SE466059B - Foerfarande foer kontroll och justering av primaer kaernbildningsfoermaaga hos jaernsmaeltor - Google Patents

Description

466 059 2 tur < l155°C). Under sådana omständigheter kan den utvecklas till en fjällgrafitkristall eller en grafitnodul. beroende på den aktuella kemiska miljön i järnsmältan. Medan Wang och Fredriksson anger att bildningen av grafitkristaller sker genom en homogen kärnbildningsprocess, anser flera andra för- fattare, exempelvis Jacobs och medarbetare, Metals Technology, mars 1976, sid 98 (sid 102) att bildning av grafitkristaller är en heterogen kärnbildningsprocess. I grafitkristaller har dessa nämligen funnit primära kristallisationskärnor, bestå- ende av komplexa oxider av element, såsom kalcium, magnesium och aluminium av typen spineller, vilka är termodynamiskt stabila och väl dispergerade i smältan. Föreliggande upp- finning är baserad på betydelsen av dessa s.k. primärkärnor.

De bassmältor som användes inom gjuteritekniken har att högst varierande innehåll av sådana primärkärnor, dels beroende på utgångsmaterialet; allt från tackjärn och returer från det egna gjuteriet till stålskrot och mer eller mindre väl defini- erat skrot som inköpts på marknaden. vidare spelar smältmetoden en stor roll. Ugnar arbetar efter olika principer (exempelvis gas- eller olje-eldade kupolugnar, ljusbågsugnar och induktionsugnar), vilka ger basjärnet olika temperaturer under smältprocessen. Dessutom påverkar ínford- ringen i ugnarna det smälta materialets innehåll av sulfid. oxysulfid och oxidpartiklar. Bassmältans innehåll av primär- kärnor varierar därför inom vida gränser, inte bara från den ena produktionslinjen till den andra utan även från sats till sats i en och samma produktionslinje.

Det är tidigare känt genom en rad patent att väsentlig information om en smältas egenskaper, där speciellt SE-B-350 606 visar ett förfarande där man genom att ta ett prov på smältan i en provkopp och därefter med ett i smältan placerat termoelement registrera temperaturens ändring med tiden och ur denna registrering med värden på underkylning, kurvans lutning i olika partier och konstanta temperaturer under den eutektiska reaktionen. kan förutse kristallisations- ß 466 059 förhållanden vid gjutning av aluminium. SE-B-444 817 visar ett förfarande där man, genom användning av två termoelement. det ena placerat i smältan i provkoppens centrum och det andra i smältan nära provkoppens vägg. kan erhållas sådan information. om smältans egenskaper att man kan bestämma om den stelnar som gjutjärn med fjällgrafit, kompakt grafitiskt gjutjärn eller segjärn.

Enligt uppfinningen visas ett förfarande för reglering av stelningsförloppet vid gjutning av järn, innefattande bestäm- ning av inneboende kristallisationsförmåga hos en basjärn- smälta och korrigering av densamma, vilket förfarande känne- tecknas av att ett prov på smältan upptages i en provkopp i termisk jämvikt med provmängden smälta innan stelningen börjat, vilken provkopp är försedd med minst ett termoelement och innehållande en bestämd och kalibrerad mängd ympmedel på Fesi-bas som är tillräcklig för att ge en maximal ympeffekt och att låta provmängden smälta stelna, varunder temperaturens ändring per tidsenhet registreras, agg differensen mellan minimitemperaturen vid underkylningen före den eutektiska reaktionen och den eutektiska jämviktstemperaturen bestämmas och att om denna differens överskrider 5 K tillföra bassmältan termodynamiskt stabila partiklar av typen spineller eller oxysulfider av element som magnesium, aluminium, kalcium. zirkonium, strontium, titan och sällsynta jordartsmetaller, varefter om så befínnes lämpligt, förfarandet upprepas till dess den nämnda differensen underskrider 5 K.

Bildningen av oxíder och/eller oxysulfíder främjas av närvaro av sulfider, såsom mangansulfid, i smältan. Oxiderna kan vara av spinelltYP. exempelvis spinell MgAl204, eller av oxy- såsom Ce O S. sulfidtyp, 2 2 Den kalibrerade och bestämda mängden ympmedel i provkoppen utgöres lämplig- en av ett känt kommersiellt tillgängligt ympmedel, såsom en utvald sats av typ "Superseed" i ett kornstorleksintervall om 2-4 mm. Den tillsatta mängden ympmedel skall motsvara t ex 0,2% av den totala provvikten, sedan provkoppen fyllts till randen med smält järn. Med hjälp 466 059 4 av i provkärlet befintliga temperaturkännande organ, lämpligen termoelement, bestämmes sedan minimitemperaturen vid underkylning som den eutektiska reaktionen startar. Om detta sker vid eller över en temperatur av ll50°C är mängden primärkristallisationskärnor tillräcklig.

Om temperaturen ligger mellan 1145 och l150°C är detta en indikation på att en viss kalibrerad mängd primärkärnor behöver tillföras. Man kan sedan som en tumregel öka mängden tíllförda primärkärnor med det dubbla för varje ytterligare intervall av 5 K som den uppmätta eutektiska reaktionstempe- raturen underskrider den eutektiska jämviktstemperaturen. sättet att tillföra kristallisationskärnor kan variera. Oxider och oxysulfider kan tillföras via lämpliga flussmedel, men bättre resultat erhålles om de stabila partiklarna direkt bildas i smältan för uppnående av optimal dispersion och vätning. Kalcium. aluminium, magnesium, strontium, zirkonium, cerium eller andra sällsynta jordartsmetaller i elementär form kan tillföras enligt injektionsmetallurgiska principer med hjälp av en inert bärgas, med en avstämd halt av syre eller metallpulver kan blandas med en lätt dissocierbar oxid. såsom järnoxid och tillföras bassmältan i gjutstrålen vid överföring av smältan till hållugn eller med hjälp av en dykskopa i håll- ugn. Ett mer sofistikerat sätt är att innesluta pulver i ett rör, vilket dras med till lämplig diameter och matas in i smältan med hjälp av en trådmatare.

På grund av den höga kol-aktiviteten och därmed låga syre- -potentialen kan det ibland vara svårt att åstadkomma en effektiv oxidbildning av önskat slag direkt genom tillsatser till en gjutjärnssmälta.

Ett alternativ är då att i en separat smälta med lägre kol- innehåll framställa en förlegering (Master Alloy) med högt innehåll av oxid/oxysulfidpartiklar. vilken vid användning späds ut i den smälta som skall behandlas. Material av denna förlegering, som bör innehålla minst 100 x önskad slutkon- 4-66 959 centration av partiklar. kan framställas i olika form, t ex som pellets, små gjutna stycken eller som tråd, vilken kan matas ned i smältan med lämplig anordning.

Den använda förlegeringen bör innehålla mindre än 5% andra metaller än järn och således mer än 95% järn och bör lämpligen tillsättas det smälta gjutjärnet i en mängd mindre än 1% av den totala mängden gjutjärn.

En förlegering framställes genom att tillföra de önskade metallerna som ingår i oxider eller oxysulfider i en sådan miljö att oxidation med syre eller svavel kommer till stånd. och följaktligen bör kolhalten vara så låg som möjligt för att undvika att kol i smältan negativt påverkar oxidationspro- 0888811.

Uppmätningen av underkylningen vid förfarandet enligt uppfinningen sker som ovan nämnts med ett termoelement placerat i den ur smältan upptagna provmängden med minst ett termoelement. I detta sammanhang har det visat sig vara av betydelse att använda två termoelement, det ena placerat i provsmältans centrum och det andra nära provkoppens inre yta, varvid differensen mellan minimitemperaturen vid underkylning för den eutektiska reaktionen och den eutektíska jämviktstem- peraturen bestämmes med termoelementet placerat i provsmältans centrum och att uppstående av invers segring av sådan omfatt- ning att exudation av smälta inträffar kan observeras genom registrering av en snabb stegring av temperaturen vid det nära provkoppens inre yta placerade termoelementet, och att i de fall exudation registreras, större mängder termodynamiskt stabila partiklar av typen spineller eller oxysulfider till- sättes smältan än vad som den i centrum av provkoppen uppmätta underkylningen motiverar. Provförfarandet kan sedan upprepas till dess exudationsfenomenet upphör och den ovannämnda dífferensen understiger 5 K. Exudation beror huvudsakligen på brist på kristallisationskärnor i smältan, och när i prov- koppen ett skal av stelnat järn bildas vid provkoppens inneryta, krymper detta och den innanför skalet befintliga 466 059 6 smältan spräcker skalet och pressar ut smälta genom skalets vägg. Därigenom kommer det vid provkoppens inre vägg belägna termoelementet att registrera en förhöjd temperatur. f.) Följande försöksserier visar hur effekten av ympmedelstill- satser kan variera från en produktionslinje till en annan med f hänvisning till figur 1, som i ett diagram visar effekten av tillsatt mängd ympmedel och minimitemperaturen den underkyl- ning som föregår den eutektiska reaktionen.

Ett kommersiellt tillgängligt ympmedel av Fesi-typ med en tillsats av strontium, "Superseed", tillsättes i olika mängd till ett basjärn. a) Ett basjärn med tillräcklig mängd primärkärnor En termisk analys av underkylningstemperatur före den eutek- tiska reaktionen visade de mätvärden som framgår av Fig. 1. där minimitemperaturen avsatts som en funktion av tillsatt mängd ympmedel uttryckt i viktprocent av provsmältan. Det framgår av kurvan a) att full ympeffekt uppmätts vid en till- sats av 0,22 ympmedel och att minimitemperaturen ligger nära den eutektiska jämviktstemperaturen, d v s 1150-1l55°C. Metal- lografisk undersökning visade fullt utvecklad A-grafit eller fjällgrafit genom hela provvolymen. b) Ett basjärn med otillräcklig mängd primärkärnor Samma typ av ympmedel tillsattes som enligt kurva a) ovan, men i detta fall till ett basjärn med otillräcklig mängd primär- kärnor visas med kurva b) varvid erhålles en avsevärd lägre nivå för minimitemperaturen. Oavsett den tillsatta mängden y ympmedel kommer minimitemperaturen för den eutektiska reak- tionen aldrig att uppgå till de värden som kännetecknar ett välympat material av A-grafittyp. vid en tillsats av 0,25% ympmedel visar proverna vid en metallografisk undersökning en relativ mängd av D-grafit, "underkyld grafit". uppgående till 40-60% av den totala grafitmängden i provet. 1 466 059 Med ledning av kurvorna i Fíg. 1 inses lätt att tillsats av ett visst ympmedel i mängder över 0,2% icke nämnvärt påverkar mängden och typen av grafítkristaller.

Man kan på denna grund basera en enkel mätmetod för att fast- ställa en smältas innehåll av primära kristallisatonskärnor.

Mätningen sker genom att man dels tillför en smälta ympmedel av Fesi-typ i en mängd av minst 0,22 och därefter registrerar mínimítemperaturen före den eutektíska reaktionen och jämför denna med den eutektiska jämviktstemperaturen.

Smältans innehåll av primära kristallisationskärnor kan därefter i enlighet med uppfinningen justeras så att vid gjutningen med smältan optimala förhållanden för grafitut- fällningen erhålles.

Claims (9)

10 15 20 25 30 35 466 059 B Patentkrav

1. Förfarande för reglering av stelningsförloppet vid gjutning av järn innefattande bestämning av inneboende kristallisa- tionsfórmåga hos en basjärnsmälta och korrigering av densam- ma. k ä n n e t e c k n a t av att ett prov på smältan upp- tages i en provkopp i termisk jämvikt med provmängden smälta innan stelningen börjat. vilken provkopp är försedd med minst ett termoelement och innehållande en bestämd och kalibrerad mängd ympmedel på Fe-Si-bas som är tillräcklig för att ge en maximal ympeffekt och att låta provmängden smälta stelna var- under temperaturens ändring per tidsenhet registreras, att differensen mellan minimitemperaturen vid underkylningen före den eutektiska reaktionen och den eutektiska jämviktstempera- turen bestämmes och att om denna differens överskrider 5 K tillföra bassmältan termodynamiskt stabila partiklar av typen spineller eller oxysulfider av element som magnesium, alumin- ium, kalcium, zirkonium. strontium. titan och sällsynta jord- artsmetaller, varefter om så befinnes lämpligt, förfarandet å upprepas till dess den nämnda differensen underskrider 5 K.

2. Förfarande enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a t av att den bestämda och kalibrerade mängden ympmedel på Fe-Si-bas i provkoppen skall vara så stor att den i smältan som inrymmes i provkoppen uppgår till minst 0,2 viktprocent.

3. Förfarande enligt krav 1. k ä n n e t e c k n a t av att tillförsel av termodynamiskt stabila partiklar av typen spi- neller eller oxysulfider sker genom att en tråd nedföres i smältan bestående av åtminstone ett yttre skikt av järn, inom vilket skikt inneslutits en eller flera av metallerna kalcium, magnesium, aluminium, zirkonium. strontium, titan och säll- synta jordartsmetaller samt en lätt dissocierbar oxid, såsom järnoxid, i metallisk form.

4. Förfarande enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a t av att tillförsel av termodynamiskt stabila partiklar av typen spi- neller eller oxysulfider sker genom att kalcium, magnesium, 10 15 20 25 30 35 9 466 059 aluminium, zirkonium, titan, strontium eller sällsynta jord- artsmetaller injiceras med en inert gas tillsammans med ett oxiderande medel.

5. Förfarande enligt krav 4, k ä n n e t e c k n a t av att det oxiderande medlet utgöres av en lätt dissocierbar oxid.

6. Förfarande enligt krav 4, k ä n n e t e c k n a t av att det oxiderande medlet utgöres av syrgas eller luft.

7. Förfarande enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a t av att registreringen av temperaturens ändring per tidsenhet sker dels i provsmältans centrum och dels nära provkärlets inre yta, varvid differensen mellan minimitemperaturen vid under- kylning före den eutektiska reaktionen och eutektisk jämvikts- temperatur bestämmas med hjälp av termoelement placerat i provsmältans centrum och att uppstående av invers segring av sådan omfattning att exudation av smälta inträffar bestämmas genom registrering av en snabb stegring av temperaturen vid det nära provkärlets inre yta placerade termoelementet, och att i de fall exudation registreras, tillsätta större mängder termodynamiskt stabila partiklar av typen spineller eller oxysulfider och att provförfarandet upprepas till dess den nämnda differensen är mindre än 5 K och ingen exudation registreras.

8. Förfarande enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a t av att tillsatsen av primär-kärnbildande partiklar sker via en förlegering, vilken tillverkats separat genom bildning av oxíder/oxysulfider av element såsom Cu, Mg, Al, Zr, Sr, Ti och sällsynta jordartsmetaller i en smälta med låg kol-aktivitet och i en väsentligt högre koncentration, vilken förlegering på i och för sig känt sätt tillföras den smälta som skall be- handlas. k ä n n e t e c k n a t av att

9. Förfarande enligt krav 8. förlegeringen innehåller mer än 95% järn.