DE69116363T2 - Herstellungsverfahren von gusseisen mit vermiculargraphit - Google Patents

Description

• Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von kompaktiertem Graphitgußeisen/Vermikulargußeisen durch Zugeben von graphitmodifizierenden Legierungsmitteln, einer sogenannten Behandlungslegierung, zu schwefelarmem, geschmolzenem Gußeisen.
• Es werden gegenwärtig verschiedene Verfahren zur Herstellung von kompaktiertem Graphitgußeisen verwendet. Das bekannteste Verfahren ist die Pfannenbehandlung, bei der eine Legierung, im allgemeinen bestehend aus FeSiMgRECa, worin RE Seltenerdmetalle bedeutet, mit dem Eisen zur Reaktion gebracht wird. Es gibt verschiedene Varianten der Pfannenbehandlung, wie z.B. die Sandwich-, Tundishbehandlung und andere. Alle Varianten weisen jedoch eine Reihe von Nachteilen auf, die bei allen auftreten. Ein solcher Nachteil ist die umfangreiche händische Arbeit, die oft erforderlich ist, wie z.B. Vorgänge im Zusammenhang mit dem Abziehen von Schlacke und Abstechen. Ein weiterer Nachteil ist der beträchtliche Zeitraum zwischen der Behandlung und dem Gießvorgängen, welche das Pfannenverfahren bei seinen verschiedenen Varianten erfordert, wobei weiters dieser Zeitraum sowie jener des Gießvorganges oft variiert. Dies ist ein gravierender Nachteil, da vorzugsweise kompaktiertes Graphitgußeisen nach einer Haltezeit gegossen werden sollte, die konstant ist und 5 Minuten nach der Behandlung nicht überschreiten sollte. Der Grund dafür ist der unstabile Zustand des geschmolzenen Eisens während der Behandlung. Unmittelbar nach der Behandlung beginnen die enthaltenen Mgund RE-Elemente sich zu verflüchtigen, d.h. sie verdunsten und bilden mit unterschiedlicher Geschwindigkeit Sulfid und Oxid. Es wird dabei u.a. noch schwieriger, die geeignete Temperatur im Gießofen zu halten und in der Folge das Eisen rationell in einer Stranggießanlage zu handhaben. Der Gehalt an Mg und RE muß innerhalb von sehr geringen Abständen gehalten werden, da die in den Gußstücken erlaubten strukturellen Schwankungen sehr beschränkt sind.
• Um die richtige Struktur und Qualität in den Gußstücken zu erzielen, muß das Verdunsten während des Haltens der Temperatur, d.h. der Mg- und RE-Gehalt und die Nukleierungsbedingungen, fortlaufend gemessen und die Behandlungsbedingungen korrigiert werden. Es gibt keine verläßliche und produktive Technologie, weder für das Messen noch für das Korrigieren dieser Parameter. Dieses offensichtlich sehr schwierige Problem der Prozeßregelung ist einer der Hauptgründe für das Fehlen einer erfolgreichen Verwendung von kompaktiertem Graphitgußeisen als Baumaterial trotz der ausgezeichneten Eigenschaften, welche dieses Material als solches aufweist.
• Ein weiteres Verfahren, welches auf einem bekannten Prinzip beruht, ist die Inmold-Behandlung. Bei diesem Verfahren wird MgRE dem Eisen zugegeben, indem eine Behandlungslegierung in eine in das Gußsystem der Form eingebaute Reaktionskammer gegeben wird. Wenn das geschmolzene Eisen über die damit in Berührung stehende Behandlungslegierung fließt, nimmt es MgRE in Mengen auf, die von verschiedenen Faktoren abhängen, u.a. vom Fließen des Eisens, der Fläche der Reaktionskammer, der Temperatur des Eisens und der Größe der Körnchen der Legierung.
• Dieses Verfahren ist vorteilhaft, da nur die Temperatur des unbehandelten Gußeisens auf dem richtigen Wert gehalten werden muß. Folglich ist dabei das Problem des Verflüchtigens eliminiert, da die Behandlung nur einige Sekunden dauert, bevor das geschmolzene Gußeisen den Formhohlraum erreicht.
• Dieses Verfahren erfordert jedoch, daß das Gießsystem, die Fläche der Reaktionskammer und andere Parameter sorgfältig in allen Details bemessen und berechnet werden, um zu gewährleisten, daß die Gußstücke vollständig frei von Einschlüssen, Reaktionsmitteln und unzersetztem Behandlungslegierungsmaterial sind, sodaß man ein perfektes Behandlungsresultat erhält. Weiters beansprucht die Reaktionskammer Platz im Inneren der Form und verringert die Gießausbeute, da etwas vom geschmolzenen Eisen in der Kammer zurückbleibt.
• Die vorliegende Erfindung schafft ein Verfahren auf der Basis eines neuen Prinzips, bei dem eine Behandlungslegierung zur Herstellung von kompaktiertem Graphitgußeisen schwefelarmem, geschmolzenem Gußeisen beigegeben wird. Die kennzeichnenden Merkmale des Verfahrens werden in den dazugehörigen Ansprüchen definiert.
• Das erfindungsgemäße Verfahren wird im weiteren genauer unter Bezugnahme auf die beiliegende Zeichnungsfigur beschrieben, in der eine Seitenansicht eine Gießform und ein Vertikalschnitt einen Gießkasten mit Bodenentleerung darstellt, der auf der Form angeordnet und mit einer Einrichtung zum Zuführen der Behandlungslegierung versehen ist.
• Zur Beschreibung des erfindungsgemäßen Verfahrens zeigt die Zeichnungsfigur eine im wesentlichen schematisch dargestellte Gießform 1, wobei ein Teil in durchbrochener Ansicht dargestellt ist, um die Gießschale 2 der Form zu zeigen. Über der Gießschale auf der Form 1 ist ein Gießkasten 3 mittig angeordnet. Vorteilhaft könnte dieser ein in den oberen Formabschnitt integrierter Teil sein. Eine über der Form aufgehängte Pfanne mit Bodenentleerung hat dieselbe Funktion wie der Kasten 3. Über dem Gießkasten 3 ist ein Trichter 4 sowie eine Einrichtung 5 für die Zufuhr der Behandlungslegierung 6 angeordnet. Ein Stopfen 7 verschließt den unteren Ablaufkanal 8 im Gießkasten 3.
• Von einem Gießofen oder einer Gießpfanne, nicht dargestellt, werden dosierte Mengen von geschmolzenem Eisen 9 durch den Trichter 4 zum Fließen in den Gießkasten 3 gebracht. Gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren wird die Behandlungslegierung 6 in den Strahl 10 aus geschmolzenem
• Eisen gesprüht, wenn letzteres in den Gießkasten 3 befördert wird. Die Funktion des Trichters 4 besteht darin, das Fließen und die Stellung des Strahls 10 zu kontrollieren, um ein stabiles Aufprallmuster der gesprühten Behandlungslegierung sowie ein konstantes Verhältnis zwischen den Fließraten des Eisens und der Legierungen zu gewährleisten. Die Stellung und das Fließen des Strahls 10 aus geschmolzenem Eisen kann auch auf andere Weise stabil gehalten werden, z.B. durch Verwendung eines stopfenregulierten Gießofens, wobei in diesem Fall der Trichter 4 nicht länger erforderlich ist.
• Die Behandlungslegierung 6 besteht vorzugsweise aus einem Pulver mit einer Korngröße von 0,1-1,0 mm. Durch ein Zweigrohr 11 im Zuführkanal für das Pulver wird Druckluft oder ein anderes Gas mit einem Druck von 2-3 bar in das Pulver gepumpt, sodaß dieses als Treibgas wirkt, wobei das Pulver in den Strahl 10 aus geschmolzenem Eisen durch einen Ausstoßeffekt gesprüht wird.
• Eine Menge aus geschmolzenem Eisen 9, welche für die Erfordernisse eines bestimmten Gußstückes dosiert ist, wird im Inneren des Gießkastens 3 über einen Zeitraum von 5 bis 40 Sekunden gehalten. Die Zersetzung der Behandlungslegierung 6 findet jedoch schon im Strahl 10 aus geschmolzenem Eisen statt. Dann findet die Homogenisierung der beigegebenen Legierungselemente und die Flotation der Reaktionsprodukte (Schlacke) im Inneren des Gießkastens 3 statt. Nach Ablauf der Verweilzeit wird der untere Ablaufkanal 8 geöffnet, indem der Stopfen 7 angehoben wird und dadurch das geschmolzene Eisen 9 in die Form 1 abfließen kann. Im Eisen enthaltene Schlackenprodukte sammeln sich im Material, welches als letztes gegossen wird, und somit wird ihr Eindringen in die Gußstücke verhindert.
• Der Gießkasten 3 kann für den einmaligen oder wiederholten Gebrauch bestimmt sein. Wenn er nur für den einmaligen Gebrauch bestimmt ist, ist er aus einem Formmaterial, wie z.B. grünem Sand, geformt, und in einer äußeren Hülle aus Grobblech angeordnet. Ist der Gießkasten 3 für den wiederholten Gebrauch bestimmt, ist er z.B. mit einer feuerfesten Auskleidung und einem Graphitstopfen versehen. Während der Verweilzeit von 5 bis 40 Sekunden dichtet der untere Ablaufkanal 8 des Gießkastens 3 letzteren von der Gießschale 2 ab.
• Die Menge an Eisen 9 im Inneren des Gießkastens 3 kann auf verschiedene Weise dosiert werden, z.B. mit Hilfe eines Skalensystems oder mit Hilfe von visuellen, optischen oder induktiven Niveaumessungen.
• Der Strahl 10 aus geschmolzenem Eisen und die Oberfläche 12 des Bades aus geschmolzenen Eisens 9 werden mit Hilfe einer inerten Atmosphäre oder einer reduzierenden Niederdruckgasflamme vor Sauerstoff geschützt.
• Das Verfahren ist in mehrfacher Hinsicht vorteilhaft im Vergleich zu den anfangs erwähnten Verfahren des Standes der Technik. Es ist z.B. möglich, das geschmolzene Eisen 9 im Inneren eines Gießofens uneingeschränkt auf der richtigen Temperatur zu halten, ohne mit Verflüchtigungseffekten und Schlackenbildung konfroniert zu sein. Weiters ist das Verfahren leicht reproduzierbar, und zwar durch das Fehlen des Verflüchtigungsphänomens, welches bei dem herkömmlichen Pfannenverfahren durch seine Länge auftritt, sowie durch das einfache Messen und Einstellen der Kontrollparameter, wie z.B. des Schwefelgehalts des Eisens, des Gewichts des Eisens, des Gewichts der Legierung und der Verweilzeiten. Ein Vorteil von großer Wichtigkeit ist die Unempfindlichkeit, welche die Behandlung unmittelbar vor dem Gießvorgang gegenüber Veränderungen des Nukleierungszustandes des das Ausgangsmaterial bildenden Eisens und gegenüber etwaigen Impfungen. Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß das Verfahren kein Impfen erfordert, ausgenommen jenes, welches als Folge der Behandlung auftritt.
• Das erfindungsgemäße Verfahren ist nicht auf die beschriebenen und dargestellten Merkmale beschränkt, sondern es kann innerhalb des Rahmens der Erfindung in vielfacher Weise variiert werden. Der Großteil der leicht zersetzbaren und im Handel erhältlichen Behandlungslegierungen für kompaktiertes Graphitgußeisen ist verwendbar. Weiters kann auch eine automatisierte, für die Strahlimpfung konstruierte Ausrüstung zum Dosieren und Blasen der Behandlungslegierung 6 und in den Strahl 10 aus geschmolzenem Eisen verwendet werden.

Claims (6)

1. Verfahren zur Herstellung von kompaktiertem Graphitgußeisen/Vermikulareisen durch Zugeben von graphitmodifizierten Legierungsmitteln, einer sogenannten Behandlungslegierung (6) , zu schwefelarmem, geschmolzenem Gußeisen (9) , gekennzeichnet durch Zugeben der Behandlungslegierung (6) zum geschmolzenen Gußeisen (9), indem sie in den Strahl (10) aus geschmolzenem Eisen (9) gesprüht wird, wenn letzteres aus dem Gießofen oder aus der Gießpfanne abgeführt wird, durch Halten des behandelten Eisens, welches eine dosierte Materialmenge für einen Gießvorgang ist, über einen vorbestimmten Zeitraum im Inneren eines Gießkastens (3) zur Homogenisierung und Schlackenflotation, und durch darauffolgendes Gießen dieses behandelten Eisens in eine Gießform (1).

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Behandlungslegierung (6) ein Pulver mit einer Korngröße von 0,1-1,0 mm ist.

3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Behandlungslegierung (6) in den Strahl (10) aus geschmolzenem Eisen mit Hilfe von Luft oder eines anderen Treibgases gesprüht wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Gießkasten (3) einen unteren Ablaufkanal (8) hat und daß das Öffnen und Schließen dieses Kanals (8) mit Hilfe eines vertikal bewegbaren Stopfens (7) erfolgt.

5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Strahl (10) aus geschmolzenem Eisen und die Oberfläche des Bades (12) im Inneren des Gießkastens (3) mit Hilfe einer reduzierenden Flamme oder einer inerten Atmosphäre gegen Reaktionen mit Sauerstoff während des Legierungsvorganges geschützt wird.

6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Eisenmenge, die dem Gießkasten (3) zugeführt wird, genau auf die in der Gießform (1) erforderliche Menge eingestellt wird, indem diese Menge mit Hilfe eines Skalensystems oder mit Hilfe von visuellen, optischen oder induktiven Messungen des Niveaus des Bades (12) im Inneren des Gießkastens (3) dosiert wird.