DE2109943C3 - Verfahren zur Herstellung eines Blockes aus unberuhigtem Stahl - Google Patents
Verfahren zur Herstellung eines Blockes aus unberuhigtem StahlInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Blockes aus ütiberuhigiem Stahl* bei dem
cjer 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 2 236 504 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 Deckplatte 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 Dampfe erzeugende Zuschlagselemente können bestimmte, die Bearbeitbarkeit verbessernde
Element, wie beispielsweise Tellurselen, Schwefel oder Wismut, sein oder es 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 /um 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 (>12()<>K beschreibt ferner die Verwendung
einer Flaschenhalskokille, bei der in der Oberfläche des erstarrenden Blockes ein Riß ausgebildet
werden soll, um den Druck /u entlasten, unter dem der Block normalerweise erstarrt
Aus der DE-AS 1 20K 320 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 hlasenfreie Oberflachen/one auszubilden
Aus der GB-PS 1 10fi<Jft4 ist ferner eine übliche
Flasehenhaiskükille 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 Kcrnlcgierung
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 Schwefelverbindüngen
dadurch in den Kern eingebracht werden, daß ein diese Stoffe enthaltendes Rohr in den flüssigen
Blockkfirn 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 '.um Erstarren
am Deckelelement gebracht, wodurch der Block abgedichtet und die Beruhigung des Stahles un- 2ί
terbrochen 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, ins- jo besondere von Tellur, hat sich jedoch gezeigt, daß es
nachteilig wäre, diese Verfahrensweise anzuwenden, da der Zuschlag dieses Elementes von oben in die
Stahlschmelze im Flaschenhals der Kokille zu einem gefährlichen Funkenflug aus dem Flaschenhals führt, js
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 liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde,
bei der Herstellung von Blöcken aus unberuhigtem Stahl mit unerwünschte Dämpfe erzeugender.
Zuschlagselrmenter. die zuvor beschriebenen Schwierigkeiten
zu vermeiden.
Diese Aufgabe wird bei dem oben beschriebenen Verfahren dadurch gelöst, daß κι
a) der Stahl zunächst <η eine Flaschenhalskokiile
gegessen wird, derart, daß die Kokille im wesentlichen gefüllt ist;
b) daß. nachdem sich der Stahl in dem gewünschten Maße beruhigt hat, der Zuschlag des l.egie- -,-,
rungselementcs 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) dera>t ausgeführt mi
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; t,-,
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 Ooerende 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 dein 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, daß da« Legierungselement Tellur und/oder Selen enthäh. Alternativ kann
das Legierungselement Schwefel und/uder Wismut oder Wismut und Tellur enthalten.
Bei der Herstellung von Automatenstählen jollte
keine besondere Zugabe von DesoxydationEmitteln, 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 Desoxydationsmitteln 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 skh bevorzugt zur Herstellung von 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 Flaschen halskokille, wie sie in einer Ausführungsform des erfinJungsgemäßen
Verfahrens Verwendung findet, welcher das Deckelbauteil abgenommen veranschaulicht.
Fig. 2 einen senkrechten Schnitt ähnlich Fig. 1, bei
dem der Deckelbauteil an seinem Platz angeordnet ist.
In den Zeichnungen ist eine Flaschenhalskokille 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 beispiels-
weise wie folgende typische Zusammensetzung in Oew.% haben
Kohlenstoff 0,03WsOiIS
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.
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 wesentlichen
frei von Desoxydationsmitteln ist, d.h. nicht mehr als die obenerwähnten Restmengen von Desoxydationsmitteln
enthält, reagiert der Kohlenstoff 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 eingegezenen
Stahl im Flaschenhals der Kokille gecleckelt, 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
Blockhälses dichtet den Block ab und verhindert somit das Austreten von Dämpfen aus dem Block.
Da der Veffahrensschritt 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 Kohlenmonoxidgases bis auf den Druck des mechanischen Verschlusses und des
erstarrten Stahles 22 unterhalb des Deckels ansteigt. Die Vermischung wird somit fortgesetzt, während die
Dampfentsvicklung aufgehört hat.
Dem geschmolzenen Stahl oder der Kokille werden
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 Desoxydau-onsmittel
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 Verfah-
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 eine 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-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
hearbeilbar. Weiterhin wäre, da die Außenhaut des
Stangeninatcrials frei von Kohlenstoff ist, dieses gut
Mrangzuprcssen.
Weiterhin verfingert in dem Fall, in dciri der ZusJiLigsstoff
Tellur und/oder Selen zum Zwecke der Veibesserung der Bearbeitungseigenschaften durch
spanabhebende Werkzeuge ist die Abwesenheit dieser ElcnnMitc in der Außenhaut das Auftreten von Oherfliiclu'i'rissigkeit
oder auch bei der Wann bearbeitung, beispielsweise Warmwalzen der Vorwalzblöcke in to
.Stangenmaterial, Oberflächenfleckigkei! genannt.
Wenn die Dampfe erzeugenden Zuschlagsstoffe aus
Wismut und Tellur bestehen, können diese Elemente gemeinsam als Wismut-Tellüidc zugegeben werden.
Das erfindUngsgcriiäßc Verfahren läßt sich nicht auf is
die Zugabe aller Arten Dämpfe erzeugender Zu-
schiagssloffc anwenden. Ein derartiger Fall der Uuiiitwendbarkcit
ist die Zugabe von IJIei, welches wegen
der bei der üleizugabe eigentümlichen Segfegationsprobleme
dicht mit zufriedenstellender Wirkung nach Füllen der Kokille zugegeben werden kann.
Die Zugabe der Dämpfe erzeugenden Zuschlagssloffe gleichzeitig mit dun üieLien der Zusatzmenge
geschmolzenen unbeuihiglen Stahles verringert die
Grüße der unvermeidlichen /eitlicheis Verzögerung
zwischen der Zuschlagszugabc und dem Vcrfahrcnsschritt
des mechanischen Dcikelns der Kokille auf ein Mininiunif wobei gleichzeitig die gleichzeitige Zugabe
des Ztischlagssloffes und der zusätzlichen Menge an unbcruhigteih Stahl die Vcfrniscluihg des Ziischlagsstoffes
iiiit dem geschmolzentrii Stahl in der K()kilJc
unterstützen kann.
Hierzu I Blatt Zcichhiihceii
Claims (6)
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 Stahls fortgesetzt wird, dadurch gekennzeichnet,
(a) daß der Stahl zunächst in eine Flaschenhalskokille gegossen wird, derart, daß die Kokille
im wesentlichen gefüllt ist;
(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 unmittelbir nach dem Zuschlag des Legierungselementes zusätzlicher unberuhigter
Stahl in die Kokille gegossen wird, um einen Blockhals in einer derartigen Tiefe im Flaschenhais
der Flaschenhalskokille auszubilden, daß
(e) die Erstarrung des geschmolzenen Stahls am Oberendc des Blockhalse Jurch 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.
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.
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.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Legierungselemcnt Tellur
und/oder Selen enthält.
6. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Lcgierungselement Schwefel
und oder Wismut oder Wismut und Tellur enthält.
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