DE1458811B1

DE1458811B1 - Verfahren zur Herstellung von kohlenstoffarmen Staehlen

Info

Publication number: DE1458811B1
Application number: DE1965B0080054
Authority: DE
Inventors: Sickbert Dipl-Ing Adolf; Grimm Dipl-Ing Robert
Original assignee: Fried Krupp Huettenwerke AG
Current assignee: Fried Krupp Huettenwerke AG
Priority date: 1965-01-09
Filing date: 1965-01-09
Publication date: 1970-11-12
Also published as: DE1458811C2

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von kohlenstoff armen Stählen, wobei die Stahlschmelze in einem beliebigen Frischgefäß wie SM- und Elektro-Öfen sowie Wind- und Sauerstoffkonvertern erschmolzen und einer Vakuumbehandlung zur Verringerung des am Ende der Schmelze vorliegenden Kohlenstoffgehaltes unterzogen wird.

Es ist in der Fachwelt grundsätzlich bekannt, daß die Vakuumbehandlung von Stahlschmelzen sowohl zur Entgasung als auch zur Entkohlung dienen kann. Die Entkohlung erfolgt über die Gasphase durch CO-Bildung, wobei angenommen wird, daß sie bis zur Einstellung eines Gleichgewichtes durch Störung des C · O-Produktes, z. B. durch Zuführen von Sauerstoff und/oder Erniedrigung des Vakuums, gehen kann.

Diese theoretischen Grundlagen sind beispielsweise beschrieben in »Stahl und Eisen«, 1956, S. 1721 bis 1723. Dort ist auf die bekannte Tatsache hingewiesen, daß die Reaktion Qj-O = CO druckabhängig ist, wobei nach dem Massenwirkungsgesetz das Produkt C · O dem Partialdruck des Kohlenmonoxyds in der Gasphase direkt proportional ist. Nach den bildlichen Darstellungen dieser theoretischen Verhältnisse auf der S. 1722 entsteht der Eindruck, daß eine Kohlenstoffentfernung bis auf praktisch Null allein durch Druckerniedrigung möglich sein müßte. Das hat sich jedoch in der Praxis der technischen Verfahren als nicht zutreffend erwiesen. Es ergeben sich vielmehr in der Praxis Grenzen für die Erniedrigung des Kohlenstoffgehaltes bei der Entkohlung mittels der neuzeitlich angewendeten Vakuumbehandlungsverfahren für Stähle, die in ohne Vakuum arbeitenden Frischgefäßen erschmolzen sind. Wenn in Veröffentlichungen über die Vakuumentkohlung, wie z. B. den französischen Patentschriften 1 238 058 und 1 240 385, angegeben ist, daß Stähle mit Kohlenstoffgehalten von unter 0,05% hergestellt werden können, so reicht aber die praktische Durchführbarkeit dieses Verfahrens nicht aus für Kohlenstoff gehalte, die wesentlich unter 0,02 % liegen. Insbesondere ist die Planmäßigkeit und Häufigkeit solcher niedrigen Kohlenstoffwerte nicht gesichert.

Diese Tatsachen ergeben sich auch aus der nachveröffentlichten Dissertation von Dipl.-Ing. Joachim Oberländer, »Die vakuummetallurgische Entkohlung von Stahlschmelzen«, Berlin, 1968.

Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zu entwickeln zur Herstellung von kohlenstoffarmen Stählen mit unter 0,0080%, vorzugsweise unter 0,0050%, Kohlenstoff, wobei die Stahlschmelze in einem beliebigen Frischgefäß wie SM- und Elektro-Öfen sowie Wind- oder Sauerstoffkonvertern, auf Kohlenstoffgehalte in der Größenordnung von 0,03 bis 0,12%, vorzugsweise 0,03 bis 0,06%, eingestellt wird.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß die an Sauerstoff angereicherte Stahlschmelze unmittelbar in die Abstichentgasungspfanne und danach aus der Abstichentgasungspfanne im Gießstrahl erneut vakuumbehandelt wird.

Unter Abstichentgasung wird dabei eine Gießstrahlentgasung verstanden, bei der Stahl unmittelbar aus dem Frischgefäß in das Vakuum einläuft.

Bei der erneuten Vakuumbehandlung werden zweckmäßig die Zuschläge in das Schmelzbad eingeführt. Es kann sich dabei um Desoxydations- oder Denitriermittel handeln, aber auch um die gegebenenfalls benötigten Legierungselemente, insbesondere das Silizium und/oder Aluminium, welches zur Herstellung von Dynamo- oder Transformatorenstählen benötigt wird.

Es empfiehlt sich, mit der Zugabe dieser Mittel so lange zu warten, bis die eintretende Nachentkohlung in der Zwischenbehandlung vollendet ist. Bei dieser Nachentkohlung wird zweckmäßig im Vakuumraum ein Sauerstoff-Teildruck von einigen Torr aufrechterhalten, durch laufende Zugabe von Sauerstoff oder diesen abspaltende, insbesondere gasförmige Mittel, wie CO₂.

Für die Erzeugung des Vakuums wird zweckmäßig eine Pumpenkombination benutzt, die aus einer Roots-Pumpe und Kolbenpumpen besteht. Eine solche Kombination ist in der Lage, den erforderlichen Unterdruck in kürzester Zeit durchzuführen.

Beispiel 1

Eine Charge wurde in der Qualität »5 Si 11 + al« in einem 50-t-Elektroofen erschmolzen. Gefordert war folgende Analyse:

C	Si	Mn	P	S	Cr	Ni	Cu	Al
0,0050% max.	2,80% 3,20%	0,15% 0,25%	0,025% max.	0,020% max.	0,15% max.	0,10% max.	0,15% max.	0,15% 0,25%

Dabei wurde die Charge in üblicher Weise im Elektroofen eingeschmolzen, auf 0,0280 % C gefrischt und anschließend in der Abstichentgasung vakuumbehandelt. Nach dieser Behandlung ergab sich ein C-Gehalt von 0,0070% im Stahl. Anschließend wurde die Pfanne auf ein Vakuumgefäß luftdicht aufgesetzt und die Schmelze zum zweiten Male entgast. Während der Entgasung wurden 1,600 kg Si-Metall und etwa 120 kg Aluminium zugegeben.

Nach der Entgasung ergab sich dann folgende Analyse:

C	Si	Mn	P	S	Cr	Ni	Cu	Al
0,0036%	3,06%	0,19%	0,010%	0,015%	0,02%	0,04%	0,05%	0,13%

Es wurden vier Blöcke von je 11,51 im Unterguß gegossen und verwalzt. Beim Walzen traten keinerlei Schwierigkeiten auf.

Nachgebrachtes Beispiel 2
Eine weitere Charge von rund 50 t der Qualität »Dynamo 50« mit der Soll-Analyse

C	Si	Mn	P und S	Cr	Ni	Cu
0,005 % max.	2,40- 2,80%	0,20- 0,30%	0,035% max.	0,10% max.	0,10% max.	0,15% max.

wurde im Elektroofen aus Kalteinsatz eingeschmolzen. Während der Einschmelz- und Frischperiode wurde mit üblicher Unterbrechung technischer Sauerstoff in gasförmigem Zustand eingeblasen. Der Kohlenstoffgehalt betrug in der Einlaufprobe 0,36% und in der Fertigprobe 0,025%. Die Schmelze wurde daraufhin in eine als Vakuumgefäß ausgebildete Abstichpfanne ao abgestochen. Nach dieser Behandlung ergab sich ein Kohlenstoffgehalt von 0,005% im Stahl. Anschließend wurde die Pfanne auf ein Gießstrahlentgasungsgefäß luftdicht aufgesetzt und die Schmelze zum zweiten Mal entgast. Während der Entgasung wurden 1,380 kg Siliziummetall zugegeben. Nach der Entgasung ergab sich dann folgende Analyse:

C	Si	Mn	P	S	Cr	Ni	Cu	Al
0,0040%	2,28%	0,09%	0,009%	0,020%	0,02%	0,02%	0,04%	0,003%

Der Stahl wurde im Oberguß zu 5-t-Blöcken vergössen.

Alle Analysenwerte sind in Gewichtsprozent angegeben.

Das neue Verfahren gestattet es, schon durch metallurgische Maßnahmen im Großverfahren Stähle mit überaus niedrigen Kohlenstoffgehalten herzustellen.

Die Wirksamkeit dieses Verfahrens dürfte darauf zurückzuführen sein, daß sich hier ein Einfluß der Gase der aktiven Oberfläche des Stahles und der Oberflächenspannung auf die Intensität der Entkohlung über die CO-Reaktion auswirkt. Bei der Abstich- und nachfolgenden Gießstrahlentgasung ist das flüssige Metall offenbar besonders reaktionsfreudig, weil ein Abhängen der Schmelze vor Beginn des Vakuumverfahrens ausgeschlossen ist.

Es ergeben sich aber auch Vorteile für die nachfolgende Weiterverarbeitung. So ist es z. B. möglich, die sonst notwendigen, oft tagelangen Glühungen, bei denen nachträglich in irgendwelchen Verarbeitungsstufen der Kohlenstoffgehalt herabgesetzt werden muß, wegzulassen oder mindestens einzuschränken. Das trifft insbesondere zu für die eingangs genannten Verwendungszwecke, bei denen es auf gute Verformbarkeit, insbesondere Tiefziehfähigkeit, oder auch elektrische oder magnetische Eigenschaften, z. B. geringe Wattverluste und magnetische Alterungsbeständigkeit, ankommt, insbesondere Transformatoren, Meßgeräte u. dgl., sowie für die Emaillierungs-, insbesondere Einschichtenemaillierungszwecke.

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Herstellung von kohlenstoffarmen Stählen mit unter 0,0080%, vorzugsweise unter 0,0050% Kohlenstoff, wobei die Stahlschmelze in einem beliebigen Frischgefäß wie Siemens-Martin- und Elektro-Öfen sowie Windoder Sauerstoffkonvertern, auf Kohlenstoffgehalte in der Größenordnung von 0,03 bis 0,12%, vorzugsweise 0,03 bis 0,06%, eingestellt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die an Sauerstoff angereicherte Stahlschmelze unmittelbar in die Abstichentgasungspfanne und danach aus der Abstichentgasungspfanne im Gießstrahl erneut vakuumbehandelt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß nach der Abstichentgasung vorzugsweise während der nachfolgenden Gießstrahlentgasung die metallischen Zuschläge, wie Desoxydations-, Denitrierungs- und Legierungsmittel, zugegeben werden.

3. Anwendung des Verfahrens nach Anspruch 1 oder 2 zur Herstellung von Dynamo- und Transformatorenstählen mit geringen Wattverlusten und magnetischer Alterungsbeständigkeit.

4. Anwendung des Verfahrens nach Anspruch 1 oder 2 zur Herstellung von Stählen für die Einschichtenemaillierung, insbesondere mit verbesserter Tiefziehfähigkeit.