DE3739155A1 - Calciumhaltiges zusatzmittel fuer stahlschmelzen - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein calciumhaltiges Zusatzmittel für Stahlschmelzen in Form eines Fülldrahtes.

Es ist bekannt, den Stahl zur Modifizierung von nichtmetallischen Einschlüssen einer Calciumbehandlung zu unterziehen.

Eine übliche Verfahrenstechnik ist das Einspulen von Fülldrähten in die Stahlschmelze, wobei diese Drähte Füllstoffe mit metallischem Calcium oder Calciumlegierungen enthalten. Aufgrund des hohen Dampfdrucks, den metallisches Calcium bei den Anwendungstemperaturen von 1550 bis 1650°C aufweist, und der gleichzeitig geringen Löslichkeit von Calcium im Stahl kommt es zu empfindlichen Verdampfungsverlusten.

Diese Verluste sind bei der Anwendung von Fülldrähten mit metallischem Calcium besonders stark ausgeprägt, weil hierbei der Dampfdruck des reinen Metalls zum Tragen kommt. Aus diesem Grund wird, sofern dies möglich ist, auf Calciumlegierungen wie z. B. CaSi ausgewichen, weil dann der Calciumdampfdruck durch Verbindungsbildung reduziert wird. So wird beim CaSi-Fülldraht eine deutlich verringerte Turbulenz beim Einspulen beobachtet, woraus eine geringere Rückoxidation und ein verbesserter Calcium- Wirkungsgrad resultiert. Aus diesem Grund werden heute bei allen Stahlqualitäten, welche eine entsprechende Aufnahme des Siliciums aus dem CaSi erlauben, CaSi-Fülldrähte zur Calciumbehandlung eingesetzt.

Daneben gibt es jedoch eine wachsende Zahl von Stahlqualitäten wie z. B. Tiefziehbleche, welche nahezu siliciumfrei sind und die mit metallischem Calcium behandelt werden müssen.

Es hat sich aber gezeigt, daß aufgrund der bereits beschriebenen Probleme, wie hohe Turbulenz beim Einspulen, das Calciumeinbringen relativ niedrig ist und außerdem sehr stark schwankt.

Der vorliegenden Erfindung lag daher die Aufgabe zugrunde, ein calciumhaltiges Zusatzmittel für Stahlschmelzen zu entwickeln, welches in Form eines Fülldrahtes bestehend aus einem metallischen Mantel und einem feinteiligen Füllmaterial auf Basis von metallischem Calcium vorliegt und welches die genannten Nachteile des Standes der Technik nicht aufweist, sondern ein gutes, sicheres sowie gleichmäßiges Einbringen des metallischen Calciums in die Stahlschmelze ermöglicht, ohne daß die Analyse in unzulässigem Maß beeinflußt wird.

Diese Aufgabe wurde erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das Füllmaterial zusätzliche Calciumfluorid in einer Menge von 20 bis 80 Gew.-% bezogen auf das Gewicht des Calciums enthält.

Es hat sich nämlich überraschenderweise gezeigt, daß durch den erfindungsgemäßen Zusatz das Problem der hohen Turbulenz beim Einspulen des Calciumfülldrahtes beseitigt wird und die Verdampfungsverluste mit allen ihren Nachteilen deutlich verringert werden.

Die Verringerung der Turbulenz geht weit über das Maß hinaus, welches allein aufgrund des Verdünnungseffektes des Calciums durch Flußspat zu erwarten war. So ist die Turbulenz deutlich reduziert im Vergleich zu Drähten, die anstelle von Flußspat gleiche Anteile der üblichen Zusätze an kalkhaltigen Schlacken (z. B. Kalk-Tonerdeschlacken) enthalten.

Das Zusatzmittel entsprechend der vorliegenden Erfindung liegt in Form eines gefüllten Drahtes vor, welcher aus einem metallischen Mantel und einem feinteiligen Füllmaterial besteht, das von dem Mantel umhüllt wird.

Der Durchmesser des Fülldrahtes kann in weiten Grenzen variiert werden, doch hat sich in der Praxis ein Durchmesser von 5 bis 20 mm, vorzugsweise von 9 bis 13 mm, als besonders vorteilhaft erwiesen.

Das Füllmaterial besteht aus mindestens zwei Komponenten, nämlich aus metallischem Calcium und Calciumfluorid.

Das metallische Calcium, welches für den erfindungsgemäßen Zweck eingesetzt wird, sollte in möglichst feinverteilter Form vorliegen, um eine möglichst gute und gleichmäßige Verteilung des Zusatzmittels bei der Behandlung der Stahlschmelze zu erreichen, wobei die Teilchengröße nicht größer als 2 mm sein sollte. Vorzugsweise wird das metallische Calcium in Form von feinteiligem Granulat verwendet.

Die Reinheit des Calciums richtet sich im wesentlichen nach der geforderten Stahlanalyse. Je nach gewünschter Stahlqualität kann das Calcium noch bestimmte Legierungselemente in definierten Mengen enthalten, welche die Stahlschmelze in gerade noch tolerierbarer Form verunreinigen. Es ist aber in bestimmten Anwendungsfällen auch möglich, einen bestimmten Teil des metallischen Calciums durch Calciumlegierungen wie z. B. CaSi zu ersetzen, sofern dies aufgrund der geforderten Stahlanalyse möglich ist.

Die Menge des metallischen Calciums im Fülldraht liegt je nach Durchmesser bei 10 bis 100 g/m, vorzugsweise bei 40 bis 60 g/m. Bei wesentlicher Überschreitung dieser Werte kann es zu den unerwünschten Turbulenzen beim Einspulen kommen.

Als zweite erfindungswesentliche Komponente enthält das Füllmaterial Calciumfluorid, vorzugsweise in Form von Flußspat, in einer Menge von 20 bis 80 Gew.-% bezogen auf das Gewicht des Calciums. In einer bevorzugten Ausführungsform beträgt die Menge an eingesetztem Calciumfluorid 50 bis 70 Gew.-%.

Die Teilchengröße des Calciumfluorids sollte ebenfalls klein sein und insbesondere die Teilchengröße von 1 mm nicht überschreiten, um eine intensive Durchmischung mit dem metallischen Calcium zu ermöglichen.

Das Mantelmaterial des Fülldrahtes sollte so ausgewählt werden, daß es sich in der Stahlschmelze relativ schnell unter Freigabe des Behandlungsmittels löst, ohne daß dieses Mantelmaterial oder dessen Rückstände unerwünschte Bestandteile in die Stahlschmelze einbringen. Üblicherweise werden unlegierte Stahl- oder Eisenumhüllungen wie z. B. Eisenblech o. ä. eingesetzt. Die Dicke des Mantels beträgt in der Regel 0,1-1 mm, vorzugsweise 0,2-0,6 mm.

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

Die Stahlbehandlung mit dem erfindungsgemäßen Zusatzmittel ist relativ sicher und einfach durchzuführen, wobei der Fülldraht in die Stahlschmelze eingespult wird. Entsprechend der gewünschten Stahlanalyse, bei der die Calciumkonzentration etwa 20-40 ppm betragen sollte, wird 0,1 bis 5 kg Fülldraht pro Tonne zu behandelnder Stahlschmelze eingesetzt, wobei Einspulgeschwindigkeiten von 100 bis 330 m/Min., insbesondere 200 bis 250 m/Min., empfohlen werden.

Auf diese Weise wird gewährleistet, daß das Zusatzmittel sicher und in kontrollierter Weise in die Stahlschmelze eingebracht wird, ohne daß es zu unerwünscht starken Turbulenzen und zu Abdampfungsreaktionen kommt. Dies ist die wesentliche Voraussetzung dafür, daß mit Hilfe des erfindungsgemäßen Zusatzmittels ein wesentlich besseres Ausbringen möglich ist im Vergleich zu calciumhaltigen Fülldrähten ohne den erfindungsgemäßen Zusatz.

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

Beispiele

Stahlqualitäten für die Weiterverarbeitung zu Feinstblechen werden häufig vor dem Gießen mit Calcium behandelt. Ziel ist es, die Abscheidung von Tonerde (= Reaktionsprodukt bei der Al-Desoxidation) in den Schutzrohren beim Brammenstrangguß zu vermeiden undzwar für lange Sequenzen bei störungsfreiem Gießverlauf.

Bei den untersuchten 9 Chargen mit jeweils 180 t einer Stahlschmelze wurden 9 mm ⌀-Drähte mit 200-220 m/Min. injiziert. Die Drähte enthielten 52 g Ca/m in Form von Granulat (Teilchengröße <1,5 mm). Zielkonzentration für Ca nach der Behandlung war 20-40 ppm Ca. Es wurden 300 g Ca/t injiziert, bei ca. 15% der Chargen wurde der Mindestwert von 20 ppm nicht erreicht. Bei durchschnittlich 26 ppm Ca lag das durchschnittliche Calcium-Ausbringen sämtlicher 9 Chargen bei 8,7%.

Unter sonst gleichen Bedingungen wurde bei 12 Vergleichschargen ein 13 mm-Draht eingespult, der mit einer Mischung von 30 Gew.-% Calcium-Granulat (Teilchengröße <1,5 mm) und 70 Gew.-% CaF₂ (Teilchengröße <1 mm) gefüllt war. Der Calcium-Gehalt dieses Drahtes lag bei 65 g/m. Die Verdampfungsreaktion war sichtbar weniger intensiv als bei Injektion des reinen Calciumdrahtes. Bei allen Schmelzen (12 Versuche) wurde die Mindestgrenze von 20 ppm erreicht.

Bei Injektion von 200 g Ca/t und einem Ca-Mittelwert von 33 ppm im Stahl lag das Calcium-Ausbringen im Schnitt bei 16,5%.

Claims (10)

1. Calciumhaltiges Zusatzmittel für Stahlschmelzen in Form eines Fülldrahtes, bestehend aus einem metallischen Mantel und einem feinteiligen Füllmaterial auf Basis von metallischem Calcium, dadurch gekennzeichnet, daß das Füllmaterial zusätzlich Calciumfluorid in einer Menge von 20 bis 80 Gew.-% bezogen auf das Gewicht des Calciums enthält.

2. Zusatzmittel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Fülldraht einen Durchmesser von 5 bis 20 mm, vorzugsweise 9 bis 13 mm, aufweist.

3. Zusatzmittel nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß das metallische Calcium eine Teilchengröße <2 mm besitzt.

4. Zusatzmittel nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein Teil des metallischen Calciums durch Calciumlegierungen wie z. B. CaSi ersetzt ist.

5. Zusatzmittel nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Menge des metallischen Calciums 10 bis 100 g/m, insbesondere 40 bis 60 g/m, Fülldraht beträgt.

6. Zusatzmittel nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Menge an Calciumfluorid 50 bis 70 Gew.-% bezogen auf das Gewicht des metallischen Calciums beträgt.

7. Zusatzmittel nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Calciumfluorid eine Teilchengröße <1 mm aufweist.

8. Verfahren zur Behandlung von Stahlschmelzen mit einem Zusatzmittel nach den Ansprüchen 1 bis 7.

9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß man pro Tonne zu behandelnder Stahlschmelze 0,1 bis 5 kg Fülldraht verwendet.

10. Verfahren nach den Ansprüchen 8 und 9, dadurch gekennzeichnet, daß man den Fülldraht mit einer Geschwindigkeit von 100 bis 300 m/Min., insbesondere 200 bis 250 m/Min. in die Stahlschmelze einspult.