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Bei der Herstellung von für das spätere Schmieden oder Walzen bestimmten Stahlbrammen wird die
Stahlschmelze in gekühlte Stahlkokille des gewünschten Querschnittes bis zu einer solchen Höhe eingegossen, dass beim Erstarren der Stahlschmelze eine für das Schmieden oder Walzen geeignete Bramme erhalten wird.
Es ist nun bekannt, dass insbesondere vollständig, beispielsweise mittels Silizium, Aluminium oder
Kohlenstoff unter niedrigem Druck, desoxydierte Stahlschmelzen ein grösseres Volumen einnehmen als der aus solchen Schmelzen beim Erstarren entstehende Stahlblock und dass, weil die Stahlschmelze in Nähe der
Seitenwände und in Nähe des Bodens der Form zuerst erstarrt, die im zentralen Teil der Bramme befindliche
Stahlschmelze zuletzt erstarrt und hiebei schrumpft, wobei, falls in die Form nicht weitere Stahlschmelze eingeführt wird, ein Schwindungshohlraum entsteht. Um einen solchen Schwindungshohlraum zu vermeiden, werden häufig exotherme Einsätze oder Kokillen mit Hauben verwendet.
Diese Methode zur Herstellung von lunkerfreie bzw. keinen Schwindungshohlraum aufweisenden Brammen aus beruhigten, also desoxydierten
Stahlschmelzen wird in der Regel bei der Herstellung von Brammen kleineren Querschnittes und Gewichtes, u. zw. etwa eine Stärke bzw. einen Durchmesser von etwa 50 bis 75 cm aufweisenden und ein Gewicht von etwa
10 bis 20 t besitzenden Brammen, als ausreichend angesehen.
Mit zunehmendem Querschnitt der herzustellenden
Bramme wird jedoch die für das vollständige Erstarren der Stahlschmelze erforderliche Zeit immer grösser, so dass zwischen dem Vergiessen der Stahlschmelze und dem völligen Erstarren derselben im Bereiche der Achse der
Bramme viele Stunden, in der Regel 10 bis 20 oder gar 30 h, verstreichen und dann der Vorrat an Stahlschmelze im exothermen Einsatz oder in der Haube zu gering ist, um den in der Bramme entstehenden
Schwindungshohlraum vollständig auszufüllen.
Es wird also mit zunehmender Grösse der herzustellenden Bramme immer schwieriger, gesunde Brammen herzustellen, und es ist praktisch überhaupt unmöglich, in der angegebenen
Weise zu einwandfreien Brammen zu gelangen, wenn diese einen Durchmesser oder eine Seitenlänge des
Querschnittes von mehr als 125 cm und damit häufig ein Gewicht von mehr als 50 t besitzen.
In letzter Zeit wurde bei Herstellung von Brammen aus Stählen verschiedenster chemischer
Zusammensetzung, aus gegenüber hohen Temperaturen beständigen Legierungen und aus andern Metallen die
Bramme unter einer Schlackendecke aus Elektroden des erwünschten Metalls erschmolzen. Hiebei wurde bei der
Herstellung von Stahlbrammen die elektrische Leitfähigkeit schmelzflüssiger Schlacke ausgenutzt und zumindest eine in diese schmelzflüssige Schlacke tauchende Elektrode allmählich niedergeschmolzen, indem der für die Widerstandsheizung erforderliche elektrische Strom von einer Elektrode zu einer andern in die Schlacke eintauchenden Elektrode oder von den in die Schlacke eintauchenden Elektroden zur Kokille bzw. Form geleitet wurde, in welcher die Bramme durch Erstarren des von der Elektrode abtropfenden Stahles in Richtung von unten nach oben wächst.
Bei dieser Art des Herstellens von Stahlbrammen beträgt die insgesamt vorhandene Menge an Stahlschmelze nur einen kleinen Bruchteil des in Form von in die Schlacke eintauchenden Elektroden und in Form der zusehends wachsenden Bramme vorliegenden Stahles. Bei dieser Art des Herstellens von
Stahlbrammen können die beim Vergiessen von Stahlschmelzen häufig auftretenden grossen, in Richtung der Brammenachse verlaufenden Schwindungshohlräume zur Gänze vermieden werden. Bei dieser Art des elektrischen Erschmelzens von Brammen unter einer Schlackendecke wurden bisher einen Durchmesser von etwa
110 bis 120 cm besitzende Brammen hergestellt, und es wird bereits daran gegangen, in dieser Weise Brammen mit einem Durchmesser von mehr als 250 cm und dementsprechend grösseren Gewichtes zu erschmelzen.
Die für diese Art des Erschmelzens von grossen Brammen erforderlichen Einrichtungen, insbesondere Stromversorgungsquellen und Regeleinrichtungen für das Regeln der Erschmelzgeschwindigkeit, verursachen jedoch erhebliche Kosten und schränken die praktische Anwendbarkeit dieser Art der Herstellung von Brammen stark ein.
Es ist auch schon vorgeschlagen worden, ein feinkarbidisches Vormaterial aus ledeburitischen Werkzeugstählen, insbesondere Schnellarbeitsstählen, dadurch herzustellen, dass im Hohlraum eines Rohres aus dem gewünschten Stahl eine selbstverzehrende Elektrode aus einem dem Rohrwerkstoff entsprechenden Material umgeschmolzen wird, jedoch sind gemäss diesem bekannten Vorschlag die erforderlichen Elektroden gesondert zu vergiessen und im übrigen dann keine einwandfreien Brammen herstellbar, wenn beim Herstellen grosser Stahlbrammen ein starkwandiges Rohr durch Vergiessen einer Stahlschmelze hergestellt wird, da dann der Schwindungshohlraum in der Wandung des Rohres auftritt und beim Ausfüllen des Hohlraumes des Rohres durch Umschmelzen einer Stahlelektrode der Schwindungshohlraum im wesentlichen unbeeinflusst bleibt.
Mit der Erfindung wird nun bezweckt, ein Verfahren zur Herstellung grosser Stahlbrammen zu schaffen, deren Kern bei beliebig grossem Querschnitt der Stahlbramme einwandfreie Beschaffenheit besitzt. Dementsprechend ist ein Verfahren zur Herstellung grosser Stahlbrammen mit erhöhter Qualität im Kern, bei welchem durch Vergiessen einer Stahlschmelze eine Bramme der gewünschten Endabmessungen und mit einer Seitenlänge des Querschnittes von mehr als 125 cm hergestellt wird, in der so hergestellten Bramme durch Herausarbeiten eines die beim Erstarren und Kühlen der Bramme entstandenen Schwindungshohlräume und Poren aufweisenden Kernes eine sich über die ganze Länge der Bramme in axialer Richtung derselben erstreckende zentrische Höhlung hergestellt wird, wobei der verbleibende Randbereich der gelochten Bramme den grösseren Teil ihrer Querschnittsabmessung ausmacht,
in dieser Höhlung eine Stahlelektrode mit einer der Zusammensetzung der Bramme gleichen Zusammensetzung unter einer schmelzflüssigen Schlackendecke mittels
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eines in dieser Höhlung zwischen der Elektrode und der Bramme fliessenden elektrischen Stromes niedergeschmolzen wird und innerhalb der Höhlung das von der Elektrode abgeschmolzene Metall und das angrenzend umgeschmolzene Metall der Bramme zum Erstarren gebracht wird, gemäss der Erfindung dadurch gekennzeichnet, dass eine durch Herausarbeiten eines Kernes aus der Bramme, beispielsweise durch Herausstanzen oder durch Herausbohren des Kernes aus der Bramme, erhaltene Stahlelektrode verwendet wird.
Da im Rahmen des erfindungsgemässen Verfahrens eine durch Herausarbeiten eines Kernes aus der Bramme hergestellte Stahlelektrode verwendet wird, kann einerseits mit Sicherheit der Lunker aufweisende Kern der Stahlbramme beseitigt werden und gleichzeitig die für das erfindungsgemässe Verfahren erforderliche Elektrode ohne Materialverlust und ohne nennenswerten Arbeitsaufwand direkt erhalten werden. Die nach dem erfindungsgemässen Verfahren hergestellten Brammen sind auch bei grössten Abmessungen von einwandfreier Beschaffenheit und können ohne weiteres direkt geschmiedet werden.
Im Rahmen des erfindungsgemässen Verfahrens wird in üblicher Weise eine Stahlschmelze in eine mit einer Haube aus feuerfestem Material oder mit einem exothermen Einsatz versehene Kokille vergossen, worauf nach dem Erstarren der Stahlschmelze in der Bramme eine über die gesamte axiale Länge der Bramme reichende Höhlung hergestellt wird, deren Durchmesser in der Grössenordnung von 20 bis 35% des Aussendurchmessers bzw. der Kantenlänge des Querschnittes der Bramme liegt.
Der aus der Bramme herausgebohrte oder herausgestanzte Kern wird in der Regel durch Schmieden zu einem einen kleineren Durchmesser besitzenden Stab verarbeitet.
Die Wandungen des in der Bramme vorgesehenen Hohlraumes aber auch die Elektroden können durch Sandstrahlen oder mechanisches Nachbearbeiten von Oxyden befreit werden. Auch die Elektroden können durch Sandstrahlen und/oder mechanisches Bearbeiten gereinigt werden.
Die mit einer axialen Bohrung versehene Bramme wird in der Schmelzstation in der in der Zeichnung dargestellten Lage justiert ; die Zeichnung zeigt die Bramme mit teilweise ausgefüllter Bohrung. Das in einer Bramme --10-- vorgesehene und in axialer Richtung derselben über ihre gesamte Länge verlaufende Loch --11-- wird in einer vollen Bramme durch Herausbohren oder Herausstanzen eines Kernes hergestellt. Gemäss der Zeichnung ist der Brammenkopf der durch Giessen hergestellten vollen Bramme ebenfalls durchbohrt.
Der Brammenkopf, der in der Regel als verlorener Kopf zu betrachten ist, kann aber in der Praxis auch abgeschopft werden und durch einen regelmässiger als der verlorene Kopf gestalteten Kopf ersetzt werden, der gegen Ende des erfindungsgemässen Verfahrens einen Vorrat an schmelzflüssigem Metall bildet, der zum Ausfüllen eines ebenfalls entstehenden Schwindungshohlraumes dient. Die auf eine geeignete Arbeitstemperatur erhitzte gelochte Bramme --10-- wird auf einen vorgeheizten Startblock--12--aufgesetzt, worauf in die Bohrung der Bramme --10-- im schmelzflüssigen Zustand elektrisch leitende Schlacke--13--in Pulverform oder in Form einer Schmelze eingebracht wird. Im Anschluss daran wird die Elektrode--14--bis auf die Schlacke abgesenkt und der Strom eingeschaltet.
Die hiebei auf elektrischem Wege erhitzte schmelzflüssige Schlacke schmilzt die Elektrode im Bereich ihres Endes und die Bramme im benachbarten Bereich über eine "Penetrationstiefe"--17--nieder. In dem in der Zeichnung dargestellten Zustand ist durch die flüssige Schlacke--13--vom Ende der Elektrode (bei--15--) Metall abgeschmolzen worden, das in den unmittelbar unterhalb der Elektrode befindlichen und durch eine Schlackendecke bedeckten Sumpf--16-- flüssigen Stahls abtropfte, wobei gleichzeitig auch über die erwähnte Penetrationstiefe Stahl der Bramme
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durch Regelung der zugeführten elektrischen Leistung und durch Wahl der Vorwärmtemperatur der Bramme geregelt.
Der Durchmesser der am Umschmelzvorgang beteiligten Zone der Bramme beträgt in der Regel 1/3 bis 1/2 des Durchmessers des Querschnittes der Bramme, kann jedoch durch entsprechende Bemessung der zugeführten elektrischen Leistung und/oder durch Wahl der Vorwärmtemperatur der Bramme grösser oder kleiner gehalten werden. Schmelzflüssiges Material erstreckt sich in der Regel unterhalb des Endes der Elektrode - bis zu einer Entfernung, die gleich ist etwa der Hälfte des Durchmessers der am Umschmelzvorgang beteiligten Zone.
Die Wirtschaftlichkeit des erfindungsgemässen Verfahrens wird augenscheinlich wenn man bedenkt, dass die zum Umschmelzen eines Teiles der Bramme und die zum Niederschmelzen der Elektrode aufzuwendende Energie nur etwas mehr als 10% jener Energie beträgt, die zum elektrischen Erschmelzen einer Bramme gleich grossen Durchmessers erforderlich ist. Dies ist darauf zurückzuführen, dass im Rahmen des erfindungsgemässen Verfahrens am Umschmelzvorgang nur eine kleine Kernzone der Bramme beteiligt ist, deren Durchmesser etwa 1/3 des Durchmessers der Bramme beträgt.
Im Rahmen des erfindungsgemässen Verfahrens, welches eine Kombination der Herstellung von Brammen durch übliches Vergiessen von Stahlschmelzen in Kokillen mit der Herstellung von Brammen durch elektrisches Umschmelzen von Stahlelektroden unter einer Schlackendecke darstellt, können völlig lunkerfreie Brammen hergestellt werden, welche zudem auch frei sind von den in durch Vergiessen von Stahlschmelzen in Kokillen hergestellten Brammen üblichen Seigerungen. Mit dem erfindungsgemässen Verfahren ist es möglich, bei Herstellung ungewöhnlich grosser und schwerer Brammen das elektrische Niederschmelzen von Elektroden unter
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