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Verfahren zur Herstellung beruhigter Stähle unter Verwendung von Aluminium und Anwendungen desselben
Bei der Herstellung beruhigter Stähle wird bekanntlich der Sauerstoff aus der Schmelze mit Hilfe von Elementen oder Legierungen entfernt, die eine grössere Affinität zum Sauerstoff besitzen als Eisen. Im allgemeinen werden als Desoydationsmittel Ferrosilizium, Ferromangan oder andere Ferrolegierungen benutzt. In vielen Fällen wird ausserdem noch Aluminium als zusätzliches Desoxydationsmittel oder zur Kornverfeinerung zugesetzt, u. zw. entweder gleichzeitig oder nach Zugabe der genannten Legierungen.
Bei einer derartigen Behandlung des Stahles bilden sich jedoch komplexe Desoxydationsprodukte, Alumi- nium-Sihzium-Mangan-Sauerstoff-Verb'ndungen, die sich aus dem Stahlbad schlecht abscheiden und im Fertigprodukt als Einschlüsse zu unangenehmen Fehlerscheinungen führen können.
Es wurde nun festgestellt, dass sich demgegenüber bei der Desoxydation mit Aluminium allein die entstehenden Desoydationsprodukte aus dem Stahlbad gut abscheiden und ein derartig behandelter Stahl einen besseren Reinheitsgrad aufweist.
Das Einbringen des Aluminiums in die Schmelze ist jedoch mit erheblichen Schwierigkeiten verbunden. Wird das in Form von mehr oder weniger grossen Stücken zugesetzte Aluminium nämlich in die leere oder teilweise gefüllte Pfanne geworfen, so schwimmt es auf der Badoberfläche, wobei erhebliche Abbrandverluste an Aluminium eintreten. Ausserdem hat die ungleichmässige Zugabe und Auflösung der Aluminiumstücke eine unregelmässige Verteilung und Desoxydation zur Folge. Daher lässt sich weder eine kontrollierbare Desoxydation noch ein bestimmter Aluminiumgehalt mit Sicherheit im Stahl erzielen.
Schliesslich hat man noch versucht, das Aluminium in einem eisernen Schutzrohr in die gefüllte Pfanne einzutauchen. Eine gleichmässige Verteilung des Aluminiums ist aber auch auf diese Weise nicht zu erreichen.
Erfindungsgemäss wird nun vorgeschlagen, den in die Pfanne einlaufenden Stahl allein mit Aluminium zu desoxydieren, das in Form von Stangen in die leere Pfanne eingebaut ist, dergestalt, dass sich die aufrecht stehenden und an der Pfanne befestigten Stangen, als ganzes oder in Abschnitte unterteilt, vom Boden der Pfanne bis kurz unter die Oberfläche des in die Pfanne eingelaufenen Stahles erstrecken.
Vorzugsweise verwendet man 2 - 4 Aluminiumstangen, die so über den Pfannenquerschnitt verteilt in der leeren Pfanne stehen, dass sie von dem einlaufenden Stahl nicht unmittelbar beaufschlagt werden.
Beispielsweise genügen zum Beruhigen einer 100 t-Charge zwei Aluminiumstangen mit einer Dicke von 80 mm bei einer Länge von 1, 70 m. Will man darüber hinaus den Stahl noch mit Aluminium legieren, so ist eine entsprechend grössere Aluminiumzugabe erforderlich ; zur Herstellung eines Feinkornstahles z. B. wäre eine weitere Stange in die Pfanne einzubauen.
Auf diese Weise wird erreicht, dass das Aluminium stets unter der Badoberfläche abschmilzt und dass das Aluminiumangebot an die Schmelze bei jedem Füllstand der Pfanne annähernd gleich ist. Auch spiralförmige Körper od. dgl., welche vom Pfannenboden bis kurz unterhalb des Badspiegels der gefüllten Pfanne reichen, können für den gleichen Zweck benutzt werden.
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Es ist zweckmässig, beim Abstich die Schlacke weitgehend zurückzuhalten. Wenn durch ungünstige Abstichverhälmisse ein sehr frühzeitiges Mitlaufen von Ofenschlacke zu befürchten ist, so empfiehlt sich das Einschalten einer Zwischenpfanne.
Das Legieren des Stahles mit Silizium, Mangan und gegebenenfalls andern Elementen erfolgt in der Weise, dass die Legierungselemente bzw. Ferrolegierungen nach Abschmelzen der Aluminiumstangen in dieselbe Pfanne oder nach Umfüllen in eine weitere Pfanne zugegeben werden. Bei der Herstellung von Stählen, an die besonders hohe Ansprüche gestellt werden, ist es vorteilhaft, solche Zusatzstoffe zu verwenden, die einen so hohen Aluminiumgehalt besitzen, dass sie auch in den hochkonzentrierten Auflösungsschlieren mit dem noch vorhandenen Restsauerstoff des Bades nur Tonerde als Desoxydationsprodukt bilden können. Diese Forderung erfüllt beispielsweise ein Ferromangan mit einem Aluminiumgehalt von 5% und ein Ferrosilizium und Silico-Mangan mit Aluminiumgehalten von etwa 100/0.
Durch das erfindungsgemässe Verfahren wird es ermöglicht, einen Stahl mit sehr geringen Gehalten an gelöstem und inForm von Einschlüssen gebundenem Sauerstoff und mit gewünschtem Aluminiumgehalt in wirtschaftlicher Weise herzustellen.
Schliesslich ist das Verfahren nach der Erfindung mit besonderem Vorteil zur Herstellung von Stählen mit erhöhtem Schwefelgehalt und einem Aluminiumgehalt von 0,08 bis 0, 2% zu verwenden, die wie die bekannten Automatenstähle eine gute spanabhebende Bearbeitung aufweisen müssen.
Bei schwefelreichen Automatenstählen wird nämlich durch Aluminium die Ausscheidungsform des Schwefels beeinflusst, u. zw. findet bei den üblichen AI-Zugaben zur Desoxydation und Beruhigung eine Verzögerung der Schwefelausscheidung statt. Dadurch reichern sich die Sulfideinschlüsse vornehmlich an den Korngrenzen des Stahles an, wodurch die spanabhebende Bearbeitbarkeit verschlechtert wird. Es wurde jedoch festgestellt, dass bei Erhöhung des Al-Gehaltes (gesamt) auf 0,08 bis 0, 2% der Schwefel wieder orientierungslos ausgeschieden und die spanabhebende Bearbeitbarkeit wesentlich verbessert wird.
Deshalb sind Stahllegierungen, die nach der Erfindung hergestellt sind und neben einem erhöhten Schwefelgehalt einen Al-Gehalt von 0, 08 bis 0, 2% besitzen, hervorragend für einen Werkstoff geeignet, der eine gute spanabhebende Bearbeitbarkeit aufweisen soll.
Als Beispiel wird ein Stahl folgender Zusammensetzung genannt : 0, 05-0, 70% C, 0, 5-1, 8 0% Ma, 0, 10-0, 30% S, 0, 08-0, 201o Al, höchstens 0, 50% Si, höchstens 0, 15% P, Rest Eisen.
Wenn das Zulegieren von Silizium, Mangan und gegebenenfalls andern Elementen erforderlich ist, dann erfolgt es im Anschluss an das Abschmelzen der Al-Stangen.
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