foundry products division · recovery of magnesium in a ductile iron process mgfesi addition to...

Foundry Products Division

Recovery of magnesium in a ductile iron process

19.September 2003

©Elkem

Recovery of Magnesium in a ductile iron process

Magnesiumin saanto palloutuskäsittelyprosessissa

Elkem Foundry Division

Competence Centre Foundry (CCF)

Kristiansand

20110622Developing people - creating value2 Developing people - creating value2

Magnesium Treatment

Large MgO, MgS and Mg-Si-oxide particles

Suuria MgO ja Mg –Si partikkeleita

Slag

Шлак

Small MgO, MgS and Mg-Si-oxide particles

Pieniä MgO,MgS ja Si oksidi partikkeleita

Nucleation Sites

Центры кристаллизации

= Desulphurising + Deoxidising

Rikinpoisto+hapenpoisto

O

S

Mg

Small MgO, MgS and Mg-Si-oxide particles

Fo

un

dry

Pro

du

cts

Div

isio

n

©Elkem

19.09.2003


S & O content in base iron

Содержание S и O в основном чугуне

%Mg

%S & %O

%S и %O

In Base Metal

В основном металле

High S & O Base Metal

Korkea S ja O pitoisuus sulassa

Increased Mg-Addition

Mg lisäystarve kasvaa

S & O are surface and interface active elements

and have to be neutralised

S&O ovat pinta-aktiisvisia elementtejä ,jotka

pitää neutralisoida

Fo

un

dry

Pro

du

cts

Div

isio

n

©Elkem

19.09.2003


Base S = 0.018 %

1.0 wt% MgFeSi

Final S = 0.016 %

Nodularity 50 %

Base S = 0.010 %

1.0 wt% MgFeSi

Final S = 0.010 %

Nodularity 80 %

Magnesium vs. Sulphur

Example: Base Metal Sulphur Content

Principal Reactions

•201106

22

•Developing people -

creating value•5 Developing people - creating value5

Mg + S MgS

Mg + O MgO

Mg + S MgS

Ca + S CaS

RE + S RE-S

Mg + Si + 3O MgSiO3

2Mg + Si + 4O Mg2SiO4

MgFeSi-alloy

MgFeSi-seos

20 - 50% Mg-recovery

60 - 80% Mg-recovery

Fo

un

dry

Pro

du

cts

Div

isio

n

©Elkem

19.09.2003


Violent reaction

Voimakas reaktio

Vaporization

Värinä

Lower recovery

Huono saanto

Quiet Reaction

Rauhallinen reaktio

Less losses

Vähemmän häviöitä

Higher Recovery

Korkeampi saanto

Tapping temperature

KaatolämpötilaHIGH

Korkea

LOW

Matala

Fo

un

dry

Pro

du

cts

Div

isio

n

©Elkem

19.09.2003


MgFeSi addition to ladle

FeSiMg lisäys senkkaan

Addition of MgFeSi

Lisäys MgFeSi

Treatment

Käsittely

Time

Aika

Time between MgFeSi-addition and treatment should be short!

Aika MgFeSi lisäyksen ja käsittelyn välillä tulee olla mahdollisimman lyhyt

To prevent:

Jotta vältetään:

preheating of alloy

Seosaineen esilämmitystä

oxidation of alloy

Seoksen hapettumista

premature start of reaction

Seoksen esireagointia ( Mg paloa)

Fo

un

dry

Pro

du

cts

Div

isio

n

©Elkem

19.09.2003


Slag

Kuona

Slag from the furnace will react with Mg and reduce the recovery.

Uunikuona reagoi Mg kanssa ja pienentää saantoa

Proper separation procedures to minimise slag carry-over are

recommended

Huolellinen erottelu (kuonaus) käytäntö kuonan minimoiseksi on

suositeltavaa

Fo

un

dry

Pro

du

cts

Div

isio

n

©Elkem

19.09.2003


Ladle Design

Senkan muotoilu

High Recovery

Korkea saanto%

Consistent ReproducabilityTasainen toistettavuus

Reliable

luotettavuus

No Flare

Остуствие пламени

90% Fume Reduction

90% savukaasu vähennys

No Metal splashing

Ei metalliroiskeita

Minimum C and Temperature losses

Minimi hiili C ja lämpötila häviöt

Good Economy

Hyvä taloudellisuus

50 - 80% Mg - Recovery!

Mg saanto 50-80 %!

A good designed ladle gives the following advantages:

Hyvä senkan muotoilu antaa seuraavia etuja:

Fo

un

dry

Pro

du

cts

Div

isio

n

©Elkem

19.09.2003


Sandwich Cover

Sandwich peitto

Recommended to obtain maximum

treatment recovery.

Suositeltavaa pyrkiä maksimoimaan

saanto%

Purpose of Cover

Peiton tarkoitus

To retain alloy in chamber for as long

as possible before reaction starts.

Suojata seosta mahdollisimman kauan

ennen kuin reaktio käynnistyy.

H : D 1:1

Large enough to contain Mg-Alloy and

Cover material!

Poteron tulee olla riittävän suuri että sekä

Mg että peiteaine mahtuvat siihen.

MgFeSi Alloy

3 - 20 mm Cover Material

Fo

un

dry

Pro

du

cts

Div

isio

n

©Elkem

19.09.2003


Filling Time

Täyttöaika

Partly FilledEmpty Full

Increased ferrostatic Head

Kasvaneeseen ferrostaattiseen paineeseen

(sekoitus)

Reduced Temperature Lo

Alentaa lämpöhäviöitä

Reduced Evaporation

Vähentää erkaantumisia (pintaan pullahtaminen)

TimeShort filling time leads to :

Lyhyt täyttöaika johtaa:

Fo

un

dry

Pro

du

cts

Div

isio

n

©Elkem

19.09.2003


Chemical Composition

käsittelyaineen koostumus

HIGH

CONTENT

Korkea pitoisuus

LOW

CONTENT

Matala pitoisuus

ReCaAlMg

➢Violent Reaction

➢Raju reaktio

➢Reduced Recovery

➢Heikentää saantoa

➢Reduced

Reactivity

➢Matalampi

reaktiivisyys

➢Optimum Mg-

Recovery

➢Optimaalinen Mg

saanto

➢Decreased

Tendency to give

Slag Related

Defects

➢Vähentää

herkkyyttä

aikaansaada

kuonaperäisiä

valuvikoja

➢Reduced Reactivity

➢Alentaa reaktion

voimakkuutta

➢Increased Slag Formation

➢Lisää kuonan muodostusta

➢Better Recovery

➢Parantaa saantoa

➢Reduced need for Mg

➢Vähentää Mg tarvetta

Fo

un

dry

Pro

du

cts

Div

isio

n

©Elkem

19.09.2003


Alloy Sizing

Käsittelyaineen raekoko

Wide Alloy Sizing

Laaja raekoko alue

High Packing Density

Korkea pakkaus tiheys

Sintering into Briquette

Sintraantuminen briketiksi

Slow and Gentle Reaction

Hidas ja rauhallinen reaktio

Good Process Consistency

Hyvä prosessi toistettavuus

High Mg-Yield

Korkea Mg saanto

Minimum Fume & Smoke

Minimaalinen kaasu ja savu

määrä

Small Treatments: 1 - 10 mm

Pienet käsittelyt: 1 - 10 мм

Large Treatments: 4 - 35 mm

Suuret käsittelyt: 4 - 35 mm

Fo

un

dry

Pro

du

cts

Div

isio

n

©Elkem

19.09.2003


Pouring Time

Valuaika

Long Pouring Times

Pitkä valuaika

Higher Initial Residual Mg

Korkeampi jäännös Mg lähtötilanteessa

Increased Alloy Addition

Lisääntyvä seosainelisäys

Reduced Mg-Recovery

Pudonnut Mg saanto

Fo

un

dry

Pro

du

cts

Div

isio

n

©Elkem

19.09.2003


Good Inoculation

Hyvä ymppäys

Improved Recovery

Parempi saanto

Reduced Mg-Addition

Vähentynyt Mg tarve

Inoculation

Ymppäys

Poor Inoculated

Huono ymppäys

Inoculated

Ympätty

Property Uninoculated Inoculated

Proof Strength Rp0.2 Not detected 200 - 400 MPa

Tensile Strength Rm < 300 MPa 350 - 800 MPa

Elongation A5 Not detected 3 - 30 %

Brinell Hardness HB > 600 140 - 300

Nodule Count 10 mm section < 50 per mm2

> 150 per mm2

Microstructure ASTM

Classification

Carbidic Ferritic and/or

Pearlitic

Fo

un

dry

Pro

du

cts

Div

isio

n

©Elkem

19.09.2003


Slag in ladle and pocket

Kuonaa senkassa ja ’taskussa’

Keep Ladle Tilted when empty to avoid

slag and metal clogging the pocket!

Jätä senkka kaatoasentoon vähäksi

aikaa kaadon jälkeen välttääksesi

kuonankerääntymistä poteroon

Slag and/or metal build-up in ladle and alloy pocket can react with MgFeSi

at a premature stage, and cause reduced Mg-Recovery.

Fo

un

dry

Pro

du

cts

Div

isio

n

©Elkem

19.09.2003


Storage

Varasto

All Foundry Alloys will Oxidise if Exposed to Moisture!

Kaikki valimoseosaineet hapettuvat kosteissa oloissa!!!

Transportation always in closed

and watertight units

Kuljetus aina suljetuissa ja

vedenpitävissä yksiköissä

Avoid Storage Outside

Vältä ulkovarastointia

Minimize large changes in

Temperature

Minimoi suuret

lämpötilanvaihtelut ( Finland

+20—30))

Fo

un

dry

Pro

du

cts

Div

isio

n

©Elkem

19.09.2003


Mg - Conservation Law

Konservaatiolaki (säilymisen laki)

Mg Added

Lisätty Mg

Mg Recovery

Mg saanto

Mg Fume & Slag

Mg höyryt+kuona+=

2.0 wt% addition

Lisäys 2.0 paino %

0.12% Mg 0.045% Mg 0.075% Mg

0.06% Mg 0.015% Mg 0.045% Mg

1.0 wt% addition

Lisäys 1.0 paino %

38 % Recovery

Saanto 38 %

75 % Recovery

Saanto 75 %

Fo

un

dry

Pro

du

cts

Div

isio

n

©Elkem

19.09.2003


Slag

Kuona

Base S = 0.01 %

Peruraudan S = 0.01 %

1.5 wt% MgFeSi

1.5 % от веса MgFeSi

Base S = 0.03 %

Perusraudan S = 0.03 %

2.5 wt% MgFeSi

2.5 wt% MgFeSiHigh S Base Metal Increased Slag Formation

Korkea S pitoisuus perusraudassa Suurempi Mg tarve->lisääntyvä kuona

Fo

un

dry

Pro

du

cts

Div

isio

n

©Elkem

19.09.2003


Influence of different factors...

Влияние различных факторов...

Required MgFeSi addition wt % Требуемая добавка

MgFeSi % от веса

1480 °C

1460 °C

1520 °C

5 min 5 мин

2 min 2 мин

30 s 30 сек.

clean furnace

some

lot of 1:1

1:1,5

1:3

fresh только что по-лучен

some небольшой

good достаточный

Ca= 0,5, Re = 0,5

Ca = 0,5

Ca = 2,5

Ca = 1,0

Ca = 2,5 Re = 1,5

S = 0.006

S = 0.01

S = 0.016

Sulphur-cont. Содерж.

серы

Tapping temp. Темп. отливки Time between

MgFeSi add.

and tapping

Ladle design diameter: height Форма ковша диаметр: высота

Slag in furnace. Шлак в

печи

Alloy Cover Покров

сплава Chemical composition of MgFeSi Химический состав MgFeSi

1.5

1.6

1.4

1.8

1.7

1.3

1.2

1.9

Oxidised Mg-alloy Окисленный Mg сплав .

heavy сильно

some немного

none отсутствует

Fo

un

dry

Pro

du

cts

Div

isio

n

©Elkem

19.09.2003


“Worse Case” Process Control

Min

Мин.

Max

Макс.

The process target is moved to get a “safer” production

“Target”

«Цель»

“Target”

«Цель»

Over Treatment

Under Treatment

Good Treatment% Mg

foundry products division · recovery of magnesium in a ductile iron process mgfesi addition to...

Documents