DE2129682C2

DE2129682C2 - Verfahren zur Herstellung eines randstabilisierten Stahlblocks

Info

Publication number: DE2129682C2
Application number: DE2129682A
Authority: DE
Inventors: John Wesley Irwin Pa. Barles jun.; Michael Anthony Duquesne Pa. Orechoski
Original assignee: USS Engineers and Consultants Inc
Current assignee: USS Engineers and Consultants Inc
Priority date: 1970-06-23
Filing date: 1971-06-15
Publication date: 1984-05-03
Also published as: FR2096441B1; NL175837B; ATA542171A; NL7108674A; CA951490A; FR2096441A1; PL72385B1; NL175837C; LU63389A1; SE365141B; AT326846B; ZA713519B; ES392255A1; BE768764A; DE2129682A1; GB1336459A; SU692548A3

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines ranastablllslerten Stahlblocks, bei dem ein unberuhigter Stahl In eine Kokille so lange abgegossen wird, bis sie etwa zu 90 bis 95% gefüllt Ist, daß dann das Abgießen für eine die Ausbildung einer begrenzten Randzone In der Kokille gewährleistende Zeltspanne unterbrochen wird, woraufhin das Abgießen fortgesetzt wird, bis die Kokille gefüllt Ist, und daß nach dem auf die Randzonenbildung erfolgenden Fortsetzen des Abgießens, jedoch bevor das Abgießen beendet ist, das Aluminium zugesetzt wird.

Bei dem bekannten Verfahren dieser Art (US-PS 34 14 042) wird das Aluminium In nicht-geschmolzenem Zustand zugesetzt, d. h. In sogenannter »Shot-Form«, was soviel bedeutet, wie In Form von Körnern oder Kugeln, also In festem Aggregatzustand. Diese Form der Zugabe des Desoxidationsmittel zur Stahlschmelze führt jedoch dazu, daß es nicht möglich Ist. eine Randzone zu schaffen, die dick genug Ist, um alle Oberflächenmängel beseitigen zu können, ohne die nichtmetallischen Einschlüsse Im Stahl, die sich unier dieser Zone befinden, freizulegen. Im allgemeinen Ist der Rand bzw. die Randzone so dünn, daß nur ein schneller Putzvorgang und ein minimales Abschleifen des Stahlblocks von Hand zulässig sind. Darüber hinaus wurde festgestellt, daß bei dem bisher erfolgten Zusatz von Aluminium In Tellchenform. beispielsweise Kugelform, ein Teil des Aluminiums nicht schnell genug schmilzt und dadurch auf der Oberfläche der Stahlschmelze zurückbleibt, um dort zu oxidleren und damit zusätzliche Mengen an nachteiligem Aluminiumoxid zu schaffen.

Auch bei einem weiteren bekannten Verfahren /ur Herstellung randstablllslerter Stahle (CiB-PS 668 871) Ist die Zugabe des Reduktionsmittels beim Gießen des unberuhigteil Stahls nur in Form von leiten Pellets oder festen Körpern vorgesehen.

Bei einem weiteren anderen vergleichbaren Verfahren (DE-PS 8 63 349) wird das Aluminium ebenfalls offensichtlich In Feststoff-Form, jedoch fein verteilt in den Gießtrichter oder in die Kokille geworfen und dann durch Nachgießen In den Blockkern gespült. Dadurch wird zwar gegenüber den oben genannten Verfahren möglicherweise eine etwas gleichmäßigere Verteilung des Desoxidationsmitttls in der Schmelze bewirkt, jedoch keine vollständige Beseitigung der obigen Nachtelle erreicht.

Die Aufgabe der Erfindung besteht deshalb darin, das Verfahren der eingangs genannten Art so abzuändern, daß der hergestellte Stahl durch eine verbessere Verteilung des Desoxidationsmittels In der Schmelze qualitativ den gestellten Anforderungen in höherem Maße entspricht und daß darüber hinaus Desoxidationsmittel eingespart wird, das sonst als überschüssige Menge die Randbereiche der gegossenen Stahlblöcke verunreinigt und Ursache für Oberflächenfehler bildet.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das Aluminium Im geschmolzenen Zustand und in einer Menge von etwa 0,68 bis 0,9 kp/t Stahl mit einer Geschwindigkeit in die Kokille eingefüllt wird, die ein Zusetzen des gesamten Aluminiums ermöglicht, bevor das Abgießen des Stahls beendet 1st.

Durch die Zugabe des Desoxidationsmittels In der bezeichneten Menge und mit der bezeichneten Geschwindigkeit In geschmolzenem, also flüssigem Zustand wird eine überraschende Qualitätsverbesserung des Stahlprodukts erreicht, da sich das Desoxldatlonsmlttel außerordentlich gleichmäßig in der Schmelze verteilt und zwischen Brammenrand und Brammenkern keine porösen Grenzflächen entstehen läßt, sowie auf der Brammenoberfläche keine unsauberen Zonen, die durch arbeitsintensives Putzen gereinigt werden müssen.

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird mit dem Zusetzen des geschmolzenen Aluminiums wenigstens eine volle Sekunde nach dem Fortsetzen des Abgießens begonnen und dieses Zusetzen wenigstens eine volle Sekunde vor dem Beenden des Gießvorgangs beendet. Somit verlangt das erfindungsgemäße Verfahren eine strikte Einhaltung einer speziellen Gießprozedur, wie dies nachfolgend anhand weiterer Einzelheiten der durchzuführenden Verfahrensschritte erläutert wird.

(1) Geschmolzener Stahl wird In die Kokille mit norma- ■ ler Gießgeschwindigkeit abgegossen, bis die Kokille bis zur Höhe des unteren Randes des heißen Oberteils oder etwa 90 bis 95% gefüllt Ist, wenn kein heißes Oberteil benutzt wird;

(2) Das Abgießen der Stahlschmelze wird unterbrochen, wobei sich für einen Zeltraum von 0,5 bis 2 Minuten In dem Stahl eine Randzone bilden kann;

(3) das Abgießen wird fortgesetzt;

(4) nach dem Wiederaufnehmen des Gießens wird damit begonnen, geschmolzenes Aluminium In die Kokille einzugießen, und zwar vorzugsweise durch Einleiten des Aluminiums In den geschmolzenen Stahlstrom;

(5) die Zugabe von geschmolzenem Aluminium wird beendet, bevor das Abgießen des Stahls beendet Ist; und

(6) das Abgießen wird für wenigstens etwa eine Sekunde ioilgeseUl, bis dei heiße Oberteil gefüllt Ist. L'm die Bedeutung dieser exakten Gießfolge zu erlassen, muß man sich daran erinnern, daß das Ziel des Verfahrens ein sauberer, eine dicke Rand/one aufweisender Stuhl mit einer gleichmäßigeren Ver-

teilung von Aluminium innerhalb des SK-Stahlkerns, bei einer minimalen Bildung von Aluminiumoxyd und deshalb einem minimalen Zusatz von Aluminium 1st. Um dieses Ziel zu erreichen, muß die obige genaue Schrittfolge eingehalten werden.

Wird nun jeder dieser Schritte im einzelnen betrachtet, so entsprechen die Schritte (1) und (2) selbstverständlich im wesentlichen herkömmlicher Praxis, mit Ausnahme der Tatsache, daß eine längere Abgleßunterbrechungszeit verwendet wird. Das Abgießen muß, wenn es mit normalen Geschwindigkeiten beginnt, wie sie Im allgemeinen üblich sind, unterbrochen werden, damit vor dem Zusatz von Aluminium eine gewisse Randzonenbildung stattfinden kann, well der Aluminiumzusatz dann diese Randzonenbildung zum Stillstand bringt. Wie bereits oben erwähnt wurde, Ist jedoch die hler vorgeschlagene Abgießurcerbrechungszelt größer als bei den bekannten Verfahrensweisen, bei denen eine solche Unterbrechung gewöhnlich etwa eine halbe Minute nicht überschreiten darf. Aus diesem Grunde wird daher eine dickere Randzone geschaffen.

Es muß natürlich berücksichtigt werden, daß eine dlkkere Randzone bzw. ein dickerer Rand das offensichtliche Ergebnis der Verlängerung der Abgleßunterbrechungszeit Ist, und daß deshalb bei den bekannten Verfahren dickere Randzonen nur durch Verlängerung dieser Unterbrechungszeit erzeugt werden können. Bei den bekannten Verfahren jedoch besteht nicht die Möglichkeit, die Abglelilunterbrechungszelt zu vergrößern, um dadurch einen dickeren Rand zu schaffen, ohne andere gewünschte Qualitäten des Stahls nachteilig zu beeinflussen. So wird beispielsweise durch eine längere Unterbrechungszelt eine stärkere Konzentration von Alumlnlumoxyd Im Bodenteil der Kokille bewirkt. Wie bereits erwähnt wurde, bildet sich auf der Oberfläche des geschmolzenen Stahls In der Kokille ein Elsenoxydschaum, dessen Menge direkt proportional der Abgleßunterbrechungszeit Ist. Bei den bekannten Verfahren muß die Menge dieses Schaumes auf ein Mindestmaß beschränkt werden, um die Alumlnlumoxydblldung und den Alumlnlumoxydelnschluß In den Stahlblock, wenn das Aluminium danach zugesetzt wird, so klein wie möglich zu halten. Deshalb sind die Abgleßunterbrechungszelten bei den bekannten Verfahrenswelsen auf etwa eine halbe Minute beschränkt, eine Zelt, die eine Art Kompromiß zwischen einer optimalen Randzonendicke und einer minimalen Aluminiumoxydbildung und Alumlnlumoxydelnschluß darstellt. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren jedoch wird der Oberflächenschaum Im wesentlichen vollständig ausgeschaltet, wie dies Im folgenden beschrieben wird, und deshalb ergeben sich durch eine Verlängerung der Abgleßunterbrechungszeit keine Nachtelle.

Bei dem Verfahrensschritt (3) wird mit dem Abgießen des geschmolzenen Stahls vor dem Zusetzen irgendwelchen Aluminiums begonnen. Dies dient dazu, den Elsenoxydschaum In die Schmelze hineinzutreiben, um dadurch die Bildung von Oberflächenalumlnlumoxyden auf ein Mindestmaß zu beschränken. Der Schaum treibt natürlich, nachdem das Abgießen beendet ist, wieder an die Metalloberfläche, dann jedoch Ist das Aluminium bereits unier die Oberlläche des Stahls gelangt, wobei eine nur minimale Alumlnlumoxydblldung stattgefunden hat. Da des weiteren das Aluminium geschmolzen Ist und vorzugsweise zu seinem Abguß zusammen mit dem Stahlstrom zugesetzt wird, wird das Bestreben des Aluminiums oben aul dem Spiegel des flüssigen Stahls zu schwimmen, weltgehend gemindert, wodurch die Alumlnlumoxydblldung noch mehr zurückgedrängt wird.

Gemäß den Verfahrensschritten (5) und (6) muß die Aluminiumzufuhr zu der Kokille beendet sein, bevor der Stahlabeuß beendet Ist. Dies Ist offensichtlich wesentlich, so daß der Stahlstrom während der ganzen Zeltspanne des Aluminiumzusatzes zur Verfügung steht, um den Oberflächenschaum abzulenken und das geschmolzene Aluminium tief in die Kokille hlnelnzutransportleren.

Aufgrund der ziemlich hohen Abgießgeschwlndigkelten, wie sie bei der üblichen Stahlherstellung Verwendung finden, Ist es erforderlich, daß das Hinzufügen des geschmolzenen Aluminiums ziemlich schnell beendet wird, d. h. In einer geringeren Zeit als erforderlich Ist, um den heißen Oberteil der Kokille mit Stahl zu füllen oder In der äquivalenten ZeI* für dieses Metallvolumen, wenn heiße Oberteile nicht benutzt werden. Die tatsächliche Länge der zur Verfügung stehenden Zeit 1st eine Funktion der statischen Druckhöhe des geschmolzenen Stahls In der Gießpfanne und des Durchmessers der Ausgußdüse. Die Ausgießgeschwindigkeiten sind in der Mitte einer Charge am größten, well die statische Druckhöhe Immer noch erheblich ist und die hitzebeständige Düse stark erodiert Ist. Während die Füllzelt für den heißen oberen Teil einer 16-Tonnen-Kckllle zu Beginn einer Charge 20 Sekunden betragen kann, kann sich diese Zeit In der Mute einer Charge auf 8 Sekunden verringert haben. Deshalb sollte unabhängig davon, mit welcher

v> Vorrichtung das Aluminium zugesetzt wird, diese Vorrichtung In der Lage sein, die gesamte erforderliche AIumlnlummenge In einer Zeltspanne von weniger als 8 Sekunden zuzusetzen, Im Idealfall in 4 Sekunden oder noch weniger, wenn der Stahl sowohl vor als auch nach

³^ dem Aluminiumzusatz vorzugsweise 2 volle Sekunden abgegossen werden soll. Natürlich würden, falls Irgendwelche Einrichtungen oder Verfahrensschritte zur Anwendung gelangen würden, mit denen die Stahlabgußzelt vergrößerbar 1st, während das Aluminium zugesetzt wird, proportional geringere Alumlnlumzusatzgeschwlndlgkelten brauchbar sein.

Es wurde festgestellt, daß durch Verwendung geschmolzenen Aluminiums und bei Benutzung des obigen Verfahrens Im Vergleich zu den bekannten Verfahren etwa 25% weniger Aluminium zugesetzt werden müssen. In Fällen also, In denen bekannte Verfahren das Zusetzen von wenigstens etwa 0,9 kp Aluminium pro Tonne Stahl erfordern, werden bei dem hier beschriebenen Verfahren nicht mehr als 0,68 kp pro Tonne verlangt. Diese Aluminiumeinsparung Ist natürlich hauptsächlich auf die geringere Bildung von Aluminiumoxyd zurückzuführen, die für das hler beschriebene Verfahren charakteristisch Ist.
Bei den bekannten Verfahren müssen notwendlger-

weise Kokillen mit einem heißen Oberteil benutzt werden, damit verhindert wird, daß das feste Aluminium an den Kokillenwänden über dem Metallschmelzenspiegel haften bleibt. Geschmolzenes Aluminium jedoch vermischt sich schnell mit dem Stahl. Demnach sind für das neuartige, hler beschriebene Verfahren keine derartigen Kokillen erforderlich, obgleich das oben beschriebene Verfahren beispielshalber die Benutzung einer Kokille mit heißem Oberteil In diesem Prozeß ausführt.

Obgleich es viele verschiedene Verfahrensweisen gibt, mit denen Aluminium der Kokille zugesetzt werden könnte, hat sich eine Verfahrenswelse als besonders zufriedenstellend erwiesen, bei der eine Zentrifugalpumpe mit einem luttgetriebenen Motor und einer lan-

gen, hitzebeständigen Rohrleitung Verwendung findet, um das gewünschte Aluminium schnell aus einem mobilen, gasbeheizten Tiegel abzupumpen. Wenn die Aluminiumschmelze eine Temperatur von 871° C aufweist, dann würde der mit einem Druck von ?,81 kp/cm² arbeitende Luftmotor 3,63 kp/Sekunde Aluminium durch eine etwa 4,8 m lange, hitzebeständige Rohrleitung mit einem Durchmesser von 5,08 cm pumpen. Um 0,68 kp/t in eine 16-Tonnen-Kokllle zu pumpen, würden insgesamt 10,9 kp Aluminium erforderlich sein. Das obige Pumpensystem wäre deshalb mehr als angemessen, wenn die gesamte Aluminiummenge in 3 Sekunden zugeführt würde. Es Ist natürlich notwendig, daß die Laufräder der Pumpe sowie die Rohrleitungen, etc., bevor der Pumpvorgang beginnt, in geeigneter Welse vorgewärmt werden, damit verhindert wird, daß sich Aluminium an diesen Teilen verfestigt.

Beispiele

Um die Vorteile des hier beschriebenen, neuartigen Verfahrens noch deutlicher zu illustrieren, zeigen die folgender, spezifischen Beispiele Verglelchsversuchsergeb-

Tabelle

nlsse, bei denen Stahlblücke, die mit dem hier beschriebenen Verfahren hergestellt wurden, solchen gegenübergestellt werden, die mit den bekannten Verfahren erzeugt wurden. Bei diesen Versuchen wurden 9 Stahlblöcke gemäß der bekannten Verfahrenswelse hergestellt, wobei der Kokille 0,9 kp/t fesie Aluminiumkörper zugesetzt wurden. Es wurden 28 Blöcke auf die hier beschriebene, neuartige. Verfahrensweise hergestellt, wobei entweder 0,73 oder 0,9 kp/t Aluminium verwendet wurden und die Randzonenzeiten entweder V₂ Minute oder 2 Minuten betrugen. Es wird festgestellt, daß kein mit den bekannten Verfahren hergestellter Block eine Randzonenzeit von 2 Minuten erhalten hat, und zwar deshalb, weil die im Stahlwerk gemachte Erfahrung bereits gezeigt hat, daß eine Randzonenzeit von über V₂ Minute gewöhnlich von einer ungewöhnlich hohen Konzentration an Aluminium Im Boden des Blockes begleitet wird, und zwar aufgrund der außergewöhnlich starken Aluminlumoxydbildung, und daß somit ungewöhnlich hohe Bodenabfälle In Kauf genommen werden mußten, um den Qualitätsvorschriften zu entsprechen. Die unten aufgeführte Tabelle zeigt die bei diesen Versuchen erreichte Aluminiumverteilung.

Chargen-

Nr.

Block-

Nr.

Aluminiumzusatz

kp/t

Form

Randzonenentwicklungszeit

(Min.)

Gesamte
Aluminiummenge in %

Blockkopf Blockboden

06R343

01R483

1	0,9	feste Körner	0,5	0,058	0,058
2	0,9	feste Körner	0,5	0,048	0,060
3	0,9	feste Körner	0,5	0,043	0,070
14	0,9	feste Körner	0,5	-	0,059
15	0,9	feste Körner	0,5	-	0,051
16	0.9	feste Körner	0,5	-	0,055
17	0,9	feste Körner	0,5	-	0,070
18	0,9	feste Körner	0,5	-	0,058
19	0,9	feste Körner	0,5	-	0,070
			(Durchschnitt)	0,0497	0,0612
IO	0.9	Schmelze	0,5	0,080	0,110
11	0.9	Schmelze	0,5	0,059	0,058
			(Durchschnitt)	0,070	0,084
12	0.9	Schmelze	2,0	0,058	0,080
13	0.9	Schmelze	2.0	0,049	0,070
			(Durchschnitt)	0,0535	0,075
1	0,73	Schmelze	0,5	0,070	0,053
2	0.73	Schmelze	0,5	0,070	0,070
3	0.73	Schmelze	0,5	0,060	0,057
4	0.73	Schmelze	0.5	0,060	0,100
5	0.73	Schmelze	0,5	0,057	0,070
6	0.73	Schmelze	0,5	0.060	0,070
7	0.73	Schmelze	0.5	0.060	0.070
S	(1.73	Schmelze	(1.5	0.058	0.060
7	o.~3	Schmelze	0.5	0.031	0.049
S	(i."3	Schmelze	D.5	0.045	0.041

7	Fortsetzung	21	Schmelze	29 682	8	enge in % Dlockboden
Chargen- Block- Nr. Nr.		Schmelze			0,047
19	Aluminiumzusutz kp/t Form	Schmelze	Raniizonen- entwicklungszcit (Min.)	Gesamte Aluminiiimm Bloekkopl	0,040
20	0,73	Schmelze	0,5	0,050	0,035
21	0,73	Schmelze	0,5	0,045	0,054
22	0,73	Schmelze	0,5	0,039	0,055
23	0,73		0,5	0,055	0,048
24	0,73	Schmelze	0,5	0,043	0,0574
	0,73	Schmelze	0,5	0,060	0,057
01R483 9		Schmelze	(Durchschnitt)	0,0539	0,070
10	0,73	Schmelze	2,0	0,070	0,058
11	0,73	Schmelze	2,0	0,058	0,056
12	0,73	Schmelze	2,0	0,060	0,058
13	0,73	Schmelze	2,0	0,048	0,058
14	0,73	Schmelze	2,0	0,070	0,041
15	0,73		2,0	0,039	0,055
16	0,73	2,0	0,058	0,0566
	0,73	2,0	0,047
		(Durchschnitt)	0,0563

Die In der obigen Tabelle gezeigten Versuchsergebnisse verdeutlichen leicht, daß das hler beschriebene, neuartige Verfahren Im Vergleich zu dem bekannten Verfahren nicht nur einen höheren Wirkungsgrad aufweist, sondern auch zu einer gleichmäßigeren Aluminlumvertellung führt. Dazu kommt, daß diejenigen Stahlblöcke, deren Randzonenentwicklungszeit zwei Minuten beträgt, einen erheblich dickeren Rand aufweisen als die mit einer

Randzonenentwicklungszeit von nur V₁ Minute. Die Randzone war dick genug, um In heißem Zustand während des Walzvorganges gemäß den üblichen Behandlungsverfahren langsam geputzt zu werden und um In kaltem Zustand einer weiteren Oberflächenbehandlung unterworfen zu werden, ohne daß Gefahr bestand, daß die Randzone durchdrungen wurde.

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Herstellung eines randstabilisierten Stahlblocks, bei dem ein unberuhigter Stahl In eine Kokille so lange abgegossen wird, bis sie etwa zu 90 bis 95% gefüllt ist, daß dann das Abgießen für eine die Ausbildung einer begrenzten Randzone in der Kokille gewährleistende Zeits-panne unterbrochen wird, woraufhin das Abgießen fortgesetzt wird, bis die Kokille gefüllt 1st, und daß nach dem auf die Randzonenbildung erfolgenden Fortsetzen des Abgießens, jedoch bevor das Abgießen beendet Ist, das Aluminium zugesetzt wird, dadurch gekennzeichnet, daß das Aluminium im geschmolzenen Zustand und in einer Menge von etwa 0,68 bis 0,5 kp pro Tonne Stahl mit einer Geschwindigkeit in die Kokille eingefüllt wird, die ein Zusetzen des gesamten Aluminiums ermöglicht, bevor das Abgießen des Stahls beendet ist.

2. Verfahren nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß mit eiern Zusetzen des geschmolzenen Aluminiums wenigstens eine volle Sekunde nach dem Fortsetzen des Abgießens begonnen wird, und daß das Zusetzen des Aluminiums wenigstens eine volle Sekunde vor dem Beenden des Gießvorgangs beendet wird.