CH169762A - Verfahren zur Herstellung von eisernen Gegenständen unter Benutzung von Eisenschwamm. - Google Patents

Description

  Verfahren zur Herstellung von eisernen Gegenständen unter Benutzung  von Eisenschwamm.    Die bei der Reduktion des Eisenerzes im  Hochofen aufzuwendenden Energien, sowie  die beim Frischvorgang des im Hochofen  erzeugten Roheisens zur Erreichung eines  warmbildsamen Eisens notwendigen weiteren  Energien     führten    frühzeitig zu Bestrebungen,  auf dem direkten Wege aus Eisenerz warm  bildsames Eisen herzustellen.  



  Es wurden verschiedene Verfahren zur  direkten     Reduktion    des Eisenerzes zu Eisen  schwamm entwickelt, von denen die Verfahren       Flodin,    Basset,     E'dwin,        Duffield    und     Wiberg     hier angeführt seien. Der Eisenschwamm,  der bei, seiner Herstellung im allgemeinen in  pulverförmigem Zustand anfällt, wird bri  kettiert, um als Ausgangsmaterial bei der  Herstellung von Stahl zu dienen.

   Aus briket  tiertem Eisenschwamm wird nach den be  kannten Stahlherstellungsverfahren im flüs  sigen Zustand das jeweils gewünschte End  produkt     hergestellt,    dem, um die gewünsch  ten Eigenschaften des fertigen Stahls zu er-    reichen, entsprechende Zusätze     zulegiert    wer  den. Eisenschwamm hat sich als Einsatz  material bei der     Herstellung    von Stahl wegen  seiner     Jungfräulichkeit    bewährt.

   Darunter  wird unter anderem hauptsächlich der völlige       Mangel    an     gelöstem    .Sauerstoff im Eisen  schwamm verstanden, dem man erheblich  nachteilige Eigenschaften beider Herstellung  nach dem     alten    Verfahren, also dem aus  Schrott und Roheisen hergestellten Stahl,  nachsagt. Bei der Herstellung von warm  bildsamem Eisen aus Eisenschwamm nach  den bekannten Stahlherstellungsverfahren im  flüssigen Zustand geht diese Eigenschaft des  Eisenschwammes zum Teil wieder verloren,  .da der ausserordentlich reaktionsfähige Eisen  schwamm Sauerstoff begierig löst.  



  Es sind an und für sich Verfahren be  kannt geworden, aus Eisenschwamm ohne  Umschmelzung     -SchmWeisen    herzustellen,  und -es ist auch nicht mehr neu, die Legie  rungen von Eisenschwamm mit andern Me-           tallen,    die in     feinverteilter    Form     vermischt     sind, durch Pressen zu erreichen.  



  Jedoch müssen bei dem letzteren Verfah  ren Temperaturen angewendet werden, bei  denen -die Legierungszusätze schmelzen, und  ist .die     Verformungsarbeit    bei den     bekannten     Verfahren     zu    gering, um eine innige     Verbin-          .dung    der Materialteilchen zu erzielen.  



  Die den bekannten Verfahren     anhaftenden     Mängel werden bei der Herstellung von  eisernen Gegenständen nach vorliegender  Erfindung ausgeschaltet. Es wird pulver  förmiger Eisenschwamm,     vorwiegend    in  seiner ursprünglichen Erzeugungsform, zu  Formkörpern     verpresst    und das ,so gewonnene       Pressgut    bei einer Temperatur     zwischen    700  und<B>13,00'</B> einer     Weiterverformung    in einer       Strangpresse,    zum     Beispiel    einer     Dickschen          Strangpresse,        unterzogen.    Wenn es erwünscht  ist,

   .dem Eisenschwamm Zusätze zu erteilen,  die dem Fertigprodukt gewünschte Eigen  schaften verleihen, .so werden diese mit dem  pulverförmigen Eisenschwamm     vor,dem        Ver-          pressen    innig vermischt, so     dass    weitgehend  homogene Formkörper erhalten werden, .die  in der     Strangpresse    weiter gepresst werden.

    Die endgültigen Eigenschaften des     verpress-          ten    Eisens können durch den angewandten       Pressdruck,    die     Presstemperatur,    die     Press-          gesehwindigkeit,    sowie das Verhältnis der       Quersnhnitte    der     Presskammer    zum Düsen  austritt beeinflusst werden, und zwar wird  durch Anwendung eines hohen     Pressdruckes     ein hohes spezifisches Gewicht und     eine     grosse     Arbeitsgeächwindigkeit    erzielt.

   Das  Raumgewicht des ursprünglichen pulverför  migen Eisenschwammes, welches meist     weni-          äer    als 2 beträgt, wird durch das     Vorpressen     auf eine für das spätere     @Strangpressen    wün  schenswerte Höhe, zum Beispiel zwischen  Raumgewicht 3 und G gebracht.

   Durch den  anschliessenden     eigentlichen.        Verformungsvor-          gang    in der     Strangpresse    im warmen Zustand       wird    dann ein     technisches    Eisen von ent  sprechenden Güteeigenschaften erzielt, dem  .die dem Eisenschwamm eigentümlichen son  stigen jungfräulichen Eigenschaften in bezug  auf Freiheit von nachteiligen Elementen, wie    zum Beispiel in Fe     gelöstem    Sauerstoff, inne  wohnen     können.     



  Um den durch Vermischen und     Vorpres-          sen    weitgehend homogenisierten Formkörper  zu einem einheitlichen Werkstoff umzuwan  deln, wird bei einer Temperatur zwischen  700 und<B>1300'</B> zweckmässig ein hoher     Press-          druck    von 3000 bis 12000     kgfem'    verwendet.  Hierdurch kann eine erhöhte Reaktionsge  schwindigkeit zwischen den einzelnen Teil  chen der ursprünglichen     Mischung    herbeige  führt werden, die die Umwandlung zu einem  einheitlichen Werkstoff hervorruft. Ein  spezieller Fall .dieser Reaktion zwischen -den  einzelnen Teilchen ist die Diffusion.

   Hierbei  kann vom Eisenschwamm, der von andern     Be-          estandteilen    gemischt wurde, ebenso ausge  gangen werden, wie von reinem Schwamm.  Zur Erzielung besonderer Eigenschaften an  der Oberfläche des     Eisens    kann     auf,den    vor  gepressten Block eine     S-ehieht    anderen Ma  terials wie Metallpulver oder     Ferrolegierun-          gen,    zum Beispiel     Ferroehrom,    aufgebracht  werden, die vor dem     @Strangpressen    durch die       Diffusionsglühung    in enge Verbindung mit  dem     Grundmaterial    des Blockes gebracht  wird.

   Das Verfahren erweist sich als vor  teilhafter und wirtschaftlicher als die spä  tere     Diffusionsglühung    am     stranggepressten     Stück, -da die Diffusion wegen der geringen       Dichte    des     vorgepressten    Blockes (zum Bei  spiel     spez.    Gewicht 4 bis -8) hierbei schneller  verläuft. Diese Diffusion kann durch ent  sprechend langes Glühen während des An  wärmvorganges für das nachfolgende Strang  pressen gesteigert werden. In diesem Falle  wird also beim Anwärmen des     vorgepressten     Vorproduktes vor dem     Strangpressen    eine       Diffusionsglühung    eingeschaltet.  



  Alle die genannten Faktoren, wie Ver  häItnis der     Presskammer    zum Düsenaustritt,  also der     Verformungsgrad,    .die     Verformungs-          geschwindigkeit    und die Temperatur beein  fluss en die innere Arbeit innerhalb des Ma  terials, so     dass    also, je höher der     Verfor-          mungsgrad    bei gegebener     Pressgeschwindig-          keit    gewählt wird, desto mehr Arbeit zu  leisten ist, um-so höher also auch der aus-           zuübende    Druck sein muss.

   In derselben  Richtung wirkt eine Erhöhung ,der     Gesehwin-          digkeiten    bei gegebenem     Verformungsgrad.     Im Innern     -des    Materials wird also bei einer  mit grosser Geschwindigkeit und unter gro  ssem     Druck    vor sich gehenden Verformung  eine mehr oder weniger grosse Arbeit     ge-          leistet,    die sich in Wärme umsetzt und eine  Temperaturerhöhung hervorruft, die eine  zwischen den Materialteilchen stattfindende  chemische Reaktion oder die Verschmelzung       bezw.    V     erschweissung    derselben begünstigt.  



  Es hat sich beispielsweise als günstig her  ausgestellt, bei einem     Verformungsgrad,     also einem Verhältnis des     Presskammerquer-          schnittes    zum     Düsenaustritts-Querschnitt    von  <B>21,5</B> und einer Temperatur von 1200   C,  die     Verformungsgeschwindigkeit    so zu wäh  len, dass im Innern des zu vierpressenden Ma  terials ein allseitiger Druck von zirka  <B>5000</B> kg/cm' herrscht. Um diesen     Druck    zu  erreichen, musste in dem gegebenen Fall die       Geschwindigkeit,    mit der der     Pressstempel     sich bewegt, auf 120     mm/sec.    eingestellt wer  den.

   Wenn zur Erhöhung der Reaktion zwi  schen den     Materialteilchen    der innere Druck  während .des     Pressvorganges    erhöht werden  soll auf etwa 10000     kg/cm@,    so muss die Ge  schwindigkeit des     Pressstempels    gesteigert  werden auf etwa 240     mm;!sec.     



  In welcher Weise der Druck und die  Temperatur bei der     Pressarfeit    auf die Reak  tion der Materialteilchen gegeneinander ein  wirken, ergibt folgendes Beispiel: Der zur       Herstellung    des     vorgepressten    Blockes die  nende Eisenschwamm besass aus Gründen  der Herstellung noch einen Kohlenstoffgehalt  von zirka     1.,7%    C. Der Reduktionsgrad be  trug 91      ''    des Eisens, das heisst das restliche  Eisen war noch an Sauerstoff gebunden.

    Während beim Schmieden eines     Blöckehens     von 60 mm     -e'    auf 10 mm     quadrat    bei Tem  peraturen von 1200 bis 800   C der Kohlen  stoffgehalt von 1,7% auf 1,4% verringert  wurde, fanden sich bei dem durch     8trang-          pressen    verarbeiteten Material mit     Verfor-          mungägrad    von 21,5 in dem     verpressten    Ma  terial Kohlenstoffgehalte von 0.24, 0,11 und         0,045    %, und zwar ergab sich der Kohlen  stoffgehalt von 0,24% bei einem Druck von  5000 kg/cm' und einer Temperatur von  1200' C, der Kohlenstoffgehalt von 0,

  1l  bei demselben Druck und einer auf<B>1270'</B> C  gesteigerten Temperatur und der Kohlen  stoffgehalt von 0,0,45% bei     Steigerung    des  Druckes auf 7000     kg/em@    und einer Tem  peratur von 1270   C.  



  Die vor dem     Vorpressen    dem Eisen  schwamm beizumischenden Zusätze können  in verschiedenartiger Absicht erfolgen. Zum  Beispiel können zwecks Erreichung bestimm  ter     Eigenschaften    im Fertigprodukt, Zusätze  in Form von Metallpulver oder gepulverten       Ferrolegierungen    zugegeben werden. Diese  Zusätze können die     Steigerung    der     Bea!r-          beitungsmögliehkeit,    der Korrosionsbestän  digkeit, der     Hitzebeständigkeit    und der Fe  stigkeit bezwecken.

   Zur Erzielung der     Kor-          rosionsbeständigkeit    lassen sich beispielsweise  vorteilhaft Zusätze von Chrom,     Ferrochrom     und Chromlegierungen oder Phosphor,     Ferro--          phosphor    und Phosphorkupfer oder Kupfer  verwenden. Die Zusätze können auch gemein  sam in .den für die Eignung     @d-es    Materials  nötigen Mengen zugesetzt werden, etwa so,  dass Cr, Ni und Mo gemeinsam als Metalle  oder in Farm ihrer Verbindungen Anwen  dung finden.  



  Als Beispiel für korrosionsbeständiges  Eisen wird angeführt,     dass    durch Zugabe  eines 20%igen,     Ferrophosphors    in einem Mi  schungsverhältnis von 1 bis<B>10%</B> des Vor  produktes ein     Fertigprodukt    von 0,2 bis 2      %     Phosphorgehalt erzielt wird.  



  Als Beispiel für die Herstellung eines  besonders gut     bearbeitbaren    Eisens für Auto  maten kann ein Zusatz von     Schwefeleisen    ge  geben werden, und zwar zur Erzielung eines  Fertigproduktes mit 0,2 bis etwa 0,65 %     S     eine     Zugabe    von 0,7 bis 2 % Schwefeleisen  zum Vorprodukt.  



  Zur .Steigerung der Festigkeitseigen  schaften und. Härte     haben    ,sich Zusätze von  Mo, V, Co usw., aber auch von     Nichtmetallen,     wie zum     Beispiel    C und     ;Si,        vorteilhaft    er  wiesen. Man kann     ebenfalls    nichtmetallische      Zusätze zugeben, die allein oder im Verein  mit den im Eisenschwamm vorhandenen  Schlacken ein     schweisseisenähnliches    Erzeug  nis erzielen lassen. Es ist zur Erreichung  ,des Endeffektes .dabei gleichgültig, ob die  zugesetzten Zusätze (Schlacken) in der ur  sprünglich zugesetzten Form bestehen bleiben  oder in :der Presse     mit    dem Eisenschwamm  reagieren und neue Schlacken bilden.

    



  Bei .der Verwendung von Eisenschwamm  zur     Stahlherstellung    in der bisher üblichen  Weise, das heisst der Stahlherstellung im  schmelzflüssigen Zustand     gingen,    wie bereits  erwähnt, die bestimmten günstigen Eigen  schaften des Eisenschwammes zum Teil ver  loren. Das im schmelzflüssigen Zustand ge  wonnene Vorprodukt in Form von     Gussblök-          ken    wurde in der üblichen. Weise     weiter    ver  arbeitet. Um im Fertigprodukt die gewünsch  ten maximalen Güteeigenschaften zu errei  chen, musste man auf einen möglichst grossen       Verformungsgrad    bedacht sein.

   Nach dem  Herstellungsverfahren gemäss vorliegender       Erfindung    wurden diese Nachteile ausge  schaltet. Durch entsprechende Auswahl des       Verformungsdruckes,    der     Verformungstem-          peratur,    .der     Querschnittsverhältnisse    zwi  schen     Presskammer    und     Ausflussdüse,    kann in  einem einzigen Arbeitsvorgang bereits ein  solcher     Verformungsgrad    erreicht werden,  .dass höchste Güteeigenschaften erzielt wer  den.  



  Durch das Verfahren gemäss der Erfin  dung     können,den        hergestellten    Gegenständen  auch andere Eigenschaften erteilt werden,  als sie     beispielsweise    aus Eisenschwamm  hergestellter     Flussstahl    hat.

   Zum Beispiel  musste bei der     direkten    Reduktion .des Eisen  erzes zu Eisenschwamm, der als Ausgangs  produkt zu den bisher üblichen Stahlschmelz  verfahren diente, auf einen möglichst nie  drigen Gehalt an Phosphor gesehen werden,  um .die     nachteiligen    Eigenschaften dieses     Le-          gierungszusatzes    im     fertigen        Flussstahl    aus  zuschalten, während bei den erfindungsgemäss       hergestellten    Gegenständen,     wie    Versuche er  wiesen haben, .der Phosphorgehalt des Eisen  erzes nicht nachteilig ist.

   Im Gegenteil haben    sich Erze mit     bestimmten    höheren Gehalten  an Phosphor als besonders geeignet für die  Herstellung von korrosionsbeständigen Ge  genständen     erwiesen.    Man     ist    dadurch in  die Lage versetzt, Erze zu verwenden, deren  chemische Zusammensetzung ihre bisherige  Anwendung entweder direkt     auss        chloss    oder  zum mindesten weitgehend einschränkte.  



  Eine besonders vorteilhafte Ausführung  .des Verfahrens nach der Erfindung ist die  Herstellung von Gegenständen in Rohrform,  weil ein zum Hohlkörper     vorgepresstes    Ge  misch von Eisenschwamm und bestimmten  Zusätzen bei dem anschliessenden :Strang  pressen infolge Verwendung eines Dornes  einem allseitigen Druck von aussen und innen  ausgesetzt wird, so dass sich ein Fertig  produkt von grösster Gleichmässigkeit ergibt.  



  Zur Verdeutlichung des Verfahrens ist  in beiliegender     Zeichnung    beispielsweise eine  Einrichtung .dargestellt,     mittelst    der     vorge-          presste    Rund- .oder Hohlblöcke aus Eisen  schwamm zu dem fertigen Erzeugnis ver  arbeitet werden.  



       Abb.    1 zeigt je einen     vorgepressten    Rund  block a     bezw.    Hohlblock b aus Eisen  schwamm im Längsschnitt;       Abb.    2 zeigt einen Ofen c zum     Erwärmen     der erwähnten Böcke     ca        bezw.    b, ebenfalls  im Längsschnitt;       Abb.    3 zeigt schematisch in .Ansicht eine  hydraulische     @Strangpresse    d mit den Werk  zeugen f zum Pressen und mit einem im  Aufnehmer e eingesetzten Hohlblock b, den  Aufnehmer und Hohlblock im     Schnitt.     



  In den     Abb.    4 und 5 ist das     Presswerk-          zeug    f sowie der Aufnehmer     e    mit einem  eingesetzten Hohlblock b in     vergrössertem          Massstabe        dargestellt,    und zwar das     Press-          werkzeug    f in Ansicht und der Aufnehmer e  mit dem eingesetzten Hohlblock b im !Schnitt;

         Abb.    4 zeigt die Einrichtung bei     Beginn    -des       Pressborganges,    und     Abb.    5 dieselbe während  des     Pressvorganges,    also :mit bereits teilweise  erfolgter Verformung des Hohlblockes b  zum     Beispiel    zu einem Rohrstück h;

   in       Abb.    6 sind beispielsweise zwei     mittelst     der     Strang-presse        aus,dem        vorgepressten    Rund-      oder     Hohlbloak    hergestellte Erzeugnisse im  Schnitt dargestellt, und zwar eine Rund  stange g und ein Rohrstück     h,    wie diese nach  dem     Presshub    aussehen und bevor der     Press-          rest    i abgeschnitten ist.

Claims (1)

1. PATENTANSPRüCHE I. Verfahren zur Herstellung von eisernen Gegenständen unter Benutzung von Ei senschwamm, dadurch gekennzeichnet, dass pulverförmiger Eisenschwamm zu Formkörpern verpresst und dieses so ge wonnene Pressgut bei einer Temperatur zwischen 700 und 1300 einer Weiter formung in einer Strangpresse unterzogen wird. TI. Nach dem Verfahren gemäss Patentan- spruch I erhaltener Gegenstand. UNTERANSPRÜCHE: 1.

   Verfahren nach Patentanspruch I, da durch gekennzeichnet, dass der Eisen schwamm vor dem Pressen gründlich mit Zusätzen vermischt wird. 2. Verfahren nach Patentanspruch I, da durch gekennzeichnet, dass zwecks Erzie lung einer grossen Arbeitsgeschwindigkeit ein hoher Pressdruck angewendet wird. 3. Verfahren nach Patentanspruch I, da durch gekennzeichnet, dass zwecks Erzie lung einer grossen Reaktionsgeschwindig keit bei dem Strangpressen eine in dem obern Teil des gekennzeichneten Gebietes liegende Temperatur angewendet wird. 4.

   Verfahren nach Patentanspruch I, ge kennzeichnet durch die Anwendung eines Druckes von zirka 5000 kgjcm2. 5. Verfahren nach Unteranspruch 1, da durch gekennzeichnet, dass zwecks Her- stellung von .Stäben in Rohrform ein Vorpres:sen des Gemisches zu einem Hohlkörper erfolgt und dieser Hohl körper in der Strangpresse über einen Dorn ausgepresst wird. 6.

   Verfahren nach Unteranspruch 1, .da- ,durch gekennzeichnet, dass dem Eisen schwamm Metallpulver zugesetzt wird. 7. Verfahren nach Unteranspruch 1, da- .durch gekennzeichnet, dass dem Eisen schwamm pulverisierte Ferrolegierungen zugesetzt werden. 8.

   Verfahren nach Unteranspruch 1, da durch gekennzeichnet, dass in den Er wärmungsvorgang .des mit Zusätzen ver mischten Eisenschwammes vor dem Strangpressen eine Diffus.ionsglühung eingeschaltet wird. 9. Verfahren nach Patentanspruch I, da durch gekennzeichnet, dass ein End erzeugnis mit einem Gehalt an Phosphor von 0,2 bis 2 % .erhalten wird. 10. Verfahren nach Patentanspruch I, da durch gekennzeichnet, dass durch Zu sätze ein schweiss-eisenähnliches Eisen erzeugt wird. 11.

   Gegenstand nach Patentanspruch II, da durch gekennzeichnet, dass er Zusätze metallischer .Art enthält, .die dem Eisen schwamm vor dem Pressen zugesetzt und innig in ihm verteilt sind. 12. Gegenstand nach Patentanspruch II, da durch gekennzeichnet, .dass er Zusätze nichtmetallischer Art enthält, die dem Eisenschwamm vor ,dem Pressen zuge setzt und innig in ihm verteilt sind.