186008. lajstromszámú szabadalom • Eljárás és berendezés lemezes és gömbgrafitos szerkezet között átmeneti grafitos öntöttvas előállítására
1 186.008 2 A találmány tárgya eljárás és berendezés lemezes és gömbgrafitos szerkezet közötti átmeneti grafitos öntöttvas előállítására konverterben. A lemezes (CGL) és gömbgrafitos öntöttvas (GGG) régóta ismert. A kettő közötti átmenet grafitos (vermicular graphit) szerkezetet (GGV nem régóta ismerik a metallurgiában. Kedvező mechanikai tulajdonságai: jó szakítószilárdság, szívóssági és rugalmassági modulus, valamint a kiváló hővezető képesség az ilyen átmeneti grafitos öntöttvasat igen alkalmassá teszik Diesel-motorok hengerfejeinek, acélöntő kikillák és turbótöltő házak készítésére, de mindenütt alkalmazható, ahol az alkatrészek nincsenek lökésszerű hőigénybevételnek kitéve. Ilyen szempontból tehát az átmeneti grafitos szerkezet jobb tulajdonságokkal rendelkezik, mint a lemezgrafitos szerkezet. A gömbgrafitos öntöttvassal szemben az átmeneti grafitos szerkezet magasabb hővezetőképességével és jobb öntéstechnikai tulajdonságaival tűnik ki. Különösen szembetűnő az öntöttvas olvadék kezelésekor a magnézium lecsengési idejének javulása, miáltal az öntési idő akár 20 percet is meghaladhatja. A lunkeresedésre való kisebb hajlam, valamint a jobb megmunkálhatóség is az átmeneti grafitos szerkezet mellett szólnak. Az átmeneti grafitos szerkezetet úgy állítják elő, hogy az öntöttvas olvadékot magnéziummal, vagy kálciumkarbiddai, majd titán- vagy cériumtartalmú ritkaföldfém keverék (Mischmetall) hozzáadásával kezelik. A kálciumkarbiddai történő kéntelenítés az 1 911 024 sz., a titán hozzáadása pedig a 15 33 279 . sz. NSZK szabadalmi leírásból ismert. A 24 58 033 sz. NSZK közrebocsátási iratban olyan eljárást ismertetnek, amely szerint a kiindulási olvadékot magnéziummal előkezelik, amíg a kéntartalom 0,01%-ra süllyed, és ahol a magnéziummal történő kezelés, valamint a ritkaföldfémek beadagolása között eltelt időt úgy határozzák meg, hogy gömbgrafit képződés ne jöhessen létre. A leírás arról nem szól, hogy ez az idő hogyan határozható meg. A leírásból mindenesetre nyilvánvaló, hogy az átmeneti grafitos szerkezet kialakítása kizárólag magnézium alkalmazásával nem megoldható. A jelen találmánnyal olyan eljárás és berendezés kialakítása a célunk, amelyekkel a fenti hátrányok kiküszöbölhetők és amelyek segítségével átmeneti grafitos öntöttvas gyorsan, gazdaságosan és biztonságosan előállítáható. A kitűzött feladatot a találmány szerinti úgy oldottuk meg, hogy a kiindulási olvadékot kizárólag magnéziummal kéntelenítjük mindaddig, amíg a kéntartalmom 0,3% alá süllyed, majd magnéiziummal ötvözzük és a magnézium/kén arányt egy vagy több lépésben 0,8-2,5, előnyösen 1,2-2 értékre állítjuk be. A beállítás végezhető nikkel-magnéziummal, vagy kénnel, például vasszulfiddal. A találmány szerinti eljárás során az olvadékba célszerűen ritkaföldfémeket adagolunk. Beadagolhatunk az olvadékba alumíniumot és/vagy cirkont és/vagy kálciumot, például CaSi formájában, vagy cérium tartalmú ritkaföldfém keveréket. Az olvadék magnézium tartalmát célszerűen úgy szabályozzuk, hogy nagy magnéziumtartalomnál kéntartalmú vasat, kis magnézium tartalom esetében magnézium előötvözetet, például nikkel-magnézium ötvözetet adagolunk az olvadékba, oly módon, hogy annak magnézium tartalma 0,01—0,25% között legyen. A találmány szerinti eljárás foganatosítására szolgáló berendezés billenthető kezelőedényből áll. 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 amelynek fenékrésébe reakciókamra van beépítve, a reakciókamra pedig tiszta magnéziumnak a kezelőedény falán át történő beadagolására szolgáló zárható nyílással van ellátva. Találmányunk alapja az a felismerés, hogy - ellentétben a 24 58 033 sz. NSZK közrebocsátási irat tanításával — átmeneti grafitos szerkezetű öntöttvas előállítása lehetséges kizárólag magnéziummal végzett kéntelenítés eredményeképpen is. A tiszta magnéziummal végzett kéntelenítés előnye a kálciumkarbiddai végzett kéntelenítéssel szemben az, hogy a kezelés időtartama mintegy 1/5-ére csökkenthető. A találmány szerinti eljárás alkalmazásánál előnyös helyzetben vannak azok az öntödék, amelyek már gömbgrafitos öntöttvas előállítására magnéziumos konvertert alkalmaznak. Az ilyen öntödékben ugyanis bármikor lehetővé válik a rendkívül gyors átállás átmeneti grafitos öntöttvas öntésére, akár rövid időre is. Ehhez tulajdonképpen csupán a beadagolt tiszta magnézium mennyiségének csökkentése szükséges. Ez a szempont azért is fontos, mert jelen pillanatban az átmeneti grafitos öntöttvas irán lényegesen kisebb -érdeklődés mutatkozik, mint' a gömbgrafitos öntötvas vonatkozásában. Az adalékanyagok, például a kálciumkarbid beviteléhez külön edény alkalmazása fölösleges. További előnye a megoldásnak, hogy a titánnal való ötvözés elkerülhető. Ez ugyanis, többek között, olyan káros hatással is jár, hogy a képződött titánkarbidok igen nehezen oldódnak. Ezért igen jelentős tulajdonsága a találmány szerinti technológiának, hogy a titán ötvözőanyagként történő alkalmazása elengedhető. A találmány szerinti eljárás foganatosításakor például az alábbi jellemző összetételű olvadékból indulhatunk ki: 3.4 %C 4,0 2.0 %Si 3,0 0,1 %Mn 0,6 0,02 %S és a maradék vas, valamint a szokásos szennyezők. A tiszta magnéziummal végzett kezelést előnyösen magnéziumos koverterben végezzük. Ilyen konverter ismertetése található többek között a 18 15 214, 22 16 796, és 22 15 416 sz. NSZK szabadalmi leírásokban. Az olvadék készítés hőmérséklete 1450—1520 °C és az olvadék végső összetétele a laboratóriumi elemzés alapján a következő: 3.4 %C 4,0 2.0 %Si 3,0 0,1 %Mn 0,6 0,010 %Mg 0,025 0,005 %S 0,015 és a maradék vas, valamint a szokásos szennyezők. A találmány szerinti technológia alkalmazása során igen nagy súlyt kell fektetni a technológiai fegyelemre. A beadagolt öntöttvas súlyát, a kéntartalmat és a beadagolandó tiszta magnézium súlyát meglehetősen pontosan kell betartani. Ugyancsak pontosan kell a konverter hőmérsékletét beállítani, a hőméséklet ingadozás, illetve pontatlanság legfeljebb ± 20 °C lehet. Az olvadéknak a tiszta magnézium beadagolása utáni összetételéből kiindulva közvetlenül az öntés előtt a magnézium/kén arány 0,8-2,5 között, előnyösen 1,2-2 között kell legyen. Ezt vasszulfid, vagy magnézium előötvézet beadagolásával lehet pontosan beállítani. A legjobb eredményeket az 1,8:1 magnézium : kén aránnyal értük el. Hangsúlyozzuk azon-2
