TECHNISCHES GEBIET
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Die vorliegende Erfindung betrifft ein exothermes Formadditiv zum
kontinuierlichen Gießen, bei dem dem Formadditiv zum kontinuierlichen
Gießen von Stahl exotherme Eigenschaften verliehen werden. Weiterhin
betrifft die vorliegende Erfindung ein exothermes Formadditiv zum
kontinuierlichen Gießen von Stahl, insbesondere ein Formadditiv, das in der
Lage ist, die Aufkohlung in einem Gußstück zu vermindern, und weiterhin
Oberflächendefekte des Produktes, wie Einschlüsse, Nadellöcher usw. zu
reduzieren.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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Formadditive zum kontinuierlichen Gießen von Stahl gibt man auf die
Oberfläche von geschmolzenem Stahl, der in eine Form gegossen wurde, damit
sich durch die Aufnahme der Wärme aus dem geschmolzenen Stahl eine
Strukturschicht oberhalb der geschmolzenen Stahloberfläche ausbildet, aus
einer geschmolzenen Schlackeschicht, einer gesinterten Schicht und einer
ungeschmolzenen Schicht aus dem ursprünglichen Formadditiv, die dann
allmählich unter Ausübung verschiedener Funktionen verbraucht wird. Ihre
Hauptrolle kann beispielsweise darin bestehen, daß sie bewirken:
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(1) Eine Gleitwirkung zwischen der Form und einer verfestigten
Hülle;
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(2) eine Schmelz- und Absorptionswirkung von Einschlüssen, die vom
Inneren des geschmolzenen Stahls aufschwimmen, und
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(3) eine Wärmeisolierungswirkung des geschmolzenen Stahls und
dergl.
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In jüngerer Zeit wurde ein erheblicher Fortschritt in der Technologie
des kontinuierlichen Gießens von Stahl gemacht, und die Anforderungen an
Formadditive, die einen Einfluß auf die Qualität der Gußstücke und der
Verfahrensstabilität haben, haben sogar noch zugenommen, so daß die
Qualität von Formadditiven so konzipiert wird, daß sie den verschiedenen
Stahlkomponenten und Gießbedingungen angepaßt ist.
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Die Rolle der Formadditive, wie sie vorher unter (1) und (2) erläutert
wurde, ist von äußerster Bedeutung zum Einstellen der Eigenschaften der
Formadditive, wie des Erweichungspunktes, der Viskosität usw., so daß die
Auswahl der chemischen Zusammensetzung wichtig ist.
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Andererseits ist zur Wärmeisolierung des geschmolzenen Stahls gemäß
(3) die Schmelzgeschwindigkeit, die durch die kohlenstoffhaltigen
Rohmaterialien und die Pulvereigenschaften, wie die Schüttdichte, die
Ausbreitbarkeit usw., kontrolliert wird, wichtig.
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Ganz kürzlich hat man exotherme "Front"-Additive, durch welche die
Temperaturen in dem geschmolzenen Stahl in einen Meniskusteil in der Form
beibehalten werden, entwickelt, um die Anforderungen (3) zu verbessern, und
um die Qualität der Gießlinge zu verbessern, werden metallische exotherme
Materialien, wie Ca-Si, Al usw. den Formadditiven zugegeben, um Wärme dem
geschmolzenen Stahl dadurch zuzuführen, daß exotherme Reaktionen aus der
Oxidation in der Form ablaufen, wobei es wünschenswert ist, daß diese nach
der Reaktion schnell schmelzen, um dann das gleiche Verhalten zu zeigen wie
ein normales Formadditiv nach dem Schmelzen. Weiterhin besteht auch ein
Bedürfnis nach einem exothermen Formadditiv für den Hauptstrang. Der
Ausdruck "Front"-Additiv bedeutet ein Formadditiv, das beim unregelmäßigen
Gießen (zu Beginn des Gießens, während des "tundish"-Austausches) gebraucht
wird, und ein Formadditiv für den Hauptstrang bedeutet ein Formadditiv, das
während des regulären Gießens gebraucht wird.
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Für ein exothermes Formadditiv ist es jedoch nicht nur notwendig,
durch exotherme Reaktionen Wärme aufzunehmen, sondern daß es auch seine
zugedachte Funktion als Formadditiv nach der exothermen Reaktion, wie oben
beschrieben, ausübt, und dabei treten eine Reihe von Problemen hinsichtlich
der Qualität auf.
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Wenn man ein für die Praxis geeignetes exothermes Formadditiv zum
kontinuierlichen Gießen entwickelt, ist es erforderlich, die nachfolgenden
drei Bedingungen zu erfüllen:
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(i) Die aktiven Additive müssen zum Zeitpunkt der Herstellung,
während der Lagerung und der Anwendung sicher sein;
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(ii) die exothermen Reaktionen, durch welche ausreichende kalorische
Werte zur Verfügung gestellt werden, müssen schnell und gleichmäßig
eintreten, ohne daß nichtumgesetzte Substanzen zurückbleiben, und die
kalorischen Werte, die Flammen erzeugenden Mengen usw. müssen die
angewendeten Gießbedingungen entsprechen; und
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(iii) die exothermen Reaktionsprodukte bilden schnell eine
geschmolzene Glasschicht und müssen anschließend durch Fließen zwischen die
Form und einer verfestigten Hülle verbraucht werden.
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Es sind schon eine Reihe von exothermen Formadditiven vorgeschlagen
worden, jedoch entspricht keines der bisherigen Formadditive den
vorerwähnten drei Erfordernissen.
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Beispielsweise wird in der JP-OS Nr. 48-97735 ein Formadditiv
beschrieben, bei dem Silicium, Ferrosilicium und Calcium-Silicium als
exotherme Substanzen zugegeben werden. Dort wird offenbart, daß diese
exothermen Substanzen einerseits als Schlackekontrollmittel dienen, und daß
andererseits die Verbrennungswärme durch die Umsetzung mit Sauerstoff in
der Atmosphäre erzielt wird.
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Wenn jedoch das als exotherme Substanz zugegebene Metallpulver durch
die Umsetzung in festem oder flüssigen Zustand nach dem Verbinden mit dem
Sauerstoff in der Atmosphäre Oxid wird, und dann in der geschmolzenen
Schlacke aus dem Formadditiv aufgenommen wird, treten leicht eine Reihe von
Störungen auf. Es ist allgemein bekannt, daß beim kontinuierlichen Gießen
Gas aus einer Schamotte eingeblasen wird und zwar Gase, wie Argon usw., die
in die Form eintreten und in das Formadditiv einfließen, wobei die
Metalloxidations-Geschwindigkeit sich nicht stabilisiert, so daß
nichtumgesetztes Metall zurückbleibt und dann leicht in die geschmolzene
Formadditivschlacke oder den geschmolzenen Stahl eindringt, und dadurch die
Schmierwirkung des Schlackefilms aus dem Formadditiv stört. Da andererseits
dadurch eine Qualitätsverschlechterung der Formlinge eintritt, weil
nichtumgesetztes Metall in den Stahl aufgenommen wird, und dadurch
Einschlüsse und dergl. verursacht, ist dies für die Praxid unerwünscht.
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In den JP-OS'en 53-70039 and 58-154445 wird die Zugabe von Aluminium,
Aluminiumlegierungen, Calcium und Calciumlegierungen beschrieben, jedoch
schließen diese Additive aktive Substanzen ein, und sie sind im Hinblick
auf (i) oben unpraktisch.
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Zwar wird in der Japanischen Patentveröffentlichung Nr. 57-7211 ein
Formadditiv, bei dem eine Ca - Si-Legierung formuliert wird, offenbart,
jedoch wird deren exotherme Reaktion nicht speziell beschrieben, und aus
den Beispielen kann man entnehmen, daß die Verbrennungswärme erzielt wird
durch Umsetzen des Metalls mit dem atmosphärischen Sauerstoff, und dies hat
den Nachteil, wie er bei dem Verfahren entsprechend der JP-OS 48-97735
beschrieben wird, und ist infolgedessen aus den Gesichtspunkten gemäß (ii)
und (iii) nicht praktikabel.
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Die Viskosität von geschmolzenem Stahl aus sogenannten außerordentlich
Niedrig-Kohlenstoff-haltigem Stahl mit einer niedrigen
Kohlenstoffkonzentration, dessen Produktion in den vergangenen Jahren
angestiegen ist, hoch ist, kann die Zufuhr von Wärme zu dem Meniskus in
einer Form leicht unzureichend sein, und Einschlüsse und Gase, die vom
Inneren des geschmolzenen Stahls aufsteigen, können leicht durch Bildung
einer nichterwünschten verfestigten Hülle eingefangen werden. Da die
eingefangenen Einschlüsse und Gase als Defekte in den Gießlingen als
Nadellöcher, als Blasen, Schlackeinschlüsse und dergl. verbleiben, wird ein
Flammstrahlen erforderlich, und es ist nicht nur schwierig, Warmwalzen
(nachfolgend als HCR abgekürzt) durchzuführen, oder direktes Warmwalzen
(nachfolgend als HDR abgekürzt) durchzuführen, sondern dies stört auch bei
einer anschließenden plastischen Verarbeitung.
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Um eine gute, von Beginn an verfestigte Hülle auszubilden, die keine
Einschlüsse aufweist, ist es erforderlich und unabdingbar, die
Temperaturerniedrigung des Meniskus im Inneren der Schmelze zu überwachen,
und die Isolierwirkung eines Schmelzadditivs wird wichtiger als bei einem
üblichen ruhig vergossenen Stahl mit niedrigem Kohlenstoff- und
Aluminiumgehalt.
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Bei Stahl mit extrem niedrigen Kohlenstoffgehalt ist es bei einem
Verfahren nach einer RH-Vakuum-Entgasungsbehandlung (Rheinstahl Hüttenwerke
& Heräus) erforderlich, die Aufkohlung zu kontrollieren und auch die durch
das Formadditiv verursachte Zementierung. Zwar ist es für ein Formadditiv
wünschenswert, daß der Kohlenstoffgehalt gering ist, jedoch wird durch
einfache Erniedrigung des Kohlenstoffgehalts eine Reihe von Problemen
aufgeworfen. Kohlenstoffhaltige Rohmaterialien werden nicht nur bei einem
Formadditiv zum Einstellen der Schlackeschmelzgeschwindigkeit verwendet, um
die Dicke der geschmolzenen Schlackeschicht einzustellen, sondern wirken
auch gleichzeitig als Sinterkontrollmittel für verschiedene Rohmaterialien
in einer nichtgeschmolzenen ursprünglichen Formadditivschicht und halten
gleichzeitig eine Schicht mit niedriger Wärmeleitfähigkeit aufrecht, wobei
sie durch die exothermen Reaktionen beim Oxidieren warmgehalten werden.
Wenn man also den Kohlenstoffgehalt einfach verringert, dann trägt dies zum
Kontrollieren der Zementierung bei, wobei sich jedoch die
Wärmeisoliereigenschaften verschlechtern und dadurch nicht nur die Qualität
des Gießlings verschlechtert wird, sondern auch die Einstellung der
Schlackeschmelzgeschwindigkeit schwierig wird, so daß die Dicke der
geschmolzenen Schlackeschicht zu dick wird, und dadurch manchmal
Betriebsstörungen eintreten.
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Wie vorher erwähnt, ist es unabdingbar, ein Formadditiv für einen
Stahl mit extrem niedrigem Kohlenstoffgehalt zu entwickeln, bei dem keine
Zementierung verursacht, und das ausgezeichnete Wärmeisoliereigenschaften
aufweist. Ein solches Prdukt ist jedoch bisher nicht entwickelt worden.
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Beispielsweise wird in der JP-OS 64-66056 die Verwendung von stark
reduzierenden Substanzen, wie Metall usw., beschrieben, um den
Kohlenstoffgehalt auf weniger als 1 % zu verringern. Die exothermen
Oxidationsreaktionen von zugegebenen stark reduzierenden Substanzen hängen
von der Luftoxidation ab, und weiterhin wird die
Schlackebildungsgeschwindigkeit dadurch kontrolliert. Bei dem derzeitigen Verfahren, bei
dem Gas aus einer Schamotte beim kontinuierlichen Gießen eingeblasen wird,
tritt Argongas in die Form und schwimmt auf die Oberfläche auf, und dadurch
wird es schwierig, die Oxidationsgeschwindigkeit der stark reduzierenden
Substanzen zu stabilisieren, weil man stabile exotherme Reaktionen nicht
erzielen kann, und weiterhin nichtumgesetzte Additive zurückbleiben und
sich leicht mit der Schlacke aus dem geschmolzenen Formadditiven oder dem
geschmolzenen Stahl vermischen, und dadurch die Schmiereigenschaften des
Schlackefilms aus dem Formadditiv stören, und es wird eine Verunreinigung
des Stahls durch nichtumgesetzte Substanzen verursacht, die dann zu
Einschlüssen und dergl. führen, und dadurch tritt dann eine
Verschlechterung bei den Gießlingen ein, was nicht für die Praxis erwünscht
ist.
OFFENBARUNG DER ERFINDUNG
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Aufgrund von zahlreichen Untersuchungen, um diese vorher angegebenen
Probleme zu lösen, haben die vorliegenden Erfinder gefunden, daß alle die
vorher beschriebenen Nachteile der üblichen exothermen Formadditive
vermieden werden können. Gemäß einem Aspekt der Erfindung wird ein
exothermes Formadditiv zum kontinuierlichen Gießen zur Verfügung gestellt,
das dadurch gekennzeichnet ist, daß es 20 bis 90 Gew.-% von Grund-
Rohmaterialien umfaßt, z.B. Portland-Zement, Dicalciumsilicat, Wollastonit,
gelbe Phosphorschlacke, Hochofenschlacke, synthetisches Calciumsilicat,
Kalkstein, Dolomit, Magnesia, Aluminiumoxid, Titanoxid, 0 bis 10 Gew.-%
Silicium-haltige Rohmaterialien, enthaltend mehr als 50 Gew.-% SiO&sub2;-
Gehalt, 0 bis 20 Gew.-% Flußmittel-Rohmaterialien, 2 bis 30 Gew.-% einer
oder mehrerer Arten von Komponenten, ausgewählt aus Carbonaten,
Bicarbonaten und Nitraten von Alkalimetallen als exotherme Materialien, und
3 bis 30 Gew.-% einer oder mehrerer Arten von Komponenten, ausgewählt aus
Kohlenstoff, Silicium und Siliciumlegierungen als reduzierende Materialien,
wobei die jeweiligen Mengen der exothermen Materialien, reduzierenden
Materialien und SiO&sub2;-haltigen Materialien so ausgewählt sind, daß sie die
Reduktion der exothermen Materialien durch die reduzierenden Materialien
beschleunigen.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein
exothermes Formadditiv zum kontinuierlichen Gießen zur Verfügung gestellt,
das dadurch gekennzeichnet ist, daß es umfaßt: 20 - 90 Gew.-% von Grund-
Rohmaterialien, 0 - 10 Gew.-% Silicium-haltige Rohmaterialien, enthaltend
mehr als 50 Gew.-% SiO&sub2;-Gehalt, 0 - 20 Gew.-% Flußmittel-Rohmaterialien, 2
- 30 Gew.-% von einer oder mehreren Arten von Komponenten, ausgewählt aus
der Gruppe, bestehend aus Carbonaten, Bicarbonaten und Nitraten, von
Alkalimetallen als exotherme Materialien, wobei der unvermeidbare freie
Kohlenstoff weniger als 0,5 Gew.-% beträgt.
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Gemäß einem weiteren Aspekt betrifft die vorliegende Erfindung ein
exothermes Formadditiv zum kontinuierlichen Gießen, das dadurch
gekennzeichnet ist, daß es umfaßt 30 - 90 Gew.-% Grund-Rohmaterialien,
0 - 10 Gew.-% Silicium-haltige Rohmaterialien, enthaltend mehr als 50 Gew.-
% SiO&sub2;-Gehalt, 0 - 20 Gew.-% Flußmittel-Rohmaterialien, 2 - 30 Gew.-% einer
oder mehreren Arten von Komponenten, ausgewählt aus der Gruppe bestehend
aus Carbonaten, Bicarbonaten und Nitraten von Alkalimetallen als exotherme
Materialien, 0,5 - 5 Gew.-% Kohlenstoff-haltige Rohmaterialien und 1 - 20
Gew.-% Silicium oder Siliciumlegierungen oder beide als reduzierende
Materialien.
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Gemäß einem noch weiteren Aspekt betrifft die vorliegende Erfindung in
exothermes Formadditiv zum kontinuierlichen Gießen, das dadurch
gekennzeichnet ist, daß es 0 - 30 Gew.-% Flammenkontrollmaterialien,
umfassend Eisenoxide, enthält.
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Der Nachteil der meisten üblichen exothermen Formadditive besteht
darin, daß meistens exotherme Quellen auf der Reaktionswärme zwischen einem
Metall, das ein exothermes Material ist, und dem atmosphärischen Sauerstoff
oder anderen oxidierenden Materialien beruhen.
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Um diese Nachteile zu überwinden, sind in den exothermen Formadditiven
zum kontinuierlichen Vergießen gemäß der vorliegenden Erfindung ein oder
mehrere Arten von Komponenten enthalten, die ausgewählt sind aus einer
Gruppe, umfassend Carbonate, wie Bicarbonate, und Nitrate von
Alkalimetallen, und ein oder mehreren Arten von Komponenten, die ausgewählt
sind aus einer Gruppe, umfassend Kohlenstoff, Silicium und
Siliciumlegierungen als reduzierende Materialien. Aus diesem Grund kann die
Oxidationsgeschwindigkeit der zugegebenen metallischen Rohmaterialien und
der kohlenstoffhaltigen Rohmaterialien so kontrolliert werden, daß die
Schlackebildung allmählich verläuft. Dadurch, daß man in einem Stahl mit
niedrigem Kohlenstoffgehalt die Komponenten dieser reduzierenden
Materialien kontrolliert, wurden neue exotherme Systeme, die die Aufkohlung
erschweren, gefunden.
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Wenn man nämlich die exothermen Formadditive zum kontinuierlichen
Gießen in die Form gibt, werden zusätzlich zu den vorerwähnten exothermen
Materialien, die in der Lage sind, schnell mit den reduzierenden
Materialien zu reagieren, so daß man durch Oxidation dieser reduzierenden
Materialien die exotherme Reaktionswärme enthält, Alkalimetalle, z.B.
Natriumgase, durch die Reduktion der exothermen Materialien gebildet, und
diese Natriumgase können mit dem Sauerstoff in der Atmosphäre reagieren,
wodurch man eine große Verbrennungswärme erhält.
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Bei den erfindungsgemäßen Formadditiven zum kontinuierlichen Gießen
ist die Umsetzung zwischen den exothermen Materialien und den reduzierenden
Materialien bemerkenswert schnell, und weil auch die Oxidation der
Alkalimetalle, z.B. von Natrium, eine gasförmige Reaktion ist, ist die
Reaktionsgeschwindigkeit schnell und kann stabil stattfinden, so daß die
vorerwähnten Nachteile nicht auftreten.
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Es ist wünschenswert, die reduzierenden Materialien in einer Menge von
3 - 30 Gew.-% zuzugeben. Beträgt die Menge weniger als 3 Gew.-%, dann ist
die Reaktionswärme niedrig und ineffektiv. übersteigt die Menge 30 Gew.-%,
dann wird die exotherme Wärme zu groß, und die Verarbeitbarkeit wird durch
die Erzeugung von großen Flammen erschwert, wodurch es schwierig wird, in
das Innnere der Form zu schauen, so daß auch dies nicht bevorzugt wird.
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Hinsichtlich der Reaktion zwischen SiO&sub2; und Na&sub2;CO&sub3; ist es bekannt, daß
SiO&sub2; die Zersetzung von Na&sub2;CO&sub3; beschleunigt, wie dies in einem Bericht von
Iron Manufacture Research, No. 299, 1970, auf Seiten 52 bis 60, beschrieben
wird, und da SiO&sub2; in einem normalen Formadditiv als Einstellmittel für die
Basizität zugegeben wurde, haben die Erfinder die Wirkung von SiO&sub2; auf die
Reaktionsgeschwindigkeit zwischen exothermen Materialien und reduzierenden
Materalien untersucht. Als Ergebnis wurde festgestellt, daß
Natriumcarbonat, Natriumbicarbonat und Natriumnitrat bevorzugt mit SiO&sub2;
unter Bildung von xNa&sub2;O ySiO&sub2; reagieren, wenn eine große Menge von
Rohmaterialien vom SiO&sub2;-Typ vorhanden sind, so daß es schwierig wird, durch
die reduzierenden Materialien eine reduzierende Wirkung zu erzielen, und um
Wärme durch Verbrennung von Natriumgas zu erhalten, ist es erforderlich,
die Menge an Rohmaterialien vom SiO&sub2;-Typ mit einem SiO&sub2;-Gehalt von mehr als
50 Gew.-% auf weniger als 10 Gew.-% zu beschränken.
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Gemäß einer Ausführungsform des exothermen Systems der vorliegenden
Erfindung wirken kohlenstoffhaltige Rohmaterialien als reduzierendes
Material, das mit einem exothermen Material reagiert, und einerseits
oxidiert wird, und andererseits eine Rolle spielt bei der Erniedrigung des
Sauerstoffpartialdrucks der ursprünglichen Formadditivschicht und der
gesinteren Schicht. Da der Sauerstoffpartialdruck der ursprünglichen
Formadditivschicht und der gesinterten Schicht niedrig ist, wird keine
Oxidschicht aus SiO&sub2; an der Oberfläche gebildet, und SiO-Gas bildet sich in
einem Oxidationsprozeß von Silicium oder Siliciumlegierung, und eine
frische Metalloberfläche ist immer an der Oberfläche freigelegt, und die
Oxidationsreaktion kann glatt und schnell ablaufen.
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Die Menge an zugegebenen exothermen Materialien liegt
wünschenswerterweise im Bereich von 2 - 30 Gew.-%. Beträgt die Menge
weniger als 2 Gew.-%, dann ist die Reaktionswärme zu gering und hat keine
Wirkung. übersteigt die Menge 30 Gew.-%, dann wird die exotherme Menge zu
groß, und es bilden sich große Flammen und das ist nicht erwünscht.
Weiterhin dient nach Beendigung der exothermen Reaktion das exotherme
Material als geschmolzenes Flußmittel
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Als reduzierende Materialien können Kohlenstoff, Silicum oder eine
Siliciumlegierung oder eine Mischung davon verwendet werden. Benötigt man
jedoch einen Stahl mit extrem niedrigem Kohlenstoffgehalt, wird
vorzugsweise Silicium oder eine Siliciumlegierung oder eine Mischung davon
verwendet.
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Um die Aufkohlung in einem Stahl mit extrem niedrigem
Kohlenstoffgehalt zu kontrollieren, ist es erforderlich, die Aufkohlung,
die sich aus dem Formadditiv ergibt, soweit wie möglich zu kontrollieren.
Obwohl es wünschenswert ist, daß die Formadditive einen geringen
Kohlenstoffgehalt haben, wird durch einfaches Variieren des
Kohlenstoffgehalts eine Reihe der vorher erwähnten Probleme verursacht.
Infolgedessen ist es in diesem Fall bevorzugt, Kohlenstoff und Silicium
oder eine Siliciumlegierung in einer kontrollierten Menge zu verwenden. In
diesem Fall ist es bevorzugt, daß das Additiv 0,5 - 5 Gew.-%
kohlenstoffhaltiges Rohmaterial und 1 - 20 Gew.-% Silicium oder einer
Siliciumlegierung oder einer Mischung davon als reduzierende Materialien
enthält. In diesem Fall liegen die Mengen an zugeführtem
kohlenstoffhaltigen Rohmaterialien wünschenswerterweise im Bereich von
0,5 - 5 Gew.-%. Beträgt die Menge weniger als 0,5 Gew.-%, wird der
Sauerstoffpartialdruck der nichtgeschmolzenen Schicht und der gesinterten
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Schicht nicht erniedrigt, und es ist schwierig, das Silicium und die
Siliciumlegierung zu oxidieren, und dies ist nicht bevorzugt. übersteigt
die zugegebene Menge 5 Gew.-%, dann ist zuviel Kohlenstoff vorhanden, und
nichtumgesetzter fester Kohlenstoff kann leicht an der Grenzfläche zwischen
der Sinterschicht und der geschmolzenen Schlackeschicht zurückbleiben, und
dadurch findet eine Aufkohlung statt, die ebenfalls nicht bevorzugt ist.
Deshalb liegen die Mengen an Silicium oder Siliciumlegierung oder einer
Mischung davon, die zugegeben wird, vorzugsweise in einem Bereich von
1 -20 Gew.-%. übersteigt die Menge 20 Gew.-%, dann treten große Flammen auf
und das ist nicht bevorzugt.
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Zusätzlich zu dem exothermen System aus den genannten exothermen
Materialien und reduzierenden Materialien können je nach den angewendeten
Bedingungen, wie den Gießbedingungen, die erfindungsgemäßen Formadditive
aus einer Kombination der Grund-Rohmaterialien, der Siliciumdioxid-haltigen
Rohmaterialien, der Flußmittelrohmaterialien usw. aufgebaut sein.
Als-Grund-Rohmaterial kann man Portland-Zement, Dicalciumsilicat,
Wollastonit, gelbe Phosphorschlacke, Hochofenschlacke, synthetisches
Calciumsilicat, Kalkstein, Dolomit, Magnesia, Aluminiumoxid, Titanoxid usw.
verwenden. Insbesondere kann man solche Rohmaterialien, die bisher nicht
ohneweiteres verwendet werden konnten, aufgrund ihrer endothermen Reaktion
beim Zersetzen, wie Kalkstein und Dolomit, enthaltend CO&sub2;-Gas, verwenden.
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Die Menge der Grund-Rohmaterialien, die zugegeben werden, liegt im
Bereich von 20 - 90 Gew.-%, vorzugsweise 30 - 90 Gew.-%. Beträgt diese
Menge weniger als 20 Gew.-%, dann wird die Menge der anderen zugegebenen
Rohmaterialien verhältnismäßig groß und kann nicht die Funktionen erfüllen,
die ein Formadditiv ursprünglich hat, und somit ist dies nicht bevorzugt.
übersteigt die zugegebene Menge 90 Gew.-%, dann wird die Menge der anderen
zugegebenen Rohmaterialien verhältnismäßig klein, und es wird schwierig,
gewissen Eigenschaften des Formadditivs zu kontrollieren, wie die
Schüttdichte, die Ausbreitbarkeit usw., und es werden auch die exothermen
Eigenschaften verringert, und dies wird nicht bevorzugt.
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Siliciumhaltige Rohmaterialien werden zum Einstellen der Schüttdichte
eines Formadditivs und des Gewichtsverhältnisses von CaO/SiO&sub2; des
Formadditivs, berechnet in Oxid-Aquivalenten, verwendet, wobei man Perlit,
Flugasche, Silicasand, Feldspat, Silicapulver, Diatomit, Natriumsilicat,
Kaliumsilicat, Glaspulver, Silicastaub usw., verwendetn kann. Die Menge der
zugegebenen Silica-Rohmaterialien liegt im allgemeinen im Bereich von 0 bis
10 Gew.-%.
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Flußmittel-Rohmaterialien werden verwendet, um die
Schmelzeigenschaften des Formadditivs einzustellen, und man kann
Flußmittel-Rohmaterialien verwenden, die in normalen Formadditiven
verwendet werden, wie Natriumfluorid, Kryolit, Fluorit, Bariumcarbonat,
Borsäure, Borax, Colemanit, Magnesiumfluorid, Lithiumfluorid,
Aluminiumfluorid, Manganoxid usw.
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Bei einem erfindungsgemäßen Produkt liegen die Mengen des zuzugebenden
Flußmittel-Rohmaterials, weil exotherme Materialien die Funktionen als
Flußmittel nach Beendigung der Reaktion übernehmen können, in dem Bereich
von 0 bis 20 Gew.-%. übersteigt die Menge 20 Gew.-%, dann kann sich die
Zusammensetzung des Formadditivs aufgrund des Verdampfens beim Schmelzen
verändern, oder die Eintauchdüse beim Einlaufenlassen des geschmolzenen
Stahls in die Form kann gewaltsam beschädigt werden, so daß dies nicht
bevorzugt ist.
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In den Fällen, in denen es wünschenswert ist, die durch das Verbrennen
von Alkalimetallen, wie Natriumgas, je nach den angewendeten Bedingungen,
gebildeten Flammen zu kontrollieren, kann man die Flammen durch die Zugabe
von Eisenoxiden als Quelle für die Sauerstoffzufuhr einstellen, und als
flammkontrollierendes Material, um die oxidative Verbrennung des
Natriumgases schnell ohne Erniedrigung der kalorischen Werte durchzuführen.
Das Eisenoxid als Flammen-regulierendes Material kann in einem Bereich
unterhalb 30 Gew.-% zugegeben werden. Ubersteigt die Menge 30 Gew.-%, dann
wird Eisen durch das Reduzieren des Eisenoxids mittels des Natriumgases
gebildet, das in dem geschmolzenen Stahl nicht schnell schmilzt und damit
in dem Formadditiv verbleibt und die ursprünglichen Eigenschaften des
Formadditivs verschlechtert, und deshalb ist dies nicht bevorzugt.
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Besteht die Gefahr, daß Kohlenstoff in dem Stahl aufgenommen wird, wie
dies bei einem Stahl mit extrem niedrigem Kohlenstoff, rostfreiem Stahl
usw. der Fall ist, dann kann man die Aufnahme von Kohlenstoff verhindern,
indem kein kohlenstoffhaltiges Rohmaterial als reduzierendes Material
verwendet, und die Menge an Kohlenstoff, die unvermeidbar von anderen
Rohmaterialien kommt, auf 0,5 Gew.-% kontrolliert.
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Weiterhin kann man das erfindungsgemäße exotherme Formadditiv zum
kontinuierlichen Gießen in Form eines Pulvers verwenden, wobei in diesem
Pulver die Rohmaterialien in körnigem Zustand vermischt sind, und das
Granulieren das Ergebnis einer Extrusionsgranulierung, Rührgranulierung,
Fließgranulierung, Walzgranulierung, Sprühgranulierung usw. ist.
Beste Ausführungform zur Durchführung der Erfindung
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Nachfolgend wird das exotherme Formadditiv der vorliegenden Erfindung
ausführlich anhand der Beispiele erläutert.
Beispiele
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Die Zusammensetzungen und die Ergebnisse nach der praktischen
Anwendung der erfindungsgemäßen Produkte und von Vergleichsprodukten werden
in der nachfolgenden Tabelle 1 gezeigt. Weiterhin werden andere
Zusammensetzungen und Ergebnisse nach der praktischen Anwendung der
erfindungsgemäßen Produkte und der Vergleichsprodukte in der nachfolgenden
Tabelle 2 gezeigt. In den Tabellen 1 und 2 sind die erfindungsgemäßen
Produkte Nr. 4 und 13 körnige Produkte, bei denen Wasser zu einer Mischung
der pulverförmigen Rohmaterialien gegeben wurde, worauf man anschließend
knetete, und dann erfolgte die Granulierung zu einer Säulenform in einem
Extrusionsgranulator, und die anderen Produkte sind Pulverprodukte, in
denen die Pulverzusammensetzungen in einem V-Mischer vermischt wurden.
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Die Zahlen der jeweiligen Komponenten in den Spalten der jeweiligen
Tabelle geben Gewichtsprozent an.
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In der Spalte mit der Angabe der Stahlart beträgt der
Kohlenstoffgehalt von Stahl mit extrem niedrigem Kohlenstoffgehalt, Stahl
mit niedrigem Kohlenstoffgehalt, Stahl mit mittlerem Kohlenstoffgehalt und
rostfreiem Stahl jeweils weniger als 0,01 % 0,01 - 0,08 %, 0,08 - 0,22 %
bzw. unter 0,15 %.
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In der Spalte über die getesteten Mengen bedeutet try die Zahl der
getesteten Tage, und der Ausdruck "ch" bedeutet die Anzahl der Ansätze.
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In der Spalte, die die Ergebnisse bewertet, bedeuten unter
"Verarbeitbarkeit":
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gut; normal; Δ schlecht und X sehr schlecht;
unter "exothermen Eigenschaften":
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gut; normal; Δ schlecht und X sehr schlecht.
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Die Zahlen unter dem "Gußeinschlußindex" bezeichnen die Rate an
erzeugten Einschlüssen, bezogen auf die Zahlen des Beispiels 1.
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Die Zahlen unter dem Index für die in den Gießlingen vorhandenen
Nadellöcher oder Gasblasen bezeichnen die Rate der erzeugten Anzahl bezogen
auf die Zahlen des Beispiels 11.
Tabelle 1
Tabelle 1 - Fortsetzung
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Anmerkung: In der Tabelle bedeuten "Lücken "nicht gemessen
Bei den getesteten Mengen bedeutet "Front", das die Formadditive zu
Beginn des Gießens verwendet wurden und "Main" bedeutet, daß die
Formadditive im Laufe des Gießens verwendet wurden.
Tabelle 2
Tabelle 2 - Fortsetzung
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Anmerkung: in der Tabelle bedeuten "Lücken" nicht gemessen.
Industrielle Anwendbarkeit
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Ein exothermes Formadditiv zum kontinuierlichen Gießen gemäß der
Erfindung zeigt eine ausgezeichnete Verarbeitbarkeit und exotherme
Eigenschaften als Formadditiv, das zu Beginn und im Laufe des Gießens für
verschiedene Stahlarten verwendet werden kann und ergibt Stahlgußstücke mit
sehr wenigen Defekten wie Einschlüssen, Nadellöchern usw. Insbesondere
ergibt ein Formadditiv, bei dem mehr als eine Art der Komponenten
ausgewählt ist aus einer Gruppe umfassend Carbonate, Bicarbonate und
Nitrate von Alkalimetallen als exotherme Materialien, und
kohlenstoffhaltige Rohmaterialien und Silicium oder Siliciumlegierungen
oder eine Mischung davon als Reduktionsmaterialien, zugegeben und
formuliert werden, keine Aufkohlung, und weist ausgezeichnete
Isoliereigenschaften auf, und weiterhin tritt keine Verunreinigung und
dergl. des Stahls durch nicht-umgesetzte Substanzen ein.