DE2702141A1

DE2702141A1 - Verfahren zur einfuehrung von zusaetzen in ein stranggussmetall

Info

Publication number: DE2702141A1
Application number: DE19772702141
Authority: DE
Inventors: Jean-Paul Chaussy; Michel David; Rene Martin; Etienne Spire
Original assignee: USINOR SA
Current assignee: USINOR SA
Priority date: 1976-01-23
Filing date: 1977-01-20
Publication date: 1977-07-28
Also published as: ZA7700262D; JPS5291731A; IT1082720B; FR2338757B1; BE850619A; FR2338757A1; SE7700677L

Description

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Verfahren zur Einführung von Zusätzen in ein Stranggußmetall

UNION SIDERURGIQUE DU NORD ET DE L¹EST DE LA FRANCE, abgekürzt; USINOR

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Die vorliegende Erfindung, die im Werk DUnkirchen des antrageteilenden Unternehmens ausgearbeitet und verwirklicht wurde, und zwar unter Mitwirkung der Herren Etienne SPIRE, beratender Ingenieur des genannten Unternehmens, Michel CAVID, Roger MARTIN und Jean-Paul CHAUSSY, Abteilungsingenieure bzw. Ingenieur des gleichen Unternehmens, bezieht sich auf ein Verfahren zur Einführung von Zusätzen in ein Stranggußmetall; insbesondere handelt es sich um den Zusatz von Cerium im Stranggußstahl.

Untersuchungen an starken Stahlblechen werden vor allem mit dem Ziel durchgeführt, die Reißfestigkeit unter dem Gesichtspunkt der Streckbarkeit, der Übergangstemperatur und der Kristallinität der Bleche zu verbessern.

Die Verbesserung der vorgenannten Eigenschaften von Starkblechen wird im wesentlichen durch ein Regulieren der Art, der Verteilung und der Form von Einschlüssen - vor allem von Sulfideinschlüssen - und deren Walzverhalten erreicht.

Das Verhalten dieser Sulfideinschlüsse ist entscheidend, was auch für oxidierte Einschlüsse und koqlexe Sulfoxide gilt, die aus dem Vorhandensein von Schwefel im Stahl sowie aus Schwefel und Sauerstoff fixierenden Elementen resultieren.

Daher müssen bei der Bearbeitung oder beim Gießen des Stahls die Schwefelgehalte so niedrig wie möglich gehalten werden. Außerdem muß der Schwefel in Form von unverformbaren oder im Vergleich zur Verformbarkeitstemperatur von Stahl weniger verformbaren Sulfiden fixiert werden.

In den klassischen Stählen sind vor allem die Mangansulfideinschlüsse, die sich beim Walzvorgang in der Hauptverformungsrichtung strecken, für eine mindere Stfchlqualität verantwortlich. Ist jedoch der Schwefel durch andere Elemente als Mangan, wie etwa durch Kalzium, seltene Erden und dort vor allem durch Cerium fixiert, so führen die Form der Sulfide und

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besonders Ihre Warmverformungseigenschaften zu einer eindeutigen Verbesserung der Reißfestigkeit.

Seltene Erden und vor allen Dingen Cerium haben nämlich die Fähigkeit, den Schwefel in Gestalt nicht verformbarer oder gegenüber der Verformungstemperatur von Stahl weniger verformbaren Sulfiden zu fixieren. Auf diese Art und Weise lätt sich die Formenbildung der Sulfide und ihr Einfluß auf die mechanischen Eigenschaften des Stahls steuern.

Die Elemente, welche man zur Fixierung des Schwefels anwendet, vor allem Cerium, sind gleichfalls sauerstoffbegierige Elemente, die auf Oxide einwirken. Diese Elemente müssen daher einem vollständig oxidfreien Metall zugesetzt werden, wobei der Kontakt mit Feuerfestoxiden zu vermeiden ist.

Die Oxidation während des Gießens beeinflußt beim klassichen Guß nicht nur die Art der Einschlisse, sondern auch die Oberflächenbeschaffenheit der aus den Blöcken gefertigten Bleche· Die Einschlüsse dichter Sulfoxide simken nur schwer ab, was eine Veränderung des Fließvermögens des flüssigen Metalls mit sich bringt und umgekehrte Seigerungen verursacht, die der einheitlichen Qualität des Stahlblocks abträglich sind.

Aus den vorgenannten Gründen ist es schwierig, ein mit Cerium behandeltes Metall offen zu gießen; in der Praxis des Gießens klassischer Blöcke ist es üblich, Zusätze direkt in die Kokille einzuführen, und zwar durch ein die Zusätze enthaltenes, aufgehängtes Stahlrohr.

Beim Stranggießen ist es üblich, die Zusätze wie Cerium in die Gießpfanne oder das Verteilerbecken zu geben. Cerium (oder "Mischmetall", d.h. ein Gemisch von Elementen aus der Reihe der seltenen Erden) übt allerdings eine sehr ungünstige Wirkung auf die Vergießbarkeit des Stahle aus, und zwar bei Ceriumgehalten in der Größenordnung von 0,020 %. Das Gießen eines mit Cerium behandelten Metalls bei ungeschütztem Strahl

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Ine Verteilerbecken bewirkt daher Schwierigkelten, well sich entweder die Stranggußdüee der Gießpfanne oder des Verteilers zusetzen, da sich dort oxidierte Einschlüsse angesammelt haben· Um den StahlguBvorgang zu erleichtern, muß der Gießstrahl zwischen Pfanne und Verteiler geschützt werden.

Wird Cerium In den Verteiler eingeführt, etwa In Form eines Nlschmetall-Drahts, so muß dieser Draht ebenfalls geschützt werden, indem man z.B. einen Argonstrom injts&ext, der ein Verstopfen der Stranggußdüsen verhindert. Überdies ist das Einführen von Mischmetall durch einen freiliegenden Draht In den Verteiler eine heikle Angelegenheit, einmal wegen des niedrigen Schmelzpunkts von Mischmetall und zumsAderen wegen der Fülletandsveränderung «es Metalls im Verteiler, was Schwankungen der Ceriumgehalte des Produkts mit sich bringen würde.

Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist eine Ausschaltung der vorgenannten Unzuträglichkelten und die Bereitstellung eines Verfahrens, das die gleichmäßige Verteilung der Zusätze im Gußmetall erlaubt.

Ein weiterer Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur Einführung von Zusätzen In ein Stranggußmetall, wobei der Zusatz in einer Stranggußform in Gestalt eines den Zusatz enthaltenden, umhüllten Drahts bis unter die Trennfläche Metall/Abdeckschlacke eingeführt wird.

Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung wird der umhüllte Draht mit einer Geschwindigkeit von 5 bis 20 m/Minute bis in eine Tiefe von 250 bis 700 mm und in einer Entfernung von 50 bis 400 mm von der Stranggußdüse eingeführt, und zwar entlang der Mittellinie der Bramme, in Längsrichtung, so daß der umhüllte Draht in Höhe des unteren Abschnitts der au* der Stranggußdüse abwärtsführenden Flüssigmetallströme schmilzt.

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Der umhüllte Draht, mit dem der Zusatz eingebracht wird, soll nach Möglichkeit die Form eines Rohrs mit rundem, quadratischem oder rechteckigem Querschnitt und mit jeweils gleichem, geringem Durchmesser haben. Dieses Rohr besteht aus einem Material, das zum Schutz der Zusätze vor einer Berührung mit d*r Abdeckschlacke geeignet ist und der Temperatur des flüssigen Metalle eine bestimmte Zeitlang standhalten kann. Dieses Rohr kann insbesondere aus Stahl bestehen.

Durch das Verfahren der Erfindung werden die Zusätze auf diese Weise direkt in den in der Form vergossenen flüssigen Stahl eingebracht, wodurch jede Berührung mit sauerstoffenthaltenden Substanzen vermieden werden kann. Da der Zusatz außerdem erst im letzten Augenblick in die Form eingebracht wird, ist es möglich, die Vergießbarkeitseigenschaften des Metalls während der vorgeschalteten Gießvorgänge zu erhalten.

Obgleich die vorliegende Erfindung auf mehrere Zusätze und mehrere Stranggußmetalle anwendbar ist, bezieht sich diese Beschreibung auf einen Stahl Strangguß, in den Cerium in Form von Mischmetall eingeführt wird.

Weitere Merkmale und Vorzüge der Erfindung werden nach dem Studium der folgenden Beschreibung im Zusammenhang mit der beigefügten Zeichnung besser verstanden werden. Auf der Zeichnung ist:

Abb. 1 ein Schnitt durch eine Strangguß form, worin das Verfahren der Erfindung angewandt wird;
Abb. 2 eine Draufsicht der Form nach Abb. 1; Abb. 3 ein schematischer Längsschnitt durch den in die Form nach Abb. 1 eingebrachten umhüllten Iraht; Abb. 4 der Schnitt durch eine Stranggußform, in der eine weiter· Ausführungsvariante des Verfahrens dieser Erfindung angewandt wird;
Abb. 5 ein Querschnitt durch den uehüllten Draht, der in die

Form nach Abb. 1 eingebracht ist.

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Auf Abb. 1 1st eine Stranggußform (1) dargestellt, die den Stahl enthält, von dem ein Teil (2) noch flüssig 1st, während Abschnitt (3) sich bereits verfestigt und eine Haut gebildet hat. Über dem flüssigen Stahl liegt eine Schicht (4) aus Abdeck-Schlacke oder -Pulver, die u.a. jede Berührung mit der Luft verhindern soll. Eine Stranggießdüse (5) ist in den flüssigen Stahl (2) eingetaucht, wobei der Flüssigstahl durch die öffnungen (6) der Düse (5) austritt und zwei unterschiedliche Ströme bildet, die durch die Pfeile angedeutet sind. Die Ströme (7 und 7a) sind aufsteigende Ströme, die sich in Richtung auf die Oberflächenschicht aufwärts bewegen, wogegen die Ströme (8 und 8a) abwärts verlaufende Ströme sind, die sich in Richtung auf den Boden der Form mit Flüssigmetall bewegen, das die Bramme (9) bildet. Der Zusatz wird in Form eines umhüllten Drahts (10) eingebracht, der in den flüssigen Stahl (2) durch die Schlackenschicht (4) eingetaucht wird.

Der Zusatz besteht aus Cerium in Form von Mischmetall, das in einer Stahlhüll* enthalten ist. Diese Hülle.taucht bis zu einer bestimmten Tiefe in den flüssigen Stahl ein, bevor sie in Punkt (11) schmilzt. Dieser Punkt befindet sich im unteren Abschnitt des absteigenden Metallstroms· Der umhüllte Draht wird von einem nicht dargestellten Abrollhaspel in den flüssigen Stahl eingebracht, und zwar mit einer Geschwindigkeit, welche Funktion der Extraktionsgeschwindigkeit von Bramme (9) sein kann, aber nicht sein muß. Die Tiefe, in der der eingeführte Draht schmilzt, ist vehr wichtig. Schmilzt der Draht nämlich zu früh, besteht die Gefahr, daß das Mischmetall in die Abdeckschlacke aufsteigt und das Aussehen der Oberfläche durch Bildung von Streifen und störenden Krusten beeinträchtigt, welche dazu führen können, daß die Bramme in der Maschine bricht. Schmilzt der Draht jedoch zu tief, so führt dies zu einer ungleichmäßigen Verteilung des Ceriums Ix der Bramme. Der umhüllte Draht wmMr in einer Tiefe schmilzen, bei der sich die Schmelzzone des Drahts mindestens im unteren Abschnitt des aus der Düse austretenden Metallstroms befindet, und zwar in einem Abstand zwischen umhUlltem Draht und Düse von etwa

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50 bis 400 mm, nach Möglichkeit Jedoch zwischen 100 und 150 mm. Die Kennwerte des Drahts (Durchmesser, Stärke der Umhüllung) sowie die Tiefe der Schmelzzone, die gewünscht wird, werden durch nachstehende Formeln festgelegt, die sich auf Abb. 3 beziehen.

Auf dieser Abbildung wird eine schematische Darstellung des umhüllten Drahts gezeigt, der bis unter die Lage aus Abdeckschlacke in den Schmelzstahl eingebracht wurde. Die Entwicklung dieses Drahts umfaßt zwei Stufen, Phase I und II.

In der Phase I und bei einem Ausgangsdurchmesser A des umhüllten Drahts, dehnt sich die Schutzumhüllung durch Verfestigung des flüssigen Stahls bis auf einen Durchmesser D aus. Die auf diese Art und Weise durch den umhüllten Draht adsorbierte Wärme dient dazu, seine Temperatur bis zum Schmelzpunkt des Stahls zu steigern, so daß das in der Stahlhülle enthaltene Mischmetall schmilzt. In der Phase II verringert sich der Durchmesser der Hülle; die Hülle schmilzt schließlich und setzt den Zusatz in dem absteigenden Strom des flüssigen Stahls frei. In der ersten Phase mit zunehmendem Durchmesser dringt der umhüllte Draht bis zur Tiefe L₁ in den Stahl ein; in Phase II dringt er um eine zusätzliche Länge L₂ in den Stahl ein, bevor er schmilzt.

Die Einführungstiefe L « L₁ + L₂ wird durch folgende Gleichung ausgedrückt:

Hierin ist ^γ die Volumenmasse des Stahls, V die Einführungsgeschwindigkeit des umhüllten Drahts, Lp die latent· Schmelzwärme des Stahls, D der maximale Durohmesser des umhüllten Drafcts, 4 der Einführungsdurchmesser des umhüllten Drahte, k und k¹ die relativen Durchgangskoeffizienten für Phase I bzw.

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Phase II. Diese Formel gilt für das Einbringen von Mischmetall bei Drahtabrollgeschwindigkeiten zwischen 5 und 25 m je Minute.

Der maximale Durchmesser D, der am Schluß von Phase I erreicht ist, wird durch folgende Formel ausgedrückt:

(D ^+β<^νΛ* fu* +150Ox C₁₁ T=A. ^v ^r- (D²-d²) L

Pl *- Fl n~J JP if ρ

Hierbei ist<Kder Koeffizient des Füllvolumens an Mischmetall, Cp und C_n sind die spezifische Wärme des Stahls bzw. des Mischmetalls, V ist die Einführungsgeschwindigkeit des umhüllten Drahts, P·^ und />_M sind die Volumenmasse des Stahls bzw. des Mischmetalls.

Die Einführungsgeschwindigkeit des umhüllten Drahts in die Form wird ermittelt in Abhängigkeit von der Einströmungsmenge an Stahl in die Stranggußform und von der Menge des Zusatzes, und zwar durch folgende Gleichung:

Hierbei ist V die Einfuhrungsgeschwindigkeit des umhüllten Drahts in m/Minute, q der Gehalt des Drahts an Zusatzmaterial in kg/m, £ die Menge des Zusatzes, Q die Einströmungsmenge des Stahls in die Stranggußform in t/Minute ,/3 der gewünschte Gehalt an Zusatzmaterial in kg/t Stahl.

Bei der auf Abbildung 1 dargestellten Ausführung wurden die Zusätze in Form eines umhüllten Drahts (10) eingebracht. Es ist jedoch auch möglich, sie in Form von zwei Drähten einzubringen,

wie es aus der gestrichelten Linie für den umhüllten Draht (12) hervorgeht.

Der umhüllte Draht (10) wird in einem Abstand von 50 bis 400 möglichst jedoch von 100 bis 150 mm, von der Stranggußdüse

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eingebracht, und zwar in Längsrichtung entlang der Mittellinie der Bramme, wie aus Abbildung 2 hervorgeht. Diese Ausführungsform führt zu einer asymmetrischen Verteilung der Zusätze im Stahl, was jedoch in bezug auf die mechanischen Kennwerte, welche für die Walzbleche erwünscht sind, sehr wohl annehmbar sein kann.

Wird eine symmetrische Verteilung der Zusätze in der Stahlbramme gewünscht, so ist es möglich, zwei umhüllte Drähte einzubringen, die symmetrisch zur Düse in Längsrichtung an der Mittellinie der Bramme angeordnet sind.

Unabhängig von der gewählten Art der Einführung ist es vorzuziehen, sie auf die Extraktionsgeschwindigkeit der Bramme so abzustimmen, daß der Gehalt an Zusätzen konstant bleibt.

Die asymmetrische Einführung (ein einziger umhüllter Draht) bewirkt eine asymmetrische Verteilung des Zusatzes im Bereich der Haut, wogegen die Verteilung in der Mitte der Bramme nahezu symmetrisch ist. Dies ist auf die Tatsache zurückzuführen, daß die etwa 2 cm starke^ich auf dem ersten Meter der Maschine verfestigt und diese Stärke durch die umlaufenden Metallströme kaum beeinflußt wird. Im Inneren der Bramme jedoch hat der Zusatz ausreichend Zeit, sich zu verteilen, da die Form mit Flussigstahl zwischen 10 und 15 m lang ist. Diese pauschale chemische Asymmetrie macht sich bei den Blechen bemerkbar und kann eine Asymmetrie der mechanischen Kennwerte verursachen. Wie aus Versuchsergebnissen für die Reißfestigkeit hervorgeht, sind allerdings keine Auswirkungen eines derartigen Einbringungsverfahrens von Zusätzen auf die Gleichmäßigkeit der mechanischen Kennwerte festzustellen.

Cerium kann daher in einem einzigen umhüllten Draht eingebracht werden, wobei der Beginn seines Abrollens mit dem Beginn des Stranggußvorgangs zusammenfällt.

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Werden zwei umhüllte Drähte eingebracht, so wird in der gleichen Weise vorgegangen.

Beim Strangguß ist die Ergiebigkeit der Zusätze in Form von umhülltem Nischmetall um 60 % höher als beim klassischen Guß, wo Cerium in Form von Mischmetall zugesetzt wird, das in einem in der Kokille aufgehängten Stahlrohr enthalten ist.

Durch die höhere Ergiebigkeit der Zusätze beim Strangguß kann die Menge an Je t Stahl eingebrachtem Mischmetall bedeutend verringert werden.

Die Beschaffenheit der Oberfläche ist sehr gut, so daß die Bleche nicht systematisch und vollständig geputzt zu werden brauchen, sondern ein einfaches Putzen von Hand genügt. Nach dem Walzen ist die Anzahl Bleche, die Zunder aufweist, weit geringer als beim klassischen Guß.

Diese Erscheinung geht darauf zurück, daß das Cerium tief genug eingeführt wird, d.h. bis unter die aufsteigenden Ströme, die demnach wenig Cerium enthalten. Die obere, verfestigte Haut ohne Cerium weist Eigenschaften auf, wie man sie bei normalen Brammen findet, d.h. es sind keine Verkrustungen der Haut, keine eingesunkenen Schalen und keine Einschlüsse unter der Haut vorhanden.

Trotz asymmetrischer Einbringung des Mischmetalls ist keine Asymmetrie der mechanischen Kennwerte zu beobachten, deren Abweichungen stets geringer sind als die Meßstreuungen.

Darüber hinaus konnte festgestellt werden, daß die Menge Rohstahl, die zur Erzeugung von 1000 kg Fertigerzeugnis guter Qualität benötigt wird, beim Stranggießen nach dem Verfahren der Erfindung eindeutig geringe» ist als beim klassischen Guß.

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Auf Abb. 4 ist eine weitere Ausführungsvariante der Erfindung dargestellt, wobei die Stranggußdüse (5) asymmetrisch ist und zwei Öffnungen (13, 14) mit unterschiedlichem Durchmesser besitzt. Diese Ausführung ermöglicht - durch die Einführung eines einzigen umhüllten Drahts (12) zwischen Düse und Mittelachse der Bramme - eine einheitlichere Verteilung der Zusätze in der Bramme, wie die schematische Verteilung der aufsteigenden Ströme (7 und 7a) und der absteigenden Ströme (8 und 8a) zeigt; die Zusätze werden bis zur Ebene dieser Ströme eingeführt, d.h. bis zu Punkt 11, der sich im unteren Abschnitt der absteigenden Ströme befindet.

Abb. 5 ist der Querschnitt einer AusfUhrungsvariante des umhüllten Drahtes. Die im wesentlichen zylindrische Hülle (15) weist eine teilweise Überlappung auf und enthält den Zusatz 16.

1st die in die Bramme einzubringende Zusatzmenge sehr hoch, so kann die Einführung in Form eines Metallstreifens mit rechteckigem oder quadratischem Querschnitt interessant sein; hierdurch wird eine zu hohe Abrollgeschwindigkeit vermieden und gleichzeitig sichergestellt, daß das Produkt in nicht allzu großer Tiefe freigesetzt wird.

Wenn mehrere Zusätze in den Stahl eingebracht werden sollen, kann man einen Draht einführen, der aus mehreren Hüllen mit den verschiedenen Zusätzen besteht; es kann auch ein einziger umhUllter Draht mit einem Gemisch der verschiedenen Zusätze eingeführt werden.

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Leerseite

Claims

PATENTANSPRÜCHE

1. Verfahren zur Einführung von Zusätzen in ein Stranggußmetall, wonach die Zusätze in die Gußform Iris unter die Trennfläche Metall/Abdeckschlacke eingebracht werden; das Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, daß die Zusätze in Form eines Drahts eingeführt werden, der von einer sich auflösenden Hülle umgeben ist.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der umhüllte Draht mit einer Geschwindigkeit von 5 bis 20 m/ Minute bis in eine Tiefe von 250 bis 700 mm sowie 30 bis 400 nu von der Stranggußdüse entfernt in Längsrichtung entlang der Mittellinie der Bramme eingeführt wird, und zwar so, daß der umhüllte Draht in Höhe des unteren Abschnitte der absteigenden Flüssigmetallströme schmilzt, die aus der Düse austreten.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der eingebrachte Zusatz Cerium in Form von Mischmetall ist, das sich in einer röhrenförmigen Stahlumhüllung befindet, und das Stranggußmetall in der Form Stahl ist.

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zwei oder mehr umhüllte Drähte in symmetrischer Anordnung zur Düse eingeführt werden, und zwar in Längsrichtung an der Mittellinie der Bramme.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet', daß die Stranggußdüse asymmetrisch und in Längsrichtung auf der Mittellinie in Richtung auf eine der Längsseiten der Bramme versetzt ist und der umhüllte Draht zwischen Düse und Mittelachse eingeführt wird.

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ORIGINAL INSPECTEO