DE10207434A1

DE10207434A1 - Konverter zur Magnesiumbehandlung von Gusseisenschmelzen

Info

Publication number: DE10207434A1
Application number: DE2002107434
Authority: DE
Inventors: Wilhem Hauke; Stephan Hasse
Original assignee: Disa Industrie AG
Current assignee: Disa Industrie AG
Priority date: 2002-02-21
Filing date: 2002-02-21
Publication date: 2003-09-04
Also published as: AU2002361971A1; WO2003070989A1

Abstract

Es wird ein Konverter (1) zur Magnesiumbehandlung von Gusseisenschmelzen vorgeschlagen, mit einer ersten Einfüllöffnung (5) zum Einfüllen der Gusseisenschmelze und einer zweiten Öffnung (7) für die Zugabe des Magnesiums, und wobei in die zweite Öffnung (7) ein Einsatz (8) zur Aufnahme des Magnesiums angeordnet ist.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Konverter zur Magnesiumbehandlung von Gusseisenschmelzen, mit einer ersten Einfüllöffnung zum Einfüllen der Gusseisenschmelze und einer zweiten Öffnung für die Zugabe des Magnesiums.
Bei der Gusseisenherstellung wird die Behandlung mit Magnesium durchgeführt, um die Gusseisenschmelze von Schwefel zu reinigen und um die Schmelze für die Bildung von Kugelgraphit vorzubereiten. Im sogenannten Georg-Fischer- Konverterverfahren wird dazu statt einer aufwendigen Magnesiumvorlegierung gewöhnliches Hüttenmagnesium verwendet.
Aus der DE 22 16 796 ist ein gattungsgemässer Konverter bekannt. In einem Bodenbereich eines kippbaren Konverters zur Magnesiumbehandlung von Gusseisenschmelzen ist eine von aussen zugängliche Kammer für das Reinmagnesium ausgebildet. In diese Kammer wird nach dem Befüllen des Konverters mit der Schmelze das Reinmagnesium eingelegt. Die Kammerwand weist Durchtrittsöffnungen auf, die eine Verbindung der Kammer mit dem Hauptvolumen des Konverters ermöglichen. Nach dem Befüllen des Konverters mit der Schmelze und dem Magnesium wird der Konverter um 90° in eine aufrechte Position gekippt. Durch die Durchtrittsöffnungen fliesst die Gusseisenschmelze in die Kammer und reagiert mit dem Reinmagnesium. Das Reinmagnesium hat einen Siedepunkt bei etwa 1100°C, und kann aufgrund der Dampfdruckkurve bei der Temperatur der Gusseisenschmelze einen Druck von etwa 10 bar erreichen. Durch die Durchtrittsöffnungen strömt sowohl flüssige Gusseisenschmelze in die Kammer als auch Magnesiumdampf aus der Kammer. Dabei werden über einem Zeitraum von 60 bis 120 Sekunden dem ferrostatischen Druck der Schmelze nur geringe Mengen Magnesiumdampf gegenübergestellt, sodass ein gleichmässiger Reaktionsablauf ermöglicht wird.
Die Durchtrittsöffnungen können verschlacken, erfordern einen hohen Reinigungsaufwand und sind einem entsprechenden Verschleiss unterworfen. Die Kammerwand muss in einer normalen Giesserei mit Zweischichtbetrieb etwa jede Woche ausgewechselt werden. Vor allem bei kleineren Konvertervolumina haben die Kosten für die Kammerwand einen erheblichen Einfluss auf die Betriebs- und Herstellkosten der Gusseisenprodukte.
Ausgehend von diesem Stand der Technik ist es Aufgabe der Erfindung, einen Konverter zur Magnesiumbehandlung von Gusseisenschmelzen anzugeben, mit dem vor allem bei kleineren Schmelzemengen die Magnesiumbehandlung möglichst wirtschaftlich durchgeführt werden kann.
Diese Aufgabe wird gelöst durch einen Konverter zur Magnesiumbehandlung von Gusseisenschmelzen, mit einer ersten Einfüllöffnung zum Einfüllen der Gusseisenschmelze und einer zweiten Öffnung für die Zugabe des Magnesiums, wobei in der zweiten Öffnung ein Einsatz zur Aufnahme des Magnesiums angeordnet ist.
Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.
Es ist von Vorteil, dass der Konverter möglichst rasch betriebsbereit ist und möglichst wenig Energie zum Aufheizen braucht. Dies wird dadurch erreicht, dass der Einsatz Wände mit einer solchen Wandstärke d aufweist, dass der Einsatz nach der Magnesiumbehandlung in die Gusseisenschmelze im Konverter auflösbar ist. Der Einsatz wird mit Umgebungstemperatur in den heissen Konverter eingesetzt. Die Wandstärke d wird so dimensioniert, dass der Einsatz die Reaktionszeit der Magnesiumbehandlung überdauert und sich anschliessend in der Gusseisenschmelze im Konverter auflöst und/oder verschlackt.
Die günstigen Bereitstellungskosten für den Einsatz und die Einsparung der Reinigungskosten für die Kammerwand führen zu dem Vorteil, dass mit dem Konverter auch bei kleinen Schmelzemengen die Magnesiumbehandlung wirtschaftlich und möglichst reproduzierbar durchgeführt werden kann. Dies wird dadurch erreicht, dass der Einsatz ein Volumen von weniger als 1% des Konvertervolumens aufweist. Dies wird auch dadurch erreicht, dass der Einsatz Wände mit Durchgangsöffnungen für den Durchgang von Gusseisenschmelze und/oder Magnesiumdampf aufweist. Die Durchgangsöffnungen weisen einen Querschnitt auf, der auf den Durchsatz von Magnesiumdampf und Gusseisenschmelze während der Magnesiumbehandlung genau abgestimmt ist.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anhand der Figuren beschrieben. Es zeigen:
Fig. 1 eine Sicht auf einen erfindungsgemässen Konverter mit einem Einsatz für die Magnesiumzugabe,
Fig. 2 einen Schnitt durch den Einsatz von Fig. 1 und
Fig. 3 einen weiteren Schnitt durch den Einsatz von Fig. 1.
In Fig. 1 ist ein Konverter 1 schematisch dargestellt. Der Konverter 1 ist ein in der Metallgiesserei verwendeter Behälter 1 in der eine Menge Gusseisenschmelze vorgelegt und behandelt werden kann. Der Behälter 1 ist im Wesentlichen zylindrisch um eine Achse X ausgebildet, besteht aus einem Gefäss mit Wänden 2 aus Metall und mit einer Auskleidung 3 aus feuerfestem Material. Der Konverter 1 besteht im Wesentlichen aus zwei Teilen, die etwa in der Mitte zusammengebaut sind. Für kleinere Schmelzevolumina kann der Konverter 1 auch aus einem Teil bestehen. Für grössere Schmelzevolumina kann der Konverter 1 auch aus mehr als zwei Teilen zusammengebaut sein. Der Konverter 1 weist zwei mit Verschlussdeckeln 4, 5 abschliessbare Öffnungen 6, 7 auf. Die erste Öffnung 6dient zum Einfüllen und Ausgiessen der Gusseisenschmelze und die zweite Öffnung 7 dient für die Zugabe von Magnesium. Der Konverter 1 kann auch mit mehr oder weniger als zwei Öffnungen 6, 7 ausgebildet sein. Wenn das Konvertervolumen dies zulässt, können mehr als zwei Öffnungen vorgesehen sein, eine zum Einfüllen, eine zum Vorlegen des Magnesiums in die Kammer und eine zum Ausgiessen der behandelten Schmelze. Wenn das Konvertervolumen sehr klein ist, kann auch nur eine Öffnung für sämtliche Schritte des Behandlungsverfahrens vorgesehen sein. Der Konverter 1 wird in der Mitte so an einer nicht dargestellten Drehvorrichtung befestigt, dass für die Magnesiumbehandlung der Konverter von der in Fig. 1 dargestellten Lage in Vertikalposition gekippt werden kann. Anschliessend an die Magnesiumbehandlung kann der Konverter wieder in eine Lage gekippt werden die ein kontrolliertes Ausgiessen der behandelten Gusseisenschmelze möglich macht. Für die Kippbewegungen greift die Aufhängevorrichtung den Konverter auf zwei Punkten, die auf einer Achse Y senkrecht zur Behälterachse X liegen, an. Im Bereich der zweiten Öffnung 7 ist einen Einsatz 8 dargestellt. Der Einsatz 8 wird zwischen dem Verschlussdeckel 5 und der Wand 2 des Konverters eingeklemmt.
In den Fig. 2 und 3 ist ein Beispiel des Einsatzes 8 schematisch für sich alleine vergrössert dargestellt. Der Einsatz 8 hat ein Volumen, das höchstens 1% des Volumens des Konverters 1 ausmacht. Auch für sehr kleine Schmelzechargen von weniger als 100 Liter Schmelze reicht einen Einsatz mit einem Volumen von etwa 1 Liter. Im Einsatz 6 wird das Magnesium in Blöcken, Würfel oder als grobkörniges Material vorgelegt. Wenn das Magnesium in kleinen, gleichförmigen Blöcken vorgelegt wird, kann die Dosierung und die Einwaage des Magnesiummetalls wesentlich vereinfacht werden. Der Einsatz ist im Wesentlichen als ein zylindrischer Behälter 8 ausgebildet und weist Durchgangsöffnungen 9 im Boden 10 und in der Seitenwand 11 auf. Die Durchgangsöffnungen 9 sind im Boden 10 und in der Seitenwand 11 derart angeordnet und so dimensioniert, dass während der Magnesiumbehandlung eine definierte Menge Gusseisenschmelze und/oder Magnesiumdampf hindurch strömen kann. Auf der Seite, die dem Boden 10gegenüberliegend angeordnet ist, ist der Einsatz 8 offen. Am oberen Rand des Einsatzes 8 sind Lappen oder Flanschbereiche 12 aus dem gleichen Material wie der Rest des Einsatzes ausgebildet. Mittels diesen Flanschbereichen 12 kann der Einsatz zwischen dem Verschlussdeckel 5 und der Wand 2 des Konverters eingeklemmt oder lösbar befestigt werden. Die Lappen oder Flanschbereiche 12 verhindern dabei ein Hineinfallen in die zweite Öffnung 7.
Der Einsatz ist aus einem Material, aufgebaut, das in der Gusseisenschmelze nicht stört. Der Einsatz 8 kann aus einer Eisenlegierung hergestellt werden, die identisch ist mit der Legierung im Konverter 1. Hiermit wird erreicht, dass die Schmelze im Konverter nicht verunreinigt wird. Der Einsatz 8 wird am Ende der Magnesiumbehandlung schmelzen und sich in der Gusseisenschmelze im Konverter 1 auflösen. Der Einsatz 8 kann jedoch auch aus einem keramischen Werkstoff aufgebaut sein. Der keramische Werkstoff wird dabei auf jedem Fall so gewählt, dass beim Zerfall des Einsatzes 8 das Material des Einsatzes verschlackt und kompatibel ist mit der Gusseisenschmelze.
Weil der Einsatz 8 verhältnismässig klein ist im Vergleich zur Schmelzemenge, kann für jede Magnesiumbehandlung ein neuer Behälter verwendet werden. Weil der Behälter aus einem kompatiblen Material aufgebaut ist, werden der Schmelze keine störenden Elemente zugeführt.
Die Wandstärke d der Wände 10,11 wird so gering wie möglich gewählt. Hierdurch wird einerseits erreicht, dass beim Zerfall des Einsatzes 8 möglichst wenig Material zu der Gusseisenschmelze in den Konverter 1 zugeführt wird. Andererseits wird dadurch auch erreicht, dass der Einsatz 8 möglichst schnell auf die Betriebstemperatur des Konverters 1 gebracht werden kann. Im Gegensatz zu einem konventionellen Konverter, bei dem die Kammer oft mit einer Schmelzecharge gespült wird um auf die Arbeitstemperatur zu kommen, kann der Einsatz 8 mit Umgebungstemperatur eingesetzt werden. Hiermit wird die Zykluszeit für eine Magnesiumbehandlung verkürzt. Der Konverter 1 kann auch bei kürzeren Einsatzzeiten und bei kleineren Schmelzemengen schon wirtschaftlich eingesetzt werden.
Wenn für jede Magnesiumbehandlung ein neuer Einsatz 8 verwendet wird, kann sichergestellt werden, dass die Durchgangsöffnungen 9 für den Durchgang von Gusseisenschmelze und Magnesiumdampf jederzeit den richtigen Strömungsquerschnitt aufweisen. Die Anordnung und der Querschnitt der Durchgangsöffnungen 9 wird genau reproduzierbar hergestellt. Dies ist ausschlaggebend für die Strömungsverhältnisse der Schmelze und des Magnesiumdampfes während der Magnesiumbehandlung. Die Magnesiumbehandlung selbst wird dadurch genau reproduzierbar.
Weil der Konverter 1 keine speziell ausgebildete und eingemauerte Kammer für die Magnesiumzugabe mehr aufweist, ist die Auskleidung 3 des Behälters 1 mit feuerfestem Material weniger kompliziert und schneller und einfacher herzustellen. Der Konverter 1 selbst zeichnet sich aus durch eine geometrisch einfachere Bauart. Der Konverter 1 selbst erreicht eine längere Betriebslebensdauer, weil der Verschleiss, der bei der Behandlung der Schmelze mit Magnesium im Konverter 1 auftritt, auf den Einsatz 8 beschränkt bleibt. Die Lebensdauer des Bodenteiles des Konverters 1 wird nicht länger abhängig von der Lebensdauer der Wand der Kammer für die Magnesiumzugabe. Eventuell braucht man für einen kontinuierlichen Betrieb nicht mehr drei sondern nur noch zwei Konverter 1, weil die Zeit für die Vorbereitung eines neuen Konverters erheblich verkürzt wird. Während dem Betrieb mit den erfindungsgemässen Konverters 1 mit dem Einsatz 8 wird gegenüber einem konventionellen Konverter mit einer Kammerwand mit Löchern weiter Zeit gespart, weil die Löcher in der Kammerwand zwischen zwei Magnesiumbehandlungen nicht mehr gereinigt werden müssen. Es können in kürzeren Zeitabständen mehr Magnesiumbehandlungen durchgeführt werden.
Der neue Konverter 1 wird einfacher im Aufbau, braucht weniger Ersatzteile und weniger Aufwand für Reparatur und Wartung und ist leichter zu bedienen. Auch Schmelzechargen von etwa 300 bis 1000 Kg können neu wirtschaftlich mit Magnesium behandelt werden.

Claims

1. Konverter (1) zur Magnesiumbehandlung von Gusseisenschmelzen mit einer ersten Einfüllöffnung (5) zum Einfüllen der Gusseisenschmelze und einer zweiten Öffnung (7) für die Zugabe des Magnesiums, dadurch gekennzeichnet, dass in die zweite Öffnung (7) ein Einsatz (8) zur Aufnahme des Magnesiums angeordnet ist.

2. Konverter nach dem Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Einsatz (8) aus einem Material ausgebildet ist, das in der Zusammensetzung mit der Zusammensetzung der Gusseisenschmelze kompatibel ist.

3. Konverter nach mindestens einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Einsatz (8) aus einem keramischen Werkstoff ausgebildet ist.

4. Konverter nach mindestens einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Einsatz (8) aus einem metallischen Werkstoff ausgebildet ist.

5. Konverter nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Einsatz (8) Wände (10, 11) mit einer solchen Wandstärke (d) aufweist, dass der Einsatz (6) nach der Magnesiumbehandlung in die Gusseisenschmelze im Konverter (1) auflösbar ist.

6. Konverter nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Einsatz (8) im Bereich der zweiten Öffnung (7) zwischen einem zur Öffnung (7) passenden Verschlussdeckel (5) und einer Wand (2) des Konverters (1) lösbar verbindbar angeordnet ist.

7. Konverter nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Einsatz (8) ein Volumen von weniger als 1% des Konvertervolumens aufweist.

8. Konverter nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Einsatz (8) Wände (10, 11) mit Durchgangsöffnungen (9) für den Durchgang von Gusseisenschmelze und/oder Magnesiumdampf aufweist.

9. Konverter nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Durchgangsöffnungen (9) einen Querschnitt aufweisen, der auf den Durchsatz von Gusseisenschmelze und Magnesiumdampf während der Magnesiumbehandlung genau abgestimmt ist.