DE1583705C

DE1583705C - Method for preventing core defects in metallic cast ingots

Info

Publication number: DE1583705C
Authority: DE
Inventors: Fritz Dr.-Ing. e.h. 4000 Düsseldorf-Benrath; Martin Werner 4000 Düsseldorf; Opel Paul 4OO0 Dussel dorf-Reisholz; Olfe Eberhard 4006 Erkrath-Unterbach Goedecke
Original assignee: Stahl- und Röhrenwerk Reisholz GmbH, 4000 Düsseldorf
Publication date: 1971-09-23

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Verhindern von Kernfehlern in metallischen Gußblöcken, insbesondere Stahlblöcken, bei dem das flüssige Metall in der Kokille vom Eingießen bis zum Erstarren mit einem ein Feststoffpulver enthaltenden Trägergas begast wird.The invention relates to a method for preventing core defects in metallic ingots, in particular steel blocks, in which the liquid metal in the mold from pouring to Solidifying is gassed with a carrier gas containing a solid powder.

Metallische Gußblöcke, insbesondere Stahlblöcke neigen zu sogenannten Kernfehlern, d. h. zu sich bei im übrigen ausgezeichneter Blockbeschaffenheit im Kern konzentrierenden Fehlern, die vor allem durch oxydische bzw. nichtmetallische Einschlüsse in Poren und Lunkerhohlräumen bedingt sind. Poren und Lunkerhohlräume sind an sich nicht schädlich, da sie bei sauberer Oberfläche während des Walzens oder Schmiedens wieder verschweißen. Beim Blockerstarren kommt es jedoch stets zu einer Seigerung, die zum Abscheiden der nichtmetallischen Eisenbegleiter und insbesondere der oxydischen Desoxydationsprodukte führt. Da zudem der Erstarrungsverlauf in der Kernzone ungleichmäßig ist und dem- zufolge Flüssigkeitsinseln entstehen, die mit der Restschmelze nicht mehr in Verbindung stehen und an Seigerungsprodukten, insbesondere Desoxydationsprodukten angereichert sind, bilden sich Poren und Schrumpfungshohlräume, in denen die as unerwünschten Eisenbegleiter und Desoxydationsprodukte in fester Phase ausgeschieden sind. Metallic ingots, in particular steel ingots, tend to have so-called core defects, i.e. H. to himself otherwise excellent block quality in the core concentrating errors, which are mainly due to oxidic or non-metallic inclusions in pores and blowholes are caused. Pores and Void cavities are not harmful per se, as they are provided with a clean surface during rolling or forging weld again. In the case of blocker stiffening, however, there is always a segregation, those for separating the non-metallic iron companions and in particular the oxidic deoxidation products leads. Since the course of solidification in the core zone is also uneven and therefore according to liquid islands are formed that are no longer in contact with the residual melt and are enriched in segregation products, in particular deoxidation products, are formed Pores and shrinkage cavities in which the as undesirable iron companions and deoxidation products are excreted in the solid phase.

Um die insbesondere bei schweren Blöcken und hochlegierten Stählen häufig auftretenden Kernfehler zu beseitigen, wurde mit der deutschen Auslegeschrift 1 219 183 ein Verfahren vorgeschlagen, nach dem die Schmelze in der Kokille vom Eingießen bis zum Erstarren mit neutralen oder reduzierenden, in der Schmelze unlöslichen Gasen behandelt wird. Als Spülgas kommen Argon, Stickstoff und Kohlenoxyd in Frage, die von unten her in gleichmäßiger Verteilung über den Blockquerschnitt unter Vermeidung einer Durchwirbelung der Schmelze eingeführt werden.About the core defects that often occur, particularly with heavy blocks and high-alloy steels to eliminate, a method was proposed with the German Auslegeschrift 1 219 183, according to which the melt in the mold from pouring to solidification with neutral or reducing, in the melt is treated with insoluble gases. Argon, nitrogen and carbon oxide are used as the purge gas in question that from below in an even distribution over the block cross-section while avoiding a whirling of the melt can be introduced.

Um die Spülgasdosierung dem Erstarrungsvorgang anzupassen und die Bildung von Sekundär- und Schwindungslunker im Blockkern zu verhindern und gleichzeitig die nichtmetallischen Einschlüsse zu entfernen, wurde mit der deutschen Auslegeschrift 1235 519 vorgeschlagen, die Blasdauer auf 50 bis 100% der Gießzeit einzustellen und der Schmelze mit abnehmender Gasstromstärke 10 bis 50 Normalliter Gas je Tonne zuzuführen, wobei die Maximalstromstärke das Zweifache der. mittleren Stromstärke nicht übersteigt und die Endstromstärke weniger als 10 % der mittleren Stromstärke beträgt.To adjust the purging gas dosage to the solidification process and the formation of secondary and To prevent shrinkage cavities in the block core and at the same time remove the non-metallic inclusions, was proposed with the German Auslegeschrift 1235 519, the blowing time to 50 to Set 100% of the casting time and add 10 to 50 normal liters of gas per ton to the melt with decreasing gas flow strength, with the maximum flow strength twice the. does not exceed the mean amperage and the final amperage is less than 10% of the mean amperage.

Eine weitere Verbesserung der Blockstruktur, insbesondere eine Verstärkung der kühlenden und keimbildenden Wirkung des Spülgases, konnte ohne wesentliche Erhöhung der Spülgasmenge mit einem aus der deutschen Auslegeschrift 1226 748 und »GIESSEREI«, 1961, S. 639 bis 644, bekannten Verfahren erreicht werden, nachdem dem Spülgas Feststoffpulver beigegeben wurde. Das Spülgas fungiert dabei als Trägergas für die Feststoffe, die gegenüber dem Trägergas eine wesentlich höhere spezifische Wärme besitzen und daher stark kühlend auf die Schmelze wirken. Darüber hinaus wirken die eingetragenen Feststoffteilchen als Primärkeime, die das Abscheiden der nichtmetallischen und oxydischen Eisenbegleiter aus der stark übersättigten Schmelze wesentlich erleichtern. Als hierfür geeignete Feststoffpulver sind beispielsweise Silizium, Aluminium, Kohlenstoff, Titan, Vanadin, Chrom, Mangan, Eisen, Kobalt, Nickel, Niob, Molybdän, Zer, Tantal und Wolfram sowie wegen ihres hohen Dampfdruckes Lithium, Magnesium und Kalzium bekannt.A further improvement of the block structure, in particular a reinforcement of the cooling and nucleating effect of the flushing gas, could without significantly increasing the amount of flushing gas with a from the German Auslegeschrift 1226 748 and "GIESSEREI", 1961, pp. 639 to 644, known Method can be achieved after solid powder has been added to the purge gas. The purge gas acts as a carrier gas for the solids, which are significantly higher than the carrier gas have specific heat and therefore have a strong cooling effect on the melt. In addition, the registered solid particles as primary nuclei, which cause the deposition of the non-metallic and oxidic Make iron companions from the highly oversaturated melt much easier. As a solid powder suitable for this are for example silicon, aluminum, carbon, titanium, vanadium, chromium, manganese, iron, Cobalt, nickel, niobium, molybdenum, cerium, tantalum and tungsten and because of their high vapor pressure Lithium, magnesium and calcium are known.

Bekannt ist es aus »NEUE HÜTTE«, 1961, S. 17 bis 22, und »HUTNIK«, 1961, S. 369 bis 371, auch, eine in einer Kokille befindliche Schmelze ohne Begasung mit einem Flußmittelzusatz zu behandeln, um beispielsweise die Qualität eines Tiefziehstahl zu verbessern. Auf diese Weise ließen sich höhere Tiefziehwerte und ein geringfügig erhöhtes Ausbringen erreichen.It is known from »NEUE HÜTTE«, 1961, pp. 17 to 22, and »HUTNIK«, 1961, pp. 369 to 371, also one To treat melt located in a mold without fumigation with a flux additive, for example to improve the quality of a deep drawing steel. In this way, higher deep-drawing values can be achieved and achieve a slightly increased output.

Schließlich sind eine Reihe von Verfahren bekannt, bei denen ein Inertgas in unter dem Einfluß eines Vakuums stehende Metallschmelzen eingeleitet wird. In diesen Fällen fungiert das Inertgas jedoch lediglich als Transportmedium, d. h. als Liftgas wie beispielsweise bei der bekannten Vakuum-Umlauf-Entgasung. Zahlreiche Versuche an im Vakuum vergossenen und mit Gas behandelten Blöcken haben nun gezeigt, daß offenbar zwischen der Viskosität des Blockschaums, dem Flüssigkeitsgrad der Schmelze und der Feinkörnigkeit des Gußgefüges einerseits und der Blockqualität andererseits ein Zusammenhang besteht. Des weiteren wurde durch Versuche festgestellt, daß auch Stähle mit verhältnismäßig hohem Sauerstoffgehalt fehlerfreie Blöcke ergeben, sofern der Sauerstoff sich im Block in homogener Verteilung befindet. Auf diesen Versuchsergebnissen fußend, wird nun zur weiteren Verbesserung der Blockqualität erfindungsgemäß vorgeschlagen, die Begasung im Vakuum mit einer Trägergasmenge von 5 bis 15 Nl/t Stahl durchzuführen und dem Trägergas ein Flußmittelpulver beizugeben.Finally, a number of processes are known in which an inert gas in under the influence of a Vacuum standing metal melts are initiated. In these cases, however, the inert gas only functions as a transport medium, d. H. as lift gas, for example in the well-known vacuum circulation degassing. Numerous tests on blocks cast in a vacuum and treated with gas have now shown that apparently between the viscosity of the block foam, the degree of fluidity of the melt and the fine grain size There is a connection between the cast structure on the one hand and the block quality on the other. Of further tests have shown that steels with a relatively high oxygen content can also be used error-free blocks result, provided the oxygen is homogeneously distributed in the block. on Based on these test results, the invention is now used to further improve the block quality proposed to carry out the gassing in a vacuum with a carrier gas amount of 5 to 15 Nl / t steel and adding a flux powder to the carrier gas.

Die Besonderheit des erfindungsgemäßen Verfahrens liegt darin, daß die Vakuumbegasung in der Kokille stattfindet, woraus sich besondere Schwierigkeiten ergeben, die der praktischen Anwendung der Vakuumbegasung bislang entgegenstanden. Diese Schwierigkeiten liegen darin, daß es infolge des Unterdrucks bei der Begasung im Vakuum zu einer so starken Volumenvergrößerung des Gases kommt, daß die Schmelze heftig durchwirbelt wird. Eine solche Durchwirbelung der Schmelze führt dazu, daß die auf dem Badspiegel in der Kokille schwimmende Schlacke, der sogenannte Blockschaum in die noch flüssige Schmelze eingesaugt und dort infolge der allmählichen Viskositätserhöhung festgehalten wird. Die Einsaugwirkung eines normalen, unter Atmosphärendurck vergossenen unberuhigten Stahls ist bereits so groß, daß die aus dem eingesaugten Blockschaum resultierenden oxydischen Einschlüsse zu einer erheblichen Qualitätsminderung führen, die sich insbesondere bei der anschließenden Verformung nachteilig bemerkbar machen.The peculiarity of the method according to the invention is that the vacuum gassing in the Chill takes place, which gives rise to particular difficulties in the practical application of the Vacuum gassing opposed so far. These difficulties are that, as a result of the Underpressure during fumigation in a vacuum leads to such a strong increase in volume of the gas, that the melt is swirled violently. Such a swirling of the melt leads to the fact that the slag floating in the mold on the bathroom mirror, the so-called block foam in the still liquid melt is sucked in and held there as a result of the gradual increase in viscosity. The suction effect of normal, unkilled steel cast under atmospheric pressure is already so large that the oxidic inclusions resulting from the sucked in block foam close lead to a considerable reduction in quality, which is particularly evident in the subsequent deformation disadvantageously noticeable.

Um die Durchwirbelung der Schmelze zu vermeiden, darf die Trägergasmenge nur 5 bis 15 Nl/t Stahl betragen. Eine so starke Verringerung der Spülgasmenge führt aber zwangläufig zu einer entsprechenden Verringerung der Kühlwirkung und Keimbildung durch das Gas. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren tritt nun der Flußmittelzusatz an die Stelle eines Teils des Gases, so daß sich trotz der geringen Gasmenge infolge der in Gestalt eines Flußmittels eingeführten Fremdkeime die gewünschte Strukturverbesserung des Blocks ergibt. Als Flußmittel kommen für das erfindungsgemäße Verfahren praktisch alle in der Hüttentechnik gebräuchlichenIn order to avoid swirling through the melt, the amount of carrier gas may only be 5 to 15 Nl / t Steel. Such a great reduction in the amount of purging gas inevitably leads to a corresponding one Reduction of the cooling effect and nucleation by the gas. In the inventive The flux addition now takes the place of part of the gas, so that despite the small amount Amount of gas as a result of the foreign nuclei introduced in the form of a flux, the desired structural improvement of the block results. The flux used for the method according to the invention practically all those commonly used in metallurgical engineering

Flußmittel in Frage, sofern sie nicht selbst zu einer Verunreinigung der Schmelze führen. Insbesondere sind jedoch die neutralen Flußmittel wie Flußspat und Borax oder auch basische Flußmittel wie Kalk, Soda, Eisenoxyd oder andere, leicht reduzierbare Metalloxyde geeignet. Im einzelnen muß die Wahl des richtigen Flußmittels in Anbetracht der zu behandelnden Schmelze erfolgen. Anstatt jedoch festes Metalloxyd unter Verwendung eines Trägergases einzublasen, kann das Gas auch teilweise aus Sauerstoff bestehen, so daß es erst in der Schmelze durch örtliche Oxydation des Eisens zur Flußmittelbildung kommt. Diese Verfahrensvariante besitzt zudem den Vorteil, daß die starke Sauerstoffkonzentration zu einer örtlichen Sauerstoffübersättigung und damit zur schnellen Bildung von Keimen führt, die das anschließende Ausscheiden der in übersättigter Lösung befindlichen Oxyde wesentlich erleichtern. Hinzu kommt, daß durch die Flußmittelzugabe die Grenzflächenspannung Metall/Oxyd vermindert, dadurch ebenfalls die Ausscheidung der gelösten Oxyde erleichtert wird.Flux in question, unless they are themselves one Lead to contamination of the melt. In particular, however, are the neutral fluxes such as fluorspar and borax or basic fluxes such as lime, soda, iron oxide or other easily reducible ones Metal oxides suitable. In particular, the choice of the correct flux must be given in consideration of the to be treated Melt take place. However, instead of blowing in solid metal oxide using a carrier gas, the gas can also partially consist of oxygen, so that it only passes through the melt Local oxidation of the iron leads to the formation of flux. This process variant also has the The advantage that the strong oxygen concentration leads to local oxygen oversaturation and thus to rapid formation of germs leads to the subsequent excretion of the in supersaturated solution Make the oxides located much easier. In addition, the addition of flux increases the interfacial tension Metal / oxide reduced, thereby also facilitating the excretion of the dissolved oxides will.

Versuche haben ergeben, daß sich mit einem Flußmittelzusatz von 20 bis 200 g/t bei einer Trägergasmenge von 5 bis 15 Nt/t beim Gießen unter Vakuum gute Ergebnisse erzielen lassen. Im Einzelfall muß die Wahl des Flußmittels, dessen Menge und die Gasmenge innerhalb der angegebenen Grenzen unter Berücksichtigung der Gießtemperatur, der Gießzeit und der Zusammensetzung des Stahls oder Metalls gewählt werden. Selbstverständlich können dem Trägergas außer einem Flußmittel oder Sauer-S stoff auch in bekannter Weise zusätzlich noch Metallpulver beigegeben werden.Tests have shown that with a flux addition of 20 to 200 g / t with an amount of carrier gas from 5 to 15 Nt / t can achieve good results when pouring under vacuum. In individual cases The choice of flux, its amount and the amount of gas must be within the specified limits taking into account the casting temperature, the casting time and the composition of the steel or Metal can be chosen. Of course, in addition to a flux or Sauer-S In addition, metal powder can also be added in a known manner.

Claims

Patent claims:

ίο L Procedures for Preventing Core Failures

in metallic ingots, especially steel ingots, in which the liquid metal in the Chill mold from pouring to solidification with a carrier gas containing a solid powder is gassed, characterized in that the gassing in a vacuum with an amount of carrier gas of 5 to 15 Nl / t steel and a flux powder is added to the carrier gas.

2. The method according to claim 1, characterized by a flux addition of 20 to 200 g / t Steel.

3. The method according to claim 1 or 2, characterized in that the carrier gas is iron oxide or other easily reducible metal oxides are added.

4. The method according to any one of claims 1 to 3, characterized by the addition of oxygen to the carrier gas.