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Verfahren zur Behandlung von Stahlsclmelzen während des Ver-
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gießens
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur
Behandlung und gegebenenfalls zum Legierenvon Stahlschmelzen während des Vergießens.
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Durch bekannte Nachbehandlungsverfahren in der Pfanne wie Inertgas-Spiilung
oder Vakuumbehandlung ist es möglich, eine IIomogenisierung der Schmelze und eine
Abscheidung der nichtmetallischen Desoxidationsprodukte zu erreichen. Während der
nachfolgenden Gießzeit verändert sich jedoch der Behandlungszustandder Schmelze
in der Pfanne in nicht faßbare Weise durch Wechselwirkungen mit der Schlacke und
der ff-Zustellung der Pfanne. Zusätzlich wird beim Gießen durch den Kontakt des
Gießstrahles mit Luft in die Schmelze Sauerstoff eingebracht, wodurch Stahlbegleiteroxidiers
werden und Veränderllngender Schmelze nach der Einstellung der gewünschten Stahlanalyse
eintreten können.
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Vor allem beim Strangguß kommt es durch die Oxidation des metallisch
gelösten Aluminiums zu den Gießablauf erheblich störenden Verlegungender Ausgußöffnungen
der Zwischenpfanne. Diese müssen durch geeignete Maßnahmen1 z. B. durch Aufbrennenmit
Sauerstoff, wieder freigelegt werden. Dadurch gelangen erhebliche Oxidgehalte in
den Stahl. Dies führt durch Verschlechterung des Reinheitsgrades zu Ausschuß bzw.
zu einem Mehraufwand bei der Nachbehandlung des Stranges. Mehrere Verfahren zur
Beseitigung dieses Problems beim Strangguß, wie speziellkonstruierte Tauchausgüsse,
eventuell mit Gasspülung oder Abschirmung des Gießstrahlesdurch Schutzgas, brachten
Verbesserungen, aber keine einfache, kostengünstige und allen Betriebsbedingungen
gerecht werdende Lösung, weil bereits vorhandene ungünstige Einschlußkonfigurationen
nicht mehr rückgängig gemacht werden können.
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Durch Behandlung mit kalziumhaltigen Legierungen beim Abstich bzw.
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besonders durchdas Einblasen von Kalziumträgern in die gefüllte Pfanne
gelingt eine Umwandlung der bei der Desoxidation mit Aluminium gebildeten Tonerde
in niedrigschmelzende und gut abscheidbare Kalkaluminate. Die Bildung von Aluminiumoxidanhäufungen
durch nachfolgende Rückoxidationdesgelösten Aluminiums ist jedoch nicht zu vermeiden.
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Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, durch
geeignete Maßnahmen eine Beeinflussung der Stahlschmelze noch während des Vergießens
zu ermöglichen, um die nach der Pfannenbehandlung gebildete Tonerde zu modifizieren
und in eine leicht abscheidbare Form zu bringen. Gleichzeitig soll dadurch die Neubildung
von Tonerde infolge von Reoxidation unterdrückt und gegebenenfalls die Möglichkeit
geschaffen werden1 zu diesem Zeitpunkt noch eine Korrektur der Stahlanalyse vorzunehmen.
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Gelöst wird diese Aufgabe durch das erfindungsgemäße Verfahren zur
Behandlung von Stahl schmelzen während des Vergießens dadurch, daß dem schmelzflüssigen
Stahl nach dessen Austritt aus derGießpfanne zu einem Zeitpunkt, bei dem der Stahl
bereits eine Temperatur relativ nahe dem Erstarrungspunkt besitzt, eine Kalziumsiliziumlegierung
in einer Menge von 0,3 bis 3 kg/t Stahl in feinkörniger oder stückiger Form kontinuierlich
mit genügend hoher kinetischer Energie zugegeben wird.
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Die kinetische Energie,der Legierung muß so groß sein, daß das Eindringen
der Legierungskörner in den flüssigen Stahl ermöglicht und das Abbrennen der Legierung
an der Oberfläche der Schmelze vermieden wird. Dies wird erreicht, indem die gekörnte
Legierung in den Gießstrahl bzw. in die Stahlschmelze auf bekannte Weise eingeblasen,
hineingeschleudert oder durch Zur-Verfügung-Stellen einer genügend hohen Fallhöhe
eingebracht wird.
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Beim Strangguß kann die Zugabe der Legierung in den Gießstrahl zwischen
Pfanne und Zwischengefäß, in den Auftreffpunkt des Strahl es oder an einer beliebigen
Stelle im Zwischengefäß erfolgen. Beim Standguß wird die Legierung insbesondere
in den Gießstrahl, in den Gießtrichter oder in sonstige Speisevorrichtungen zudosiert.
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Die Verwendung von Kalziumsiliziumlegierungen bringt gegenüber anderen
Kalziumträgern, die bei der Pfannenbehandlung eingesetzt werden, vor allem gegenüber
dem Kalziumkarbid den Vorteil, daß es auch beim Abgießen bei bereits niedriger Stahltemperatur
zu einer raschen und vollständigen Zerlegung kommt Die Siliziumaufnahme ist vollständig
und daher kalkulierbar. Das in Gasform
freiwerdende Kalzium, dessen
Dampfdruck bei gegebenen Stahltemperaturen unmittelbar vor dem Eintreten in die
Gießform bzw.
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Gießverteiler gering ist (die Differenz zwischen Stahl temperatur
und dem Siedepunkt des Kalziums liegt zwischen 10 und maximal 100 OC), kann sofort
mit der Tonerde und anderen Oxidkomplexen reagieren: der Kalziumdampf umhüllt den
Gießstrahl und unterbindet so eine Reoxidation. Der Zugabezeitpunkt der Legierung
wird daher so gewählt, daß er bei einer Temperatur des Stahles kurz oberhalb bzw.
relativ nahe bei seinem Erstarrungspunkt liegt.
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Durch die erfindungsgemäße kontinuierliche Zugabe von Kalziumsiliziumlegierungen
während der gesamten Gießdauer wird die modifizierende Wirkung des Kalziums voll
ausgenutzt. Die gebildeten Kalkaluminate werden bei Verwendung einer geeigneten
Auffangschlacke im Zwischengefäß vollständig entfernt. Die Gefahr der Bildung von
Tonerdeansammlungen (-nCluster"), die für die Verstopfung der Ausgüsse verantwortlich
sind, wird wirkungsvoll beseitigt. Dadurch ist ein Aufbrennen der Ausgüsse mit Sauerstoff
nicht mehr notwendig; der Gießstrahl kann zwischen Zwischengefäß und Kokille mit
einem Tauchrohr geschützt werden, und eine Rückoxidation wird an dieser Stelle vollständig
vermieden. Eine Verbesserung des Reinheitsgrades des Stahles ist offensichtlich.
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Zusätzlich wird durch die Exothermie bei der Reaktion der Kalziumsiliziumlegierungen
eine Erhöhung der Temperatur im Gießstrahl erreicht; dies und die Eliminierung der
Oxide führen zu einer verbesserten Fließfähigkeit des Stahles.
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Durch die Turbulenz, verstärkt durch das Verdampfen des Kalziums,
kommt es zu einer raschen und homogenen Verteilung des gelösten Siliziums und der
anderen eingebrachten Legierungselemente. Hiermit eröffnet sich durch das erfindungsgemäße
Verfahren die Möglichkeit, die Stahlanalyse kurz vor der Erstarrung zu korrigieren
und gegebenenfalls auf den erforderlichen Wert einzustellen.
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Die Zugabemengen der Kalziumsiliziumlegierung nach dem erfindungsgemäßen
Verfahren hängen entscheidend vom Stand der Beruhigung der Stahlschmelze und der
Gießtechnik ab und liegen im Bereich
zwischen 0,3 bis 3 kg/t Stahl,
entsprechend 0,1 bis 1 kg Kaizium/t Stahl. Für die erforderliche Körnung der Legierung
ist die Technologie der Zugabe von entscheidender Bedeutung, da dadurch die Eindringtiefe
der Körner in die Stahlschmelze beeinflußt wird.
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Geeignet für das erfindunsgemäße Verfahren sind alle Kalziumsiliziumlegierungen
mit Gehalten an Kalzium von 20 bis 40 %, Siliziumgehalten von 50 bis 60 % und gegebenenfalls
bis zu 5 % herstellungsbedingter Verunreinigungen. Die verwendeten Kalziumlegierungen
können ferner weitere desoxidierend wirkende Metalle, wie z. B. Mangan oder Aluminium,
in Mengen von 3bis 25% enthalten.
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Die folgenden Beispiele erläuterndas erfindungsgemäße Verfahren: Beispiel
1 Einer 65 t-Stahlschmelze mit 0,15 % Kohlenstoff, 0,25 % Silizium und 0,80 % Mangan
wurden während des Abgusses ca. 1,2 kg Kalziumsilizium/Minute gleichmäßig in den
Gießstrahl zudosiert.
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Der Gesamt-Sauerstoffgehalt von 190 - 220 ppm beim Abstich konnte
nach Zusatz der Legierung auf 90 - 130 ppmgesenktwerden.
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Beispiel 2 Einer 65 t-Stahlschmelze mit ca. 0,35 % Kohlenstoff, 0,30
% Silizium und 0,50 % Mangan wurden ca. 2 kg Kalziumsilizium/Minute in den Auftreffpunkt
des Gießstrahles im Tundish zudosiert. In diesem Falle konnte der Gesamt-Sauerstoffgehalt
von 170 - 200 ppm auf 80 - 110 ppm im Strang gesenkt werden.
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Beispiel 3 Einer 85 t-Stahlschmelze mit ca. 0,08 % Kohlenstoff, 0,30
% Silizium und 0,30 % Mangan wurden während des Abgießens auf einer Stranggußmaschine
(Bramme) ca. 2,5 kg Kalziumsilizium/Minute zudosiert. Der Ge3amt-Sauerstoffgehalt
konnte von normalerweise erreichten Werten von 130 - 160 ppm auf 70 - 100 ppm gesenkt
werden.
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Beispiel 4 Einer 40 t-Stahlschmelze (beruhigte kaltverformbare Güte
mit ca. 0,10 % Kohlenstoff) wurden während des Abgusses im Gespann von je 4 x 4
t Blöcken in den Gießtrichter ca. 0,5 kg Kalziumsilizium/t zugesetzt. Dadurch konnte
die Ausschußrate infolge von Tonerdezeilen von 10 - 15 % auf 3 - 5 % verringert
werden.
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Beispiel 5 Einer 160 t-Schmelze (beruhigte Grobblechgüte mit 0,07
% Kohlenstoff) wurden während des Abgusses der 10 t-Brammen in den Gießtrichter
ca. 0,6 kg Kalziumsilizium/t zugespeist. Dadurch konnte die Einschlußzeiligkeit,
die üblicherweise im Bereich oberhalb der VDEh-Richtreihe 3-5 lag, auf den Bereich
0- 3 gesenkt werden. Zusätzlich verringerte sich der Putzaufwand für die Brammen
um 50 - 60 %.
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Beispiel 6 Einer vorberuhigten 160 t-Schmelze mit ca. 0,01 X Aluminium
(ges.> eines Feinkorn-Baustahles für Bleche (ca. 0,12 % Kohlenstoff) wurden während
des Abgusses der 10 t-Brammen in den Gießtrichter ca. 1,0 kg Aluminiumkalziumsilizium/t
(mit 20 X Aluminium) zudosiert. Dadurch gelang die Einstellung eines gleichmäßigen
Aluminiumgehaltes
über die gesamte Schmelze von ca. 0,025 % Aluminium (ges.) sowie die weitgehende
Beseitigung der Tonerdezeiligkeit. Ausschuß als Folge von Einschlüssen oder schlechter
Verformbarkeit fiel bei keiner Bramme an.