DE3143563A1

DE3143563A1 - Verfahren zum giessen von geschmolzenem metall

Info

Publication number: DE3143563A1
Application number: DE19813143563
Authority: DE
Inventors: William G. 15229 Pittsburgh Pa. Wilson
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1980-11-03
Filing date: 1981-11-03
Publication date: 1982-07-29
Also published as: IT1142924B; CA1179825A; GB2086250B; IT8149614A0; GB2086250A; US4570692A; DE3143563C2; FR2493201B1; FR2493201A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Gießen und insbesondere ein Verfahren zum Abstechen bzw. Abgießen zur Herstellung von Blöcken mit überlegener Reinheit, die von großen Einschlüssen frei sind.

In neuerer Zeit hat man die Tatsache erkannt, daß das Rüh-

]0 ren die wichtigste Maßnahme bei der Stahlherstellung ist. Die Zwangsrührung der Metallschmelze ergibt rasche und wirksame Schlacke-Bad Reaktionen, eine Homogenisierung der Metallschmelze und eine verbesserte Entfernung der Nicht-Stahl-Komponenten mit einer daraus resultierenden Verminderung der nicht-metallischen Einschlüsse in dem am Schluß erhaltenen, verfestigten Metall. In der Stahlindustrie sind im allgemeinen zwei Rührmethoden angewendet worden. Eine Methode baut sich auf der Induktionsrührung auf, wobei elektrische Induktionsströme verwendet werden, um eine Zirkulation oder Umrührung des Metalls zu bewirken. Nach der zweiten Methode wird ein Trägergas mit Ca-Metallteilchen verwendet, die in das Metall eingetragen werden, um. andere Metalle zu verdampfen, die bei der Stahlherstellungstemperatur verdampfen und zusammen mit dem fließenden Trägergas Blasen bewirken. Bislang haben sich noch keine anderen Methoden als erfolgreich erwiesen.

Es ist bekannt, daß, wenn eine Blockform oder eine Gießpfanne mit Stahl aus einer Düse oberhalb des Aufnahmegefässes gefüllt wird, der Strom der Metallschmelze teilweise in den Stahl hineindringt, der sich bereits in dem Aufnahmegefäß befindet und sich nach oben und nach außen bewegt, bis er auf die Wand des Aufnahmegefässes auftrifft, von wo or die Wand des Aufnahmegefässes über einen gewis-

35" sen Abstand herunterfließt und sodann wieder in Richtung dor Mitl-e des Aufnahmegefässes strömt. Die Energie des

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.

geschmolzenen Stroms variiert innerhalb des Aufnahmegefässes, wenn die Schmelze dieses füllt. Zum Beginn ist die Fallhöhe von der Düse zu dem Boden des Aufnahmegefässes am r größten und die Metallmenge, die gerührt wird, ist ein Minimum. Das Rühren ist an diesem Punkt am heftigsten. Wenn, andererseits das Aufnahmegefäß fast voll ist, dann ist die Fallhöhe von der Düse drastisch vermindert worden und die Metallmenge, die durchgerührt wird, ist groß. Zu

IQ diesem Punkt ist das Durchrühren des Metalls erheblich geringer als am Beginn des Gießvorgangs. Ein weiterer schwerwiegender Nachteil der herkömmlichen Verfahrensweise ist in dem Aufspritzen des Metalls auf die Wände des Aufnahmegef ässes zu sehen, wodurch Schuppen und andere Oberflächenfehler bewirkt werden. Die Wirksamkeit des herkömmlichen Gießens als Rührmaßnahme ist daher aufgrund der breiten Schwankung der Rührwirksamkeit vom Beginn bis zum Ende und der damit verbundenen physikalischen Probleme als nicht zufriedenstellend anzusehen.

Es wurde nun gefunden, daß das Eingießen des geschmolzenen Metalls zu einer äußerst wirksamen Maßnahme zum Durchrühren, zur Einführung der Additive und zur allgemeinen Kontrolle des fertigen Stahls sowie der Metallqualität gemacht werden kann.

Durch die Erfindung wird ein Verfahren zum Gießen zur Verfügung gestellt, bei dem der abgestochene bzw. abgegossene Strom der Metallschmelze mit einem verbrauchbaren Rohr be-grenzt ist, das in das Aufnahmegefäß eingesetzt ist. Das Rohr wird in dem Metall in dem Aufnahmegefäß wie das Metall darin ansteigt mit kontrollierter Geschwindigkeit verbraucht, so daß das Austragungsende des Rohrs bei einem im wesentlichen konstanten Niveau unterhalb der Oberfläche des Metalls in dem Bad bleibt, wenn sich das Aufnahmegefäß füllt. Vorzugsweise besteht das Rohr aus einem Metall der

-δ-

gleichen Zusammensetzung odor einer Zusammensetzung, die mit dem zu gießenden Metall verträglich ist. Es ist wesentlich, daß das Rohr so geformt ist, daß das Ende des Rohrs immer bei einem im wesentlichen konstanten Niveau unterhalb der Oberfläche des Bads des geschmolzenen Metalls bleibt, welches ausreichend ist, eine Rührwirkung über im wesentlichen den gesamten oberen Bereich zu ergeben und zu verhindern» daß das Metall von der Oberfläche in einem herkömmlichen Fließmuster des auf herkömmliche Weise abgestochenen Stahls fließt. Diese Rührwirkung hat eine im wesentlichen gleichförmige Tiefe über das Metallbad. Schlacke und/oder Legierungsadditive werden in das Rohr eingeführt, um von der fließenden Metallschmelze mitgeführt und in das Bad eingerührt zu werden. Vorzugsweise werden solche zugesetzten Schlackekomponenten verwendet, die eine zusätzliche Raffinierung ergeben und die den Schmelzpunkt der Schlacke vermindern. Beispiele hierfür sind AIpO₃, Ce₃O₃, CaF₂ oder Halogensalze. Diejenigen

Legierungen, die gemäß der Erfindung bevorzugt zugesetzt werden, sind solche, die am reaktivsten sind, wie z. B. Aluminium, Titan, Zirkon, Magnesium, Calcium oder Seltene Erdmetalle.

Das erfindungsgemäße Verfahren bringt gegenüber den derzeitigen Praktiken viele Vorteile mit sich. Die Rührenergie des abgestochenen Stroms der Metallschmelze bleibt durch die Gießperiode im wesentlichen konstant und das herkömmliche Fließmuster über die Oberseite des Metalls

in dem Aufnahmegefäß wird eliminiert. Da die Länge des. Rohrs unter der Oberfläche des geschmolzenen Metalls im wesentlichen konstant bleibt, ist das Volumen des gerührten Metalls durch die Gießperiode hindurch im wesentlichen konstant. Wenn ein schlackebildendes Material mit dem ein-

gegossenen Metall zugesetzt wird und wenn dessen Zusam- :

mensetzung in der richtigen Weise ausgewählt wird, dann

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τ .

kann dies sowohl zu einem Oberflächenschutz und zu einer Raffinierung des Metalls als auch zur Ausbildung eines dünnen Films eines SchlEjckeüberzuys zwischen der Wand des Aufnahmegefässes und dem geschmolzenen Metall beitragen, wodurch eine Oberfläche des verfestigten Metalls erhalten wird, die von Defekten wie Schuppen, Rissen etc. im wesentlichen frei ist, welche üblicherweise auf Oberflächen von in herkömmlicher Weise gegossenen Blöcken ge-

ΊΟ bildet werden. Dazu kommt noch, daß die Bedeckung der Metalloberfläche außerhalb des Gießrohrs mit geschmolzener Schlacke den Sauerstoffgehalt in dom Gießmetall zu einem niedrigeren Niveau vermindert als durch da κ herkömmliches Gießen erzielt werden kann. Dies führt seinerseits zu weniger Einschlüssen und zu einer verminderten Länge der Einschlüsse in dem Endprodukt. Durch das erfindungsgemäße Verfahren werden die bei der herkömmlichen Gießpraxis auftretenden schädlichen Effekte der Reoxidation während des Abstechens der Stähle, die starke Desoxidationsmittel ent-"

20 halten, signifikant verringert.

Die Erfindung wird anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

Figur 1 ein schematisches Fließmuster eines in herkömmlicher Weise abgestochenen Stahls, entnommen aus einer Arbeit von G. J. Roe & B. L. Bramfitt mit dem Titel "Modeling of Ingot Teeming" Proceedings of Electric Furnace Conf. Vol. 36, 1978;

Figur 2 ein Diagramm, das die durchschnittlichen

30 Einschlußlängen gegenüber den CVK-Werten zeigt;

Figuren 3a und 3b Fotografien von gespaltenen Blöcken, die die Reoxidation von mit Seltenen Erdmetallen behandelten Stählen mit und ohne den Schutz gemäß der vorliegenden Erfindung zeigen;

Figur 4 eine typische Kurve der Einschlußmessun

gen;

-δι

Figur 5 ein Diagramm von zwei Spezifikationen der U.S. Streitkräfte für die Streckfestigkeit gegenüber den CVK-Ergebnissen;

Figur 6 ein Diagramm der Flächenverminderung gegen die Streckfestigkeit bei zwei Spezifikationen der ; U.S. Streitkräfte gemäß der Figur 5; und die

Figuren 7a und 7d Mikrofotografien von Makroätzscheiben von der Oberseite und vom Boden von zwei Blocken, wobei der eine mit Schlacke und Seltenen Erdmetallen gemäß der Erfindung behandelt worden ist und der andere nur mit der Schlacke allein behandelt worden ist.

Die Figur 1 ist aus einer Arbeit von G. J. Roe & B. L.

Bramfitt mit dem Titel "Modeling of Ingot Teeming" Proceedings of Electric Furnace Conf., V. 36, 1978 entnommen und sie zeigt schematisch die Fließmuster, die beim Füllen einer Blockform mit Stahl vorhanden sind. Der Strom aus der Gießpfanne fließt in den Stahl hinein, der sich in der Form befindet und dringt teilweise in den Stahl ein, der bereits in der Form vorhanden ist. Das dargestellte Fließmuster bewegt sich dann nach oben und in Richtung auf die Seite der Form und läuft dann einen erheblichen Abstand vor der Richtungsumkehrung die Seite der Form hinunter und kommt dann in Richtung auf das Zentrum der Form. Die Energie des abgestochenen Stroms, wie er die Düse verläßt, bleibt während des Füllens einer beliebigen Form fast konstant. Jedoch variiert die Energie des Stroms in der Form in erheblichem Ausmaß, wenn sich die Form füllt. Wenn die Form sich zu füllen beginnt, dann ist "-die Fallhöhe von der Gießpfanne zu dem Stahlniveau in der Form am größten (maximale Energiezufuhr) und die Menge des Metalls, die gerührt wird, ist ein Minimum. Aus diesem Grunde ist an diesem Punkt das Rühren am heftigsten. Wenn jedoch der Block, wie in Figur 1 gezeigt ist, fast voll ist, dann ist die Fallhöhe von der Gießpfanne zu der Oberfläche des Metalls

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vermindert worden (d. h. die Rührenergie ist kleiner) und die durchgerührte Metallmenge ist erheblich größer. Das Rühren in der Form zu diesem Punkt ist erheblich geringer als beim Beginn des Eingießens des Blocks.

Es ist eines der.neuen Merkmale der vorliegenden Erfindung, daß die Rührenergia dieses abgestochenen Stroms während des Abstechens eines Blocks fast konstant bleibt, wenn ein Rohr aus einem Metall, das mit dein einzugießenden Metall verträglich ist, in die Form eingesetzt wird und das Metall durch dieses Rohr hindurch eingegossen wird. Das Rohr eliminiert das Fließmuster über die obere Oberfläche des Blocks und konzentriert diese Energie innerhalb des Rohrs.

Die Länge des Rohrs in dem geschmolzenen Metall wird automatisch durch die Geschwindigkeit wie das Rohr schmilzt, kontrolliert, wenn das geschmolzene Metall in der Form aufsteigt/ so daß das Volumen des gerührten Metalls im wesentlichen konstant bleibt. Diese konstante Rührenergie kann dazu verwendet werden, eine mit dem Metall in das Rohr eingeführte Schlackezugabe in einer solchen Weise durchzurühren, daß genügend Hitze von dem Metall zu der Schlacke übertragen wird, daß die Schlacke geschmolzen wird. Wenn Schlacke in genügender Menge durch das Abstechen des Metalls hindurch zugesetzt wird, dann kann der Metallstrom immer durch eine Raffinierungsschlacke gegossen werden, was für das zu gießende Metall am vorteilhaftesten wäre. Eine solche Schlacke würde jedoch selbst dann wirksam sein, wenn sie in ihrer Gesamtheit in einer frühen Stufe des Abstechens des Blocks zugesetzt würde. In den meisten Fällen würde dies eine Schlacke mit niedrigem Schmelzpunkt sein, die aus stabilen Oxiden (d. h. solchen mit großen negativen freien Bildungsenergien) wie CaO, Al₇O-., Ce-O- etc. und etwas Flußmittel wie Calciumchlorid

(CaF-) oder einem anderen Salz, das eines der Halogene (Chlor, Fluor, Iod etc.) enthält, Zusuminongosel r.t ist,

-ΙΟΙ

wobei letzteres den Schmelzpunkt der Schlacke auf eine solche Temperatur vermindern kann, daß diese beim Rühren mit dem geschmolzenen Abstechstrom leicht geschmolzen werden kann.

Ein Teil der geschmolzenen Schlacke in dem Rohr wird von dem abgestochenen Strom eingefangen und über den Boden des Rohrs hinaus mitgetragen, wonach die Schlacke an die Oberfläche des Metalls in der Form hinaufschwimmt. Wenn die Zusammensetzung der Schlacke sorgfältig ausgewählt wird, dann verfestigt sich ein Teil der Schlacke an der Peripherie des Miniskus des Metalls, wenn dieses in der Form aufsteigt, wodurch ein dünner Schlackeüberzug zwisehen dem Metall und der Form zurückbleibt, der eine Oberfläche auf dem verfestigten Block bildet. Die so ausgebildete Oberfläche ist im wesentlichen von Defekten wie Schuppen, Rissen etc. frei, die üblicherweise auf Blockoberflächen von herkömmlicherweise gegossenen Metallen aufgefunden werden. Legierungen können mit der Schlacke während des Abstechens des Metalls hindurch in Größen zugesetzt werden, die ein Maximum von etwa 5,1 cm in irgendoincr beliebigen Abmessung haben und die mit dem System, das zur Zugabe der Schlacken verwendet wird, verträglich sind. Man kann aber auch so vorgehen, daß man die Legierungen gesondert zusetzt. Wegen der Rührwirkung des Metalls in dem Rohr und dem resultierenden Fließmuster in der Form können diese Legierungszugaben im frühen Teil des Abstechvorgangs erfolgen und eine gute Verteilung durch den gesamten Block hindurch kann erwartet werden. Wenn die Stabilität der Oxide in den Schlacken hoch ist, dann werden selbst die reaktivsten -Legierungen wie Aluminium, Titan, -Zirkon, Magnesium, Calcium oder Seltenen Erdmetalle und dgl. aus der Schlacke in den Stahl übertragen, wobei eine maximale Retention des Legierungselements in dem abgestochenen Metall erzielt wird. Die Zugabe dieser Legie-

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rungen zusammen mit diesen stabilen Oxiden, die mit diesen Legierungselementen nicht reagieren, die Eliminierung des Fließmusters über die Oberfläche der Form und die Bedeckung der Metalloberfläche außerhalb des Rohrs mit der geschmolzenen Schlacke, die durch den abgestochenen Strom unter den Boden des Rohrs getragen wird, vermindert den Sauerstoffgehalt in dem gegossenen Metall zu einem niedrigeren Wert als er beim herkömmlichen Gießen erzielt werden kann. Dies führt dazu, daß weniger Einschlüsse mit geringerer Größe in dem Metall zurückbleiben. Es wurde gefunden, daß die Duktilität des Stahls, die typischerweise im Charpy V Kerben (CVK)-Test gemessen wird, verbessert werden kann, wenn die durchschnittliche Größe der Ein-Schlüsse, in dem Metall vermindert wird. Diese Beziehung zwischen der durchschnittlichen Einschlußlänge und den CVK-Werten ist in Figur 2 dargestellt.

In der neueren technischen Literatur sind die nachteiligen Effekte der Reoxidation während des Abstechens von Stählen, die starke Desoxidationsmittel enthalten, diskutiert worden. Dabei handelt es sich um ein gut erkanntes Problem. Ein typisches Beispiel der nachteiligen Effekte der Reoxidation ist in Figur 3 gezeigt. An der Oberseite des Blocks nahe an der heißen Oberseite ist eine Sammlung von großen Einschlüssen festzustellen. Wenn Testkörper, die von einem solchen Stahl genommen werden, einen signifikanten Teil dieser großen Einschlüsse enthalten, dann wird die Duktilität des Stahls in nachteiliger Weise beeinträch_tlgt.

Es sind Techniken entwickelt worden, um die Größe von Einschlüssen in einem Block anhand der nachfolgend beschrieb benen Technik statistisch zu bestimmen. Eine Längsprobe des Stahls wird im Mikroskop untersucht. Tn einem 10 mm' Bereich der polierton Probe werden die dreißig größten

Einschlüsse mit einer Vergrößerung von 400 mal gemessen und ihre Länge wird aufgezeichnet. Diese Werte werden auf ein Diagramm-Papier für die arithmetische Wahrsehein1ichkeit mit einer linearen Skala auf der Ordinate oder y-Achse und einer kumulativen Frequenzskala auf der Abszisse oder x-Achse aufgetragen. Daher fallen Werte, die eine normale "glockenförmige" Frequenzverteilung zeigen, beim Auftragen auf diesen Papiertyp auf eine gerade Linie.

Eine typische Kurve, die diese Methode zur Handhabung der Einschlußmessungen zeigt, ist in Figur 4 dargestellt. Die in Figur 4 gezeigten Werte können in folgender Weise interpretiert werden. 50% der Einschlüsse, die in dieser Probe gefunden werden, haben tatsächliche Längen von weniger als 15 μπι und 95% der Einschlüsse haben Längen, die 80 Mikron oder kleiner sind.

Die neuen Merkmale der vorliegenden Erfindung können anhand solcher Messungen erläutert werden. Stähle, die SeI-■ tene Erden enthalten, die sehr starke Desoxidationsmittel sind, und wie sie in Figur 3 dargestellt sind, sind einer Reoxidation unterworfen, was zu den großen Einschlüssen führt, die in Figur 3 gezeigt werden. Die günstige Wirkung der erfindungsgemäßen Merkmale werden in Tabelle I erläutert.

Tabelle I

50%

95%

Verwendung des

erfindungsgemaß Schlacke- erneute Zu- Ein-Durchführungs- in Betracht ge- zugabe in gäbe in die Schlüsse Länge art zogenen Rohrs die Form Form Oberseite Boden

Einschlüsse Länge Oberseite Boden

Zugabe von Mischmetall Nein in die Gießpfanne

Nur Schlacke- Ja zugabe

Schlacke + Ja erneute Zugabe von Silicid

Nein

Ja Nein 2#/Tonne

Ja Ja

2#/Tonne 1#/Tonne

4,5 14,4

7,1

15,0

22,9

6,5

cn co oo

OJ

(1) Gelegentliche Einschlüsse in mehreren Feldern des Mikroskops in der Länge bei 400 x, die wahrscheinlich auf eine Reoxidation gemäß Figur 3 zurückzuführen sind.

Wiederum auf Figur 2 eingehend könnten Verminderungen der Einschlußlängen der in Tabelle I gezeigten Größenordnung von der durchschnittlichen Einschlußlänge (50%) in Rohrleitungsstahl mit einer Streckgrenze von 4922 kp/cm² (70 Ksi) dazu führen, daß sich die CVK-Energie fast verdoppelt, wenn die durchschnittliche Einschlußlänge von 10 Mikron auf 3,3 Mikron vermindert wird. . . .

TO Bei einem Stahl, der den SAE 4340 Stählen ähnlich ist, die für diese Untersuchung verwendet wurden, haben die ü. S. Streitkräfte Spezifikationen, bei denen die CVK-Energie mit zunehmender Festigkeit abnimmt. Zwei solche Spezifikationen sind in Figur 5 aufgetragen. Aufgetragen sind auch die Ergebnisse von Versuchen, die die CVK-Ergebnisse von einem Stahlblock zeigen, der aus der gleichen Charge hergestellt worden war, wobei weder Schlackezugaben noch Zugaben von Schlacke und von Seltenen Erden zu der Form erfolgt waren. Ein weiterer Vergleich wurde mit den Werten von Elektroschlacke-Umschmelz (ESU) Barren aus SAE 4340 Stahl durchgeführt, welche in "Cast Gun Tubes by Electro Slag Refining" von H. J. Wagner und K. Bar Avi, Metals Technology, November, 1979 beschrieben wurden. Das ESU-Schmelzen soll Stähle ergeben, die sauberer sind als nach anderen Methoden hergestellte Stähle mit der Ausnahme von Stählen, die im Vakuum-Bogen umgeschmolzen worden sind. Es sind auch die Werte für einen erfindungsgemäßen Stahl mit nur Schlackezugabe und mit seltenen Erdmetallzugaben sowie von zwei Stählen mit Zugabe von Mischmetall· angegeben. Alle Stähle hatten die Zusammensetzung SAE 4 340.

Wie ersichtlich ist, sind die Erfordernisse hinsichtlich der Schlagfestigkeit bei jedem Festigkeitsniveau für die Spezifikation #1 erheblich weniger fordernd als bei der Spezifikation //2. Ks ist auch beachtenswert, wie schnell die erforderlichen CVK-Werte abnehmen, wenn die Festigkeit

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zunimmt.

Die Charge, zu der Mischmetall allein (MM) zugesetzt worden und der Stahl, der nach der ESU-Methode geschmolzen worden war, wurden zu niedrigsten Festigkeitswerten hitzebehandelt und die Schlagfestigkeitswerte der zwei MM-Blöcke gingen über diejenigen der ESU-Blöcke hinaus. Die MM-Charge hat einen CVK-Wert, der fast doppelt so groß ist wie er in dieser Spezifikation gefordert wird.

Die CVK-Werte für den Block ohne Zugabe in die Form und für Zugaben von Schlacke und von Schlacke und Seltenes Erdmetall - in die Form wurden bei Stählen bestimmt, die zu einem erheblich höheren Festigkeitswert wärmebehandelt worden waren als die Charge, zu dem das MM zugesetzt worden war·und die ESU-geschmolzenen Stähle.

Die besten Schlagfestigkeitswerte sind diejenigen, die auf der Oberseite und am Boden des Blocks mit Zugaben von Schlacke (S) und von seltenem Erdmetall (SE) (SSE) erhalten werden. Diese CVK-Werte betragen im Durchschnitt etwa 4,15 kpm (30 ft. lbs.), während die Spezifikation für diesen Festigkeitswert 1,94 kpm (14 ft. lbs.) fordert. Durchschnittliche Einschlußlängen von etwa 3,5 Mikron, die in diesen Stählen gemessen wurden, zeigten ihr exzellentes Verhalten an. Die Oberseiten- und Bodentests des Blocks mit Schlackezugaben ergaben im Durchschnitt etwa 3,18 kpm (23 ft. lbs.), was 53% höher ist als die äußerst strenge CVK-Spezifikation an diesem Festigkeitswert.Schließlich hat der Kontrollblock ohne irgendwelche Zugaben in die Form im Durchschnitt etwa 2,77 kpm (20 ft. lbs.), was die niedrigste CVK-Energie der drei getesteten Blöcke ist.

Diese Spezifikationen der Streitkräfte enthalten auch das Erfordernis, daß bestimmten Werten der Einschnürung genügt wird.

Die für die Spezifikation #1 und die Spezifikation #2 geforderten Werte der Einschnürung sind wiederum als Funktion der Streckfestigkeit des Stahls der Figur 6 dargestellt.
Im Zusammenhang mit Tabelle I wurde festgestellt, daß gelegentliche Einschlüsse vorhanden waren, die bei 400 χ
mehrere Felder lang waren. Diese Einschlüsse schienen die Schlagfestigkeitswerte nicht zu stören, doch haben sie die Einschnürungswerte drastisch auf Werte unterhalb derjenigen vermindert, die für die strengste Spezifikation #2
annehmbar sind.

Wiederum hatte eine 95% Einschlußlänge (22,9 Mikron) von
denjenigen, die in dem Block mit lediglich Schlackezugabe gefunden worden waren,den Einschnürungswert auf 22% vermindert, während die Einschnürung des Stahls von dem Block

mit Schlackezugabe und mit Zugabe von seltenen Erdmetallen am Boden des Blocks 32% ist.

Ein weiterer Beweis für die Desoxidationskraft dieser
Schlacken und den Effekt von starken SuIfidgestalt-Kontrollelementen, die alle starke Desoxidationsmittel sind, ergibt sich aus den Sauerstoff- und Seltenen-Erdmetallanalysen der Proben, die von dem geschmiedeten Block entnommen worden waren, welcher sowohl mit der Schlacke als auch mit Seltenen Erdmetallen behandelt worden war. Diese Analysen sind in Tabelle II zusammengestellt.

Tabelle II

SE-Zugabe

SE-Beibehaltung

möglicher entfernter Sauerstoff

2 (SE)+30 SE₅O. (42 ppmf *

Sauerstoffgehalt

entfernter
Sauerstoff

Block ohne irgendwelche Zugabe

Erfindungsgemaß behandelter Block mit Schlacke und seltenem Erdtall

0,0475%

0,023%

0.0042%

105

61

ppm

cn cn oo

Die Kombination von Zugaben von Schlacke und Seltenen Erdmetalien kann die Reoxidation während des Abstechens verhindern. Sie gestattet, daß sich die vorhandenen Seltenen Erdmetalle mit Sauerstoff in dem Stahl mit fast vollständiger Wirksamkeit umsetzen, wie es durch die Ergebnisse gemäß Tabelle II gezeigt wird.

Als Blöcke von SAE 4340> zu dem Schlackezugaben und Schlak-'" ke- und Seltene-Erdzugaben erfolgt waren, aus der Form herausgenommen wurden, in die sie abgestochen worden waren, dann waren ihre Oberflächen mit einem dünnen Schläckeüberzug bedeckt, der von dem Block rasch nach Herausnahme aus der Form abfiel. Die Oberflächen zeigten keine Risse und '5 es waren keine Spuren von Oberflächenunregelmäßigkeiten vorhanden, die von dem Verspritzen resultieren, das stattfindet, wenn der abgestochene Strom auf das Metall in der Form auftrifft. Diese Spritzer verfestigen sich auf der Wand der Form und sie treten eventuell auf der Blockober-

fläche bei herkömmlichen Verfahrensweisen auf. Diese Unregelmäßigkeiten werden üblicherweise als "Schuppen" bezeichnet. Es werden Bilder von Makroätz-Scheiben, die von der Oberseite und vom Boden des Blocks genommen wurden, zu dem sowohl Schlacke als auch seltene Erdmetalle zugesetzt

worden waren, gezeigt, um die Abwesenheit von Rissen auf der Oberfläche zu veranschaulichen, die auf diesen Makroätzungen sichtbar wären. Diese Makroätzungen zeigen auch die Abwesenheit von Suboberflächeninklusionen jeglicher Art an. Dies steht im Gegensatz zu den Makroätzungen der

herkömmlich behandelten Charge, bei der Mischmetall zu der Gießform gegeben worden war. Diese Charge war nicht nur hinsichtlich der Zugfestigkeitsverminderung der Fläche fehlerhaft, sondern sie zeigte auch offensichtliche Bündel von Einschlüssen in den Makroätzungen, die dazu

führten, daß die Charge für den fraglichen Anwendungszweck

verworfen werden mußte.

Die Verbesserungen der Sauberkeit, wie sie durch die Bestimmungen der Einschlußlänge und die Qualität der Makroätzungen bei Zugaben von Schlacke oder von Schlacke und SeI-c tenen Erdmetallen gemäß der Erfindung gezeigt werden, werden mit Schlackezugaben von 0,91 kg pro Tonne und bei geringfügig weniger als 0,45 kg seltene Erdmetalle pro Tonne erzielt. Es gibt keine Anzeichen dafür, daß größere Zugaben von Schlacke, beispielsweise bis zu etwa 1% des Metallge-

IQ wichts, wirksamer sein könnten als die Schlackemenge, die in diesen zwei Blöcken verwendet wurde. Beim Elektroschlaf ke-Umschmelzen (ESU) haben sich Schlackemengen von 1% und mehr ,bezogen auf das Gewicht des Stahls, als geeignet erwiesen, die ESU-geschmolzenen Stähle zu entschwefeln und zu entphosphorisieren. Die sehr mäßigen Schlackezugaben, die bei diesen Versuchen durchgeführt worden waren, waren nicht ausreichend, um eine Entschwefelung oder·Entphosphorisierung zu einem meßbaren Ausmaß zu bewirken.

Pernerhin kann die Menge der zugesetzten Seltenen Erdmetalle über die in diesem Beispiel verwendete Menge von 0,45 kg pro Tonne erhöht werden. Thermodynamische Daten zeigen an, daß bei solchen erhöhten Zugaben der Seltenen Erdmetalle der Stahl einen niedrigen Sauerstoffgehalt und einen niedrigen Schwefelgehalt haben wird und daß die Bildung von hochschmelzenden Verbindungen mit Blei, Arsen, Antimon und Phosphor zu erwarten ist.

Seltene Erdmetalle sind nicht die einzigen Kiemente, die zugesetzt werden können, um die oben beschriebenen Vorteile zu erhalten. Es können auch einige der anderen starken Desoxidationsmittel und Sulfidform-Kontrollmittel wie Calcium, Titan, Zirkon und Magnesium verwendet werden. Obgleich Aluminium kein Sulfidbildner ist, kann auch dieses Element dazu verwendet werden, um den Sauerstoffgehalt des Systems auf derart niedrige Werte zu verringern, daß die Schlacke besser entschwefeln und entphosphorisieren kann.

Die Zusammensetzung der bei diesen zwei Blöcken verwendeten Schlacke war 40% CaO, 30 % CaF und 30% Al O₃. Schlacken aus anderen Kombinationen der Gruppe CaO-CaF„-Al„O., können gleichermaßen wirksam sein. Im allgemeinen sind die Vorteile am größten, wenn die Menge von Al_O_ die Minimalmenge ist, die erforderlich ist, um die Schlacke rasch ii einen fließfähigen Zustand zu überführen, wenn sie mit d<=:m Metall in dem Rohr durch den abgestochenen Strom durchgerührt wird. Siliciumdioxid (SiO„) kann dazu verwendet werden, um einen Teil von Al„O oder CaF» zu ersetzen, um die Schmelzpunkte dieser Schlacken zu vermindern. Dies kann sogar bis zum Ausschluß von Al„0 gehen, doch könnte aufgrund der Tatsache, daß die chemische Stabilität des SiIiciumdioxids geringer ist als von Al 0 , die Verwendung von SiO- in diesen Schlacken ihre Fähigkeit vermindern, die oben beschriebenen Veränderungen zu ergeben.

Das oben durch die Zugaben von Schlacke und von Schlacke und seltenen Erdmetallen in einem Rohr, durch das der Block

abgestochen wird, beschriebene Konzept der vorliegenden Erfindung kann auch angewendet werden, wenn ein Ofen in eine Gießpfanne abgestochen wird. Wenn ein von oben beblanener oder vom Boden beblasener basischer Sauerstoffofen (BOF) oder (QBOF) abgestochen wird, dann wirkt das Abstichloch in dem Ofen ganz ähnlich wie die Düse in dem Boden der Gießpfanne, um den abgestochenen Strom in die Gieß-.pfanne zu lenken. Dieser abgestochene Strom könnte in ein Metallrohr geleitet werden, das von der Oberseite der Gieß- ^ou pfanne herunterhängt. In dieses Metallrohr könnten Entschwefelungsschlacken, Dephosphorisierungsschlacken, Desoxidationsmittel , Schwefelentfernungsmittel, Sulfidform-Kontrollmittel und andere Elemente, die erforderlich.sind, um den chemischen Spezifikationen zu genügen, eingegeben wer-

den und es ist zu erwarten, daß, wenn die Rührwirkung dieses abgestochenen Stroms innerhalb des Rohrs begrenzt wird, dann die Entschwefelungs- und

3H3563 .- · : . ■ · ...".

Entphosphorisierungsreaktionen wirksamer wären, daß·dia Desoxidation sicherer wäre und daß die Desoxidation zu niedrigeren Sauerstoffgehalten und in dem Stahl gelösten

Ferro-Legierungen mit hohem Schmelzpunkt wirksamer ablauo

fen würde.

In Elektroöfen und offenen Herdofen wäre eine Vorrichtung, die einer Gießwanne mit einziger Düse ähnlich ist,oberhalb ,-. des Rohrs zu instalieren, das in die Gießpfanne eingesetzt ist, um den abgestochenen Strom in das Rohr in der Gießpfanne zu leiten.

Claims

1. Verfahren zum Gießen von qesrhmo 1 /.en ein Metall in ein Aufnahmegefäß, dadurch gekennzeichnet, daß man

(a) das Metall durch ein im allgemeinen vertikales verbrauchbares Rohr gießt, welches sich von einer Gießquelle zu einem Punkt erstreckt, der unterhalb der Oberfläche eines geschmolzenen Pools in dem Aufnahmegerät unlcM qet auch t angeordnet ist:,

(b) kontinuierlich das Ende des vertikalen Rohrs, welches unter die Oberfläche des geschmolzenen Pools eingetaucht ist, mit einer derartigen Rate bzw. Geschwindigkeit sich verbrauchen läßt, daß ein im allgemeinen gleichförmiger Teil des Rohrs, das in den geschmolzenen Pool eingetaucht ist, im Verlauf dee Eingießens mit genügender Länge aufrecht erhalten

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wird, um eine Rührwirkung über im wesentlichen den gesamten oberen Bereich zu ergeben, und um zu verhindern, daß das Metall über die obere Oberfläche als fließende Schicht fließt, und daß man

(c) das Rohr entfernt, wenn das Eingießen in das Aufnahmegefäß vervollständigt ist.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß das Rohr ein Metallrohr ist, welches eine· Zuiwiiiunonijot y.unq lint., die mit dem eingegossenen Metall verträglich ist.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß man zu dem Metall in dem vertikalen Rohr schlackebildende Komponenten zusetzt.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß man zu dem Metall in dem vertikalen

Rohr mot al logierende Bestandteile zusetzt.

5. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch g e k e η η zeichnet , daß man zu dem Metall in dem vertikalen Rohr schlackebildende Komponenten zusetzt.

6. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet , daß man zu dem Metall in dem vertikalen Rohr metallegierende Bestandteile zusetzt.

7. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet , daß man die schlackebildenden Komponenten aus der Gruppe Al^O.. ,SiO-, Ce_?0^., CaF-, CaO und Salze der Halogenen auswählt.

3H3563 ' -. - " ' ;-:

8. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet , daß man die legierenden Bestandteile aus der Gruppe Aluminium, Titan, zirkon, Magnesium, Calcium und Seltenen Erdmetallen auswählt.

9. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet , daß man Metallbestandteile aus der Gruppe Aluminium, Titan, Zirkon, Magnesium, Calcium und Seltene Erdmetalle zu dem Metall in dem vertikalen Rohr zusetzt.