DE1954943A1

DE1954943A1 - Verfahren zur Steuerung der Desoxydationsgeschwindigkeit bei der Herstellung von Al-halbberuhigtem Stahl

Info

Publication number: DE1954943A1
Application number: DE19691954943
Authority: DE
Inventors: Ryoichiro Imai; Yoshihiko Kawai; Takaho Kawawa; Masuta Okubo
Original assignee: Nippon Kokan Ltd
Current assignee: JFE Engineering Corp
Priority date: 1968-11-02
Filing date: 1969-10-31
Publication date: 1970-05-21
Also published as: GB1270177A; NL6916403A; FR2022464A1; AT312024B

Description

Nippon Kokan Kabushiki Kaisha - , «»♦

Tokio, Japan

Verfahren zur Steuerung der Desoxydationsgeschwindigkeit bei der Herstellung von Al-halbberuhigtem Stahl

Die Erfindung betrifft ein verbessertes Verfahren zur Steuerung der Desoxydationsgesohwindigkeit bei der Herstellung von Al-halbberuhigtem Stahl.

Aus halbberuhigten Blöcken bzw, Brammen hergestellter, warmgewalzter Stahl wird häufig für widerstandgesohweißte Rohre verwendet. Zur Vermeidung schlechter, elektrischer Sohweißnähte infolge von silikatartigen Einschlüssen werden halbberuhigte Stähle unter Verwendung von Aluminium als Desoxydationsmittel anstelle von Silizium hergestellt.

Herkömmliche Desoxydationsverfahren für Al-halbberuhigten Stahl umfassen 1· ein Verfahren, bei welchem die erforderliche Menge an Aluminium-Zusätzen anhand des Sauerstoffgehalts der Stahlschmelze bestimmt und dieser Desoxydationszusatz in den Abstichstrahl eingeschüttet wird, und 2» ein Verfahren, bei welchem ein einen Teil des nötigen Aluminiums enthaltender Behälter in die Gießpfanne eingebracht und hierauf der Stahl abgestochen wird. Die stark· Desoxydationswirkung von Aluminium macht es erforderlich, daß der Sauerstoffgehalt der Stahlschmelze nach der Desoxydation des Stahls in dem sehr engen Bereich von 0,009 bis 0,011^6 gehalten wird, wenn der Al-halbberuhigte

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Staiil gute Qualität besitzen soll. Das in der Stahlschmelze enthaltene Restaluminium wird dabei auf etwa Ο,ΟΟ55έ reduziert. Die Häufigkeit des Sauerstoffgehalts der Stahlschmelze nach der herkömmlichen Desoxydation kann jedoch über einen Bereich von 0,007 bis 0,018$ streuen. Aus diesem Grund ist es unmöglich, den gewünschten optimalen Bereich des Sauerstoffgehalts einzuhalten* Im EaIl übermäßiger Desoxydation entstehen in den Oberteilen der Gußstücke Trichterlunker, welche ein Abschneiden des Gußstück-Oberteils erforderlich machen. Bei unzureichender Desoxydation treten dagegen Oberflächenfehler wie Blasen und dgl. auf. Brfindungsgemäß durchgeführte Versuche haben jedoch bestätigt, daß die vorstehend genannten Schwierigkeiten überraschenderweise vollständig ausgeräumt werden können, wenn die Verfahren zur Zugabe des Aluminiums sowie zur Steuerung der Al-Zugabe zweckmäßig verbessert werden.

Aufgabe der Erfindung ist mithin in erster Linie die Schaffung eines verbesserten Verfahrens zur Steuerung der Desoxydationsgeschwindigkeit einer Stahlschmelze durch Zugabe von Aluminium.

Die Besonderheit des erfindungsgemäß verbesserten Verfahrens liegt in der Steuerung der Desoxydationsgeschwindigkeit während des Aluminium-Zuschlags. Demzufolge ist das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung von Al-halbberuhigtem Stahl dadurch gekennzeichnet, daß zunächst die elektromotorische Kraft bzw· EMK der in einer Gießpfanne befindlichen Stahlschmelze mittels einer Säuerstoff-Konzentrationszelle gemessen und der erforderliche Wert der EHK nach einer Berechnungs-Formel bestimmt wird, sodann

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ein Draht bzw. eine Stange aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung mit einem Durchmesser von mindestens 5mm vorgesehen wird, der Draht bzw. die Stange kontinierlich mit einer Geschwindigkeit von mindestens 3 m/s in die Stahlschmelze vorgeschoben wird, die EMK während der Zuführung des Drahts bzw. der Stange kontinuierlich gemessen wird und schließlich diese Zuführung unterbrochen wird, wenn die EMK den vorbestimmten Wert erreicht.

Erforderlichenfalls wird die Stahlschmelze gerührt bzw. umgewälzt, indem ein Inertgas, wie Argon, Stickstoff o,dgl., über an der Unterseite der Gießpfanne befestigte poröse feuerfeste Körper in die Schmelze eingeblasen wird.

Im folgenden ist die Erfindung in einem Ausführungsbeispiel anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematisohe Darstellung einer Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens,

Fig. 2 einen in vergrößertem tmß^tab geh&ltenen Schnitt durch eine Vorrichtung zur Messung der elektromotorischen Kraft und

Fig. 3 eine graphische Darstellung zur Veranschaulichung des Verhältnisses zwischen elektromotorischer Kraft und Sauerstoffgehalt der Stahlschmelze während der Aluminiumzugabe·

Fig. 1 zeigt eine Ausführungsform einer Vorrichtung zur Durchführung des =»rfindungsgemäßen Verfahrens, bei welchem die Stahlschmelze vor dem Aluminium-Zuschlag in eine

.4«

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Gießpfanne abgestochen wird, worauf eine Aluminium-Stange bzw. ein -Draht von mehr als 5 mm Durchmesser mit einer Geschwindigkeit von mindestens 3 m/s durch eine aus einer Drahtführung 1, einer Vorschubeinrichtung 2 und einer Trommel 3 bestehende Draht-lührungsvorrichtung in die Stahlsohmelze vorgeschoben wird» Wenn der Aluminium-Draht weniger als 5 mm Durchmesser besitzt oder die Vorschubgesohwindigkeit des Drahts unter 3 m/s liegt, ist es unmöglich, den Draht tief in die Stahlschmelze hineinzudrängen, wodurch die Aluminium-Ausnutzung beträchtlich gemindert wird. Die eingeführte Aluminium-Stange bzw. -Draht bleibt bis zum Erreichen einer bestimmten Tiefe in fester Form, bis sich der Draht auflöst und in der Gießpfanne gleichmäßig diffundiert«, Nötigenfalls kann eine Zwangsumwälzung vorgenommen werden, indem Argon oder Stickstoff durch am Gießpfannen-Boden befestigte poröse feuerfeste Körper 4 hindurchgeblasen wird. Die zuzugebende Aluminiummenge wird durch Messung der elektromotorischen Kraft bzw. der EMK unter Verwendung einer Sauerstoff-Konzentrationszelle gesteuert.

Eine Ausführungsform einer solchen Meßvorrichtung ist in Fig. 2 gezeigt, welche in vergrößertem Schnitt eine EMK-Meßvorrichtung 5 veranschaulicht. Ein Peststoff-Elektrolyt 6 aus ZrO₂· OaO wird von einem Graphitkörper 7 gehalten, und zwar über Rohie8 und 9 aus Kieselerde. Als Standardbzw. Bezugs-Elektrode wird Luft benutzt, die in die in Fig. 2 durch den Pfeil angedeuteten Richtung eingeblasen wird· Zwei Zuleitungen 10 sind an ein Anzeige-Aufzeichnungsgerät 11 (Fig. 1) angeschlossen.

Als Meßverfahren unter Anwendung der Sauerstoff-Konzentrationszelle können Punktaessung und kontinuierliche Messung angewandt werden»

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Zunächst asi die Steuerung durch Punktmessung erläutert:

Die EMK der Stahlschmelze wird nach dem Abstich und vor der Zugabe von Aluminium gemessen, um den Sauerstoffgehalt der Schmelze und mithin die zuzugebende Aluminiummenge zu bestimmten.

Das Verhältnis zwischen EMK und Sauerstoffgehalt der Stahlschmelze wird nach folgender Formel bestimmt:

nF Po₂

In dieser Formel bedeuten:

E die elektromotorische Kraft (EMK);

/\ö° die Bezugs-Energie des gelösten Sauerstoffs;

!D die Absoluttemperatur der Stahlschmelze;

R die Gaskonstante;

η die elektrische Ladung;

F die Faradaysche Konstante;

at ο den in der Stahlschmelze enthaltenen aktiven Sauerstoff und

Po₂ den Partialdruck von Sauerstoff der Luft·

Sobald der Wert von E und T bestimm* ist, kannte ο berechnet werden, und <4.o s»j

Die Menge des Aluminium-Zuschlags läßt eich anhand der folgenden Formel berechnen:

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■"■"Ο"¹*

Al w = 1,124 ^ («Κ.0 - 0,010) (2)

mit Aluj = zuzugebende Aluminiummenge (in #) und V^ = Aluminiumausnutzung bzw. -Ausbringen«

^ enthält das Ergebnis des Aluminiumverlusts infolge von in der Gießpfanne enthaltener Schlacke und ist eine Funktion der Schlackenmenge, des Desoxydationsausmaßes der Schlacke, der Blasgeschwindigkeit des Gases sowie der Blaszeit des Gases·

Im folgenden ist die Steuerung durch kontiniujsnrliche Messung erläutert:

Bei des em Verfahren wird die EMK während des Aluminium-Zuschlags kontinuierlich gemessen und wird die Aluminium-* Zugabe unterbrochen, wenn die EMK einen Wert äquivalent zu/To#7^a 0,0105έ erreicht. Die EMK läßt sich in diesem Sail von Formel (1) ableiten.

Bei beiden Verfahren wird vorausgesetzt, daß der Sauerstoffgehalt auf 0,010ji herabgesetzt wird. Selbstverständlich kann aber jeder beliebige andere Wert innerhalb des bevorzugten Bereich von 0,009 bis 0,0115ε als Sollwert gewählt werden.

fig. 3 veranschaulicht die Änderung des Sauerstoffgehalts der Stahlschmelze und der EMK bei Zugabe von Aluminium mit konstanter Geschwindigkeit, wobei der Gesamt-Sauerstoff (Al₂O, +O₂) dem gelösten Sauerstoff (O₂) + Aluminiumoxyd (Al₂O.,) entspricht. Der Wert der EMK ergibt dtn Wert des gelösten Sauerstoffs, so daß sioh die zuzugebend· Aluminiummenge ohne weiteres bestimmen läßt.

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Das erfindungsgemäße Verfahren gewährleistet mithin durch Steuerung der Aluminium-Zugabe und Einstellung der Desoxydationsgeschwindigkeit bei der Herstellung von Alhalbberuhigtem Stahl zahlreiche Vorteile. Durch Punktmessung und damit verbundene Draht-Zuführung läßt sich der Sauerstoffgehalt der Schmelze schnell und genau ermitteln. Die Zugabe von Aluminium zur Gießpfanne nach dem Abstich begrenzt die äfcKMmxragx Streuung der Desoxydation, die durch die im Ofen herrschenden Bedingungen und die Luftoxydation infolge der heftigen Umwälzung zum Zeitpunkt des Abstichs hervorgerufen wird. Durch Zufuhr eines Drahts bzw. einer Stange größeren Durchmessers, der bzw. die mit hoher Geschwindigkeit in die Stahlschmelze vorgeschoben wird, wird die Aluminium-Ausnutzung verbessert und gleichzeitig deren Streuung bzw. Treffsicherheit verbessert, so daß eine genaue Steuerung des Sauerstoffgehalts der Stahlschmelze nach der Desoxydation bewirkt wird.

Die kontinuierliche Messung der EMK und die damit verbundene Draht-Zuführung ermöglicht eine frei zu beeinflussende und dynamische Steuerung der Menge und der Geschwindigkeit des Aluminium-Zusohlaga..

Mithin besteht keine Notwendigkeit für eine Inbetrachtziehung von etwaigen Störeinflüssen, welche den Störungsfaktor der herkömmlichen Verfahren darstellte.

In der folgenden Tabelle sind die Ergebnisse eines Vergleiohs des Ausbringens der Endprodukte und des Anteils an fehlerhaften Erzeugnissen bei der elektrischen Widerstandsschweißung von mit Silizium halbberuhigtem Stahl sowie von herkömmlichem und erfindungsgemäß hergestelltem

-8-

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—ö—

halbberuhigtem Stahl aufgeführte Diese Tabelle verdeutlicht, daß der nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellte Al-halbberuhigte Stahl wesentlich besser ist als die anderen Stähle.

!Tabelle

Ausbringen vom Roh_J3tahl Anteil an fehlerbie zum Fertigerzeugnis haften Fertiger-Zeugnissen.

Si-halbberuhigter

Stahl 87,3#

Herkömmlicher Al-halb—
beruhigter Stahl 79,5#

Erfindungsgemäß hergestellter Al-halbberuhigter Stahl 86,6#

(Die rechte Spalte in obiger Tabelle zeigt einen Relativwert der Vergleiehestahle, wenn der Fehleranteil von Si— halbberuhigtem Stahl mit IOO56 angenommen wird.)

Neben einem Draht aus Aluminium kann auch ein solcher aus einer Aluminiumlegierung, wie einer Al-Mg-, Al-Oa-, Al-Mg-Ca-, Al-Zn-, Al-Pb-Legierung und dgl., wirksam angewandt werden.

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Claims

Patentansprü oh e

1· Verfahren zur Steuerung der Desoxydationsgeschwindigkeit bei der Herstellung von Al-halbberuhigtem Stahl, dadurch gekennzeichnet, daß zunächst die elektromotorische Kraft bzw, EMK der in einer Gießpfanne befinglichen Stahlschmelze mittels einer Sauerstoff-Konzentrati ons zelle gemessen und der erforderliche Wert der BMK nach einer Bereohnunge-formel "bestimmt wird, sodann ein Draht bzw« eine Stange aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung mit einem Durohmesser von mindestens 5 mm vorgesehen, wird, der Draht bzw» die Stange kontinuierlich mit einer Geschwindigkeit von mindestens 3 m/s in die Stahlschmelze vorgeschoben wird, die EMK während der Zuführung des Drahte bzw. der Stange kontinuierlich gemessen wird und schließlich diese Zuführung unterbrochen wird, wenn die EMK den vorbestimmten Wert erreicht.

2, Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Stahlschmelze gerührt bzw» umgewälzt wird, indem ein Inertgas über an der Unterseite der Stahlschmelze vorgesehene poröse feuerfeste Körper in die Stahlschmelze eingeblasen wird.

-10-

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β Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Sauerstoffgehalt der Stahlschmelze auf der Grundlage folgender Gleichung bestimmt wird:

Po₂ 1/2

in welcher

Έ die EMK,

G⁰ die Bezugsenergie des gelösten Sauerstoffs,

X die Absoluttemperatur der Stahlschmelze,

H die Gaskonstante,

η die elektrische Ladung,

Έ die Faradaysehe Eonstante,

den in der Stahlschmelze enthaltenen aktiven Sauerstoff und

den Partialdruck von Sauerstoff in der Luft be deuten.

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