DE2109943B2 - Verfahren zur Herstellung eines Blockes aus unberuhigtem Stahl - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zu·· Herstellung eines Blockes aus tinberuhigtem Stahl, bei dem der unberuhigte Stahl zunächst in eine Kokille bis zum teilweisen Füllen derselben gegossen wird und anschließend ein Dämpfe erzeugendes Zuschlagelement in die in der Kokille befindliche Stahlschmelze eingebracht wird, worauf der Guß des unberuhigten Stahls fortgesetzt wird.

Bei einem aus der US-PS 2236504 bekannten Verfahren dieser Art wird eine unberuhigte Stahlschmelze in Kokillen vergossen, welche dann für eine ungestörte Beruhigung zur Ausbildung der gewünschten Dicke der Außenhaut stehengelassen wird und anschließend das Zuschlagelement bei nach wie vor brodelnder Schmelze zugegeben wird. Nach einem weiteren Zeitraum wird dann die Kokille gedeckelt, um die Beruhigung der Schmelze zu beenden.

Wird jedoch bei diesem bekannten Verfahren ein Dämpfe erzeugendes Zuschlagelement in die Kokille eingebracht, nachdem diese mit dem unberuhigten Stahl gefüllt wurde und dann die Beruhigung des Stahles durch Deckeln der Kokille unterbrochen, tritt eine erhebliche Verzögerung zwischen dem Zuschlag der Dämpfe erzeugenden Elemente und der Bildung einer erstarrten Kruste am Oberende des sich beruhigenden Blockes auf. Diese Zeitverzögerung setzt jedoch die Arbeiter in der Umgebung einer erheblichen Menge schädlicher Dämpfe aus. Selbst nach dem Aufsetzen der Deckphtte kann der Stahl aus dem Oberende der Kokille eruptionsartig ausbrechen und eine verzögerte Beruhigung bewirken. Hierdurch wird gleichzeitig jedoch das zugeschlagene Legierungselement höher in dem geschmolzenen Inneren des Blokkes konzentriert als gewünscht. Durch eine derartige Konzentration muß daher eine große Stahlmenge vom Oberende des Blockes abgeschnitten und verworfen werden, wodurch die Ausbeute erheblich verschlechtert wird. Derartige Dämpfe erzeugende Zuschlagselemente können bestimmte, die Bearbeitbarkeit verbessernde Element, wie beispielsweise Tellurselen, Schwefel oder Wismut, sein oder ?.s kann sich um Zuschlagselemente handeln, die für sich selbst nicht der Verbesserung der Bearbeitbarkeit dienen, wie beispielsweise Arsen oder Phosphor, die bei der Stahlherstellung für andere Zwecke als Zuschlagselemente verwendet werden. Die Dämpfe derartiger Elemente jedoch können zum Teil hochgiftig sein.

Aus der US-PS 2143410 ist ferner eine übliche Kokille bekannt, bei der ein Deckel aufgebracht werden kann, wenn die Stahlschmelze einen Stand erreicht hat, der unterhalb der Oberkante der Kokille liegt.

Die DE-PS 912998 beschreibt ferner die Verwendung einer Flaschenhalskokille, bei der in der Oberfläche des erstarrenden Blockes ein Riß ausgebildet werden soll, um den Druck zu entlasten, unter dem der Block normalerweise erstarrt.

Aus der DE-AS 1208320 ist ferner der Zuschlag von Aluminium durch das Unterende einer Gießform bekannt, nachdem man den Stahl eine ausreichende Zeitspanne hat sich beruhigen lassen, um hierdurch eine blasenfreie Oberflächenzone auszubilden.

Aus der GB-PS 1106964 ist ferner eine übliche Flaschenhalskokille bekannt, wobei hier Einrichtungen vorgesehen sind, die sich als abnehmbarer Flaschenhals definieren lassen.

Die einfache Kernlegierungstechnik ist ferner aus der OE-PS 250594 bekannt, wobei bei der dort beschriebenen Kernlegierungstechnik in zwei Abschnitten vergossen wird, zwischen denen die Kernlegierung

erfolgt. Hierbei sollen während der Haltezeit die üblichen exothermen Mischungen oder eine Zusatzbeheizung angewendet werden.

Zur Herstellung von Automatenstählen ist eine abgewandelte Form der Kernlegierungstechnik aus der DE-PS 1246784 bekannt, bei welcher in die vorzugsweise mit unberuhigtem Stahl gefüllte Kokille nach Ausbildung einer sauberen, blasenfreien Randzone die die Zerspannbarkeit fördernden Zuschlagselemente zusammen mit Schwefel und Schwefelverbindungen dadurch in den Kern eingebracht werden, daß ein diese Stoffe enthaltendes Rohr in den flüssigen Slockkern eingetaucht wird.

Die Verwendung von Flaschenhalskokillen zum Vergießen von unberuhigtem Stahl ist ferner noch aus den US-PS 2190393 und 2819503 bekannt, wobei die gesamte Kokille einschließlich eines erheblichen Teiles des Flaschenhalses mit der unberuhigten Stahlschmelze gefüllt und anschließend ein Deckelelement auf das Oberende des Flaschenhalses aufgebracht wird, wobei der Boden des Deckelelementes in die Stahlschmelze im Flaschenhals der Kokille eintaucht. Hierdurch wird die Schmelze im Flaschenhals zum Erstarren am Deckelelement gebracht, wodurch der Block abgedichtet und die Beruhigung des Stahles unterbrochen wird. Eine derartige Verfahrensweise ist anerkanntermaßen vorteilhaft, wenn unberuhigter Stahl vergossen wird und keine Dämpfe erzeugenden Zuschlagselemente verwendet werden. Bei der Zugabe von Dämpfe erzeugenden Zuschlagsstoffen, insbesondere von Tellur, hat sich jedoch gezeigt, daß es nachteilig wäre, diese Verfahrensweise anzuwender., da der Zuschlag dieses Elementes von oben in die Stahlschmelze im Flaschenhals der Kokille zu einem gefährlichen Funkenflug aus dem Raschenhals führt. Dies stellt jedoch ein erhebliches Sicherheits- und Gesundheitsrisiko für die Arbeiter dar. Aus den mit dem Element Tellur gemachten Erfahrungen läßt sich schließen, daß ähnliche Schwierigkeiten zu erwarten sind, wenn bei dieser bekannten Verfahrensweise andere Dämpfe erzeugende Zuschlagsstoffe verwendet werden.

Ausgehend von einem Verfahren der eingangs genannten Art Hegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, bei der Herstellung von Blöcken aus unberuhigtem Stahl mit unerwünschte Dämpfe erzeugenden Zuschlagselementen die zuvor beschriebenen Schwierigkeiten zu vermeiden.

Diese Aufgabe wird bei dem oben beschriebenen Verfahren dadurch gelöst, daß

a) der Stahl zunächst in eine Flaschenhalskokille gegossen wird, derart, daß die Kokille im wesentlichen gefüllt ist;

b) daß, nachdem sich der Stahl in dem gewünschten Maße beruhigt hat, der Zuschlag des Legierungselementes in die sich weiterhin beruhigende Schmelze innerhalb der Kokille erfolgt, worauf die öffnung des Flaschenhalses der Kokille mechanisch durch einen Deckel veischlossen wird;

c) daß der erste Guß gemäß a) derart ausgeführt wird, daß der gesamte Flaschenhals der Kokille im wesentlichen leer bleibt und der Stahl nach dem Gießen ohne Anstieg der Füllhöhe der Stahlschmelze in der Kokille sich beruhigen lassen wird;

d) daß unmittelbar nach dem Zuschlag des Legierungselementes zusätzlicher unberuhigter Stahl in die Kokille gegossen wird, um einen Blockhals

in einer derartigen Tiefe im Flaschenhals der Flaschenhalskokille auszubilden;

e) daß die Erstarrung des geschmolzenen Stahles am Oberende des Blockhalses durch Ansetzen des Deckels erreicht wird, wodurch der Block abgedichtet wird, wobei

f) das Deckeln ohne zeitliche Verzögerung nach dem zusätzlichen Guß erfolgt.

Hierbei ist es vorteilhaft, daß das Legierungselement in die Kokille gleichzeitig mit dem Gießen der zusätzlichen Menge unberuhigten Stahls eingegeben wird.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform nach der Erfindungwerden95bis 100% des Volumens der Kokille ausschließlich des Flaschenhalses während des ersten Verfahrensschrittes des Gießens gefüllt.

Bei einer Weiterbildung nach der Erfindung ist das Legierungselement ein die Bearbeitbarkeit des Stahles durch spanabhebende Werkzeuge verbesserndes Legierungselement.

Hierbei ist es bevorzugt, dab Has Legierungselement Tellur und/oder Selen enthält. Alternativ kann das Legierungselement Schwefel und/oder Wismut oder Wismut und Tellur enthalten.

Bei der Herstellung von Automatenstählen sollte keine besondere Zugabe von Desoxydationsmitteln, beispielsweise Aluminium, Silicium oder Titan, weder im Ofen noch in der Gießpfanne oder in der Kokille erfolgen. Derartige Elemente können nämlich in dem Stahl Verbindungen bilden, welche die Bearbeitbarkeit des spanabhebenden Werkzeugs verschlechtern. Die Anwesenheit von Desoxydationsmitteln in Restwerten, wie sie bei der kommerziellen Stahlherstellung üblich sind, kann jedoch zugelassen werden, da diese den Erfolg des erfindungsgemäßen Verfahrens nicht beeinträchtigen. Ein typischer Restwert eines Desoxydationsmittels ist beispielsweise 0,005 Gew.-% Silicium. Die Abwesenheit größerer Mengen als die Restmengen von Desoxydationsmittein ist in den Fällen von besonderer Bedeutung, in denen die Dämpfe erzeugenden Zuschlagselemente die Bearbeitbarkeit durch spanabhebende Werkzeuge verbessernde Elemente sind.

Das in dem Hauptanspruch gekennzeichnete Verfahren läßt sich bevorzugt zur Herstellung van Blökken aus strangpreßbaren und durch spanabhebende Werkzeuge bearbeitbaren Stahl anwenden, wobei als Zuschlagselement das Element Tellur gewählt wird.

Im folgenden wird eine bevorzugte Ausführungsform der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 einen senkrechten Schnitt einer Flasche π-halsttükille, wie sie in einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens Verwendung 'indet, welcher das Deckelbauteil abgenommen veranschaulicht,

Fig. 2 einen senkrechten Schnitt ähnlich Fig. l,b<?i dem der Decke'bauteil an seinem Platz angeordnet ist.

In den Zeichnungen ist eine FläschenhalskökiHe allgemein mit 10 bezeichnet und weist Seitenwandungen 11, einen Oberteil 12 und einen inneren Hals 13 auf.

Geschmolzener unberuhigter Stahl wird in das Innere der Kokille 10 eingeführt und bis zu dem gewünschten Maße aufkochen und aufwallen gelassen. Der geschmolzene unberuhigte Stahl kann bcispiels-

weise wie folgende typische Zusammensetzung in Gew.% haben:

Kohlenstoff 0,03 bis 0,15

Mangan 0,25 bis 0,60

Schwefel 0,025 maximal

Phosphor 0,015 maximal

Eisen und übliche Verunreinigungen Rest
Die Kokille 10 wird zur Ausbildung eines geschmolzenen Stahlblockes mit geschmolzenem unberuhigten Stahl ungefähr bis zu dem durch die strichpunktierte Linie 15 angezeigten Füllstand gefüllt. Während der ersten Gießstufe werden zwischen 95 und 100% des Kokillenvolumens abzüglich des Flaschenhalses 13 gefüllt. Der Flaschenhals 13 wird absichtlich leer gelassen.

Da ein geschmolzener unberuhigter Stahl im wesentlichenfrei von Desoxydationsmitteln ist, d.h. nicht mehr als die obenerwähnten Restmengen von Des-GxyuäMÜMämmciii cniiuiii, icägici t uci KuirieiKtUiii im geschmolzenen unberuhigten Stahl mit dem Sauerstoff zur Bildung von Kohlenmonoxidgas. Das Gas entweicht nach oben durch die Oberfläche 15 des geschmolzenen Stahles und nach außen aus der Kokille durch den Flaschenhals 13. Dadurch kocht und wallt der Stahl wegen der oben erwähnten Abwesenheit von Oxydationsmitteln in Mengen größer als Restmengen weiter, und das Verhältnis, mit dem Kohlenmonoxidgas das geschmolzene Innere 14 des Blockes verläßt, ist ungefähr gleich dem Verhältnis, in dem Kohlenmonoxid gebildet wird. Folglich tritt keine merkbare Volumenvergrößerung des geschmolzenen Stahles 14 auf, und der geschmolzene Stahl steigt nicht merkbar oberhalb des Füllstands 15 in den Flaschenhals der Kokille. Während Kohlenmonoxid gebildet wird, erstarrt eine an den Seitenwandungen 11 der Kokille anliegende Haut 16. Diese Haut oder Rand 16 ist kohlenstofffrei und besteht aus relativ reinem Eisen.

Nachdem der Stahl im gewünschten Maße gekocht und gewallt hat, jedoch während der Stahl weiterhin kocht, wird der Dämpfe erzeugende Zuschlagsbestandteil (beispielsweise Tellur) in den geschmolzenen Stahl durch den Flaschenhals 13 der Kokille eingegeben. Da die Oberfläche des geschmolzenen Stahles 15 nicht höher als der Boden des Flaschenhalses 13 liegt, ist das Austreten von Metallfunken nach oben durch das Oberende des Flaschenhalses 13 bei der Zugabe von Tellur relativ gering, verglichen mit den Vorgängen, die auftreten würden, falls der Flaschenhals 13 im wesentlichen im Zeitpunkt der Zugabe des tellurhaltigen Zuschlagsstoffes gefüllt wäre. Es wird angenommen, daß e:^e vergleichsweise ähnliche Wirkung bei anderen Dämpfe erzeugenden Zuschlagsstoffen als Tellur auftritt.

Zusätzlich wird der Zuschlagsstoff mit dem geschmolzenen Inneren 14 durch in dem geschmolzenen Inneren eines erstarrenden Blockes innewohnenden Ströme und durch die durch Erzeugung des Kohlenmonoxidgases im geschmolzenen Inneren des weiterhin aufkochenden und wallenden geschmolzenen Stahlblockes vermischt.

Sofort nach der Zugabe des Zuschlagsstoffes wird zusätzlicher geschmolzener unberuhigter Stahl in den Flaschenhals der Kokille 10 bis ungefähr auf den Füllstand 17 eingegossen. Sofort nach dem zweiten Verfahrensschritt des Gießens wird die Kokille mechanisch durch Anordnung eines Deckelbauteiles 20 auf dem Oberende der Kokille 10 und durch Eintauchen des Bodens 21 des Deckelelementes in den geschmol-

zenen Stahl im Flaschenhals der Kokille gedeckelt, um den Kopf des Blockhalses wie bei 22 in Fig. 2 angedeutet, zu erstarren und somit die Kochwirkung zu beendigen. Dieses Erstarren des Oberteiles des Blockhalses dichtet den Block ab und verhindert somit das Austreten von Dämpfen aus dem Block.

Da der Verfahrensschritt des zweiten Gusses und der Verfahrensschritt des Deckels aufeinander ohne beabsichtigte zeitliche Verzögerung nach Zugabe des Dämpfe entwickelnden Bestandteiles durchgeführt wird, wird das Austreten von Dämpfen aus dem Block minimiert. Nach dem Deckeln bildet sich im geschmolzenen Inneren 14 weiterhin Kohlenmonoxid, bis der Partialdruck des Kohlenmontixidgases bis auf den Druck des mechanischen Verschlusses und des erstarrten Stahles 22 unterhalb des Deckels ansteigt. Die Vermischung wird somit fortgesetzt, während die Dampfentwicklung aufgehört hat.

Dein gcsCnmOiZciici'i Siiin! Odci der Kokille weiden

keine Desoxydationsmittel (beispielsweise Aluminium, Silizium, Titan) zugeschlagen, um somit den fortlaufenden Ausstoß von Kohlenmonoxid in dem Verhältnis wie es gebildet wird, zu gewährleisten. Dies verhindert nicht nur, daß der Stahl in dem Flaschenhals der Kokille ansteigt, sondern es wird dadurch gleichzeitig eine Verschlechterung der Bearbeitbarkeit durch spanabhebende Werkzeuge des aus dem Block hergestellten Stahls vermieden, da die Desoxydationsmittel im Stahl die Bearbeitbarkeit durch spanabhebende Werkzeuge verschlechternde Verbindungen (beispielsweise Aluminate, Silikate, Titanate) bilden können.

In einer anderen Durchführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird der Zuschlagsstoff (beispielsweise Tellur) und der zusätzliche geschmolzene unberuhigte Stahl zum Auffüllen des Flaschenhalses 13 auf den Schmelzenstand 17 gleichzeitig zugegeben, nachdem der geschmolzene Stahl 14 in dem gewünschten Maße aufgekocht und gewallt hat. Bei dieser Durchführungsform sind die anderen Verfahrensschritte im wesentlichen dieselben, wie in der zuvor beschriebenen Durchführungsform des Verfahrens.

Nachdem der Block erstarrt ist, kann er anschließend in Vorwalzblöcke, Blöcke, Stangen oder ähnliches warmgewalzt werden, und da zuvor zugelassen wurde, daß der Gußblock im genügenden Maße aufkocht und aufwallt und gleichfalls die Randbildung zugelassen wurde, weist das dadurch hergestellte Erzeugnis eine kohlenstofffreie Außenhaut auf.

Da die Dämpfe erzeugenden Stoffe erst beigegeben werden, nachdem die Beruhigung des Stahles im gewünschten Maße zugelassen wurde und so die Zeit zur Bildung einer Haut oder eines Randes aus erhärtetem Stahl an den Seitenwandungen der Kokille gegeben wurde, haben der Block, und die Vorwalzblöcke, Walzblöcke und Stangen eine Außenhaut in der außerdem das Zuschlagselement nicht enthalten ist, und ein Inneres, welches das Zuschlagselement enthält. Somit würde beispielsweise, wenn der Zuschlagsstoff Tellur und/oder Selen ist, die Haut des Stangenmaterials frei von diesen Elementen sein, jedoch das Innere des Stangenmaterials würde Tellur und/oder Selen enthalten. Das Stangenmaterial wäre durch spanabhebende Werkzeuge durch das Einschließen von Tellur und/oder Selen und die Vermeidung von die Bearbeitbarkeit durch spanabhebende Werkzeuge verschlechternde Desoxidationsmittel gut

bearbeitbar. Weiterhin wäre, da die Außenhaut des Stangenmaterials frei von Kohlenstoff ist, dieses gut strangzupressen.

Weiterhin verringert in dem Fall, in dem der Zuschlagsstoff Tellur und/oder Selen zum Zwecke der Verbesserung der Bearbeitungseigenschaften durch spanabhebende Werkzeuge ist die Abwesenheit dieser Element in der Außenhaut das Auftreten von Oberflächenrisrigkeit oder auch bei der Warmbearbeitung, beispielsweise Warmwalzen der Vorwalzblöcke in Stangenmaterial, Oberflächenfleckigkeit genannt.

Wenn die Dämpfe erzeugenden Zuschlagsstoffe aus Wismut und Tellur bestehen, können diese Elemente gemeinsam als Wismut-Telluide zugegeben werden.

Das erfindungsgemäße Verfahren läßt sich nicht auf die Zugabe aller Arten Dämpfe erzeugender Zu-

schlagsstoffe anwenden. Ein derartiger Fall der Unanwendbarkeit ist die Zugabe von Blei, welches wegen der bei der Bleizugabe eigentümlichen Segregationsprobleme nicht mit zufriedenstellender Wirkung nach Füllen der Kokille zugegeben werden kann.

Die Zugabe der Dämpfe erzeugenden Zuschlags* stoffe gleichzeitig mit dem Gießen der Zusatzmenge geschmolzenen unberuhigten Stahles verringert die Größe der unvermeidlichen zeitlichen Verzögerung zwischen der Zuschlagszugabe und dem Verfahrensschritt des mechanischen Deckeins der Kokille auf ein Minimum, wobei gleichzeitig die gleichzeitige Zugabe des Zuschlagsstoffes und der zusätzlichen Menge an unberuhigtem Stahl die Vermischung des Zuschlagsstoffes mit dem geschmolzenen Stahl in der Kokille unterstützen kann.

Hierzu 1 Bhitt /Wrhniinpon

Claims (6)

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Herstellung eines Blockes aus unberuhigtem Stahl, bei dem der unberuhigte '· Stahl zunächst in eine Kokille bis zum teilweisen Füllen derselben gegossen wird und anschließend ein Dämpfe erzeugendes Zuschlagselement in die in der Kokille befindliche Stahlschmelze eingebracht wird, worauf der Guß des unberuhigten hi Stahls fortgesetzt wird, dadurch gekennzeichnet,

(a) daß der Stahl zunächst in eine Flaschenhalskokille gegossen wird, derart, daß die Kokille im wesentlichen gefüllt ist; r·

(b) daß, nachdem sich der Stahl im gewünschten Maße beruhigt hat, der Zuschlag des Legierungselementes in die sich weiterhin beruhigende Schmelze innerhalb der Kokille erfolgt, worauf die Öffnung des Flaschenhalses der Kokille mechanisch durch einen Deckel verschlossen wird;

(c) daß der erste Guß gemäß a) derart durchgeführt wird, daß der gesamte Flaschenhals der Kokille im wesentlichen leer bleibt und der Stahl nach dem Gießen ohne Anstieg der Füllhöhe der Stahlschmelze in der Kokille beruhigen lassen wird;

(d) daß unmittelbar nach dem Zuschlag des Legierungselementes zusätzlicher unberuhigter Jn Stahl in die Kokille gegossen wird, um einen Blockhals in einer derartigen Tiefe im Flaschenhals der Hasche;,halskokille auszubilden, daß

(e) die Erstarrung des gesci« lolzenen Stahls am r> Oberende des Blockhalses durch Aufsetzen des Deckels erreicht wird, wodurch der Block abgedichtet wird, wobei

(f) das Deckeln ohne zeitliche Verzögerung nach dem zusätzlichen Guß erfolgt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Legierungselement in die Kokille gleichzeitig mit dem Gießen der zusätzlichen Menge unberuhigten Stahles eingegeben wird. 4>

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß 95 bis 100% des Volumens der Kokille ausschließlich des Flaschenhalses während des ersten Verfahrensschrittes des Gießens gefüllt werden. >o

4. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Legierungselement ein die Bearbeitbarkeit des Stahles durch spanabhebende Werkzeuge verbesserndes Legierungselement ist. v>

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Legierungselement Tellur und/oder Selen enthält.

6. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Legierungselement Schwe- bo fei und/oder Wismut oder Wismut und Tellur enthält.