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.
Method of treating steel. and iron melts with light metals Carbon-containing steel melts are usually subjected to a deoxidation treatment using ferro-manganese and, for example, a deoxidation treatment to reduce their oxygen content, which is primarily bound as iron oxide.
B. Ferrosilicon subjected, the achieved degree of deoxidation both on the amount of added deoxidizer and on the time. and the intensity of its effect on the steel melt is determined. The remainder of the oxygen or the iron oxide is often further treated with aluminum for the purpose of calming the melt before casting, and the aluminum has so far been added mainly in the form of ingots or bars; For special cases, aluminum granulated by quenching in water has also been used.
Although aluminum, due to its high affinity for oxygen, reacts quickly with these oxides when it comes into contact with heavy metals, the previous treatment often resulted in end products which, when tested, revealed defects, e.g. B. marginal bubbles found, which are caused by excessive residual oxygen content in the melt.
The invention is based on the knowledge that the insufficient effectiveness of the aluminum additive is due to the poor distribution of the additive in the melt and that this poor distribution is explained by the large difference in weight between the iron and the light metal.
This difference in weight gives each larger aluminum body such a buoyancy that it repeatedly reaches the bath surface in a short time, i.e. does not have sufficient time for a complete reaction process within the melt; On the surface, the aluminum body can only come into contact with the parts of the melt that come into direct contact with it and, moreover, lead to the enrichment of the slag with alumina and its stiffening. The shortcomings of insufficient distribution of the aluminum are particularly evident in the case of higher additives, such as those used for.
B. used for melting aging and alkali-resistant steels. Particularly disadvantageous is the formation of aluminum streaks with the associated material defects.
The formation of streaks occurs when a steel melt transfers the aluminum bodies introduced into the liquid phase, but does not dissolve the formed aluminum melt within the exposure time and is able to distribute it evenly over the entire melt. What all these undesirable phenomena have in common is that they appear all the more strongly the greater the mass of the individually introduced aluminum body.
The invention relates to a method for treating steel and iron melts by adding light metals, characterized in that the additional metal consists of at least one third of particles with a mean grain diameter of at most 0.5 mm.
The laws according to which lighter substances rise in a heavier liquid correspond exactly to those which apply to the fall of heavier bodies in lighter gases or liquids. The steady-state speed when ascending increases with the increase in the specific weight as well as with the increase in the ratio
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(Surface: volume). By choosing a sufficiently small particle size, you can achieve speeds at which the particles from the bottom of the bath to the surface need a time that is several times the treatment time.
If the additional metal is distributed evenly enough in the bath, such a distribution is maintained even for a time sufficient for the desired reaction to take place, without the lighter metal prematurely and thus unused to the. Surface of the bath. For this reason, at least one third of the particles of the additional metal must not exceed the size of 0.5 mm mean core diameter.
A particularly even distribution is achieved according to one embodiment of the invention in that the light metal in the intended particle size in packets with a cover made of paper, cardboard, sheet metal or metal foil, preferably aluminum foil, is filled and the packets z. B .. in the pouring stream, already in the furnace channel or only when it falls into the pouring ladle, so that they are carried away by the pouring stream into the depth of the melt.
Since such a package consists of a multitude of tiny bodies, the thin spaces between which are air. .contained, it has the properties of a very poor heat conductor or insulator when heated. In the case of spontaneous heating at the moment of the addition, this has the effect that the package contents for the most part still reach deep into the melt in the form of solid bodies and are only then absorbed by it. While with a larger, compact aluminum body (ingot), experience has shown that due to its high thermal conductivity, the surrounding steel melt according to its temperature level and the mass or
The cooling effect of the aluminum body as a more or less thick envelope can temporarily become viscous or rigid and thereby delay or prevent the dissolving and distribution of the enclosed, meanwhile melted aluminum in the iron, it comes with a large number of tiny mass particles, isolate the Luftschichtumhüllimg due to the discontinuation of the heat dissipation not at all. only for lo cal formation of a shell made of viscous molten steel.
Rather, as a result of the high surface tension of the small particles, the rapid penetration of the molten steel into the air-filled space between the corpuscles takes place spontaneously, so that these mostly only dissolve when they are already enveloped by particles of the molten steel are distributed with it. Instead of adding it in this way, the additional metal - whether intermittently or continuously - also directly to the pouring stream, advantageously by means of a metering device, for. B. be added by blowing gas.
The process can also be used for steel production in the converter by blowing in the additional metal using a gas that is as free of oxygen as possible.
Since the additional metal atü reason of its fine grain and thus. high surface activity initiates reactions spontaneously and ends very quickly, the process can also be used with advantage from the largest to the smallest enamel volumes.
When added to the pouring ladle, the light metal can only be added towards the end of the ladle filling; H. after the previous (e.g. silicon) conversion has largely passed. On the other hand, the process enables the smallest casting units or even the relatively small melt sump to be treated effectively during continuous casting.
If the additional metal is introduced in the manner described or otherwise into the lower part of the ladle or the other container containing the melt (such as converter, mold, mold) or z. B. when pouring, advantageous with increasing pouring, a particularly good distribution can be achieved because part of the additive metal has a very small particle size and therefore remains close to the bottom, while other parts with regard to their particle size are larger than one Extend a larger area so that they rise at different speeds in the bath. As a result, all parts of the bath are covered by the rising additive and this can react anywhere with the iron oxide.
The particle size should extend over a correspondingly larger range, for example between 0 and 3 mm.
The even distribution of the additive metal initially leads to the fact that the iron oxide present is practically completely reduced and thus the mentioned material defects can no longer occur with sufficient addition. In addition, due to its fine distribution, the proportion of the additional metal that is not bound to oxygen largely binds the nitrogen dissolved in the molten steel and thus increases the aging resistance of the steel at the same time.
The also very finely distributed light metal oxides formed from the fine-grain additional metal in the deoxidation reactions also have the property of acting as crystallization nuclei both in the formation of the primary grain and - in the case of further processing - in the course of the secondary recrystallization thus ensure the uniform structure that is striven for for the strength and other technological properties.
The invention can be used with advantage when a rapid dissolution, implementation and / or uniform distribution of the additives is sought, be it for the purpose of enrichment, reduction or conversion of constituents of the melt (e.g. formation of alloys, deoxidation, denitration) or also for the purpose of nucleation. The additional metal can be supplied either alone or together with other metallic or non-metallic additives.