DE1137457B

DE1137457B - Method and device for introducing alloy substances into molten steel or steel alloys

Info

Publication number: DE1137457B
Application number: DEG16041A
Authority: DE
Inventors: Dr-Ing Werner Coupette; Dipl-Ing Adolf Sickbert
Original assignee: Bochumer Verein fuer Gussstahlfabrikation AG
Current assignee: Bochumer Verein fuer Gussstahlfabrikation AG
Priority date: 1954-12-17
Filing date: 1954-12-17
Publication date: 1962-10-04

Description

Verfahren und Vorrichtung zum Einführen von Legierungsstoffen in geschmolzenen Stahl oder Stahllegierungen Es gibt in der Legierungstechnik eine Anzahl von Legierungsstoffen, deren Zulegierung zu einem Schmelzbad (vor allem, wenn sie in größeren Anteilen einem Schmelzbad zuzugeben sind) Schwierigkeiten bereiten, indem sie sich schlecht, z. B. ungleichmäßig, in der Schmelze verteilen bzw. mit Stoffen des Schmelzbades oder der dem Schmelzbad benachbarten Atmosphäre infolge hoher Affinität Verbindungen bilden, z. B. Oxyde bzw. Nitride. Die ungleichmäßige Verteilung des Legierungselementes bzw. die dabei in der Schmelze zurückbleibenden Verbindungen der Legierungselemente bewirken sodann eine Güteverschlechterung der Legierung, zumal wenn die Einschlüsse erhebliche Teilchengrößen besitzen und eine schädliche Verteilung und Anordnung im Gefüge der Grundlegierung besitzen. Typische Beispiele für das Legieren von Stahl sind Titan- und Aluminiumzusätze bzw. Vorlegierungen mit hohen Anteilen an solchen Elementen. Weiter gehören zu diesen Stoffen z. B. Bor, Niob, Tantal, Vanadin sowie Legierungen und Verbindungen aller vorher genannten Elemente. Der schädliche Einfluß der bei der Zugabe solcher Legierungsstoffe entstehenden Einschlüsse in Stahl oder Stahllegierungen ist mannigfaltig und kann z. B. in einer Beeinträchtigung der Warm- und Kaltverformbarkeit, der Oberflächenbeschaffenheit, der Korrosionsbeständigkeit, der Schweißbarkeit oder auch von Festigkeitseigenschaften, insbesondere der Zähigkeit, bestehen.Method and apparatus for introducing alloy substances into molten metal Steel or steel alloys There are a number of alloy materials in alloy technology, their addition to a weld pool (especially if they are in larger proportions to be added to a molten bath) cause difficulties in that they feel bad, z. B. unevenly, distribute in the melt or with substances of the melt pool or the atmosphere adjacent to the weld pool due to high affinity compounds form, e.g. B. oxides or nitrides. The uneven distribution of the alloying element or the compounds of the alloying elements remaining in the melt then cause a deterioration in the quality of the alloy, especially if the inclusions have substantial particle sizes and a deleterious distribution and arrangement in the structure of the base alloy. Typical examples of steel alloying are titanium and aluminum additives or master alloys with high proportions of such Elements. These substances also include: B. boron, niobium, tantalum, vanadium as well Alloys and compounds of all the aforementioned elements. The harmful influence the inclusions resulting from the addition of such alloys in steel or Steel alloys are diverse and can be, for. B. in an impairment of the warm and cold deformability, surface properties, corrosion resistance, weldability or strength properties, especially toughness, exist.

Ein sicheres und einfaches Verfahren zur Beseitigung bzw. Verhinderung solcher Fehlerquellen ist bisher nicht bekannt. Bei der Herstellung von Bleistahl war es bekannt, das Blei in Form kleiner Blöckchen oder Granalien dem Stahlbad zuzusetzen, welche auf die Oberfläche des geschmolzenen Eisen- oder Stahlbades aufgebracht wurden. Dabei stellte sich aber heraus, daß sich das Blei am Boden des Behälters absetzte, so daß nur ein sehr kleiner Anteil des zugesetzten Bleis in Dispersion verblieb. Es ist ebenfalls bei der Bleistahlhertellung bekannt, Blei in Form von metallichem Blei, einer Bleilegierung, einer Bleiverbindung oder deren Mischung in feinverteilter Form in einen Strahlsand einzuführen, der in eine Form gegossen wird, in der die gegossene Masse erstarrt. Dabei kann eine Vorrichtung zum Abziehen von Rauch und Gasen wie ein einfaches Vakuum oder eine stark wirkende Absaughaube, welche das obere Ende der Form nicht bedeckt, sondern nur eine Saugöffnung in der Nähe des oberen Endes der Form vorsieht, verwendet werden.A safe and easy way to eliminate or prevent it such sources of error are not yet known. In the manufacture of lead steel it was known to add the lead in the form of small blocks or granules to the steel bath, which were applied to the surface of the molten iron or steel bath. But it turned out that the lead settled on the bottom of the container, so that only a very small proportion of the lead added remained in dispersion. It is also known in the production of lead steel, lead in the form of metallic Lead, a lead alloy, a lead compound or a mixture of these in finely divided form To introduce the mold into a blasting sand that is poured into a mold in which the poured mass solidifies. A device for extracting smoke and Gases like a simple vacuum or a powerful suction hood, which upper end of the mold is not covered, just a suction opening near the the upper end of the mold.

Nach einem bekannten Vorschlag soll bei dem Einlaufenlassen von schmelzflüssigen Materialien wie Metalle, Glas, Schlacke oder anderes Material als feiner Strahl oder in feinen Strahlen oder als feiner Regen in eine Vakuumkammer, in der ein völliges oder partielles Vakuum unterhalten wird, eine Verbesserung des geschmolzenen und zu entgasenden Materials dadurch erzielt werden, daß man ein Gas oder mehrere Gase in den Entgaser einführt.According to a known proposal, when the molten liquid is poured in Materials such as metals, glass, slag or other material as a fine jet or in fine rays or as fine rain in a vacuum chamber in which a complete or partial vacuum is maintained, an improvement in the melted and material to be degassed can be achieved by one or more gases into the degasser.

Erfindungsgemäß wird beim Einbringen von Legierungsstoffen, die beim Legieren Schwierigkeiten bereiten, in geschmolzenen Stahl oder Stahllegierungen unter gleichzeitiger Entgasung in einem geschlossenen Unterdruckraum so verfahren, daß die Legierungsstoffe dem in Tröpfchen vorn 10 bis 10-3 mm Durchmesser aufgeteilten Gießstrahl während des Falles innerhalb des Vakuumraumes zugegeben werden. Es ist auch möglich, den Legierungsstoff in geschmolzenem Zustand in den Gießstrahl einzubringen.According to the invention when introducing alloy substances that are used in Alloying is difficult in molten steel or steel alloys proceed with simultaneous degassing in a closed negative pressure room, that the alloy substances are divided into droplets from 10 to 10-3 mm in diameter Pouring stream can be added during the fall within the vacuum space. It is it is also possible to introduce the alloy substance into the pouring stream in a molten state.

Das Verfahren kann beispielsweise in einer Vorrichtung durchgeführt werden, wie sie aus der Zeichnung ersichtlich ist. Sie besteht hier aus einem verschließbaren Gefäß 1 von solchem Fassungsraum, d. h. solcher Höhe und Weite, daß es etwa eine übliche Gießpfanne 2 oder eine entsprechend große Gießform (Kokille) aufnehmen kann. Der Verschluß erfolgt mittels des Deckels 3. Die Dichtung 4 des Behälters 1 ist so angeordnet, daß sie von der Wärmestrahlung des flüssigen Strahls nicht beeinträchtigt wird. Zweckmäßig erhält der Deckel noch einen Strahlungsschutz z. B. aus Blech, Asbest od. dgl. Weiterhin ist eine Saugleitung 5; die zu den Vakuumpumpen führt, vorgesehen. Auf den Deckel 3 ist ein pfannenartiges Gefäß 9 mit seinem regelbaren Auslauf 10, vakuumdicht durch die Dichtung 11, aufgesetzt. Durch die im Deckel 3 befindliche Öffnung 12 wird der Stahl aus der Pfanne 9 in den Unterdruckraum 1 eingeschleust: Mindestens ein Beobachtungsfenster 13 dient dazu, die Unterdruckbehandlung zu überwachen. Erfindungsgemäß ist in der Wand des Unterdruckbehälters 1 (oder im Deckel 3) eine Beschickungseinrichtung vorgesehen. Sie ist so eingerichtet, daß über die Zuführungsleitung 8, in der ein Absperrorgan 14 vorgesehen ist, -Gas aus dem angeschlossenen Gasbehälter 15 in den Unterdruckraum 1 eingeführt werden kann. Die Gasleitung 8 kann außerdem mit einer Zuführungsvorrichtung 16 für fein zerteilten Legierungsstoff, z. B. mit einer abgedichteten Transportschnecke 17, verbunden sein, so daß das Gas den Transport dieses Stoffes bewirken kann. Das Zuführungsrohr 8 endet mit dem freien Ende im Bereich über dem Behälter 2. Es ist vorzugsweise mit einem Rüssel 18 versehen, welcher es ermöglicht, den Legierungsstoff unmittelbar in den Gießstrahl unterhalb der Öffnung 12 einzuführen.The method can be carried out, for example, in a device as can be seen from the drawing. It consists here of a closable vessel 1 of such a capacity, ie such a height and width that it can accommodate a conventional pouring ladle 2 or a correspondingly large casting mold (chill mold). The closure takes place by means of the lid 3. The seal 4 of the container 1 is arranged in such a way that it is not impaired by the thermal radiation of the liquid jet. Appropriately, the cover also receives a radiation protection z. B. od sheet metal, asbestos. Like. Furthermore, a suction line 5 ; which leads to the vacuum pumps. A pan-like vessel 9 with its adjustable outlet 10, vacuum-tight through the seal 11, is placed on the cover 3. The steel is channeled from the ladle 9 into the vacuum chamber 1 through the opening 12 in the lid 3: At least one observation window 13 is used to monitor the vacuum treatment. According to the invention, a charging device is provided in the wall of the vacuum container 1 (or in the cover 3). It is set up in such a way that gas can be introduced into the vacuum chamber 1 from the connected gas container 15 via the supply line 8 in which a shut-off device 14 is provided. The gas line 8 can also be provided with a feed device 16 for finely divided alloy material, e.g. B. be connected to a sealed screw conveyor 17, so that the gas can bring about the transport of this substance. The free end of the feed pipe 8 ends in the area above the container 2. It is preferably provided with a nozzle 18 which enables the alloy substance to be introduced directly into the pouring stream below the opening 12.

Eine solche Vorrichtung wird wie folgt betrieben: Zur Behandlung einer zunächst im Behälter 9 befindlichen oder während des Verfahrens dorthin nachgefüllten Schmelze wird im Unterdruckraum 1 ein Unterdruck erzeugt mit Hilfe der an die Unterdruckleitung 5 angeschlossenen (nicht dargestellten) Pumpen. Nach dem Öffnen des Stopfens im Behälter 9 ergießt sich die Schmelze durch die Öffnung 12 in den Unterdruckraum 1.Such a device is operated as follows: To treat a melt initially located in the container 9 or replenished there during the process, a negative pressure is generated in the negative pressure chamber 1 with the aid of the pumps (not shown) connected to the negative pressure line 5. After opening the stopper in the container 9, the melt pours through the opening 12 into the negative pressure space 1.

Soll nun ein empfindlicher -Legierungsstoff in den Gießstrahl eingebracht werden, so wird aus dem Gasbehälter 15 ein inertes Gas, z. B. Argon, in den Unterdruckraum 1 eingelassen, wobei das Absperrorgan in der Saugleitung 5 geschlossen werden kann, und dabei der Legierungsstoff mittels der Vorrichtung 16 in das Gas eingebracht und mit diesem durch das Rohr 8 an den Gießstrahl herangebracht.If a sensitive alloy material is to be introduced into the pouring stream, an inert gas, e.g. B. argon, let into the vacuum chamber 1, wherein the shut-off device in the suction line 5 can be closed, and the alloy material is introduced into the gas by means of the device 16 and brought with this through the pipe 8 to the pouring stream.

Die Aufteilung des StrahlesAn feine Tröpfchen, deren Durchmesser zwischen etwa 10 und 10-3 mm liegt, wird dadurch. erreicht, daß beim Einfließenlassen des Stahles in. den Unterdruck hinein mehrere Faktoren in eine bestimmte Beziehung zueinander gesetzt werden. Dabei wird die Einfließöffnung (die Pfannendüse) mit einer Weite gewählt, die zwischen etwa 25 und 70 mm Durchmesser liegt. Der zugehörige Unterdruck wird im Bereich von 30 bis 0,1 Torr gewählt. Bei Stahlsorten, die üblicherweise einen besonders hohen Gasgehalt besitzen, wie urberuhigter oder schwachberuhigter Stahl, wird man die Tonwerte im oberen Teil des angegebenen Bereiches wählen, während bei beruhigten Stahlsorten mit kleinen Torrzahlen gearbeitet werden sollte. Der gasreichere Stahl sollte aus weiteren Düsen, der gasarme Stahl jedoch aus engeren Düsen vergossen werden. Weiterhin wird zweckmäßig die Stahlsäule über der Einflußöffnung (der Pfannenndüse) mindestens 300 mm hoch gewählt. Diese Faktoren ergeben bei richtiger Auswahl eine Aufteilung des in den Unterdruck einfallenden Stahles in Tröpfchen der Größenordnung 10 bis 10-3 mm. Die richtige Auswahl der Faktoren kann auf die Weise kontrolliert werden, daß der Einfließvorgang mit hoher Bildfolge (z. B. 7000 Aufnahmen je Sekunde) photographiert wird, so daß auf den Filmbildern die Tröpfchengröße ausgemessen werden kann.The division of the jet to fine droplets, the diameter of which is between is about 10 and 10-3 mm. achieved that when the Steel in. The negative pressure in several factors in a certain relationship to each other be set. The inlet opening (the pan nozzle) has a width selected, which is between about 25 and 70 mm in diameter. The associated negative pressure is chosen in the range of 30 to 0.1 Torr. For steel grades that are usually have a particularly high gas content, such as calmed or slightly calmed Steel, one will choose the tonal values while in the upper part of the specified range low Torr numbers should be used for calmed steel grades. Of the More gas-rich steel should come from further nozzles, but the low-gas steel from narrower ones Nozzles are potted. Furthermore, the steel column above the inlet opening is expedient (of the pan nozzle) at least 300 mm high. These factors result in correct Selection of a division of the steel falling into the negative pressure into droplets of the order of 10 to 10-3 mm. Proper selection of factors can affect that It can be checked in a manner that the inflow process with a high sequence of images (e.g. 7000 Shots per second) is photographed, so that the droplet size on the film images can be measured.

Durch die Zuführung von inerten Gasen wird gleichzeitig der Partialdruck von unerwünschten Gasen, welche mit dem Legierungsstoff eingebracht werden, herabgesetzt und damit für die schnelle Abführung dieser Gase gesorgt. Statt des inerten Gases kann unter Umständen auch ein anderes Gas verwendet werden, welches die Partialdrücke der für die Schmelze schädlichen Gase verringert.The supply of inert gases simultaneously increases the partial pressure of undesirable gases which are introduced with the alloy material, reduced and thus ensured the rapid removal of these gases. Instead of the inert gas it is possible under certain circumstances to use a different gas that will reduce the partial pressures which reduces gases harmful to the melt.

Auf diese Weise gelingt es in bisher unerreichtem Maße, schwierige Legierungselemente, z. B. Titan, auch in größeren Mengen mit gerinsten Verlusten und guter Verteilung in Stahl oder Stahllegierung einzubringen und dabei Erzeugnisse mit neuartigen Eigenschaften, insbesondere Reinheitsgrad, zu erzielen.In this way it is possible to make difficult ones to an unprecedented degree Alloying elements, e.g. B. titanium, even in larger quantities with minimal losses and good distribution in steel or steel alloy and thereby products with novel properties, in particular the degree of purity.

Claims

PATENT CLAIMS 1. Process for the introduction of alloy materials, which cause difficulties in alloying, in molten steel or steel alloys with simultaneous degassing in a closed negative pressure space, characterized in that, that the alloy substances are divided into droplets of 10 to 10-3 mm in diameter Pouring stream can be added during the fall within the vacuum space.

2. Procedure according to claim 1, characterized in that molten alloy materials are used will.

3. The method according to claim 1, characterized in that inert carrier gases be used.

4. The method according to claim 1, characterized in that gases be used, which the partial pressures of the gases harmful to the melt to decrease.

5. Device for performing the method according to one of the claims 1 to 4, characterized by at least one, the wall or the cover of one Negative pressure chamber through feed for alloy materials, which are so arranged is that the alloy material is introduced into the pouring stream.

6. Device according to Claim 5, characterized by an additional gas supply line in the container wall or in the lid. Considered publications: German Patent Specifications No. 22170, 872 497; Austrian Patent No. 168 831; Swiss patent specification No. 118 263; French Patent Nos. 796 451, 1059 819; U.S. Patent No. 2,253,421; F. Leitner and E. Plöckinger: "The stainless steel production", Vienna, 1950, P. 266.