittel enthält 17 bis 50Gcw.-% Magnesium, 2,8 bis 10Gew.-% Calcium, mindestens 35 Gew.-% Silicium und zwischen 0 und 30 Gew.-% Eisen. Die Patentschrift erwähnt, daß das Calcium die Heftigkeit der Reaktion dämpft, wenn das Magnesium : Calcium-Verhältnis im Bereich von 5,7 :1 zu 9 :1 liegt. Diese Mittel werden in das schmelzflüssige Metall mittels eines Tauchkolbens eingetaucht.

Aus der SE-OS 241/70 ist es für die Impfung bei der Herstellung von Gußei.,en bekannt, eine Impfzusammensetzung zu verwenden, welche ein Impfmittel und feintsiligen Eisenschwamm enthält, welche zusammengepreßt sind. Als impfmittel L-mmen verschiedene Stoffe einschließlich beispielsweise einer Calcium/Silicium/Magnesium-Legierung oder einer Magnesium/Eisen/Silicium-Legierung in Betracht. Die Preßlinge werden unter Drukken von 2 bis 3 t/cm² erzeugt, und die Erfahrung hat gezeigt, daß solche Preßlinge cine Dichte von 3,8 bis 4 g/cm³

aufweisen. Um zu verhindern, daß diese Preßlinge auf dem schmelzflüssigen Eisen schwimmen, ist es üblich, sie mechanisch in der Schmelze zu befestigen, beispielsweise durch Annageln oder Verkeilen. Dadurch wird die Freisetzung des Siliciums für die Impfung ermöglicht. Für die Impfung werden derartige Preßlinge in sehr niedrigen Zugabemengen bezogen auf das schmelzflüssige Metall eingesetzt.

Es wurde nunmehr gefunden, daß es möglich ist, Preßlinge aus Magnesium, Calcium und Eisen herzustellen, welche zur Kugelgraphitbildung in schmelzflüssigem Gußeisen mittels einer »Übergießtechnik« verwendet werden können, ohne daß es erforderlich ist, die Preßlinge mittels spezieller Einrichtungen in dem flüssigen Metall festzuhalten. Zur Erzielung dieser wünschenswerten Eigenschaften einschließlich einer geringeren Reaktionsheftigkeit und einer hohen Magnesiumausbeute muß das Verhältnis von Magnesium zu Calcium innerhalb

ίο eines bestimmten Bereiches liegen, und die Dichte der Preßlinge muß einen bestimmten Mindestwert übersteigen. Der Calciumgehalt muß im Verhältnis zu dem Magnesiumgehalt so eingestellt werden, daß eine ausreichende Ca^'iummenge vorhanden ist, um die Heftigkeit der Reaktion des Magnesiums mit dem geschmolzenen Eisen zu dämpfen, doch muß gleichzeitig darauf geachtet werden, daß nicht zuviel Calcium vorhanden ist, damit der Preßling keine zu niedrige Dichte aufweist. Wenn die Dichte zu niedrig ist, steigen die Preßlinge in Abwesenheit eines Tauchkolbens oder dergleichen einfach an die Oberfläche des schmelzflüssigen Eisens und das Magnesium entweicht als Dampf, ohne zur Kugelgraphitbildung beizutragen.

Es ist demgemäß Aufgabe der Erfindung, ein Mittel zur Behandlung von schmelzflüssigem Eisen für die ! icrstcilung von Kugclgraphitguöciscn zu schaffen, welche:; die genannten Nachteile nicht aufweist und welches ferner zur Entschwefelung von Eisen und zur Desoxidation von Stahl geeignet ist.

Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1.
Weitere Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen 2 bis 8.
Die erfindungsgemäße Verwendung des Mittels ist Gegenstand der Ansprüche 9 bis 1. Bei der Anwendung zur Desoxidation und Entschwefelung liegt das Verhältnis von Magnesium zu Calcium vorzugsweise auf der niedrigeren Seite des Bereiches von 1 : 1 bis 8 : l,z. B. zwischen 1 : 1 und 3 : 1.

Zur näheren Erläuterung der Erfindung sollen die graphischen Darstellungen dienen; es zeigt

Fig. 1 die allgemeine Abhängigkeit zwischen dem Magnesiumgehalt bei drei unterschiedlichen Magnesium : Calcium-Verhältnissen in dem Preßling und der Heftigkeil der Reaktion mit dem geschmolzenen Metall (gemessen anhand eines willkürlich gewählten Maßstabes) und

F i g. 2 eine idealisierte graphische Darstellung der Abhängigkeit zwischen der Dichte des Preßlings und dem Magnesiumgehalt bei bestimmten Magnesium : Calcium-Verhältnissen, wobei andere Faktoren, beispielsweise die Abwesenheit sonstiger Zusätze, der Verdichtungsdruck und dergleichen konstantgehalten wurden.

Aus der F i g. 1 wird deutlich, daß bei einem unendlich hohen Verhältnis von Magnesium zu Calcium, d. h. bei Abwesenheit von Calcium, nur ein niedriger Magnesiumgehalt von höchstens 8% angewendet werden kann, da sonst die Reaktionsheftigkeit die Toleranzgrenze überschreitet. Mit wenig Calcium, d. h. einem hohen Mg/Ca-Verhältnis, können bis zu 11% Magnesium vorhanden sein. Der Magnesiumgehalt kann noch höher ansteigen, wenn map. ein niedriges Mg/Ca-Verhältnis wähl! und dadurch den dämpfenden Einfluß des Calciums auf die Heftigkeit der Reaktion erhöht. Die Darstellung der F i g. 2 zeigt jedoch, daß mit steigendem Calciumgehalt, d h. mit abnehmendem Mg/Ca-Verhältnis, die Dichte des Preßlings abnimmt und daß die Dichte des Preßlings unter den Wert von 4,3 g/cm^J fallen kann, in welchem Fall der Preßling nicht mehr für eine Obergießtechnik Anwendung finden kann, da er dazu neigt, an die Oberfläche des schmelzflüssigen Metalls hochzusteigen, bevor die Behandlung vollständig ist. In der Praxis liegt die Obergrenze für die erreichbare Dichte des Mittels bei etwa 6.5 g/cm >.

Oberhalb eines Magnesium : Calciuni-Verhältnisses von 8 :1 wird die Heftigkeit der Reaktion zwischen dem Magnesium und dem geschmolzenen Eisen nur noch wenig gedämpft. Die Obergrenze für Calcium kann bis zu 1:1 erreichen, doch findet vorzugsweise weniger Anwendung, beispielsweise ein Magnesium/Calcium-Verhältnis von 4,5 zu 1, besonders bevorzugt von 3,5 zu 1. da die Anwesenheit von Calcium zu einer Erniedrigung der Dichte des Preßlings führt. Wie in der graphischen Darstellung gezeigt, besteht zwischen dem Magnesium- und dem Calciumgehalt ein umgekehrtes Verhältnis innerhalb des Bereiches, so daß mit abnehmendem Magnesiumgehalt mehr Calcium zugegen sein kann.

Der Magnesiumgehalt kann zwischen 5 und 15% liegen, da innerhalb dieses Bereiches das Risiko einev zu heftigen Reaktion bei Verwendung des Preßlings im Übergießverfahren durch das Vorhandensein der definierten Menge Calcium vermindert ist. Es ist nicht praktisch, einen niedrigeren Magnesiumgehalt zu verwenden, und es kann gefährlich sein, einen höheren Gehalt anzuwenden. Das Magnesium kann in Form von Magnesiummetall oder einer Magnesiumlegierung vorhanden sein, und es weist eine Teilchengröße von weniger als 0,7 mm auf.

Die Reinheit des Magnesiums beträgt vorzugsweise mindestens 99%. und das Teilchenspektrum liegt besonders bevorzugt zwischen 0,15 und 0,40 mm.

Das Calcium kann in irgendeiner bequem zur Verfügung stehenden Form zugesetzt werden, vorausgesetzt, daß es weder zu gefährlich noch zu stabil ist, um die Heftigkeit der Reaktion zu dämpfen; vorzugsweise findet das Calcium in Form einer Legierung wie z. B. Calciumsilicid Anwendung. Aufgrund des Magnesium : Calcium-

bo Verhältnisses wird der Siliciumgehalt selbst bei Verwendung von Calciumsilicid kaum 10 bis 15% übersteigen, was vorteilhaft ist da mit steigender Siliciumkonzentration das Risiko unerwünschter Nebeneffekte ansteigt.

Verschiedene Arten von Eisenpulver können Verwendung finden, beispielsweise Eisenschwammpulver oder Stahlpulver. Die Reinheit sollte mindestens 95 und vorzugsweise mindestens 98% betragen und so nahe bei 100% wie möglich liegen, da Verunreinigungen, in der Hauptsache Eisenoxid und Aluminiumoxid, die Verpreßbarkeit des Eisenschwamms und des Stahlpulvers und damit die erreichbare Dichte der Preßlinge und somit auch die Magnesiumausbeute beeinflussen.

Das Gewicht der zur befriedigenden Bildung von Kugelgraphit in Eisen dienenden Preßlinge hängt von der Zusammensetzung des Eisens und dem Magncsiumgehalt der Preßlinge ab, liegt jedoch üblicherweise im

Bereich von 0,5 bis 3 Gcv.\-°/o bezogen auf das Gewicht des zu behandelnden flüssigen Eisens.

Neben Eisen, Magnesium und Calcium können die Preßlinge ferner kleine Mengen anderer Elemente enthalten, welche geschmolzenem Eisen üblicherweise zur Bildung von Kugelgraphiteiscn zugesetzt werden. Beispiele für solche Elemente sind die übrigen Erdalkalimetalle, Seltene Erdmetalle sowie Zinn. Diese Elemente können in den Preßlingen als Legierungen, z. B. Mg/Sn, Mg/Ba oder Mg/Ce-Legierung, als Cer-Mischmetall, als Cersilicid oder als Salze zugegen sein. Die Preßlinge können ferner Impfmittel für Gußeisen wie Siliciumcarbid oder Wismuth oder auch Flußmittel wie Magnesiumfluorid oder Fluoride Seltener Erden enthalten. In jedem Fall muß jed^uh darauf geachtet werden, daß die Dichte der Preßlinge nicht unter den Mindestwert fällt. Die Verwendung von Bindemitteln ist nicht erforderlich und sollte vermieden werden.

Es ist vorteilhaft, den Mitteln Kohlenstoff zuzusetzen, beispielsweise in Form von kristallinem Graphit, amorphem Ruß oder zerstoßenem Graphitelektrodenabfall. Der Zusatz von bis zu 5, vorzugsweise 2 bis 4 Gew. % Kohlenstoff verbessert die Verpreßbarkeit des Gemisches und hilft so, die erforderliche hohe Dichte zu erreichen. Die Zugabe von Kohlenstoff unterstützt ferner den physikalischen Zerfall der Mittel in dem geschmolzenen Eisen, da er die Eisenpulverteilchen daran hindert, zusammenzusintern.

Die Preßlinge des Behandlungsmittel werden vorzugsweise hergestellt, indem man ein trockenes Gemisch aus den Bestandteilen, beispielsweise auf einem Walzenstuhl mit entgegengesetzt rotierenden Walzen, bei geeigneten Drucken und Temperaturen verdichtet. Die Preßlinge können eine beliebige geeignete Form und Größe aufweisen, besitzen jedoch vorzugsweise ein Volumen von 0,5 bis 10 cm³ und haben vorzugsweise eine hohe Schüttdichte.

Bei praktischen Aufgießversuchen in einer Gießerei wurde beobachtet, daß sich im Vergleich zu einer Magnesium/Ferrosilicium-Vorlegierung während der Kugelgraphitbildung unter Verwendung eines erfindungsgemäßen Preßlings weniger Schlacke bildete, die Temperatur des schmelzflüssigen Metalls weniger erniedrigt wurde und daß das Kugelgraphiteisen verbesserte metallurgische Eigenschaften aufwies. Diese Vorteile können zum Teil auf die Tatsache zurückgeführt werden, daß aufgrund der Verwendung eines Preßlings mit einem niedrigen Silicumgehalt die Bildung siliciumhaltiger Schlacke und damit die Schlackenbildung als solche zurückgedrängt werden, sowie ferner darauf, daß der Magnesiumgehalt ungefährlicherweise hoch sein kann, die Heftigkeit der Reaktion gedämpft wird und weniger Preßlinge erforderlich sind, was beides ebenfalls dazu beiträgt, daß die Temperatur des schmelzflüssigen Metalls nicht erniedrigt wird.

Es; ist zu betonen, daß die Behandlungsmittel gemäß der Erfindung in vorhandenen Einrichtungen Verwendung finden können, welche Vorrichtungen wie Tauchglocken zum Tauchen des Behandlungsmittels aufweisen. Die Behandlungsmittel gemäß Erfindung besitzen jedoch den großen Vorteil, daß sie im Rahmen einer einfachen »Au:Fgieß«technik Anwendung finden können, bei welcher die Mittel einfach auf den Boden eines metallurgischen Gefäßes wie z. B. einer Pfanne oder eines Tiegels gegeben werden, worauf das zu behandelnde Gußeisen oder der zu behandelnde Stahl einfach in das Gefäß eingefüllt werden. Gewünschtenfalls kann das Mittel beispielsweise mit Eisen- oder Stahlstanzabfällen bedeckt werden um zu verhindern, daß das Mittel zu Beginn durch das einströmende geschmolzene Metall zu heftig verdrängt wird. Vorausgesetzt jedoch, daß die Dichte des Mittels mindestens 43 g/cm³ beträgt, zeigt sich unabhängig davon, ob das Mittel zu Beginn des Einfuliens bedeckt ist oder nicht, daß die Reaktion mit dem Magnesium vollständig und die Kugelgraphitbildung oder sonstige Behandlung beendet ist, selbst wenn die Preßlinge schließlich an die Oberfläche der Schmelze aufsteigen. Da das Mittel gemäß Erfindung eine Dichte von mindestens 4,3 g/cm¹ aufweist, ist die Aufenthaltsdauer des Mittels in der Schmelze in der Praxis ausreichend, um eine vollständige Freigabe des darin enthaltenen Magnesiums innerhalb der Schmelze zu gewährleisten, wobei dieses nicht als Magnesium- oder Magnesiumoxiddampf an der Oberfläche der Schmelze freigesetzt wird.

Zur näheren Erläuterung der Erfindung sollen die nachfolgenden Beispiele dienen, wobei sich alle Prozentangaben auf das Gewicht beziehen.

Beispiel 1
Die folgenden Mittel wurden durch Zusammenmischen der folgenden Bestandteile hergestellt:

A. (zum Vergleich)

Eisenschwamm (Teilchengröße weniger als 0.15 mm, Eisengehalt 98,5%) 92,5%

Magnesium (Teilchengröße weniger als 035 mm) 7,5%

B. (gemäß Erfindung)

Eisenschwamm (Teilchengröße weniger als 0,15 mm, Eisengehalt 98,5% 86,5%

Magnesium (Teilchengröße weniger als 035 mm) 7,5%

Calciumsilicid (Teilchengröße weniger als 0,5 mm) 6.0%

Die Mittel wurden zu mandelförmigen Briketts mit einer Größe von etwa 3 cm ■ 2 cm ■ 1,5 cm verformt, wobei eine Brikettiermaschine mit gegenläufig rotierenden Walzen Verwendung fand, welche mit einem Druck von 5 t/cm² arbeitete.

Die aus der Zusammensetzung (A) hergestellten Briketts wiesen eine Dichte von 5,80 g/cm³ und die aus der Zusammensetzung (B) hergestellten eine Dichte von 534 g/cm^J auf.

Die Preßlinge wurden als Mittel zur Kugelgraphitbildung in Gußeisen auf die folgende Weise untersucht:

Roheisen für die Kugelgraphitbildung wurde in einem kernlosen Hochfrequenzinduktionsofen erschmolzen, wobei die Rohstoffe so gewählt wurden, daß die Analyse der fertigen Schmelze 3,5% Kohlenstoff und 23% Silicium ergab. Das geschmolzene Eisen wurde auf 1540⁰C überhitzt und nach dem Abstich in eine Behandlungspfanne gefüllt, welche 2,45 Gew.-%, bezogen auf das zu behandelnde Eisen, an Behandlungsmittel bedeckt mit

einer Schicht von 1,8 oder 2,5Gew.-% Eisen- oder Stahlstanzabfällen enthielt. Es wurde die Heftigkeit der Reaktion während der Freisetzung des Magnesiums aus den Preßlingen beobachtet.

Das Eisen wurde vor und nach der Behandlung analysiert, um den Magnesiumrestgehalt und die Magnesiumausbeute zu ermitteln.
Die Ergebtiisse der Versuche sind in der folgenden Tabelle zusammengefaßt:

Z.usammenseiMing Deckschicht (Stahl) Reaktion Mg-Restgehalt Mg-Ausbeute

in % in %

Λ 1,8% heftig 0,045 24,5

A 2.5% heftig 0,040 21.7

B 1.8% mäßig 0,051 27.7

B 2,5% mäßig 0,053 28.5

Beispiel 2

Die folgende Zusammensetzung wurde für Vergleichs/wecke hergestellt, indem die nachstehender· Bestand teile zusammengemischt wurden:

C. Eisenschwamm (Teilchengröße weniger als 0,15%, Eisengehalt 87% 86,5% Magnesium (Teilchengröße weniger als 0,35%) 7,5% Calciumsilicid (Teilchengröße weniger als 0,5 mm) 6,0%

Die Zusammensetzung wurde wie in Beispiel 1 beschrieben zu Briketts verformt und die erhaltenen Briketts wurden mit den Briketts der Zusammensetzung (B) des Beispiels 1 als Mittel zur Bildung von Kugelgraphit verglichen.

Die Briketts der Zusammensetzung (C) wiesen eine Dichte von 3,4 g/cm³ im Vergleich zu einer Dichte von 5,34 g/cm³ für die Briketts der Zusammensetzung (B) auf.

Bei Verwendung zur Behandlung von schmelzflüssigcm Eisen wie in Beispiel I beschrieben stiegen die Briketts der Zusammensetzung (C) an die Oberfläche der Schmelze auf und der Magnesiumrestgehalt im Eisen betrug nur 0,008%. Im Vergleich dazu führten die Briketts der Zusammensetzung (B) zu einem Magnesiumrestgehalt im Eisen von 0,051%.

Beispiel 3

Die folgende Zusammensetzung wurde durch Zusammenmischen der nachstehenden Bestandteile erhalten:

D. Eisenschwamm (Teilchengröße weniger als 0,15 mm. Eisengehalt 98.5%) 66.5% Graueisenpulver (Teilchengröße weniger als 0,25 mm) 20,0%

Magnesium (Teilchengröße weniger als 0.35 mm) 7.5%

Calciumsilicid (Teilchengröße weniger als 0,5 mm) 6,0%

Die Zusammensetzung wurde unter Anwendung des Verfahrens des Beispiels 1 zu Briketts verformt und die erhaltenen Briketts besaßen eine Dichte von 5,3 g/cm¹.

Die Briketts wurden verwendet, um Kugelgraphitgußeisen mit Hilfe des in Beispiel 1 beschriebenen Verfahrens herzustellen. Die Reaktion aufgrund der Freisetzung von Magnesium war gemäßigt, und der Magnesiumrestgehalt im Eisen betrug 0,026%.

so B e i s ρ i e I 4

Die folgende Zusammensetzung wurde durch Zusammengeben der nachstehenden Bestandteile hergestellt:

E. Stahlpulver (Teilchengröße weniger als 05 mm, Eisengehalt 99%) 82.5% Magnesium (Teilchengröße weniger als 0.35 mm) 10,0%

Calciumsilicid (Teilchengröße weniger als 0.50 mm) 7,5%

Die Zusammensetzung wurde unter Anwendung der in Beispiel 1 beschriebenen Arbeitsweise zu Briketts verformt, und die erhaltenen Briketts wiesen eine Dichte von 4,9 g/cm³ auf.

mi Die Briketts wurden verwendet, inn 15(K) kg schniel/flüssigcs Eisen bei I52O'C zu behandeln, wobei die Ziigabeinenge l.i(!ew.-% beiiug. Die Briketts wurden auf den Hoden einer Pfanne gebracht und mit I (lew. "/», he/ogen auf das (!ewichi des j;esihini)l/.enen F.isens. SlahlsUm/ahfiiHen bedeckt, worauf das geschmolzene Eisen in die Pfanne gegossen wurde. 21 solcher Behandlungen wurden durchgeführt, und die durchschnittliche Magnesiuinausbeiitc betrug 24.5%
65

Beispiel 5

Die folgenden Zusammensetzungen wurden durch Zusammengeben der nachstehenden Bestandteile herge-

stellt:

F. Stahlpulver (Teilchengröße weniger als 0.5 mm. Eisengehalt 99%) Magnesium (Teilchengröße weniger als 0,35 mm)
Calciumsilicid (Teilchengröße weniger als 0,50 mm)

G. Stahlpulver (Teilchengröße weniger als 0,5 mm. Eisengehalt 99%) Magnesium (Teilchengröße weniger als 0,35 mm)

Calciumsilicid (Teilchengröße weniger als 0.50 mm)
kristalliner Graphit

90.0% 5,0% 5,0%

88,0% 5,0% 5,0% 2.0"/«.

Die Zusammensetzungen wurden mittels des in Beispiel I beschriebenen Verfahrens zu Briketts verformt.

Die aus der Zusammensetzung (F) hergestellten Brikcits wiesen eine Dichte von 5,1 g/cm¹ und die aus der Zusammensetzung (G) hergestellten Briketts eine Dichte von 5,6 g/cm' auf.

Briketts beider Zusammensetzungen wurden verwende*, um 1300 kg geschmolzenes Eisen bei einer Temperatur von 1510°C unter Anwendung einer Zugabemenge von 2 Gcw.-% zu behandeln. Die Briketts wurden auf den Boden einer Pfanne gebracht und mit 2Gew.-%, bezogen auf das Gewicht des zu behandelnden Eisens, Stahistanzabfällen bedeckt, worauf das geschmolzene Eisen in die Pfanne gegossen wurde. Die Zusammensetzung (F) ergab eine Magnesiumausbeute von 40.5%, und die Zusammensetzung (G) eine Magnesiumausbeute von 41,0%.

Beispiele 6 bis 20

Die folgenden Zusammensetzungen wurden hergestellt und zu Preßlingen der jeweils angegebenen Dichte verpreßt. In allen Fällen wurden die Preßlinge verwendet, um die Kugelgraphitbildung in Gußeisen zu bewirken, wobei befriedigende Ergebnisse ohne heftige Reaktion und mit befriedigenden Magnesiumausbeutewerten erzielt wurden, in allen Fällen wiesen die Einzelbestandteile die zuvor angegebene Reinheit und die oben angegebenen Teilchengrößen auf.

Beispiel	Dichte	Magnesium in %	Calciumsilicid	Mg/Ca-Verhälinis	Eisen in %	Kohlenstoff
			in %	(clwa)		in %
6	43	10	13,4	2.5:1	74,6	3,0
7	4.5	10	7.5	4,4 : 1	79.5	3,0
8	4,5	10	7,5	4,4:1	78,5	4,0
9	4,6	10	9,0	3,4:1	77.75	3,25
!0	4.7	10	11.0	3,03 : !	77.0	2
11	4£	10	7,5	4,4:1	80,5	2,5
12	4,8	10	7,5	4,4 : 1	80,5	2
13	4.9	7,5	5,6	4.46 : 1	84,9	2
14	43	75	7,5	3,0:1	85.0	0
15	5,1	73	5,6	4,46 : 1	84.9	2
16	5,2	7,5	5.6	4,46 : 1	84,9	2
17	5,4	6,5	4.0	5,4:1	87,0	2.5
18	5,7	6,0	3,0	6,0:1	88.5	2,5
19	5.5	5.0	5,0	3.0:1	90,0	0
20	5.8	5,0	3,8	4.39 : 1	89,2	2.0

Beispiele 21 und 22

Es wurden zwei weitere Versuche durchgeführt, bei weichen Preßlinge getestet wurden, die entsprechend den folgenden Bedingungen hergestellt wurden:

21. Magnesiumgehalt 10%, Calciumsilicidgehalt 73%. Rest reiner Eisenschwamm, Mg : Ca-Verhältnis 4,4 :1. Dichte 4,1 g/cm³. Bei Verwendung in einer Gießerei schwamm der Preßling aufgrund der niedrigen Dichte auf der Oberfläche der Eisenschmelze, und es wurde nur eine Magnesiumausbeute von 7,5% erreicht, was völlig unbefriedigend ist.

22. Magnesiumgehalt 10%, Calciumsilicidgehalt 4%, Kohlenstoffgehalt 2%, Rest reiner Eisenschwamm, Mg/ Ca-Verhältnis 83 :1, Dichte 5,0 g/cm³. Bei Verwendung in einer Gießerei war die Reaktion zwischen dem Magnesium und der Schmelze zu heftig, was zeigt, daß die Grenze für das Mg/Ca-Verhältnis bei etwa 8 :1 liegt.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Mittel zur metallurgischen Behandlung von flüssigem Eisen, bestehend aus einer verdichteten Mischung mit einem Gehalt an feinteiligem Eisen, Magnesium und Calcium, dadurch gekennzeichnet, daß

a) der Magnesiumgehalt zwischen 5 und 15 Gew.-% liegt,

b) das Gewichtsverhältnis von Magnesium zu Calcium im Bereich von 1 :1 bis 8 :1 liegt,

c) das Eisen eine Reinheit von mindestens 95 Gew.-% und eine Teilchengröße von weniger als 0,5 mm aufweist,

ίο d) die Dichte der Mischung mindestens 43 g/cm³ beträgt und

e) das Magnesium eine Teilchengröße von weniger als 0,7 mm aufweist.