DE1270057B - Verfahren zum Erschmelzen von grauerstarrendem Gusseisen - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. Cl.:

C 21 c

Deutsche Kl.: 18 b-1/08

Nummer: 1270 057

Aktenzeichen: P 12 70 057.1-24

Anmeldetag: 14. August 1961

Auslegetag: 12. Juni 1968

Zur Herstellung von grauerstarrendem Gußeisen ist es üblich, einen sauer zugestellten Kupolofen mit Roheisen, Stahlschrott, Flußmitteln und Brennstoff, wie Koks, zu beschicken. Darüber hinaus werden verschiedene Legierungszusätze auch in Form von Briketts zur Einstellung der Zusammensetzung und Eigenschaften des zu erschmelzenden grauerstarrenden Gußeisens zugegeben. Die Anteile der verschiedenen Bestandteile im Einsatz hängen in großem Maße von der Zusammensetzung und den gewünschten Eigenschaften des herzustellenden Metalls ab. Darüber hinaus muß bei der Bemessung der Zusätze den Verlusten an zugestellten Elementen Rechnung getragen werden.

Die beiden einflußreichsten Elemente bezüglich der physikalischen und mechanischen Eigenschaften von grauerstarrendem Gußeisen sind Kohlenstoff und Silicium. Beim Betrieb von sauer zugestellten Kupolöfen hängt der Kohlenstoffgehalt in erster Linie von der Kohlenstoffmenge ab, die mit den Metallbestandteilen der Mischung zugesetzt wird. Da wenigstens 90% des Kokses während der Verbrennung verbraucht werden, wird durch ihn nur eine sehr geringe Kohlenstoffmenge eingeführt. Silicium wird gewöhnlich in Form von Ferrosilicium als Ausgleich für die im Stahlschrott fehlende Siliciummenge zugesetzt.

Da der Kohlenstoff für das grauerstarrende Gußeisen hauptsächlich aus den Metallkomponenten des Einsatzes stammt, wird der Kohlenstoffgehalt des grauerstarrenden Gußeisens durch Veränderung des Verhältnisses von Roheisen zu Stahlschrott im Einsatz variiert. Der Siliciumgehalt im Produkt bestimmt in erster Linie das Verhältnis zwischen Graphit und Zementit im grauerstarrenden Gußeisen, beeinflußt jedoch nur in geringem Maße den Gesamtkohlenstoffgehalt in den normalerweise in diesem Eisen vorhandenen Bereichen.

Es wäre erwünscht, wenn man beim Betrieb von Kupolöfen das Verhältnis von Roheisen zu Stahlschrott verändern könnte, um Vorteile aus Preisänderungen der beiden Materialien zu ziehen und darüber hinaus der Verfügbarkeit der Einsatzmaterialien Rechnung zu tragen. Da jedoch die Hauptkohlenstoffquelle für das Fertigprodukt aus dem Kohlenstoffgehalt des Roheisens und Stahlschrotts stammt, liegt das Verhältnis von Roheisen zu Stahlschrott für die Herstellung jeder bestimmten Sorte grauen Gußeisens innerhalb ziemlich enger Grenzen fest.

Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zum Erschmelzen von grauerstarrendem Gußeisen im sauer zugestellten Kupolofen aus Roheisen und Stahlschrott unter Beifügung siliciumhaltiger Briketts, wel-Verfahren zum Erschmelzen von
grauerstarrendem Gußeisen

Anmelder:

Union Carbide Corporation,

New York, N. Y. (V. St. A.)

Vertreter:

Dipl.-Chem. Dr. H.-G. Eggert, Patentanwalt,
5000 Köln-Lindenthal, Peter-Kintgen-Str. 2

Als Erfinder benannt:

Frederick Albert Stephens, Lewiston, N. Y.;
Oscar George Specht, Allison Park, Pa. (V. St. A.)

Beanspruchte Priorität:

V. St. v. Amerika vom 29. August 1960 (52 339)

ches dadurch gekennzeichnet ist, daß Roheisen und Stahlschrott in einem solchen Verhältnis eingesetzt werden, daß sie weniger als die für das gewünschte grauerstarrende Gußeisen erforderliche Kohlenstoffmenge liefern und daß der fehlende Kohlenstoff in Form von siliciumhaltigen Briketts eingeführt wird, die außerdem 12 bis 35 Gewichtsprozent Kohlenstoff enthalten und bei denen das Verhältnis Silicium zu Kohlenstoff im Bereich von 1 :1 bis 3 :1 liegt.

Der aus Roheisen, Stahlschrott und Briketts bestehende Einsatz wird dann im sauer zugestellten Kupolofen nach üblichen Verfahren erschmolzen, um das gewünschte grauerstarrende Gußeisen herzustellen. Die Briketts werden dem Kupolofeneinsatz in solcher Menge zugegeben, daß mit ihnen der fehlende Kohlenstoff sowie etwa gewünschte Mangan- und/ oder Chrommengen zugesetzt werden.

Die Briketts können aus elementaren Metallen hergestellt werden, bestehen jedoch am zweckmäßigsten aus Ferrolegierungen. Der Kohlenstoff kann in beliebiger Form zugesetzt werden, wird jedoch vorzugsweise in Form von natürlichem oder synthetischem Graphit zugegeben. Typische Legierungen, die sich zur Herstellung der Briketts eignen, sind Ferrochrom—Silicium—Ferrosilicium—Chrom, Siliciummangan, Ferromangan, Ferrosilicium und kohlenstoffreiches Ferrochrom. Das kohlenstoffreiche Ferro-

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chrom wird vorzugsweise nur für geringfügige Korrekturen der Zusammensetzung verwendet. Ebenso kann auch elementares Silicium nach Bedarf für die Vornahme geringer Korrekturen der Zusammensetzung gebraucht werden. Die Brikettkomponenten werden vorzugsweise in zwei verschiedenen Größenbereichen verwendet: 9 bis 4 mm und 4 mm und kleiner. Die beiden verschieden großen Materialien können nach Bedarf gemischt werden, um das Raumgewicht des Briketts zu regeln, so daß Briketts von Standardgröße und Standardgewicht sowie verschiedenen Zusammensetzungen, die die gesamten genannten Bereiche erfassen, hergestellt werden können. Als Bindemittel kann ein anorganisches kieselartiges Material verwendet werden. Bevorzugtes Bindemittel ist Portlandzement, und zwar sowohl die Standardsorte als auch der schnell härtende Typ. Die Briketts werden auf übliche Weise hergestellt, indem die Bestandteile in den gewünschten Mengen vermengt, mit Wasser gemischt und in einer Brikettpresse gepreßt wer- zo den. Hierbei brauchen keine Spezialmethoden angewendet oder besondere Vorsichtsmaßnahmen beachtet zu werden.

Eine typische Zusammensetzung der Briketts ist 25 bis 50 Gewichtsprozent Silicium, 12 bis 35 Gewichtsprozent Kohlenstoff, 0 bis 25 Gewichtsprozent Chrom, 0 bis 10 Gewichtsprozent Mangan, 5 bis 20 Gewichtsprozent anorganisches, kieselsäurehaltiges Bindemittel, Rest Eisen und Verunreinigungen.

Um die Erfindung zu veranschaulichen, wurden in einer Reihe von Versuchen hartes, mittleres und weiches graues Gußeisen hergestellt, wobei zuerst die üblichen Verfahren und dann das Verfahren gemäß der Erfindung angewendet wurden. Die Versuche sind in den folgenden Beispielen beschrieben.

Beispiel 1

Zur Herstellung von hartem grauerstarrendem Gußeisen nach bekannten Verfahren wurde ein Kupolofen mit 421,5 kg Temperroheisen, 435,5 kg Stahlschrott, 43 kg Ferrosiliciumbriketts mit 6,35 kg Zement als Bindemittel (Gesamteinsatz 900 kg) beschickt. Die Ferrosiliciumbriketts hatten eine Sollzusammensetzung von 40,0 Gewichtsprozent Silicium, 9,0 Gewichtsprozent Mangan, 8,6 Gewichtsprozent Chrom, Rest Eisen und Bindemittel. Der Einsatz wurde im Kupolofen geschmolzen. In dem auf diese Weise hergestellten harten grauen Gußeisen bleibt das Silicium zu 8O°/o, der Kohlenstoff zu 95,5%, das Chrom zu 100% und das Mangan zu 90% in der Schmelze.

Nach dem Verfahren gemäß der Erfindung wurde ein Kupolofeneinsatz hergestellt, um das gleiche harte grauerstarrende Gußeisen wie oben herzustellen, Jedoch wurde ein Verhältnis von Roheisen zu Stahlschrott von etwas über 0,26:1 gegenüber 0,96 :1 im vorigen Fall angewendet. Der Kupolofeneinsatz bestand aus 173,8 kg Temperroheisen, 653 kg Stahlschrott, 72 kg der Briketts gemäß der Erfindung mit 5,9 kg Zement als Bindemittel. In dem gemäß der Erfindung hergestellten harten grauen Gußeisen bleibt das Silicium zu 80%, der Kohlenstoff zu 85,5%, das Chrom zu 100% und das Mangan zu 95% in der Schmelze. Die nach den beiden Verfahren hergestellten Gußeisenprodukte hatten die gleiche Qualität und gleiche Eigenschaften. Änderungen der Schmelzführung waren bei dem anderen Verhältnis von Roheisen zu Stahlschrott nicht erforderlich.

Beispiel 2

Das im Beispiel 1 beschriebene Verfahren wurde wiederholt, wobei die Einsätze der Herstellung von mittlerem grauen Gußeisen angepaßt wurden. Der erste Einsatz, der auf die bisher übliche Weise geschmolzen wurde, bestand aus 436,5 kg Temperroheisen, 381 kg Stahlschrott, 52 kg Ferrosiliciumbriketts mit 7,7 kg Zement als Bindemittel. Nach Korrektur zur Berücksichtigung von Verlusten an die Schlacke hatte der Einsatz eine Sollgröße von 862 kg. Die Ferrosiliciumbriketts hatten folgende Sollzusammensetzung: 36,4 Gewichtsprozent Silicium, Kohlenstoff Null, 3,3 Gewichtsprozent Chrom, 1,8 Gewichtsprozent Mangan, Rest Eisen und Bindemittel.

Der gemäß der Erfindung zusammengesetzte zweite Einsatz bestand aus 117,1 kg Temperroheisen, 662 kg Stahlschrott, 90,1 kg der Eisen-Silicium-Briketts gemäß der Erfindung mit 8,1 kg Zement als Bindemittel. Die Sollgröße des Einsatzes nach Korrektur für Verluste an die Schlacke betrug auch hier 862 kg.

Die neuen Eisen-Silicium-Briketts hatten folgende Sollzusammensetzung: 30,8 Gewichtsprozent Silicium, 23,0 Gewichtsprozent Kohlenstoff, 1,8 Gewichtsprozent Chrom, 3,4 Gewichtsprozent Mangan, Rest Eisen und Bindemittel. Das Silicium-Kohlenstoff-Verhältnis betrug 1,34.

Jeder der Einsätze wurde in zwei getrennten Arbeitsgängen einem sauer gehenden Kupolofen zugestellt und darin geschmolzen. Wiederum wurden völlig vergleichbare Produkte ohne Änderung der Schmelzführung erhalten, obwohl das Roheisen-Stahlschrott-Verhältnis im ersten Fall 1,17 und im zweiten Fall 0,18 betrug. In beiden Fällen wurde das Silicium zu 83%, das Chrom zu 100% und das Mangan zu 95% wiedergefunden. Der Kohlenstoff wurde beim Standardeinsatz zu 96% und bei dem gemäß der Erfindung zusammengestellten Einsatz zu 84,5% wiedergefunden.

Beispiel 3

Es wurde wie im Beispiel 1 gearbeitet, wobei die Einsätze auf die Herstellung von weichem grauem Gußeisen abgestellt waren. Der erste nach der üblichen Praxis zusammengesetzte Einsatz enthielt 571kg Temperroheisen, 254 kg Stahlschrott, 27 kg Ferrosiliciumbriketts mit 4 kg Zement als Bindemittel. Nach Korrektur für Verluste an die Schlacke betrug die Sollgröße des Einsatzes 848 kg. Die Ferrosiliciumbriketts hatten folgende Sollzusammensetzung:

40.0 Gewichtsprozent Silicium; kein Kohlenstoff, Chrom und Mangan, Rest Eisen und Bindemittel.

Der zweite Einsatz gemäß der Erfindung enthielt 324,5 kg Temperroheisen, 472 kg Stahlschrott,

55.1 kg der neuen Eisen-Silicium-Briketts gemäß der Erfindung mit 4,5 kg Zement als Bindemittel. Auch hier betrug die Sollgröße des Einsatzes nach Einstellung zur Berücksichtigung von Verlusten an die Schlacke 848 kg. Die neuen Eisen-Silicium-Briketts hatten folgende Sollzusammensetzung: Silicium 31,0 Gewichtsprozent, Kohlenstoff 23,4 Gewichtsprozent, Chrom und Mangan Null, Rest Eisen und Bindemittel. Ihr Silicium-Kohlenstoff-Verhältnis betrug 1,33.

Jeder Einsatz wurde einem Kupolofen zugestellt und darin geschmolzen. Wiederum wurden vergleichbare Produkte ohne Änderung der Schmelzführung erhalten, obwohl das Roheisen-Stahlschrott-Verhält-

nis im ersten Einsatz 2,25 und im zweiten Einsatz 0,69 betrug. Das Silicium wurde in jedem Fall zu 84% wiedergefunden. Der Kohlenstoff wurde beim Standardeinsatz zu 87,5 und bei dem gemäß der Erfindung zusammengestellten Einsatz zu 83,5% wiedergefunden.

Aus den Beispielen ist ersichtlich, daß durch die Verwendung der Briketts gemäß der Erfindung das Verhältnis von Roheisen zu Stahlschrott in den Einsätzen innerhalb eines großen Spielraums verändert werden kann, so daß in der Wahl der Ausgangsmaterialien eine größere Bewegungsfreiheit gegeben ist.

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Erschmelzen von grauerstarrendem Gußeisen im sauer zugestellten Kupolofen aus Roheisen und Stahlschrott unter Beifügung siliciumhaltiger Briketts, dadurch gekennzeichnet, daß Roheisen und Stahlschrott in einem solchen Verhältnis eingesetzt werden, daß ao sie weniger als die für das gewünschte grauerstarrende Gußeisen erforderlichen Kohlenstoffmenge liefern und daß der fehlende Kohlenstoff in Form von siliciumhaltigen Briketts eingeführt wird, die außerdem 12 bis 35 Gewichtsprozent Kohlenstoff enthalten und bei denen das Verhältnis Silicium zu Kohlenstoff im Bereich von 1 :1 bis 3 :1 liegt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Briketts aus 25 bis 50 Gewichtsprozent Silicium, 12 bis 35 Gewichtsprozent Graphit, 0 bis 25 Gewichtsprozent Chrom, 0 bis 10 Gewichtsprozent Mangan, 5 bis 20 Gewichtsprozent eines anorganischen kieselsäurehaltigen Bindemittels, insbesondere Portlandzement, Rest Eisen und Verunreinigungen, bestehen, wobei das Verhältnis von Silicium zu Graphit 1 :1 bis 3 :1 beträgt.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Österreichische Patentschrift Nr. 149 667.

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