DE2222963C3 - Verwendung einer Silicium und gegebenenfalls Mangan enthaltenden Stahlschmelze zur Herstellung eines Stahldraht-Stranges - Google Patents

Description

2. Abänderung der Verwendung nach An- medium, das Sauerstoff liefert, eine Silicium und spruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im Mangan enthaltende Stahlschmelze verwendet Der Gleichgewichtsdiagramm Fe-Si-Mn-O der Man- Siliciumgehalt des Stahls, verglichen mit dem Gegangehalt gleich 0% ist. halt des Mangangs, muß hoch genug liegen, damit

3. Verwendung der Stahldrähte nach An- 15 das auf und in dem Metall erscheinende erste Oxidaspruch 1 oder 2 für die Bewehrung von Kau- tionsprodukt SiO₂ ist

tschukgegenständen. Mit anderen Worten wählt man die Gehalte an

4. Verwendung nach Anspruch 3 für die Be- Silicium und Mangan in dem Stahl so, daß die Auswehrung von Fahrzeug-Luftrei^fen. fällung von Siliciumoxid und nicht die Bildung von

ao Silikaten, insbesondere Mangansilikaten unterschied-

licher Zusammensetzungen, begünstigt wird.

Die vorstehend beschriebene Verwendung von Si-

Die Erfindung betrifft die Verwendung einer Si- licium und Mangan enthaltenden Stahlschmelzen,

licium und gegebenenfalls Mangan enthaltenden deren Silicium- und Mangangehalt im Gleichge-

Stahlschmelze zur Herstellung von Stahldrahtsträn- 25 wichtsdiagramm Fe-Si-Mn-O im Bereich der SiO₂-

gen mit einem Durchmesser von 30 bis 400 Mikron Bildung liegt, kann gemäß einer Ausführungsform

durch Ausspritzen der Schmelze in ein Kühlmedium. der Erfindung so abgeändert werden, daß in diesem

Bekanntlich nimmt ein unter Druck aus einem mit Gleichgewichtsdiagramm der Mangangehalt gleich einer Durchbohrung versehenen Behälter ausge- O⁰Zo ist. Auch in diesem Falle bildet sich bei entspritzter Flüssigkeitsstrahl beim Austritt aus der 30 sprechender Abstimmung der Fe-Si-O-Gehalte als öffnung über eine bestimmte Länge eine zylindrische erstes Oxidationsprodukt das SiO₂.
Form an, bevor er Einschnürungen oder Schwin- Die Verwendung von Silicium und Mangan in den gungen unterliegt, sich dann verteilt und Tropfen angegebenen Mengen besitzt im übrigen den Vorteil, bildet. Die Länge des zylindrischen Teils des Strahls den Stahldrähten gute mechanische Eigenschaften zu hängt von vielen Faktoren ab; Form, Abmessungen, 35 verleihen, sie zur Verarbeitung als Verstärkungsphysikalischer Zustand der öffnung; auf die Flüs- elemente geeignet zu machen, die dann zur Herstelsigkeit ausgeübter Druck und Ausspritzgeschwindig- lung von Luftreifen und anderen verstärkten Kaukeit; Durchmesser des Strahls; An und Eigenschaf- tschukgegenständen, wie Förderbändern, pneumaten der Flüssigkeit; Art und Eigenschaften des Me- tischen Federn, armierten Schläuchen, Verwendung diums, in welches der Strahl ausgespritzt wird. 40 finden können.

Zum Beispiel besitzt ein in ein gasförmiges Me- Im flüssigen Zustand befindet sich der im Stahl

dium mit einer Temperatur zwischen 1450 und gelöste Sauerstoff in Form von FeO, und die gelöste

1650° C ausgespritzter Strahl aus Flüssigstahl mit Menge ist eine mit der Temperatur ansteigende Funk-

einem Durchmesser von 30 bis 400 Mikron bei einer tion (der gegebenenfalls in Form von Einschlüssen

Auspreßgeschwindigkeit zwischen einigen Metern 45 vorhandene Sauerstoff wird hier nicht berücksichtigt),

und 30 bis 40 Metern pro Sekunde eine zylindrische Bei einer gegebenen Temperatur besteht ein

Form nur auf eine Länge von einigen Zentimetern, Gleichgewichtszustand zwischen den Bestandteilen

d. h. während einer Dauer in der Größenordnung des Stahls, der von den Konzentrationen der vor-

vnn hundertstel oder tausendstel Sekunden. handenen Elemente abhängt und durch die folgenden

Wenn man einen nahezu zylindrischen Stahldrahi- 50 hauptsächlichen Reaktionen festgelegt ist:
strang, ausgehend von einem in ein Kühlmedium

ausgespritzten Strahl aus einer Metallschmelze er- FeO + C =^= Fe + CO (1)
halten will, muß man daher seine Erstarrung während eines sehr kurzen Zeitintervalls erzielen. Die- 2 FeO + Si =*= 2 Fe + SiO₂ (2)
ses Problem ist besonders schwer im Fall von Eisen 55

oder Stahl zu lösen, deren Eigenschaften, verglichen FeO + Mn =#= Fe -f MnO (3)

mit denen anderer Metalle, eine schnelle Erstarrung \

oder Verfestigung nicht begünstigen: Hohe spezi- f^re' °der in Form

fische Wärme, geringe Wärmeleitfähigkeit, hohe la- ^v°ⁿ Silikaten
tente Schmelzwärme, hohe Dichte, Möglichkeit der 60

Unterkühlung usw. In der klassischen Metallurgie wählt man den SiIi-

Zur Erzielung einer raschen Erstarrung eines ciumgehalt und den Mangangehalt so, daß die

Strahls aus einer Stahlschmelze muß daher unbe- festen Siliciumoxideinschlüsse im Metall verhindert

dingt ein sehr wirksames Kühlmedium verwendet werden und daß die Silikatbildung begünstigt wird,

werden. Zweckmäßig verwendet man hierfür ein Gas 65 Die Erfindung wählt im Gegenteil solche Silicium-

mit guter Wärmeleitung (z. B. Wasserstoff, Helium, und Mangangehalte, die die Bildung und die Ausfäl-

Kohlensäure, Stickstoff), dem ein flüssiges Kühl- lung von SiO₂ begünstigen,

medium in feinteiliger Form zugesetzt werden kann. Gemäß der Erfindung wählt man solche Zusam-

mensetzungsbereiche, daß jede Oxidation des Metalls in bezug auf den anfänglichen Gleichgewichtszustand eine Entwicklung nach (2) ergibt.

Da die Bildung eines den Strahl stabilisierenden Films von Siliciumdioxid (SiO₂) erstrebt wird, ist als erste Bedingung das Vorhandensein eines ausreichenden Gehalts an Si in dem Stahl zu erfüllen.

Damit ein ausreichend beständiger Film erhalten wird, muß die Bildung von MnO vermieden werden. Die Mangansilikate sind nämlich sehr leicht schmelzbar, und daher muß die zweite Bedingung erfüllt werden:

Ein gewisses Verhältnis der Anteile an Si und Mn muß eingehalten werden.

Man erreicht nämlich niemals Zustände eines vollkommenen Gleichgewichts in thermodynamischer Hinsicht, aber unter Berücksichtigung der Kinetik der Reaktionen muß die Entwicklung des Systems im Sinne der Zuerstbildung von SiO₂ stattfinden.

Da der in dem kühlenden und oxidierenden gas- so fcrmigen Medium fortschreitende Strahl laufend verfestigt wird, hört die Oxydationsreaktion, die zunächst durch den Oberflächenbelag von SiO, gebremst wird, schließlich von selbst ganz auf.

Natürlich würde eine übermäßig oxidierende »5 Atmosphäre in Kontakt mit dem flüssigen Stahl eine heftige Reaktion mit sich bringen, die bis zur Oxydation aller vorhandenen Elemente gehen könnte.

Wasserstoff und Helium, die sehr wirksame Gase für die Kühlung sind, verdünnen daher die oxidie- ^o renden Gase und ermöglichen es, das Oxydationspotential der gasförmigen Mischung auf einem befriedigenden Niveau zu halten. Als Sauerstofflieverant kann man Sauerstoff in Mischung mit dem Kühlmedium, entweder in Form von reinem Sauerstoff oder in Form von Luft, verwenden. Vorzugsweise verwendet man jedoch eine oxidierende Verbindung, welche bei hoher Temperatur in Kontakt mit dem heißen Metallstrahl aktiven Sauerstoff liefern kann oder direkt eine Oxydationreaktion bewirkt. Geeignete Sauerstoff liefernde Verbindungen sind beispielsweise Wasser oder CO₂.

Die Erfindung wird nachstehend an Hand der Zeichnung näher erläutert. Diese zeigt eine der bekannten und im wesentlichen übereinstimmenden Gleichgewichtskurven des Systems Fe-Si-Mn-O in üssigem Stahl nach Korber und OeIeen.

Auf der Abszisse ist der Si-Gehah und auf der Ordinate der Mn-Gehalt in Gewichtsprozent aufgetragen. Die Kurve entspricht der Kurve des Oxydationsvermögens von Si und Mn in dem Temperaturintervall von 1550 bis 1600⁰C. Zum Zwecke einer besseren Übersichtlichkeit der Zeichnung ist die Kurve etwa zwischen 2 und 3% Si-Gehalt unterbrochen.

Diese Kurve trennt die Zeichnungsebene in zwei Bereiche: In dem Bereich I ist das Oxydationsprodukt reines SiO₂, während in dem Bereich II das Oxydationsprodukt ein Mangansilikat unterschiedlicher Zusammensetzung ist. Auf der Kurve selbst bildet sich bei der Oxydation gleichzeitig SiO₂ und ein an SiO₂ gesättigtes Mangansilikat.

Zum besseren Verständnis sind auf der Gleichgewichtskurve selbst die entsprechenden Gehalte an in der Stahlschmelze gelöstem Sauerstoff, ausgedrückt in ppm, mittels eines durchkreuzten Kreises angezeigt.

Aus der Kurve sieht man beispielsweise, daß für einen Mn-Gehalt von 1 °/o die Gleichgewichtsgehalte an Si und O 0,53 %> bzw. 75 ppm sind.

Geht man somit in einem ersten Falle von einem Flüssigstahl mit einer durch den Punkt A gegebenen Zusammensetzung aus, d. h. einem Si-Gehalt von 2% und einem Mn-Gehalt von 1 Vo, so wird mit fortschreitender Oxydation die Stahlschmelze zunächst unter Bildung von SiO, an Si verarmen bis auf einen Si-Gehalt von 0,53%; der Sauerstoffgehalt der Schmelze beträgt dann 75 ppm.

Bei weiterer Oxydation verläuft die Zusammensetzung dann entlang der Gleichgewichtskurve Si-Mn, d. h., es bildet sich gleichzeitig SiO₂ und an SiO₂ gesättigtes Mangansilikat. Gleichzeitig nimmt der Sauerstoffgehalt der Schmelze zu; dieser Gedankengang steht wohlverstanden im Rahmen eines einfachen, idealen Systems, das sich bis zu einem theoretischen thermochemischen Gleichgewicht entwickelt.

Wenn in einem, dem Punktß der Zeichnung entsprechenden zweiten Fall bei einem Mn-Gehalt von l°/o der Siliciumgehalt unter 0,52% gelegen hätte, wäre das erste Oxydationsprodukt bereits ein Mangansilikat gewesen, und es hätte sich kein SiO, gebildet.

Geht man in einem dritten Fall von einer auf der Zeichnung durch irgendeinen, auf der Abszissenachse gelegenen PunktC gegebenen Stahlschmelze-Zusammensetzung aus, deren Mangangehalt also gleich Null ist, so wird das erste Oxydationsprodukt SiO₂ sein, weil jeder solche Punkt zum weiter oben beschriebenen Bereich I gehört.

Eine weiter fortschreitende Oxydation würde natürlich, ehe der Siliciumgehalt Null ist, zur Metalloxydinsbesondere zur Psenoxydbildung führen, so daß von einem bestimmten Oxydationszustand ab sich komplexe Silikate bilden.

Trotzdem ist die erwünschte Bedingung, d. h. die Erstbildung von SiO₂, in diesem Grenzfall (Mangangehalt gleich Null) erfüllt.

Die nachstehende Tabelle gibt verschiedene gewichtsmäßige Zusammensetzungen von Stahl an, wovon dir einen den vorstehend angegebenen Bedingungen genügten und einen fortlaufenden Draht ergaben und wovon die anderen den vorstehend angegebenen Bedingungen nicht genügten und deshalb unter den gleichen Verfahrensbedingungen keinen Draht ergaben. In beiden Fällen verwendete man als Kühlmedium mit einem Wassernebel versetzten Wasserstoff.

55

Bezeich	VoC	0ZoSi	•/•Mn	Bildung eines
nung der				Draht-
Schmelze	0,25	0,37	0,40	Stranges
a)	0,25	0,35	0,85	ja
b)	0,25	0,33		nein
c)	0,30	0,73		nein
d)	0,30	0,75		Ja
e)	0,30	1,20		nein
f)	0,60	0,30	(	nein
g)	0,60	0,30	(	ja
h)	0,65	0,80		nein
i)	0,65	0,80		ja
j)	0,65	1,22		nein
k)	0,65	1,20		ja
1)	0,36	3,50	1,10	nein
m)			1,10	ja
	,38
,70
),40
),90
,00
,34
,26
,90
0,04

Z ZZZ

Die vorstehenden Ergebnisse zeigen eindeutig den Hinfluß der Gehalte an Silicium und Mangan. Es genügt manchmal eine sehr geringe Änderung in der Stahlzusammensetzung, damit die Bildung eines Drahtes möglich oder unmöglich wird. In Abwesenheit von Wassernebel oder einer anderen Sauerstoffquelle erhält man keinen Draht.

In der Zeichnung sind die Zusammensetzungen a) bis m) der Tabelle eingetragen, und zwar sind die Zusammensetzungen, welche einen Draht ergaben durch einen weißen Kreis und die Zusammensetzun gen, die nicht zur Bildung eines Drahtes führten mit einem schwarzen Punkt bezeichnet.

Wie man sieht, befinden sioh sämtliche weißei Kreise in dem Bereich I (Bildung von SiO₂) und all schwarzen Punkte im Bereich II (Bildung von Man gansilikat).

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

1515

Claims (1)

ι 2 „ .. . Zu diesem Zweck scheint Wasser, das eine hohe ratentansprucne: Verdampfungswärme und eine hohe Wärmekapazität

1. Verwendung einer Silicium und Mangan besitzt, bei Verwendung in Form eines Nebels beenthaltenden Stahlschmelze, deren Silicium- und sonders günstig.

Mangangehalt im Gleichgewichtsdiagramm Fe- 5 Die vorliegende Erfindung zielt deshalb zur Er-

Si-Mn-O im Bereich der SiO₂-Bildung liegt, zur haltung der zylindrischen Form des Metallstrahls

Herstellung von Stahldraht-Strängen mit einem bis zum Erstarrungspunkt.

Durchmesser von 30 bis 400 Mikron durch Aus- Hemäß der Erfindung wird zur Herstellung von

spritzen der Schmelze in ein Sauerstoff liefern- Stahldrahtsträngen von 30 bis 400 Mikron Durch-

des Kühlmedium. io messer durch Ausspritzen der Schmelze in ein Kühl-