Verfahren zur Behandlung von Stahl. und Eisenschmelzen mit Leichtmetallen Kohlenstoffhaltige Stahlschmelzen wer den zur Verminderung ihres, vornehmlich als Eisenoxydul gebundenen, Sauerstoffgehaltes üblicherweise einer Desoxydations-Behand- lung mittels Ferromangan und z.
B. Ferro- silizium unterzogen, wobei der erreichte Desoxydationsgrad sowohl von der Menge des zugesetzten Desoxydationsmittels als auch von der Zeit. und Intensität seiner Ein wirkung auf die Stahlschmelze bestimmt wird. Der verbleibende Rest des Sauerstoffes bzw. des Eisenoxyduls wird vielfach zwecks Beruhigung der Schmelze vor dem Giessen mit Aluminium weiterbehandelt, und zwar erfolgt der Zusatz des Aluminiums bisher vornehmlich in Form von Masseln oder Stangen; für besondere Fälle ist auch durch Abschrecken in Wasser granuliertes Alumi nium verwendet worden.
Obwohl Aluminium auf Grund seiner hohen Affinität zum Sauer stoff sich bei Kontakt mit Schwermetall oxyden schnell mit diesen umsetzt, ergaben sich bei der bisherigen Behandlung vielfach Enderzeugnisse, bei deren Prüfung man Mängel, z. B. Randblasen, feststellte, die durch einen zu hohen Rest-Sauerstoffgehalt der Schmelze entstehen.
Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, dass die ungenügende Wirksamkeit des Alu miniumzusatzes auf die mangelhafte Ver teilung des Zusatzes in der Schmelze zurück- zuführen ist und sich diese mangelhafte Ver teilung aus dem grossen Unterschied in der Wichte zwischen dem Eisen und dem Leicht metall erklärt.
Dieser Gewichtsunterschied erteilt jedem grösseren Aluminiumkörper einen solchen Auftrieb, dass er in kurzer Zeit immer wieder an die Badoberfläche gelangt, also keine hinreichende Zeit für einen voll ständigen Reaktionsablauf innerhalb der Schmelze hat; an der Oberfläche kann der Aluminiumkörper nur mit den unmittelbar mit dieser in Berührung kommenden Teilen der Schmelze zur Einwirkung gelangen und überdies zur Anreicherung der Schlacke mit Tonerde und zu deren Versteifung führen. Die Mängel einer ungenügenden Verteilung des Aluminiums treten besonders stark in Erscheinung bei höheren Zusätzen, wie man sie z.
B. zur Erschmelzung alterungs- und laugebeständiger Stähle verwendet. Beson ders nachteilig ist unter anderem die Bildung von Aluminiumschlieren mit den damit ver bundenen Materialfehlern.
Die Schlierenbildung entsteht, wenn eine Stahlschmelze die eingeführten Aluminium- körper zwar in die flüssige Phase überführt, jedoch die gebildete Aluminium-Schmelze innerhalb der Einwirkungszeit nicht aufzu lösen und über die ganze Schmelze gleich mässig zu verteilen imstande ist. Allen diesen unerwünschten Erscheinungen ist gemein- sam, dass sie um so stärker auftreten, je grösser die Masse des einzelnen eingebrachten Aluminiumkörpers ist.
Gegenstand der Erfindung ist ein Ver fahren zur Behandlung von Stahl- und Eisen schmelzen durch Zuführen von Leichtmetal len, dadurch gekennzeichnet, dass das Zusatz metall mindestens zu einem Drittel aus Teil chen von höchstens 0,5 mm mittlerem Korn durchmesser besteht.
Die Gesetze, nach .denen leichtere Stoffe in einer schwereren Flüssigkeit aufsteigen, entsprechen ganz denjenigen, die für das Fallen schwererer Körper in leichteren Gasen oder Flüssigkeiten gelten. Die stationäre Geschwindigkeit beim Aufsteigen nimmt gleicherweise mit der Zunahme des spezifi schen Gewichtes als auch mit der Zunahme des Verhältnisses
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(Oberfläche : Volumen) ab. Durch Wahl genügend geringer Teilchen grösse kann man also Geschwindigkeiten er zielen, bei denen die Teilchen von dem Boden des Bades bis zur Oberfläche eine Zeit ge brauchen, die ein Mehrfaches der Behand lungszeit ist.
Wird das Zusatzmetall genü gend gleichmässig im Bade verteilt, so bleibt eine solche Verteilung auch während einer für den Ablauf der gewünschten Reaktion aus reichenden Zeit erhalten, ohne dass das leich tere Metall vorzeitig und damit ungenützt an die. Oberfläche des Bades gelangt. Darum darf wenigstens ein Drittel der Teilchen des Zusatzmetalls die Grösse von 0,5 mm mittlerer Kerndurchmesser nicht überschrei ten.
Eine besonders gleichmässige Verteilung wird gemäss einer Ausführungsform der Er findung dadurch erreicht, dass das Leicht metall in der vorgesehenen Teilchengrösse in Pakete mit einer Hülle aus Papier, Pappe, Metallblech bzw. Metallfolie, vorzugsweise Aluminiumfolie, gefüllt und die Pakete z. B.. in den Giessstrahl, bereits in der Ofenrinne oder erst beim Einfallen in die Giesspfanne, gegeben werden, so dass sie vom Giessstrahl in die Tiefe der Schmelze mitgerissen werden.
Da ein solches Paket aus einer Vielzahl kleinster Körperchen besteht, deren dünne Zwischenräume Luft. .enthalten, hat es bei Erwärmung die Eigenschaften eines sehr schlechten Wärmeleiters oder Isolators. Dies hat bei der spontanen Erhitzung im Augen blick des Zusatzes die Auswirkung, dass der Paketinhalt zum grossen Teil noch in Form fester Körperchen bis tief in die Schmelze gelangt und dann erst von dieser aufgenom men wird. Während bei einem grösseren kom pakten Aluminiumkörper (Massel) auf Grund seiner hohen Wärmeleitfähigkeit erfahrungs gemäss die ihn umgebende Stahlschmelze ent sprechend ihrer Temperaturhöhe sowie der Masse bzw.
Kühlwirkung des Aluminium körpers als eine mehr oder weniger dicke Um hüllung zeitweise zähflüssig werden bzw. er starren kann und dadurch das Lösen und Verteilen des eingeschlossenen, inzwischen geschmolzenen Aluminiums im Eisen ver zögert bzw. verhindert, kommt es bei einer Vielzahl kleinster Masseteilchen mit, isolieren der Luftschichtumhüllimg infolge Fortfalls der Wärmeableitiuig gar nicht. erst zur lo kalen Ausbildung einer Hülle aus zähflüssiger Stahlschmelze.
Vielmehr findet durch das schnelle Eindringen der Stahlschmelze in den bis dahin lufterfüllten Raum zwischen den Körperchen infolge der hohen Oberflächen spannung der kleinen Teilchen ein spontanes Auseinandertreiben derselben statt, so dass diese grösstenteils erst in Lösung übergehen, wenn sie bereits von Teilchen der Stahl schmelze umhüllt und damit verteilt sind. Statt es in dieser Weise zuzugeben, kann das Zusatzmetall - ob stossweise oder kon tinuierlich - auch direkt dem Giessstrahl, vorteilhaft mittels Dosiereinrichtung, z. B. durch Einblasen mit Gas, beigegeben werden.
Das Verfahren ist auch bei der Stahlherstel lung im Konverter anwendbar, indem das Zusatzmetall mittels eines möglichst sauer stofffreien Gases eingeblasen wird.
Da das Zusatzmetall atü Grund seiner Feinkörnigkeit und somit. hohen Oberflächen aktivität die Reaktionen spontan einleitet und sehr schnell beendet, ist das Verfahren zudem von den grössten bis zu den kleinsten Schmelzvolumina mit Vorteil anwendbar.
Bei Zusatz in die Giesspfanne kann das Leichtmetall auch erst gegen Ende der Pfan- nenfüllung, d. h. nach weitgehendem Ablauf der vorausgegangenen (z. B. Silizium-) Um setzung, zugegeben werden. Anderseits ge stattet das Verfahren kleinste Giesseinheiten oder auch beim kontinuierlichen Giessen den verhältnismässig kleinen Schmelzsumpf wirksam zu behandeln.
Erfolgt die Einführung des Zusatzmetalls in beschriebener oder anderer Weise in den untern Teil der Pfanne oder des sonstigen die Schmelze enthaltenden Behälters (wie Konverter, Kokille, Form) oder z. B. beim Giessen, vorteilhaft bei steigendem Guss, so lässt sich eine besonders gute Verteilung da durch erreichen, dass ein Teil des Zusatz metalls eine sehr geringe Teilchengrösse er hält und daher in Bodennähe verbleibt, wäh rend andere Teile bezüglich ihrer Teilchen grösse sich über einen grösseren Bereich er strecken, so dass sie verschieden schnell im Bade aufsteigen. Dadurch werden alle Teile des Bades von dem aufsteigenden Zusatz mittel erfasst und dieses kann überall mit dem Eisenoxydul zur Reaktion gelangen.
Hierbei soll sich die Teilchengrösse über einen ent sprechend grösseren Bereich erstrecken, bei spielsweise zwischen 0 und 3 mm.
Die gleichmässige Verteilung des Zusatz metalls führt zunächst dazu, dass das vor handene Eisenoxydul praktisch völlig redu ziert wird und somit die erwähnten Material fehler bei ausreichender Zugabe nicht mehr auftreten können. Darüber hinaus bindet der nicht an Sauerstoff gebundene Mengenanteil des Zusatzmetalls auf Grund seiner feinen Verteilung weitgehend den in der Stahl schmelze gelösten Stickstoff und erhöht damit gleichermassen die Alterungsbeständigkeit des Stahls.
Die bei den Desoxydations-Um- setzungen aus dem feinkörnigen Zusatzmetall gebildeten ebenfalls sehr fein verteilten Leichtmetalloxyde haben zudem die Eigen schaft, sowohl bei der Ausbildung des Primärkorns als auch - im Falle einer Weiter verarbeitung - beim Ablauf der Sekundär- Rekristallisation als Kristallisationskeime zu wirken und sichern somit den für\ die Festig- keits- und sonstigen technologischen Eigen schaften angestrebten gleichmässigen Gefüge aufbau.
Die Erfindung ist mit Vorteil anwendbar, wenn eine schnelle Auflösung, Umsetzung und/oder gleichmässige Verteilung der Zu satzmittel angestrebt wird, sei es zwecks An reicherung, Verringerung oder Umwandlung von Bestandteilen der Schmelze (z. B. Legie rungsbildung, Desoxydation, Denitrierung) oder auch zwecks Keimbildung. Hierbei kann das Zusatzmetall sowohl allein als auch mit andern metallenen oder nichtmetallenen Zusatzmitteln zusammen zugeführt werden.