DE1508146B2

DE1508146B2 - Process for the production of a blister-free and void-free steel block, in which a steel, preferably in a vacuum, is cast

Info

Publication number: DE1508146B2
Application number: DE19661508146
Authority: DE
Inventors: Karl Dr.rer.nat.; Diener Arnulf Dr.rer.nat.; 4600 Dortmund Rüttiger
Original assignee: Hoesch Werke AG
Current assignee: Hoesch Werke AG
Priority date: 1966-04-27
Filing date: 1966-04-27
Publication date: 1976-01-15
Also published as: DE1508146A1; US3521695A; GB1174163A

Description

Es ist bekannt, Stahlblöcke oder Brammen beruhigt, unberuhigt oder auch halbberuhigt zu vergießen, wobei ein unberuhigtes bzw. halbberuhigtes Erstarren wegen der Verringerung des Schwindungslunkers im allgemeinen vorgezogen wird. Der Wegfall des Schwindungslunkers verringert in starkem Maße den Kopfschrott und führt damit zu einer nicht unbeträchtlichen Erhöhung des Ausbringens gegenüber beruhigt erstarrtem Stahl.It is known to shed steel blocks or slabs in a calm, unkilled or semi-calmed manner, whereby an unsettled or semi-settled solidification due to the reduction in the shrinkage cavities in general is preferred. The elimination of the shrinkage cavities greatly reduces the head scrap and thus leads to a not inconsiderable increase in the output compared to calm solidified steel.

Bei unberuhigtem Erstarren macht sich jedoch die Blockseigerung insoweit unangenehm bemerkbar, als die Legierungselemente des Stahls ungleichmäßig über den Blockquerschnitt verteilt sind. Diesen Nachteil weisen halbberuhigt erstarrte Blöcke nicht auf; bei ihnen ist die Verteilung der Eisenbegleiter und Legierungselemente bei verhältnismäßig geringem Schwindungslunker und wenig Kopfschrott über den Blockquerschnitt homogen. Dafür haben halbberuhigt erstarrte Blöcke jedoch einen anderen Mangel, der darin besteht, daß ein Teil des sich während des Erstarrens bildenden Kohlenmonoxyds in Form von kleinen Blasen in der erstarrten Randschicht des Blocks verbleibt. Derartige Randblasen stellen einen sehr unangenehmen Fehler dar, der sich insbesondere bei der Weiterverarbeitung der Blöcke sehr nachteilig auswirkt. Dabei ist der Randblasenbefall häufig so stark, daß ein erheblicher Teil der Randschicht durch Flämmen oder dergleichen Maßnahmen entfernt werden muß.In the case of unsettled solidification, however, the block segregation is unpleasantly noticeable in that the alloying elements of the steel are unevenly distributed over the block cross-section. This disadvantage do not show solidified blocks; with them is the distribution of iron companions and Alloy elements with relatively low shrinkage cavities and little head scrap over the Block cross-section homogeneous. On the other hand, blocks that have frozen in a semi-calm state have another defect, the consists in the fact that part of the carbon monoxide formed during the solidification in the form of small bubbles remain in the solidified surface layer of the block. Such marginal blisters pose a great deal unpleasant error, which has a very disadvantageous effect, especially when processing the blocks. The edge blister infestation is often so strong that a considerable part of the edge layer is caused by scarfing or such measures must be removed.

Es ist bekannt, daß das beim Erstarren entstehende Kohlenmonoxyd je nach Menge zum unberuhigten oder halbberuhigten Erstarren führt. Inwieweit der Erstarrungsvorgang im Einzelfall unberuhigt oder halbberuhigt ist, ergibt sich daraus, wie stark der Stahl bei gegebener Temperatur von seinem Kohlenstoff-Sauerstoff-Gleichgewicht abweicht. Um ein halbberuhigtes Erstarren zu erreichen, werden Kohlenstoff- und Sauerstoffgehalt entweder durch Vordesoxydation oder durch eine Vakuumbehandlung so eingestellt, daß sie merklich unter dem betreffenden Gleichgewichtswert liegen, dieser jedoch durch die Kohlenstoff- und Sauerstoff-Seigerung im Bereich der Erstarrungsfront überschritten wird. Bei beruhigten Stählen wird der freie Sauerstoff des Stahls im allgemeinen durch Zugabe sauerstoffaffiner Elemente, wie Aluminium, Silizium und Titan, so weit erniedrigt, daß das Kohlenstoff-Sauerstoff-Gleichgewicht während des Erstarrens nicht erreicht wird.It is known that the carbon monoxide formed when solidifying, depending on the amount, becomes unstilled or leads to semi-settled freezing. The extent to which the freezing process has been unsettled or semi-settled in individual cases is, it results from how strong the steel is at a given temperature from its carbon-oxygen equilibrium deviates. In order to achieve a semi-settled solidification, the carbon and oxygen content are either pre-deoxidized or adjusted by a vacuum treatment so that they are noticeably below the relevant equilibrium value are, however, due to the carbon and oxygen segregation in the area of the solidification front is exceeded. In the case of killed steels, the free oxygen in the steel is generally reduced by addition elements with an affinity for oxygen, such as aluminum, silicon and titanium, are lowered to such an extent that the carbon-oxygen balance is not reached during solidification.

Bekannt ist aus der deutschen Patentschrift 9 00 459 ein Verfahren, beim Vergießen beruhigter Stähle die Gefahr von Einschlüssen zu verringern. Dies geschieht in der Weise, daß die Stahlschmelze mit Hilfe von Gußeisenspänen nachdesoxydiert wird, die in der Schmelze Kohlenmonoxyd entwickeln, das seinerseits die Verunreinigungen zur Badoberfläche hin ausspült. Die Nachdesoxydation erfolgt in der Pfanne oder spätestens beim Eingießen des Stahls in die Kokille, um möglichst die ganze Schmelze in der Pfanne oder Kokille mit dem Spülgas zu beaufschlagen. Ein Verfahren, bei dem reaktionsfähige Feststoffe in den unteren Teil einer Kokillenschmelze eingebracht ( werden, um den ganzen Kokilleninhalt nach Art einer Spülgas-Behandlung in lebhafte Wallung zu versetzen, ist aus der deutschen Patentschrift 2 86 227 bekannt. Dieses Verfahren stellt eine Art Kokillenfrischen dar, bei dem sauerstoffreiche Stoffe in die Kokillenschmelze eingetragen werden und dort unter Wärmeentwicklung Schlacke und Gase bilden. Die verschiedensten Spülgasbzw. Einblas-Verfahren und -Vorrichtungen werden in »GIESSEREI«, 1961, S. 639 bis 647 beschrieben, ohne daß dabei jedoch die Probleme der Blockerstarrung erörtert oder Maßnahmen zu deren Beeinflussung vorgeschlagen werden.It is known from German patent specification 9 00 459 a method of reducing the risk of inclusions when casting dead steels. this happens in such a way that the molten steel is post-deoxidized with the help of cast iron chips, which in the Melt develop carbon monoxide, which in turn flushes the impurities to the surface of the bath. The post-deoxidation takes place in the ladle or at the latest when the steel is poured into the mold as far as possible to apply the entire melt in the ladle or mold with the purge gas. A Process in which reactive solids are introduced into the lower part of a mold melt ( in order to set the entire contents of the mold in a lively boil in the manner of a purge gas treatment, is known from German patent specification 2,86,227. This process represents a kind of mold refining, in which oxygen-rich substances are introduced into the mold melt and there with the development of heat Form slag and gases. The most diverse purge gas or Injection methods and devices are used in "GIESSEREI", 1961, pp. 639 to 647, without, however, addressing the problems of block solidification discussed or suggested measures to influence them.

Schließlich lehrt die als älteres Recht in Betracht gezogene deutsche Patentschrift 14 33 546 ein Verfahren, bei dem in eine Kokillenschmelzekohlenmonoxydabgebende Feststoffe und/oder ein Gemisch aus Sauerstoff und Kohlenstoff abgebenden Feststoffen eingetragen wird, um lunkerfreie beruhigte oder unberuhigte Stahlblöcke zu erzeugen.Finally, German patent specification 14 33 546, which is considered as the earlier law, teaches a method in the case of the carbon monoxide emitting into a mold melt Solids and / or a mixture of oxygen and carbon donating solids is entered in order to produce void-free, calmed or unkilled steel blocks.

Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, die Nachteile der eingangs erwähnten bekannten Verfahren unter Beibehaltung ihrer Vorteile zu beseitigen und insbesondere ein Verfahren zu schaffen, das einen sowohl randblasen- als auch schwindungslunkerfreien Stahlblock herzustellen erlaubt.The invention is now based on the object of addressing the disadvantages of the known methods mentioned at the outset while maintaining their advantages to eliminate and in particular to create a process that one The production of both blister-free and shrinkage-free steel blocks is allowed.

Die Lösung dieser Aufgabe geht von der Feststellung aus, daß ein Stahl auch dann beruhigt erstarrt, wenn sein Kohlenstoff- und Sauerstoffgehalt beispielsweise durch eine Vakuumbehandlung auf tiefe Werte abgesenkt wird und der Stahl einen von diesen Werten bestimmten Mangangehalt besitzt. Anders ausgedrückt bedeutet das, der Stahl erstarrt bei gegebenem Sauerstoff- und Mangangehalt beruhigt, wenn sein Kohlenstoffgehalt unter einem bestimmten Wert liegt. Für die Abhängigkeit des Kohlenstoffgehaltes im Hinblick auf ein beruhigtes Erstarren wurden folgende Beziehungen gefunden:The solution to this problem is based on the finding that a steel solidifies even if its Carbon and oxygen levels are reduced to low levels, for example by means of a vacuum treatment and the steel has a manganese content determined by these values. In other words, means that, the steel solidifies with a given oxygen and manganese content, if its carbon content calms down is below a certain value. For the dependence of the carbon content with regard to a calm freezing, the following relationships were found:

für (%O) = 20 · 10-3 ist (% C)for (% O) = 20 · 10-3 is (% C)

< - 0,0035 + 0,06 (% Mn),
für (% O) = 30 · 10-3 ist (% C)<- 0.0035 + 0.06 (% Mn),
for (% O) = 30 · 10-3 is (% C)

< - 0.0055 + 0,06 (% Mn),
für (% O) = 40 ■ 10-3 ist (o/_o Q<- 0.0055 + 0.06 (% Mn),
for (% O) = 40 ■ 10-3 is (o / _o Q

< - 0,0075 + 0,06 (% Mn).<- 0.0075 + 0.06 (% Mn).

Die festgestellte Abhängigkeit der Gehalte an Sauerstoff, Kohlenstoff und Mangan sei nachfolgend an Hand eines Beispiels näher erläutert. Ein Stahl mit 0,030% Sauerstoff, 0,42% Mangan, weniger als 0,002% Aluminium, unter 0,01% Silizium erfordert in Anwendung der vorstehenden Beziehungen einen kritischen Kohlenstoffgehalt von 0,020%. Der Stahl wurde zu zwei Zehntonnenbrammen vergossen, von denen die eine bei einem Kohlenstoffgehalt von 0,017% völlig beruhigt erstarrte und demzufolge Schwindungslunker aufwies. Die ohne Zusatz von Desoxydationsmitteln beruhigt erstarrte Bramme wies eine sehr saubere Oberfläche auf, so daß ein Abflämmen oder Putzen, wie es bei aluminiumberuhigten Brammen häufig unerläßlich ist, nicht erforderlich war.The determined dependency of the contents of oxygen, carbon and manganese is shown below Hand of an example explained in more detail. A steel with 0.030% oxygen, 0.42% manganese, less than 0.002% Aluminum, below 0.01% silicon, requires a critical one using the above relationships Carbon content of 0.020%. The steel was cast into two ten-ton slabs, one of which was at a carbon content of 0.017% solidified completely calm and therefore had shrinkage holes. The slab, which had solidified without the addition of deoxidizing agents, had a very clean surface so that scarfing or cleaning, as is often indispensable for aluminum-killed slabs, was not required.

Die zweite Bramme besaß einen Kohlenstoffgehalt von 0,022% und erstarrte ohne Bildung von Schwindungslunker, wies jedoch zahlreiche Randblasen auf. Daraus ergibt sich, daß das beruhigte bzw. halbberuhigte Erstarrungsverhalten bei einem bestimmten Mangangehalt nur wenig vom Sauerstoffgehalt, jedoch in starkem Maße vom Kohlenstoffgehalt des Stahls abhängig ist.The second slab had a carbon content of 0.022% and solidified without the formation of shrinkage cavities, however, had numerous marginal blisters. From this it follows that the calmed or semi-calmed Solidification behavior at a certain manganese content only slightly depends on the oxygen content, but in depends to a large extent on the carbon content of the steel.

Demzufolge besteht die Erfindung darin, daß bei einem Verfahren der eingangs erwähnten Art in den noch flüssigen Blockkern nach Bildung einer beruhigt erstarrten Randschicht eine für ein halb- oder unberuhigtes Erstarren ausreichende Menge Kohlenstoff eingetragen wird. Auf diese Weise lassen sich die Vorteile eines beruhigt erstarrten Stahls mit den Vorteilen eines unberuhigt bzw. halbberuhigt erstarrten Stahls vereinigt. Das heißt, der nach dem erfindungsgemäßen Verfahren erzeugte Block ist sowohl randblasenals auch lunkerfrei.Accordingly, the invention consists in that in a method of the type mentioned in the still liquid block core after formation of a calmed solidified surface layer one for a half or Unstilled solidification sufficient amount of carbon is introduced. In this way, the Advantages of a calmed solidified steel with the advantages of a non-calmed or semi-calmed steel Steel united. That is, the block produced by the method of the invention is both marginal blister and also free of voids.

Der Zeitpunkt der Kohlenstoffzugabe in den flüssigen Blockkern hängt von der im Hinblick auf eine fehlerfreie Weiterverarbeitung erforderlichen Dicke der Randschicht ab. Da die Dicke der erstarrten Randschicht vom Blockkopf zum Blockfuß stetig zunimmt, wird der Zugabezeitpunkt für den Kohlenstoff zweckmäßigerweise an Hand der Randschichtdicke am Blockkopf bestimmt. Die Zeitabhängigkeit der Erstarrung ergibt sich für Kokillenguß etwa aus folgender Formel:The point in time at which carbon is added to the liquid block core depends on the point of view of error-free Further processing required thickness of the edge layer. Since the thickness of the solidified surface layer is from Block head to block foot steadily increases, the addition time for the carbon is expedient determined on the basis of the surface layer thickness at the block head. The time dependence of the solidification results for gravity die casting can be derived from the following formula:

d = 2,5 · [/Γ, d = 2.5 · [/ Γ,

wobei d die Dicke der erstarrten Randschicht in Zentimetern und t die Zeit nach Erstarrungsbeginn in Minuten ist. Somit kann der Zeitpunkt für die Kohlenstoffzugabe nach Erstarrungsbeginn entsprechend der nachfolgenden Gleichung ermittelt werden:where d is the thickness of the solidified surface layer in centimeters and t is the time after the start of solidification in minutes. In this way, the point in time for adding carbon after the start of solidification can be determined according to the following equation:

2,52.5

d ist in diesem Fall die im Hinblick auf eine fehlerfreie Weiterverarbeitung zu fordernde Dicke der randblasenfreien Randschicht Ist demnach eine randblasenfreie Schicht von beispielsweise 2,5 cm gefordert, so muß die Kohlenstoffzugabe 1 Minute nach Erstarrungsbeginn erfolgen. In this case, d is the thickness of the peripheral layer free of marginal vesicles, which is required for further processing without any marginal vesicles.

Die im Einzelfall erforderliche Zugabemenge ergibt sich aus der Differenz zwischen dem für ein halbberuhigtes bzw. unberuhigtes Erstarren entsprechend den obigen Bedingungen erforderlichen Kohlenstoffgehalt der Schmelze und dem tatsächlichen Kohlenstoffgehalt. Für die beruhigt erstarrte Bramme des oben beschriebenen Beispiels wäre demnach eine zusätzliche Kohlenstoffmenge von 0,003% erforderlich. Es empfiehlt sich jedoch in jedem Falle, eine das notwendige Maß geringfügig übersteigende Kohlenstoffmenge in den Blockkern zu geben. Die Praxis hat dabei erwiesen, daß im allgemeinen Kohlenstoffzugaben von unter 0,01% ausreichend sind, was bei einer Zehntonnenbramme einer Zugabe von 1 kg Kohlenstoff entspricht. Wie Versuche gezeigt haben, führt die durch die erfindungsgemäße Kohlenstoffzugabe bedingte geringfügige Erhöhung des Kohlenstoffgehaltes des Stahls zu keiner wesentlichen Beeinträchtigung seiner technologischen Eigenschaften. Da die Kohlenstoffzugabe in den flüssigen Blockkern zu dem Zwecke erfolgt, nach dem Erstarren der randblasenfreien Außenzone die Bildung von Schwindungslunker zu verhindern, genügt es, wenn der Kohlenstoffgehalt lediglich im Bereich des Blockkopfes erhöht wird.The amount to be added in individual cases results from the difference between that for a semi-settled or unsettled solidification according to the above conditions required carbon content the melt and the actual carbon content. For the calmly solidified slab of the one described above For example, an additional carbon amount of 0.003% would be required. It is advisable however, in each case, an amount of carbon in the To give block core. Practice has shown that in general carbon additions of less than 0.01% are sufficient, which corresponds to an addition of 1 kg of carbon for a ten-ton slab. As Experiments have shown that the slight increase caused by the addition of carbon according to the invention results the carbon content of the steel does not significantly affect its technological Properties. Since the carbon is added to the liquid block core for the purpose after To prevent the formation of shrinkage cavities from solidifying the outer zone free of marginal blisters, it is sufficient if the carbon content is only increased in the area of the block head.

Erfindungsgemäß erfolgt die Kohlenstoffzugabe durch Eintauchen von Kohlenstoffstäben oder Stäben aus kohlenstoffhaltigem Material in den flüssigen Blockkern. Es können jedoch auch sich im Stahl auflösende oder zersetzende Behälter mit Kohlenstoff oder kohlenstoffhaltigem Material in den flüssigen Blockkern gegeben werden. Eine weitere Möglichkeit zum Einführen von Kohlenstoff oder kohlenstoffhaltigem Material in den Blockkern besteht in der Verwendung eines Trägergases oder von Gasen, die sich im Stahl zersetzen und dabei Kohlenstoff freigeben, wie beispielsweise Methan.According to the invention, carbon is added by immersing carbon rods or rods made of carbonaceous material in the liquid block core. However, it can also be in the steel Dissolving or decomposing containers with carbon or carbonaceous material in the liquid Block core are given. Another way to introduce carbon or carbonaceous Material in the block core consists in the use of a carrier gas or gases that decompose in steel, releasing carbon such as methane.

Claims

Patent claims:

1. A method for producing a steel block free of blisters and voids, in which a preferably Steel calmed in a vacuum is cast, characterized in that in the still liquid block core after formation of a calmed solidified surface layer one for a half or Unstilled solidification sufficient amount of carbon is introduced.

2. The method according to claim 1, characterized in that that a carbon rod or carbon containing rod into the liquid block core is immersed.

3. The method according to claim 1, characterized in that dissolving in the steel, with Containers filled with carbon or carbonaceous material are introduced into the liquid block core will.

4. The method according to claim 1, characterized in that carbon or carbonaceous Material is blown into the liquid block core by means of a carrier gas.

5. The method according to claim 1, characterized in that there is evolution of carbon decomposing gases are blown into the liquid block core.