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EP0074979A1 - Method for the preparation of vermicular graphite cast iron and device allowing to implement such method - Google Patents

Method for the preparation of vermicular graphite cast iron and device allowing to implement such method

Info

Publication number
EP0074979A1
EP0074979A1 EP82900930A EP82900930A EP0074979A1 EP 0074979 A1 EP0074979 A1 EP 0074979A1 EP 82900930 A EP82900930 A EP 82900930A EP 82900930 A EP82900930 A EP 82900930A EP 0074979 A1 EP0074979 A1 EP 0074979A1
Authority
EP
European Patent Office
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magnesium
cast iron
melt
content
ratio
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP82900930A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Reinhold Linkert
Emil Becker
Horst Hoffmann
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Georg Fischer AG
Original Assignee
Georg Fischer AG
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Filing date
Publication date
Application filed by Georg Fischer AG filed Critical Georg Fischer AG
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Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21C—PROCESSING OF PIG-IRON, e.g. REFINING, MANUFACTURE OF WROUGHT-IRON OR STEEL; TREATMENT IN MOLTEN STATE OF FERROUS ALLOYS
    • C21C1/00—Refining of pig-iron; Cast iron
    • C21C1/08—Manufacture of cast-iron
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C33/00—Making ferrous alloys
    • C22C33/08—Making cast-iron alloys
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C37/00—Cast-iron alloys

Definitions

  • the invention relates to a method for producing a cast iron with vermicular graphite.
  • Cast iron with vermicular graphite is a relatively new material between cast iron with lamellar graphite (GGL) and cast iron with spheroidal graphite (GGG). Due to its mechanical properties such as tensile strength, toughness and modulus of elasticity, as well as its thermal conductivity, the material GGV can be regarded as particularly suitable for e.g. diesel engine cylinder heads, steel mill molds and turbocharger housings, essentially wherever the parts are subjected to a non-shock-like temperature change. In this respect, GGV is superior to GGL. Compared to the material GGG, GGV has a high thermal conductivity and better casting properties. In particular, the decay effect of the magnesium in the treated cast iron melt is less pronounced, whereby a pouring time of more than 20 minutes can be achieved. The reduced tendency to blow holes and better machinability also speak in favor of GGV.
  • the material GGV can be produced by treating the base melt with magnesium (Mg) or with calcium carbide (CaC 2 ) with a subsequent addition of titanium (Ti) or cerium mixed metal.
  • CaC 2 desulphurization can be seen, for example, from DE-PS 1 911 024 and a titanium addition from DE-OS 15 33 279.
  • Pure magnesium desulfurization has the advantage over CaC 2 desulfurization that the duration of the treatment can be reduced to about 1/5.
  • a separate vessel with an insertion device for, for example, CaC 2 is unnecessary. It is also not advisable to add Ti, among other things because the titanium carbides formed are difficult to dissolve.
  • the method according to the invention can dispense with the harmful addition of Ti.
  • Treatment with pure magnesium is advantageously carried out in a pure magnesium converter, which from the DE-PS
  • the weight of the cast iron to be treated, its S content, and the weight of the pure magnesium addition must be fairly accurate.
  • the temperature in the converter should also be within a tolerance limit of at least ⁇ 20 ° C.
  • the ratio of Mg: S in the range from 0.8-2.5, preferably from 1.2-2.0, is adjusted immediately before the start of casting by adding sulfur iron or Mg master alloy.
  • the best results were obtained with a Mg: S ratio of about 1.8: 1.
  • the optimal ratio of Mg: S must be determined in each foundry and checked at regular intervals.
  • cerium in the form of mixed metal and / or other elements such as Al, Zr, Ca delays spherulitization in pure magnesium treatment and thus expands the area in which GGV forms.

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Refinement Of Pig-Iron, Manufacture Of Cast Iron, And Steel Manufacture Other Than In Revolving Furnaces (AREA)

Abstract

En vue de preparer des fontes a graphite vermiculaire dans un convertisseur, il est propose d'operer une desulfuration de la fusion primaire au moyen d'un traitement au magnesium pur et d'allier au magnesium, la proportion de Mg au S etant dans le domaine de 0, 8 a 2, 5. L'on peut alors eviter l'utilisation de titane dont les effets secondaires nefastes sont connus. En cas de besoin, il est sans autre possible de passer de la preparation de fontes a graphite spheroidal a la preparation de fontes a graphite vermiculaire et vice-versa; en effet, une modification de l'analyse de depart n'est pas necessaire; a part le fait d'un taux en magnesium residuaire inferieur; en consequence une separation du materiel en circuit n'est pas necessaire.In order to prepare vermicular graphite cast irons in a converter, it is proposed to carry out a desulfurization of the primary fusion by means of a treatment with pure magnesium and to combine with magnesium, the proportion of Mg to S being in the range from 0.8 to 2.5. The use of titanium can therefore be avoided, the harmful side effects of which are known. If necessary, it is without other possibility to pass from the preparation of cast iron with spheroidal graphite to the preparation of cast iron with vermicular graphite and vice versa; indeed, a modification of the initial analysis is not necessary; apart from the fact that there is a lower residual magnesium level; therefore a separation of the material in circuit is not necessary.

Description

Verfahren zur Herstellung eines Gusseisens mit Vermiculargraphit und Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens Process for producing a cast iron with vermicular graphite and device for carrying out the process
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Gusseisens mit Vermiculargraphit.The invention relates to a method for producing a cast iron with vermicular graphite.
Gusseisen mit Vermiculargraphit (GGV) ist als relativ neuartiger Werkstoff zwischen Gusseisen mit Lamellengraphit (GGL) und Gusseisen mit Kugelgraphit (GGG) anzusiedeln. Wegen seiner mechanischen Eigenschaften wie Zugfestigkeit, Zähigkeit und Elastizitätsmodul sowie wegen seiner Wärmeleitfähigkeit kann der Werkstoff GGV für z.B. Dieselmotorzylinderkcpfe, Stahlwerkskokillen und Turboladergehäuse als besonders geeignet betrachtet werden, im wesentlichen überall, wo die Teile einem nicht schockartigen Temperaturwechsel unterworfen sind. In dieser Beziehung ist GGV dem Werkstoff GGL überlegen. Gegenüber dem Werkstoff GGG weist GGV sich durch eine hohe Wärmeleitfähigkeit und durch bessere giesstechnische Eigenschaften aus. Insbesondere ist der Abklingeffekt des Magnesiums in der behandelten Gusseisenschmelze weniger ausgeprägt, wodurch eine Ve.rgiesszeit bis mehr als 20 Min. erreicht werden kann. Auch die verringerte Lunkerneigung und die bessere Bearbeitbarkeit sprechen für GGV.Cast iron with vermicular graphite (GGV) is a relatively new material between cast iron with lamellar graphite (GGL) and cast iron with spheroidal graphite (GGG). Due to its mechanical properties such as tensile strength, toughness and modulus of elasticity, as well as its thermal conductivity, the material GGV can be regarded as particularly suitable for e.g. diesel engine cylinder heads, steel mill molds and turbocharger housings, essentially wherever the parts are subjected to a non-shock-like temperature change. In this respect, GGV is superior to GGL. Compared to the material GGG, GGV has a high thermal conductivity and better casting properties. In particular, the decay effect of the magnesium in the treated cast iron melt is less pronounced, whereby a pouring time of more than 20 minutes can be achieved. The reduced tendency to blow holes and better machinability also speak in favor of GGV.
Der Werkstoff GGV ist herstellbar, indem eine Behandlung der Grundschmelze mit Magnesium (Mg) oder mit Calciumcarbid (CaC2) mit einem nachfolgenden Zusatz von Titan (Ti) oder von Cer-Mischmetall durchgeführt wird. Eine CaC2-Entschwefelung geht z.B. aus der DE-PS 1 911 024 und eine Titan-Zugabe aus der DE-OS 15 33 279 hervor.The material GGV can be produced by treating the base melt with magnesium (Mg) or with calcium carbide (CaC 2 ) with a subsequent addition of titanium (Ti) or cerium mixed metal. CaC 2 desulphurization can be seen, for example, from DE-PS 1 911 024 and a titanium addition from DE-OS 15 33 279.
Aus der DE-OS 24 58 033 ist ein einschlägiges Verfahren bekannt, demgemäss eine Ausgangsschmelze mit Mg vorbehandelt wird, bis der Schwefelgehalt auf 0,01 % S sinkt und wobei die Zeit zwischen der Mg-Behandlung und dem Zusatz von Seltenerdmetallen so bemessen ist, dass keine Kugelgraphitbildung stattfindet. Nicht erläutert ist, wie diese Zeit zu bestimmen sei. Diese Schrift lehrt ebenfalls, dass eine gewünschte Vermiculargraphitbildung durch reines Mg nicht hervorgerufen werden kann.A relevant process is known from DE-OS 24 58 033, according to which a starting melt is pretreated with Mg until the sulfur content drops to 0.01% S and the time between the Mg treatment and the addition of rare earth metals is such that that there is no spheroidal graphite formation. How this time should be determined is not explained. This document also teaches that a desired formation of vermicular graphite cannot be caused by pure Mg.
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die obengenannten Nachteile zu vermeiden und ausgehend vom Stand der Technik ein Verfahren samt Vorrichtung vorzuschlagen, mit denen auf schnelle, wirtschaftliche und treffsichere Art ein Gusseisen mit Vermiculargraphit herstellbar ist.It is an object of the present invention to avoid the disadvantages mentioned above and, based on the prior art, to propose a method and device with which a cast iron with vermicular graphite can be produced in a quick, economical and accurate manner.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss gelöst durch die Merkmale im kennzeichnenden Teil des 1. Anspruches. Vorteilhafte Weiterbildungen gehen aus den abhängigen Ansprüchen hervor. Es wurde nämlich, entgegen dem Befund der obengenannten DE-OS 24 58 033 nachgewiesen, dass die Herstellung des Werkstoffs GGV im Anschluss an eine Reinmagnesiumentschwefelung möglich ist.This object is achieved according to the invention by the features in the characterizing part of claim 1. Advantageous further developments emerge from the dependent claims. It has been proven, contrary to the finding of the above-mentioned DE-OS 24 58 033, that the production of the material GGV is possible after a pure magnesium desulfurization.
Die Reinmagnesiumentschwefelung hat gegenüber der CaC2- Entschwefelung den Vorteil, dass die Dauer der Behandlung auf etwa 1/5 verkürzt werden kann.Pure magnesium desulfurization has the advantage over CaC 2 desulfurization that the duration of the treatment can be reduced to about 1/5.
Ausserdem haben diejenigen Giessereien einen grossen Vorteil, die bereits in ihrem Betrieb einen Reinmagnesiumkonverter zur Herstellung von Gusseisen mit Kugelgraphit installiert haben. Es ist dann möglich, kurzfristig und, falls erforderlich, nur für kürzere Zeit auf die Herstellung des Werkstoffs GGV umzustellen; dies bedarf nur einer entsprechenden Gewichtsreduktion des zugegebenen Reinmagnesiums. Das ist insbesondere deshalb interessant, da die Nachfrage von GGV verglichen mit GGG noch nicht gross ist.In addition, foundries that have already installed a pure magnesium converter for the production of cast iron with nodular graphite have a great advantage. It is then possible to switch to the production of the material GGV at short notice and, if necessary, only for a short time; this only requires a corresponding weight reduction of the pure magnesium added. This is particularly interesting because the demand from GGV is not yet great compared to GGG.
Ein separates Gefäss mit einer Einbringvorrichtung für z.B. CaC2 erübrigt sich. Des weiteren ist von einer Ti-Zugabe abzuraten, u.a. da die gebildeten Titancarbide schwer löslich sind. Das erfindungsgemässe Verfahren kann auf den schädlichen Zusatz von Ti verzichten.A separate vessel with an insertion device for, for example, CaC 2 is unnecessary. It is also not advisable to add Ti, among other things because the titanium carbides formed are difficult to dissolve. The method according to the invention can dispense with the harmful addition of Ti.
Ausgangsschmelzen, welche nach dem erfindungsgemässen Verfahren behandelt werden können, weisen typischerweise folgende Zusammensetzung auf:Starting melts which can be treated by the process according to the invention typically have the following composition:
3,4 ≤%C ≤4,0; / 2,0≤% Si ≤3,0, / 0,1 ≤ % Mn ≤ 0,6; 0,02 ≤ % S; / Rest Eisen mit den üblichen Verunreinigungen. Die Behandlung mit Reinmagnesium erfolgt vorteilhafterweise in einem Reinmagnesium-Konverter, der aus den DE-PS3.4 ≤% C ≤4.0; / 2.0 ≤% Si ≤ 3.0, / 0.1 ≤% Mn ≤ 0.6; 0.02 ≤% S; / Rest of iron with the usual impurities. Treatment with pure magnesium is advantageously carried out in a pure magnesium converter, which from the DE-PS
18 15 214, 22 16 796 und 22 15 416 bekannt ist, bei einer18 15 214, 22 16 796 and 22 15 416 is known at one
Temperatur von 1450 - 1520° C und ergibt typischerweise eine Analyse von:Temperature of 1450 - 1520 ° C and typically results in an analysis of:
3,4 ≤% C ≤4,O; / 2,0 ≤% Si ≤ 3,0, / 0,1 ≤% Mn ≤0,6; /3.4 ≤% C ≤4, O; / 2.0 ≤% Si ≤ 3.0, / 0.1 ≤% Mn ≤0.6; /
0,010 ≤% Mg - ≤,025; / 0,005 ≤ % S ≤0,015; / Rest Eisen mit den üblichen Verunreinigungen.0.010 ≤% Mg - ≤, 025; / 0.005 ≤% S ≤0.015; / Rest of iron with the usual impurities.
Eine hohe Arbeitsgenauigkeit ist erforderlich. So muss das Gewicht des zu behandelnden Gusseisens, dessen S-Ge-halt, und das Gewicht der Reinmagnesiumzugabe ziemlich genau vorliegen. Auch soll die Temperatur im Konverter iinnnneerrhhcalb einer Toleranzgrenze von mindestens ± 20º C liegen.A high level of work accuracy is required. For example, the weight of the cast iron to be treated, its S content, and the weight of the pure magnesium addition must be fairly accurate. The temperature in the converter should also be within a tolerance limit of at least ± 20 ° C.
Ausgehend von der nach der Reinmagnesiumbehandlung vorliegenden Analyse wird unmittelbar vor Giessbeginn das Verhältnis von Mg:S im Bereich von 0,8 - 2,5, vorzugsweise von 1,2 - 2,0 durch Zugabe von Schwefeleisen oder Mg-Vorlegierung eingestellt. Die besten Resultate wurden mit einem Verhältnis von Mg:S von etwa 1,8:1 erhalten. Das optimale Verhältnis von Mg:S muss in jeder Giesserei selbst ermittelt und in regelmässigen Abständen überprüft werden.On the basis of the analysis available after the pure magnesium treatment, the ratio of Mg: S in the range from 0.8-2.5, preferably from 1.2-2.0, is adjusted immediately before the start of casting by adding sulfur iron or Mg master alloy. The best results were obtained with a Mg: S ratio of about 1.8: 1. The optimal ratio of Mg: S must be determined in each foundry and checked at regular intervals.
Es hat sich gezeigt, dass eine Cer-Zugabe in Form von Mischmetall und/oder anderer Ξlemente wie AI, Zr, Ca die Sphärolitisierung bei der Reinmagnesiumbehandlung verzögern und damit den Bereich in dem sich GGV bildet erweitert.It has been shown that the addition of cerium in the form of mixed metal and / or other elements such as Al, Zr, Ca delays spherulitization in pure magnesium treatment and thus expands the area in which GGV forms.
Bei einwandfreien Herstellbedingungen (Zurückhalten der Behandlungsschlacke im Konverter, in der Transport- und/ oder Giesspfanne, nicht übermässiger Kontakt mit dem Luftsauerstoff, Schutz gegen zu schnelles Abkühlen) wurden bei betriebseigenen Versuchen VergiessZeiten von über 20 Min. erreicht. With perfect manufacturing conditions (retention of the treatment slag in the converter, in the transport and / or pouring ladle, not excessive contact with the atmospheric oxygen, protection against cooling too quickly), casting times of over 20 minutes were achieved in the company's own tests.

Claims

P a t e n t a n s p r ü c h e Patent claims
1. Verfahren zur Herstellung eines Gusseisens mit Vermiculargraphit in einem Konverter, dadurch gekennzeichnet, dass eine Ausgangsschmelze mit einem Schwefelgehalt von bis zu 0,3 % durch eine Reinmagnesiumbehandlung entschwefelt und mit Magnesium legiert und das Verhältnis von Mg zu S gegebenenfalls mehrstufig auf einen Wert von 0,8 bis 2,5 eingestellt wird.1. A process for producing a cast iron with vermicular graphite in a converter, characterized in that a starting melt with a sulfur content of up to 0.3% is desulfurized by a pure magnesium treatment and alloyed with magnesium and the ratio of Mg to S, if necessary in several stages, to a value of 0.8 to 2.5 is set.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Verhältnis Mg zu S 1,2 - 2,0 beträgt.2. The method according to claim 1, characterized in that the ratio of Mg to S is 1.2 - 2.0.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Einstellung des Mg/S-Verhältnisses durch vorzugsweise Nickelmagnesium erfolgt.3. The method according to claim 1 or 2, characterized in that the setting of the Mg / S ratio is carried out by preferably nickel magnesium.
4. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Einstellung des Mg/S-Verhältnisses durch Zugabe von Schwefel, vorzugsweise von Schwefeleisen erfolgt.4. The method according to claim 1 to 3, characterized in that the setting of the Mg / S ratio is carried out by adding sulfur, preferably sulfur iron.
5. Verfahren nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet. dass der zu behandelnden Schmelze seltene Erden zugegeben werden.5. The method according to claim 1 to 4, characterized. that rare earths are added to the melt to be treated.
6. Verfahren nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der zu behandelnden Schmelze als Zusatz Cer-MM und/oder AI und/oder Zr und/oder Ca z.B. in Form von CaSi zugegeben wird.6. The method according to claim 1 to 5, characterized in that the melt to be treated as an additive Cer-MM and / or Al and / or Zr and / or Ca e.g. is added in the form of CaSi.
7. Verfahren nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Mg-Gehalt der Schmelze derart gesteuert wird, dass bei hohem Mg-Gehalt zur Senkung des Mg-Wertes schwefelhaltiges Eisen und bei tiefem Mg-Gehalt zur Erhöhung des Mg-Wertes eine Magnesiumvorlegierung wie z.B. eine Ni-Mg-Legierung zugegeben wird, so dass der Magnesiumgehalt der Schmelze im Bereich von 0,010 - 0,025 % eingestellt werden kann.7. The method according to claim 1 to 6, characterized in that the Mg content of the melt is controlled such that when the Mg content is high to reduce the Mg value, sulfur-containing iron and when the Mg content is low to increase the Mg value Magnesium master alloy such as a Ni-Mg alloy is added so that the magnesium content of the melt can be set in the range from 0.010 to 0.025%.
8. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 bis 7, gekennzeichnet durch ein kippbares Behandlungsgefäss mit einer in einem Bodeneckbereich eingebauten Reaktionskammer, wobei die Kammer eine verschliessbare Oeffnung für die Zufuhr von Reinmagnesium in der Wand des Gefässes aufweist (DE-PS8. An apparatus for performing the method according to claim 1 to 7, characterized by a tiltable treatment vessel with a reaction chamber installed in a bottom corner area, the chamber having a closable opening for the supply of pure magnesium in the wall of the vessel (DE-PS
1 815 214 und 2 219 740). 1 815 214 and 2 219 740).
EP82900930A 1981-03-31 1982-03-30 Method for the preparation of vermicular graphite cast iron and device allowing to implement such method Withdrawn EP0074979A1 (en)

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Application Number Priority Date Filing Date Title
CH2158/81 1981-03-31
CH2158/81A CH656147A5 (en) 1981-03-31 1981-03-31 METHOD FOR PRODUCING A CAST IRON WITH VERMICULAR GRAPHITE.

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