DE3325306A1

DE3325306A1 - Verfahren fuer die zugabe reaktiver metalle zu stahl

Info

Publication number: DE3325306A1
Application number: DE19833325306
Authority: DE
Inventors: William G. Pittsburgh Pa. Wilson
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1983-07-13
Filing date: 1983-07-13
Publication date: 1985-01-24
Also published as: DE3325306C2

Description

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Die Erfindung betrifft ein Verfahren für die Zugabe reaktiver Mol. alle zu KI. ah.] , dor kontinuierlich verqosscn . wird. Sie betrifft insbesondere ein Verfahren für die Zugabe reaktiver Metalle, wie Aluminium, Titan, Zirkon und Seltene Erden, die normalerweise in Stahl reagieren und Einschlüsse bilden, die die Gießwannendüsen der kontinuierlichen Gießvorrichtungen verstopfen. Gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren wird ein solches Verstopfen vermieden.

Farrel und Hilty berichten in einer Veröffentlichung, die 1971 bei der Electric Furnace Conference veröffentlicht wurde, daß die Oxide und/oder Oxysulfide bestimmter Elemente, die häufig zu Stahl zugegeben werden, um den Stahl zu deoxidieren oder zu entschwefeln, in der Gießwannendüse abgelagert werden*, wenn der Stahl von der Gießwanne zu der Form für das kontinuierliche Gießen fließt. Diese Ablagerungen bilden in der Düse häufig eine Verstopfung und sie können den Stahlfluß vollständig beendigen-Die von Farrel und Hilty untersuchten Elemente, die ein Verstopfen der Gießwannendüse verursachen, sind: Aluminium, Titan, Zirkon, Seltene Erdenmetalle und in einigen Fällen Silizium. Die Schwierigkeit, die durch das Verstopfen der Düsen beim Gießen von Stahl, welcher Aluminium enthält, auftritt, wurde seit langem beseitigt, indem man Stopfenstangen in der Gießwanne verwendet, um den Stahlfluß zu kontrollieren, und indem man große Düsen verwendet, die durch Präzipitation des Aluminiumoxids nicht leicht verstopfen. Dies ist jedoch eine nicht-zufriedenstellende Lösung und die Reaktionsprodukte, die sich in den Löchern der Gießwannendüsen absetzen, müssen häufig durch mechanische oder chemische Maßnahmen während des kontinuierlichen Vergießens von Stahl entfernt werden. Die Lösung, die man für das Verstopfen der Gießwannendüse durch Aluminium gefunden hat, ist jedoch nicht zufriedenstellend für die Lösung der Aufgabe, das Verstopfen der Düsen zu vermeiden, wenn Titan, Zirkon oder Seltene Erdenmetalle zugegeben werden. Es wurde gefunden, daß diese anderen Materialien eine größere Nei-

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gung besitzen, die Düsen zu verstopfen, als Aluminium.

Da Titan, Zirnkon und die Seltenen Erden alle eine höhere Affinität gegenüber Sauerstoff und Schwefel aufweisen als Aluminium, kann die Reinheit des kontinuierlich gegossenen Stahls verbessert werden, wenn man die geeigneten Mengen dieser Elemente hinzugibt. Da' die Stahlreinheit in Beziehung zu einer verbesserten Stahlduktilität oder der Fähigkeit, sich unter Belastung zu dehnen, steht, ist es wünschenswert, Stähle herzustellen, die so rein wie möglich sind.

Es wurde jetzt gefunden, daß die Zugabe reaktiver Legierungen, wie Titan, Aluminium, Zirkon und der Seltenen Erden, die in einem Inertgas eingeschlossen sind und entweder unterhalb der Gießwannendüse in den Schnorchel oder über die Gießwannen- ■ stopfenstange eingegeben werden, so erfolgen kann, daß diese Metalle keine Zeit haben, mit dem Sauerstoff und dem Schwefel · in dem Stahl unter Bildung von Reaktionsprodukten zu reagieren, die die Gießwannendüse verstopfen und die von Hilty bei seinen Untersuchungen festgestellt wurden. Es wurde weiterhin gefunden, daß selbst, wenn einige dieser festen Reaktionsprodukte gebildet werden, ihre Schmelzpunkte durch Schmelzmittel bzw. Flußmittel (diese Ausdrücke werfen synonym verwendet) erniedrigt werden können, so daß der Schmelzpunkt des entstehenden Gemisches oder der Verbindung niedriger ist als die Temperatur des Stahls, der durch die Düse hindurchgeht. Hilty hat gezeigt, daß Einschlüsse, die flüssig durch die Gießwannendüse hindurchgehen, keine Verstopfung der Düse bewirken.

0 Guthrie hat gezeigt, daß wenn Metall teilchen, wie Logierungszugaben, zu dem Stahl hinzugegeben worden, als ort;toi; die kalten Teilchen ausreichend Wärme von dom Stahl, der sie umgibt, aufnehmen, daß der Stahl sofort eine vollständige Umhüllung um die kalten Metallteilchen in fester Form bildet. Es gibt eine begrenzte Zeit, die erforderlich ist, damit die Hülle um die kalten Teilchen wieder schmilzt, und erst dann können die Le-

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gierungsteilchen in Losung gehen oder schmelzen, und eine weiter begrenzte Zeit ist erforderlich, damit die Legierung vollständig Ln dom Stahl in Lösung cjchL. Wenn sie einmal gelöst sind, reagieren diese Legierungen iin L den Verunreinigungen in dem SLaJiI, wie dom Sauerstofi und Schwefel, und bilden die festen Reaktionsprodukte, die für eine Verstopfung der Gießwannendüse verantwortlich sind.

Es wurde nun gefunden, daß die Zeit, die für die meisten Legierungen erforderlich ist, die gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren, wie durch die Gießwannenstopfenstange zugegeben werden, um die Stahlumhüllung, die sich bildet, wenn sie zuerst zugegeben werden, zu lösen, in Lösung zu gehen und mit den Verunreinigungen im Stahl unter Bildung von Einschlüssen, die die Gießwannendüse verstopfen, zu reagieren, lang genug ist, um die Bildung von Enschlüssen, die ein Verstopfen,der Gießwannendüse bewirken, zu verhindern. Wenn die Legierungen durch eine Öffnung in dem Schnorchel, umhüllt von Inertgasen, die an dieser ■ Stelle zum Rühren verwendet werden, eingeführt werden, kommen weder die reaktiven Metalle noch ihre Reaktionsprodukte mit den Verunreinigungen des Stahls in Kontakt mit der Gießwannendüse.

Es wurde weiterhin gefunden, daß, wenn die Lösungszeit der reaktiven Legierung, die eingeschlossen in den Gasen, die durch die Gießwannenstopfenstange zugegeben werden, eingeführt wird, so kurz ist, und wenn die Reaktionsgeschwindigkeit mit den Verunreinigungen in dem Stahl so schnell ist, daß sich Einschlüsse, die ein Verstopfen der Düse verursachen, in den Löchern der Gießwannendüse bilden, verhindert werden kann,.daß sich diese Einschlüsse bzw. Ablagerungen an den Löchern der Gießwannendüse absetzen, wenn ihr Schmelzpunkt verringert wird, indem man ein geeignetes Schmelzmittel gleichzeitig zusammen mit der reaktiven Legierung zugibt. Wenn beispielsweise eine Legierung von Seltenen Erden mit niedrigem Schmelzpunkt erfindungs-· gemäß zugegeben wird, und wenn sich das Metall sehr schnell löst und mit den Verunreinigungen unter Bildung fester

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Ablagerungen, die die Düse verstopfen können, sehr schnell reagiert, während sich der Stahl noch in der Düse befindet, wäre eine der Verbindungen, die sich bildet, das Oxid der Seltenen Erden (RE₂O₃), dessen Schmelzpunkt über 1650⁰C (3000⁰F) liegt. Es ist möglich, den Schmelzpunkt von RE-O.,, welches so gebildet wurde, zu erniedrigen, indem man mit einem Schmelzmittel, wie Cryolit Na₂AlF,, umsetzt. Eine solche Verbindung, die sich bildet, wenn Cryolit und RE-O- zusammen umgesetzt werden, ist Na₂(RE)F₄, dessen Schmelzpunkt unter 1038⁰C (1900⁰F) liegt, d.h.

weit unter der Temperatur, bei der der Stahl durch die Gießwannendüse hindurchgeht (1538 bis 1593°C - 2800 bis 290_;0°F). Cryolit ist nicht die einzige Verbindung, die RE₂O₃ schmelzen kann, die meisten der Verbindungen, die RE-O-. schmelzen können, sind Halogenidsalze der einen oder anderen Art.

Es wurde gefunden, daß das Schmelzmittel, welches erforderlich ist, um eine Verbindung mit den Reaktionsprodukten von der Zugabe der reaktiven Metalle zu bilden, welche bei der Temperatur des Stahls, bei der dieser durch die Gießwannendüse hindurchgeht, fluid ist, in das System mindestens gemäß zwei Verfahren eingeleitet werden kann. Das erste Verfahren besteht darin, die Legierungsteilchen bzw. Metallteilchen mit dem Schmelzmittel zu überziehen. Dies kann man erreichen, indem man das Schmelzmittel in einem Fluid, wie Wasser, löst und dann kann die Legierung, die beschichtet werden soll, in die konzentrierte Lösung des Schmelzmittels eingetaucht und anschließend getrocknet werden, wobei ein Überzug aus Schmelzmittel auf den Teilchen zurückbleibt. Ein einfacheres Verfahren besteht darin, daß man ein inniges Gemisch aus feinen Teilchen der Legierung und feinen Schmelzmittelteilchen herstellt. Die Verbindungen mit niedrigem Schmelzpunkt können sich dann auf den Reaktionsprodukten der Legierung und dem Schmelzmittel bilden.

Es wurde weiterhin gefunden, daß, wenn kontinuierlich qegossoncr Stahl mit höchster Reinheit hergestellt werden :.;nl 1 , es.; bevorzugt ist, die reaktiven Metalle, wi ei die Seltenen Erden, entweder in die Pfanne oder in den Schmelztiegel zuzugeben, so

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- ⁹ - 3325305 daß eine längere Zeit für die Flotation der Reaktionsprodukte von dem Stahl verfügbar ist. Jedoch wird, der Stahl, der durch die Düse der Gießwanne hindurchgeht, Oxide oder Oxysulfide der Seltenen Erden enthalten, die sich in dem Loch der Düse ab-¹J scheiden können und den Stahlfluß durch die Düse beendigen können, in solchen Fällen kann ein Schmelzmittel, wie Cryolit, in dein iJLroin von" Jnurtgfjs eingeschlossen sein, der durch die Gießwannenstopfenstange eingeleitet wird.· Ein Teil dieses Schmelzmittels wird, wenn es in dem Stahl gerade, bevor dieser in die Düse der Gießwanne eintritt, gelöst ist, in Berührung mit den hochschmelzenden Verbindungen, die zuvor in der Düse abgelagert wurden, kommen und deren Schmelzpunkt auf einen Wert erniedrigen, der unterhalb der Temperatur des Stahls, der durch die Gießwannendüse hindurchgeht, liegt, und dadurch werden die Abscheidungen in dem Loch der Düse gelöst.

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Claims

IWENIANWÄLTf

UNO ZUGELASSENE VERTRETER VOR DEM EUROPÄISCHEN PATENTAMT

DR. WALTER KRAUS DIPLOMCHEMIKER ■ D R.-l N G. AN N EKÄTE WEISERT DIPL.-ING. FACHRICHTUNG CHEMIE IRMGARDSTRASSE 15 ■ D-BOOO MÜNCHEN 71 · TELEFON 089/797077-797078 · TELEX O5-212156 kpatd

TELEGRAMM KRAUSPATENT

3859 AW/rm

• ■ WILLIAM G. WILSON Pittsburgh, Penn. 15229/USA

Verfahren für die Zugabe reaktiver Metalle zu Stahl

Patentansprüche

1. Verfahren für die Zugabe reaktiver Metalle zu Stahl, der kontinuierlich gegossen wird, um die Schwierigkeiten der Düsenverstopfung der Gießwannen zu vermeiden, dadurch gekennzeichnet , daß man

(a) kontinuierlich geschmolzenen Stahl durch die Gießwannendüse vergießt,

(b) ein reaktives Metall zu dem geschmolzenen Stahl in einer Form und an einer Stelle, benachbart zu der Gießwannendüse, so zugibt, daß hochschmelzende Oxide und/oder Oxysulfide des reaktiven Metalls

entweder nicht gebildet werden oder nicht in Kontakt mit der Bohrung der Düse in Mengen kommen, die ausreichen, ein Verstopfen der Düsen zu verursachen, bevor sie durch die Düse hindurchgehen, und

(c) den geschmolzenen Stahl in einem kontinuierlichen Gießsystem kontinuierlich vergießt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch g e k e η η lOzeichnet, daß man als reaktive Metalle ein oder mehrere Metalle aus. der Gruppe Aluminium, Titan, Zirkon und Seitende Erden verwendet.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch g e k en η ζ eichnet , daß das reaktive Metall in den geschmolzenen Stahl in einem Inertgas unmittelbar unterhalb der Gießwannendüse in einem Schnorchel injiziert wird, mit dem der geschmolzene Stahl zu der Form des kontinuierlichen Gießsystems geleitet wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das reaktive Metall in den geschmolzenen Stahl in einem Inertgas in die Gießwannendüse durch eine hohle Düsenstopfenstange injiziert wird.

5. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet , daß man das reaktive Metall unterhalb der Gießwannendüse zugibt.

6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß man das reaktive Metall oberhalb der Gießwannendüse zugibt.

7. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch g e k e η η zeichnet , daß das reaktive Metall in teilchenförmiger Form vorliegt und mit einem Schmelzmittel beschichtet ist, welches den Schmelzpunkt der Oxide und/odor Oxysulfido der

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reaktiven Metalle unterhalb der Gießtemperatur des Stahls ern i rc] r:iyt..

ti. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch g e k e η η Sz e lehnet , daß das reaktive Metall in teilchenfÖrmig« Form vorliegt und mit einem Schmelzmittel überzogen ist, das den Schmelzpunkt der Oxide und/oder Oxysulfide der reaktiven. · Metalle unterhalb der Gießtemperatur des Stahls erniedrigt.

9. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet , daß das reaktive Metall in teilchenförmige Form vorliegt und mit einem Schmelzmittel überzogen ist, das den Schmelzpunkt der Oxide und/oder Oxysulfide der reaktiven Metalle unterhalb der Gießtemperatur des Stahls erniedrigt.

10. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch g e k e η η zeichnet, daß das reaktive Metall in teilchenförmige Form vorliegt und mit einem Schmelzmittel vermischt wird, welches den Schmelzpunkt der Oxide und Oxysulfide der reaktiven 0 Metalle unterhalb der Gießtemperatur des Stahls erniedrigt.

11. . Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das reaktive Metall in teilchenförmig Form vorliegt und mit einem Schmelzmittel vermischt wird, welches den Schmelzpunkt der Oxide und Oxysulfide der reaktiven Metalle unterhalb der Gießtemperatur des Stahls erniedrigt.

12. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das reaktive Metall in teilchenförmige Form vorliegt und mit einem Schmelzmittel vermischt wird, welches den Schmelzpunkt der Oxide und Oxysulfide der reaktiven Metalle unterhalb der Gießtemperatur des Stahls erniedrigt.

13. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch g e k e η η zeichnet, daß das reaktive Metall zu dem geschmolzenen Stahl vor der Gießwannendüse zugegeben wird und daß ein Schmelzmittel, das den Schmelzpunkt der Oxide und Oxysulfide

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der reaktiven Metalle unterhalb der Gießtemperatur des Stahls erniedrigt, zu dem Stahl, der durch die Gießwannendüse hindurchgeht, durch eine hohle Stopfenstange zugegeben wird.

14. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß man als Schmelzmittel Cryolit verwendet.

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