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
Recovery of magnesium in a ductile iron process
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
Recovery of magnesium in a ductile iron process
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
Recovery of magnesium in a ductile iron process
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
Recovery of magnesium in a ductile iron process
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
Recovery of magnesium in a ductile iron process
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
Recovery of magnesium in a ductile iron process
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
Recovery of magnesium in a ductile iron process
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
Recovery of magnesium in a ductile iron process
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
Recovery of magnesium in a ductile iron process
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
Recovery of magnesium in a ductile iron process
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
Recovery of magnesium in a ductile iron process
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
Recovery of magnesium in a ductile iron process
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
Recovery of magnesium in a ductile iron process
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
Recovery of magnesium in a ductile iron process
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
Recovery of magnesium in a ductile iron process
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
Recovery of magnesium in a ductile iron process
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
Recovery of magnesium in a ductile iron process
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
Recovery of magnesium in a ductile iron process
“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