DE2636065B2

DE2636065B2 - Verfahren zur Herstellung von Blöcken aus unlegierten und legierten Stählen

Info

Publication number: DE2636065B2
Application number: DE19762636065
Authority: DE
Inventors: Heimo Dr. Bruck Jaeger; Gert Dr. Kuehnelt; Peter Dipl.-Ing. Leoben Machner; Erwin Prof. Dr. Ploeckinger
Original assignee: VEREINIGTE EDELSTAHLWERKE AG (VEW) WIEN NIEDERLASSUNG VEREINIGTE EDELSTAHLWERKE AG (VEW) VERKAUFSNIEDERLASSUNG BUEDERICH 4005 MEERBUSCH
Current assignee: VEREINIGTE EDELSTAHLWERKE AG (VEW) WIEN NIEDERLASSUNG VEREINIGTE EDELSTAHLWERKE AG (VEW) VERKAUFSNIEDERLASSUNG BUEDERICH 4005 MEERBUSCH
Priority date: 1975-11-17
Filing date: 1976-08-11
Publication date: 1979-10-18
Also published as: DE2636065A1

Description

Blockgewicht die flüssige Kernzone dieser Schlacke auf Konstanthaltung der chemischen Zusammensetzung

1. Verfahren zur Herstellung von Blöcken aus unlegierten und legierter Stählen mit verbesserter Primärkristallisation, verringerter Blockseigerung und vermindertem Gehalt an nichtmetallischen Einschlüssen, wobei in eine Kokille flüssiger Stahl in einer dem gewünschten Blockgewicht mindestens annähernd entsprechenden Menge eingegossen, anschließend auf diesen eine Schlacke aufgebracht und dieser Schlacke während der Erstarrung des Stahles Energie zugeführt wird, wobei bei im wesentlichen gleichbleibender Blockhöhe durch Energiezufuhr zur bereits aufgeschmolzenen Schlakke entsprechend mindestens 120 KWh bzw. mindestens 103 200 Kcal/t Blockgewicht die flüssige Kernzone dieser Schlacke auf hoher Temperatur gehalten wird, wogegen zur Bildung und Aufrechterhaltung einer Schicht fester Schlacke an den die Schlacke seitlich begrenzenden Wänden eine Kühlung derselben mit Hilfe einer Flüssigkeit erfolgt und die Energiezufuhr zur Schlacke durch Widerstandserwärmung mittels einer oder mehrere Abschmelzelektrode^) mit gleicher oder ähnlicher chemischer Zusammensetzung wie der Block erfolgt, d a durch gekennzeichnet, daß die quantitative Zusammensetzung der verwendeten Abschmelzelektrode^) so gewählt wird, daß die Konzentration der seigernden Elemente in der je Zeiteinheit abgeschmolzenen Stahlmenge um denjenigen Betrag niedriger ist, um den ihre Konzentration je Zeiteinheit in der Restschmelzc des Blockes zunimmt.

2. Verfahren nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß zwei oder mehrere Abschmelzelektroden verwendet werden, wobei der Gehalt der nacheinander abzuschmelzenden Elektroden an den seigernden Elementen jeweils größer gehalte.'i wird.

3. Verfahren nach Anspruch I oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine konische Abschmelzelektrode verwendet wird, von der zu Beginn der Blockschopfbeheizung vom Elektrodenende mit dem größeren Durchmesser abgeschmolzen wird.

4. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die zum Konzentrationsausgleich erforderliche abzuschmelzende Stahlmenge der Abschmelzelektrode durch die Höhe der Energiezufuhr zur Abschmelzelektrode geregelt wird, indem die Energiezufuhr stufenweise vermindert wird.

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Blöcken aus unlegierten und legierten Stählen mit verbesserter Primärkristallisation, verringerter Blockseigerung und vermindertem Gehalt an nichtmetallischen Einschlüssen, wobei in eine Kokille flüssiger Stahl in einer dem gewünschten Blockgewicht mindestens annähernd entsprechenden Menge eingegossen, anschließend auf diesen eine Schlacke aufgebracht und dieser Schlacke während der Erstarrung des Stahles Energie zugeführt wird, wobei bei im wesentlichen gleichbleibender Blockhöhe durch Energiezufuhr zur bereits aufgeschmolzenen Schlacke entsprechend min-

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der Restschmelze durch optimale Einstellung der Abschmelzrate unterstützt, indem die zum Abschmelzen erforderliche Energiezufuhr zur Abschmelzelektrode geregelt u. zw. stufenweise vermindert wird.

Bei der Herstellung von großen Schmiedeblöcken mit langen Erstarrungszeiten und mit einer gegen Erstarrungsende stark zunehmenden Anreicherung von Begleit- und Legierungselementen in der Restschmelze des Blockes kann es erforderlich sein, in zeitlicher Reihenfolge hintereinander zwei oder mehrere Ab-Schmelzelektroden zu verwenden, deren chemische Zusammensetzung auf die zu erwartende Anreicherung der seigernden Elemente abgestimmt ist.

Es ist möglich, z. B. bei großen Blockdurchmessern, anstelle einer Abschmelzelektrode die Verwendung mehrerer Abschmelzelektroden vorzusehen, deren chemische Zusammensetzung untereinander gleich ist oder bei unterschiedlicher Zusammensetzung im Mittel der erforderlichen Zusammensetzung dem Legierungsausgleich entspricht.

Zum Ausgleich relativ geringer Blockseigerungen ist es vorteilhaft, anstelle mehrerer Abschmelzelektroden abgestufter Zusammensetzung, die hintereinander abgeschmolzen werden, eine einzige konische ausgebildete Elektrode zu verwenden, von der zu Beginn der Blockschopfbeheizung vom Elektrodenende mit dem größeren Durchmesser unter Verwendung entsprechend hoher Stromstärken größere Stahlmengen je Zeiteinheit abgeschmolzen werden, während im Verlaufe der weiteren Blockerstarrung durch den abnehmenden Durchmesser der Elektrode und Verringerung der Leistungszufuhr die jeweils erforderlichen geringeren Stahlmengen dem erstarrenden Block zugeführt werden. Gegebenenfalls kann durch zusätzliche Verwendung von Gleichstrom gleichzeitig eine Schmelzelektro- (5 lyse in der flüssigen Schlacke durchgeführt werden.

Das erfindungsgemäße Verfahren wird durch die folgenden Beispiele näher erläutert:

Beispiel I

Es wurde ein seigerungsfreier 30 t-Schmiedeblock eines unlegierten Stahles (CK.35) mit praktisch konstanter chemischer Zusammensetzung unter Verwendung von zwei Abschmelzelektroden von je 1000 kg in folgender Weise hergestellt: 4^r>

Eine Schmelze von 29,81 des unlegierten Stahles CK.35 mit 0,34% C, 0,25% Si, 0,38% Mn, o,OI5% P und 0,012% S wird in eine Polygonalkokille mit einem mit.icren Durchmesser von 1525 mm und einer Höhe von 2100 mm abgegossen, die mit einem wassergekiihl- to ten Aufsatz (entsprechend AT-PS 2 95 764) versehen war. Die Schmelze wurde sofort mit flüssiger Schlacke abgedeckt und die Schlacke gemäß dem Verfahren nach der DE-AS 18 12 102 beheizt. Die Beheizung erfolgte in den ersten 100 Minuten durch Abschmelzen einer Elektrode von 300 mm Durchmesser mit 14 KA. Diese Elektrode bestand aus einem unlegierten Stahl mit 0,04% C und etwa gleichen Gehalten an Si, Mn, P und S wie die CK35-Schmelze in der Kokille. Es wurde also bei dieser Elektrode ein Kohlenstoffgehalt von 0,04% bo gewählt, um die zu erwartende Seigerung des Kohlenstoffes während des Erstarrens des Blockes auszugleichen. Nach 100 Minuten waren 18,2 t = etwa 60% der Schmelze in der Kolille erstarrt. Eine dem erstarrten Blockteil entnommene Probe ergab einen t>3 Kohlenstoffgehalt von 0,345%. Somit wurde die sonst eintretende Koiilenboffäiireiclieiung 111 der ReSlsciiinelze durch das Abschmelzen der niedriggekohlten Elektrode ausgeglichen.

Bis zur vollständigen Erstarrung des 30 t-Blockes, die insgesamt 900 Minuten dauerte, wurde die Beheizung des Blockkopfes mit einer zweiten Elektrode gleicher Abmessung und gleichen Gewichtes fortgesetzt, wobei der Kohlenstoffgehalt dieser Elektrode mit 030% bei sonst analoger chemischer Zusammensetzung gewählt wurde. Um die Abschmelzrate der Elektrode und die notwendige Wärmeeinbringung dem jeweils noch vorhandenen Volumen an flüssigem Stahl in der Kokille anzupassen, wurde die Energiezufuhr stufenweise von 8 KA auf 4,2 KA erniedrigt; bis zum Erstarrungsende wurden 1000 kg Stahl von der Elektrode abgeschmolzen.

Aus diesem 30 t-Block, der später auf geschmiedete Wellen verformt wurde, wurden Proben zur Bestimmung des C-Gehaltes aus den Bereichen des Blockfußes, der Blockmitte und des Blockkopfes entnommen. Die an verschiedenen Stellen des Querschnittes dieser Probescheiben ermittelten C-Gehalte lagen im Blockfuß bei 0,32 bis 0,33%, in der Blockmitte bei 0,33 bis 0,34% und im Blockkopf bei 0,33 bis 0,345%. Demgegenüber beträgt der Kohlenstoffgehalt in konventionell erstarrten 30 t-Blöcken aus CK35 mit 0,34% C in der Alisgangsschmelze, bedingt durch die bei der Erstarrung eintretende Entmischung, in der Blockmitte etwa 0,36 bis 0,37% und im Blockkopf in den Seigerungsbereichen bis zu 0,43%.

Beispiel 2

Es wurde ein seigerungsfreier 22 t-Block eines Stahles DCMV58 (0,20/0,25%C) mit praktisch konstanter chemischer Zusammensetzung unter Verwendung einer konischen Abschmelzelektrode mit einem unteren Durchmesser von 450 mm und einem oberen Querschnitt von 350 mm Durchmesser und einem Gewicht von 1550 Kg in folgender Weise hergestellt:

22 t der Schmelze mit einem Kohlenstoffgehalt von 0,25% wurden in eine Kokille mit einem mittleren Durchmesser von 1440 mm und einer Höhe von 1980 mm abgegossen und mit flüssiger Schlacke abgedeckt. Die Beheizung der Schlacke erfolgte während der ersten Stunde mit 12 KA unter Verwendung einer Elektrode aus unlegiertem Stahl mit einem' C-Gehalt von 0,18%. Nach 60 Minuten waren 12 t = 55% der Schmelze erstarrt; der C-Gehalt des erstarrten Blockes betrug 0,24%. In der zweiten, dritten und vierten Stunde wurde die Beheizung mit der gleichen Elektrode mit 7,5 KA fortgesetzt, wobei weitere 6,2 t erstarrten; der C-Gehalt betrug 0,25%. In der fünften bis siebenten Stunde wurde die Beheizung mit 6 KA fortgesetzt. Es erstarrten weitere 2,35 t; der C-Gehalt betrug 0,25%. In der achten bis dreizehnten Stunde wurde die Beheizung mit 4,5 KA fortgesetzt. Es erstarrte die restliche Stahlmenge, d. s. 2,71; der C-Gehalt betrug 0,25%.

Beispiel 3

Es wurde ein seigerungsfreier 2 t-Block eines Schnellarbeitsstahlblockes SRE mit praktisch konstanter chemischer Zusammensetzung unter Verwendung einer Elektrode mit einem Durchmesser von 150 mm. einer Länge von 1500 mm und einem Gewicht von 230 kg hergestellt.

2 t der Schmelze mit einer Zusammensetzung von 0,78% C, 18,2% W und 1,15% V wurden in einer Höhe von 900 mm abgegossen und die Schmelze sofort mit flüssiger Schlacke abgedeckt. Die Beheizung erfolgte in

den ersten 15 Minuten mit 2,5 KA unter Verwendung einer Elektrode, die aus einem Stahl mit 0,72% C, 17,5% W und 1,0% V bestand. Nach 15 Minuten waren 1,02 t = 51% erstarrt, wobei 30 Kg von der Elektrode abgeschmolzen waren. Der C-Gehalt betrug 0,76%, der W-Gehalt 18,12% und der V-Gehalt 1,12%.

Die Beheizung mit der Abschmelzelektrode wurde weitere 60 Minuten mit 2,5 KA fortgesetzt, wobei 0,62 t erstarrten und 90 kg von der Elektrode abgeschmolzen waren. Der C-Gehalt betrug 0,78%, der W-Gehalt 18,18% und der V-Gehalt 1,15 %.

Das Abschmelzen wurde 150 Minuten mit 1.5KA fortgesetzt. Es erstarrten 0,31 t mit 0.78% C. 18,14% W und 1,15% V. In den weiteren 225 Minuten bis zur völligen Erstarrung des Blockes erstarrten 230 kg. ebenfalls mit 0.78% C, 18,11⁰Zo Wunii 1.13% V.

Claims

Patentansprüche:

hoher Temperatur gehalten wird, wogegen zur Bildung und Aufrechterhaltung einer Schicht fester Schlacke an den die Schlacke seitlich begrenzenden Wänden eine Kühlung derselben mit Hilfe einer Flüssigkeit erfolgt und die Energiezufuhr zur Schlacke durch Widerstandserwärmung mittels einer oder mehrerer Abschmelzelektrode(n) mit gleicher oder ähnlicher chemischer Zusammensetzung wie der Block erfolgt
Ein Verfahren dieser Art ist in der DE-AS 18 12 102

ίο beschrieben. Hierbei finden Abschmelzelektroden Verwendung, deren Werkstoff dem des Gußstückes artgleich ist.

Es ist weiters aus der DD-PS 26 707 ein Verfahren zum steigerlosen Gießen von Stahl-, Eisen- und Metallformguß und zum Gießen von Blöcken ohne verloren Kopf bekannt, bei dem zum Ausgleich des Materialschwundes Elektroden, deren Werkstoff dem des Gußstückes artgleich ist, durch Temperatureinwirkung eines Schlackenbades im Lunkerbereich abgeschmolzen werden.

Bei Verwendung von Abschmelzelektroden mit gleicher chemischer Zusammensetzung wie der in der Kokille erstarrende flüssige Stahl kann es zu Entmischungen über die Blocklänge und zu Schwierigkeiten kommen, wenn das Erstarrungsintervall der Legierung sehr groß ist oder wenn im Laufe der Kristallisation ein ledeburitisches Eutektikum gebildet wird. Entmischungserscheinungen führen zu einer stetigen Veränderung der Durchschnittszusammensetzung des Werk-

W stoffes, indem bei der Kristallisation die seigernden Elemente, wie C, Cr, W, V, Mo, Mn und S, von unten nach oben in den nacheinander erstarrenden Volumina des Blockes eine höhere Konzentration aufweisen. Bei sehr großen Schmiedeblöcken aus unlegierten und legierten Baustrhlen (beispielsweise bei über etwa 20 t Gewicht) bzw. bei schon wesentlich kleineren Blöcken von ledeburitischen Stählen (ab etwa 1,5 t Gewicht) können die Unterschiede in der chemischen Zusammensetzung über den Blockquerschnitt so stark sein, daß sie die technologischen Eigenschaften merklich beeinflussen.

Die Erfindung bezweckt die Vermeidung der geschilderten Schwierigkeiten und stellt sich die Aufgabe, ein Verfahren der eingangs beschriebenen Art zu schaffen, bei dem auch bei sehr großen Schmiedeblöcken bzw. bei Stählen mit starker Entmischung bei der Kristallisation zu seigerungsfreien Rohblöcken eine praktisch konstante chemische Zusammensetzung erzielt wird.

so Das kennzeichnende Merkmal des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, daß die quantitative Zusammensetzung Jer verwendeten Abschmelzelektrode^) so gewählt wird, daß die Konzentration der seigernden Elemente in der je Zeiteinheit abgeschmolzenen Stahlmenge um denjenigen Betrag niedriger ist, um den ihre Konzentration je Zeiteinheit in der Restschmelze des Blockes zunimmt.

Für die richtige Wahl der quantitativen chemischen Zusammensetzung der Abschmelzelektrode^) wird in

W) Vorversuchen die Konzentration der seigernden Elemente im erstarrenden Block von Zeit zu Zeit bestimmt. Zumeist ist es ausreichend, wenn der Berechnung des Legierungsinhaltes der Abschmelzelektrode(n) ein Mittelwert der Anreicherung der Legierungselemente in

η > der Restschmelze über einen bestimmten Zeitraum, z. B. über eine Stunde, zugrunde gelegt wird.

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