DE3012398A1

DE3012398A1 - Verfahren zur minderung der seigerungen beim stranggiessen von stahl

Info

Publication number: DE3012398A1
Application number: DE19803012398
Authority: DE
Inventors: Bjoern Dipl Ing Borchrevink
Original assignee: Elkem Spigerverket AS
Current assignee: Elkem ASA
Priority date: 1979-04-06
Filing date: 1980-03-29
Publication date: 1980-10-30
Also published as: GB2046151A; FR2452985A1; GB2046151B; NO791157L; FR2452985B1; IT8020858A0; SE443735B; FI800869A; DK101780A; SE8002412L; NO151072B; NO151072C; IT1209319B

Description

Yerfahren zur Minderung der Seigerungen "beim Stranggießen voα Stahl

.Beim Stranggießen von Stahl entsteht in der Regel eine Seigerung, d.h. eine Anreicherung von Kohlenstoff, Schwefel und anderen Elementen in der Mitte des gegossenen Materials. Das Seigerungs-Phänoiaen nimmt mit steigendem Kohlenstoffgehalt zu, und bei Kohlenstoffgehalten über 0,6 % führen die Seigerungen oft au praktischen Problemen. Das geseigerte Material in der Mitte kann dann eine Ubereutektoide Zusammensetzung haben, wobei freier Zementit ausgeschieden wird* Dadurch entsteht eine spöde Phase, die Brüche beim Drahtziehen verursachen oder in anderer Weise die mechanischen Eigenschaften der Produkte beeinträchtigen kann.

Fig. 1a zeigt einen Schnitt durch eine Kokille und einen gegossenen Strang. Die Zeichnung ist schematisch und nicht maßstabgetreu« Der otrrng kann z.B. einen quadratischen Querschnitt von 135 ^m Seitenlänge haben, und der Abstand von der Stahloberfläche kann bis zur vollständigen Erstarrung 8 000 mm ausmachen. Der Strang kann auch mit einem Radius von 6 000 mm gebogen sein.

Pig. 1b zeigt im. Prinzip die Gieß struktur, wie sie bei Siefbeiz-ert einer Strafsscheibe auftritt, die bei normaler Uebertemperatur, z.B. 50⁰C (Aber der Lxquxdustemperatur des Stahles, gegossen ist.

Die Bildung der Zentrumseigerung läßt sich in folgender Weise erklären: Beim Erstarren des Stahles scheiden sich feste, tannenbaumähnliche Kristalle aus, die sogenannten Dendrite. Zwischen den Dendriten befindet sich eine Restschmelze. Die Dendrite haben einen niedrigeren und die Restschmelze einen höheren Gehalt an Kohlenstoff, Schwefel, etc. als die Durchschnittsanalyse. Es entsteht daher eine Seigerung in Mikroskala. Beim weiteren Erstarren nimmt der Dendrit zu, und die Restschmelze erstarrt auch aixmählich. Den Dendrit wächst hauptsächlich in der Richtung des "Stammes". Dies bewirkt, daß der gegen die Wand der Kokille erstarrende Stahl aus kleinen Dendriten besteht, die in allen Rich-

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tungen liegen. Venn diese genügend gewachsen sind, stoßen sie zusammen und werden am weiteren Wachsen gehindert. Hur die Dendrite, die in einer günstigen Richtung, fort von der Oberfläche liegen, können weiter wachsen - im günstigsten Fall ganz "bis zum !Mittelpunkt hinein, siehe 3?ig. 1b. Wie in Fig. 1a gezeigt, besteht der Strang bei normaler Uebertemperatur während des äußeren Erstarrens aus einer festen, durch S bezeichneten, Schale. Innerhalb dieser Schale bildet sich eine Zone, die aus Dendriten mit dazwischenliegender Restschmelze - durch S/L bezeichnet besteht, und oben ensteht ein Bereich aus Schmelze, der durch L bezeichnet ist. Der durch S/L bezeichnete Bereich bildet einen sogenannten Erstarrungskrater.

Das Erstarren bewirkt eine Reduktion des Volumens. Dadurch bilden sich in der Mitte Hohlräume, Lunker sowie auch Saugräume. Die angereicherte Restschmelze wird daher durch das sich zwischen den Dendriten ausbildende Kanalsystem gesaugt und im Mittelpunkt gesammelt. Die Seigerungen verlaufen unregelmäßig. Die Zentrurnsseigerungen variieren daher stark über Längen von 100 bis 200 mm.

Fig. 2a zeigt das Ergebnis eines Gießens ohne Uebertemperatur oder bei einer etwas unter der Liquidustemperatur liegenden Temperatur. Die Schmelze enthält frei schwebende ausgeschiedene Dendrite. Diese werden von Konvektionsströmen mitgenommen und setzen sich auf die Wände und Böden der Erstarrungsfront ab. Restschmelze wird auch an verschiedenen Stellen von diesen Dendritansammlungen eingesperrt. Die beim Erstarren entstehende Volumenreduktion verursacht ein Rutschen von Dendriten und Restschmelze innerhalb des Erstarrungskraters. Die Ansammlung der Restschmelze gestaltet sich daher als V-Seigerungen über einen großen Bereich des Querschnitts. Da sich aber kein Kanalsystem von Dendriten gebildet hat, die gegen den Mittelpunkt gerichtet sind, wird wenig Seigerung im Zentrum stattfinden. Die V-Seigerungen sind bedeutend kleiner und bei weitem nicht so schädlich wie eine Sentruuiseigerung. Fig. 2b zeigt im Prinzip wie eine Beizscheibe aussieht, wenn das Material ohne uebertemperatur gegossen ist.

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In der Praxis wird im Laufe einer G-ießperiode ein Temperaturabfall stattfinden, so daß nur ein kleiner Teil der Charge bei genügend niedriger Temperatur gegossen werden kann, um Zentrum-■seigerung zu vermeiden. Ein Gießen bei niedriger Temperatur ist daher normalerweise keine praktische Lösung des Problems.

Es wurde versucht das gemäß obigen Erläuterungen auftretende Problem durch ein Verfahren zu lösen, das auf elektromagnetischer Umrührung der Schmelze basiert. Wie in lig. 3a gezeigt, wird für diesen Zweck eine Induktionsspule an einer Stelle angebracht, von wo aus eine vertikale oder horizontale Strömung in der Schmelze veranlaßt wird. Diese Strömung soll die Dendrite aufbrechen, wonach sie in den Erstarrungskrater hineinrieseln. Die Gießstruktur zeigt Fig. 3b. Dieses Verfahren kann ziemlich effektiv sein, vermag jedoch nicht die Seigerung zu entfernen, die beim Gießen bei . höherer Ofentemperatur enststehen.

Es ist Aufgabe der Erfindung ein Gießverfahren anzugeben, das die₍ genannt-n Probleme löst. Das Verfahren gemäß der Erfindung basiert auf einer tatsächlichen Abkühlung und einer Beseitigung der Ueber» temperatur des flüssigen Stahls. Erfindungsgemäß kann dies durch Zugabe von kaltem, festen Stahl in Form von Draht, Schrott, Pulver, Granulat und dergleichen in die Eokille^.selbst oder auch in die Verteilungsrinne (Gießwanne) erzielt werden, in die der Stahl von der Pfanne geschüttet, von wo aus er an eine oder mehrere Kokillen verteilt wird.

Zur Erläuterung des Verfahrens wird ein Versuch beschrieben, der beim Straggießen einer Charge mit 0,36 % C ausgeführt wurde· Der Strang hatte einen quadratischen Querschnitt von 135 nim. Seitenlänge. Die Gießgeschwindigkeit war etwa 2 m/min bzw. etwa 280 kg Stahl pro Minute pro Strang. Die Temperatur der Gießwanne betrug 1 555⁰C, und lag somit etwa 60⁰C über der Liquidustemperatur des Stahles. Zur Kühlung wurde 5j5 mm Walzdraht verwendet, der in die Kokille hinuntergespeist wurde. Der Draht war vorher von Glühzunder sauber gebeizt und in Boraxlösung neutralisiert worden.

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Der Walzdraht wurde so schnell in die Kokille hinuntergeführt ^:wie es unter Berücksichtigung des Widerstandes im Srstarrungskrater möglich war. Siehe Fig. 4a, wo der Walzdraht durch R bezeichnet ist. Die Geschwindigkeit betrug durchschnittlich 11,6 m ;pro Minute, d.h. 2,16 kg pro Minute bzw. 0,77 % der gegossenen Menge. -Bei der Zugabe erstarrte die um den Draht befindliche Charge und bildete eine stählerne Hülse mit einem Durchmesser von etwa 15 mm. Zwei bis drei M ter unter der Oberfläche war der Draht so heiß geworden, daß er brach. Die Bruchstücke blieben im Erstarrungskrater stehen, wie in Fig. 4a gezeigt. Fig. 4b zeigt im Prinzip die erreichte Gießstruktur des Materials. Die Struktur bestand aus langgestreckten Dendriten bis zu einer liefe von 25 bis 30 mm von der Oberfläche. Weiter unten bestand die Struktur aus kleinen gleichachsigen, sich in allen Richtungen orientierenden Dendriten. Es waren wenig Poren und Seigerungen im Mittelpunkt. Viele kleine V-Seigerungen waren über einen großen 'feil ■des Querschnitts sichtbar. Walzdraht mit angefrorener Hülse wurde :in der Beizscheibe wiedergefunden.

Es wurde gleichzeitig von einem üblicherweise gegossenen Strang .des gleichen Materials Proben entnommen. Eine Beizscheibe sah so aus wie in Fig. 1b dargestellt.

Um die Seigerungen zu bestimmen wurden Späne zur Analyse des Kohlenstoffs mit einem Bohrer von 7 mm Durchmesser (0,2 % des Material-Querschnitts) gebohrt. Die Löcher wurden 7 ^m tief in Zwischenräumen von ¹^ h±s 8 mm in der Längsrichtung der Lunker eingebohrt. Wenn keine Lunker sichtbar waren, wurde der Hitzmittelpunkt des Stranges durch Beizen der Proben ermittelt, und der Bohrer dort eingesetzt. Es wurden Proben über eine Länge von ι bis 200 mm entnommen.

Das Ergebnis ist in Fig. 5 gezeigt. Kurve A zeigt den Seigerungsgrad in der Probe ohne Zugabe. Kurve B die Probe bei erfindungsgemäßer Zugabe von Walzdraht.

Der Seigerungsgrad, I, ist als Verhältnis zwischen dem Kohlenstoffgehalt des vom Lunker oder Hitzmittelpunkt des Materials

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entnommenen Probe definiert und ergibt somit folgende Chargeana-* lyse:

τ ^Cc Mittelpunkt

c Charge

Von größter Bedeutung ist der auftretende maximale Seigerangsgrad, max.

Aus diesem Grunde ist der Mittelwert, ΐ, und die Standard-Abwei-* cluing, s-j-j errechnet worden. Aus statistischen Gründen sollen nur 0,13 % der Proben eine größere Seigerung als

I = Ϊ + 3 s_T
max. ^I

aufweisen. · ■ .

Der Versuch ergab folgendes Resultat:

	ΐ	ohne Zugabe	mit Zugabe
		•von Walzdraht	von Walzdrah
Anzahl Proben	^Xmax	17	22
Mittelwert	1,1229	1,0636
Standard-Abweichung	0,1152	0,0602
Maximaler Seigerungsgrad	1,47	1,24

Das Ergebnis zeigt, daß die Zugabe von Walzdraht die maximale
Seigerung um ungefähr die Hälfte reduziert hat.

Durch dieses Verfahren wird auch die Kapazität der Anlage bedeu~ tend gesteigert. Die Zugabe von kaltem Stahl zur Kokille bewirkt nämlich eine zusätzliche Kühlung des inneren Stranges, wodurch
ein schnelleres Erstarren erzielt wird, so daß eine größere Gießgeschwindigkeit ermöglicht wird. Dies ergibt eine Steigerung der Kapazität, die wesentlich größer ist als das was der Zusatzmenge entspricht.

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Claims

LICHTENSTEIN8TBA8SE3 FERNSPRECHER: (0611) 666061 TELEQRAMME: LOMOSAPATENT LANDESZENTRALBANK 500071« POSTSCHECK-KONTO FFM. 1667-608 Elkem-Spigerverket a/s Hiddelthuns gate 2?, N Oslo 3 Patentansprüche

1) Verfahren zur Minderung der Seigerungen beim Stranggießen von Stahl, dadurch gekennzeichnet, daß man während des Gießens kalten, festen Stahl direkt in die Gießwanne (Zwischentrichter, Verteilungsrinne) oder direkt in die Kokillen zugibt, dermaßen daß der Gießstahl so weit gekühlt wird, daß' die Uebertemperatur verschwindet.

2) Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man den kalten, festen Stahl in Form von Draht, Stangen, Pulver, Granulat, abgeschnittenen Stücken oder ähnlichem zugibt.

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iNAL INSPECTED