DE1583547B2 - Verwendung einer Kokillen-Schlichte aus feinstteiliger, amorpher Kieselsäure in Kokillen zum GespanngieBen von beruhigtem Stahl - Google Patents

Description

Die Oberflächenbeschaffenheit von Stahlblöcken ist ein ständiges Anliegen im Stahlwerk. Die in der Oberfläche von Blöcken und die in geringem Abstand davon auftretenden Fehlerscheinungen sind mannigfacher Art. Einer dieser Fehler besteht in Schalen, die gebildet werden, wenn insbesondere beim Oberguß (fallendem Guß) beim Angießen Stahlspritzer die Kokillenwand treffen, dort hängenbleiben und vom flüssigen Stahl überspült werden. Die vorher erstarrten Spritzer werden dann nicht wieder eingeschmolzen, sondern angeschweißt und bei nachfolgenden Warmverformungen nicht auf ihrer gesamten Fläche mit dem übrigen Stahl des Blockes verbunden. Dieser Fehler kann bei Stählen jeder Zusammensetzung auftreten. Die Verhinderung dieses Schadens ist besonders wichtig bei Stählen mit höherem Legierungsgehalt und Nichteisenlegierungen.

Es gehört zum Stand der Technik, den Oberflächenfehlern durch Bestreichen der Kokillenwandung mit einer Schlichte entgegenzuwirken. Zu der Vielzahl der vorgeschlagenen Schlichten gehören auch solche, deren Zusammensetzung im wesentlichen auf Kieselsäure beruht.

Im »Chemischen Zentralblatt« (1952) wird auf ,die OE-PS 1 68 690 hingewiesen, die eine dicke Auskleidung aus erstarrter Silikatschmelze beschreibt. Eine zu kolloidaler Feinheit gemahlene, sehr dünn aufgetragene Schlichte für Kokillen, insbesondere des Schleudergießverfahrens, auf der Basis Kieselsäure und Ton, ist in der DT-PS 9 34 966 beschrieben. In dieser Druckschrift wird die Forderung erhoben, daß die verwendete Masse in der Gießhitze möglichst keine Gase entwickeln soll. Es wird hervorgehoben, daß die u. a. Emaillierton und Magnesiumkarbonat enthaltende Schlichte sogar eine beträchtliche Gasdurchlässigkeit aufweise.

Wenn auch die vorgenannte Verwendung bekannter Schlichten zu einer guten Blockoberfläche führt und die Kokillenhaltbarkeit erhöht, so ist eine spezielle Schadensart beim Vergießen beruhigter Blöcke immer noch ungelöst. Es handelt sich um das Auftreten von Randblasen dicht unter der Blockoberfläche in etwa 15 mm Tiefe. Selbst wenn die eigentliche Oberfläche des Blockes einwandfrei ist, so können sich unter der Blockoberfläche zunächst nicht sichtbare Randblasen befinden, deren Bildung durch ein ungeeignetes Mittel auf Kieselsäurebasis sogar noch verstärkt wird. Diese Blasen verursachen Risse am warmverformten Stahl. Sie müssen entweder vor der Warmverformung durch Beseitigung der schadhaften Oberfläche entfernt werden oder am Halbzeug durch Schleifen, Flämmen oder sonstiges Putzen beseitigt werden. Besonders stark sind Blöcke aus unlegiertem, beruhigtem Kohlenstoffstahl von derartigen Randblasenschäden befallen.

Die Entstehung von Randblasen wird im Schriftturn zurückgeführt auf einen ungenügenden Dexoxydationsgrad der beruhigten Stähle, vgl. z.B. »Neue Hütte 2« (1957), Heft 6, S. 341 bis 346. Dort ist die Erscheinung der Gasblasen, teilweise auch Porosität genannt, in Abhängigkeit von dem Siliziumgehalt

ίο unlegierter, im Gespann gegossener Stähle dargestellt. Andere Verfasser führen diesen Fehler auf dieselbe oder auch andere Ursachen zurück; so macht G. N. Oiks in »Gießgrubentechnik am Siemens-Martin-Ofen«, (Berlin 1953), unzureichende Desoxy-

dation oder mangelhaften Gießprozeß dafür verantwortlich.

In dem 1967 in Paris erschienenen Buch »De Ferri Metallographia«, Band III, S. 57, werden die Gasblasen auf Freisetzung von Gasen in beruhigten Stählen zurückgeführt, die — falls sie oxydieren — langgestreckte Risse auf den Erzeugnissen hervorrufen.

F. Beitter »Stahl und Eisen 69« (1949), S. 586, vertritt die Ansicht, daß unregelmäßig angeordnete Gasblasen durch Abscheiden von Reaktionsgasen an der Kokillenwand entstehen.

Die bisher angewendeten Mittel haben eine zufriedenstellende Verbesserung bisher nicht gebracht. Nicht einmal über die Entstehungsursache der Randblasen ist bisher eine einheitliche Meinung entstanden.

Es kann wohl als einigermaßen gesichert gelten, daß bei besonders hohen Siliziumgehalten der Fehler in gerigerem Umfang auftritt und bei noch höheren Siliziumgehalten noch weiter verschwindet. Man kann etwa 0,5 bis 0,6% Silizium für die Verringerung der Randblasen als Mindestmenge ansehen. Solche hohen Siliziumgehalte sind aber für viele Verwendungszwecke unerwünscht.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die durch einen ungenügend hohen Siliziumgehalt bei beruhigtem Stahl im Gespannguß auftretende Gasblasenbildung zu erkennen, zu analysieren und diese Gasblasenbildung durch gezielte Maßnahmen entgegenzuwirken.

Bei Durchführung dieser Aufgabe wurde festgestellt, daß die bei beruhigten Stählen unter der meist glatten Blockoberfläche auftretenden Gasblasen auf eine CO-Bildung zurückzuführen sind.

Das widerspricht der herrschenden Auffassung, daß in z. B. mit Silizium und/oder Aluminium beruhigten Stählen der Sauerstoff so weitgehend abgebunden sei, daß eine Kohlenoxydbildung nicht mehr möglich ist. Wie festgestellt wurde, steigt die Gasentwicklung mit zunehmender Erstarrungsgeschwindigkeit des Stahles, die besonders hoch ist während des Gießens und der dabei beginnenden Erstarrung, so daß sich in der Abschreckzone des Blockes an der Kokillenwand die nachteiligen Randblasen bilden.

Bei den weiteren Untersuchungen wurde festgestellt, daß ein zur Bildung von Randblasen neigender, beruhigte Stahl nicht durch eine zusätzliche, metallurgische Behandlung des Stahles von der Neigung zur Randblasenbildung befreit werden kann.

Nach Erforschung dieses Sachverhaltes wurde versucht, der nachteiligen Randblasenbildung durch gezielte Maßnahmen von außen her entgegenzuwirken. Es wurde gefunden, daß die Bildung von Randblasen

bei beruhigten, unlegierten, im Gespann vergossenen Stählen weitgehend verhindert werden kann, wenn man dafür sorgt, daß an der entstehenden Blockoberfläche eine dünne Haut gebildet wird, die weitgehend aus Eisensilikat besteht. Dieses Eisensilikat wird in situ gebildet, indem man Oxyde des Stahles mit einer bestimmten, auf die Kokillenwandung aufgetragenen Schlichte zur Reaktion bringt.

Der Erfindungsgegenstand betrifft die Verwendung einer Kokillen-Schlichte aus feinstteiliger, amorpher Kieselsäure oder aus einem anorganischen, Kieselsäure bei Temperaturen des schmelzflüssigen Stahles abspaltenden Mittel in Kokillen zum Gespanngießen von dicht unter der Oberfläche randblasenfreien Gußblöcken aus infolge ungenügend hohen Siliziumgehaltes randblasenbildenden, beruhigten, unlegierten Stählen.

Besonders geeignet ist gefällte Kieselsäure. Mindestens ebenso wirksam, aber preisgünstiger sind Wassergläser. Diese Mittel lassen sich in Wasser lösen oder können in wasserfreien oder wasserarmen Bindemitteln suspendiert werden, z. B. in Lacken oder Klebemitteln, wie z. B. »Melasselack«. Das Aufbringen kann in beliebiger, an sich bekannter Weise, durch Spritzen oder Aufstreichen, erfolgen. Im allgemeinen genügt eine Menge von etwa 0,4 bis 0,5 Liter Suspension oder Lösung je Quadratmeter Kokillenfläche. Die Suspension sollte mindestens 10 Gewichtsprozent, bevorzugt 20 Gewichtsprozent oder mehr, SiO₂ enthalten. Das in den Mitteln enthaltene SiO., bzw. das an der Kokillenwand aus dem Anstrich sich ergebene SiO., muß eine genügende Reaktionsfreudigkeit mit insbesondere FeO bei der Temperatur des in Erstarrung begriffenen Stahles aufweisen. Das kann insbesondere durch große Feinteiligkeit des Feststoffes erreicht werden, wobei es zweckmäßig ist, den größten Teil der Körner in einem Bereich von 0 bis 0,05 mm zu halten. Ebenfalls in Richtung der Reaktionsfreudigkeit wirkt ein gegenüber der Stahltemperatur niedrigliegender Schmelzpunkt des Feststoffes, insbesondere bei Wasserglas. Schmelzpunkte der Wassergläser siehe z. B. Ullmanns »Enzyklopädie der technischen Chemie«, Band 15, S. 734, Abb. 24.

Beispiel 1
Es wurde ein Stahl der Güte C 15 mit

0,16 o/o Kohlenstoff
0,30 °/o Mangan
0,23 o/o Silizium
0,031% Phosphor
0,026 °/o Schwefel

im Gespann vergossen, und zwar einmal mit Gießpulver, ferner mit einem üblichen Kokillenlack auf Bitumenbasis, und schließlich mit einer Suspension von 20 Gewichtsprozent trockenem Wasserglas in »Melasselack«.

In den beiden ersten Fällen traten an den aus den nicht erfindungsgemäß behandelten Blöcken gewalzten Knüppeln Längsrisse auf, die zum Aussortieren und Putzen von über 70% der Erzeugung

ίο zwangen, wobei zu beachten ist, daß das Putzen solchen Halbzeuges erhebliche Kosten (etwa 10 bis 20 DM/t) verursacht. Die mit dem erfindungsgemäßen Mittel gegossenen Blöcke erbrachten dagegen ein Halbzeug, welches nur etwa zu 37 % geputzt zu werden brauchte. Hinzu kam, daß der Putzaufwand an diesen 37% der Knüppel wesentlich geringer war als an einer gleichen Menge Knüppel, die aus nichterfindungsgemäß behandelten Blöcken gewalzt wurden.

Beispiel 2

Zur Demonstration wurde ein beruhigter Stahl St 37 mit 0,25% Silizium in eine Kokille vergossen, deren Seitenflächen unterschiedlich vorbehandelt waren; die eine Seitenfläche war unbehandelt, die zweite mit Melasselack, die dritte mit einem Teerlack und die vierte mit dem in Beispiel 1 beschriebenen, erfindungsgemäßen Mittel behandelt.

Die erfindungsgemäß behandelte Blockseite war nach dem Erstarren und Erkalten dicht mit glasigen Schlackentröpfchen übersät. Diese Tröpfchen müssen aus der beim Vergießen und Erstarren gebildeten Haut entstanden sein. Sie bestehen aus Eisensilikat (39,4% SiO₂, 7,4%A1₂O₃, 6,8% MnO, Rest Eisenoxyde). Die übrigen Blockseiten wiesen nur in sehr geringem Umfang Schlackentröpfchen auf. Nach Abzundern der Blockoberfläche im Tiefofen um etwa 2 mm und Säubern der Fläche mit einem Sandstrahl stellte sich heraus, daß die drei ersten Seiten starke Randblasenbildung zeigten, während die erfindungsgemäß behandelte Rückseite einwandfrei war.

Die im Beispiel 2 beschriebenen Unterschiede zeigen sich deutlich in dem nachgereichten Foto, das einen Versuchsblock der Güte C 22 nach dem Strippen der Kokille, 6 h Tiefofenstehzeit und Entfernen des Zunders mittels Sandstrahlen zeigt. Die Fläche rechts im Bild zeigt die durch Randblasenbildung entstehenden Schäden im Falle einer unbehandelten Kokillenwand, während die linke Blockoberfläche an einer Wand erstarrte, die mit kolloidaler SiO₂-Lösung bestrichen war.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

1. Patentanspruch:

   Die Verwendung einer Kokillen-Schlichte aus feinstteiliger, amorpher Kieselsäure oder aus einem anorganischen, Kieselsäure bei Temperaturen des schmelzflüssigen Stahles abspaltenden Mittel in Kokillen zum Gespanngießen von dicht unter der Blockoberfläche randblasenfreien Gußstücken aus infolge ungenügend hohen Siliciumgehaltes randblasenbildenden, beruhigten, unlegierten Stählen.