DEE0000831MA - Behandlung von Eisenschmelzen mit Metallen oder Metalllegierungen von niedrigem Verdampfungspunkt - Google Patents

Description

Beim Behandeln bzw. Legieren von Eisenschmelzen mit anderen Metallen, Metallegierungen oder Metallverbindungen ergeben sich insbesondere in den Fällen Schwierigkeiten, wenn sich die physikalischen Eigenschaften der Behandlungs- bzw. Legierungselemente, wie ihr spezifisches Gewicht oder ihre Schmelz- und Siedetemperatur, stark von den entsprechenden Eigenschaften der Eisenschmelze unterscheiden. Diese Schwierigkeiten treten z.B. in besonders starkem Ausmaß beim Behandeln von Gusseisenschmelzen mit Magnesium oder Magnesiumlegierungen auf, ein Verfahren, welches in neuester Zeit zur Herstellung von Gusseisen mit Kugelgraphit immer mehr an Bedeutung gewinnt. Der praktischen und wirtschaftlichen Durchführung dieses Verfahrens stehen bisher im allgemeinen noch bedeutende Schwierigkeiten entgegen, welche durch die mechanische und physikalischen Eigenschaften des Magnesiums bedingt sind. Magnesium hat ein sehr niedriges spezifisches Gewicht und einen weit unterhalb der Vergießtemperatur von Eisenschmelzen liegenden Verdampfungspunkt, so dass sich beim Einbringen von Magnesium oder Magnesiumlegierungen in Eisenschmelzen starke Licht- und Dampfentwicklungen ergeben, welche sich bis zu explosionsartigen Ausbrüchen steigern können.

Es dürfte infolgedessen im praktischen Betrieb kaum gelingen, Eisenschmelzen mit reinem Magnesium zu behandeln, und man ist auf die Verwendung von Vorlegierungen als Behandlungsstoff angewiesen, wobei man Vorlegierungen verwendet hat, welche meist nur bis zu 20% Magnesium enthielten, und zwar in Verbindung entweder mit Nickel oder mit Nickel und Silizium oder mit Nickel, Silizium und Eisen oder mit Kupfer oder mit Kupfer und Eisen. In diesen Vorlegierungen beträgt das Verhältnis von Magnesium zu den übrigen Legierungsmetallen demgemäß im allgemeinen höchstens 20 : 80, so dass durch den Zusatz derartiger Vorlegierungen, außer dem Magnesium, beträchtlich größere Mengen anderer Metalle in das Eisenbad gelangen, was aus den verschiedensten Gründen mehr unerwünscht sein kann, zumal sich die Eisenschmelzen durch das Kreislaufmaterial im Laufe der Zeit immer mehr mit diesen weiteren Legierungselementen anreichern.

Bei dem im allgemeinen geübten Aufwerfen der Vorlegierungen auf die Badoberfläche der Eisenschmelze tritt neben starken Verlusten der Legierungselemente auch der Übelstand auf, dass zur Reaktion nur die Badoberfläche selbst zur Verfügung steht; bereits kurz nach Beginn der Aufgabe bildet sich auf der Eisenschmelze eine so starke schlammartige Schlackenschicht, dass diese von weiter zugegebenen Vorlegierungsmengen kaum noch durchdrungen werden kann.

Man hat infolgedessen auch schon vorgeschlagen, die Vorlegierung im pulverförmigen Zustande mittels einem inerten bzw. nicht oxydierenden Gases durch ein Rohr o.dgl. in das Eisenbad unter dessen Oberfläche einzublasen. Durch den pulverförmigen, fein verteilten Zustand der Vorlegierung hat diese aber derart große Oberflächen, das hierdurch die Gasentwicklung noch viel stürmischer verläuft als bei Zugabe in kompakter Form.

Ein weiterer Vorschlag richtet sich darauf, die Vorlegierung unter die Badoberfläche unterzutauchen; beim einfachen Untertauchen unter die Badoberfläche ergeben sich jedoch insbesondere bei höher magnesiumhaltigen Vorlegierungen alle die vorstehend angeführten Übelstände, indem der sich bildende Magnesiumdampf die verhältnismäßig geringe über ihm liegende Eisensäule durchdringt und zu explosionsartigen Erscheinungen führt.

Hier setzt nun die vorliegende Erfindung ein, gemäß welcher vorgeschlagen wird, zum Behandeln bzw. Legieren von Eisenschmelzen in Pfannen- oder ähnlichen Behältern - und zwar vorzugsweise von großen Chargen in großen Pfannen - mit Metallen oder Metalllegierungen von niedrigem Verdampfungspunkt diese in fester Massel- oder Barrenform an einer Stange o.dgl. befestigt mittels dieser schnell möglichst tief, vorzugsweise bis zum Boden der Pfanne, in die Eisenschmelze einzutauchen und dort während der Behandlungszeit zu halten.

Durch die große Eintauchtiefe wirkt dem Dampfdruck, welcher durch das Verdampfen des Metalles von niedrigen Verdampfungspunkt entsteht, der hohe ferrostatische Druck der hohen Eisensäule entgegen, welche sich über den eingeführten Metallmasseln befindet, so dass kein stürmischer Verlauf der Reaktion eintreten kann.

Von besonderer Bedeutung ist das neue Verfahren für die Behandlung von Gusseisenschmelzen mit Magnesium oder magnesiumhaltigen Legierungen zwecks Erzielung von Kugelgraphit, da es dadurch gelingt, höher- und hochmagnesiumhaltige Vorlegierungen zuzuwenden und in diesen Vorlegierungen die anderen Legierungselemente so niedrig zu halten, dass sie keine unerwünschte Beeinflussung der Gusseisenschmelze hervorrufen. Von ausschlaggebender Bedeutung ist dabei, dass die schnell tief einzutauchende Vorlegierung in fester kompakter Form, z.B. in Form von Masseln oder Barren, Verwendung findet, welche einwandfrei an der Stange befestigt werden können und welche vor allen Dingen möglichst hohe Widerstandsfähigkeit gegen mechanische Beanspruchung und hohe Unempfindlichkeit gegen plötzlichen Temperaturwechsel aufweisen, damit sie nicht durch mechanische oder thermische Beanspruchung zerspringen, so dass damit ein gleichmäßiges, nicht zu schnelles und auch nicht zu langsames Abschmelzen gewährleistet ist. Weiterhin ist es wesentlich, dass der Magnesiumgehalt der Vorlegierung mit der möglichen Eintauchtiefe derart in Zusammenhang steht, dass der durch die Eintauchtiefe gegebene ferrostatische Druck der Verdampfung des Magnesiums genügend entgegenwirkt. Infolgedessen kann bei großer Badtiefe der Magnesiumgehalt der Vorlegierung höher gewählt werden, als bei kleiner Badtiefe, weil infolge der Abhängigkeit des Dampfdruckes von der Badtiefe dieses den Verdampfungsvorgang regelt. Damit trotz der Massel- oder Barrenfom der Vorlegierung diese mit genügend großer Oberfläche mit der Eisenschmelze in Berührung kommt, können Masseln von gekerbter bzw. unterteilter Form Verwendung finden.

Weiterhin ist noch Gegenstand der Erfindung eine zur Ausführung des neuen Verfahrens besonders gut geeignete Magnesium-Vorlegierung, welche in an sich zum Teil bekannter Weise innerhalb des Bereiches von etwa 10-50% Magnesium, 0 bis 30% Nickel, 20 bis 50% Silizium und gegebenenfalls noch 10 bis 30% Kupfer und/oder

10 bis 30% Eisen liegt und welche innerhalb dieser Grenzwerte so zusammengestzt ist, dass sie den oben angegebenen Anforderungen zur Durchführung dieses Verfahrens insbesondere bezüglich Herstellbarkeit in kompakter Massel- oder Barrenform, Festigkeit und Temperaturwechselbeständigkeit genügt. Da das Magnesium eine karbidstabilisierende Wirkung hat, soll diese Vorlegierung Elemente enthalten, welche dem entgegenwirken und demgemäß graphitisierenden Einfluss haben; aus diesem Grunde enthält die Legierung Nickel und insbesondere Silizium. Kupfer dient dient zur besseren Herstellung der Vorlegierung, während Eisen gewissermaßen Kupfer ersetzt und den Zweck hat, in die Schmelze nicht zu viel Kupfer als Ballast hineinzubekommen. Legierungen aus Magnesium und Silizium allein oder auch in Verbindung mit Nickel sind praktisch schlecht oder kaum herstellbar, vor allen Dingen nicht in Massel- oder Barrenform vergießbar, da sie durchweg zu bröcklig anfallen.

In besonders günstiger Weise werden für die Durchführung des Verfahrens den dabei an sie gestellten Anforderungen folgende beispielsweise angegebenen Vorlegierungen gerecht:

Magnesium etwa 15 bis 25% Magnesium etwa 12 bis 17%

Nickel etwa 10 bis 15% Nickel etwa 10 bis 15%

Silizium etwa 25 bis 35% Silizium etwa 35 bis 45%

Kupfer etwa 15 bis 25% Kupfer etwa 20 bis 25%

Eisen etwa 15 bis 25% Eisen etwa 10 bis 15%

Zweckmäßigerweise wird die Vorlegierung derart ausgewählt, dass ihre Gehalte an Magnesium und Silizium und Nickel andererseits so in Bezug auf die zu behandelnde Eisenschmelze abgestimmt sind, dass das Gussgefüge des behandelnden Eisens bis auf die Ausbildungsform des Graphits in der gleichen Weise und Art ausfällt, wie das Gussgefüge des unbehandelten Eisens anfallen würde, selbstverständlich gleiche Gießbedingungen vorausgesetzt.

Die Erzeugung von Gusseisen mit Kugelgraphit durch Behandlung von Gusseisenschmelzen mit Magnesium oder Magnesiumlegierungen steht noch ganz im Anfang der Entwicklung. Bisher dürften in Deutschland wohl nur Versuche gemacht worden sein, und auch im Ausland, wie insbesondere in England und den USA, dürfte die Entwicklung wohl kaum über die ersten Anfänge und im allgemeinen über den Guss verhältnismäßig kleiner Stücke hinausgelangt sein. Das neue Verfahren zeigt erstmalig einen

Weg, wie insbesondere große Chargen in entsprechend großen Pfannen oder Behälter in einfacher, gefahrloser und jegliche Schwierigkeiten vermeidender Weise behandelt werden können, so dass sich damit dem Gusseisen mit Kugelgraphit neue Verwendungsgebiete, beispielsweise der Guss schwerer und schwerster Gusstücke, z.B. von Walzen, schwerer Maschinen und großen Behältern erschließen.

Vorzugsweise werden zur Durchführung des neuen Verfahrens möglichst tiefe Pfannen mit großer Badtiefe benutzt, da eine möglichst große Pfannentiefe die Durchführung des Verfahrens als solches begünstigt und fernerhin die Verwendung höher legierter Magnesiumlegierungen als Vorlegierung ermöglicht.

Claims (4)

1. Verfahren zum Behandeln von Eisenschmelzen in Pfannen oder ähnlichen Behältern - vorzugsweise von großen Chargen in großen Pfannen - mit Metallen oder Metallegierungen von niedrigem Verdampfungspunkt, insbesondere zum Behandeln von Gusseisenschmelzen mit Magnesium oder magnesiumhaltigen Legierungen zwecks Erzielung von kugelförmigen Graphit in den erstarrten Gusstücken, dadurch gekennzeichnet, dass das Metall bzw. die Metallegierung von niedrigem Verdampfungspunkt, z.B. das Magnesium bzw. die magnesiumhaltige Legierung, in fester Massel- oder Barrenform an einer Stange o.dgl. befestigt mittels dieser schnell möglichst tief, vorzugsweise bis zum Boden der Pfanne, in die Eisenschmelze eingetaucht und dort während der Reaktionszeit gehalten wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine magnesiumhaltige Legierung Verwendung findet, welche innerhalb des Bereiches von etwa 10 bis 50% Magnesium, 0 bis 30% Nickel, 20 bis 50% Silizium und gegebenenfalls noch 10 bis 30% Kupfer und/oder 10 bis 30% Eisen liegt und innerhalb dieser Grenzwerte so zusammengestzt ist, dass sich daraus kompakte Masseln oder Barren von ausreichender Festigkeit und Temperaturwechselbeständigkeit vergießen lassen.

3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Magnesiumgehalt der Legierung bei großer Badtiefe hoch, bei kleiner Badtiefe niedriger gewählt wird.

4. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Magnesium bzw. die magnesiumhaltige Legierung in Form von gekerbtem bzw. unterteilten Masseln von verhältnismäßig großer Oberfläche Verwendung findet.