DE3739154A1

DE3739154A1 - Bleihaltiges zusatzmittel fuer stahlschmelzen

Info

Publication number: DE3739154A1
Application number: DE19873739154
Authority: DE
Inventors: Bernd Dr Neuer
Original assignee: SKW Trostberg AG
Current assignee: Evonik Operations GmbH
Priority date: 1987-11-19
Filing date: 1987-11-19
Publication date: 1989-06-01
Also published as: JP2760817B2; ATE89325T1; EP0316921B1; DE3880972D1; JPH01162716A; BR8806056A; EP0316921A1; US4892580A

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft bleihaltige Zusatzmittel zur Behandlung von Stahlschmelzen in Form von gefüllten Drähten.

Blei wird bekanntermaßen als Zusatzmittel zur Stahlbehandlung eingesetzt, um die Zerspanungseigenschaften zu verbessern, wobei üblicherweise Gehalte von 0,05 bis 0,5% Blei im Stahl eingestellt werden. Der Bleizusatz verlängert die Standzeit der Werkzeuge, optimiert die Spanausbildung, weil die Späne kürzer brechen, und verbessert die Oberflächenbeschaffenheit des Werkstückes.

Weil sich Blei im Eisen praktisch nicht löst, ergeben sich in der Praxis erhebliche Probleme, das Blei gleichmäßig in der Stahlschmelze zu verteilen. Das Blei muß zu diesem Zweck suspensionsartig in Form von kleinen Tröpfchen gleichmäßig in der Stahlschmelze verteilt sein, wobei diese Feinverteilung auch bis zur Erstarrung erhalten bleiben muß. Zu große Bleitröpfchen scheiden sich aufgrund ihres hohen spezifischen Gewichts ab und führen so zu einer unzureichenden Bleiverteilung.

In der Praxis war es bisher üblich, die Zugabe des Bleis beim Blockguß mit Hilfe von Gießtrichtern vorzunehmen. Die Turbulenz in den Gießkanälen sorgt hierbei für eine gleichmäßige Bleiverteilung. Nachteilig ist hierbei die starke Belastung der Gießmannschaft durch die Bleidämpfe während der gesamten Gießzeit.

Es ist deshalb auch schon versucht worden, der Stahlschmelze das Blei in Form von Granalien während des Abstichs zuzusetzen.

Das Blei wird aber hierbei unter starken Abbrandverlusten eingebracht, was nicht nur eine entsprechende Umweltbelastung, sondern auch eine ungenügende Verteilung des Bleis in der Stahlschmelze verursacht. Injektionstechniken wie die Fülldrahttechnik können zwar die Abbrandverluste vermindern, doch haben erste Versuche mit bleigefüllten Hohldrähten gezeigt, daß beim Einspulen dieser Drähte in die Stahlschmelze eine unzureichende Bleiverteilung im Stahl zu verzeichnen war. Regelmäßig wurden relativ hohe Bleikonzentrationen bei Gießbeginn und zu niedrige Bleigehalte am Gießende bei den Chargen analysiert.

Der vorliegenden Erfindung lag daher die Aufgabe zugrunde. ein bleihaltiges Zusatzmittel für Stahlschmelzen zu entwickeln, welches die genannten Nachteile des Standes der Technik nicht aufweist, sondern eine gleichmäßige Verteilung und ein gutes Ausbringen des Bleis im Stahl sowie gleichzeitig eine sichere Handhabung ermöglicht und umweltschädliche Emissionen weitgehend vermeidet.

Diese Aufgabe wurde erfindungsgemäß dadurch gelöst. daß man das Zusatzmittel in Form eines gefüllten Drahtes bestehend aus einem metallischen Mantel und feinteiligem Füllmaterial einsetzt, wobei das feinteilige Füllmaterial aus

a) metallischem Blei und/oder Bleilegierungen sowie
b) einem bei der Temperatur der Stahlschmelze CO₂- abspaltenden kalkhaltigen Material besteht.

Es hat sich nämlich überraschenderweise gezeigt, daß mit Hilfe dieses Zusatzmittels ein sicheres und gezieltes sowie gleichmäßiges Einbringen des Bleis in den Stahl möglich ist.

Das Zusatzmittel entsprechend der vorliegenden Erfindung liegt in Form eines gefüllten Drahtes vor, bestehend aus einem metallischen Mantel und einem feinteiligen Füllmaterial, welches von dem Mantel umhüllt wird. Das Mantelmaterial sollte so ausgewählt werden, daß es sich in der Stahlschmelze relativ schnell unter Freigabe des Behandlungsmittels auflöst, ohne daß dieses Mantelmaterial bzw. dessen Rückstände unerwünschte Bestandteile in die Stahlschmelze einbringen. Am besten haben sich unlegierte Stahlumhüllungen bewährt. Die Dicke des Mantels beträgt in der Regel 0,1-1 mm, vorzugsweise 0,2-0,6 mm.

Der Durchmesser des gesamten Fülldrahtes kann ebenfalls in weiten Grenzen variiert werden, doch hat sich ein Durchmesserbereich von 5 bis 20 mm, vorzugsweise 9 bis 13 mm, als besonders vorteilhaft erwiesen. Das Füllmaterial des Drahtes besteht aus zwei feinteiligen Komponenten, wobei die erste Komponente aus metallischem Blei und/oder bleihaltigen Legierungen besteht. Unter bleihaltigen Legierungen sind im Rahmen der vorliegenden Erfindung solche Legierungen zu verstehen, die überwiegend aus Blei bestehen und noch andere Legierungsbestandteile enthalten, welche die Werkstoffeigenschaften des zu behandelnden Stahls nicht negativ beeinflussen. Das Blei oder die Bleilegierungen sollten in möglichst feinverteilter Form vorliegen, um bei der Behandlung in kleinste Tröpfchen überzugehen. Hierzu sollte die Teilchengröße nicht größer als 1 mm sein. Das Blei oder die Bleilegierungen werden bevorzugt in Form von kleinen Granulaten oder Kügelchen eingesetzt. Die Menge des Bleis pro Fülldrahtlängeneinheit richtet sich nach dem Durchmesser des Fülldrahtes und variiert zwischen 100 und 1000 g pro Meter Fülldraht.

Als zweite wesentliche Komponente besteht das Füllmaterial des Drahtes aus einem kalkhaltigen Material, welches bei der Temperatur der Stahlschmelze (ca. 1550 1650°C) spontan CO ₂ abspaltet und ebenfalls in feinverteilter Form, d. h. mit einer Teilchengröße <1 mm. vorliegt.

Als kalkhaltiges Material kommt bspw. Kalkstein oder ungebrannter Dolomit in Frage. Feinteiliger Kalkstein oder Dolomit fällt bei der großtechnischen Produktion von gebranntem Kalk oder Dolomit praktisch als Nebenprodukt an und wird somit einer sinnvollen Nutzung zugeführt.

Als besonders vorteilhaft hat sich der Einsatz von Diamidkalk erwiesen, der bei der großtechnischen Herstellung von Dicyandiamid aus Kalkstickstoff anfällt und im wesentlichen aus besonders feinteiligem Calciumcarbonat (Teilchengröße ca. 90% <60 µ) besteht. Gerade wegen seiner Feinteiligkeit ist er für den erfindungsgemäßen Zweck besonders geeignet.

Durch diese kalkhaltigen CO ₂-abspaltenden Materialien wird bei exakter Dosierung in der Stahlschmelze eine Turbulenz erzeugt, die im Nahbereich des Fülldrahtes so intensiv ist, daß feinste Bleitröpfchen in den Stahl emulgiert werden. Die aufsteigenden Gasblasen versetzen gleichzeitig die Schmelze in eine Umlaufströmung, die für eine homogene Verteilung dieser Emulsion in allen Pfannenbereichen sorgt.

Weil sich weder das freiwerdende CO ₂ noch die zurückbleibenden Oxide im flüssigen Stahl lösen, wird die geforderte Stahlanalyse nicht beeinflußt.

Die Menge des eingesetzten CO ₂-abspaltenden, kalkhaltigen Materials richtet sich nach der Größe der zu behandelnden Chargen und variiert zwischen 3 und 30 Gew.-% bezogen auf das Gewicht des eingesetzten Bleis bzw. der eingesetzten Bleilegierung.

Die Herstellung des erfindungsgemäßen Fülldrahts ist unproblematisch und erfolgt nach den üblichen Verfahren und Methoden. Das feinteilige Füllmaterial wird intensiv vermischt, anschließend in die Drähte eingefüllt, welche durchFalzung oder HF-Schweißung geschlossen und dann auf Coils aufgewickelt werden.

Die Stahlbehandlung mit dem erfindungsgemäßen Zusatzmittel ist relativ sicher und problemlos durchzuführen. Die Zugabe des Drahtes erfolgt in den Gießpfannen vor dem Gießen. Entsprechend der gewünschten Bleianalyse im Stahl wird 0,1 bis 10 kg Fülldraht pro Tonne zu behandelnder Stahlschmelze eingesetzt, wobei eine Einspulgeschwindigkeit von 50 bis 180 m/Min., insbesondere 100 bis 120 m/Min., üblich ist.

Auf diese Weise wird gewährleistet, daß das Zusatzmittel sicher und in kontrollierter Weise in die Stahlschmelze eingebracht und daß die für die gleichmäßige Verteilung der feinteiligen Bleitröpfchen optimale Turbulenz erzeugt wird. Diese gleichmäßige Tröpfchenverteilung ist wiederum die Ursache für das gute Ausbringen des Bleis im Rahmen der vorliegenden Erfindung, welches bei bis zu 70% liegt.

Die nachfolgenden Beispiele sollen die Erfindung näher erläutern, ohne sie jedoch darauf zu beschränken.

Beispiel

In eine 78 t-Stahlschmelze (ähnlich CK 22) wurden 360 m eines 9 mm Fülldrahtes mit einer Einspulgeschwindigkeit von 120 m/Min. eingespult, was einer Menge von 144 kg an metallischem Blei (Teilchengröße 0,6 mm) entsprach. Das Füllmaterial bestand aus 8,64 kg Diamidkalk (= 6 Gew.-% bezogen auf das Gewicht des Bleis) mit einer Teilchengröße von 96% <0,063 mm. Das Füllmaterial war mit einem Eisenblech (Wandstärke 0,4 mm) umhüllt. Für die gesamte Charge wurden Bleiwerte von 0,12 bis 0,13% analysiert. Das mittlere Ausbringen lag somit bei 68%.

Beispiel 2

110 t einer Stahlschmelze der Qualität 10 S Pb 20 wurden 350 kg Blei in Form eines Fülldrahtes zugesetzt, wobei der Draht mit einem Durchmesser von 13 mm 880 g Blei/m und 8 Gew.-% Kalkstein (Teilchengröße <100 µm) bezogen auf das Gewicht des Bleis enthielt. Die Einspulgeschwindigkeit lag bei 120 m/Min. Die Fertigproben dieser Charge zeigten Bleiwerte von 0,22 bis 0,24%. Das mittlere Bleiausbringen lag somit bei ca. 66%.

Claims

1. Bleihaltiges Zusatzmittel für Stahlschmelzen, dadurch gekennzeichnet, daß es in Form eines gefüllten Drahtes bestehend aus einem metallischen Mantel und feinteiligem Füllmaterial vorliegt und daß das feinteilige Füllmaterial aus

2. Zusatzmittel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der metallische Mantel aus unlegiertem Stahl besteht.

3. Zusatzmittel nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der metallische Mantel eine Dicke von 0,1 bis 1 mm, vorzugsweise 0,2 bis 0,6 mm aufweist.

4. Zusatzmittel nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Fülldraht einen Durchmesser von 5 bis 20 mm, vorzugsweise 9 bis 13 mm, besitzt.

5. Zusatzmittel nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Füllmaterial eine Teilchengröße <1 mm aufweist.

6. Zusatzmittel nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Fülldraht 100 bis 1000 g Blei pro Meter enthält.

7. Zusatzmittel nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das kalkhaltige CO ₂-abspaltende Material aus Kalkstein und/oder ungebranntem Dolomit besteht.

8. Zusatzmittel nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das kalkhaltige CO ₂-abspaltende Material aus Diamidkalk besteht.

9. Zusatzmittel nach den Ansprüchen 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß man das kalkhaltige Material in einer Menge von 3 bis 30 Gew.-% bezogen auf das Gewicht des eingesetzten Bleis bzw. der eingesetzten Bleilegierung(en) verwendet.

10. Verfahren zur Behandlung von Stahlschmelzen mit einem Zusatzmittel nach den Ansprüchen 1 bis 9.

11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß man pro Tonne zu behandelnder Stahlschmelze 0,1 bis 10 kg Fülldraht verwendet.

12. Verfahren nach den Ansprüchen 10 und 11, dadurch gekennzeichnet, daß man den Fülldraht mit einer Geschwindigkeit von 50-180 m/Min., insbesondere 100-120 m/Min., in die Stahlschmelze einspult.