BRPI0805850B1 - método para influenciar as propriedades de ferro fundido - Google Patents
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Abstract
método para influenciar as propriedades de ferro fundido, e sensor de oxigênio. a presente invenção refere-se a um método para influenciar as propriedades de ferro fundido através da adição de magnésio à fusão do ferro metálico, em que o teor de oxigênio da fusão do ferro fundido é medido e o magnésio é adicionado à fusão do ferro fundido até que o teor de oxigênio da fusão do ferro fundido seja de aproximadamente 0,005 a 0,2 ppm a uma temperatura de aproximadamente 1 .420<198>c, e a um sensor para medição do teor de oxigênio na fusão do ferro fundido por meio de uma célula de medição eletroquímica compreendendo um tubo eletrólito sólido.
Description
(54) Título: MÉTODO PARA INFLUENCIAR AS PROPRIEDADES DE FERRO FUNDIDO (51) Int.CI.: G01N 27/411; C21C 1/04 (30) Prioridade Unionista: 22/01/2007 DE 10 2007 004 147.2 (73) Titular(es): HERAEUS ELECTRO-NITE INTERNATIONAL N.V.
(72) Inventor(es): DANNY HABETS (85) Data do Início da Fase Nacional: 26/05/2009
1/6
Relatório Descritivo da Patente de Invenção para MÉTODO PARA INFLUENCIAR AS PROPRIEDADES DE FERRO FUNDIDO.
[001] A presente invenção refere-se a um método para influenciar as propriedades de ferro fundido através da adição de magnésio à fusão do ferro fundido. A invenção também refere-se a um sensor para a medição do teor de oxigênio nas fusões de ferro fundido por meio de uma célula de medição eletroquímica compreendendo um tubo eletrólito sólido.
[002] Geralmente, o teor de magnésio livre em uma fusão de ferro fundido é considerado como um fator determinante para a formação de grafite esferoidal ou vermicular no ferro fundido tratado com magnésio. A prática corrente para regular a produção de ferro fundido dúctil consiste na determinação do teor total de magnésio, isto é, o magnésio livre e ligado, com a ajuda de amostras analisadas espectrograficamente. Entretanto, esse método fornece um quadro incompleto uma vez que o teor de magnésio livre não é conhecido e a medição não fornece qualquer informação acerca da atividade do oxigênio. Entretanto, a atividade do oxigênio que está em equilíbrio com o magnésio livre é um fator determinante na formação da forma do grafite. O assim chamado ferro fundido dúctil é um fundido cinza normal que é tratado com um aditivo formador de nódulos de forma que a parte principal do carbono grafítico no ferro fundido é chamado de grafite nodular ou grafite esférico. O grafite nodular no ferro fundido pode ser analisado em termos de forma, tamanho e número de partículas, uma vez que esses parâmetros influenciam as propriedades mecânicas do ferro fundido. Uma análise visual é complexa ou subjetiva, mesmo em análises parcialmente automatizadas. Medições a esse respeito são conhecidas, por exemplo, da US 5.675.097. A DE 19928456A1 descreve medições para a determinação da estrutura espacial do grafite no ferro
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2/6 fundido que são baseadas na determinação do oxigênio e não têm as desvantagens dos métodos visuais. Assim, pode ser reagido mais rápido, e a influência específica da produção aumenta o rendimento ou, respectivamente, reduz as perdas durante a fusão. A qualidade do ferro fundido pode ser bem-controlada.
[003] O sucesso do tratamento com magnésio no ferro fundido pode ser demonstrado, por exemplo, por meio de análises metalográficas ou espectrográficas de amostras solidificadas brancas ou também por meio de análises térmicas.
[004] Em geral, é usado magnésio puro ou uma liga de magnésio para promover a forma esférica do ferro fundido. Uma parte do magnésio adicionado extrai oxigênio e enxofre do ferro, parte residual é a assim chamada parte de magnésio livre, que controla a atividade do oxigênio. O teor de magnésio livre na fusão é o fator determinante para a modularidade do ferro fundido. A parte de magnésio livre diminui no fundido com o tempo enquanto a atividade do oxigênio aumenta. Isto influencia a estrutura e as propriedades mecânicas do ferro fundido.
[005] Sensores para a determinação da atividade do oxigênio de um fundido metálico são conhecidos da DE 10310387B3, por exemplo. É descrito aqui um tubo eletrólito sólido que tem, em sua superfície externa, um revestimento de uma mistura de zirconato de cálcio e um fluoreto de forma que, por exemplo, a concentração de enxofre, silício ou carbono possa ser medida nos fundidos metálicos.
[006] É o objetivo dessa invenção propor um método bem como um sensor para regular o método por meio do qual a técnica anterior é melhorada, e as propriedades mecânicas do ferro fundido devem ser influenciadas especificamente já na fase líquida.
[007] O problema é resolvido pelas características das reivindicações independentes. Configurações vantajosas são indicadas nas subPetição 870180046237, de 30/05/2018, pág. 6/16
3/6 reivindicações. Em particular, o método conforme a invenção é caracterizado pelo fato de que o teor de oxigênio da fusão do ferro fundido é medido e que o magnésio é adicionado à fusão do ferro fundido até o teor de oxigênio da fusão do ferro fundido ser de aproximadamente 0,005 a 0,2 ppm a uma temperatura de aproximadamente 1.420°C como temperatura de referência. Uma vez que a medição do oxigênio é mais precisa que a medição do magnésio possível até aqui (o magnésio está presente na fusão como magnésio livre e como magnésio ligado de modo que uma análise precisa não seja possível), a determinação das propriedades mecânicas do ferro fundido será mais precisa. [008] A pessoa versada na técnica pode detectar e utilizar uma correlação entre a existência de, por um lado, umas poucas partículas grandes de grafite a um baixo teor de oxigênio e, por outro lado, muitas partículas pequenas de grafite a um teor mais alto de oxigênio. Assim, uma correlação para as propriedades mecânicas é possível, conforme já descrito na US 5.675.097, por exemplo em termos de resistência à tração, alongamento, e resistência à deformação. Foi surpreendentemente mostrado para o ferro fundido que ele tem um alongamento máximo quando o magnésio é adicionado até que o teor de oxigênio seja menor que 0,1 ppm, preferivelmente entre 0,08 e 0,1 ppm. A um teor de oxigênio menor ou maior, o alongamento do ferro fundido diminui novamente. É vantajoso adicionar-se aproximadamente de 200 a 750 ppm de magnésio à fusão do ferro fundido para alcançar o teor de oxigênio desejado.
[009] O sensor conforme a invenção é caracterizado pelo fato de que uma camada de dióxido de zircônio é aplicada á superfície externa do tubo eletrólito sólido. Em particular, o dióxido de zircônio da camada pode ser estabilizado com óxido de cálcio, óxido de ítrio e/ou óxido de magnésio. É vantajoso que a camada seja estabilizada com até 30% em peso de óxido de cálcio, até 25% em peso de óxido de magPetição 870180046237, de 30/05/2018, pág. 7/16
4/6 nésio e/ou até 52% em peso de óxido de ítrio. Em particular, é vantajoso que a camada seja estabilizada com aproximadamente 4 a 6% em peso de óxido de cálcio. Vantajosamente, a camada do sensor é pulverizada com plasma. Preferivelmente, ela tem uma espessura de aproximadamente 30 a 50 mm, em particular aproximadamente 40 mm. O tubo eletrólito sólido no qual a camada é fornecida é preferivelmente um tubo de dióxido de zircônio que pode ser estabilizado com aproximadamente de 2% em peso de óxido de magnésio.
[0010] Uma configuração exemplar da invenção está descrita com base em um desenho. No desenho:
[0011] a Figura 1 mostra a correlação entre o número de partículas de grafite e o teor de oxigênio (atividade do oxigênio aO);
[0012] a Figura 2 mostra a correlação entre o alongamento relativo e o teor de oxigênio;
[0013] a Figura 3 mostra uma seção transversal através da cabeça do sensor conforme a invenção; e [0014] a Figura 4 mostra uma seção parcial através de uma oura configuração do sensor.
[0015] A Figura 1 mostra que o número de partículas de grafite aumenta com o crescente teor de oxigênio (atividade do oxigênio aO). Assim, o número de partículas de grafite pode ser ajustado por meio da regulagem do teor de oxigênio através da adição de magnésio. Consequentemente, as propriedades do ferro fundido são especialmente influenciadas já na fusão. A modularidade máxima é fornecida a uma atividade de oxigênio entre aproximadamente 0,10 e 0,12 ppm (válido para 1.420°C). A modularidade reduz quando a atividade do oxigênio cai abaixo de 0,10 ppm. Isto corresponde a experiências conhecidas da prática de fundição de que uma cota excessiva de magnésio tem efeitos negativos na modularidade.
[0016] A Figura 2 mostra a correlação entre o alongamento relativo
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5/6 do ferro fundido e o teor de oxigênio. O máximo de alongamento é notável a aproximadamente 0,08 ppm. A uma menor atividade de oxigênio, o alongamento é levemente menor, provavelmente devido à menor modularidade. Se a atividade do oxigênio exceder o valor ótimo, o alongamento será constantemente reduzido. A apresentação gráfica mostra que é possível influenciar o alongamento relativo do ferro fundido pelo ajuste do teor de oxigênio na fusão do ferro fundido através da adição de magnésio.
[0017] A Figura 3 mostra um sensor conforme a invenção, em um tubo metálico 1, as linhas elétricas 2 (Cu/CuNi/condutor) são arranjadas em um enchimento de areia 3. Através da peça de conexão 4, as linhas elétricas são conectadas com uma lança ou outro suporte e também com uma unidade analisadora. A outra extremidade das linhas 2 é conectada com um par termoelétrico 5 e com a célula de medição eletroquímica 6. A célula de medição eletroquímica 6 tem um tubo eletrólito sólido (célula ZrO2) com um escudo de aço contra choque como um revestimento exterior. Em sua superfície externa, a célula ZrO2 tem uma camada de dióxido de zircônio que é estabilizada com 5% em peso de óxido de cálcio. Esta camada tem aproximadamente 40 mm de espessura. Ela não é mostrada em detalhes no desenho uma vez que tubos eletrólitos sólidos são basicamente conhecidos. [0018] O par termelétrico 5 é fixado na posição em um cimento de impermeabilização de par termelétrico 7. A célula de medição 6 é também fixada na posição em um cimento 8; sua extremidade fornecida no interior do sensor é fechada com uma tampa de impermeabilização 9 através da qual são passados os contatos elétricos. Os dois elementos sensores 5;6 são conectados por meio de um grampo plástico 10. Estendendo-se através da parte isolada termicamente 11, as linhas são passadas através do interior do tubo metálico 1. Na extremidade de imersão do sensor, um corpo de areia 12 é fornecido no lado de
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6/6 fora do tubo metálico 1 para protegê-lo.
[0019] A Figura 4 mostra um arranjo similar no qual é apresentado o sensor contatando no tubo transportador 13. O tubo transportador 13 é formado de papelão e envolto em seu lado frontal virado para o corpo de areia 12 por um tubo de proteção contra respingos 14 que é formado de areia de fundição ou cimento. Para proteção durante o transporte e durante a imersão na fusão, os elementos sensores 5;6 são inicialmente envoltos com uma cobertura metálica 15 que se funde durante ou, respectivamente, após a imersão do sensor no fundido metálico e expõe os elementos sensores 5;6.
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1/1
Claims (3)
- REIVINDICAÇÕES1. Método para influenciar as propriedades de ferro fundido através da adição de magnésio à fusão do ferro fundido, caracterizado pelo fato de que o teor de oxigênio da fusão de ferro fundido é medido e que o magnésio é adicionado à fusão do ferro fundido até que o teor de oxigênio da fusão do ferro fundido seja de 0,08 a 0,1 ppm a uma temperatura de 1.420°C.
- 2. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que aproximadamente de 200 a 750 ppm de magnésio são adicionadas.Petição 870180046237, de 30/05/2018, pág. 11/16O o1/4Contagem de partículas de grafite
o o LO Γ o“ o o Γ o‘ o in ' co « o o o Γ 00 ♦ o' o LO r c\i ♦ ♦ i-1- 150 0,200 o,: ♦ ♦♦ o o o 4» * õ o LO o o‘ o o ~ o o ? o £ 03 h í 5 se|n 5 E 3 XI oiped e j ο ο σ c J O o o r CO CM >- >p ojeiunN 3 o Atividade do oxigênio a 1.420°C2/4 ooRelação da atividade do oxigênio (aO) em relação ao alongamento percentualLQCNIOCOOCO mCN ojueiueBuoiv %Atividade do oxigênio a 1,420°C - 3/4
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