DE4236727A1 - Mittel zur Behandlung von Metallschmelzen - Google Patents
Mittel zur Behandlung von MetallschmelzenInfo
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- C21C7/0056—Treating molten ferrous alloys, e.g. steel, not covered by groups C21C1/00 - C21C5/00 using cored wires
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Mittel zur
Behandlung von Metallschmelzen in Form eines metallisch
ummantelten gefüllten Drahtes.
Ein Ziel von metallurgischen Prozessen ist es, Analyse
und Temperatur der Metallschmelze in der Gießpfanne
homogen einzustellen. Die konvektiven Strömungen in der
Pfanne aufgrund von Dichteunterschieden verlaufen zu
langsam und müssen in der Praxis durch Einbringen inerter
Spülgase beschleunigt werden. Häufig wird eine
verbesserte Durchmischung durch Einblasen von Argon oder
Stickstoff durch poröse Bodensteine oder über Lanzen
vorgenommen.
Auch bei den bekannten pneumatischen Lanzen-
Einblasverfahren z. B. der Roheisenentschwefelung besorgt
das Trägergas nicht nur den pneumatischen Transport der
feinkörnigen Feststoffe, sondern gleichzeitig auch die
homogene Verteilung der Zusätze in der Schmelze.
Die Entwicklung der Fülldrahttechnik in der
Sekundärmetallurgie hat die pneumatische Injektion in
manchen Bereichen abgelöst. Für viele Anwendungen,
insbesondere für die Injektion von Stoffen, die keinen
eigenen Dampfdruck entwickeln, ist das Fehlen eines
turbulenzerzeugenden Gases ein Nachteil. Die
Homogenisierung der Schmelze verläuft zu langsam. Ihn
Nahbereich des sich auflösenden Drahtes treten
Konzentrationsspitzen auf, die zu unerwünschten
Reaktionsprodukten oder auch zu Ausbringverminderungen
führen.
Die Offenlegungsschrift DE 41 03 197 beansprucht ein
Verfahren zur raschen Abkühlung einer metallurgischen
Schmelze mit einem dafür geeigneten Draht, der aus einer
Hülle aus kohlenstoffarmem Stahlblech und einer Füllung
aus einem Eisengranulat besteht. Das Einbringen dieses
Drahtes auf den Pfannenboden bewirkt zwar ein rasches
Freisetzen der Eisenpartikel im unteren Schmelzbereich;
durch die geringe Partikelgröße von 0,2 bis 0,5 mm
schmelzen die Granulatkörner jedoch rasch und begrenzen
so den Hauptkühleffekt auf Pfannenbodennähe. Die
gekühlten Schmelzanteile werden lediglich mit der
normalen Badbewegung mehr oder weniger homogen verteilt.
Die Verteilung der Komponenten der Drahtfüllung in der
Schmelze hängt dabei also ausschließlich von der
thermischen Badbewegung oder dem Dampfdruck der
Drahtfüllstoffe ab. Werden mit der Fülldrahtinjektion
Stoffe mit geringem oder keinem Dampfdruck in die
Schmelze eingetragen, so unterbleibt im Falle fehlender
poröser Gasspülsteine eine zusätzliche verteilend
wirkende Gasentwicklung, was für eine Reihe praktischer
Anwendungen von Nachteil ist.
Von den bekannten und für diesen Zweck möglichen
Gasabspaltern führen Kalkstein bzw. Flammkohle zu
negativen Veränderungen der Schmelzenqualität. Kalkstein
spaltet thermisch Kohlendioxid ab und beeinflußt durch
diese oxidierenden Bedingungen beispielsweise die
Stahlanalyse durch Abbrand von Aluminium; auch sind
Reaktionen mit den sonstigen Draht-Füllstoffen nicht
auszuschließen. Flammkohle verändert durch
Aufkohlungsvorgänge ebenfalls die Stahlanalyse;
natürliche Flammkohle enthält zudem immer unerwünschte
Mengen Sauerstoff.
Die Verwendung von Polyethylen als feste, Ethen
abspaltende Verbindung wird bereits in DE 22 52 796
beschrieben. Dort findet es allerdings als eine von
mehreren Komponenten eines Entschwefelungsmittels für
Roheisen- und Ferrolegierungsschmelzen Verwendung, das
mit Hilfe des vorgenannten Lanzenverfahrens mittels eines
Trägergasstromes in das Schmelzbad eingetragen wird.
Hauptaufgabe des Polyethylens ist in diesem Fall die
Schaffung reduzierender Bedingungen in der Eisenschmelze.
Aufgabe war es daher, eine Drahtfüllung zu entwickeln,
deren spezielle Beimengungen bei den
Anwendungstemperaturen Gas abspalten und so eine
Turbulenzbildung im Metallbad erzwingen, die zu einer
Homogenisierung der Schmelze führt, ohne die
Zusammensetzung der Schmelze negativ zu beeinflussen.
Gelöst wird die Aufgabe erfindungsgemäß dadurch, daß als
Drahtfüllung eine gasabspaltende Verbindung auf Basis
eines organischen Polymeren in Mengen von 0,2 bis 20 g
pro Meter Fülldraht Verwendung findet.
Das erfindungsgemäße Mittel beansprucht daher organische
Polymere der Reihe Polyethylen, Polypropylen oder
Polystyrol, die bei einer Korngröße von 0,1 bis 20 mm,
bevorzugt < 2,0 mm, umschlossen im Fülldraht vorliegen,
wobei die Drahthülle aus einem metallischen Mantel aus
Stahl, Kupfer, Nickel, Aluminium oder einer
Aluminiumlegierung besteht. Neben den erwähnten
gasabspaltenden Verbindungen ist die Drahtfüllung
gekennzeichnet durch zusätzliche, jedoch unzersetzbare
anorganische Verbindungen, die als Oxide von
Erdalkalimetallen und Aluminium, Oxide oder Nitride des
Siliciums oder als Metalle oder Metalloxide des
VIII Gruppe des Periodensystems der Elemente eingebracht
werden. Als typische Form des erfindungsgemäße Mittels
besteht der Fülldraht aus einer Eisenhülle, die eine
Füllung aus 0,1 bis 10 Gew.-% Polyethylen und 0 bis 99,9
Gew.-% Füllstoff, wie z. B. Eisenpulver umschließt.
Die vorteilhafte Anwendung eines der vorgenannten
organischen Polymere liefert bereits bei Zusätzen von nur
1 bis 2 Gew.-% zum Drahtfüllstoff die notwendigen
Gasmengen. Ein größerer oder kleinerer Zusatz an
Polyethylen im Fülldraht hängt ab von der Geometrie der
vorhandenen Pfannen oder der Verwendung des Fülldrahtes.
Die durch die thermische Zersetzung der organischen
Polymere eingebrachten Mengen an Kohlenstoff und
Wasserstoff sind in der erfindungsgemäßen Form
unkritisch, die Stahlanalyse wird durch sie nicht negativ
verändert. Die freigesetzten Gasmengen der
erfindungsgemäßen Drahtfüllung verstärken die
Turbulenzströmung der Metallschmelze und beeinflussen die
Badbewegung günstig. Primär- oder Sekundärreaktionen mit
den sonstigen Füllstoffzusätzen können ausgeschlossen
werden.
Verwendung findet das erfindungsgemäße Mittel zum
Homogenisieren, Raffinieren und kurzfristigen Kühlen von
Metallschmelzen.
Über die vorgenannten Anwendungsbeispiele hinausgehend
ist das erfindungsgemäße Mittel auch zum Legieren von
Metallschmelzen durch Einbringen von
Mikrolegierungselementen wie Titan, Molybdän, Bor und
anderen geeignet.
Bei den Versuchen mit dem erfindungsgemäßen Mittel
sich überraschenderweise gezeigt, daß die Anwendung der
organischen Polymere in Fülldrähten sehr vielseitig sein
kann. Nachfolgende Beispiele sollen die Erfindung daher
näher erläutern.
In Fällen des behinderten Gasaustritts infolge Verlegens
der Spülsteine im Pfannenboden kann der Einsatz
beispielsweise in einem bloßen Rühren bestehen; durch das
Einbringen des erfindungsgemäßen Mittels in Drahtform
werden die betreffenden Chargen vor einer qualitativen
Abwertung bewahrt.
Fülldraht mit 4 g PE pro Meter und einer Teilchengröße
zwischen 0,5 und 1,0 mm (Füllkernrest: Inertmaterial)
wurde mit einer Geschwindigkeit von 200 Metern pro Minute
injiziert. Da 1 g Polyethylen 0,86 Nl Ethen abspalten,
werden bei diesem Vorgang 688 Nl Gas pro Minute
freigesetzt, was der Leistung der Argon-Bodenspülsteine
entspricht. Die Spülzeit für eine 80 t Pfanne beträgt
3 Minuten, die Schmelze ist anschließend homogen.
Auch zu Raffinationszwecken von Stahlschmelzen ist der
Einsatz organischer Polymere geeignet:
Ein Fülldraht mit einem Gemisch bestehend aus einer Calcium-Aluminat-Raffinationsschlacke und 3% PE wird in einen hochgekohlten Werkzeugstahl injiziert. Starke Turbulenz verteilt die Schlackenpartikel im unteren Pfannenbereich gleichmäßig in der Schmelze. Als Folge waschen die aufsteigenden flüssigen Partikel feinste suspendierte nichtmetallische Einschlüsse (Aluminiumoxid) aus, die sich in der Schlacke sammeln. Der Reinheitsgrad kann reproduzierbar auf Ko < 10 nach Stahl-Eisen- Prüfblatt verbessert werden.
Ein Fülldraht mit einem Gemisch bestehend aus einer Calcium-Aluminat-Raffinationsschlacke und 3% PE wird in einen hochgekohlten Werkzeugstahl injiziert. Starke Turbulenz verteilt die Schlackenpartikel im unteren Pfannenbereich gleichmäßig in der Schmelze. Als Folge waschen die aufsteigenden flüssigen Partikel feinste suspendierte nichtmetallische Einschlüsse (Aluminiumoxid) aus, die sich in der Schlacke sammeln. Der Reinheitsgrad kann reproduzierbar auf Ko < 10 nach Stahl-Eisen- Prüfblatt verbessert werden.
Beim Stranggießen von Stahl stellt sich häufig die
Aufgabe, zu heiße Schmelzen kurzfristig auf die
Gießsolltemperatur abkühlen zu müssen.
Zum Zwecke des homogenen Kühlens wird das
erfindungsgemäße Mittel in Form von Eisenfülldraht mit
PE-Zusatz in eine Stahlschmelze eingebracht.
Aufgabe: eine 100 t Charge soll kurzfristig um 10°C
gekühlt werden;
Zur Lösung wird Fülldraht mit Fe-Pulverfüllung und Zusatz von 1 Gew.-% PE einer Teilchengröße von 1,5 mm eingesetzt. Für ΔT = 10°C und 100 t Schmelzgewicht müssen ca. 700 kg Fe bzw. 750 m Fe-Draht mit einem Durchmesser von 13 mm injiziert werden. Diese Menge wird in 3 Minuten eingebracht. Die Schmelze ist danach homogen um 10°C abgekühlt und kann sofort vergossen werden.
Zur Lösung wird Fülldraht mit Fe-Pulverfüllung und Zusatz von 1 Gew.-% PE einer Teilchengröße von 1,5 mm eingesetzt. Für ΔT = 10°C und 100 t Schmelzgewicht müssen ca. 700 kg Fe bzw. 750 m Fe-Draht mit einem Durchmesser von 13 mm injiziert werden. Diese Menge wird in 3 Minuten eingebracht. Die Schmelze ist danach homogen um 10°C abgekühlt und kann sofort vergossen werden.
Claims (10)
1. Mittel zur Behandlung von Metallschmelzen in Form
eines Fülldrahtes bestehend aus einem metallischen
Mantel aus Stahl, Kupfer, Nickel, Aluminium oder
Aluminiumlegierung, dadurch gekennzeichnet, daß die
Füllung eine bei der Temperatur der Metallschmelze
gasabspaltende Verbindung auf Basis eines organischen
Polymeren in Mengen von 0,2 bis 20 g pro Meter
Fülldraht enthält.
2. Mittel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
die gasabspaltende Verbindung eine aus der Reihe
Polyethylen, Polypropylen oder Polystyrol ist.
3. Mittel nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch
gekennzeichnet, daß die gasabspaltende Verbindung in
einer Korngröße von 0,1 bis 10 mm, bevorzugt < 2,0 mm,
im Draht umschlossen vorliegt.
4. Mittel nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch
gekennzeichnet, daß die Drahtfüllung zusätzlich
unzersetzbare anorganische Verbindungen enthält.
5. Mittel nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß es
als anorganische Verbindungen Oxide von
Erdalkalimetallen und Aluminium, Oxide oder Nitride
des Silicium oder Metalle oder Metalloxide der VIII Gruppe
des periodischen Systems der Elemente enthält.
6. Mittel nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch
gekennzeichnet, daß der metallische Mantel aus Eisen
und die Füllung aus 0,1 bis 10 Gew.-% Polyethylen
und 90 bis 99,9 Gew.-% Eisenpulver besteht.
7. Verwendung des Mittels nach den Ansprüchen 1 bis 6 zur
Homogenisierung von Metallschmelzen.
8. Verwendung des Mittels nach den Ansprüchen 1 bis 6
zur Raffination von Metallschmelzen.
9. Verwendung des Mittels nach den Ansprüchen 1 bis 6
zur homogenen Kühlung von Metallschmelzen.
10. Verwendung das Mittels nach den Ansprüchen 1 bis 6
zum Legieren von Metallschmelzen.
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Publications (2)
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