DE1137457B - Verfahren und Vorrichtung zum Einfuehren von Legierungsstoffen in geschmolzenen Stahl oder Stahllegierungen - Google Patents

Description

• Verfahren und Vorrichtung zum Einführen von Legierungsstoffen in geschmolzenen Stahl oder Stahllegierungen Es gibt in der Legierungstechnik eine Anzahl von Legierungsstoffen, deren Zulegierung zu einem Schmelzbad (vor allem, wenn sie in größeren Anteilen einem Schmelzbad zuzugeben sind) Schwierigkeiten bereiten, indem sie sich schlecht, z. B. ungleichmäßig, in der Schmelze verteilen bzw. mit Stoffen des Schmelzbades oder der dem Schmelzbad benachbarten Atmosphäre infolge hoher Affinität Verbindungen bilden, z. B. Oxyde bzw. Nitride. Die ungleichmäßige Verteilung des Legierungselementes bzw. die dabei in der Schmelze zurückbleibenden Verbindungen der Legierungselemente bewirken sodann eine Güteverschlechterung der Legierung, zumal wenn die Einschlüsse erhebliche Teilchengrößen besitzen und eine schädliche Verteilung und Anordnung im Gefüge der Grundlegierung besitzen. Typische Beispiele für das Legieren von Stahl sind Titan- und Aluminiumzusätze bzw. Vorlegierungen mit hohen Anteilen an solchen Elementen. Weiter gehören zu diesen Stoffen z. B. Bor, Niob, Tantal, Vanadin sowie Legierungen und Verbindungen aller vorher genannten Elemente. Der schädliche Einfluß der bei der Zugabe solcher Legierungsstoffe entstehenden Einschlüsse in Stahl oder Stahllegierungen ist mannigfaltig und kann z. B. in einer Beeinträchtigung der Warm- und Kaltverformbarkeit, der Oberflächenbeschaffenheit, der Korrosionsbeständigkeit, der Schweißbarkeit oder auch von Festigkeitseigenschaften, insbesondere der Zähigkeit, bestehen.
• Ein sicheres und einfaches Verfahren zur Beseitigung bzw. Verhinderung solcher Fehlerquellen ist bisher nicht bekannt. Bei der Herstellung von Bleistahl war es bekannt, das Blei in Form kleiner Blöckchen oder Granalien dem Stahlbad zuzusetzen, welche auf die Oberfläche des geschmolzenen Eisen- oder Stahlbades aufgebracht wurden. Dabei stellte sich aber heraus, daß sich das Blei am Boden des Behälters absetzte, so daß nur ein sehr kleiner Anteil des zugesetzten Bleis in Dispersion verblieb. Es ist ebenfalls bei der Bleistahlhertellung bekannt, Blei in Form von metallichem Blei, einer Bleilegierung, einer Bleiverbindung oder deren Mischung in feinverteilter Form in einen Strahlsand einzuführen, der in eine Form gegossen wird, in der die gegossene Masse erstarrt. Dabei kann eine Vorrichtung zum Abziehen von Rauch und Gasen wie ein einfaches Vakuum oder eine stark wirkende Absaughaube, welche das obere Ende der Form nicht bedeckt, sondern nur eine Saugöffnung in der Nähe des oberen Endes der Form vorsieht, verwendet werden.
• Nach einem bekannten Vorschlag soll bei dem Einlaufenlassen von schmelzflüssigen Materialien wie Metalle, Glas, Schlacke oder anderes Material als feiner Strahl oder in feinen Strahlen oder als feiner Regen in eine Vakuumkammer, in der ein völliges oder partielles Vakuum unterhalten wird, eine Verbesserung des geschmolzenen und zu entgasenden Materials dadurch erzielt werden, daß man ein Gas oder mehrere Gase in den Entgaser einführt.
• Erfindungsgemäß wird beim Einbringen von Legierungsstoffen, die beim Legieren Schwierigkeiten bereiten, in geschmolzenen Stahl oder Stahllegierungen unter gleichzeitiger Entgasung in einem geschlossenen Unterdruckraum so verfahren, daß die Legierungsstoffe dem in Tröpfchen vorn 10 bis 10-3 mm Durchmesser aufgeteilten Gießstrahl während des Falles innerhalb des Vakuumraumes zugegeben werden. Es ist auch möglich, den Legierungsstoff in geschmolzenem Zustand in den Gießstrahl einzubringen.
• Das Verfahren kann beispielsweise in einer Vorrichtung durchgeführt werden, wie sie aus der Zeichnung ersichtlich ist. Sie besteht hier aus einem verschließbaren Gefäß 1 von solchem Fassungsraum, d. h. solcher Höhe und Weite, daß es etwa eine übliche Gießpfanne 2 oder eine entsprechend große Gießform (Kokille) aufnehmen kann. Der Verschluß erfolgt mittels des Deckels 3. Die Dichtung 4 des Behälters 1 ist so angeordnet, daß sie von der Wärmestrahlung des flüssigen Strahls nicht beeinträchtigt wird. Zweckmäßig erhält der Deckel noch einen Strahlungsschutz z. B. aus Blech, Asbest od. dgl. Weiterhin ist eine Saugleitung 5; die zu den Vakuumpumpen führt, vorgesehen. Auf den Deckel 3 ist ein pfannenartiges Gefäß 9 mit seinem regelbaren Auslauf 10, vakuumdicht durch die Dichtung 11, aufgesetzt. Durch die im Deckel 3 befindliche Öffnung 12 wird der Stahl aus der Pfanne 9 in den Unterdruckraum 1 eingeschleust: Mindestens ein Beobachtungsfenster 13 dient dazu, die Unterdruckbehandlung zu überwachen. Erfindungsgemäß ist in der Wand des Unterdruckbehälters 1 (oder im Deckel 3) eine Beschickungseinrichtung vorgesehen. Sie ist so eingerichtet, daß über die Zuführungsleitung 8, in der ein Absperrorgan 14 vorgesehen ist, -Gas aus dem angeschlossenen Gasbehälter 15 in den Unterdruckraum 1 eingeführt werden kann. Die Gasleitung 8 kann außerdem mit einer Zuführungsvorrichtung 16 für fein zerteilten Legierungsstoff, z. B. mit einer abgedichteten Transportschnecke 17, verbunden sein, so daß das Gas den Transport dieses Stoffes bewirken kann. Das Zuführungsrohr 8 endet mit dem freien Ende im Bereich über dem Behälter 2. Es ist vorzugsweise mit einem Rüssel 18 versehen, welcher es ermöglicht, den Legierungsstoff unmittelbar in den Gießstrahl unterhalb der Öffnung 12 einzuführen.
• Eine solche Vorrichtung wird wie folgt betrieben: Zur Behandlung einer zunächst im Behälter 9 befindlichen oder während des Verfahrens dorthin nachgefüllten Schmelze wird im Unterdruckraum 1 ein Unterdruck erzeugt mit Hilfe der an die Unterdruckleitung 5 angeschlossenen (nicht dargestellten) Pumpen. Nach dem Öffnen des Stopfens im Behälter 9 ergießt sich die Schmelze durch die Öffnung 12 in den Unterdruckraum 1.
• Soll nun ein empfindlicher -Legierungsstoff in den Gießstrahl eingebracht werden, so wird aus dem Gasbehälter 15 ein inertes Gas, z. B. Argon, in den Unterdruckraum 1 eingelassen, wobei das Absperrorgan in der Saugleitung 5 geschlossen werden kann, und dabei der Legierungsstoff mittels der Vorrichtung 16 in das Gas eingebracht und mit diesem durch das Rohr 8 an den Gießstrahl herangebracht.
• Die Aufteilung des StrahlesAn feine Tröpfchen, deren Durchmesser zwischen etwa 10 und 10-3 mm liegt, wird dadurch. erreicht, daß beim Einfließenlassen des Stahles in. den Unterdruck hinein mehrere Faktoren in eine bestimmte Beziehung zueinander gesetzt werden. Dabei wird die Einfließöffnung (die Pfannendüse) mit einer Weite gewählt, die zwischen etwa 25 und 70 mm Durchmesser liegt. Der zugehörige Unterdruck wird im Bereich von 30 bis 0,1 Torr gewählt. Bei Stahlsorten, die üblicherweise einen besonders hohen Gasgehalt besitzen, wie urberuhigter oder schwachberuhigter Stahl, wird man die Tonwerte im oberen Teil des angegebenen Bereiches wählen, während bei beruhigten Stahlsorten mit kleinen Torrzahlen gearbeitet werden sollte. Der gasreichere Stahl sollte aus weiteren Düsen, der gasarme Stahl jedoch aus engeren Düsen vergossen werden. Weiterhin wird zweckmäßig die Stahlsäule über der Einflußöffnung (der Pfannenndüse) mindestens 300 mm hoch gewählt. Diese Faktoren ergeben bei richtiger Auswahl eine Aufteilung des in den Unterdruck einfallenden Stahles in Tröpfchen der Größenordnung 10 bis 10-3 mm. Die richtige Auswahl der Faktoren kann auf die Weise kontrolliert werden, daß der Einfließvorgang mit hoher Bildfolge (z. B. 7000 Aufnahmen je Sekunde) photographiert wird, so daß auf den Filmbildern die Tröpfchengröße ausgemessen werden kann.
• Durch die Zuführung von inerten Gasen wird gleichzeitig der Partialdruck von unerwünschten Gasen, welche mit dem Legierungsstoff eingebracht werden, herabgesetzt und damit für die schnelle Abführung dieser Gase gesorgt. Statt des inerten Gases kann unter Umständen auch ein anderes Gas verwendet werden, welches die Partialdrücke der für die Schmelze schädlichen Gase verringert.
• Auf diese Weise gelingt es in bisher unerreichtem Maße, schwierige Legierungselemente, z. B. Titan, auch in größeren Mengen mit gerinsten Verlusten und guter Verteilung in Stahl oder Stahllegierung einzubringen und dabei Erzeugnisse mit neuartigen Eigenschaften, insbesondere Reinheitsgrad, zu erzielen.

Claims (6)

1. PATENTANSPRÜCHE 1. Verfahren zum Einbringen von Legierungsstoffen, die beim Legieren Schwierigkeiten bereiten, in geschmolzenen Stahl oder Stahllegierungen unter gleichzeitiger Entgasung in einem geschlossenen Unterdruckraum, dadurch gekennzeichnet, daß die Legierungsstoffe dem in Tröpfchen von 10 bis 10-3 mm Durchmesser aufgeteilten Gießstrahl während des Falles innerhalb des Vakuumraumes zugegeben werden.
2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß geschmolzene Legierungsstoffe verwendet werden.
3. 3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß inerte Trägergase verwendet werden.
4. 4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Gase verwendet werden, welche die Partialdrücke der für die Schmelze schädlichen Gase verringern.
5. 5. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 4, gekennzeichnet durch mindestens eine die Wandung oder den Deckel eines Unterdruckraumes durchgreifende Zuführung für Legierungsstoffe, die so angeordnet ist, daß der Legierungsstoff in den Gießstrahl eingeführt wird.
6. 6. Vorrichtung nach Anspruch 5, gekennzeichnet durch eine zusätzliche Gaszuleitung in der Behälterwandung oder im Deckel. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschriften Nr. 22170, 872 497; österreichische Patentschrift Nr. 168 831; schweizerische Patentschrift Nr. 118 263; französische Patentschriften Nr. 796 451, 1059 819; USA.-Patentschrift Nr. 2 253 421; F. Leitner und E. Plöckinger: »Die Edelstahlerzeugung«, Wien, 1950, S. 266.