DE2527156B2

DE2527156B2 - Verfahren zur Vorbehandlung einer Stahlschmelze beim Stranggießen

Info

Publication number: DE2527156B2
Application number: DE2527156A
Authority: DE
Inventors: Wilhelm Dr.-Ing. 4300 Essen Klapdar; Helmut Dr.-Ing. Richter; Edgar Dr.-Ing. Spetzler; Jochen Dr.-Ing. Wendorff
Original assignee: Thyssen Niederrhein AG
Current assignee: Thyssen Niederrhein AG
Priority date: 1975-06-18
Filing date: 1975-06-18
Publication date: 1980-09-04
Also published as: CA1078624A; FR2314787B3; FR2314787A1; NL7606473A; BE843083A; DE2527156A1; AR207191A1; ES448700A1; IT1081098B; JPS5235126A; ATA360676A; GB1556703A; US4036635A; BR7603910A; JPS5635725B2; SE7606535L

Description

Die Erfindung bezieht sich gattungsgemäß auf ein Verrahren zur Vorbehandlung einer Stahlschmelze, die desoxidiert sowie mit Legieningsmittein versetzt ist, und der in einer mit einem Deckel versehenen, eine kieselsäurefreie Zustellung aufweisenden Gießpfanne nach Abdecken mit pulverförmigem Kalk, dem zur Bildung einer Schlacke 10 bis 30% kieselsäurefreie, nicht sauerstoffabgebende Flußmittel beigemengt sind, in einem Zeitraum von bis zu 10 Minuten ein Katziumträger in einer Menge von 1 bis 1,8 kg Ca/t durch Einblasen mit einem neutralen Trägergas in einer Tiefe von mindestens 2000 mm, und zwar 300 mm oberhalb des Pfannenbodens zugegeben wird. Erfindungsgemäß soll ein solches Verfahren auf das Stranggießen angewendet werden.

Es ist notorisch, daß bei im Stranggießverfahren hergestelltem Material häufig typische Fehlererscheinungen wie Seigerungsrisse, Kernseigerungen und Anhäufungen von nichtmetallischen Einschlüssen auftreten, die bei gegossenen Blöcken nicht oder zumindest nicht in dieser ausgeprägten Form vorkommen. Diese Fehlererscheinungen werden durch die im Vergleich zu Standguß veränderten Erstarrungsbedingungen beim Stranggießen verursacht Im Übrigen können Fehlererscheinungen am Stahlstrang auftreten, deren Entstehungsursache in den Gießbedingungen oder an der Gießanlage selbst zu suchen sind und dazu zwingen, die optimale Gießtemperatur, Gießgeschwindigkeit und AbküHintensität des Stranges einzuhalten und für eine präzise Ausrichtung der Stranggießmaschine zu sorgen. - Die häufigsten Fehlererscheinungen bei Stahlsträngen werden durch Seigerungen sowie durch oxidische Einschlüsse verursacht. Zu den seigernden Elementen, die in der Restschmelze des erstarrenden Stahfstranges angereichert werden und schließlich in Form nichtmetallischer Einschlüsse sowohl in den Dendritenzwischenräumen als auch im Kern des Stahlstranges ausgeschieden werden, gehören der im flüssigen Stahl gelöst verbliebene Sauerstoff und insbes. der Schwefel. Die Anreicherung dieser Elemente in der Kernzonc des Stahlstranges und die damit verbundene Bildung von Oxiden, Sulfiden sowie Gasblasenhohlräumen führt in Verbindung mit einer globulitischen hrstqrrungsstruktur zu der bei Stranggußmaterial typischen Kernseigerune.

Die Erfindung geht von der Erkenntnis aus, daß eine Vermeidung dieser Fehlererscheinungen sich erreichen läßt, wenn die im Strang zu vergießende Schmelze praktisch keinen gelösten Sauerstoff und keinen

Schwefel mehr enthält. Bisher sind jedoch keine für die Massenstrahlerzeugung geeignete Verfahren bekannt,

mit deren Hilfe sich diese Förderungen erreichen lassen.

In der Praxis sind zwar Verfahren bekannt, Schmelzen mit sehr geringem Schwefelgehalt herzustel-

len. Hierzu gehören Verfahren zur Entschwefelung des bei der Stahlerzeugung verwendeten Roheisens sowie der Zusatz von schwefelaffinem Cer-Mischmetall.

Bekannt ist auch ein Verfahren zum Entschwefeln von Stahl in einer Pfanne, bei welchem ein Kalziumträger

is mit einem neutralen Trägergas in einer Tiefe von mehr als 2D00 mm und 300 mm oberhalh des Pfannerjjodens eingeblasen wird (Dissertation Rommerswinkei »Untersuchung zum Ablauf der Desoxidation und Entschwefelung beim Einblasen von Kalziumkarbid in Stahlschmelze zen«„ TH Aachen, !973, insbes. S. !6, !7). Bei diesem Verfahren ist die Schmelze mit einer synthetischen Schlacke abgedeckt, die pulverförmigen Kalk und bis zu 30% eines kieselsäurefreien Flußmittels enthält Der Kalziumträger wird während eines Zeitraums von bis zu 10 Minuten in die Schmelze eingeblasen, wobei in Abhängigkeit von der Art der Zustellung der verwendeten Pfanne und dem gewünschten Endschwefelgehalt das Entschwefelungsmittel in einer Menge von bis zu 2 kg Ca/t Stahl der Schmelze zugegeben werden kann.

Mit den bekannten Verfahren konnte zwar bereits ein niedriger Schwefelgehalt der Schmelze eingestellt werden, die entsprechende Absenkung des Sauerstoffgehaltes muß dagegen ausnahmslos an der fertigen Stahlschmelze vorgenommen werden. Hierzu werden der Schmelze Silizium und insbes. Aluminium zugesetzt Dabei ergeben sich erhebliche Nachteile: Bei Zusatz von Silizium wird der gelöste Sauerstoff wegen der verhiiltnismäßig geringen Sauerstoffaffinität dieses Desoxidationselementes nicht weit genug abgesenkt Bei Zusatz des wesentlich stärker desoxidierend wirkenden Aluminiums ergeben sich ebenfalls Nachteile, die einerseits dadurch begründet sind, daß ein Teil der als Reaktionsprodukt entstehenden Tonerde nicht aus der !Schmelze abgegeschieden wird, sondern in der Stahlschmelze in Schwebe verbleibt und mit in den Stahlstrang gelangt Andererseits haben auf elektrochemischem Wege durchgeführte Messungen des gelösten Restsauerstoffs bestätigt daß der Sauerstoff sich nicht bis zu den niedrigen Werten, wie sie dem Desoxidationsvermögen des Aluminiums entsprechen, absenken läßt, sondern etwa um einen Faktor 10 bis 15 höher ist. Sehr niedrige gelöste Restsauerstoffgehalte, z. B. unter 10 ppm, lassen «ich daher erst bei verhältnismäßig hohen Aluminiumgehalten oder bei Zusatz noch schärfer wirkender Desoxidationsmittel, wie z. B. Cer-Mischmetall, erreichen.

Durch die letztbeschriebenen Maßnahmen ergibt sich ein weiteres, in der Fachwelt wohlbekanntes und gefürchtetes Problem, weil das im Überschuß vorhandene Aluminium (oder auch Cer) während des Vergießens mit dem in der feuerfesten Auskleidung des Gießsystems enthaltenen Kieselsäure unter Bildung weiterer Oxide: reagiert, so daß sich der Anteil an oxidischen F.inschlüssen im flussigen Stahl über das durch die

^fr> Desoxidationsrückstände ergebende Maß erhöht. Die in der Schmelze suspendierten Oxidaggregate führen zu einer beträchtlichen Erhöhung der Viskosität der Schmelze, so daß der Stahl mit höheren Temperaturen

vergossen werden muß, Bei Strangguß wirkt sich eine Erhöhung der Gießtemperatur bekanntlich in jedem Falle nachteilig aus, außerdem lagern sich die Oxidaggregate an den Wandungen des Gießsystems ab und können zum Zusetzen der Tauchausgüsse und somit zu schwerwiegenden Gießstörungen führen. Außerdem gelangen derartige Oxide während des Gießens in den Strang und werden sowohl in der Nähe der Strangschale als auch im Inneren des Stranges vom erstarrenden Stahl eingeschlossen· Neben den durch das Zusetzen des Gießsystems bedingten Schwierigkeiten zwingen die insbes. in der Strangoberfläche eingeschlossenen Oxide zu einer Nachbehandlung der Strangoberfläche mit erheblichen Materialverlusten.

Man hat auf sehr unterschiedliche Weise versucht, die störenden Tonerdepartikel aus dem Stahlbad zu entfernen. So ist (DE-OS 23 04 943) die Verwendung eines besonderen Tauchrohres vorgeschlagen worden, mit dem günstige Si:ömungsbedingungen des Stahles in der StranggießkokiSe so eingestellt werden, daß die Abscheidung der eingeschleppten Oxide in der abdekkenden Gießschlacke verbessert wird. Ein anderer Vorschlag (DE-OS 23 OO 963) ist darauf gerichtet, die Tonerdeaggregate an gitterförmig in den Verteiler eingebautem, feuerfestem, keramischen Material abzuscheiden. Auch hat man bereits (DE-ÜS 23 12 137) die Abscheidung der in der Schmelze suspensierte Oxide in der abdeckenden Schlacke' des Verteilers dadurch versucht, daß durch besondere Ausbildung des Verteilerbodens der flüssige Stahl in eine die Oxidabscheidung fördernde Zwangsströmung versetzt wird. — Ein weiterer Vorschlag (DE-OS 22 1981ÜJ geht dahin, die Abscheidung der in der Schmelze enthaltenen Oxide in der den Gießspiegel der Kokille abdeckenden Schlacke durch Einblasen reinigender Gase in den über den Tauchausguß in die Stranggießkokille einfließenden Stahl zu fördern. Endlich werden eine Reihe weiterer Maßnahmen, wie z.B. das Spülen der gesamten Schmelze mit Inertgas oder eine Vakuumbehandlung in Kombination mit den vorgenannten Reinigungsverfahren angewendet, um den oxidischen Reinheitsgrad, ggf. auch unter Inkaufnahme anderer Nachteile, wie z. B. Erhöhung der Gießtemperatur, zu verbessern.

Die vorstehende Liste bekannter Maßnahmen macht deutlich, daß es beim gegenwärtigen Stand der Technik nicht möglich ist, für das Stranggießverfahren den Anforderungen entsprechende Stahlschmelzen bereitzustellen. Man ist vielmehr gezwungen, an der Stranggießanlage eine Reinigungsbehandlung der Schmelze vorzusehen. Das ist aufwendig, auch haben diese Maßnahmen bis heute zu keinem befriedigenden Ergebnis geführt, was insbes. bei im Strang zu vergießenden aluminiumhaltigen Schmelzen gilt

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, aluminiumhaltige Stahlschmelzen für das Stranggießverfahren herzustellen, die störungsfrei, ohne daß ein Zusetzen der Tauchausgüsse eintritt, zu vergießen sind, einen hohen oxidischen und sulfidischen Reinheitsgrad aufweisen und folglich zu Stahlsträngen ohne störende seigerungsbedingte Fchlererscheinungen führen.

Die Lösung dieser Aufgabe ist gekennzeichnet durch die Anwendung des gattungsgemäßen Verfahrens auf mit Aluminium desoxidierte Stahlschmelzen, die mit einer Überhitzungstemperatur von 10⁰C und weniger

über der Liquidustemperatur des Stahis zum Strang vergossen werden. — Um mit der angegebenen geringen Überhitzungstemperatur zu arbeiten, wird im Rahmen der erfindungsgemäßen Anwendung merklich mehr Kalziumbehandlungsmittel zugesetzt als es bei

ίο den bekannten Maßnahmen zur Erreichung niedriger Endschwefelgehalte von kleiner 0,005% erforderlich ist Es wurde festgestellt, daß bei einem solchen »Überblasen« der Schmelze mit Kalziumbehandlungsmitteln, welches zwangsläufig zu Schwefelgehalten von weniger als 0,003% S führte, ein Zusetzen der Tauchausgüssc beim Stranggießen ausbleibt und die Vergießbarkeit des Stahls selbst bei der Überhitzungstemperatur von 10⁰C und weniger über Liquidustemperatur voll gewährleistet ist. Außerdem wurde festgestellt, daß weder an der Strangoberfläche noch im Inneren Veruneinigungen durch oxidische Einschlüsse auftreten. Auch seigerungsbedingte Gefügeinhomogenitäten, die sonst zu Seigerungsrissen führen können, sowie die sonst übliche Kernseigerung und Innenporositat sind nicht mehr zu finden. — Man kann annehmen, daß sich bei der erfinaaigsgemäßen Anwendung ein Teil des Kalziums in der Schmelze auflöst, während der übrige Teil mit dem Schwefel sowie dem im Stahl enthaltenen Tonerdeeinschlüssen reagiert Der unverbrauchte Teil der Ca-Tröpfchen steigt in der Schmelze auf und verdampft, sobald dies die herrschenden Drücke zulassen und entweicht aus der Schmelze.

Die erreichten Effekte sind überraschend: Während bei den bekannten Verfahren zur Entschwefelung durch Einblasen von Ca-Verbindungen die Tonerde lediglich in Kalzium-Aluminate umgeformt werden, erfolgt die Reduktion unter den angegebenen Bedingungen offenbar vollständig zu CaO. Die entstandenen CaO-Partikel scheiden sich wahrscheinlich vollständig aus der

-to Schmelze ab. Dies läßt sich daraus entnehmen, daß in derartigen Stählen weder Al₂Oj noch CaO-Einschlüsse und nur sehr selten CaO-AliOj-haltige Einschlüsse mit niedrigem AI₂O₃-GeHaIt gefunden werden. Dies läßt ferner darauf schließen, daß in der Schmelze ein unverhältnismäßig hoher Gehalt an metallischem Kalzium gelöst vorliegt.

Wegen der hohen Sauerstoffaffinität des Kalziums wäre an sich zu befürchten, daß die Reduktion des feuerfesten Materials des Gießsystems und die damit

so verbundenen Ablagerungen der Reaktionsprodukte an den Tauchrohren zunehmen. Überraschenderweise zeigt sich aber, daß die Tauchrohre völlig frei bleiben und das Stranggußmaterial ebenfalls frei von Oxiden ist. Offenbar bewirkt das in der Schmelze gelöste Kalzium die Bildung stabiler Oberflächenschichten auf dem feuerfesten Material und verhindert so eine Rückoxidation der Schmelze, so daß die beim Stranggießen aluminiumhaltiger Schmelzen auftretenden typischen Fehlercrscheinungen ausbleiben.

Claims

Patentanspruch:

Verfahren zur Vorbehandlung einer Stahlschmelze, die desoxidiert sowie mit Legierungsmitteln versetzt ist, und der in einer mit einem Deckel versehenen, eine kieselsäurefreie Zustellung aufweisenden Gießpfanne nach Abdecken mit pulverförmigem Kalk, dem zur Bildung einer Schlacke 10 bis 30% kieselsäurefreie, nicht sauerstoffabgebende Flußmittel beigemengt sind, in einem Zeitraum von bis zu 10 Minuten ein Kalziumträger in einer Menge von 1 bis 1,8 kg Ca/t durch Einblasen mit einem neutralen Trägergas in einer Tiefe von mindestens 2000 mm, und zwar 300 mm oberhalb des Pfannenbodens zugegeben wird, gekennzeichnet durch seine Anwendung auf Al desoxidierte Stahlschmelzen, die mit einer Oberhitzungstemperatur von 10⁰C und weniger über der Liquidustemperatur des Stahls zum Strang vergossen werden.