Método mejorado para la producción de hierro dúctil.

Un proceso para la producción de hierro dúctil que comprende las etapas secuenciales de:



(i) . tratar hierro líquido con un inicializador que es una aleación de ferrosilicio que comprende una cantidad efectiva de bario, siendo dicha cantidad efectiva suficiente para inactivar la actividad del oxígeno del hierro líquido,

(ii) . entre 2 y 10 minutos tras la etapa (i), tratar el hierro líquido con un nodulizador con contenido de magnesio,

(iii) .tratar el hierro líquido con un inoculante inductor de nucleación de grafito eutéctico, y

(iv) . fundir el hierro.

Tipo: Patente Europea. Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: E07252936.

Solicitante: FOSECO INTERNATIONAL LIMITED.

Nacionalidad solicitante: Reino Unido.

Dirección: BARLBOROUGH OFFICES 2 MIDLAND WAY, CENTRAL PARK BARLBOROUGH LINKS DERBYSHIRE S43 4XA REINO UNIDO.

Inventor/es: Berthelet,Emmanuel.

Fecha de Publicación: .

Clasificación Internacional de Patentes:

  • C21C1/10 SECCION C — QUIMICA; METALURGIA.C21 METALURGIA DEL HIERRO.C21C PROCESOS DEL HIERRO FUNDIDO, p. ej. AFINADO, FABRICACION DE HIERRO O ACERO DULCE; TRATAMIENTO DE LAS ALEACIONES FERROSAS EN ESTADO LIQUIDO. › C21C 1/00 Afinado del hierro fundido; Hierro colado. › Fabricación de fundiciones de grafito esferoidal.

PDF original: ES-2384119_T3.pdf

 


Fragmento de la descripción:

Método mejorado para la producción de hierro dúctil

La presente invención reside en un método para la producción de hierro dúctil. [0002] Para lograr las propiedades mecánicas deseadas en las piezas de fundición de hierro, el hierro líquido debe tener la composición correcta y debe también contener núcleos adecuados para inducir la morfología del grafito correcta en la solidificación. El hierro líquido debe tener un "potencial de grafitización" adecuado. Esto se determina principalmente mediante su "valor de carbono equivalente". Es una práctica común el ajustar el potencial de grafitización mediante nucleación, p.ej., mediante la adición controlada de los denominados inoculantes. Los inoculantes se basan principalmente en grafito, ferrosilicio o siliciuro de calcio, siendo el ferrosilicio el más utilizado comúnmente. [0003] El hierro dúctil, también conocido como hierro con grafito esferoidal (SG) o hierro nodular, se diferencia de la fundición gris en que en el primero, la precipitación de grafito se produce en forma de nódulos separados en lugar de escamas interconectadas. El fomento de la precipitación del grafito en nódulos se logra tratando el hierro líquido con un denominado nodulizador, comúnmente magnesio, antes de la fundición (y antes de la inoculación) . El magnesio puede añadirse como metal puro, o más comúnmente en forma de aleación como por ejemplo magnesio-ferrosilicio o níquel-magnesio. Otros materiales incluyen briquetas como "NODULANT" (TM) , formadas a partir de mezclas granulares de hierro y magnesio, y alambre de acero dulce hueco relleno de magnesio y otros materiales. En general, el tratamiento de magnesio debería tener como resultado aproximadamente un 0, 04% de magnesio residual en el hierro líquido. Sin embargo, existen un número de dificultades con esta adición de magnesio. El magnesio hierve a temperaturas relativamente bajas en comparación con el hierro líquido de manera que se produce una reacción violenta debida a la alta presión del vapor de magnesio a la temperatura de tratamiento causando una agitación violenta del hierro líquido y una pérdida considerable de magnesio en forma de vapor. Además, durante el tratamiento, se forman óxido y sulfuros en el hierro dando como resultado la formación de escoria en la superficie del metal. Esta escoria debe ser eliminada de forma tan exhaustiva como sea posible antes de la fundición. Además, el magnesio residual en el hierro líquido tras el tratamiento se oxida continuamente en la superficie del metal expuesta al aire, provocando una pérdida de magnesio que puede afectar a la estructura de los esferoides de grafito, y la escoria formada puede dar como resultado inclusiones perjudiciales en las fundiciones. La pérdida de magnesio a la atmósfera y en la formación de sulfuros y óxidos es variable y hace difícil la predicción del nivel apropiado de adición para una hornada concreta y también hace necesario que se aplique una "sobredosis" al hierro de hasta un 100% o incluso más (el 50% o más del magnesio puede perderse) . Estos factores resultan claramente desfavorables en términos de coste, facilidad de manipulación y predictibilidad de las propiedades mecánicas y en la calidad general de las piezas de fundición finales. [0004] Además, el magnesio es de hecho un promotor de carburos, así que el nivel de inoculantes necesario tras el tratamiento del magnesio es relativamente alto. Puesto que cualquier chatarra se devuelve generalmente al principio del proceso por razones económicas, existe una tendencia a que el contenido de silicio en el hierro (derivado de las adiciones de inoculantes y nodulizadores) aumente a lo largo de un periodo de tiempo, limitando la proporción de chatarra que se puede usar (el nivel de silicio necesario al final del proceso está predeterminado por la especificación para la pieza de fundición) . [0005] Se han realizado intentos de mitigar las cuestiones que surgen por la adición de magnesio. Por ejemplo, Foseco ha combinado la adición de nodulizador de magnesio con una adición de una aleación de bario (p.ej., la vendida bajo el nombre comercial de "INOCULIN 390" y que tiene la siguiente composición (por % de peso) 60-67Si, 711Ba, 0, 8-1, 5Al, 0, 4-1, 7Ca, siendo el resto Fe) . Todas las composiciones presentadas en lo sucesivo se presentan en porcentaje por peso a menos que se indique lo contrario. El uso de tales aleaciones puede mitigar algunas de las cuestiones comentadas arriba pero no de manera fiable y predecible. [0006] Es un objetivo de la presente invención proporcionar un método mejorado para producir hierro dúctil que eluda o mitigue uno o más de los problemas asociados con los procesos de la técnica precedente. [0007] Según un primer aspecto de la presente invención, se proporciona un proceso para la producción de hierro dúctil según la reivindicación 1. [0008] La presente invención se basa en el descubrimiento de que pretratar el hierro con un inicializador antes de la adición de nodulizador da como resultado un número de ventajas significativas y sorprendentes. [0009] El inicializador de la etapa (i) es una aleación de ferrosilicio. Más preferentemente, la aleación de ferrosilicio es por porcentaje de peso 40-55Si, 5-15 Ba, incluso de forma más preferida es 46-50Si, 7-11 Ba, siendo el resto Fe y cualquier impureza inevitable que pueda estar presente. [0010] La aleación puede contener cantidades reducidas de otros elementos de aleación elegidos entre uno o más de los siguientes elementos: Al, Ca, Mn y Zr, por ejemplo independientemente, 0-2, 5Al, preferentemente 0-1, 5Al, 0-2Ca, 0-3Mn y 01, 5Zr. Cuando están presentes, los niveles mínimos de tales elementos son preferentemente: 0, 5Al, 1Ca, 2Mn y 0, 5Zr. [0011] Una aleación altamente preferida es 33, 7-41, 3Fe, 46-50Si, 7-11Ba, 0, 01-1Al, 1, 2-1, 8Ca, 0, 01-2, 5Mn, 0, 01-1Zr. [0012] El nodulizador que contiene Mg utilizado en la etapa (ii) puede ser metal Mg (p.ej. lingote o alambre de núcleo) , aleación MgFeSi (preferiblemente 3-20% Mg) , aleación Ni-Mg (preferiblemente 5-15% Mg) , o briquetas Mg-Fe (preferiblemente 515%) . [0013] De forma más conveniente, la etapa (ii) se lleva a cabo aproximadamente 4 minutos después de la etapa (i) . [0014] Preferiblemente, la cantidad de inicializador añadido en la etapa (i) se calcula para obtener al menos 0, 035% Ba (por peso del hierro líquido) . No hay ningún problema concreto con la sobredosis, pero 0, 04% (p.ej. 0, 4% de un10%Ba que contiene el inicializador) debería ser suficiente para la mayoría de las aplicaciones. [0015] Normalmente, el nivel de Si en el hierro dúctil se optimiza a aproximadamente 2, 2-2, 8%. A niveles inferiores a éste la proporción de ferrita se reduce y se forman niveles inaceptables de carburo. El presente proceso permite una reducción en el nivel de silicio de aproximadamente un 10 a un 15%. Esto no solo reduce el uso y el coste de añadir aleaciones de silicio al hierro, sino que, de manera ventajosa, se aumenta la resistencia al impacto del hierro, así como las propiedades de mecanizado de la fundición. [0016] Preferentemente, la cantidad de nodulizador que contiene Mg se calcula de forma que cause como resultado aproximadamente un 0, 03% (es decir de 0, 025 a 0, 035%) de Mg residual en el hierro líquido, es decir, una reducción de aproximadamente el 25% en comparación con un proceso tradicional. [0017] La naturaleza específica del inoculante de la etapa (iii) no es significativa y puede usarse cualquier inoculante conocido adecuado para el hierro dúctil, por ejemplo inoculantes basados en ferrosilicio (preferido) o siliciuro de calcio. [0018] El experto en la materia sabrá que el contenido de oxígeno de un hierro líquido base estará relacionado con su temperatura (tasa de absorción de gas) , tiempo de mantenimiento, peso de la caja y la velocidad de la línea de moldeo. En general, un proceso de función de curso lento contiene un nivel bajo de oxígeno (p.ej. inferior a 40ppm) y un proceso de fundición de curso rápido contiene un alto nivel de oxígeno (p.ej. superior a 80ppm) . El contenido de oxígeno tiene una relación directa con la cantidad de magnesio necesaria para la nodulización, puesto que el magnesio se combinará con cualquier oxígeno presente para formar MgO, y únicamente el magnesio residual libre promueve la nodulización de los esferoides de grafito. Puesto que la cantidad de oxígeno es variable (y esencialmente desconocida) resulta imposible dosificar el hierro con la cantidad correcta de magnesio. En aquellos casos en los que el nivel de oxígeno es bajo, habrá una cantidad excesiva de magnesio libre. Esto provoca una promoción de carburo (fase dura) y defectos de gases aumentados y contracciones aumentados. Por otro lado, cuando el nivel de oxígeno es alto, habrá una cantidad excesiva de MgO lo que provoca esferoides... [Seguir leyendo]

 


Reivindicaciones:

1. Un proceso para la producción de hierro dúctil que comprende las etapas secuenciales de: (i) . tratar hierro líquido con un inicializador que es una aleación de ferrosilicio que comprende una cantidad efectiva de bario, siendo dicha cantidad efectiva suficiente para inactivar la actividad del oxígeno del hierro líquido, (ii) . entre 2 y 10 minutos tras la etapa (i) , tratar el hierro líquido con un nodulizador con contenido de magnesio, (iii) .tratar el hierro líquido con un inoculante inductor de nucleación de grafito eutéctico, y (iv) . fundir el hierro.

2. El proceso de la reivindicación 1, en el que la aleación de ferrosilicio es por porcentaje de pes.

4. 55Si, 5-15Ba siendo el resto Fe, cualquier impureza inevitable y opcionalmente uno o más elementos de aleación elegidos entre Al, Ca, Mn y Zr, estando presentes dichas impurezas inevitables y los elementos de aleación opcionales en cantidades pequeñas, es decir, no superiores al 10% en peso total y en las que la cantidad total de Ca no supera el 2% en peso.

3. El proceso de la reivindicación 1 ó 2, en el que el nodulizador con contenido de Mg utilizado en la etapa (ii) es un metal Mg, aleación MgFeSi, aleación Ni-Mg o briquetas Mg-Fe.

4. El proceso de cualquiera de las reivindicaciones de la 1 a la 3, en el que la cantidad de inicializador añadido en la etapa (i) se calcula para suministrar al menos un 0, 035% de bario en peso del hierro líquido.

5. El proceso de cualquiera de las reivindicaciones de la 1 a la 4, en el que la cantidad de nodulizador con contenido de Mg se calcula para dar como resultado de un 0, 025 a un 0, 035% de Mg residual en el hierro líquido.

Dibujos


 

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