DE3211269C2

DE3211269C2 - Verfahren zur Herstellung von gebleitem Automatenstahl nach dem Stranggießverfahren

Info

Publication number: DE3211269C2
Application number: DE3211269A
Authority: DE
Inventors: Tsuneo Tokio/Tokyo Yoshimura
Original assignee: Mitsubishi Steel Mfg Co Ltd
Current assignee: Mitsubishi Steel Mfg Co Ltd
Priority date: 1981-04-07
Filing date: 1982-03-26
Publication date: 1985-08-29
Also published as: ES8304215A1; CA1196172A; ES511223A0; IT8220486A1; IT1150950B; DE3211269A1; SE8201323L; GB2096032A; BR8201921A; IT8220486A0; FR2502997A1; US4524819A; FR2502997B1

Abstract

Man stellt einen gebleiten Automatenstahl mit einem kontinuierlichen Gießverfahren her, ohne irgendeine Verunreinigung der Umgebung oder der Herstellungsvorrichtung durch giftige Gase oder Dämpfe zu bewirken, wobei man eine hohe Ausbeute der Bleizugabe und eine hohe Qualität erzielt, indem man Blei oder Bleilegierung oder ein zusammengesetztes bleizuführendes Material, das Blei oder Bleilegierung mit einem Überzug an einem für den Stahl unschädlichen metallischen Material, beispielsweise Aluminium oder Eisen umfaßt, direkt zu geschmolzenem Stahl zugibt, den man elektromagnetisch in horizontaler Richtung in einer Form rührt. Mit der erfindungsgemäßen Herstellungsmethode kann man einen gebleiten Automatenstahl mit einer gleichmäßigen Bleiverteilung oder einen gebleiten Automatenstahl mit guter Bearbeitbarkeit leicht herstellen, indem man die elektromagnetische Rührkraft regelt, die man auf den geschmolzenen Stahl in der Form einwirken läßt.

Description

15 Die Herstellung von Blöcken aus gebleitem Automatenstahl ist aus der US—PS 21 97 259 und der DE-OS 20 56 550 bekannt Dabei ist die Tendenz zu beobachten, daß selbst feinteiliges Blei klumpt und zum Boden der Form sinkt, ohne gleichmäßig in der Stahlmasse dispergiert zu werden (US-PS 21 97 259, Seite 2 links, Zeilen 10 bis 17). In den beiden genannten Druckschriften wird daher vorgeschlagen, das Blei in den Stahlstrom einzufüh-

H ren, der in die Form fließt, und die Turbulenz des Stahlbades in der Form zur gleichmäßigen Dispergierung des

S 20 Bleis auszunutzen (US-PS 21 97 259, Seite 2 links, Zeilen 2 bis 3; DE-OS 20 56 550, Seite 2. Zeile 9). Wenn man

I diese bekannten Verfahren auf die Herstellung von gebleitem Automatenstahl nach dem Stranggießverfahren

«i überträgt kann man jedoch keine befriedigend gleichmäßige Bleiverteilung erzielen. Die spezifischen Gewichte

^ von Eisen und Blei betragen 7,9 bzw. 113 g/cm³. Das spezifisch beträchtlich schwerere Blei neigt selbst bei der

$ Verfestigung des bleihaltigen geschmolzenen Stahls noch zum nachteiligen Absetzen.

ji 25 Nach Marr (Iron Steel Int 29 (1979), 29 bis 41) ist es seit 1933 bekannt rotierende elektromagnetische Felder

'! zum Rühren beim Stranggießen von Metallen anzuwenden. Nach Marr haben hrJier elektromagnetische Felder

0 der verschiedenartigsten Ausbildung Anwendung gefunden; vgl. auch Herrmann, Handbuch des Stranggießens,

ι? Düsseldorf 1958, Seiten 417 bis 429, insbesondere 425 bis 426. Derartige elektromagnetische Felder sind bisher

P jedoch noch nicht bei der Herstellung von gebleitem Automatenstahl nach dem Stranggießverfahren angewen-

tt 30 det worden.

jy Aufgabe der Erfindung ist es nun, ein Verfahren zur Herstellung von gebleitem Automatenstahl nach dem

t'i Stranggießverfahren voi zusehe , bei dem gegenüber dem Stand der Technik eine verbesserte gleichmäßige

μ Bleiverteilung erreicht wird

;. Diese Aufgabe wird nun erfind iigsgemäß durch ein Verfahren zur Herstellung von gebleitem Automaten-

^: 35 stahl mit dem Stranggießverfahren gelöst, bei dem das bleizuführende Material zum geschmolzenen Stahl

'i während des Gießens zugegeben wird und das dadurch gekennzeichnet ist, daß man

'■.-. — das bleizuführende Material direkt der Stahlschmelze in der Stranggießkokille zugibt und

— gleichzeitig den oberen Bereich des geschmolzenen Stahls in der Stranggießkokille elektromagnetisch und 40 gleichmäßig in horizontaler Richtung rührt.

ρ Im Unterschied zu den Verfahren, die aus der US-I^ 21 97 259 und der DE-OS 20 56 550 bekannt sind, wird

I beim erfindungsgemäßen Verfahren das bleizuführende Material also nicht in den Stahlgießstrahl eingeführt,

[■ > vielmehr unabhängig vom Stahlgießstrahl direkt in die Stahlschmelze. Als weitere erfindungswesentliche Maß-

45 nähme kommt die Anwendung eines gleichmäßig in horizontaler Richtung rührenden elektromagnetischen Feldes hinzu. Es muß überraschen, daß sich auf diese Weise gebleiter Automatenstahl mit gleichmäßig dispergiertem Blei herstellen läßt, da es bekannt ist, daß sich Gemische mit Komponenten unterschiedlichen spezifischen Gewichts enthomogenisieren, wenn man sie beim Stranggießen elektromagnetisch in horizontaler Richtung rührt; man vergleiche beispielsweise die DE-AS 27 26 623, letzte Zeile von Spalte 1 bis Zeile 6 in Spalte 2.
; so Bei dem Herstellungsverfahren gemäß der Erfindung verwendet man Blei oder Bleilegierung in Form von

Drahtstangen oder Teilchen. Ferner kann man anstelle von Blei oder Bleilegierung ein Blei oder eine Bleilegierung einsetzen, die mit einem Metall bedeckt sind, welches für den Stahl unschädlich ist, wie z. B. Aluminium oder Eisen. Die giftigen Substanzen werden aufgrund des Überzugs aus dem unschädlichen metallischen Material kaum erzeugt, und daher kann man dann von einem Abzug absehen.

55 Nachstehend wird die Erfindung durch bevorzugte Ausführungsformen und durch Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt

F i g. 1 eine erläuternde Ansicht, die eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung zeigt,
F i g. 2 die Prüfungsergebnisse der Ausführungsform und
F i g. 3 die gemessenen Teile zur Erzielung der Prüfungsergebnisse von F i g. 2,

60 F i g. 4 und 5 eine weitere bevorzugte Ausführungsform zur Herstellung eines gebleiten Automatenstahls mit : einer Pb-reichen Oberflächenschicht,

F i g. 4 die Prüfungsergebnisse, welche die Wirkung der Erfindung beweisen, und
'■;·■■ F i g. 5 eine Ansicht der gemessenen Teile,

F i g. 6 bis 7 schematische Ansichten, die verschiedene andere erfindungsgemäßc Methoden der Zugabc von t>5 Blei oder Bleilegierung als in F i g. 1 zeigen,

^; Fig.6 eine Zugabemethode, wobei man eine Drahtstange aus Blei oder Bleilegierung in die Form einführt,

während man den oberen bzw. obersten Teil der Form mit einem Inertgas, beispielsweise Argon oder Stickstoff, abschirmt.

F i g. 7 eine Zugabemethode, wobei man Teilchen aus Blei oder Bleilegierung in eine Form durch ein geeignetes Führungsrohr einfließen läßt.
In den Zeichnungen bezeichnen die Buchstaben bzw. Zahlen die nachstehenden Teile:

M — geschmolzener Stahl,

1 = Gießpfanne,

2 = Ausströmöffnung,

3 = Trichter,

4 = Durchgang bzw. Durchlaß,

5 = Form,

6 = Gußbarren bzw. gegossener Knüppel,

7 = Abzug,

8 = Abzugskanal,

9 = Drahtstange aus Blei oder Bleilegierung,

9a = Mischdrahtstange,

9b = Teilchen aus Blei oder Bleilegierung,

10 = Unterteil (eines Abzuges 7),

11 = Führungsrohr,

12 = elektromagnetischer Rührer,

13 = Zuführungswalze, i3a = Zuleitung bzw. Füllvorrichtung,

15 = Verschlußstopfen.

Nach F i g. 1 setzt man zur kontinuierlichen Herstellung von gegossenem gebleitem Stahl, der erfindungsgemäß erzielt werden soll, geschmolzenen Stahl M in eine Gußform 1 ein, führt ihn in einen Trichter 3 durch eine Ausströmöffnung 2 ein und gießt ihn danach aus dem Trichter 3 in eine Form 5, die mit einem elektromagnetischen Rührer 12 versehen ist, durch einen Durchlaß 4. Durch den kontinuierlichen Verfahrensablauf kann man Gußbarren 6 aus gebleitem Stahl kontinuierlich herstellen. Der elektromagnetische Rührer 12 rührt gleichmäßig und horizontal den oberen Bereich des geschmolzenen Stahls M in der Form 5. Dsr obere Bereich der Form 5 und ein Bereich im Umkreis eines Einlasses in den Durchlaß 4 sind mit einem Abzug 7 bedeckt, um zu verhüten. daß giftige Gase und Dämpfe sich verbreiten und die Atmosphäre verschmutzen. Die giftigen Gase und Dämpfe, die vom Abzug 7 aufgenommen werden, sammelt man an einem vorbestimmten Platz durch einen Abzugskanal 8. Eine Drahtstange 9 aus Blei oder Bleilegierung, die man in ei.i Führungsrohr 11 einführt, welches durch den Abzugskanal 8 durchführt und gegen die Form 5 offen ist führt man in den oberen Bereich des geschmolzenen Stahls M ein, den man elektromagnetisch und gleichmäßig in horizontaler Richtung rührt Wie bereits erwähnt, kann man die Drahtstange S aus Blei oder Bleilegierung durch eine Drahtstange 9a aus Blei oder Bleilegierung ersetzen, die mit einem für den Stahl unschädlichen Metall bedeckt ist, wie z. B. Aluminium oder Eisen. Nachstehend wird die Drahtstange aus Blei oder Bleilegierung, die mit dem unschädlichen Metall bedeckt ist, abgekürzt als »Mischdrahtstange« bezeichnet. Die Mischdrahtstange 9a stellt man beispielsweise her, indem man Blei oder Bleilegierung in einem geeigneten unschädlichen Metall, wie z. B. Aluminium oder Eisen, in Form beispielsweise eines Reifens bzw. Ringes oder Bandes einschließt oder einhüla. Im erfindungsgemäßen Herstellungsverfahren regelt man die Zufuhrrate des bleizuführenden Materials, d. h. der Drahtstange 9 aus Blei oder Bleilegierung oder der Mischdrahtstange 9a in geeigneter Weise entsprechend der Menge des geschmolzenen Stahle.! M, der in die Form 5 gegossen wird.

Ferner sind in den Fig. 6 bis 7 weitere abgewandelte Methoden der Zufuhr von Blei oder Bleilegierung gezeigt, und diese Methoden kann man auf die genannte Ausführungsform anwenden.

Da der Trichter 3 sich leicht aufwärts und abwärts bewegt, ist der Unterteil 10 des Abzuges 7 flexibel auf der Form 5 angeordnet bzw. Defestigt.

Auf diese Weise führt man bleizuführende Materialien direkt dem geschmolzenen Stahl M in der Form 5 zu, wodurch die in der Gießpfanne 1 und im Trichter 3 verwendeten Ofenziegel von der beschriebenen Verschmutzung freibleiben. Da man ferner das bleizuführende Material einem relativ kleinen Bereich des geschmolzenen Stahles M zuführt, der in der Form 5 vorhanden ist und der elektromagnetisch in ho^rizontaler Richtung gerührt wird, wird das bleizuführende Material gleichmäßig mit derr geuhmolzenen Stahl M gemischt. Ferner sind die giftigen Gase oder Dämpfe, die durch die Reaktion zwischen dem Blei und dem geschmolzenen Stahl Merzeugt werden, auf einen relativ kleinen Bereich der Form 5 begrenzt, und demgemi.3 benötigt man eine Absaugung bzw. Entlüftung nur in dem begrenzten engen Bereich, in dem die giftigen Gase oder Dämpfe erzeugt werden, und in seiner Umgebung. Demgemäß benötigt man nicht die teuren und umfangreichen Absaugvorrichtungen uhd -ausrüstungen. Ferner kann man biim erfindungsgemäßen Verfahren die üblichen Gießpfannen und Trichter verwenden, die man bei einer üblichen kontinuierlichen Gieömethcde verwendet, ohne daß man speziell hergestellte Gießpfannen und Trichter benötigt. Diese Vorteile vermindern beträchtlich die Herstellungskosten ifn Vergleich zu den üblichen Methoden.

Um die Überlegenheit des erfindungsgemäßen Verfahrens über die bekannten Methoden zu zeigeil, verglich man gebleiten Automatenstahl gemäß der Erfindung, den man in einem kontinuierlichen Gießverfahren hergestellt hatte, mit gebleitem Automatenstahl, den man auf übliche Weise hergestellt hatte, wobei man Bleiteilchen zu geschmolzenem Stahl in einer Gießpfanne zugegeben und danach in ein Blockgehäuse gegossen hatte. b5

Die technischen D-uen des elektromagnetischen Rührers, den man bei dem erfindungsgemäßen Herstellungsverfahren verwendete, .-,ind in Tabelle 1 beschrieben:

Tabelle

Einbaustelle des elektromagnetischen Rührers in der Form

Rührmittei rotierendes magnetisches Feld

in horizontaler Richtung

Leistungsaufnahme bzw. angewandte Leistung 90 kVA

Maximale elektrische Stromstärke 400 A

Maximale Spannung 76 V

Frequenz 3 bis 10 Hz

Als Ergebnis der vergleichenden Prüfung zeigte das erfindungsgemäße Verfahren eine hohe durchschnittliche

Ausbeute der Bleizugabe von 75%, während die übliche Methode eine geringere Ausbeute von 35 bis 60% zeigte. Ferner konnte der genannte Abzug 7 wirksam die giftigen Gase und Dämpfe mit einer Rate von 30 mVmin absaugen, und diese Absaugleistung bewirkte, daß 98% der Gesamtmenge an erzeugten giftigen Gasen und Dämpfen durch den Abzug 7 aufgefangen wurden.

Die Erfindung ermöglicht einen hohen Wirkungsgrad der Zugabe von Blei oder Bleilegierung und betrifft ein höchst vorteilhaftes Verfahren zur Herstellung von gebleiten Automatenstählen, wobei man die Verschmutzung der Umgebung und der Ofenziegel der Gießpfanne oder des Trichters und die damit verbundenen Probleme vermeidet.

Nachstehend wird die ausgezeichnete Gleichmäßigkeit der Bleiverteilung, die der Hauptvorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens ist, im Vergleich mit der üblichen Methode gezeigt.

Für die Vergleichsprüfung stellte man einen Gußbarren mit einem Querschnitt von 130 mm χ 130 mm mit dem kontinuierlichen Gießverfahren gemäß der Erfindung her, wobei man direkt eine Bleidrahtstange zu geschmolzenem Cr-V-Stahl zugab, den man in einer Form elektromagnetisch rührte; und man stellte einen üblichen Barren mit einem Querschnitt von 130 mm χ 130 mm auf übliche Weise her, wobei man Blei zu dem geschmolzenen Cr-V-Stahl in einer Gießpfanne zugab, den Stahl goß und danach walzte. Der in der Prüfung verwendete geschmolzene Cr-V-Stahl hatte die in Tabelle 2 gezeigte Zusammen-etzung:

Zur Untersuchung der Gleichmäßigkeit der Bleiverteilung in Längsrichtung der jeweiligen Testmuster maß man die Bleigehalte an den nachstehenden Bereichen der jeweiligen Testmuster, wobei die Prüfungsergebnisse in der nachstehenden Tabelle 3 gezeigt sind.

Tabelle 3

Tabelle 2	Si	Mn	P	S	Ni	Cr
	0.27	0.74	0.017	0.021	0.11	0.55
	V	Pb	Fe
Zusammensetzung (Gew.-%)	0,11	0.06	Rest
C
0,40
Mo
0,04

Geprüfte Bereiche [Pb]x I0"²Gew.-%

erfindungsgemäßer üblicher
Barren Barren

Oben	6,8	6.2
Mitte	63	8,0
Unten	6,5	8,0

Als Prüfungsergebnisse erhielt man die genannten Ausbeuten, und daraus ergibt sich, daß man bei der üblichen Methode eine größere Bleimenge im Vergleich zum erfindungsgemäßen Verfahren verwendete.

Ferner maß man zur Untersuchung der Bleiverteilung in einem transversalen Querschnitt des erfindungsgemäßen Barrens die Bleigehahe in Richtung von A nach C(A —♦ C)bzw. von ßnach D(B—*D)aes transversalen Querschnittes, wie in F i g. 3 gezeigt Die Ergebnisse sind in F i g. 2 gezeigt, wobei die ausgezogene Linie (O) die Bleiverteilung von A nach C(A — C)\ina die punktierte Linie (Δ) die Bleiverteilung von Bnach D(B-—>D)zeigL Um ferner die Wirkung des elektromagnetischen Rührens festzustellen, das man erfindungsgemäß angewandt hatte, untersuchte man die Bleiverteilung in einem transversalen Querschnitt eines Vergleichsbarrens, den man auf gleiche Weise wie oben mit der Ausnahme hergestellt hatte, daß man die elektromagnetischen Rührkräfte nicht auf den geschmolzenen Stahl in der Form einwirken ließ; die Ergebnisse sind in F i g. 2 gezeigt. Die ausgezogene Linie (·) und die punktierte Linie (A) zeigen die Bleiverteüungen von A nach C(A — Q bzw. von B nach D(B—*D)\m transversalen Querschnitt Ferner untersuchte man die Bleiverteilung

b5 von A nach C(A —- C) in einem transversalen Querschnitt eines üblichen Barrens, den man auf übliche Weise hergestellt hatte, wobei man Bleiteilchen zu geschmolzenem Stahl in einer Gießpfanne zugab und den Stahl goß und walzte; die Ergebnisse sind durch eine ausgezogene Linie (D) gezeigt
Aus den genannten Ergebnissen ist ersichtlich, daß man mit dem erfindunsgemäßen Verfahren einen stark

verbesserten gebleiten Automatenstahl mit einer gleichmäßigen Bleiverteilung herstellen und eine Umweltverschmutzung vermeiden kann.

Die Wirkung des elektromagnetischen Rührens in horizontaler Richtung bezogen auf uic Form 5 besteht theoretisch betrachtet darin, daß zunächst ein elektromagnetischer Rührer 12 ein rotierendes magnetisches Feld in der Form 5 bewirkt und das rotierende magnetische Feld durch den leitenden geschmolzenen Stahl M durchgeht, wodurch ein rotierendes Drehmoment auf den geschmolzenen Stahl M gemäß dem Prinzip des Indu^'jonsmotors einwirkt und horizontal den geschmolzenen Stahl M rührt. Die Wahl für eine gleichmäßige Blcivcrtcilung optimaler Stromstärke kann dem Fachmann überlassen werden. Dabei ist folgendes zu beachten. Wenn man eine erhöhte Stromstärke dem elektromagnetischen Rührer zuführt, wenn man das Blei oder Bleilegierung zuführende Material zu dem geschmolzenen Stahl M in der Form 5 zugibt, erhöht man das rotierende magnetische Feld, wodurch der geschmolzene Stahl Meine verstärkte Rotationskraft empfängt. Das zugegebene Blei oder die zugegebene Bleilegierung wird in Richtung des peripheren Bereichs der Form 5 durch eine Zentrifugalkraft verteilt, die durch die verstärkte Rotationskraft bewirkt wird, und verfestigt sich in diesem Zustand mit dem geschmolzenen Stahl in einer Kühlzone. Dadurch weist der erzeugte Barren einen hohen Blcigehali in seinem äußeren Bereich auf, wie in Fig.4 gezeigt ist, und man erreicht keine gleichmäßige Bleiverteilung.

F i g. 4 zeigt die Bleiverteilungen in Cr-V-Stahlbarren mit einem Querschnitt von 130 mm χ 130 mm, die man unter Verwendung einer Bleidrahtstange als bleizuführendes Material unter normalem elektromagnetischen Rühren bzw. unter verstärktem elektromagnetischen Rühren hergestellt hatte. Die technischen Daten der in beiden Fällen verwendeten elektromagentischen Rührer sind die gleichen wie in Tabelle 1, und im Falle des verstärkten elektromagnetischen Rührens führte man eine höhere elektrische Stromstärke dem Rührer zu. Die Messungen des Bleigehaltes führte man in Richtung von A nach C (A — C) bzw. von B nach D (B—+D) des transversalen Querschnittes wie in F i g. 5 durch; die Meßergebnisse sind in F i g. 4 gezeigt. In F i g. 4 zeigen die ausgezogenen Linien die Bleiverteilungen von A nach C(A —■ C) und die punktierten Linien zeigen die Bleiverteilung von ßnach D(B—+D).

Die ausgefüllten Symbole, · und ▲ , zeigen die Meßergebnisse unter verstärktem Rühren, und die offenen Symbole O und Δ zeigen die Meßergebnisse im Fall des normalen Rührens. Bezüglich der Zugabemenge an Blei betrug ferner im Fall der erhöhten elektromagnetischen Rührkraft die Zugabemenge 0,5 kg/t Stahl. Andererseits betrug im Fall der normalen magnetischen Rührkraft die Zugabemenge an Blei 0,8 kg/t Stahl. Aus F i g. 4 ist klar ersichtlich, daß die erhöhte elektromagnetische Rührkraft, die durch die erhöhte elektrische Stromstärke bewirkt wurde, einen gebleiten Automatenstahl lieferte, der einen höheren Bleigehalt in seinem äußeren Teil bzw. äußeren Bereich aufwies, obwohl er einen geringeren Bleigehalt in seinem zentralen Bereich aufwies. Der hohe Blcigehalt im äußeren Bereich war mit dem Bleigehalt des gebleiten Automatenstahls gut vergleichbar, den man unter üblichem Rühren hergstcllt hatte, obwohl die angewandte Gesamtmenge an Blei im Falle des verstärkten Rührens geringer als im anderen Fall war. j5

Beim Herstellungsverfahren gemäß der Erfindung ist die Methode der Zugabe von Blei oder Bleilegierung nicht auf die beschriebenen Methoden beschränkt. Die nachstehenden Zugabemethoden, die in den F i g. 6 bis 7 gezeigt sind, kann man vorteilhaft im erfindungsgemäßen Verfahren anwenden, wie es beispielsweise in F i g. 1 gezeigt ist.

In Fig. 6 befördert man eine Drahtstange 9 aus Blei oder Bleilegierung mit einer Zuführungswalze 13 und führt sie in den geschmolzenen Stahl M in der Form 5 ein, während man den oberen Bereich der Form 5 mit einem Inertgas, wie z. B. Argon oder Stickstoff, abdeckt.

F i g. 7 zeigt eine Zuführungsmethode, wobei man Teilchen 9b aus Blei oder Bleilegierung aus einer Füllvorrichtung 13a in die Form 5 durch ein Führungsrohr 11 fließen läßt.

Selbstverständlich kann man bei der Zuführungsmethode gemäß der F i g. 6 die blanke Drahtstange 9 aus Blei oder Bleilegierung durch die Mischdrahtstange 9a ersetzen.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Herstellung von gebleitem Automatenstahl nach dem Stranggießverfahren durch Zugabe

des bleizuführenden Materials .?um geschmolzenen Stahl während des Gießens, dadurch gekenn-

5 zeichnet, daß man das bleizuführende Material direkt der Stahlschmelze in der Stranggießkokille zugib:

und gleichzeitig den oberen Bereich des geschmolzenen Stahls in der Stranggießkokille elektromagnetisch und gleichmäßig in horizontaler Richtung führt.

Z Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man als bleizuführendes Material Blei xier eine Bleilegierung, die gegebenenfalls mit einem Überzug aus einem für den Stahl unschädlichen Material 10 versehen sein können, in Teilchenform oder in Form einer Drahtstange verwendet