EP0834577A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Behandlung von Eisenschmelzen, sowie nach diesem Verfahren hergestellter Gussstahl oder hergestelltes Gusseisen - Google Patents

Verfahren und Vorrichtung zur Behandlung von Eisenschmelzen, sowie nach diesem Verfahren hergestellter Gussstahl oder hergestelltes Gusseisen Download PDF

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EP0834577A1
EP0834577A1 EP96810642A EP96810642A EP0834577A1 EP 0834577 A1 EP0834577 A1 EP 0834577A1 EP 96810642 A EP96810642 A EP 96810642A EP 96810642 A EP96810642 A EP 96810642A EP 0834577 A1 EP0834577 A1 EP 0834577A1
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melt
oxide
partially
particulate
oxidic
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EP96810642A
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Peter H. Grelling
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    • 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
    • C21C1/10—Making spheroidal graphite cast-iron
    • C21C1/105—Nodularising additive agents
    • 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
    • C22C33/10—Making cast-iron alloys including procedures for adding magnesium
    • C22C33/12—Making cast-iron alloys including procedures for adding magnesium by fluidised injection

Definitions

  • the invention relates to a method for the treatment of alloys or unalloyed iron melting by adding at least a substance to change the morphology of the in carbon or graphite present in the melt.
  • the method according to the invention is based on that of the invention leading realization that very fine-particle oxidic Substances, especially basic metal oxides, e.g. with particle sizes in the range of about 1 - 10 ⁇ m, in a molten metal stay dispersed once in the Melt are distributed, preferably preferably essentially evenly.
  • the invention further relates to applications of the invention Method with the features of claims 7 and 8.
  • the invention also relates to a device for carrying it out of the inventive method with the features of claim 9.
  • the invention also relates to cast iron and cast steel, the or the according to the inventive method is preserved.
  • Such a distribution can be simple and according to the invention effective with the help of e.g. for oxygen freshening known hollow lance take place to carry out the
  • the inventive method introduced into the melt is and a stream of a gaseous and preferably inert carrier medium, e.g. Carbon dioxide or nitrogen, with aerosol-like or smoke-like suspended therein, blows finely divided metal oxide into the melt.
  • a gaseous and preferably inert carrier medium e.g. Carbon dioxide or nitrogen
  • aerosol-like or smoke-like suspended therein blows finely divided metal oxide into the melt.
  • the mouth of the hollow lance can be conveniently approximately in the middle of the Melting crucible, the pan or the converter can be arranged and up to the bottom in the containing the melt Immerse the container.
  • the given conditions for each optimal position of the lance mouth can be determined if necessary simple professional tests can be determined.
  • the blowing in of the stream of gaseous carrier and in it suspended fine-particle metal oxide using a lance is only a preferred one and not a critical one Measure for carrying out the inventive Procedure; the stream of carrier gas and oxide can also from be introduced into the molten iron below or laterally.
  • gaseous carriers such as carbon monoxide, water vapor, Oxygen and noble gases (He, Ne, Ar) come in Question if the resulting costs or any Reactions with the melt or its components are acceptable are.
  • Particulate material consisting at least partially of oxidic components comprises metal oxides, preferably basic metal oxides, such as magnesium oxide, individually or in a mixture, and also non-metallic oxide precursors, such as carbonates, which convert to oxides under the conditions of the melt and which are also sufficiently finely divided
  • the oxidic material preferably consists at least predominantly, ie at least approximately 50% by weight, of metal oxide, in particular basic metal oxide
  • alkali metal such as Li, Na, K, Rb, Cs
  • alkaline earth metal such as Be, Mg, Ca, Sr, Ba
  • rare earth metals lanthanum and lanthanides with the atomic numbers
  • the additive used should be at least partially in oxidic form under the conditions of a molten iron environment or be convertible into it, without splitting off elemental hydrogen or nitrogen or forming it hydrolytically.
  • the oxidic additive used is essentially free of moisture, preferably the oxidic material or its precursor is essentially free of components which, under the conditions of the melt, have adverse physical (eg steam development) and / or chemical effects (nitrogenation) exercise.
  • finely divided is generally understood to mean an additional material which consists at least partially and preferably predominantly (ie at least 50% by weight) of particles with a size of less than 10 ⁇ m.
  • the oxidic additive is at least partially consists of particles with sizes in the range of 1 ⁇ m. Magnesium oxide with such particle sizes is available in technical quantities. Particles with sizes over 10 ⁇ m can also be used, but such particles tend to float when the melt is static solidified.
  • the optimum particle size according to the invention of the oxidic filler is generally one that results in the particles floating in the molten iron without significant floating.
  • melt is expediently carried out after the melting phase in the melting furnace or instead of the usual one Mg treatment in a treatment or watering vessel.
  • the Sulfur content of an iron melt to be treated according to the invention preferably as deep as possible and preferably below about 0.30% by weight, in particular below 0.1% by weight.
  • the composition of an iron smelter Carrying out the method according to the invention with regard to composition and trace elements meet the requirements of Melting corresponds to the state of the art the Mg treatment used to form nodular graphite will.
  • the carbon content of the melt can range the proportions customary for the respective iron products and controlled in the usual way.
  • the stream is gaseous Carrier and finely divided oxides suspended in it for so long is blown into the melt, based on about 0.5% on the weight of the melt, entered on metal oxide are. This can typically occur within a period of 1 - 3 minutes and preferably happens as quickly as possible. Higher proportions of up to 5% metal oxide are possible but bring in the production of cast iron with nodular graphite typically no particular advantages.
  • the finely divided oxidic additional material is expedient essentially evenly distributed in the melt. This can be done by entering the gas flow achieved and if necessary by spilling the Melt to be completed. In the solidified melt can the oxide particles both in and between the graphite precipitates be included.
  • the temperature of the molten iron is when the inventive method at least so far above the Melting temperature that by blowing in the desired one preheated stream of gaseous carrier and finely divided Metal oxide no cooling of the melt under the Freezing point occurs.
  • Typical treatment temperatures are in the range for treatment with metallic Magnesiun usual temperatures, typically in the range of 1400 - 1550 ° C.
  • the method according to the invention makes it possible to replace the so far to influence graphite formation in molten iron used, optionally alloyed metallic Magnesium finely divided metal oxide, especially magnesium oxide or mixtures of MgO, CaO, rare earth metal oxides etc., and thus the disadvantages or problems metallic additives to influence the carbon morphology to avoid.
  • a preferred application of the method of the invention is that for the production of cast iron with graphite embedded in spherical, nodular or vermicular form.
  • a device to carry out the method according to the invention in Shape of a crucible or a cast pan with an in this insertable hollow lance with a source for a stream of gaseous carrier with suspended therein Particles from the basic metal oxide is connected.
  • a such a stream can be conveniently located in a high swirl zone Turbulence is generated in which the finely divided metal oxide and the gaseous carrier is fed in and, if appropriate be preheated.
  • the lance opening is designed so that as possible many small gas bubbles are created when blowing in.
  • one according to the invention is also according to the invention Process received cast steel or received Cast iron.
  • FIG. 1 shows more in detail an example of a suitable for carrying out the invention Investment.
  • This Lance 18 is in a (not shown) tiltable container 10, immersed in the molten iron 15. Through the lance 18, the mixture of carrier gas and finely divided oxide is blown into the molten iron 15.
  • liquid iron container 10 After completion of the treatment process according to the invention the liquid iron container 10 can be tilted and the treated one Molten metal after slagging and if necessary Shed vaccine with usual vaccine in the usual way will.
  • FIG. 2A shows a schematic illustration of a liquid metal container in the working position for performing the inventive Process by blowing a stream of gaseous carrier and fine particulate suspended in it Metal oxide 28 through the bottom of a container 20 into the molten iron 25.
  • Fig. 2B shows the position of the container 20 for Filling and emptying the container 20 with molten iron 25th
  • Example 2 The procedure was as in Example 1, but with the modification, that the injected stream of nitrogen is not a metal oxide contained. Examination of the castings received showed lamellar graphite inclusions, i.e. the Graphite formation from gray cast iron.
  • Modifications of the invention include the introduction of finely divided oxidic material, as explained above, in the Melt in combination with the introduction of metallic and e.g. more desired as alloy components or modifiers Components in finely divided form, and / or in combination with the implementation of known fresh or refining processes by introducing one with the melt or their components of reactive gas.

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Abstract

Zur Behandlung von legierten oder unlegierten Eisenschmelzen durch Zusatz mindestens eines Stoffes, der eine Veränderung der Morphologie des in der Schmelze enthaltenen Kohlenstoffs bewirkt, wird anstelle des hierfür bekannten metallischen Magnesiums mindestens ein feinteiliges, mindestens teilweise oxidisches Material, vorzugsweise ein basisches Metalloxid, insbesondere Magnesiumoxid, verwendet und dieses in der Schmelze verteilt. Dadurch kann die Herstellung von Gussstahl oder Gusseisen mit vorteilhafter und z.B. kugelförmiger Struktur des als Graphit im Eisengefüge eingelagerten Kohlenstoffs erzielt werden. <IMAGE>

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Behandlung von legierten oder unlegierten Eisenschmelzen durch Zusatz mindestens eines Stoffes zur Veränderung der Morphologie des in der Schmelze vorhandenen Kohlenstoffs bzw. Grafits.
Verfahren dieser Art sind seit langem bekannt, insbesondere zur Veränderung der Struktur des Gusseisens durch Modifikation der Kohlenstoff- bzw. Grafitmorphologie in Gusseisenschmelzen, einschliesslich der unter den Markenzeichen Sphäroguss® oder Meehanite® bekannten Gusseisenprodukte mit kugelförmiger Struktur des als Graphit (auch als "Kugelgrafit" bezeichnet) im Gefüge verteilten Kohlenstoffs. Zur Erläuterung der dabei üblichen Massnahmen und Randbedingungen ist auf die U.S. Patentschriften 2 776 206 (1957), 3 295 960, 3,367 646, 3 666 449, 3 955 974, 3 999 984 und 5 098 651 zu verweisen, auf die hier für alle Zwecke Bezug genommen wird.
Allgemein beruhen die bekannten Verfahren zur Bildung von Kugelgraphit in Eisenschmelzen (Gusseisen) auf einem oder beiden der folgenden Behandlungsschritte:
  • (1) Behandlung der Eisenschmelze mit metallischem Magnesium oder einer metallisches Magnesium enthaltenden Legierung, um dem Eisen einen Mg-Gehalt im Bereich von Prozentbruchteilen, typisch 0,025 - 0,070 Gew.%, zu verleihen;
  • (2) Impfen der Schmelze kurz vor ihrer Erstarrung mit einer Legierung auf Basis von Ferrosilicium, die noch Zusätze enthalten kann, um die Schmelze zur Bildung möglichst vieler feinst verteilter Grafitkügelchen zu veranlassen und die Erstarrungsmatrix ferritisch, eventuell mit Perlitanteilen oder austenitisch, jedoch immer möglichst ohne Cementitanteile zu gestalten. Dabei ist auch eine kombinierte Behandlung, d.h. die Verwendung einer metallisches Magnesium als Legierungsanteil enthaltenden Ferrosiliciumlegierung möglich (z.B. Inmold-Process ®).
    • Typisches gemeinsames Merkmal der bekannten Verfahren der eingangs definierten Art ist die Verwendung von metallischen Zusätzen, insbesondere metallischem Magnesium. Dies hat verschiedene Nachteile, wie insbesondere eine relativ heftige Reaktion bzw. Verdampfung mit starker Rauchbildung, zur Folge und ist ausweislich der zuletzt genannten Patentschrift nicht immer sicher zum Erzielen der gewünschten Ergebnisse geeignet, sofern nicht bezüglich der Einbringtiefe und der Mischungsenergie bestimmte Parameter eingehalten werden und stückiges oder grobkörniges Magnesium, gegebenenfalls in Mischung mit metallischem Eisen, verwendet wird.
    Die zur vorliegenden Erfindung fürenden Untersuchungen begründen die Vermutung, dass sich die Grafitkügelchen im typischen Fall um feinteilige oxidische Keime, z.B. aus Magnesiumoxid bilden, diese sich aber nur dann in genügender Menge bilden können, wenn der allenfalls vorhandene Schwefel im wesentlichen abgebunden ist. Der metallurgische Vorgang, der den konventionellen Verfahren unter Verwendung von metallischem Magnesium zugrunde liegt, beruht vermutlich darauf, dass das metallische Magnesium den vorhandenen Schwefel sowie oxidische Komponenten bindet bzw. verschlackt und nur ein sehr geringer Anteil metallisches Magnesium in der Schmelze verbleibt, das dann mit oder ohne den zweiten Behandlungsschritt die zur Bildung von Kugelgraphit erforderlichen Keime aus Magnesiumoxid bildet.
    Überraschenderweise wurde nun gefunden, dass der Zusatz von metallischem Magnesium zur Behandlung von Eisenschmelzen, und zwar durch Modifikation der Form des aus der Schmelze sich ausscheidenden Kohlenstoffs bzw. Graphits, mit Vorteil durch einen Zusatz von sehr feinteiligem oxidischem Material, vorzugsweise basischem Metalloxid, wie z.B. Magnesiumoxid, ersetzt werden kann.
    Dieser Befund ist aus mehreren Gründen überraschend und widerspricht der herrschenden Lehre, insbesondere wegen des typischerweise grossen Unterschieds der Dichte metallischer und oxidischer Komponenten. Die Tendenz von oxidischen Anteilen zum Aufschwimmen in Eisenschmelzen ist notorisch und begründet ein ausgeprägtes Vorurteil gegen einen Ersatz einer metallischen Komponente, wie metallisches Magnesium und/oder Ferrosilicium, durch oxidische Komponenten. Tatsächlich stellt die Bildung oxidischer Schlacken einen wesentlichen Teil der üblichen Raffination von Eisenschmelzen durch Zufuhr von Sauerstoff und Oxidation unerwünschter Anteile dar, die nach dem Oxidieren in Form von Schlacke aufschwimmen und von der Eisen- bzw. Guss- oder Stahlschmelze abgetrennt werden können.
    Das erfindungsgemässe Verfahren beruht auf der zur Erfindung führenden Erkenntnis, dass sehr feinteilige oxidische Stoffe, insbesondere basische Metalloxide, z.B. mit Teilchengrössen im Bereich von etwa 1 - 10 µm, in einer Metallschmelze dispergiert bleiben, wenn sie einmal in der Schmelze verteilt sind, und zwar vorzugsweise im wesentlichen gleichmässig.
    Das Verfahren gemäss der Erfindung ist gekennzeichnet durch die in Anspruch 1 genannten Merkmale. Bevorzugte Ausführungsformen des erfindungsgemässen Verfahrens haben die Merkmale der Ansprüche 2 - 6.
    Die Erfindung betrifft ferner Anwendungen des erfindungsgemässen Verfahrens mit den Merkmalen der Ansprüche 7 und 8.
    Die Erfindung betrifft auch eine Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens mit den Merkmalen von Anspruch 9.
    Schliesslich betrifft die Erfindung auch Gusseisen und Gussstahl, das bzw. der nach dem erfindungsgemässen Verfahren erhalten ist.
    Eine solche Verteilung kann gemäss der Erfindung einfach und wirksam mit Hilfe einer an sich z.B. für das Sauerstoff-Frischen bekannten Hohllanze erfolgen, die zur Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens in die Schmelze eingeführt wird und einen Strom aus einem gasförmigen und vorzugsweise inerten Trägermedium, z.B. Kohlendioxid oder Stickstoff, mit darin aerosolartig bzw. nach Art eines Rauches suspendiertem, feinteiligen Metalloxid in die Schmelze einbläst. Die Mündung der Hohllanze kann zweckmässig annähernd mittig im Schmelztiegel, der Pfanne oder dem Konverter angeordnet werden und bis nahe zum Boden in den die Schmelze enthaltenden Behälter eintauchen. Die für gegebene Bedingungen jeweils optimale Lage der Lanzenmündung kann gegebenenfalls anhand einfacher fachmännischer Versuche ermittelt werden.
    Das Einblasen des Stromes aus gasförmigem Träger und darin suspendiertem feinteiligem Metalloxid mittels einer Lanze, d.h. von oben, ist jedoch nur eine bevorzugte und keine kritische Massnahme zur Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens; der Strom aus Trägergas und Oxid kann auch von unten oder seitlich in die Eisenschmelze eingebracht werden.
    Auch andere gasförmige Träger, wie Kohlenmonoxid, Wasserdampf, Sauerstoff und Edelgase (He, Ne, Ar), kommen in Frage, sofern die resultierenden Kosten bzw. allfällige Reaktionen mit der Schmelze oder ihren Komponenten akzeptabel sind.
    Der Ausdruck
    Figure 00040001
    teilchenförmiges, mindestens teilweise aus oxidischen Anteilen bestehendes Material" umfasst Metalloxide, vorzugsweise basische Metalloxide, wie Magnesiumoxid, einzeln oder in Mischung, sowie nichtmetallische Oxid-Präcursoren, wie Carbonate, die sich unter den Bedingungen der Schmelze in Oxide umwandeln und die ferner ausreichend feinteilig sind, um in der Schmelze während der weiteren Verarbeitung und Erstarrung suspendiert zu bleiben bzw. in einem Trägergasstrom suspendiert in die Schmelze eingebracht werden zu können. Vorzugsweise besteht das oxidische Material mindestens überwiegend, d.h. zu mindestens etwa 50 Gew.% aus Metalloxid, insbesondere basischem Metalloxid. Als basische Metalloxide kommen in Frage grundsätzlich alle Oxide von Alkali- (wie Li, Na, K, Rb, Cs), Erdalkali- (wie Be, Mg, Ca, Sr, Ba) und Seltenen Erdmetallen (Lanthan und Lanthaniden mit den Ordnungszahlen 57 - 71) einschliesslich von gebranntem" Carbonat, z.B. gebrannter Dolomit. Allgemein sollte der verwendete Zusatz unter den Bedingungen einer Umgebung aus schmelzflüssigem Eisen mindestens teilweise in oxidischer Form vorliegen oder sich in diese umwandeln lassen, ohne dabei elementaren Wasserstoff oder Stickstoff abzuspalten bzw. hydrolytisch zu bilden. Für viele Anwendungen wird bevorzugt, dass der verwendete oxidische Zusatz im wesentlichen frei von Feuchtigkeit ist. Vorzugsweise ist das oxidische Material bzw. dessen Präcursor im wesentlichen frei von Komponenten, die unter den Bedingungen der Schmelze nachteilige physikalische (z.B. Dampfentwicklung) oder/und chemische Wirkungen (Nitrogenierung) ausüben.
    Aus Gründen der Kosten, der relativ einfachen Erhältlichkeit in reiner und sehr feinteiliger, d.h. mikronisierter oder "atomisierter" Form, der (unerwünschten) Hygroskopizität und der Wirksamkeit als Keimbildner für die Bildung von Kugelgrafit werden Magnesium- und Calciumoxid bevorzugt, wobei Magnesiumoxid am meisten bevorzugt wird. Es können auch Mischungen aus zwei oder mehreren basischen Metalloxiden zum Erzielen der erfindungsgemässen Vorteile verwendet werden, z.B. Mischungen aus MgO, CaO und Seltene-Erden-Oxid, wenn sie in ausreichend feinteiliger Form vorliegen.
    Als feinteilig" wird im Sinne der Erfindung allgemein ein Zusatzmaterial verstanden, das mindestens teilweise und vorzugsweise überwiegend (d.h. zu mindestens 50 Gew.%) aus Teilchen mit einer Grösse von kleiner als 10 µm besteht. Insbesondere wird bevorzugt, dass der oxidische Zusatz mindestens zum Teil aus Teilchen mit Grössen im Bereich von 1 µm besteht. Magnesiumoxid mit solchen Teilchengrössen ist in technischen Mengen erhältlich. Es können auch Teilchen mit Grössen über 10 µm verwendet werden, doch neigen solche Teilchen bei statischer Erstarrung der Schmelze meist zum Aufschwimmen. Die erfindungsgemäss optimale Teilchengrösse des oxidischen Zusatzmaterials ist allgemein eine solche, die ein Schweben der Teilchen in der Eisenschmelze ohne signifikantes Aufschwimmen zur Folge hat.
    Die Zugabe des feinteiligen Oxids in einem gasförmigen Träger zur Schmelze erfolgt zweckmässig nach Abschluss der Einschmelzphase im Schmelzofen oder anstatt der bisher üblichen Mg-Behandlung in einem Behandlungs- oder Giessgefäss.
    Bei der Herstellung von Gusseisen mit Kugelgrafit liegt der Schwefelgehalt einer erfindungsgemäss zu behandelnden Eisenschmelze vorzugsweise so tief wie möglich und vorzugsweise unter etwa 0,30 Gew.%, insbesondere unter O,1 Gew.%. Allgemein sollte die Zusammensetzung einer Eisenschmelze zur Durchfuhrung des erfindungsgemässen Verfahrens bezüglich Zusammensetzung und Spurenelementen den Anforderungen der Schmelzen entsprechen, wie sie gemäss Stand der Technik vor der Mg-Behandlung zur Bildung von Kugelgrafit verwendet werden. Der Kohlenstoffgehalt der Schmelze kann im Bereich der für die jeweiligen Eisenprodukte üblichen Anteile liegen und in üblicher Weise gesteuert werden.
    Im allgemeinen ist es zur Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens ausreichend, wenn der Strom aus gasförmigem Träger und darin suspendierten feinteiligen Oxiden so lange in die Schmelze eingeblasen wird, bis etwa 0,5 %, bezogen auf das Gewicht der Schmelze, an Metalloxid eingetragen worden sind. Dies kann typisch innerhalb eines Zeitraums von 1 - 3 Minuten erfolgen und geschieht vorzugsweise so rasch wie möglich. Höhere Anteile bis 5 % Metalloxid sind möglich, bringen aber bei der Herstellung von Gusseisen mit Kugelgrafit im typischen Fall keine besonderen Vorteile.
    Zweckmässigerweise wird das feinteilige oxidische Zusatzmaterial im wesentlichen gleichmässig in der Schmelze verteilt. Dies kann bereits durch das Eintragen mittels Gasstrom erzielt und gegebenenfalls durch ein Umschütten der Schmelze vervollständigt werden. In der erstarrten Schmelze können die Oxidteilchen sowohl in als auch zwischen den Grafitausscheidungen enthalten sein.
    Die Temperatur der Eisenschmelze liegt bei Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens mindestens so weit über der Schmelztemperatur, dass durch das Einblasen des gewünschtenfalls vorgeheizten Stromes aus gasförmigem Träger und feinteiligem Metalloxid keine Abkühlung der Schmelze unter den Erstarrungspunkt erfolgt. Typische Behandlungstemperaturen liegen im Bereich der für die Behandlung mit metallischem Magnesiun üblichen Temperaturen, typisch im Bereich von 1400 - 1550 °C.
    Das erfindungsgemässe Verfahren ermöglicht es, anstelle des bisher zur Beeinflussung der Grafitausbildung in Eisenschmelzen verwendeten, gegebenenfalls legierten metallischen Magnesiums feinteiliges Metalloxid, insbesondere Magnesiumoxid oder Mischungen aus MgO, CaO, Seltenen Erdmetalloxiden u.s.w., zu verwenden und damit die Nachteile oder Probleme metallischer Zusätze zur Beeinflussung der Kohlenstoffmorphologie zu vermeiden.
    Eine bevorzugte Anwendung des Verfahrens der Erfindung ist diejenige zur Herstellung von Gusseisen mit kugel-, knötchen- oder vermicularförmig eingelagertem Grafit.
    Erfindungsgemäss ist wie oben angedeutet auch eine Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens in Form eines Schmelztiegels oder einer Gusspfanne mit einer in diese einführbaren hohlen Lanze, die mit einer Quelle für einen Strom aus gasförmigem Träger mit darin suspendierten Teilchen aus dem basischen Metalloxid verbunden ist. Ein solcher Strom kann zweckmässig in einer Wirbelzone mit hoher Turbulenz erzeugt werden, in die das feinteilige Metalloxid und der gasförmige Träger eingespeist und gegebenenfalls vorerhitzt werden. Im Unterschied zu bisherig bestehenden Lanzen ist die Lanzenöffnung so ausgebildet, dass möglichst viele kleine Gasblasen beim Einblasen entstehen.
    Erfindungsgemäss ist schliesslich auch ein nach dem erfindungsgemässen Verfahren erhaltener Gussstahl bzw. erhaltenes Gusseisen.
    Die Erfindung wird anhand der beigeschlossenen Zeichnungen weiter erläutert. Es zeigen:
  • Figur 1 eine schematische Darstellung einer Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens mit Lanze von oben;
  • Figur 2A und 2B eine Darstellung des erfindungsgemässen Verfahrens mit Zuleitung des Trägergas-Oxidgemisches von unten.
    • Mehr im einzelnen zeigt das in Fig. 1 dargestellte Schema ein Beispiel einer zur Durchführung der Erfindung geeigneten Anlage. Eine Mischkammer 12, in die von oben durch die (abgebrochen dargestellte) Zuleitung 14 feinteiliges Magnesiumoxid und von unten durch die (abgebrochen dargestellte) Zuleitung 16 ein gasförmiger Träger eingebracht und verwirbelt wird, ist mit einer Lanze 18 verbunden. Diese Lanze 18 ist in einen (in nicht dargestellter Weise) kippfähigen Behälter 10, in die Eisenschmelze 15 eingetaucht. Durch die Lanze 18 wird die Mischung aus Trägergas und feinteiligem Oxid in die Eisenschmelze 15 eingeblasen. Zum Schutz gegen Flüssigeisenspritzer während dem Einblasen kann auf den Behälter 10 ein Deckel 11 mit Öffnung für die Durchführung der Lanze 18 aufgesetzt werden.
    Nach Beendigung das erfindungsgemässen Behandlungsgsverfahrens kann der Flüssigeisenbehälter 10 gekippt und die behandelte Metallschmelze nach dem Abschlacken und bei Bedarf Impfen mit üblichem Impfmittel in bisher üblicher Weise vergossen werden.
    Figur 2A zeigt eine schematische Darstellung eines Flüssigmetallbehälters in Arbeitsstellung zur Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens durch Einblasen eines Stromes aus gasförmigem Träger und darin suspendiertem feinteiligem Metalloxid 28 durch den Boden eines Behälters 20 in die Eisenschmelze 25. Fig. 2B zeigt die Lage des Behälters 20 zum Einfüllen und Entleeren des Behälters 20 mit Eisenschmelze 25.
    Die Erfindung wird weiter anhand der nachfolgenden Beispiele erläutert.
    Beispiel 1
    Unter Verwendung einer Anlage der in Fig. 1 dargestellten Art wurde eine Eisenschmelze mit einem Kohlenstoffgehalt von 3.6 %, Silicium 2.2 %, Schwefel 0.015 %, Phosphor 0,028 %, Mn 0,25 % sowie weiterer Elemente im Umfang technischer Verunreinigungen erfindungsgemäss behandelt, indem ein Strom aus Stickstoff mit Raumtemperatur und aerosolartig darin suspendiertem, mikronisiertem (Teilchengrösse 1 - 5 µm) Magnesiumoxid mit einer Geschwindigkeit von 60 Liter pro Minute während insgesamt 2 Minuten in 1000 kg Schmelze eingeblasen wurde, die eine Temperatur von 1480°C hatte. Die Gesamtmenge des eingeblasenen MgO betrug 5 kg. Nach Beendigung des Einblasens wurde die Giesspfanne abgeschlackt und das behandelte Eisen in Formen gegossen. Die mikroskopische Untersuchung der nach dem Erkalten erhaltenen Gussstücke zeigte, dass der in dem Eisen enthaltene Kohlenstoff in Form feiner Grafitkügelchen im Eisen verteilt war. Die Untersuchung der mechanischen Eigenschaften (Zugfestigkeit, Kerbschlagzähigkeit, Bruchdehnung) zeigte die für Gusseisen mit Kugelgrafit typischen Werte.
    Beispiel 2 (Vergleich)
    Es wurde wie in Beispiel 1 gearbeitet, jedoch mit der Abänderung, dass der eingeblasene Strom aus Stickstoff kein Metalloxid enthielt. Die Untersuchung der erhaltenen Gussstücke zeigte lamellenförmige Grafiteinschlüsse, d.h. die Grafitausbildung von Grauguss.
    Im Rahmen der Erfindung sind verschiedene Abänderungen der obigen Beschreibung möglich. Allgemein kann erfindungsgemäss zur Behandlung von legierten oder unlegierten Eisenschmelzen durch Zusatz mindestens eines Stoffes, der eine Veränderung der Morphologie des in der Schmelze enthaltenen Kohlenstoffs bewirkt, anstelle des hierfür bekannten metallischen Magnesiums mindestens ein teilchenförmiges oxidisches Material, vorzugsweise basisches Metalloxid, insbesondere Magnesiumoxid, verwendet und dieses in der Schmelze verteilt werden. Dadurch kann die Herstellung von Gusseisen mit vorteilhafter und z.B. kugelförmiger Struktur des als Grafit im Eisengefüge eingelagerten Kohlenstoffs erzielt werden. Der erfindungsgemässe Zusatz von feinteiligem oxidischem Material kann vorteilhafte physikalische Effekte (wie Keimbildung für die Grafitausscheidung, Beeinflussung der Oberflächenspannung des Metalls der Schmelze), kombiniert mit wünschbaren chemischen Wirkungen (Getter-Wirkung für Schwefel), erzeugen.
    Modifikationen der Erfindung umfassen die Einführung von feinteiligem oxidischem Material, wie oben erläutert, in die Schmelze in Kombination mit der Einführung metallischer und z.B. als Legierungskomponenten oder Modifikatoren gewünschter Komponenten in feinteiliger Form, und/oder in Kombination mit der Durchführung bekannter Frisch- bzw. Raffinationsverfahren durch Einführung eines mit der Schmelze oder deren Komponenten reaktionsfähigen Gases.
    Der Schutzumfang des beantragten Patentes ergibt sich aus der fachmännischen Interpretation der nachfolgenden Ansprüche.

    Claims (10)

    1. Verfahren zur Behandlung von legierten oder unlegierten Eisenschmelzen durch Zusatz mindestens eines Stoffes zur Veränderung der Morphologie des in der Schmelze vorhandenen Kohlenstoffs, dadurch gekennzeichnet, dass als Zusatz mindestens ein teilchenförmiges, mindestens teilweise aus oxidischen Anteilen bestehendes Material verwendet und dieses in der Schmelze verteilt wird.
    2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als teilchenförmiges, mindestens teilweise aus oxidischen Anteilen bestehendes Material ein basisches Metalloxid, vorzugsweise ein Oxid eines Alkali-, Erdalkali- oder Seltenen Erdmetalles, verwendet wird, vorzugsweise ein Oxid von Magnesium, Calcium oder deren Mischoxid.
    3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 - 2, dadurch gekennzeichnet, dass das teilchenförmige, mindestens teilweise aus oxidischen Anteilen bestehende Material mindestens überwiegend aus Teilchen mit einer Teilchengrösse von kleiner als 10 µm besteht, wobei das teilchenförmige Material vorzugsweise mindestens teilweise aus Teilchen mit einer Teilchen-grösse von etwa 1 µm besteht.
    4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 - 3, dadurch gekennzeichnet, dass das teilchenförmige, mindestens teilweise aus oxidischen Anteilen bestehende Material in einem Anteil von weniger als 5 %, bezogen auf das Gewicht der Schmelze, verwendet wird.
    5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 - 4, dadurch gekennzeichnet, dass das teilchenförmige, mindestens teilweise aus oxidischen Anteilen bestehende Material mit Hilfe eines gasförmigen Trägers in die Schmelze eingeblasen wird.
    6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass ein gasförmiger Träger verwendet wird.
    7. Anwendung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 - 6 zur Beeinflussung der Grafitausbildung in einer Gusseisen- oder Gussstahlschmelze, dadurch gekennzeichnet, dass das teilchenförmige, mindestens teilweise aus oxidischen Anteilen bestehende Material, insbesondere basisches Metalloxid, in der Schmelze verteilt wird.
    8. Anwendung des Verfahrens nach Anspruch 7 zur Herstellung von Gusseisen mit kugel-, knötchen- oder vermicularförmigen Struktur des als Grafit vorhandenen Kohlenstoffes.
    9. Vorrichtung (1) zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 - 6, gekennzeichnet durch einen die Schmelze enthaltenden Behälter (10) und eine in diesen einführbare hohle Lanze (18) , die mit einer Quelle (12) für einen Strom aus einem gasförmigen Träger mit darin suspendierten Teilchen aus oxidischem Material, insbesondere basischem Metalloxid, verbunden ist.
    10. Gusseisen oder Gussstahl, hergestellt nach dem Verfahren gemäss einem der Ansprüche 1 - 6.
    EP96810642A 1996-09-30 1996-09-30 Verfahren und Vorrichtung zur Behandlung von Eisenschmelzen, sowie nach diesem Verfahren hergestellter Gussstahl oder hergestelltes Gusseisen Withdrawn EP0834577A1 (de)

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