ES2258524T3 - Procedimiento para la fabricacion de hierro fundido con grafito esferoidal. - Google Patents

Abstract

Procedimiento para fabricar hierro fundido con grafito esferoidal, que comprende al menos las etapas de procedimiento de tratamiento previo con magnesio puro en un convertidor y de adición de un agente inoculante durante la colada en el molde, en el que puede ajustarse la solubilidad de las sustancias formadas en el tratamiento previo y en la adición del agente inoculante, caracterizado porque el tratamiento previo se realiza con una mezcla o un compuesto de magnesio metálico puro con sólo uno o varios metales de los grupos IIa y IIIa del Sistema Periódico y con azufre.

Description

Procedimiento para la fabricación de hierro fundido con grafito esferoidal.

La presente invención se refiere a un procedimiento para fabricar hierro fundido con grafito esferoidal que comprende al menos las etapas de procedimiento de tratamiento previo con magnesio puro en un convertidor y de adición de un agente inoculante durante la colada en el molde.

Por la patente US nº 5.098.651 se conocen un procedimiento y un dispositivo para fabricar hierro fundido con grafito esferoidal. En un convertidor, una cuba de tratamiento para la masa de hierro fundido, se introduce magnesio puro en un compartimiento de la cuba que es accesible desde fuera y que está en contacto a través de las aberturas de la pared de separación entre el compartimiento de la cuba y la cuba de tratamiento restante. Cuando el convertidor es llevado de una posición horizontal ocupada para introducir el magnesio a una posición vertical, el magnesio es humedecido por la masa fundida y se disuelve generando calor de reacción. La reacción con el magnesio puro provoca lo siguiente: a partir de los componentes no metálicos de la masa fundida se originan compuestos minerales constituidos por óxidos, sulfatos, silicatos y otros compuestos con magnesio. Debido a la presión de vapor del magnesio, la masa fundida es puesta en movimiento intensivo. Los compuestos minerales se coagulan, se aglomeran y flotan en la superficie del baño debido a su más bajo peso específico. Las escorias así formadas pueden retirarse de la superficie del baño por desespumado. Este procedimiento se caracteriza, entre otras cosas, por una composición del baño con una alta pureza de, por ejemplo, menos de 10 ppm de oxígeno disuelto y una baja concentración de formadores de núcleos germinales de, por ejemplo, menos de 100 ppm de partículas no metálicas.

En el documento WO 99/45156 A1 se da a conocer un procedimiento en el que antes del tratamiento propiamente dicho con magnesio se trata la masa de hierro fundido en etapas sucesivas con carburo de calcio para retirar el oxígeno y el azufre, con cascarilla de laminación para suministrar oxígeno y con óxido de aluminio o con óxido de calcio para formar aluminatos de calcio o silicatos de aluminio y calcio. Por tanto, se consigue que, después del siguiente tratamiento con magnesio, el hierro fundido presente inclusiones no metálicas que sean plásticas durante el mecanizado por arranque de virutas y, por tanto, sirvan como lubricante. En las siguientes etapas del procedimiento se agregan con frecuencia cantidades demasiado grandes de agente inoculante. Durante la colada en el molde, existe entonces el peligro de que se perjudique la calidad debido a que los productos de la reacción conducen a defectos incontrolables, tales como escorias, óxidos y partículas del agente inoculante no disueltas. Se originan condiciones incontrolables con respecto al estado de formación de núcleos germinales. Debido a que el estado de formación de núcleos germinales no se conoce exactamente, la dosificación del agente inoculante no puede determinarse con exactitud. En la ignorancia del estado de formación de núcleos germinales se sobredosifica frecuentemente. Esto resulta costoso y no resulta ventajoso para la calidad del hierro fundido.

Partiendo de este estado de la técnica, el objetivo de la invención es indicar un procedimiento para fabricar hierro fundido con grafito esferoidal que comprenda al menos las etapas de procedimiento de tratamiento previo con magnesio puro en un convertidor y de adición de un agente inoculante durante la colada en el molde, introduciéndose en la masa fundida y en la pieza fundida la menor cantidad posible de óxidos, escorias o restos de agente inoculante innecesarios.

Este objetivo se alcanza con un procedimiento para fabricar hierro fundido con grafito esferoidal que comprende al menos las etapas de procedimiento de tratamiento previo con magnesio puro en un convertidor y la adición de un agente inoculante durante la colada en el molde, pudiendo ajustarse la solubilidad de las sustancias formadas en el tratamiento previo y en la inoculación y realizándose el tratamiento previo con una mezcla o un compuesto de magnesio metálico puro con sólo uno o varios metales de los grupos IIa y IIIa del Sistema Periódico y con azufre.

El documento US-A-2837422 describe un aditivo para el tratamiento de masas de hierro fundido para la fabricación de hierro fundido con grafito esferoidal. El aditivo contiene entre 30 y 50% de Mg, 2,8-10% de Ca, al menos 35% de Si y hasta 30% de Fe.

Perfeccionamientos ventajosos de la invención resultan de las reivindicaciones subordinadas.

Es ventajoso que, para la fabricación de hierro fundido con grafito esferoidal, no se introduzca, dentro de lo posible, ninguna impureza, en el hierro fundido. Esto se consigue porque el tratamiento previo se realiza con una mezcla o un compuesto de magnesio metálico puro con uno o varios metales de los grupos IIa y IIIa del Sistema Periódico y con azufre. Esto se consigue también porque el tratamiento previo se realiza con una mezcla o un compuesto de magnesio metálico puro con azufre y con Ba, Ca, La o tierras raras, formando la mezcla o el compuesto oxisulfuros en la masa fundida metálica.

Asimismo, es ventajoso que, para la fabricación de hierro fundido con grafito esferoidal, la cantidad total de sustancias añadidas se mantenga lo más reducida posible. Esto se consigue porque la cantidad de un agente inoculante basado en FeSi o CaSi que se añade durante la colada en el molde, es sensiblemente más pequeña, preferentemente cuatro veces más pequeña, que la cantidad del compuesto o de la mezcla que forma oxisulfuros utilizada en el tratamiento previo con magnesio.

El procedimiento propuesto en la presente memoria parte del tratamiento previo conocido con magnesio metálico puro en el convertidor cerrado. El procedimiento conduce a una mejora de la calidad del hierro fundido con grafito esferoidal que se fabrica en el convertidor de magnesio, debido a que se evitan defectos de fundición por óxidos y escorias y otros defectos originados por el agente inoculante. En las fundiciones existentes con el convertidor de magnesio el procedimiento puede aplicarse de forma sencilla y sin inclusión de etapas de procedimiento adicionales. Debido a la adición del compuesto o la mezcla que forma oxisulfuros con el magnesio metálico puro se consiguen en el tratamiento previo tanto una depuración de la masa fundida como también un acondicionamiento previo del estado de formación de núcleos germinales en un paso individual del procedimiento. La actividad química del oxígeno y el azufre en la masa fundida puede ajustarse lo más exactamente posible, mientras que deben añadirse al hierro fundido las menores cantidades posibles de cuerpos extraños por unidad de peso. Debido a que los oxisulfuros formados presentan una solubilidad relativamente mala en la masa de hierro fundido, los núcleos germinales que se forman por la reacción con la masa fundida después de la adición del compuesto o la mezcla que forma oxisulfuros, tienen una vida útil suficientemente larga en la masa fundida. Puede hablarse de una elevada capacidad de formación de núcleos germinales de los oxisulfuros. La formación de un oxisulfuro en el tratamiento previo ha mostrado que se perjudica así de la manera menos desventajosa la depuración definitiva de la aleación de hierro fundido y, al mismo tiempo, se influye positivamente sobre la solubilidad de las sustancias formadoras de núcleos germinales.

Debido a la adición del compuesto o mezcla que forma oxisulfuros en el tratamiento previo, se acondiciona previamente la masa fundida, es decir, se prepara ésta de forma óptima hasta la solidificación en el molde. Debido a esta preparación óptima se reduce en gran parte la necesidad de agente inoculante durante la colada. La cantidad y la naturaleza del compuesto o la mezcla introducido durante el tratamiento previo en el convertidor de magnesio pueden elegirse de tal forma que pueda renunciarse incluso al paso del procedimiento de añadir agentes inoculantes durante la colada en el molde. Debido a la escasa adición de sustancias extrañas se influye lo menos negativamente posible sobre la pureza de la masa de hierro fundido. La utilización de oxisulfuros tiene además las siguientes ventajas: el peso específico se desvía sólo un poco del peso específico de la masa fundida, con lo que puede conseguirse de forma sencilla un entremezclado homogéneo. El tamaño y la forma del grano se pueden seleccionar de tal modo que los núcleos germinales se conserven durante un tiempo más largo. Como aditivo al magnesio en el tratamiento previo se seleccionan de forma ventajosa elementos de los grupos IIa y IIIa del Sistema Periódico, por ejemplo Mg, Ca, Ba, La o tierras raras.

Durante la siguiente colada desde el horno de colada hasta el molde es necesaria únicamente una pequeña adición de agente inoculante para el ajuste definitivo del estado de formación de núcleos germinales. Debido a que los oxisulfuros que se formaron en el tratamiento previo, tienen una mayor capacidad de formación de núcleos germinales que los agentes inoculantes conocidos hasta ahora, una pequeña cantidad, es decir, a lo sumo una cuarta parte de la cantidad que se añadió en el tratamiento previo, es suficiente para controlar la formación de núcleos germinales en el molde. Con el agente inoculante que se añade durante la colada en el molde, puede controlarse y ajustarse definitivamente la velocidad, la forma de los cristales y la división de éstos durante la solidificación. Como agente inoculante durante la colada se utiliza, por ejemplo, una aleación basada en FeSi o CaSi o un compuesto con Ca, Ba, Mg, Au, Ge, La o tierras raras.

El tratamiento previo con compuestos o mezclas que forman oxisulfuros, por un lado, combinado con el tratamiento de magnesio en el convertidor, y, por otro lado, la adición reducida de agente inoculante durante la colada tiene las siguientes ventajas adicionales: debido a que se introducen pocos cuerpos extraños, se forman considerablemente menos escorias que en el procedimiento convencional y así se pierde menos hierro con la escoria. Debido a que, en total, se suministra menos agente inoculante a la masa de hierro fundido están incluidos menos cuerpos extraños entre los cristales durante la solidificación. Por ello, se reduce la tendencia a defectos de colada. Menos inclusiones de compuestos de magnesio, silicio u oxígeno tienen una influencia favorable sobre la microporosidad del hierro fundido y fomentan una solidificación uniforme en el molde. Una microporosidad más reducida es ventajosa también para la interacción de la masa fundida con la mezcla del material de moldeo o con la arena a partir de la cual se forma el molde. Por ello, la superficie del producto de hierro fundido es más limpia y uniforme, es decir, aparecen menos defectos superficiales. Por tanto, resulta más fácil la mecanización de la superficie del producto de hierro fundido.

Las figuras 1 y 2 muestran una fotografía al microscopio de una partícula de grafito esferoidal con un núcleo no disuelto de un agente inoculante. La figura 2 muestra una ampliación de la zona central de la partícula de la figura 1. La partícula de grafito esferoidal se obtuvo de una masa fundida que se inoculó con un compuesto de hierro, silicio y lantano. El análisis del núcleo de la partícula de grafito esferoidal produjo la siguiente composición: 41,7% de La, 47,2% de S, 9,1% de Mg y 1,7% de Si. Con esto se muestra que la mala solubilidad de los compuestos o mezclas que forman oxisulfuros, suministrados en pequeñas cantidades, tiene una influencia favorable sobre la formación de partículas de grafito esferoidal y sobre las propiedades de la fundición.

Los productos de hierro fundido con grafito esferoidal que se fabrican según este procedimiento se caracterizan por una elevada pureza con costes de fabricación relativamente favorables. Deben eliminarse o reciclarse menos escorias y la dosificación del agente inoculante puede diseñarse de forma que sea considerablemente menor. Puede reducirse considerablemente el coste para la medición y regulación del proceso de colada, en particular el coste de los aparatos para el análisis de la masa fundida, ya que el proceso puede reproducirse de manera más estable y mejor. La proporción de las cantidades de los cuerpos extraños añadidos puede adaptarse entre el tratamiento previo y el agente inoculante. Debido a la adaptación mutua entre el tratamiento previo y la adición del agente inoculante, pueden ajustarse entre sí tanto la formación de núcleos germinales en la masa fundida como también la solidificación en el molde. Gracias a la correcta elección de la naturaleza y las cantidades de los cuerpos extraños, puede renunciarse en ciertas circunstancias a una adición durante la colada en el molde. El hierro fundido con grafito esferoidal (GJS) se caracteriza por las propiedades mecánicas que se acercan muchísimo a las propiedades mecánicas del acero fundido.

Claims (11)

1. Procedimiento para fabricar hierro fundido con grafito esferoidal, que comprende al menos las etapas de procedimiento de tratamiento previo con magnesio puro en un convertidor y de adición de un agente inoculante durante la colada en el molde, en el que puede ajustarse la solubilidad de las sustancias formadas en el tratamiento previo y en la adición del agente inoculante, caracterizado porque el tratamiento previo se realiza con una mezcla o un compuesto de magnesio metálico puro con sólo uno o varios metales de los grupos IIa y IIIa del Sistema Periódico y con azufre.

2. Procedimiento para fabricar hierro fundido con grafito esferoidal según la reivindicación 1, caracterizado porque la cantidad de un agente inoculante basado en FeSi o CaSi, que se añade durante la colada en el molde, es sensiblemente más pequeña, preferentemente cuatro veces más pequeña, que la cantidad de los compuestos o mezclas que forman oxisulfuros utilizada en el tratamiento previo con magnesio.

3. Procedimiento para fabricar hierro fundido con grafito esferoidal según la reivindicación 1 ó 2, caracterizado porque el tratamiento previo se realiza con una mezcla o un compuesto de magnesio metálico puro con azufre y con Ca, Ba, La o tierras raras, formando la mezcla o el compuesto oxisulfuros por reacción con la masa fundida metálica.

4. Procedimiento para fabricar hierro fundido con grafito esferoidal según una de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado porque en la adición siguiente del agente inoculante, este agente inoculante basado en FeSi o CaSi contiene Mg, Ca, Ba, Au, Ge, Bi, La o tierras raras.

5. Procedimiento para fabricar hierro fundido con grafito esferoidal según una de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizado porque los oxisulfuros formados presentan un tamaño de grano de 0,001 a 0,03 mm.

6. Procedimiento para fabricar hierro fundido con grafito esferoidal según una de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizado porque los oxisulfuros formados presentan un peso específico de 4000 a 6000 kg/m^{3}.

7. Procedimiento para fabricar hierro fundido con grafito esferoidal según una de las reivindicaciones 1 a 6, caracterizado porque los oxisulfuros formados presentan un punto de fusión de 1250 a 1550ºC.

8. Procedimiento para fabricar hierro fundido con grafito esferoidal según una de las reivindicaciones 1 a 7, caracterizado porque el número específico de núcleos germinales de los oxisulfuros formados está comprendido entre 60 y 1200 mm^{-2}.

9. Procedimiento para fabricar hierro fundido con grafito esferoidal según una de las reivindicaciones 1 a 8, caracterizado porque los compuestos o mezclas utilizados para el tratamiento previo se introducen en la masa fundida en el convertidor separados del magnesio puro, unidos o aleados con el magnesio o incrustados como hilo, como granulado o en forma de emparedado en el magnesio.

10. Procedimiento para fabricar hierro fundido con grafito esferoidal según una de las reivindicaciones 1 a 9, caracterizado porque la cantidad y la naturaleza de los agentes inoculantes introducidos durante la colada en el molde se adaptan a la cantidad y a la naturaleza de los compuestos o mezclas con magnesio y azufre, que forman oxisulfuros introducidos en el convertidor durante el tratamiento previo.

11. Procedimiento para fabricar hierro fundido con grafito esferoidal según una de las reivindicaciones 1 a 10, caracterizado porque la cantidad y la naturaleza de los compuestos o mezclas introducidos durante el tratamiento previo en el convertidor se seleccionan de tal forma que puede renunciarse a una adición de agentes inoculantes durante la colada en el molde.