DE2147548A1 - Verfahren zum Feinen und Gießen von Stahl sowie eine Anordnung zur Durchführung des Verfahrens - Google Patents

Description

Verfahren zum Feinen und Gießen von Stahl sovfie eine Anordnung zur Durchführung des Verfahrens

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Feinen und Gießen von Stahl und auf eine Anordnung zur Durchführung dieses Verfahrens.

Bei der sogenannten Elektroschlackenfeinung (ESR) von Stahl geht man von einem Gußblock mit praktisch richtiger Endanalyse aus, schmilzt diesen und läßt die Schmelze durch eine feinende Schlacke, z.B. aktives Kalziumflourid, tropfen. Ein wesentlicher Vorteil dieser bekannten Methode für die metallurgische Behandlung des Stahls, die u.a. in "Electro-Slag Refining" von Duckworth und Hoyle (Chapman & Hall Ltd., London, I969) näher beschrieben wird, ist die niedrige Abschmelzgeschwindigkeit des Gußblocks mit nachfolgendem schnellem Erstarren der Schmelze. Bei den meisten anderen Gießverfahren verschlechtern sich nämlich die Eigenschaften des Stahls dadurch, daß Verunreinigungen verschiedener Art aufgenommen werden, sowie daß das Kristallwachstum allzu

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schnell und unkontrolliert vor sich geht. Auch besteht die Gefahr, daß der Stahl vor dem Erstarren verschiedene Verunreinigungen aufnimmt, eventuell solche, die bei einem früheren Feinungsverfahren aus dem Stahl entfernt wurden. Aus Qualitätsgründen ist also die ESR-Methode vorzuziehen, ein Nachteil dieser Methode ist jedoch, daß sie ein Umschmelzen erforderlich macht, eine niedrige Produktionskapazität bedingt, also insgesamt teuer ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein.Verfahren für die Elektroschlackenfeinnng vorzuschlagen, bei dem ein Umschmelzen von vorgefertigten Blöcken vermieden wird und das gegenüber den bekannten Verfahren eine höhere Produktionsleistung ermöglicht und wesentlich billiger ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der von einem Ofen oder Behälter in eine Pfanne abgefüllte Stahl zu einer Abgießstelle transportiert, vorzugsweise vakuumbehandelt sowie erwärmt und eventuell in Verbindung mit der Justierung der Legierungszusammensetzung unter Umrührung gefeint wird und daß anschließend der Stahl aus der mit Erwärmungs- (Elektroden) und Umrührungsorganen versehenen Pfanne über ein verschließ- und einstellbares Bodenventil in eine heb- und senkbare Kokille abgezapft wird, in der der Stahl durch eine in der Kokille vorhandene erwärmte und den Stahl feinende Schlackenschicht geht und anschließend zu einem Gußblock erstarrt.

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Der erste Teil dieser Behandlung kann entsprechend dem sogenannten ASEA-SKF-Prozeß durchgeführt werden, der u.a. in ASEAs Broschüre 8317 oder 8317 E "beschrieben ist und der eine Vakuumbehandlung in einer Pfanne unter induktiver Umrührung und Wärmezufuhr mittels Lichtbogenelektroden bei Atmosphärendruck oder darunter betrifft. Man verwendet hierbei u.a. zwei Behandlungsstationen, und zwar eine Vakuumstation, bei der die Pfanne mit einem Deckel vakuumdicht verschlossen wird, und die Pfanne evakuiert und die Schmelze gleichzeitig umgerührt wird, und eine Erwärmungsstation, bei der die Pfanne mit einem gasdichten Deckel mit durchgehenden Elektroden verschlossen ist und die Schmelze gleichzeitig umgerührt wird. Man kann sich natürlich auch nur mit der Erwärmungsstation begnügen. Die Erwärmung kann auch auf andere ¥eise erfolgen, z.B. mittels Induktions- oder Widerstandserwärmung. Das Feinen der Schmelze kann bis zu einem gewissen Grad in diesem Abschnitt erfolgen, aber die endgültige Feinung geschieht beim Passieren der Schmelze durch die Schlacke in der der Pfanne nachgeschalteten Kokille. Man erhält so ein sehr reines Endprodukt. Die Schlacke verhindert, daß während des Gießens Gase aufgenommen werden. Ein Umschmelzen ist bei dem erfindungsgemäßen Verfahren nicht erforderlich. Durch dieses Verfahren erhält man die für den Feinungsprozeß angestrebte niedrige Gießgeschwindigkeit, aber gleichzeitig eine hohe Produktionskapazität. Das erfindungsgemäße Verfahren gestattet es, die Vorteile der ESR-Methode auszunutzen, ohne deren Nachteile in Kauf nehmen zu müssen.

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Außerdem kann die Qualität des Endprodukts dadurch weiter verbessert werden, daß man die Vorteile des ASEA-SKF-Verfahrens ausnutzt, z.B. indem man in einem vorgeschalteten Arbeitsgang sowohl eine Vakuumbehandlung als auch eine Feinung durchführt. Durch die~Srwärmungsvorrichtungen kann der Stahl in der Pfanne längere Zeit auf Temperatur gehalten werden, wodurch die für den Abguß benötigte Zeit gewonnen wird. Durch die Verwendung eines regelbaren Ventils kann die Gießgeschwindigkeit in gewünschtem Maße gesteuert werden. Bei Bedarf, z.B. bei Kokillenaustausch, kann das Abzapfen ganz unterbrochen werden. Mit Hilfe von besonderen Elektroden wird durch die Schlacke ein Strom geschickt, der die Schlacke erwärmt und sie flüssig hält.

Die Erfindung betrifft auch eine Anordnung zur Durchführung des Verfahrens. Die Anordnung ist dadurch gekennzeichnet, daß sie eine mit einem Bodenventil und einem Deckel versehene Pfanne an und für sich bekannter Art, mit durch den Deckel gezogenen Elektroden enthält sowie eine Gießkokille, ein vom Bodenventil der Pfanne ausgehendes Rohr und Elektroden, die bis in die Kokille reichen, um das Rohr herum angeordnet sind und in eine auf der Schmelze in der Kokille befindliche feinende Schlackenschicht getaucht sind.

Anordnung und Verfahren gemäß der Erfindung werden anhand der Zeichnung näher beschrieben, in dieser zeigen :

Fig. 1 eine erfindungsgemäße Anordnung Fig. 2 einen Schnitt durch Fig 1 nach Linie A-A und Fig. 3 eine andere Kokillenausführunr;.

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Fig. 1 zeigt eine mit einem gasdichten Deckel 11 verschlossene Erwärmungspfanne 12, durch den mehrere Lichtbogenelektroden 13 derselben Art geführt sind, wie sie auch bei üblichen Lichtbogenofen zur Stahlherstellung verwendet werden. Die Elektroden 13 sind auf bekannte, hier nicht gezeigte Weise an einem Elektrodenhalter befestigt und heb- und senkbar angeordnet. Die Pfanne hat normalerweise einen oder mehrere elektromagnetische, niederfrequente (unter 60 Hz, normal 0,1-10 Hz), mehrphasige Umrührer 14. Es ist jedoch auch eine Umrührung mit Gas oder mittels mechanischer Anordnungen denkbar. Die Pfanne 12 ist, bevor sie in die in Fig. 1 gezeigte Lage gebracht worden ist, entweder direkt von einem Ofen oder von einem anderen Behälter, eventuell von einer Vakuumentgasungsstation, beschickt worden.

Der Stahl kann in der Pfanne 12 gefeint und seine Analyse in Verbindung mit bekannten Verfahren eingestellt werden, zweckmäßig bei gleichzeitiger Umrührung und unter Schutzgas.

Im Pfannenboden ist ein Ventil 15 angeordnet, vorzugsweise ein elektromagnetisches Ventil der Art, wie es in der SW-PS 324 406 (DT-PA 1 949 653,0) beschrieben ist. Bei Verwendung eines solchen Ventils wird um die Abzapföffnung 16 ein magnetischer Kreis 17 mit einem Luftspalt und einer Flußrichtung 20 quer zu dem aus dem Pfannenboden ausströmenden Schmelzenstrahl angeordnet. Quer zu dem Strahl ist weiter ein Stromleiter 18 angeordnet, der in der Höhe des Strahls unterbrochen ist und durch den Strahl elektrisch verbunden wird. Der Stromleiter 18 liegt im wesent-

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lichen rechtwinklig zur Flußrichtung 20, wobei durch den Stromdurchgang und das Magnetfeld in dem Strahl entsprechend dem magnetischen Kraftgesetz eine Kraft auf die Schmelze erzeugt wird, die in Abhängigkeit von der Strom- und/oder Feldrichtung entweder in Richtung des Schmelzenstrahles oder entgegen diesem gerichtet ist. Oberhalb der Abzapf öffnung ist im Boden oder in der Wand der Pfanne 12 ein weiterer Stromleiter 19 oder eine Elektrode angeordnet, der bzw. die zusammen mit mindestens einem der erstgenannten Stromleiter 18 einen Erwärmungskreis zum Verhindern des Erstarrens der Schmelze an der Abzapföffnung 16 bildet.

Von der Abzapf öffnung 16 der Pfanne 12 zu einer darunterliegenden Kokille 21 mit einer Wasserkühlung 22 führt ein keramisches Rohr 23, das den Schmelzenstrahl umschließt und diesen vor Einwirkungen der Luft schützt. Die in Fig. 1 gezeigte Kokille 21 ist unten offen und mit einer beweglichen Bodenplatte 25 versehen, auf der der sich bildende Gußblock 26 ruht. Die Bodenplatte 25 wird mit Hilfe der Absenkvorrichtung 27 in dem Maße abgesenkt, wie sich der Gußblock bildet. Auf der Schmelze in der Kokille 21 befindet sich eine aktive feinende Schlackenschicht 28 (z.B. aktives Kalziumfluorid), die elektrisch durch eine Anzahl in die Schlacke eingetauchter Elektroden 24 flüssig gehalten wird. Die Elektroden 24 können um das keramische Rohr 23 herum angeordnet werden, wie z.B. die Fig. 2 zeigt.

Durch Regelung der Stärke und Richtung des Stromes und/oder des Feldes im Ventil 17 bis 20 kann das Abzapfen in gewünschtem

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Umfang gesteuert oder ganz gestoppt werden. Das Unterbrechen des ausfließenden Strahles ist z.B. dann nötig, wenn ein fertiger Gußblock abtransportiert werden soll. Ein anderer Kokillentyp 31 ist in Fig. 3 gezeigt und hat einen Boden 30. Nach Fertigstellung eines Gußblocks muß die Kokille ausgetauscht werden.

Das technische Vorgehen beim Austauschen von Kokillen und/oder Abtransportieren von Gußstücken ist bekannt und die hier gezeigten Beispiele können durch andere bekannte Konstruktionen ersetzt werden.

Beim Senken des Tisches 25 während des Gießens ist darauf zu achten, daß sich die Oberfläche der Schlacke 28 immer auf dem richtigen Niveau im Verhältnis zum Gießrohr 23 befindet. Die Elektroden 24 sind zur Einstellung der gewünschten elektrischen Bedingungen heb- und senkbar. Die Regelung kann über die Lage der Elektroden und/oder über den Strom erfolgen. Die Elektroden 24 sind aus einem Material hergestellt, z.B. Graphit, das sich für den fraglichen Prozeß eignet und können einen Legierungszusatz für das gewünschte Endprodukt enthalten.

Die Ventilkombination 15, 17 bis 20 kann eventuell auch durch ein bekanntes Dreh- oder Schiebeventil ersetzt werden.

Das Senken des Tisches 25 kann automatisch unter Einwirkung von einem in oder an der Kokille angeordneten Niveaumesser od. dgl. geschehen.

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Das Verfahren gemäß der Erfindung xaacläuft beispielsweise wie folgt ab.

Stahlschmelze wird von einem nicht gezeigten Ofen in die Pfanne 12 gefülltj unter Umrührung vakuumbehandelt (entgast), wobei schädliche Einschlüsse und Verunreinigungen zum großen Teil entfernt werden. Die Schmelze wird gefeint und ihre Legierungsbestandteile komplettiert, üblicherweise unter Erwärmung mittels Lichtbogenelektroden 13, die durch den gasdichten Deckel 11 in die Pfanne 12 geführt sind. Die Schmelze wird dann über das Ventil 15, 17 bis 20 in gewünschtem Umfang durch das keramische Rohr 23 und durch die feinende Schlackenschicht 28 in die wassergekühlte Kokille 21 abgezapft. Die Schlackenschicht wird durch Erwärmung' mit Hilfe der Elektroden 24 flüssig gehalten. Entsprechend der Erstarrung der Schmelze in der Kokille 21 wird der Boden 25 abgesenkt. Bei fertigem Gußblock 26 v/ird das Abzapfen unterbrochen und der erstarrte Gußblock abtransportiert. Der Tisch 25 wird wieder bis zur Unterkante der Kokille 21 hochgefahren, neueSchlacke v/ird eingefüllt und die Elektroden 24 w in diese eingetaucht. Anschließend beginnt das Abgießen der Schmelze von neuem. Mit Hilfe der Elektroden 13 kann die Schmelze in der Pfanne 12 warmgehalten werden, so daß eine ausreichende Zeit für den Abguß zur Verfügung steht. Mit diesem Verfahren können Endprodukte mit viereckiger, rechteckiger, runder sowie rohrförmiger Form erhalten werden.

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Claims (8)

"9" 2U75A8 Patentansprüche :

1. Verfahren zum Feinen und Gießen von Stahl, dadurch gekennzeichnet, daß der von einem Ofen oder Behälter in eine Pfanne abgefüllte Stahl zu einer Abgießstelle transportiert, vorzugsweise vakuumbehandelt sowie erwärmt und eventuell in Verbindung mit der Justierung der Legierungszusammensetzung unter Umrührung gefeint wird und daß anschließend der Stahl aus der mit Erwärmungs(Elektroden) und Umrührungsorganen versehenen Pfanne über ein verschließ- und einstellbares Bodenventil in eine heb- und senkbare Kokille abgezapft wird, in der der Stahl durch eine in der Kokille vorhandene erwärmte und den Stahl feinende Schlackenschicht geht und anschließend zu einem Gußblock erstarrt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Stahl zwischen der Pfanne und der Kokille durch ein zweckmäßigerweise aus keramischem Material bestehendes Rohr zu der in der Kokille eingebrachten Schlacke geleitet wird, um das Eindringen von Luft in den Stahl zu verhindern.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Schlacke mittels mehrerer um das Rohr herum angeordneter und in die Schlacke tauchender Elektroden erwärmt wird.

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4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Kokille unten offen ist und daß der im Guß befindliche Gußblock von einer lotrecht beweglichen Platte getragen wird, die entsprechend dem Anwachsen des Gußblockes abgesenkt wird.

5. Anordnung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Anordnung eine mit einem Bodenventil (15, 17 bis 20) und einem Deckel (11) versehene Pfanne 12 an und für sich bekannter Art, mit durch den Deckel (11) gezogenen Elektroden (13) enthält sowie eine Gießkokille (21, 22, 30, 31), ein vom Bodenventil der Pfanne ausgehendes Rohr (23) und Elektroden (24), die bis in die Kokille reichen, um das Rohr (23) herum angeordnet sind und in eine auf der Schmelze in der Kokille befindliche feinende Schlackenschicht getaucht sind,

6. Anordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Rohr (23) aus keramischem Material besteht.

7. Anordnung nach den Ansprüchen 5 und 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Bodenventil (15, 17 bis 20) aus einem elektromagnetischen Ventil mit zwei stromführenden Leitern (18), die an dem Schmelzenstrahl münden, sowie einem magnetischen Kreis (17) mit einer Flußrichtung (20) rechtwinklig zu dem elektrischen Strom im Schmelzenstrahl besteht.

8. Anordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß dem elektromagnetischen Ventil ein Ventil des bekannten Schiebe- oder Drehtyps nach- oder vorgeschaltet ist.

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