DE1931694A1 - Verfahren zum Verhindern eines Verstopfens der Verteilerduesen beim Stranggiessen - Google Patents
Verfahren zum Verhindern eines Verstopfens der Verteilerduesen beim StranggiessenInfo
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Description
8 München 5, den 23. Juni 1969
ErhardtstraBe 11
Telefon 2406 75 H/S 193 169 A
International Harvester Company
401, North Michigan Avenue
Chicago, Illinois 60611 (V.St.A.)
401, North Michigan Avenue
Chicago, Illinois 60611 (V.St.A.)
Verfahren zum Verhindern eines Verstopfens der
Verteilerdüsen "beim Stranggießen
Die Erfindung "bezieht sich auf ein Verfahren zum Verhindern
eines Verstopfens der Verteilerdüsen beim Stranggießen.
Beim Stranggießen wird normalerweise der flüssige Stahl aus einer Gießpfanne in einen Verteiler gegossen, der eine oder
mehrere Austrittdüsen enthält, durch die das flüssige Metall in abgemessener Menge und vorbestimmten Querschnitt in die
Kokille fließt, die den Strang formt.
Die Austrittdüsen dieses Verteilers bestehen üblicherweise aus Zirkonium, Aluminium oder anderen hoch hitzebeständigen
und schwer schmelzbaren Materialien. Bei solchen Materialien ergeben sich ständig Schwierigkeiten, die Verteilerdüsen für
den Durchfluß des flüssigen Metalls freizuhalten. Sobald nämlich der Stahl mit Aluminium, Titan, Zirkonium oder Kalzium
desoxydiert wird, neigen die Verteilerdüsen infolge Ablagerengen
zu einem Verstopfen und schließen sich allmählich ganz, was zur Folge hat, daß das Gießen abgebrochen werden muß. Man ist
dann gezwungen, den Rest der Charge im Blockguß auszugießen. Die dadurch erzielten Gußblöcke (ingots) müssen ausgewalzt
werden, was die Kosten des fertigen heißgewalzten Gußprodukts wesentlich erhöht.
Das Verstopfen der Verteilerdüsen hat hauptsächlich seine Ursache in Ablagerungen der schwer schmelzbaren Oxyde des
geschmolzenen Metalls an der Oberfläche der Verteilerdüsen.
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Dies hat zur Folge, daß gewebeartige oder rippenartige Strukturen entstehen, die sich wie drahtähnliche Gänge
von verfestigtem Stahl miteinander verflechten. Sobald das geschmolzene Metall durch die Verteilerdüsen fließt,
wachsen diese Strukturen von der Düsenöffnung nach außen, bis der Metallfluß in die Kokillen aufhört. Es muß dann
das Gießen abgebrochen werden.
Eine Beruhigung des Stahl mittels Aluminium, Kalzium, Titan und Zirkonium verringert die Oberflächenspannung des geschmolzenen
Metalls und fördert die Schlackenbildung. Diese Stoffe würden daher für die Beruhigung bei der Gewinnung von
Bessemer-Stahl, Siemens-Martin-Stahl und in elektrischen Brennofen hergestellter Stahl, sowie später auch für Thomas-Stahl
verwendet.
Dagegen sind keine Probleme aufgetaucht bei der Herstellung von Blockgußstahl (ingot steel), da der hierfür vorgesehene
Stahl durch relativ große Öffnungen der hierfür verwendeten Stopfenpfanne in die Kokille eingegossen wird. Bevor elektrische
Brennofen aufkamen, konnte kein mit Aluminium beruhigter Stahl verwendet werden, um die Vergießbarkeit von
Siemens-Martin- und Bessemer-Stahl zu verringern. Dieses Problem tauchte erst in erhöhtem Grade auf, als sich die
höheren Gießtemperaturen bei Verwendung von elektrischen öfen einstellten.
Beim Stranggußverfahren warf die Verwendung von mit Aluminium
beruhigtem Stahl anfangs keine ernsthaften Probleme auf. Dies ist in erster Linie darauf zurückzuführen, daß kleine
Gußchargen und relativ hohe Temperaturen durch die Verwendung von elektrischen Schmelzöfen vorgesehen waren. Erst als das
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Stranggießen mittels der Thomasbirne durchgeführt wurde, entstanden zahlreiche ernsthafte Schwierigkeiten. Bedingt
durch den hohen Sauerstoffgehalt beim Thomasverfahren waren erhöhte Mengen von Aluminium und anderen Desoxydationsmitteln
erforderlich, die die Vergießbarkeit des Metalls beachtlich
verringerten. Weiterhin waren durch die größeren Chargen längere Gießzeiten erforderlich, was wiederum größere
Temperaturverluste im Metall zur Eolge hatte. Schließlich
war das Verstopfen der Verteilerdüsen das am schwierigsten zu beseitigende Problem.
So wurde festgestellt, daß große Chargen von Thomasbirnen beispielsweise in der Größenordnung von HOt, die mit
Aluminium, Kalzium, Titan oder Zirkonium in deren Reinzustand oder als Eisenlegierungen reduziert wurden, bei GuB-temperaturen
von ungefähr 900° C gerippeförmige Ablagerungen
in den Verteilerdüsen bildeten, die eine gewisse Störung des Metallflusses durch die Verteilerdüsen zur Folge hatten,
Auch hier mußte notfalls das Gießen unterbrochen werden, besonders dann, wenn Zirkonium oder hochangereichertes
Aluminium für die Verteilerdüsen verwendet wurde.
Beobachtungen an verstopften Verteilerdüsen ergaben, daß die gerippeförmigen Ablagerungen, welche den Metallfluß einengen,
in erster linie auf das Aluminiumoxyd AI2 O3 neben
anderen Zusammensetzungen mit schwer schmelzbaren Materialien, die Aluminium-, Kalzium- und Silizium-Oxyde enthalten, zurückzuführen
ist. Weitere Versuche an Chargen, die mit Aluminium, Kalzium-Silizium-Legierungen und Seltenen Erden versetzt
waren zeigten, daß die schwer schmelzbaren Bestandteile, die die Verteilerdüsen verstopfen, Produkte von Aluminium und
Kalzium enthaltenden Desoxydationsmitteln sind.
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Unter den "bisher angestellten Versuchen, das Verstopfen der
Verteilerdüsen zu verhindern, wurde beispielsweise ein Verfahren erprobt, bei dem Aluminiumdraht als Desoxydationsmittel in den geschmolzenen Stahl eingeführt wurde, nachdem
dieser Stahl durch die Verteilerdüsen gegossen wurde. Dies
führte nicht zum gewünschten Erfolg, da nur sehr schwer eine einheitliche Mischung von Aluminium in Stahl in diesem spaten
Stadium zu erreichen ist. Außerdem wurde bei diesem Verfahren eine beträchtliche Menge von schlackenbildendem Aluminiumoxyd
benötigt, das in der Kokille zu Durchbrüchen (breakouts) und zu Oberflächenrissen an den Gußstücken führte, die auf Einhüllungen
von Schlacke im Metall zurückzuführen waren.
In bekannter Weise wurden daher auch mittels Stopfen verschließbare
Verteilerdüsen (stoppered nozzles) verwendet, die ähnlich ausgebildet sind wie der Verschluß der Gießpfannen
bei der Gußbloekherstellung. Diese Vorrichtungen
erlauben die Anwendung von Verteilerdüsen aus Graphit oder Schamotte mit größerer Durchflußöffnung. Derartige Verteilerdüsen
werden jedoch mit der Zeit angegriffen und vergrößern sich während des Gießens. Dies hat zur Folge, daß die Durchflußmenge
durch die Düsen durch eine Bedienungsperson oder durch eine Regelvorrichtung ständig nachgestellt werden muß.
Während des Gießens von mehr als einer Stunde wird es schwierig, die Durchflußgeschwindigkeit genau einzuhalten. Pur Chargen
von mehr als 1000 t sind daher mittels Stopfen verschließbare Verteilerdüsen keine ausreichende Lösung.
Die Erfindung hat sich daher zur Aufgabe gemacht, das Verstopfen
der Verteilerdüsen zu verhfadern und einen ungehinderten Fluß .des geschmolzenen Stahls während des Stranggießens auch bei
großen Chargen zu ermöglichen. In diesem Zusammenhang soll mit dem erfindungsgemäßen Verfahren eine Stahlcharge besser
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desoxydiert werden können, wobei das Abscheiden von Oxyden verringert oder völlig ausgeschaltet wird, so daß sich das
Stranggießen ohne Unterbrechung durchführen läßt.
Das erfindungsgemäße Verfahren sieht weiterhin vor, Metalle der Seltenen Erden oder Siliziumverbindungen mit Seltenen
Erden oder andere Legierungen unter Verwendung von Metallen der Seltenen Erden verwenden zu können, um den Stahl während
des Stranggießens zu beruhigen, so daß Abscheidungen von hochschmelzbaren Oxyden des geschmolzenen Metalls auf der
Oberfläche der Verteilerdüsen nicht entstehen können. Schließlich erlaubt das erfindungsgemäße Verfahren auch die Behandlung
unterschiedlicher Stahlsorten als es bisher möglich war.
Um im Thomas-Verfahren eine große Charge Stahl von beispielsweise 140-200 t stranggießen zu können, werden Verteilerdüsen
aus Zirkonium verwendet. Zirkonium oder andere hochschmelzbare Stoffe sind hierfür geeignet, um nicht nur dee hohe
Temperatur sondern auch deren lange Einwirkung auf die Charge während des Abfließens durch die Verteilerdüsen aushalten zu
können.
Üblicherweise wird der zum Stranggießen bestimmte Verteiler mit ungefähr 2000 kg Stahl beaufschlagt. 8 Verteilerdüsen von
etwa 16 mm Durchmesser sind vorgesehen, die den geschmolzenen Stahl aus dem Verteiler abgemessen in die Kokille abfließen
lassen, in denen Knüppel von 12,7 oder 15,2 cm im Quadrat gebildet werden. Es dauert ungefähr eine Stunde, um 140 t Stahlcharge
durch diese 8 Düsen zu gießen. Wichtig ist es daher, daß diese Düsen während des gesamten Vorganges ständig, offengehalten
werden. Andererseits ist es genauso wichtig, daß die Düsen nicht angegriffen werden und demzufolge die Durchflußrate
sich nicht verringert. Bei Aluminium als Desoxdationsmittel ist nun durch Röntgenbeugungsaufnahmen festgestellt
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worden, daß die Ablagerungen in den Verteilerdüsen sich, in
einem Beugungsbild widerspiegeln, wie es sich bei Vorhandensein von Aluminium-Kalzium-Oxyd und Aluminium-Oxyd ergibt.
Um in Verfolg der Aufgabe, das Verstopfen der Verteilerdüsen zu verhindern und den Metallfluß durch die Düsen ungestört
konstant halten zu können, hat sich ein Lösungsweg gezeigt, der sich durch das Zusetzen eines Desoxydationsmittels auszeichnet,
das statt des üblicherweise verwendeten Aluminium Metalle der Seltenen Erden, Yttrium oder Verbindungen der
Seltenen Erden oder des Yttriums - außer deren Oxyde - und insbesondere siliziumhaltige Verbindungen enthält.
Besonders gute Resultate ergaben sich beispielsweise, wenn 125 - 175 kg einer beliebigen Siliziumverbindung mit Seltenen
Erden oder Yttrium oder Mischungen solcher Siliziumverbindungen enthalten sind, um eine 140 t Charge Stahl im Stranggußverfahren
zu beruhigen. Es wurde kein Verstopfen von Zirkonium enthaltenden Verteilerdüsen festgestellt, wenn Siliziumverbindungen
der Seltenen Erden verwendet wurden. Zufriedenstellende Resultate hat die folgende Mischung von Siliziumverbindungen
der Seltenen Erden in der folgenden Zusammenstellung
ergeben.
Silizium Lanthan Cer
Praseodym Neodym Yttrium Eisen
| Beispiel 1 in % |
Beispiel 2 in $> |
| 28.0 | 30.0 |
| 14,5 | 33.0 |
| 13.0 | 28.6 |
| 2.0 | 2.0 |
| 2.0 | 5.0 |
| 0.1 | 1.0 |
| 40.4 | 0.4 |
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Metalle der Seltenen Erden oder Mischungen hieraus, so etwa
Mischmetall als Desoxydationsmittel, ergaben in zufriedenstellender Weise ebensogute Resultate. Hierbei wird folgende
Zusammensetzung einer Mischung der Metalle der Seltenen Erden angewandt:
in $>■
Cer 46,9
Lanthan 24.5
Praseodym 6.0
Neodym 19.0
Samarium 2.0 Gadolinium 0.5 Yttrium und andere Seltene Erden 0.5
Siliziumverbindungen der Seltenen Erden von unterschiedlichen
Zusammensetzungen mit ungefähr 10-50$ Gehalt an Metallen der
Seltenen Erden d.s Desoxydationsmittel für dieses Verfahren
lassen sich in wirtschaftlich tragbarer Weise herstellen. Die Menge der benötigten Siliziumverbindungen der Seltenen
Erden verringert sich im entsprechenden Maß wie die Anwesenheit des Elements Praseodym in der Zusammensetzung verstärkt
wird. Das Element Praseodym ist eines der aktivsten Metalle der Seltenen Erden und ermöglicht, daß ein hoher Betrag an
Energie während der Desoxydation frei wird.
Es wurde festgestellt, daß Stahl, der ohne vorherige Desoxydation
abgestochen wurde, in der Gießpfanne mit folgenden Zusätzen ein ungestörtes Stranggießen durch die ■Verteilerdüsen
ergibt: 2 1/2 kg Silizium pro Tonne werden zugesetzt, nachdem ungefähr 5$ der Stahlcharge in die Gießpfanne abgelassen
worden ist. Dem Zusatz an Silizium wird dann ein angemessener Gehalt an Mangan zugesetzt. Sollen weitere Legierungen
zugesetzt werden, so können diese mit dem Mangan eingefüllt
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werden. Metalle der Seltenen Erden werden vorzugsweise dann
zugesetzt, sobald ungefähr 65$ des Stahls in die Gießpfanne abgestochen worden sind, was dann eine ausreichende Mischung
ermöglicht. Diese kann dadurch herbeigeführt werden, indem eine reine Mischung von Metallen, so etwa Mischmetall als
auch in Form einer Siliziumlegierung zugesetzt wird. Ein derart vorbereiteter Stahl kann in zufriedenstellender Weise
mit Metallen der Seltenen Erden in einer Zusammensetzung von 1/4 kg pro Tonne bei mittleren bis hohem Kohlenstoffgehalt
des Stahls gegossen werden, worunter ein Stahl mit ungefähr 0,3 bis 0,5$ bzw. 0,5 bis 0,8$ Kohlenstoffgehalt
zu verstehen ist. Wenn der Kohlenstoffgehalt im Stahl geringer ausfällt, müssen die Zusätze an Seltenen Erden erhöht werden.
]?ür einen Stahl mit ungefähr 0,15$ Kohlenstoffgehalt ist ungefähr
ein halbes kg eines Metalls der Seltenen Erden pro Tonne Stahl erforderlich.
Diese Mengenangaben ermöglichen .es beim Stranggießen, große
Stahlchargen bei niedrigem Kohlenstoffgehalt gießen zu können, was bisher.nicht möglich war. Bei der bisher üblichen
Desoxydation des Stahl mit Kalzium enthaltenden Siliziumverbindungen war der Stahl, um ihn gießen zu können, auf mittlere
und hohe Grade aufgekohlt, wobei ein Mindestzusatz von 0,25$ Silizium enthalten war. Durch Verwendung von Siliziumverbindungen
mit Seltenen Erden als Desoxydationsmittel läßt sich nunmehr auch Stahl mit niedrigem Kohlenstoffgehalt bei
höchstens 0,15$ Siliziumzusatz im Stranggießverfahren gewinnen. Die Verwendung von Siliziumverbindungen der Seltenen
Erden erlaubt im Stranggießverfahren weiterhin auch das Gießen von nachgeblasenen (re-blown) Chargen mit niedrigem Kohlenstoffgehalt
.
Die Vorteile, die sich aus der Verwendung von Seltenen Erden
oder deren Siliziumverbindungen anstelle von Aluminium als
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Desoxydationsmittel ergeben, erschöpfen sich nicht nur im Portfall
der Ablagerungen in den Verteilerdüsen sondern auch darin, daß deren Beseitigung und damit der Terbundene Zeit- und Geldaufwand
hinfällig werden und eine größere Menge von Stahlsorten im Stranggießverfahren behandelt werden können, insbesondere
die Stahlsorten mit niedrigem Kohlenstoffgehalt bei Verwendung von lediglich 0,15$ Silizium.
Unter diesen Umständen wird das Stranggußverfahren auch für Baustahl
und AlSI-Stahl (oder die unter dieser Bezeichnung genormten
Stähle) nutzbar gemacht. Weiterhin ist die Schlackenbildung in den Kupferkokillen beträchtlich reduziert, die wiederum
Durchbrüche oder Ausbrüche (breakouts), die sich bei den Rohblöcken am Kokillenboden ausbreiten, verringern. Früher mußte eine unfertige
Charge, um im Strang gegossen werden zu können, dadurch behandelt werden, daß das Metall in größere Rohblöcke (ingots)
gegossen wurde. Diese mußten dann auf eine kleinere Blockgröße (billets) gewalzt werden.
Die Anwendung der Metalle der Seltenen Erden oder deren Siliziumverbindungen
als Desoxydationsmittel verringert zusätzlich die Gußge s chwindigke it.
In weiterer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens können insbesondere Karbide der Seltenen Erden sowie Yttrium-Karbide,
Chloride und ähnliche Verbindungen als Desoxydationsmittel benutzt werden, die zu Sauerstoff eine große Affinität haben. So
eignen sich Skandium und dessen Verbindungen, insbesondere Siliziumverbindungen mit Skandium außer deren Oxyde und deren
Verbindungen mit Elementen der Aktinidenreine, wie Thorium und
Uran, als Desoxydationsmittel zur Herabsetzung eines Verstopfens der Verteilerdüsen.
Schließlich ist als Vorteil gegenüber Desoxydationsmitteln auf Aluminiumbasis hervorzuheben, daß die Anwendung der Metalle der
Seltenen Erden oder deren Verbindungen mit Silizium die Oberflächenspannung des geschmolzenen Metalls herabsetzen und somit
die Gießbarkeit des Metalls fördern.
209830/0040
Claims (17)
1. Verfahren zum Verhindern eines Verstopfens der Verteilerdüsen
beim Stranggießen, dadurch gekennzeichnet, daß dem geschmolzenen Stahl, bevor er durch die Verteilerdüsen
gegossen wird, ein Desoxydationsmittel zugesetzt wird, das Metalle der Seltenen Erden, Yttrium, Verbindungen der
Seltenen Erden oder des Yttriums - außer deren Oxyde und/oder Mischungen dieser Komponenten enthält.
2. Desoxydationsmittel, das zur Durchführung eines Verfahrens nach Anspruch 1 dem geschmolzenen Metall zugesetzt wird,
dadurch gekennzeichnet, daß es aus einem Metall der Seltenen
Erden besteht.
3. Desoxydationsmittel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es aus Siliziumverbindungen der Seltenen Erden besteht.
4. Desoxydationsmittel nach Ansprmch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß es Praseodym oder Siliziumverbindungen mit Praseodym enthält.
5. Desoxydationsmittel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es Mischmittel enthält.
6. Desoxydationsmittel nach Anspruch !,gekennzeichnet durch
eine Zusammensetzung, die Praseodym enthält.
7. Desoxydationsmittel nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen Zusatz von Skandium oder einer Siliziumverbindung mit
Skandium oder Actiniden-Metalle oder deren Siliziumverbindungen.
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8. Desoxydationsmittel nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Mischung, die sich nach Gewichtsanteilen wie folgt
zusammensetzt:
Cer 47 #
Lanthan 25 #
Praseodym 6 #
Neodym 19 #
Samarium 2 $
Gadolinium 0,5 ^ Yttrium und andere Metalle der
Seltenen Erden 0,5 $>
9. Desoxydationsmittel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es aus einer Mischung einer Siliziumverbindung der
Seltenen Erden mit folgenden Zusätzen (in Gewichtsanteilen) besteht:
10. Verfahren unter Verwendung eines Desoxydationsmittels nach
Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß dem Stahl Metalle der Seltenen Erden in einem Verhältnis von 1/4 "bis 1 1/4 kg
pro Tonne zugesetzt werden.
11. Verfahren unter Verwendung eines Desoxydationsmittels nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß dem Stahl Siliziumverbindungen
der Seltenen Erden in einem Verhältnis von 1/2 "bis 2 1/2 kg pro Tonne Stahl zugesetzt werden.
209830/0048
_ 12 -
12. Verfahren nach. Anspruch 1 und unter Verwendung eines
Desoxydationsmittels nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens 1/4 kg Metalle der Seltenen
Erden oder deren Verbindungen pro Tonne Stahl dem geschmolzenen Metall zugesetzt werden.
13. Verfahren nach Anspruch 1 und unter Verwendung eines Desoxydationsmittels nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet,
daß ungefähr 1/4 his 2 1/2 kg Metall der
k Seltenen Erden oder deren Verbindungen pro Tonne Stahl
dem geschmolzenen Metall zugesetzt werden.
14. Verfahren nach Anspruch 1 und unter Verwendung eines
Desoxydationsmittels nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens 1/2 kg Siliziumverbindungen der
Seltenen Erden pro Tonne Stahl dem geschmolzenen Stahl zugesetzt wird.
15. Verfahren nach Anspruch 1 und unter Verwendung eines Desoxydationsmittels nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet,
daß ungefähr 1/2 bis 2 1/2 kg Siliziumverbindungen der Seltenen Erden pro Tonne Stahl dem geschmolzenen Stahl
' zugesetzt werden.
16. Verteilerdüsen zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verteilerdiisen
aus einem hitzebeständigen Material, wie Zirkonium und Aluminium, bestehen. .
17. Verfahren nach Anspruch 1 und 14, und unter Verwendung
eines Desoxydationsmittels nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet,
daß dem zu bearbeitenden Stahl höchstens 0,15 ί>
Silizium zugesetzt ist.
209 830/0048
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