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Verfahren zur Erschmelzung von Edelstahllegierungen hoher Reinheit mit Gesamtlegierungsgehalten von wenigstens
5%, insbesondere von Legierungen mit extrem niedrigen
Gehalten an sauerstoffhaltigen Einschlüssen, sowie
Anwendungen desselben
Es ist bekannt, dass man bei der Herstellung von Eisenschmelzen in einem Induktionsofen durch Verwendung von Kalk als Tiegelwerkstoff unter geeigneten Bedingungen zu sehr niedrigen Gehalten an Schwefel und Phosphor und insbesondere zu sehr niedrigen Gesamtsauerstoff-Gehalten in dem so erschmolzenen Material kommen kann. Durch Verwendung von desoxydierend wirkenden Zusätzen, z. B. von Silicium, sind noch weitere erhebliche Verbesserungen erzielbar.
Für die Konstante der Silicium-Desoxydation Ksi (CaO) = [% Si]. [% 0] werden unter diesen Verhältnissen Werte erhalten, die um zwei Zehnerpotenzen kleiner als jene Werte sind, die für den sauren Tiegel ermittelt wurden.
Voraussetzung für die Erzielung solcher Wirkungen ist, dass der benutzte Kalk praktisch frei von Verunreinigungen ist, insbesondere frei von Anteilen an Si02, Al20 und MgO, und dass eine ausreichend grosse Reaktionsfläche zwischen dem Kalk und der Schmelze zur Verfügung steht.
Der Verwertung dieser Erkenntnisse für die Stahlherstellung stand zunächst die Schwierigkeit entgegen, dass bei der Verwendung von Kalk als Tiegelwerkstoff die Haltbarkeit solcher Tiegel ausserordentlich gering ist, so dass an eine Anwendung dieses Verfahrens in der Praxis nicht gedacht werden konnte.
Diese Schwierigkeit kann jedoch als überwunden angesehen werden. Gemäss einem älteren, jedoch nicht zum Stande der Technik gehörenden Vorschlag ist es möglich, zu ausreichend haltbaren und metallurgisch geeigneten Kalktiegeln dann zu kommen, wenn als Tiegelwerkstoff hochreiner Elektrokalk (Kristallkalk) verwendet wird und dieser für die Tiegelherstellung in Form eines Korngrössengemisches aus wenigstens drei verschieden grossen Körnungen in Mengenanteilen von wenigstens je 100/0 unter Benutzung eines Bindemittels in Anteilen von höchstens 20/0, vorzugsweise unter Verwendung von Borsäureanhydrid, gestampft wurde.
Der Induktionsofen ist bis zu einem Fassungsvermögen bis zu etwa 3 t gleich grossen Lichtbogenöfen kostenmässig überlegen. Die induktive Badbewegung und die Möglichkeit, extrem niedrige Kohlenstoffgehalte einhalten zu können, die vor allem bei manchen hochlegierten Stählen gefordert werden müssen, sind weitere Vorteile des Induktionsofens gegenüber dem Lichtbogenofen. Hingegen entspricht die Reinheit der im Induktionsofen erschmolzenen Stähle bei üblicher Zustellung in manchen Fällen den heutigen Anforderungen nicht mehr. Während es noch möglich ist, die Schwefel- und Phosphorgehalte der Stähle durch Wahl ausreichend reiner Ausgangsstoffe innerhalb gewisser Grenzen zu steuern, steht diese Möglichkeit für die Erzielung extrem niedriger Endsauerstoffgehalte nicht zur Verfügung.
Auch den Möglichkeiten des üblichen Lichtbogenofens und jenen der modernen Vakuumschmelz-und Vakuumgiessver-
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fahren sind in dieser Hinsicht Grenzen gesetzt.
Es ist daher verständlich, dass die im Induktionsofen mit Kalktiegeln bei Eisenschmelzen erzielten Ergebnisse Beachtung gefunden haben und dass gerade im Zusammenhang mit dem Induktionsofen die Frage geprüft wurde, ob solche Ergebnisse auch bei legierten und vor allem bei hochlegierten Stählen erzielbar sind. Gerade bei diesen letzteren Stählen können erhebliche Schwierigkeiten durch zu hohe Anteile an sauerstoffhältigen Einschlüssen bei der Warmverformung und insbesondere auch beim Schweissen entstehen, so dass also ein Verfahren jedenfalls wünschenswert wäre, mit dem extrem niedrige Gesamtsauerstoffgehalte mit Sicherheit erzielbar sind.
Die Aussichten, bei legierten Stählen zu ähnlichen Erfolgen zu kommen, mussten jedoch zunächst durchaus negativ beurteilt werden, weil durch viele wichtige Legierungselemente des Eisens die Aktivitäten von z. B. Kohlenstoff und Silicium in ungünstiger Weise verändert werden, wobei jedoch über das quantitative Ausmass dieser Veränderungen in vielen Fällen noch keine konkreten Daten vorliegen. Weiterhin war zu beachten, dass durch Erzielung lediglich eines Teilerfolges die bestehenden Probleme keinesfalls gelöst werden konnten.
Aussicht auf Erfolg, also auf eine konkrete Anwendungsmöglichkeit in der Praxis, konnte das bei Eisenschmelzen bewährte Verfahren im Zusammenhang mit legierten Stählen nur dann haben, wenn es mit Sicherheit die Einhaltung von Endsauerstoffgehalten unter 0, 005Ko, vorzugsweise von solchen von 0, 0030/0, ermöglichen würde. Schwefel- und Phosphorgehalte in der gleichen Grössenordnung sind selbstverständlich gleichzeitig wünschenswert.
Nach zunächst erfolglos verlaufenen Orientierungsversuchen mit den verschiedensten Edelstahllegierungen in einem 1 t fassenden Mittelfrequenzofen war es schliesslich möglich, ein Verfahren zu erarbeiten, mit dem das angestrebte Ziel in ausreichender Weise erreichbar erscheint. So wie bei der Herstellung von Eisenschmelzen erwies sich auch bei der Herstellung legierter Stähle die Verwendung eines hochreinen Kalks als wesentlich, ferner die sachgemässe Tiegelherstellung zur Erzielung ausreichender Tiegelhaltbarkeiten und schliesslich das Aufbringen einer Kalkschlacke nach dem Abziehen der Einschmelzschlacke, unter der dann die Schmelze fertiggemacht werden kann.
Unter diesen Voraussetzungen war es möglich, im Induktionsofen unter wirtschaftlich vertretbaren Bedingungen laufend Edelstahllegierungen herzustellen, deren Gesamtgehalt an Schwefel, Phosphor und Sauerstoff mit Sicherheit unter 0, 015go lag. Der Zusatz an Flussmitteln zur Schlacke lag hiebei zwischen 5 und 25% ; die Höhe desselben richtete sich nach aer Badtemperatur bzw. nach der erforderlichen Reaktionsfähigkeit der Schlacke.
Gegenstand der Erfindung ist somit ein Verfahren zur Erschmelzung von Edelstahllegierungen hoher Reinheit mit Gesamdegierungsgehalten von wenigstens 5%, insbesondere mit extrem niedrigen Gehalten an sauerstoffhältigen Einschlüssen, und die Erfindung besteht darin, dass zur Herstellung solcher Legierungen mit einem Gesamtgehalt an Schwefel, Phosphor und Sauerstoff von höchstens 0, 0150/0, vorzugsweise von höchstens 0, 01%, der übliche feste Einsatz in einem Induktionsofen niedergeschmolzen wird, dessen Tiegel in an sich bekannter Weise aus Elektrokalk mit wenigstens 95go, vorzugsweise mit wenigstens 981o CaO besteht, und dass nach dem Abziehen der Einschmelzschlacke eine Kalkschlacke mit einem Flussmittelzusatz von 5 bis 250/0,
vorzugsweise mit einem Zusatz von Flussspat, aufgebracht und die Schmelze unter dieser Schlacke fertiggemacht wird.
Der Gesamtlegierungsgehalt der erfindungsgemäss herzustellenden Edelstähle ist so zu berechnen, dass für die Ermittlung desselben der Kohlenstoffgehalt und Gehalte an Silicium bis zu 0, 51o und Mangan bis zu 0, woo ausser Betracht bleiben.
Vorzugsweise wird für das Erschmelzen erfindungsgemäss in Betracht kommender Edelstahllegierungen ein Tiegel aus Elektrokalk mit wenigstens 981o CaO verwendet, der aus einem Korngrössengemisch aus wenigstens 3, vorzugsweise aus wenigstens 5 verschieden grossen Körnungen in Mengen von wenigstens je lolo unter Verwendung eines Bindemittels in einem Anteil von höchstens 2%, vorzugsweise von Borsäureanhydrid, gestampft wird.
Gute Erfahrungen wurden bei einem Induktionsofen mit einer Tonne Fassungsvermögen gemacht, dessen Tiegel aus Elektrokalk mit etwa 991o CaO bestand, der in Form eines Korngrössengemisches nachste- hend angeführter Korngrössen und in den angeführten Anteilen mit einem Zusatz von 1% Borsäureanhydrid als Bindemittel gestampft wurde :
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EMI3.1
<tb>
<tb> Menge <SEP> Korngrösse
<tb> 20% <SEP> 2-4 <SEP> mm <SEP>
<tb> 20% <SEP> lamm <SEP>
<tb> 1 <SEP> wo <SEP> 0, <SEP> 5-1 <SEP> mm <SEP>
<tb> 201o <SEP> 0, <SEP> 12-0, <SEP> 5 <SEP> mm <SEP>
<tb> 30% <SEP> 0-0, <SEP> 12mm <SEP>
<tb>
EMI3.2