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Die Erfindung betrifft die Herstellung von kohlenstoffarmen weichen Stählen. Hierunter sollen solche Stähle verstanden werden, die für Zwecke geeignet sind, bei denen eine gute Warm- und Kaltverformbarkeit erfoderlich sind oder bei denen besonders niedrige Kohlenstoffgehalte zur Erzielung besonderer Eigenschaften erforderlich sind.
Im einzelnen handelt es sich um Stähle für Tiefzieh- und Emaillierzwecke, für Material zum Einsenken, Gesenkschmieden, Eindrücken od. dgl. Ferner handelt es sich um solche weichen Stähle, wie sie für weichmagnetische Zwecke, insbesondere auch mit höheren Silizium- und gegebenenfalls Aluminium-Gehalten, verlangt werden. Es handelt sich auch um solche legierten Stähle, die z. B. in ihrem physikalischen Verhalten, Korrosionsbeständigkeit, Konzerfallsbeständigkeit und Schweissbarkeit, durch besonders niedrige Kohlenstoffgehalte beeinflusst werden sollen.
Die Herstellung von Stählen dieser Art erfolgte bisher auf verschiedene Weise. Das Problem bei der Herstellung bestand insbesondere darin, den Kohlenstoffgehalt auf die verlangten niedrigen Gehalte zu bringen.
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Temperaturbereichen. Allgemein kann gesagt werden, dass die Aufgabe, besonders niedrige Kohlenstoffgehalte im Frischprozess zu erzielen, zeitraubend und schwierig und von einem starken Verschleiss der Frischeinrichtungen begleitet ist. Es kommt noch hinzu, dass bei unberuhigten Stählen die grosse Gefahr besteht, dass beim Abstechen und Transportieren der Stahl in der Pfanne überkocht, was auch stossartig erfolgen kann und erhebliche Gefahren für die Bedienungsmannschaften bedeuten würde.
Daher gibt man üblicherweise im Stahlwerk eine bestimmte Menge von Beruhigungsmitteln zu, die zwar das unberuhigte Erstarren des Stahles noch zulässt, wo aber unvermeidlich ist, dass die Zusätze sich mindestens zum Teil als unerwünschte nichtmetallische Einschlüsse im fertigen Stahl bemerkbar machen.
Um dieses zu umgehen, sind auch Verfahren bekannt, Stähle, die metallurgisch mit höheren Kohlenstoffgehalten hergestellt sind, nachträglich, vornehmlich nach dem Walzen zu Blechen oder Bändern, zu entkohlen. Dieses Verfahren erfordern einen erheblichen Aufwand an technischen Einrichtungen, reduzierenden Mitteln, Zeit und Energie.
Nach der Erfindung sollen Stähle hergestellt werden, die schon im Block die gewünschten, besonders niedrigen Kohlenstoffgehalte aufweisen. Dabei sollen Kohlenstoffgehalte unter 0, 010% erzielt werden.
Gegenstand des Stammpatentes ist ein Verfahren zum Entgasen von Stählen, gegebenenfalls auch von Gusseisen oder andern Metallen, die in einer Schmelzvorrichtung ohne Anwendung von Vakuum erschmolzen sind, mittels Unterdruckbehandlung im fallenden Strahl, dass dadurch gekennzeichnet ist, dass die Unterdruckbehandlung vorgenommen wird, während die Schmelze aus der Schmelzeinrichtung in das Vakuum einläuft.
Die Erfindung betrifft nun die Anwendung des Abstichentgasungsverfahrens nach dem Stammpatent zur Herstellung von kohlenstoffarmen, gegebenenfalls nachträglich noch zusätzlich, insbesondere mit Silizium und/oder Aluminium, legiertem Stahl mit der Massgabe, dass von einem auf Kohlenstoffgehalte in der Grössenordnung von etwa 0, 03 bis 0, 12%, vorzugsweise 0, 03 bis 0, 06%, eingestellten Stahlbad ausgegangen wird und dass das Vakuum im Verhältnis zu den im Behandlungsgut vorhandenen Kohlenstoff- und entsprechenden vorhandenen oder herbeigeführten Sauerstoff-Mengen so eingestellt wird, dass Kohlenstoffgehalte unter 0, 010% erreicht werden.
Erfindungsgemäss wird ein Stahl in einer beliebigen Frischvorrichtung (SM-, Elektro-Ofen, Wind- oder Sauerstoff-Frischgefäss) gefrischt, u. zw. werden Kohlenstoffgehalte in der Grössenordnung von 0, 03 bis 0, 12, vorzugsweise 0, 03 bis 0, 06%, eingestellt, sodann der Stahl unberuhigt abgestochen und während des Abstiches einer Vakuumbehandlung unterzogen. Die Höhe des Unterdruckes wird dabei im Verhältnis zu den im Behandlungsgut vorhandenen Kohlenstoff-und entsprechenden, vorhandenen oder herbeigeführten Sauerstoff-Mengen so bemessen, dass die obengenannten niedrigen Kohlenstoffgehalte sich einstellen. Die Unterdrücke sollen daher im wesentlichen unter 30 Torr, vorzugsweise unter 5 Torr, liegen.
Bei der Vakuumbehandlung läuft der Stahl aus der Frischvorrichtung in ein Evakuierungsgefäss ein und wird dort dem Vakuum ausgesetzt, wobei das Evakuierungsgefäss eine als solches ausgebildete Abstichpfanne sein kann oder ein Behälter, in dem die Abstichpfanne aufgestellt ist.
Für die Vakuumbehandlung während des Abstiches können als Evakuierungsgefäss ausgebildete Abstichpfannen benutzt werden. Derartige Pfannen und ihre Handhabung sind ebenfalls bereits Gegenstand des Stammpatentes. Die hiebei zu benutzende Vorrichtung besteht im wesentlichen aus einer Schnauzen- oder Stopfenpfanne, die als vakuumdichtes Gefäss ausgebildet ist und einen vakuumdicht schliessenden Deckel hat. Es ist zweckmässig, den Anschlussstutzen für die Unterdruck-Saugleitung am Deckel vorzusehen. Ausserdem ist auf dem Deckel ein Eingiessgefäss, vorzugsweise als Trichter ausgebildet, angeordnet. Dieses Eingiessgefäss ist vorzugsweise abnehmbar in entsprechenden Dichtungen eingesetzt. Beim Abstich aus der Schmelzvorrichtung, z.
B. einem Elektro-Ofen, wird die Ausfliessgeschwindigkeit beim Abstich mit dem Fassungsvermögen des Einfülltrichters und seiner Ausfliessöffnung abgestimmt. Es wird vorzugsweise für einen schnellen Durchlauf durch den Trichter gesorgt. Ausserdem wird der Trichter nach Möglichkeit klein bemessen, um sein
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Wärmeschluckvermögen gering zu halten. Bei ausreichender Pumpleistung kann die Ausgussöffnung des Trichters offen sein, weil die Pumpeinrichtung nach Abdichtung der Ausgussöffnung durch das flüssige Metall schnell genug für das notwendige Vakuum sorgt. Es kann aber auch eine vorübergehende Abdichtung der Ausgussöffnung vorgesehen werden, z. B. in Form einer durchschmelzbaren Membrane, eines Ventils, z. B. Schiebers und/oder in Form einer Stopfenstange.
Falls die Abstichpfanne eine Stopfenpfanne ist, können auch unter ihrem Stopfen Dichtungsmittel angeordnet sein. Bei einer solchen Pfanne ist es ausserdem zweckmässig, unter der Ausgussöffnung des Einfülltrichters eine Spritzschutzeinrichtung anzuordnen, um die Stopfenvorrichtung und Dichtungen vor dem Stahl zu schützen.
Ein Spritzschutz ist auch besonders wichtig bei Vakuumbehältern mit eingestellter Abstichpfanne. Solche Behälter sind z. B. bereits Gegenstand des älteren Patentes Nr. 265347, das ebenfalls noch nicht zum Stand der Technik gehört. Derartige Vakuumbehälter bestehen im wesentlichen aus einem die Abstichpfanne aufnehmenden Evakuierungsgefäss mit vakuumdichtem Deckel, einem auf dem Deckel angeordneten Eingiessgefäss, welches vorzugsweise abnehmbar und bevorzugt verhältnismässig klein ist. Mit dem Eingiessgefäss wird eine Verbindungsrinne, die zum Abstich führt, zusammenarbeiten, oder es kann eine Fahreinrichtung vorgesehen sein, mit der die Entfernung zwischen dem Abstich und dem Einfüllgefäss während des Abstechens geregelt werden kann.
Die obenerwähnten Evakuierungspfannen oder Vakuumbehälter können in an sich bekannter Weise einen Verschluss besitzen, der die Einfüllöffnung vor dem Einfliessen des Stahles vakuumdicht absperrt, so dass schon vor Beginn des Abstiches Vakuum vorgelegt werden kann.
Bei dem neuen Verfahren ist es möglich, dass die Entkohlungsbehandlung schon ohne oxydierende Zuschläge ausreichend verläuft. Sollten aber die gewünschten Entgasungsverhältnisse damit noch nicht erzielt werden, so können Oxydationsmittel zugegeben werden, u. zw. in Form von Sauerstoff oder Sauerstoff abgebenden Stoffen oder Gemischen, und in solchen Mengen, die sicherstellen, dass der Kohlenstoff in genügendem Masse mit Hilfe der bekannten CO-Reaktion entfernt wird. Bei Zugabe höherer Sauerstoffmengen kann der Kohlenstoff-Gehalt des in das Vakuum einzubringenden Stahles den Gehalt von 0, 12% entsprechend überschreiten.
Wenn auch der Stahl in den meisten Fällen unlegiert und vorzugsweise auch mit niedrigen Mangangehalten, z. B. unter 0, 12, bevorzugt unter 0, 05% Mangan, zur Verwendung gelangen soll, so bietet die Erfindung jedoch auch die Möglichkeit zur Herstellung kohlenstoffarmer legierter Stähle. Dazu gehören die Silizium- und/oder Aluminium-legierten Dynamo- und Transformatorenstähle.
Weiter gehören dazu besonders kohlenstoffarme hochlegierte Stähle, z. B. rost-und säurebeständige Chrom-, Chrom-Nickel- oder Chrom-Mangan-Stähle. Auch mit andern oder weiteren Metallen legierte kohlenstoffarme Stähle sind auf diese Weise leicht herstellbar. Es können auch unlegierte oder legierte Automatenstähle erzeugt werden. Die Art und der Zeitpunkt der Zugabe metallischer Zuschläge, z. B. Legierungsmittel, im Verlaufe dieses Verfahrens hängen davon ab, ob die im Vakuum hervorgerufene Kohlenstoffabnahme durch sie gebremst oder verhindert wird oder nicht. Legierungsbestandteile, z. B. Nickel, Kobalt oder Molybdän, welche keine Verhinderung der Entkohlung mit sich bringen, können bereits vor dem Abstich aus dem Frischgefäss vorliegen oder zugegeben werden. Sie können aber auch zu einem beliebigen andern Zeitpunkt zugegeben werden.
Metallische Zuschläge, z. B. Legierungsmittel, die die im Vakuum erfolgende Entkohlung praktisch verhindern, werden dem Stahl nach der Vakuumentkohlung zugegeben. Dazu gehören auch solche Stoffe, die in geringen Mengen üblicherweise als Desoxydations- und Beruhigungsmittel zugegeben werden, z. B. Aluminium.
Ihre Menge kann im Verfahren nach dieser Erfindung wesentlich geringer sein als sonst.
Das Verfahren hat wesentliche Vorteile gegenüber den bisher angewendeten Verfahren, u. zw. sowohl in verfahrenstechnischer Hinsicht als auch in der Qualität der Erzeugnisse. Infolge der Durchführung der Vakuumentkohlung unmittelbar aus dem Abstich sind die Temperaturverluste äusserst gering, die Gefahr des Überwallens des unruhigen Stahles besteht nicht, zumal er jeweils nur in kleinen Mengen im Einfülltrichter der Vakuumeinrichtung vorhanden ist und im Vakuum seine Gefährlichkeit endgültig verliert. Der Aufwand an technischen Mitteln und an Zeit ist sehr gering.
Der erzeugte Stahl zeichnet sich durch besondere Armut an unerwünschten Einschlüssen und alle hiedurch bedingten Vorzüge aus. Der Stahl hat eine gute Verformbarkeit, (alterungsbeständig) auch bei unlegierten manganarmen Güten.
Es ist daher ohne weiteres erkennbar, dass mit dieser Erfindung ein einfacher Weg eröffnet worden ist, um Stähle zu erzeugen, die bisher in vergleichbarer Qualität in üblichen grossen Stahlwerkseinrichtungen nicht herstellbar waren.
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The invention relates to the manufacture of low carbon soft steels. This is to be understood as meaning steels that are suitable for purposes where good hot and cold formability are required or where particularly low carbon contents are required to achieve special properties.
Specifically, it concerns steels for deep-drawing and enamelling purposes, for material for countersinking, drop forging, impressions or the like. Furthermore, it is soft steels such as those used for soft magnetic purposes, in particular with higher silicon and possibly aluminum To be held, to be demanded. It is also about such alloyed steels that z. B. in their physical behavior, corrosion resistance, collapse resistance and weldability, should be influenced by particularly low carbon contents.
The manufacture of steels of this type has hitherto been carried out in various ways. The problem with the production was in particular to bring the carbon content to the required low contents.
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Temperature ranges. In general, it can be said that the task of achieving particularly low carbon contents in the fresh process is time-consuming and difficult, and is accompanied by severe wear and tear on the fresh equipment. In addition, there is the great risk of unkilled steels that the steel boils over in the ladle during parting and transport, which can also occur abruptly and would mean considerable dangers for the operating crew.
For this reason, a certain amount of sedatives is usually added in the steelworks, which, although it still allows the unstilled solidification of the steel, where it is inevitable that the additives make themselves at least partly noticeable as undesirable non-metallic inclusions in the finished steel.
In order to circumvent this, methods are also known for subsequently decarburizing steels which are metallurgically produced with higher carbon contents, primarily after being rolled into sheets or strips. This process requires a considerable amount of technical equipment, reducing means, time and energy.
According to the invention, steels are to be produced which already have the desired, particularly low carbon content in the block. The aim is to achieve carbon contents below 0.010%.
The subject of the parent patent is a process for degassing steels, possibly also cast iron or other metals, which have been melted in a melting device without the application of vacuum, by means of negative pressure treatment in the falling beam, characterized in that the negative pressure treatment is carried out while the melt is being melted flows out of the melting device into the vacuum.
The invention now relates to the use of the tapping degassing process according to the parent patent for the production of low-carbon steel, optionally additionally alloyed at a later date, in particular with silicon and / or aluminum, with the proviso that from one to carbon contents in the order of magnitude of about 0.03 to 0 , 12%, preferably 0.03 to 0.06%, set steel bath is assumed and that the vacuum in relation to the carbon and corresponding amounts of oxygen present or produced in the material to be treated is set so that carbon contents below 0.010% can be achieved.
According to the invention, a steel is refined in any refining device (SM, electric furnace, wind or oxygen refining vessel), u. between. Carbon contents in the order of magnitude of 0.03 to 0.12, preferably 0.03 to 0.06%, are set, then the steel is tapped without being calmed and subjected to a vacuum treatment during tapping. The level of the negative pressure is measured in relation to the amount of carbon and corresponding amounts of oxygen that is present or produced in the material to be treated so that the above-mentioned low carbon contents are established. The negative pressures should therefore be essentially below 30 Torr, preferably below 5 Torr.
During the vacuum treatment, the steel runs from the refining device into an evacuation vessel and is exposed to the vacuum there, whereby the evacuation vessel can be a tapping pan designed as such or a container in which the tapping pan is set up.
For the vacuum treatment during tapping, tapping pans designed as evacuation vessels can be used. Such pans and their handling are also already the subject of the parent patent. The device to be used here essentially consists of a snout or stopper pan, which is designed as a vacuum-tight vessel and has a vacuum-tight closing lid. It is advisable to provide the connection piece for the vacuum suction line on the cover. In addition, a pouring vessel, preferably designed as a funnel, is arranged on the cover. This pouring vessel is preferably detachably inserted in corresponding seals. When tapping from the melting device, for.
B. an electric furnace, the outflow speed when tapping is matched to the capacity of the hopper and its outflow opening. A fast pass through the funnel is preferably provided. In addition, the funnel should be sized as small as possible
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To keep heat absorption low. If the pumping power is sufficient, the pouring opening of the funnel can be open because the pumping device provides the necessary vacuum quickly enough after the pouring opening has been sealed by the liquid metal. However, a temporary seal of the pouring opening can also be provided, e.g. B. in the form of a fusible membrane, a valve, e.g. B. slide and / or in the form of a stopper rod.
If the tapping pan is a stopper pan, sealing means can also be arranged under its stopper. In the case of such a pan, it is also expedient to arrange a splash guard under the pouring opening of the filling funnel in order to protect the stopper device and seals from the steel.
A splash guard is also particularly important for vacuum containers with a set tapping pan. Such containers are e.g. B. already the subject of the earlier patent No. 265347, which is also not yet part of the prior art. Such vacuum containers essentially consist of an evacuation vessel with a vacuum-tight lid, which accommodates the tapping pan, and a pouring vessel which is arranged on the lid and which is preferably removable and preferably relatively small. A connecting channel, which leads to the tapping, will work together with the pouring vessel, or a moving device can be provided with which the distance between the tapping and the filling vessel can be regulated during the tapping.
The above-mentioned evacuation pans or vacuum containers can have a closure in a manner known per se which closes off the filling opening in a vacuum-tight manner before the steel flows in, so that a vacuum can be provided before the start of tapping.
With the new process it is possible for the decarburization treatment to proceed sufficiently without oxidizing additives. However, if the desired degassing ratios are not yet achieved, oxidizing agents can be added, u. in the form of oxygen or oxygen-releasing substances or mixtures, and in such amounts that ensure that the carbon is removed to a sufficient extent with the help of the known CO reaction. If higher amounts of oxygen are added, the carbon content of the steel to be introduced into the vacuum can correspondingly exceed the content of 0.12%.
Even if the steel is in most cases unalloyed and preferably also with a low manganese content, e.g. B. below 0.12, preferably below 0.05% manganese is to be used, the invention, however, also offers the possibility of producing low-carbon alloy steels. These include silicon and / or aluminum alloyed dynamo and transformer steels.
This also includes particularly low-carbon high-alloy steels, e.g. B. rust- and acid-resistant chromium, chromium-nickel or chromium-manganese steels. Low-carbon steels alloyed with other or further metals can also be easily produced in this way. Unalloyed or alloyed free cutting steels can also be produced. The type and timing of the addition of metallic aggregates, e.g. B. alloying agents, in the course of this process depend on whether or not the decrease in carbon caused in the vacuum is slowed down or prevented by them. Alloy components, e.g. B. nickel, cobalt or molybdenum, which do not prevent decarburization, can be present or added before tapping from the fresh vessel. However, they can also be added at any other time.
Metallic surcharges, e.g. B. Alloying agents which practically prevent the decarburization taking place in a vacuum are added to the steel after the vacuum decarburization. This also includes substances that are usually added in small quantities as deoxidizing and sedative agents, e.g. B. aluminum.
In the process according to this invention, their amount can be significantly less than otherwise.
The method has significant advantages over the previously used methods, u. both in terms of process technology and in the quality of the products. As the vacuum decarburization is carried out directly from the tapping, the temperature losses are extremely low, there is no risk of the restless steel bulging, especially since it is only present in small quantities in the filling funnel of the vacuum device and ultimately loses its dangerousness in the vacuum. The expenditure in terms of technical means and time is very low.
The steel produced is characterized by a particular lack of undesirable inclusions and all the advantages that result from them. The steel has good ductility (resistant to aging) even with unalloyed low-manganese grades.
It is therefore readily apparent that this invention has opened up a simple way of producing steels which previously could not be produced in a comparable quality in conventional large steelworks.
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