DE1222518B

DE1222518B - Verfahren zur Herstellung einer Impfsubstanz fuer Gusseisen

Info

Publication number: DE1222518B
Application number: DEB78004A
Authority: DE
Inventors: John Victor Dawson
Original assignee: British Cast Iron Research Association
Current assignee: British Cast Iron Research Association
Priority date: 1963-08-10
Filing date: 1964-08-07
Publication date: 1966-08-11
Also published as: NL6409195A; CH420235A; US3333954A; BE651622A; LU46737A1; NL142455B; GB1005163A

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. Cl.:

C21c

Deutsche Kl.: 18 b-7/00

Nummer: 1222518

Aktenzeichen: B 78004 VI a/18 b

Anmeldetag: 7. August 1964

Auslegetag: 11. August 1966

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung einer Impfsubstanz für Gußeisen, welche aus einer Silizium-Eisen-Legierung, wie Ferrosilizium, mit 40 bis 90% aluminium- und kalziumarmem Silizium besteht.

Bei der Herstellung hochwertigen Gußeisens ist die Impfung ein bedeutender Vorgang. Dabei wird dem flüssigen Eisen unmittelbar vor dem Guß eine kleine Menge graphitbildendes Material zugesetzt. Eine sehr befriedigende Impfsubstanz ist eine Legierung aus Eisen und Silizium, die als Ferrosilizium bekannt ist und die einen Siliziumgehalt besitzen kann, der sich im Bereiche von 40 bis 90 % Silizium bewegt.

Es wurde nun gefunden, daß die Wirksamkeit einer derartigen Impfsubstanz außerordenltich verbessert werden kann, wenn einer solchen Silizium-Eisen-Legierung im Laufe des an sich bekannten Herstellungsprozesses Strontium in Form einer Strontiumverbindung, vorzugsweise zusammen mit einem Flußmittel, zugesetzt und dabei eine Reaktionstemperatur oberhalb 1500⁰C eingehalten wird.

Der Effekt des Strontiums ist analog aber erheblich stärker als der bekannte Effekt des Aluminiums im Ferrosilizium. Strontium unterscheidet sich aber dadurch vom Aluminium, daß seine Wirkung durch die gleichzeitige Anwesenheit von Kalzium neutralisiert wird, während Kalzium die Wirkung des Aluminiums weiter unterstützt. Die gleichzeitige Anwesenheit von Strontium .und Aluminium innerhalb der obengenannten Grenzen ergibt manchmal eine besondere Erhöhung der Zugfestigkeit der Legierung.

Da Strontium ein verhältnismäßig teures Material ist, obwohl es in reichem Maße vorkommt, ist es unwirtschaftlich, metallisches Strontium dem Ferrosilizium während des Herstellungsverfahrens zuzusetzen.

Auch die Zugabe strontiumreicher Mineralien bei der Herstellung des Ferrosiliziums im Lichtbogenofen mit der Charge ist entweder verschwenderisch oder unwirksam, weil Strontium in die Schlacke geht, die schließlich verworfen wird. Auch bei geringem Schlackenanteil findet keine Reaktion statt, weil meistens Kalzium- und Aluminiumverunreinigungen, die oben erwähnt sind, vorhanden sind.

Für die erfindungsgemäße Reaktion und für die sich daraus ergebende kontinuierliche Strontiumaufnahme, die bis zu 1,5% Strontium betragen kann, ist es zweckmäßig, daß das strontiumreiche Mineral während der wesentlichsten Zeit der Reaktion als bewegliche Flüssigkeit vorliegt. Strontiumkarbonat, wie es normalerweise im Handel erhältlich ist, schmilzt verhältnismäßig leicht und ergibt eine ver-

Verfahren zur Herstellung einer Impfsubstanz
für Gußeisen

Anmelder:

The British Cast Iron Research Association,
Alvechurch, Birmingham (Großbritannien)

Vertreter:

Dr. K. R. Eikenberg, Dipl.-Chem. W. Rücker
und Dipl.-Ing. S. Leine, Patentanwälte,
Hannover, Am Klagesmarkt 10-11

Als Erfinder benannt:

John Victor Dawson, Redditch, Worcestershire

(Großbritannien)

Beanspruchte Priorität:

Großbritannien vom 10. August 1963 (31687) ■

hältnismäßig flüssige Schlacke, während das bei Strontiumsulfat erheblich langsamer eintritt. In jedem Fall verdickt sich die entstehende Schlacke während des Lösungsvorganges.

Die Zugabe des strontiumreichen Materials zum geschmolzenen Ferrosilizium wird bei einer Temperatur vorgenommen, die die Reaktion zwischen den beiden Stoffen auszulösen vermag und so lange aufrechterhalten, bis die gewünschte Strontiummenge in das Ferrosilizium übergegangen ist.

Manchmal kann es notwendig sein, während der Reaktion die Temperatur zu erhöhen, um der obenerwähnten Tendenz der progressiven Verdickung der Schlacke während des Verfahrens entgegenzuwirken. In Verfolg des Erfindungsgedankens ist zweckmäßig dem strontiumreichen Material ein Flußmittel zuzusetzen. Ein solcher Flußmittelsatz kann später wiederholt werden und in jedem Fall in solchen Mengen und solchen Zeiträumen wie notwendig, um die erforderliche Beweglichkeit der Schlacke aufrechtzuerhalten. Das Flußmittel kann z. B. das Karbonat eines Alkalimetalls sein, Natriumhydroxyd oder Borax und in Mengen zwischen 5 und 50 Gewichtsprozent, bezogen auf das strontiumreiche Material, und in Abhängigkeit von der Art des Materials und der Temperatur der Reaktionspartner zugesetzt

609 609/248

3 4

werden. Da die meisten Flußmittel mit dem feuer- Beisüiell

festen Material des Reaktionsgefäßes reagieren, sollte ^P

das Reaktionsgefäß mit einer Kohlenstoff auskleidung 5 Gewichtsprozent Strontiumsulfat, das 2,25 %

versehen sein. Strontium entspricht, wurden der Schmelze zugesetzt,

Die Zugabe des Flußmittels gestattet die Aufrecht- 5 verflüssigte sich aber nicht. Nach 5 Minuten wurde

erhaltung einer beweglichen Schlackenflüssigkeit ^;und die Schlacke entfernt und das Ferrosilizium analy-

die Fortführung der Reaktion bis zum gewünschten siert. Es wurde kein Strontium im Ferrosilizium ge-

Endzustand. . funden.

Der Ausdruck »strontiumreiches Material«, wie er Beispiel 2

hier benutzt wird,· soll ein strontiumreiches Mineral io ^

oder ein strontiumreiches Mineral mit einem beige- Die gleiche Menge Natriumkarbonat, d. h. ein

mischten Flußmittel bedeuten. halbes Pfund, wurde der Gewichtsmenge Strontium-

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren kann, wenn sulfat nach Beispiel 1 zugesetzt. Die Schlacke vermit Strontiumkarbonat als strontiumreiches Material - flüssigte sich sehr bald nach der Zugabe. Nachbegonnen wird, später Natriumkarbonat als Fluß- 15 5 Minuten wurde die Schlacke entfernt und das Fermittel vermischt mit weiterem Strontiumkarbonat von rosilizium analysiert. Es enthielt 0,1 % Strontium.
Zeit-zu Zeit in dein Maße, wie die Schlacke sich ver- ' . _> , . '„
dickt, zugesetzt werden. Wenn mit Strontiumsulfat -.-· ' eis pie

begonnen wird, ist es allerdings notwendig, ein Ge- 4 Gewichtsprozent Strontium in. Form getrockne-;

misch aus Strontiumsulfat und einem Flußmittel^ ao ten Strontiumkarbonats wurden unter den gleichen

z. B. Natriumkarbonat, von Anbeginn an zu verwen- .·. Bedingungen wie im Beispiel 2 zugesetzt, und das

den. An Stelle von Natriumkarbonat kann Kalzium- entstandene Ferrosilizium zeigte in der Analyse einen

karbonatj Lithiumkarbonat oder Borax verwandt Gehalt von 0,62 % Strontium,

werden. Gemischte strontiumreiche Materialien bil- ' B ' ' 14

den viel leichter bewegliche Schlacken, wenn" sie 25 ; " eispiei 4 - -

höhere Anteile von Strontiumkarbonat oder Stron- 6,4 Gewichtsprozent Strontium in einem Gemisch

tiumoxyd enthalten und weniger bewegliche Schlak- von Strontiumsulfat und Natriumhydroxyd im Ver-

ken, wenn der Anteil an Strontiumsulfat höher liegt. hältnis 4:1 wurden unter den Bedingungen des Bei-

Je höher die Reaktionstemperatur ist, um so beweg- spiels 2 dem Ferrosilizium zugesetzt. Die Analyse

licher wird die Schlacke sein und um so schneller die 30 zeigte, daß es 0,5% Strontium enthielt.

Reaktion. Vorzugsweise soll daher die Reaktion . '..■_'

oberhalb 1500⁰C stattfinden. Irgendeine Art der Be- . ^üeisP^{lel 5}

wegung der Schmelze erhöht die Reaktionsgeschwin- -" 9,6 Gewichtsprozent'in Form eines Gemisches aus

digkeit: Ein Rühren kann in geeigneter Weise elek- 15 Teilen Strontiumsulfat,'3 Teilen Natriumkarbonat

tromagnetisch vorgenommen werden, wenn ein elek- 35 und 2 Teilen Borax wurden unter den Bedingungen

irischer Induktionsofen verwandt wird oder durch des Beispiels 2 zugesetzt. Die Analyse ergab einen

die Rührwirkung von Gasblasen, die durch einen Strontiumgehalt von 0,5 %.

porösen Stopfen im Boden des Tiegels durch die _R . . . ,

Schmelze nach oben perlen. Auch ein Kolben kann . ■ Beispiel ö
verwandt werden. 40 8 Gewichtsprozent Strontium als trockenes Stron-Der gewünschte Strontiumgehalt des Ferrosiliziums . tiumkarbonat wurden unter den Bedingungen des

läßt sich für eine bestimmte Menge zugegebenen Beispiels 2 dem Ferrosilizium zugesetzt. Das entstan-

strontiumreichen Materials durch Regelung der ReH dene Ferrosilizium hatte einen Strontiumgehalt

aktionstemperatur und der Reaktionszeit erhalten'.: von 1,1%.

Diese liegt normalerweise innerhalb einer Spanne 45 Beispiel?
von 5 Minuten bis zu einer halben Stunde, was von

den Dimensionen des Reaktionsgefäßes abhängt. 10 Gewichtsprozent Strontium in Form eines Ge^

Man sollte dafür sorgen, daß während der Reaktion misches aus 7 Teilen Strontiumkarbonat und einem

urinötige Oxydation vermieden wird. Teil Lithiumkarbonat wurden unter den Bedingun-

Es ist wichtig, daß das schlackenbildende stron- 50 gen des Beispiels 2 dem Ferrosilizium zugesetzt. Es

tiumreiche Material nicht mehr als 5% Kalzium ent- bildete sich eine sehr dünne Schlacke, die für 10 Mi-

hält, da auch dieses Element in das Ferrosilizium· nuten mit dem geschmolzenen Ferrosilizium in Be^

übergeht, was bereits oben erwähnt ist, und Kalzium rührung gelassen wurde. Die Analyse zeigte, daß das

ein unerwünschter Bestandteil in einer zur Impfung Ferrosilizium einen Strontiumgehalt von 1,5% bebestimmten strontiumhaltigen Ferrosiüziumlegierung 55 saß.

^lst· . . , , _, . . , ,. _ ... ^ Beispiel 8
Die folgenden Beispiele dienen zur Erläuterung

der Erfindung. Das erste Beispiel soll indessen nur 250 kg Ferrosilizium mit niedrigem Aluminiumzeigen, was sich abspielt, wenn ein strontiumreiches und Kalziumgehalt wurden in einem mit saurer Aus-Material ohne Anwendung des erfindungsgemäßen 60 kleidung versehenen Hochfrequenzofen auf 1650° C Verfahrens zugesetzt wird. In den Beispielen 1 bis 7 ■ erhitzt. 15 % Strontium in Form trockenen Stronwurde eine Charge von etwa 4,5 kg Ferrosilizium tiumkarbonats wurden vorsichtig auf die Oberfläche mit 80% Silizium und niedrigen Aluminium- und der Schmelze im Laufe von.lVi Stunden gegeben, Kalziumgehalten geschmolzen und in einem Reak-: in welcher Zeit die Temperatur auf 1700⁰C anstieg, tionsgefäß nach der Zugabe des strontiumreichen, 65 Das Gemisch wurde vorsichtig bewegt und die VerMaterials für eine Zeitspanne von 5 Minuten auf mischung durch die Turbulenz auf Grund des Hocheiner Temperatur zwischen 1500 und 1600° C ge- frequenzfeldes unterstützt. Die Schlacke, die ziemlich halten: ■ _; stark verflüssigt wurde, sank gegen Ende der Schmel-:

zung auf Grund des hohen Gehaltes an Silizium nach unten. Das entstandene Ferrosilizium enthielt 0,6% Strontium.

Beispiel 9

75 kg Ferrosilizium mit niedrigem Aluminium- und Kalziumgehalt wurden auf 1750° C erhitzt und in einen Tiegel einfließen gelassen, dessen Boden einen porösen Stopfen enthielt. 20 kg Strontiumkarbonat =16% Strontium wurden sorgfältig in kleinen Mengen zugesetzt, während ein Argongasstrom durch den Stopfen des Tiegels zum Rühren des Metalls geleitet wurde. Der Tiegel wurde mit einem Deckel verschlossen und für weitere 4 Minuten die Gasdurchleitung fortgesetzt. Zuerst war die Reaktion sehr heftig, beruhigte sich aber später. Das Ferrosilizium enthielt 1,2% Strontium, was einer Ausbeute von 7,5%, bezogen auf das zugesetzte Strontium entsprach.

Beispiel 10

75 kg Ferrosilizium mit niedrigem Aluminium- und Kalziumgehalt wurden auf 1700° C erhitzt und wie im Beispiel 9 in einen mit porösem Stopfen versehenen Tiegel gefüllt. 10 kg Strontiumkarbonat (entsprechend 8 % Strontium) und 1 kg Lithiumkarbonat wurden mit einer Schaufel zugesetzt, während gleichzeitig ein Argongasstrom durch das Metall geschickt wurde. Der Tiegel wurde geschlossen und der Argongasstrom für weitere 3 Minuten aufrechterhalten, worauf die Reaktion praktisch beendet war. Die Reaktion war wesentlich weniger heftig als die nach Beispiel 9. Das Ferrosilizium besaß einen Strontiumgehalt von 0,62%, was einer Ausbeute von 7,7%, bezogen auf das Strontium, entspricht.

In den Beispielen 3 und 4, in denen der Zusatz aus Strontiumkarbonat allein bestand, wäre die Zugäbe eines Flußmittels notwendig, wenn die Reaktionszeit verlängert worden wäre, um die erforderliche Beweglichkeit der Schlacke wiederherzustellen.

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Herstellung einer Impfsubstanz für Gußeisen, welche aus einer Silizium-Eisen-Legierung, wie Ferrosilizium, mit 40 bis 90% aluminium- und kalziumarmem Silizium besteht, dadurch gekennzeichnet, daß einer solchen Silizium-Eisen-Legierung im Laufe des an sich bekannten Herstellungsprozesses Strontium in Form einer Strontiumverbindung, vorzugsweise zusammen mit einem Flußmittel, zugesetzt und dabei eine Reaktionstemperatur oberhalb 1500° C eingehalten wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Silizium-Eisen-Legierung bis zu 1,5 % Strontium zugesetzt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Strontiumverbindung Strontiumkarbonat oder Strontiumsulfat zugesetzt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß als Flußmittel ein Alkalikarbonat, Natriumhydroxyd oder Borax in Mengen von 5 bis 50 Gewichtsprozent, bezogen auf die Strontiumverbindung, verwendet wird.