DE2010751A1

DE2010751A1 - Verfahren zur Zugabe von Legierungs elementen zu einer Stahlschmelze

Info

Publication number: DE2010751A1
Application number: DE19702010751
Authority: DE
Inventors: Takaho Tokio M Kawawa
Original assignee: Nippon Kokan Ltd
Current assignee: JFE Engineering Corp
Priority date: 1969-03-07
Filing date: 1970-03-06
Publication date: 1971-02-18
Also published as: NL7003209A; CA920373A; FR2034736A1; FR2034736B1; GB1298981A; NL151136B; JPS4936086B1; US3729309A

Description

Verfahren zur Zugabe von Legierungeelementen ZSU einer Stahlschmelze

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Zugabe von Legierungselementen zu Stahlsqhmelzen während eines Frisch- bzw· Feinungsvorgangs» Inibesondere betrifft die Erfindung die Zugabe solcher Elemente, die duroh Umsetzung mit der Umgebungsatmosphäre mir Umwandlung in Mtridfc oder Oxide neigen, «u einer in einen Behälter, wie z.B. einer Gießpfanne, befindlichen Metall·· sohmelze, :

Die genannten Legierungaelementβ, d.h, 81IiQiUm₉ Aluainium, Titan, Vanadium, Lanthan, Hiob oder Legierungen mit einem oder mehreren dieser Ilemente, wurden naoh den herkömmlichen Verfahren bisher in Fora eines Klumpen, einer Stange o.dgl. der Stahloohmelie zugegeben* und zwar entweder unmittelbar zu der in eine Gießpfanne abgestochenen Stahlschmelze oder duroh llnbringen i* die Gießpfanne vor dem Vergießen, BeJ, diesen herkömmlichen Verfahren" 1st die Ausbeute bzw. das Ausbringen τοη

Aluminium und Titan niedrig und

schnelle Umsetzung dieser Elemente mit der Atmoephärenluft zurückzuführen iet, obgleioh auoh yereohiedane Formen τοη Aluminium und Titan vorgeschlagen worden sind, Wjelohe ein hohes Ausbringen der Leglerungeelemente bei der! Stahlerzeugung begünstigen sollen»

ι -

Sie niedrige und schwankende Aulbeute bzw» Ausbringung an Aluminium und Titan beruht auf einem Oxydationsrerlust infolge ihrer Umsetzung mit Sauerstoff oder mit

■ohwankend, was auf die

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»Ja

oxydierender Sohlacke in der Stahlschmelze oder der die Stahlschmelze während de« Anatiohs umgebenden Atmosphärenluft· Das Ausmafi dee linflusaea der Atmosphärenluft während dee Anstiche let 20- bie 3CHmI größer ale Einflüsse aue der Stahlsohmelse, wae su großen Oxydatione-Terlusten führt« I« Pail τοη Titan oder Titan-Legierung wird der OxydationsTerlust noch duroh eine Umsetzung mit des Stickstoff der Atmosphärenluft erhöht.

Aus den genannten Gründen lit ββ kostspielig, eine Stahllegierung mit !lementen mit hohen Oxydati one- oder IltrArrermögßn, wie Titan und Aluminium, naoh herkömm-Hohen Verfahren herzustellen. Außerdem reagieren Al und Ii und deren Legierungen mit der Atmosphärenluft unter Bildung einer großen Menge an Al₂O,, TiO₂ und TiH. Der Mengenanteil an den betreffenden Legierungselementen ist In der Stahleohmelse instabil bzw, aohwankend, wodurch die Qualität der Stahllegierungen beeinträchtigt wird·

Sie Erfindung betrifft demgegenüber ein Terfahren zur Zugabe τοη mit der Atmosphärenluft reaktionsfähigen Legierungeelementen su Yorher geläuterten tew. gefrischten Metalleohmelsen· Beim erfindungsgemäeen Verfahren werden Aluminium, Titan und diese Hemente enthaltende Legierungen in form einer Drahtstange mit Qeeohwindigkelten τοη 2,5 - 90 m/s Ia dl« Stahlschmelae eingeführt, während letztere gerührt wird·

Im folgenden ist die Erfindung in efrorsugten Ausführungs· belspielen anhand τοη Zeichnungen näher erläutert« Ee seigern

Tig« 1 eine sohematische Darstellung einer Vorrichtung aur Durchführung dee erfindungsgemäßen Verfahrens,

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Fig. 2 bis 4 Schnitt ansicht en rersohiedener ixten ron Rührwerken,

Yig« 5 eine graphische Darstellung der Standard-Abweichung dee Gehalte an gelöstem Aluminium in einer Stahllegierung bei Anwendung eines her«· kösmliohen Verfahrene»

Fig. 6 eine graphieohe Darstellung der Standard-Abweichung dee gelösten Aluminiums in einer Stahllegierung bei Anwendung des erfindungsgemäßen Torfahrens,

Fig· 7 eine graphieohe liars teilung der Standard-Abweichung τοη Titan in einer nach einem herkömmlichen Verfahren erhaltenen Stahllegierung und

Fig. β eine graphieohe Darstellung der Standard-Abweichung von Titan in finer naoh dem erfindungsgemü0en Verfahren hergestellten Stahllegierung·

Gemäß Fig. 1 wird das Frieohrerfahren zunächst in einem Stahlofen t durchgeführt, wobei die erforderlichen Legierungeelemente Tor der Zugabe der iu einer Umwandlung la Nitrid oder Oxid neigenden Blemente derart sugeeohlagen werden« dafi dl· Ausbringung bsw. Auenutsung dieser _ letztgenannten Elemente rerbessert wird· Die rorgefrischte Me£allsohmelse wird aus dem Ofen In eine GieS-pfanne 2 Überführt, die ein einen Teil ihrer Innenfläche bildendes porttses feuerfestee MaterlaletUok 3 aufweist* Durch das feuerfest« Katerialstück 3 werden für den Stahl unschädliche Gase, wie Argon oder I₂, himAiirohgeblasen. Dl· Legieruagsmittel werden In Form einee Drahts τοη einer Torrate-Roll· 4 Mittels Führungen 5 und 7 und einer

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Draht-Vorsohubrorrichtung 6 zugeführt und mit hoher Geschwindigkeit in die Stahl- oder Eisensohmelze eingeführt.

In diesem Zusammenhang ist zu beachten, daß der Durohmesser der Drahtetange bei 3 - 20 mm und die Zuführgeschwindigkeit im Bereich von 2,5 -50 λ/β liegt. Ein Draht von weniger als 3 mm Durchmesser würde zu einem Verheddern in der Führung neigen und läßt sich nicht ohne weiteres vorschieben, während ein Draht bzw. eine

. Stange von mehr als 20 mm Durchmesser sioh nicht mehr ohne weiteres längs der Führung 7 biegen läßt. Legieiungselemente mit niedrigerem spezifischen Gewicht als Eisen» insbesondere Aluminium und Titan, würden auf der Oberfläche der Stahlschmelze aufschwimmen und sioh nicht durch die ganze Stahlschmelze hindurch verteilen, wenn sie mit Geschwindigkeiten von unter 2,5 m/s zugeführt werden. Bei Zugabe mit einer Geschwindigkeit von mehr als 50 m/s konzentrieren sich diese Legierungselemente dann aber an der Einführungsstelle des Drahts bzw. der Stange, so daß das zusätzliche Legierungsmaterial auf der Schmelzen-Oberfläche schwimmt und somit die gleichmäßige Verteilung der Zuschlagelemente behindert. Die Zufuhrgeschwindigkeit muß daher so gesteuert werden, daß die gleichmäßige Verteilung der Legierungselemente begünstigt wird.

Zum Rühren bzw. Umwälzen der Stahlschmelze in der Gießpfanne können verschiedene ixten von Gasblasvorrichtungen angewandt werden, beispielsweise eine Stopfen- und eine Drehetopfen-Vorrichtung. Bei der erstgenannten Vorrichtung ist die Gießpfanne gWBäß Fig. 2 in ihrem Inneren mit einem porösen feuerfesten Material 8 ausgekleidet, während sie ie eweiten Fall gemäß Fig. 3 mit eine«

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porösen feuerfesten Material 8 am Ende eines drehbaren Stopfens versehen ist. Big. 4 zeigt ein elektrisches Rührwerk, bei welchem dem in der Gießpfanne befindlichen Stahl mittels einer Spule 10 Induktionsstrom zugeführt wird. Kurz gesagt, eignet sich jedes Hührverfahreu, welches die ganze in der Gießpfanne enthaltene Stahlschmelze gleichmäßig zu rühren vermag, für die gleiohmäßigeDispersion bzw· Verteilung der Legierungsund Oxydationsmittel, welche der Stahlschmelze mit hoher Geschwindigkeit zugeführt werden· Bin Rührsystem dieser Art unterstützt nicht nur die gleiohmäßige Verteilung der Legierungsmittel in der Stahlschmelze, sondern bewirkt auch, daß Einschlüsse, wie durch Aluminium und Titan und deren legierungen gebildetes Al₂Q^, TiO₂ und TiET, zur Oberfläche aufschwimmen, woraus sich Vorteile bei der Herstellung der gefrischten und gereinigten Stahllegierung ergeben.

Beim erfindungsgemäßen Verfahren werden die legierungsmittel in form des Drahts oder der Stange ohne jede Umsetzung mit Schlacke oder Atmosphärenluft unmittelbar durch die Stahlschmelze hinduroh dispergiert, wodurch das Ausbringen der Stahlerzeugung verbessert wird.

Im folgenden ist die Erfindung anhand von Beispielen erläutert.

Beispiel 1

Fe-Mn, Fe-Si und Al wurden auf herkömmliche Weise in Form von Stangen von 1 kg Gewicnt an der Abstichstufe bei der Herstellung von Stahlplatten für Schiffsbauzwecke in einem 100 t-Aufblaskonyerter zugegeben. Die Standard-Abweichung des gelöstön Aluminiums im Endpro* J dukt dieses Verfahrens ist in Jig. 5 dargestellt. Im

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Gfgensatz dazu schafft die Erfindung ein Verfahren, bei welchem nur Pe-Mn und Pe-Sl zum Zeitpunkt des Abstichs zugesetzt werden und das Aluminium dann In Jona eines Drahts von 10 mm Durchmesser mit einer Geschwindigkeit Ton 5-10 m/s während einer Zeitspanne von 5 Minuten naoh dem Abstich unter gleichzeitigem Rühren der Stahlschmelze mittels Argon- oder Stickstoffgas, das mit Hilfe der Vorrichtung gemäß 91g. 1 eingeblasen wird, der Sohmelie zugeführt wird. Yig· 6 zeigt die Verteilung des gelösten Aluminiums In einem auf diese Weise hergestellten Brzeugnis. Bin Vergleich zwischen den Pig· 5 und 6 ergibt, daß. der Ausnutzungsgrad (mittleres Ausbringen x) des gelösten Aluminiums beim erfindungsgemäßen Verfahren doppelt so hooh und die Standard-Abweichung um die Hälfte niedriger 1st. Hieraus geht hervor, daß der gewünschte oder angestrebte Wert des Al-Gehalts ohne weiteres erreicht wird. Der Sauerstoffgehalt der herkömmlich hergestellten Stahllegierung beträgt T (O) »50+30 ppm (Teile je Million Teile), während er bei der naoh dem erfindungegemäßen Verfahren hergestellten Stahilegierung bei T (0)»· 30 + 15 ppm liegt. Das erfindungsgemäße Verfahren liefert mithin eine qualitativ saubere Stahllegierung·

Beispiel 2

Während ein in einem 40 t-Qchtbogenofen erzeugter Stahl naoh USA-Norm AISI 321 in eine Gießpfanne abgestochen wird, werden beim bekannten Verfahren gleichzeitig stangenförmiges Aluminium und ebensolche Ϊβ-Ti-Leglerung zugegeben. Beim erfindungsgemäßen Verfahren werden zunächst die anderen Legierungselemente, mit Ausnahme von Aluminium und Iitan, auf herkömmliche Weise in die Gießpfanne eingebracht und das Aluminium dann als Draht von

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8 mm Durchmesser nit einer Geschwindigkeit von 5 m/s und schließlich ein Titan-Draht von 10 na Durchmesser mit 6 m/e In die Schmelze eingeführt. Dieser Stahl benötigt im Vergleich mi Kohlenetoff stahl die fünffache Menge an Titan-Zueohlag. Fig. 7 veranschaulicht die Abweichung dee Titangehalte in dem nach dem herkömmlichen Verfahren hergestellten Stahl, während Pig. 8 das Ergebnis des erfindungsgemäßen Verfahrens veranschaulicht. Diese beiden Figuren steigen deutlich, daß im letzteren Fall der Wert des Ausbringens um etwa das · Vierfache höher und die Standard-Abweichung der Legierungs· elemente um 1/5 niedriger liegt. Im Gegensatz zum herkömmlichen Verfahren kann der Sollwert jedes Legierungselements beim erfindungsgemäßen Verfahren ohne weiteres erreicht werden·

Ersiohtlicherweiae wird beim erfindungsgemäßen Verfahren die Bildung von fill In der MetallechraelKS duroh die hohe Zufuhrgeschwindigkeit &®e Ti-Brahti ssur Gießpfanne herabgesetzt, wobei 0,4 mm dicke kaltgewalzte Stahlbleche mit einem erheblich verbesserten Ausbringen von etwa 90 - 95?t erhalten werden Beim bekannten Verfahren tritt infolge der Umsetzung mit Atmosphärenluft eine große Menge an T IN-Eins chilis sen auf, so daß nur 60 - 8OjC des 0,4 mm dicken kaltgewalzten Blechs als erstklassig angesehen werden konnten. Diese Daten belegen die Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens bei der Herstellung von 0,4 mm dicken kaltgewalzten Stahlblechen.

Beispiel 3

Bei der Herstellung von aluminiumberuhigtem Stahl aus einem 14 t-Gußblook alt weniger als 0,06j( Kohlenstoff, 0,2 - 0,35t Hangen und jeweils weniger als 0,015J* Phospho*

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und Schwefel gewährleistet das erfindungsgemäße Verfahren ein verbessertes und genaues Ausbringen an Aluminium im Vergleich zum herköaimllohen Verfahren, wie dies in der folgenden Tabelle veranschaulicht ist· Das erfindungsgemäße Verfahren liefert zudem eine reine Stahllegierung mit geringen Einschlüssen.

Vergleiohsanalyse von Metallschmelzen in Gießformen (Mittelwert aus 10 Stahl-Gußblöcken)

Al-Gehalt gelöstes Aluminium Al-Aus- Sauer-(Mittel- (Standardabwei- bringen stoffwert) chung) (0) gehalt Ot)

Herkömmliches Verfah- 0,044 0,010 42 0,0035 ren

Erfindungs-

gemäßes 0,045 0,004 63 0,0025 Verfahren

Anmerkung ι Auebringen von A10 » (LÖsungs-A10 / Zuschlag-Al^)

χ 100

Beispiel 4

Titanberuhigter Stahl, nämlich nach USA-Norm AISI 321, wird aus eines 14 t-Stahlgußblock mit weniger als 0,080 Kohlenstoff, 17,0 - 19,OJi Chrom, β,Ο - 9,00 Nickel, weniger als 20 Mangan, weniger als 10 S .1Ii ο ium, weniger als 0,040 Phosphor, weniger als 0,0)0 Schwefel und fünfmal mehr Titan ale Kohlenstoff hergestellt. Diese Legierungs-ZusammensetEung kann nach dem erflndungsgemäßen Verfahren wegen

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des hohen Ausbringens an Titan, Vanadium und dgl. sowie an Aluminium aehr genau erzielt werden, wie dies in der folgenden Tabelle dargestellt ist.

Vergleichsanalyse von Metallschmelzen in Gießformen Ti-Gehalt(#) Standard-Abwei- Ausbringen Sauerstoff

*

(Mittelwert) ohung von Ti# an Ii# gehalt

Herkömmliches Ver- 0,41 0,07 23,1 0,006

fahren * ' ' . '.

Erfindungage·· ^

mäßea- Ve.r* 0,39 0,01 9t,2 ν 0,003

fahren ·

Beispiel 5

Die folgende Tabelle zeigt die Vergleiohsdaten bei der Herstellung von unberuhigtem Stahl mit 0,05 - Ο»Ο65ί Kohlenstoff, 0,30 - 0,50ji Mangan und jeweils weniger als 0,020# Phosphor und Schwefel.

Analyse des Sauerstoff gehalts (in ?t) in der Gießform und Ausbringen an hoohqualitativem kaltgewalzten Stahl

Sauerstoffgehalt ($>) + Ausbringen an erstklassige» Standard-Abweichung (jf) kaltgewalzten Stahlbleoh

Herkömmliches ;

Verfahren 0,053 + 0,006 ! 85»596

Erfindung^ge- -■_

mäße» Versah- 0,052 + 0,003 . j

ren : ^;

1 -

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Bine genaue Steuerung des Gehalts an Lusungs-Aluminium bedeutet eine freie Steuerung des Sauerstoffgehalts yon unberuhigtem oder halbberuhigtem Stahl· Bine Schnellanalyse des Sauerstoffgehalts der Metallschmelzen vor dem Anstich erleichtert die Herstellung von kaltgewalzten Stahlblechen, die sowohl an der Oberfläche als auoh im Inneren hohe Qualität besitzen, bei wesentlich verbessertem Ausbringen unter optimaler Unberuhigt-Behandlung auf der Grundlage des gesteuerten Sauerstoffgehalts·

Das erfindungsgemäS« Verfahren ist nicht nur auf Aluminium und Titan, sondern auch auf jedes andere metallische Legierungselement anwendbar, das zu einer Umsetzung unter atmosphärischen Bedingungen neigt und das sich zu einem Draht bsw. einer Stange formen läßt.

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Claims

Pa t en t an a ρ r ü c h e

1. Verfahren zur Zugabe von Legierungselementen zu einer Metallschmelze, wobei sich diese Elemente mit der Atmosphäre über dem die Metallschmelze enthaltenden Behälter umzusetzen vermögen, dadurch gekennzeichnet, daQ mindestens ein die Legierungaelemente enthaltender Draht bzw« eine Stange mit einem Durchmesser von 3 - 20 mm mit einer Geschwindigkeit von 2,5 - 50 m/s in die Metallschmelze vorgeschoben wird, während dit Metallschmelze gerührt bzw· umgewälzt wird·

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

daß ale Metallschmelze geschmolzener Stähl verwendet wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Metallschmelze in einer Gießpfanne befindet,

4· Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3» dadurch gekennzeichnet, daß als Legierungselenent Titan oder Aluminium verwendet wird·

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3» dadurch gekennzeichnet, daß als Legierungselement Silicium, Vanadium, Lanthan oder Mob verwendet wird*

6. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Drähte bzw. Stangen nacheinander in die Metallschmelze eingeführt werden.

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