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Die vorliegende Erfindung betrifft
das Stranggießen
von Stahl. Insbesondere betrifft sie die Verhütung von Verstopfungen des
Gießrohrs
beim Gießen
von Brammen oder Strängen
aus beruhigtem Stahl, insbesondere aus Stahl mit niedrigem oder
ultra-niedrigem Kohlenstoffanteil (so genannte UBC-oder IFS-Stähle).
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Es ist bekannt, dass der Strangguss
von Halberzeugnissen mit breitem Querschnitt (Brammen, dünne Brammen,
Stränge) üblicherweise
die Benutzung eines eingetauchten Gießrohrs verlangt, um die Schmelzkokille
vom darüber
liegenden Verteiler aus mit geschmolzenem Metall zu versorgen.
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Es ist ebenfalls bekannt, dass diese
Gießrohre
zum Fettwerden neigen, was über
kurz oder lang zu ihrer kompletten Verstopfung und demzufolge zum
sofortigen Anhalten des laufenden Gießvorgangs führt.
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Es wird darauf hingewiesen, dass
das Fettwerden eine progressive Verjüngungserscheinung, vom Rand
bis zur Mitte, des Kanals ist, den das Gießrohr dem flüssigen Metall
bietet, um in die Kokille zu gelangen. Der Ursprung dieser Erscheinung
ist die Ablagerung an der Innenwand des Gießrohrs von Festpartikeln, die die
nicht metallischen Desoxidationeinschlüsse des flüssigen Metalls sind. Diese
Einschlüsse
sind bereits im Metallbad enthalten, nach den metallurgischen Behandlungen,
die dieses zuvor unterworfen war, oder bilden sich beim Durchqueren
selbst des Gießrohrs,
wenn dieses gegenüber
dem Sauerstoff der umgebenden Atmosphäre nicht dicht genug ist. Je
nach gegossenen Stahlsorten sind diese nicht metallischen Einschlüsse mehr
oder weniger zahlreich, mehr oder weniger groß, mehr oder weniger bei der
Temperatur des schmelzenden Metalls erstarrt.
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Es ist bekannt, dass diesbezügliche ernsthafte
Gießbarkeitsprobleme
insbesondere im Fall des Giessens von Stählen mit niedrigem oder ultraniedrigem
Kohlenstoffanteil (beispielsweise des Typs IFS), also bei stark
beruhigten Stählen,
auftreten können.
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Die Beruhigung
dieses Stahltyps erfolgt üblicherweise
in einer
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Frischpfanne durch Zusatz von Aluminium,
ein im Eisenhüttenwesen
geläufiges
Desoxidationsmittel. Die Desoxidationsreaktion erzeugt Aluminate,
die zum größten Teil
an der Oberfläche
des Metallbads dekantieren, zunächst
in der Pfanne, dann im Verteiler. Dennoch bleibt ein Teil dieser
nicht metallischen Einschlüsse unvermeidlich
beim Gießen
in der flüssigen
Metallmasse in Suspension. Besonders diese Partikel sind es, die sich
bei ihrem Transit durch das Gießrohr
an der Wand des Rohrs festsetzen und dann schließlich den Durchgang aufgrund
der Wachstumserscheinung im Laufe der Zeit verstopfen.
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Es ist bekannt, diese Verstopfungen
zu bekämpfen,
indem man einen inerten Spülgasstrom
(insbesondere Argon) durch das Gießrohr leitet. Der, oder wahrscheinlich
die Mechanismen, mit denen eine derartige Gasspülung das Fettwerden bekämpfen, sind
noch nicht vollständig
geklärt,
aber das Ergebnis ist im Allgemeinen eher zufriedenstellend, wenn
das Durchperlen bereits am Beginn der Gießsequenz vorgesehen wird. Sonst
können
sich eingeschlossene Ansammlungen lösen und das Metall dramatisch
verschmutzen, was diese Praxis dann zu einem Heilmittel macht, das
schlimmer ist als das Übel
selbst.
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Auch wenn die Methode jedoch korrekt
angewendet wird, weist sie dennoch unerwünschte Nebenwirkungen auf.
Fehler des Typs „Blasen" an Strängen können beim
späteren
Walzen auftreten, von denen man weiß, dass sie aus einer Einschlusserscheinung
von Gasblasen im in der Kokille erstarrtem Metall resultieren.
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Es ist ebenfalls bekannt, die Verstopfungen
des Gießrohrs
durch Verhütungsmaßnahmen
zu bekämpfen,
deren größtes Interesse
darin besteht, auf die „Argon-Durchperlung" verzichten zu können. Eine
davon besteht darin, dem Metallbad von dem Gießen, also im Verteiler, oder
vorzugsweise bereits in der Frischpfanne, einen Zuschlag hinzuzufügen wie
beispielsweise Ca (beispielsweise in Form von Si-Ca oder Ca-Fe),
der sich mit den Desoxidationsaluminaten vereinen wird, um schmelzbarere
Einschlüsse
zu bilden, die dann vom Prinzip her bei der Gießtemperatur in flüssigem Zustand
bleiben. Eine Verhütungsbehandlung
dieses Typs, durch Zugabe von Kalzium, ist beispielsweise in der
Unterlage EP-A-0 512 118 beschrieben, deren allgemeine Lehre als
Referenz und als zu diesem Schriftsatz gehörig betrachtet wird.
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Dieser chemische Behandlungstyp der
Verstopfung führt
jedoch nicht immer zu den erwarteten Ergebnissen. Es kommt nämlich zuweilen
vor, dass sich die gebildeten Einschlüsse selbst in Präsenz von
Kalzium bereits im Verteiler in festem Zustand befinden, und zwar
sogar bei einem Gießen
mit bedeutender Überhitzung
des Metalls.
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Das präzise Ziel der Erfindung ist
es, eine bessere Fluidität
der Desoxidationseinschlüsse
zu erhalten, die durch Kalziumbehandlung des Metallbads vor dem
Gießen
gebildet wurden.
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Hierzu ist der Gegenstand der Erfindung
eine metallurgische Pfannenbehandlung eines zum Stranggießen vorgesehenen
Stahls, bei der man einem Bad mit schmelzflüssigem, aluminiumberuhigten
(oder in der Beruhigungsphase befindlichen) Stahl mit ultra-niedrigem
oder niedrigem Kohlenstoffanteil, Kalzium beimengt, um einen vorgegebenen
Sauerstoffgehalt zu erhalten, damit sich Desoxidationseinschlüsse mit
einem Schmelzpunkt niedrigerer Temperatur als die Gießtemperatur
des Stahls in der Kokille bilden, dadurch gekennzeichnet, dass man
in der von der Gießpfanne
bis zur Schmelzkokille reichenden Verarbeitungskette, im Metallbad
einen Gehalt an gelöstem
Magnesium von mindestens etwa 2 ppm aufrecht erhält, ohne den Gehalt, der von
demjenigen des Sauerstoffs des Bads abhängig ist, zu überschreiten, über dem
sich feste Spinellen auf Magnesiumbasis bilden können.
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Wie man verstanden hat, beruht die
Erfindung auf der Entdeckung der förderlichen Aktion des Magnesiums
in kleiner Menge auf die Aufrechterhaltung in flüssiger Phase der Desoxidationseinschlüsse, die
nach der Beruhigung vorhanden sind oder während des Gießens in
Gegenwart von Kalzium gebildet wurden. Man hat in der Tat feststellen
können,
dass das Vorhandensein von Magnesium in kleiner Menge in einem mit
Kalzium behandelten Metallbad (und zwar von mindestens etwa 2 ppm
Mg, das bei Sauerstoffgehalten, die man üblicherweise in aluminiumberuhigten
Stählen
mit niedrigem oder sehr niedrigem Kohlenstoffgehalt antrifft, bis 8–10 ppm
reichen kann) einen Einfluss auf die physikalische Beschaffenheit
der Einschlussbevölkerung
des gegossenen Stahls hat: das Element Magnesium vergrößert beträchtlich
den Existenzbereich der flüssigen Kalkaluminate
bei der Gießtemperatur
des Stahls (etwa 1520–1570°C). Ebenfalls
ist die große
Empfindlichkeit einer derartigen Vergrößerung gegenüber der
Präsenz
von Magnesium, selbst in sehr kleinen Mengen, hervorzuheben, wobei
eine geringe Schwankung eines sehr niedrigen Mg-Gehalts (Schwankung
von weniger als 1 ppm) zu einer konsequenten Vergrößerung des
Schmelzbarkeitsbereichs führen
kann, worauf noch näher eingegangen
wird.
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Die Erfindung wird besser verstanden
und andere Aspekte erscheinen anhand der nachfolgenden, beispielsweisen
Beschreibung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen, auf denen:
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1 ein
Phasendiagramm ist, dass die Einschlussniederschlagsbereiche bei
1560°C (Gießtemperatur)
in einer Stahlsorte mit ultra-niedrigem Kohlenstoffanteil entsprechend
dem Kalziumgehalt, in Ordinaten, und dem Gesamtsauerstoffgehalt
(gelöst
und gebunden), in Abszissen, zeigt, und zwar ohne Präsenz von
Magnesium, anders als im Spurenzustand (weniger als 0,1 ppm).
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2 ein
Diagramm ist, das demjenigen von 1 ähnlich ist
und die gleiche Situation zeigt, jedoch mit einem Magnesiumgehalt
des Metallbads in Höhe
von 2 ppm.
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(Diese beiden Diagramme sind um Symbole
bereichert, die Gießsequenzen
darstellen, bei denen Verstopfungen aufgetreten (volle Symbole)
und nicht aufgetreten sind (leere Symbole));
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3 eine
Graphik ist, die die Entwicklung des maximal zulässigen Gehalts an aufgelöstem Magnesium
im schmelzenden Stahlbad entsprechend dem Gehalt des letzteren an
Gesamtsauerstoff (gelöst
und gebunden) zeigt, wobei der betrachtete Kalziumgehalt dem erforderlichen
Mindestwert entspricht, um flüssige Oxide
ohne Zugabe von Magnesium zu erhalten.
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Der hier betrachtete UBC-Stahl weist
die folgende gewichtsanalytische Zusammensetzung auf, angegeben
in tausendstel %, außer
für Stickstoff
(N), der in ppm angegeben ist:
Dieses beispielsweise aus
einem Sauerstoffumformer stammenden Stahlbad wird zunächst einer „Vakuum"-Dekarbonisierungsbehandlung
in einer Frischstation (Ofen-Sorteneinstellungspfanne, ausgerüstet mit
einer Vakuum-Aufbauanlage,
oder einer RH-Einheit) unterzogen. Dann wird das Metallbad durch
Zugabe von Aluminium beruhigt. Dieses Element wird in ausreichenden
Mengen zugegeben, um die gewünschten
Restgehalte an Gesamtsauerstoff des Bads zu erreichen, d. h. aufgrund
der für
die Dekantierung der Alumineinschlüsse erforderlichen Zeit, etwa
20 bis 30 ppm Gesamtsauerstoff (gelöst und gebunden), in Höhe des Verteilers, also
kurz vor dem Gießen.
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Gleichzeitig oder kurz nach der Zugabe
von Aluminium erfolgt eine Zugabe von Kalzium durch Einführung in
das schmelzende Metallbad eines schmelzbaren Si-Ca-Fülldrahts.
Je nach Bedarf und aufgrund des geringen Auflösungswirkungsgrads im Bad eines
Elements mit hoher Dampfspannung dieses Typs (Wirkungsgrad von etwa
10–15%,
wenn man sorgfältig
verfährt),
wird die Zugabe von Ca so eingestellt, dass man einen Gehalt von
etwa 25 ppm Gesamt-Ca (gelöst
und gebunden in Form von Aluminaten und Sulfiden) erhält.
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Was das Magnesium anbetrifft, so
kann es jederzeit nach der Desoxidation durch das Aluminium, entweder
getrennt oder gleichzeitig mit dem Kalzium, wenn dieses nach der
Desoxidation hinzugefügt
wird, eingeführt
werden.
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Der erfindungsgemäße Zusatz von Magnesium in
kleiner Menge kann in der Pfanne oder eventuell im Verteiler erfolgen,
und zwar mittels eines schmelzbaren Metallfülldrahts, beispielsweise aus
einer Ni-Mg-Legierung, der in dem schmelzenden Stahlbad fortschreitend
mit seiner Einführung
schmilzt.
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Der angestrebte minimale Gehalt von
2 ppm des geschmolzenen Mg kann ebenfalls durch ein Gleichgewicht
Metall-Schlacke mittels einer Schlacke von geeigneter Zusammensetzung
erreicht werden, die auf dem Metallbad in der Pfanne zu bilden ist.
Beispielsweise könnte
eine basische Schlacke, die bis 10 Gewichts-% MgO enthält, geeignet
sein, die beispielsweise wie folgt zusammengesetzt ist (bei den
Werten handelt es sich um Gewichtsprozente): Al2O3: 56% – MgO:
3% – CaO:
41 %.
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Die bei der Gießtemperatur von 1560°C erzielten
Ergebnisse über
die Vergrößerung des
schmelzbaren Einschlussbereichs, dank der Behandlung mit einem Mindestgehalt
von 2 ppm Magnesium, sind aus 2 in
Annäherung
an 1 ersichtlich, die
ihrerseits bei ansonsten gleichen Bedingungen die Situation ohne
Magnesiumbehandlung zeigt.
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Der einfache Sichtvergleich zwischen 1 und 2 zeigt sofort den förderlichen Einfluss der Präsenz von
Magnesium mit schwachem Gehalt auf die Vergrößerung des Schmelzbarkeitsbereichs
I der Desoxidationseinschlüsse
(Kalkaluminate) in einen schmelzenden UBC-Stahlbad. Die Vergrößerung erfolgt
eigentlich von unten, d. h. zu den geringsten Behandlungskalziumgehalten
hin, oder anders ausgedrückt,
für einen
vorgegebenen Kalziumgehalt zu den höchsten Sauerstoffgehalten hin.
Man bemerkt ferner, gleichzeitig wie eine Gesamtversetzung nach
unten, eine wechselseitige Vergrößerung des
unteren benachbarten Bereichs II (geringer Ca-%), in dem die Oxide
teilweise flüssig
sind, während
der obere benachbarte Bereich IV (hoher Ca-%) derjenige der flüssigen Oxide
bleibt, jedoch gemeinsam mit einem Niederschlag von Kalziumsulfid.
Man kann bemerken, dass die obere Grenze des Schmelzbarkeitsbereichs
(Übergang
von Zone I auf Zone IV) nicht vom MG-Gehalt abhängig ist,
sondern von demjenigen des Schwefels, wobei alle anderen Bedingungen
ansonsten selbstverständlich
die gleichen sind.
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Demgegenüber ist die gesamte Zone III
der Diagramme unter dem Übergangsbereich
II, d. h. diejenige, in der sich die Desoxidationseinschlüsse in fester
Phase befinden, weitgehend durch eine Wirkung gemeinsamer Vergrößerungen
des flüssigen
Bereichs I und des unteren benachbarten Übergangsbereichs II gekürzt.
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Wenn man jetzt die kleinen, runden,
unter jeder der beiden Figuren stehenden Symbole betrachtet, kann
man die gute Korrelation erkennen, die zwischen der Vergrößerung des
Schmelzbarkeitsbereichs I dank des Magnesiums in geringer Menge
gemäß der Erfindung,
und der Verstopfungserscheinung des Gießrohrs besteht. Die leeren
kleinen geometrischen Symbole stellen die erfolgreichen Güsse dar,
also ohne Verstopfung, während
die schwarzen vollen Symbole Güsse
kennzeichnen, bei denen bedeutende Verstopfungen aufgetreten sind.
Dazu ist zu bemerken, dass diese Symbole Kalzium- und Gesamtsauerstoffanalysen
von Analyseprüflingen
wiedergeben, die bei halbem Guss aus dem Verteiler entnommen wurden.
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Wie man sieht, entspricht der aufgelöste Kalziumpegel,
ab dem man flüssige
Oxide bildet, genau dem aufgelösten
Kalziumpegel, ab dem man die Gießbarkeit des Stahls verbessert.
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Erfindungsgemäß verleiht der Erhalt eines
geringen Werts des Magnesiumgehalts und seine Aufrechterhaltung
in dieser Höhe
von der Gießpfanne
(Ort, an dem die sekundäre
Einstellmetallurgie auf die endgültige Sorte
und das Beruhigen stattfinden) bis zur Schmelzkokille:
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- – eine
höhere
Flexibilität
für die
Kalziumbehandlung in der Pfanne, da der Bereich der zulässigen Gehalte
in Präsenz
von Magnesium größer ist,
insbesondere zum niedrigen Kalzium hin, wie man gesehen hat;
- – sowie
eine bessere Wiederholbarkeit der Ergebnisse: da die Wirkung des
Magnesiums selbst in sehr geringer Menge auf den Einschlussniederschlagsbereich
sehr empfindlich ist, kann man leicht den Bereich der Oxide in flüssiger Phase
verfehlen, wenn man ihn nicht kontrolliert.
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Selbstverständlich ist die Erfindung nicht
auf das beschriebene Beispiel begrenzt, sondern erstreckt sich auf
zahlreiche Varianten oder dergleichen, wenn ihre in den beigefügten Ansprüchen angegebener
Definition beachtet wird.
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Insbesondere wird man verstanden
haben, dass, wenn die von der Erfindung angestrebten Ergebnisse
bereits durch ihre Umsetzung mit einem Mindestgehalt des Metallbads
von etwa 2 ppm Magnesium erzielt werden können, dieser Wert nur eine
untere Grenze ist, die aufgrund der üblichen Sauerstoffgehalte des
endgültigen
Bads eine sichere Verbesserung des Fliessverhaltens garantiert.
Anders ausgedrückt,
die Erfindung kann noch bessere Ergebnisse hinsichtlich der Vergrößerung des
Schmelzbarkeitsbereichs I der Einschlüsse erzeugen, wenn man den
Mg-Gehalt entsprechend
dem tatsächlichen
Sauerstoffgehalt des Metallbads so einstellt, dass man sich dem
Wert annähert,
ohne ihn jedoch zu erreichen, bei dem das Mg beginnt, feste MgO-Spinellen
zu bilden, deren Präsenz
innerhalb des zu gießenden
Metalls dann die Wohltaten der Erfindung bezüglich der Verhütung von
Verstopfungen von Gießrohren
zunichte machen.
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3 zeigt
in Form einer Graphik den oberen Grenzwert des Mg-Gehalts entsprechend
demjenigen des Gesamtsauerstoffs des Bads, ab dem diese unerwünschten
Spinellen innerhalb des schmelzenden Stahlbads bei der Gießtemperatur
gebildet werden. Es wird darauf hingewiesen, das der betrachtete
Ca-Gehalt dem Mindestwert entspricht, um Oxide in flüssigem Zustand
ohne Zugabe von Mg zu erhalten. Wie man sieht, ist die, diesen oberen
Grenzwert darstellende Kurve, mit den ansteigenden Sauerstoffgehalten
regelmäßig anwachsend.
Dank der Merkmale ihres niedrigen Ursprungs sieht man, das ein Mg-Gehalt
von etwa 2 ppm ermöglicht,
bei jedem beliebigen Oxidierungspegel des Metallbads stets unter
einem Grenzwert der Bildung von Spinellen zu bleiben. Man sieht
ebenfalls, wenn man die Mitte der Kurve betrachtet, dass bei Gesamtsauerstoffgehalten
von 20 bis 30 ppm, was Werte sind, die normalerweise heutzutage
für Stähle mit
ultra-niedrigem Kohlenstoffgehalt erreicht werden, der nicht zu überschreitende
Grenzwert etwa um 6 ppm herum liegt, bei mehr oder weniger 2 ppm,
wenn man sich in der Nähe
des 30 ppm Sauerstoffs, oder der 20 ppm befindet.
