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Die Erfindung betrifft die Herstellung von kohlenstoffarmen weichen Stählen. Hierunter sollen solche Stähle verstanden werden, die für Zwecke geeignet sind, bei denen eine gute Warm- und Kaltverformbarkeit erfoderlich sind oder bei denen besonders niedrige Kohlenstoffgehalte zur Erzielung besonderer Eigenschaften erforderlich sind.
Im einzelnen handelt es sich um Stähle für Tiefzieh- und Emaillierzwecke, für Material zum Einsenken, Gesenkschmieden, Eindrücken od. dgl. Ferner handelt es sich um solche weichen Stähle, wie sie für weichmagnetische Zwecke, insbesondere auch mit höheren Silizium- und gegebenenfalls Aluminium-Gehalten, verlangt werden. Es handelt sich auch um solche legierten Stähle, die z. B. in ihrem physikalischen Verhalten, Korrosionsbeständigkeit, Konzerfallsbeständigkeit und Schweissbarkeit, durch besonders niedrige Kohlenstoffgehalte beeinflusst werden sollen.
Die Herstellung von Stählen dieser Art erfolgte bisher auf verschiedene Weise. Das Problem bei der Herstellung bestand insbesondere darin, den Kohlenstoffgehalt auf die verlangten niedrigen Gehalte zu bringen.
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Temperaturbereichen. Allgemein kann gesagt werden, dass die Aufgabe, besonders niedrige Kohlenstoffgehalte im Frischprozess zu erzielen, zeitraubend und schwierig und von einem starken Verschleiss der Frischeinrichtungen begleitet ist. Es kommt noch hinzu, dass bei unberuhigten Stählen die grosse Gefahr besteht, dass beim Abstechen und Transportieren der Stahl in der Pfanne überkocht, was auch stossartig erfolgen kann und erhebliche Gefahren für die Bedienungsmannschaften bedeuten würde.
Daher gibt man üblicherweise im Stahlwerk eine bestimmte Menge von Beruhigungsmitteln zu, die zwar das unberuhigte Erstarren des Stahles noch zulässt, wo aber unvermeidlich ist, dass die Zusätze sich mindestens zum Teil als unerwünschte nichtmetallische Einschlüsse im fertigen Stahl bemerkbar machen.
Um dieses zu umgehen, sind auch Verfahren bekannt, Stähle, die metallurgisch mit höheren Kohlenstoffgehalten hergestellt sind, nachträglich, vornehmlich nach dem Walzen zu Blechen oder Bändern, zu entkohlen. Dieses Verfahren erfordern einen erheblichen Aufwand an technischen Einrichtungen, reduzierenden Mitteln, Zeit und Energie.
Nach der Erfindung sollen Stähle hergestellt werden, die schon im Block die gewünschten, besonders niedrigen Kohlenstoffgehalte aufweisen. Dabei sollen Kohlenstoffgehalte unter 0, 010% erzielt werden.
Gegenstand des Stammpatentes ist ein Verfahren zum Entgasen von Stählen, gegebenenfalls auch von Gusseisen oder andern Metallen, die in einer Schmelzvorrichtung ohne Anwendung von Vakuum erschmolzen sind, mittels Unterdruckbehandlung im fallenden Strahl, dass dadurch gekennzeichnet ist, dass die Unterdruckbehandlung vorgenommen wird, während die Schmelze aus der Schmelzeinrichtung in das Vakuum einläuft.
Die Erfindung betrifft nun die Anwendung des Abstichentgasungsverfahrens nach dem Stammpatent zur Herstellung von kohlenstoffarmen, gegebenenfalls nachträglich noch zusätzlich, insbesondere mit Silizium und/oder Aluminium, legiertem Stahl mit der Massgabe, dass von einem auf Kohlenstoffgehalte in der Grössenordnung von etwa 0, 03 bis 0, 12%, vorzugsweise 0, 03 bis 0, 06%, eingestellten Stahlbad ausgegangen wird und dass das Vakuum im Verhältnis zu den im Behandlungsgut vorhandenen Kohlenstoff- und entsprechenden vorhandenen oder herbeigeführten Sauerstoff-Mengen so eingestellt wird, dass Kohlenstoffgehalte unter 0, 010% erreicht werden.
Erfindungsgemäss wird ein Stahl in einer beliebigen Frischvorrichtung (SM-, Elektro-Ofen, Wind- oder Sauerstoff-Frischgefäss) gefrischt, u. zw. werden Kohlenstoffgehalte in der Grössenordnung von 0, 03 bis 0, 12, vorzugsweise 0, 03 bis 0, 06%, eingestellt, sodann der Stahl unberuhigt abgestochen und während des Abstiches einer Vakuumbehandlung unterzogen. Die Höhe des Unterdruckes wird dabei im Verhältnis zu den im Behandlungsgut vorhandenen Kohlenstoff-und entsprechenden, vorhandenen oder herbeigeführten Sauerstoff-Mengen so bemessen, dass die obengenannten niedrigen Kohlenstoffgehalte sich einstellen. Die Unterdrücke sollen daher im wesentlichen unter 30 Torr, vorzugsweise unter 5 Torr, liegen.
Bei der Vakuumbehandlung läuft der Stahl aus der Frischvorrichtung in ein Evakuierungsgefäss ein und wird dort dem Vakuum ausgesetzt, wobei das Evakuierungsgefäss eine als solches ausgebildete Abstichpfanne sein kann oder ein Behälter, in dem die Abstichpfanne aufgestellt ist.
Für die Vakuumbehandlung während des Abstiches können als Evakuierungsgefäss ausgebildete Abstichpfannen benutzt werden. Derartige Pfannen und ihre Handhabung sind ebenfalls bereits Gegenstand des Stammpatentes. Die hiebei zu benutzende Vorrichtung besteht im wesentlichen aus einer Schnauzen- oder Stopfenpfanne, die als vakuumdichtes Gefäss ausgebildet ist und einen vakuumdicht schliessenden Deckel hat. Es ist zweckmässig, den Anschlussstutzen für die Unterdruck-Saugleitung am Deckel vorzusehen. Ausserdem ist auf dem Deckel ein Eingiessgefäss, vorzugsweise als Trichter ausgebildet, angeordnet. Dieses Eingiessgefäss ist vorzugsweise abnehmbar in entsprechenden Dichtungen eingesetzt. Beim Abstich aus der Schmelzvorrichtung, z.
B. einem Elektro-Ofen, wird die Ausfliessgeschwindigkeit beim Abstich mit dem Fassungsvermögen des Einfülltrichters und seiner Ausfliessöffnung abgestimmt. Es wird vorzugsweise für einen schnellen Durchlauf durch den Trichter gesorgt. Ausserdem wird der Trichter nach Möglichkeit klein bemessen, um sein
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Wärmeschluckvermögen gering zu halten. Bei ausreichender Pumpleistung kann die Ausgussöffnung des Trichters offen sein, weil die Pumpeinrichtung nach Abdichtung der Ausgussöffnung durch das flüssige Metall schnell genug für das notwendige Vakuum sorgt. Es kann aber auch eine vorübergehende Abdichtung der Ausgussöffnung vorgesehen werden, z. B. in Form einer durchschmelzbaren Membrane, eines Ventils, z. B. Schiebers und/oder in Form einer Stopfenstange.
Falls die Abstichpfanne eine Stopfenpfanne ist, können auch unter ihrem Stopfen Dichtungsmittel angeordnet sein. Bei einer solchen Pfanne ist es ausserdem zweckmässig, unter der Ausgussöffnung des Einfülltrichters eine Spritzschutzeinrichtung anzuordnen, um die Stopfenvorrichtung und Dichtungen vor dem Stahl zu schützen.
Ein Spritzschutz ist auch besonders wichtig bei Vakuumbehältern mit eingestellter Abstichpfanne. Solche Behälter sind z. B. bereits Gegenstand des älteren Patentes Nr. 265347, das ebenfalls noch nicht zum Stand der Technik gehört. Derartige Vakuumbehälter bestehen im wesentlichen aus einem die Abstichpfanne aufnehmenden Evakuierungsgefäss mit vakuumdichtem Deckel, einem auf dem Deckel angeordneten Eingiessgefäss, welches vorzugsweise abnehmbar und bevorzugt verhältnismässig klein ist. Mit dem Eingiessgefäss wird eine Verbindungsrinne, die zum Abstich führt, zusammenarbeiten, oder es kann eine Fahreinrichtung vorgesehen sein, mit der die Entfernung zwischen dem Abstich und dem Einfüllgefäss während des Abstechens geregelt werden kann.
Die obenerwähnten Evakuierungspfannen oder Vakuumbehälter können in an sich bekannter Weise einen Verschluss besitzen, der die Einfüllöffnung vor dem Einfliessen des Stahles vakuumdicht absperrt, so dass schon vor Beginn des Abstiches Vakuum vorgelegt werden kann.
Bei dem neuen Verfahren ist es möglich, dass die Entkohlungsbehandlung schon ohne oxydierende Zuschläge ausreichend verläuft. Sollten aber die gewünschten Entgasungsverhältnisse damit noch nicht erzielt werden, so können Oxydationsmittel zugegeben werden, u. zw. in Form von Sauerstoff oder Sauerstoff abgebenden Stoffen oder Gemischen, und in solchen Mengen, die sicherstellen, dass der Kohlenstoff in genügendem Masse mit Hilfe der bekannten CO-Reaktion entfernt wird. Bei Zugabe höherer Sauerstoffmengen kann der Kohlenstoff-Gehalt des in das Vakuum einzubringenden Stahles den Gehalt von 0, 12% entsprechend überschreiten.
Wenn auch der Stahl in den meisten Fällen unlegiert und vorzugsweise auch mit niedrigen Mangangehalten, z. B. unter 0, 12, bevorzugt unter 0, 05% Mangan, zur Verwendung gelangen soll, so bietet die Erfindung jedoch auch die Möglichkeit zur Herstellung kohlenstoffarmer legierter Stähle. Dazu gehören die Silizium- und/oder Aluminium-legierten Dynamo- und Transformatorenstähle.
Weiter gehören dazu besonders kohlenstoffarme hochlegierte Stähle, z. B. rost-und säurebeständige Chrom-, Chrom-Nickel- oder Chrom-Mangan-Stähle. Auch mit andern oder weiteren Metallen legierte kohlenstoffarme Stähle sind auf diese Weise leicht herstellbar. Es können auch unlegierte oder legierte Automatenstähle erzeugt werden. Die Art und der Zeitpunkt der Zugabe metallischer Zuschläge, z. B. Legierungsmittel, im Verlaufe dieses Verfahrens hängen davon ab, ob die im Vakuum hervorgerufene Kohlenstoffabnahme durch sie gebremst oder verhindert wird oder nicht. Legierungsbestandteile, z. B. Nickel, Kobalt oder Molybdän, welche keine Verhinderung der Entkohlung mit sich bringen, können bereits vor dem Abstich aus dem Frischgefäss vorliegen oder zugegeben werden. Sie können aber auch zu einem beliebigen andern Zeitpunkt zugegeben werden.
Metallische Zuschläge, z. B. Legierungsmittel, die die im Vakuum erfolgende Entkohlung praktisch verhindern, werden dem Stahl nach der Vakuumentkohlung zugegeben. Dazu gehören auch solche Stoffe, die in geringen Mengen üblicherweise als Desoxydations- und Beruhigungsmittel zugegeben werden, z. B. Aluminium.
Ihre Menge kann im Verfahren nach dieser Erfindung wesentlich geringer sein als sonst.
Das Verfahren hat wesentliche Vorteile gegenüber den bisher angewendeten Verfahren, u. zw. sowohl in verfahrenstechnischer Hinsicht als auch in der Qualität der Erzeugnisse. Infolge der Durchführung der Vakuumentkohlung unmittelbar aus dem Abstich sind die Temperaturverluste äusserst gering, die Gefahr des Überwallens des unruhigen Stahles besteht nicht, zumal er jeweils nur in kleinen Mengen im Einfülltrichter der Vakuumeinrichtung vorhanden ist und im Vakuum seine Gefährlichkeit endgültig verliert. Der Aufwand an technischen Mitteln und an Zeit ist sehr gering.
Der erzeugte Stahl zeichnet sich durch besondere Armut an unerwünschten Einschlüssen und alle hiedurch bedingten Vorzüge aus. Der Stahl hat eine gute Verformbarkeit, (alterungsbeständig) auch bei unlegierten manganarmen Güten.
Es ist daher ohne weiteres erkennbar, dass mit dieser Erfindung ein einfacher Weg eröffnet worden ist, um Stähle zu erzeugen, die bisher in vergleichbarer Qualität in üblichen grossen Stahlwerkseinrichtungen nicht herstellbar waren.
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