DE2446637A1

DE2446637A1 - Laengliches verbleites stahlgusstueck

Info

Publication number: DE2446637A1
Application number: DE19742446637
Authority: DE
Inventors: Gregorio Asua Cantera; Jose M Palacios Reparaz
Original assignee: Echevarria SA; Inland Steel Co
Current assignee: Echevarria SA; Inland Steel Co
Priority date: 1973-10-03
Filing date: 1974-09-30
Publication date: 1975-04-17
Also published as: AR210727A1; FR2246650B1; SE7412457L; ES430602A1; GB1492952A; AT337746B; CA1037741A; FR2246650A1; BR7408017D0; ATA775274A; DE2446637B2; IT1046277B; LU71036A1; JPS5062119A; BE820572A

Description

Dr.-lng. E. BERKENFELD D;pl.-lr.g. H. BERK2NFELD, Patentanwälte, Köln

zur Eingabe vom ₂7. September 1974 my / / Name d. Anm. i. INLAND STEEL COMPANY

2. S.S A.ECHEVARRIA I 7/5

Längliches verbleites Stahlgußstück

Die Erfindung bezieht sich im allgemeinen auf verbleite Stahlbarren und insbesondere auf unbeschnittene, unbearbeitete verbleite Stahlbarren, die einen verhältnismässig hohen Bleigehalt (von mehr als 0,35 Gewichts% und bis zum 0,50 Gewichts% oder mehr) aufweisen, wobei das Blei lediglich in Form von mikroskopischen Einschlüssen vorhanden ist, während das untere Ende des Barrens im wesentlichen frei ist von Makroeinschlüssen von Blei oder von Makrosegregation (siehe beispielsweise amerikanische Patentschrift 3 671 224, Spalten 1 und 2).

Blei wird dem Stahl zugesetzt, um die Bearbeitbarkeit des Stahls zu verbessern. Die Erhöhung des Bleigehalts verbessert im allgemeinen die Bearbeitbarkeit bei einem Bleigehalt von weniger als 0,8 Gew.%. Das Blei ist in dem erstarrten Stahl in Form von Einschlüssen vorhanden. Bleieinschlüsse von mikroskopischer Grosse sind wünschenswert, aber Makroeinschlüsse von Blei sind unerwünscht,

Die üblichen Versuche, verbleite Stahlbarren von handelsüblicher Grosse mit dem oben erwähnten verlVäl tnismässi g hohen Bleigehalt und ohne Makroeinschlüsse von Blei in dem gegossenen Barren sind weitgehend erfolglos gewesen. Selbst bei einem Bleigehalt von weniger als 0,30 Gew.% setzten sich Makroeinschlüsse von Blei am unteren Ende des gegossenen Barrens ab, so dass es notwendig war, vom unteren Ende 4 - 10% des Barrens abzuschneiden, um jenen Teil des Barrens zu eliminieren, der die unerwünschten Makroeinschlüsse von Blei enthielt. Dadurch wurde die Ausbeute am. Barren verringert, was unerwünscht war.

Der Stand der Technik lehrt, dass ein verhältnismässig hoher B1 ei gehalt beim Fehlen von Makroeinschlüssen von Blei in dem gegosse-

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nen Barren erzielbar ist, was aber besondere Zusatzbestandteile erfordert, wie zum Beispiel Seltene Erden (siehe amerikanische Patentschrift 3 313 620), oder besondere Verarbeitungsverfahren, welche beim Abkühlen des geschmolzenen Stahls ausgefälltes Bleioxid erzeugen, das sich nicht unter Schwerkraftwirkung in dem geschmolzenen Stahl absetzt, (siehe bekanntgemachte deutsche Patentanmeldung Nr. 20 12 688).

Einige ältere Veröffentlichungen aus den Jahren 1935 bis 1945 beschreiben erstarrten Stahl, der grosse Bleimengen enthält, welche nur als gleichmässig verteilte Mikroeinschlüsse auftreten. Aber diese Kombination von Merkmalen ist nur bei der Erzeugung in grosser Menge oder in Barren von handelsüblicher Grosse (zum Beispiel von 453 kg oder mehr) erzielbar. Eine neuere Veröffentlichung hat diesen Umstand bestätigt (siehe amerikanische Patentschrift 3 671 224, Spalte 1, Zeilen 40-42).

Wie bereits erwähnt, ist es wünschenswert, einen Barren von handelsüblicher Grosse mit einem hohen Bleigehalt und im wesentlichen ohne Makroeinschlüsse von Blei am unteren Ende des unbeschnittenen Barrens zu erzeugen, das heisst, einen Barren, der von solchen Makroeinschlüssen von Blei frei ist, welche das untere Ende des Barrens für den Handel unannehmbar machen und aus diesem Grund das Abschneiden des unteren Endes des Barrens erfordern.

Die Erfindung ist daher auf einen unbeschnittenen Barren von handelstüblieher Grosse und mit einer für den Handel annehmbaren Oberfläche gerichtet, die von Oberflächenfehlern frei ist, welche gewöhnlich bei Barren auftreten, die in der Kokille hängen bleiben, wie zum Beispiel Sprünge, Risse oder Formteile, die an der Barrenoberfläche haften. Dieser Barren weist einen Bleigehalt von mehr als 0,35 Gew.% und bis zu 0,50 Gew.% oder mehr auf, im wesentlichen keine Makroeinschlüsse von Blei im unteren Ende des gegossenen Barrens, keine Seltenen Erden.und im wesentlichen keine Einschlüsse von Bleioxid.

Die Erfindung bezieht sich somit auf unbeschnittene und unbearbei-

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tete längliche verbleite Stahlgußstücke, wie zum Beispiel Barren, von handelsüblicher Grossed 453 kg und mehr) oder mit einem gegossenen Strangquerschnitt. Der Bleigehalt beträgt mehr als 0,35 Gew. % und bis zu 0,70 Gew.%. Die Oberfläche ist für den Handel annehmbar. Das Blei ist in Form von Einschlüssen von mikroskopischer Gros· se vorhanden. Das untere Ende des unbeschnittenen Barrens enthält keine Makroeinschlüsse von Blei, sowie keine Seltenen Erden oder Einschlüsse von Bleioxid. Das Herstellungsverfahren wird nachstehend beschrieben.

Barren von handelsüblicher Grosse in ihrem gegossenen, unbeschnittenen und unbearbeiteten Zustand haben eine Grosse von etwa 17,5. 17,5.200 cm oder ein Gewicht von 453 kg bis zu Barren von 11,325t und mehr. Solche Barren sind etwas abgeschrägt und das dicke Ende derselben kann bekanntlich entweder nach oben oder nach unten gerichtet sein. Ein typischer Barren mit nach oben gerichtetem dikken Ende (verlorener Kopf) hat eine Grosse von 70.85.210 cm oder ein Gewicht von etwa 8,154 t. Ein typischer Barren mit nach unten gerichtetem dicken Ende hat eine Grosse von 72,5.72,5.222,5 cm oder ein Gewicht von 11,325 t. Die Querschnittsabmessungen der Barren werden gewöhnlich am oberen Ende gemessen.

Die/Grundsizusammensetzung des T Stahls (das heisst, die Stahlzusammensetzung ohne Blei) umfasst alle Grundzusammensetzungen, denen früher das Blei zugesetzt worden ist. Die Grundzusammensetzung für unlegierte Kohlenstoffstähle kann folgendermassen sein:

Element Gew.%

Kohlenstoff 0,03 - 1,03

Mangan 0,25 - 1,65

Schwefel 0 - 0,50

Phosphor 0 - 0,20

Silizium 0 - 0,75

Stickstoff " maximal 0,03

Tellur ' 0 - 0,15

Eisen der Rest

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Für legierte Stähle kann die Grundzusammensetzung zusätzlich zu den vorstehend angegebenen Elementen eines oder mehrere der folgenden Legierungselemente enthalten:

Element Gew.%

Chrom 0-1,60

Nickel 0-3,75

Molybdän , O₇0,50

Vanadium 0-0,25

Bor 0-0,003

Titan 0-0,50

Zirconium 0-0,25

Columbium 0-0,25

Aluminium 0-0,10

Calcium 0-0,02

Typische Beispiele solcher Grundzusammensetzungen in der AISI Reihe von Stählen sind folgende:

Element Gew.%

Kohlenstoff maximal 0,13

Mangan 0,60-1,00

Phosphor 0,07-0,12

Schwefel 0,08-0,33

Eisen der Rest

Diesen Grundzusammensetzungen wird Blei zugesetzt, um einen endgültigen Bleigehalt zu ■erhalten, der grosser ist als 0,35 Gew.% und bis zu 0,50 Gew.% beträgt, obwohl höhere Bleigehalte in Betracht gezogen werden, beispielsweise bis zu 0,60-0,70 Gew.%. Vorzugsweise liegt der Bleigehalt in dem Bereich von 0,45 - 0,50 Gew.% oder 0,45-0,60 Gew.%.

Das Blei ist in dem erstarrten Stahl in Form von Einschlüssen vorhanden und diese Bleieinschlüsse sind über die ganze Länge des gegossenen Barrens verhältnismässig gleichförmig verteilt. Alle Bleieinschlüsse sind im wesentlichen mikroskopisch und auf der ganzen

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Länge des gegossenen Barrens sind im wesentlichen keine Makroeinschlüsse von Blei vorhanden. Es erfolgt auch im wesentlichen keine Umfangsabsonderung von bleihaltigen MakroeinschiUssen und das untere Ende des gegossenen Barrens ist im wesentlichen frei von Makroeinschlüssen von Blei, so dass ein Abschneiden des Barrens nicht erforderlich ist, um jenen Teil des Barrens loszuwerden, in welchem sich üblicherweise Makroeinschlüsse von Blei abgesetzt haben.

Die Bleieinschlüsse bestehen im wesentlichen aus I elementarem Blei oder einer von Bleioxid verschiedenen Bl ei verbindung. Das Blei kann mit anderen Einschlüssen nicht vereinigt sein oder dasselbe kann mit Einschlüssen vereinigt sein, wie zum Beispiel, Mangansulfid oder mit Verbindungen von Eisen, Mangan, Sauerstoff und Schwefel. Ein Beispiel einer Bleiverbindung ist Bleitel1urid , das auftritt, wenn Tellur und Blei dem Stahl zugesetzt werden, um die Bearbeitbarkeit zu verbessern. Im wesentlichen kein Blei ist als Bleioxid vorhanden, da bei der Prüfung der mikroskopischen Einschlüsse, di/e Blei enthalten, kein Bleioxid gefunden worden ist, Dieser Zustand tritt sogar in Abwesenheit von Aluminium in Mengen auf, die gewöhnlich vorhanden sind, wenn Aluminium zugesetzt wird, um den Stahl zu beruhigen oder die Korngrösse zu raffinieren (beispielsweise 0,015 - 0,065 Gew.%).

Vor dem Giessen des Barrens wird das Blei dem Stahl in der nachstehend beschriebenen Weise zugesetzt.

Geschmolzener Stahl mit der gewünschten Zusammensetzung und bei einer Temperatur im Bereich von 1593 - 1704⁰C wird aus einem Stahlherstellungsofen in eine Gießpfanne abgegossen ,wobei der grösste Teil der Schlacke im Ofen zurückgehalten wird. Die Giesspfanne wird bedeckt, um das Innere derselben von der äusseren Atmosphäre zu isolieren. Zu diesem Zeitpunkt bedeckt nur eine sehr dünne Schlackenschicht das Bad aus geschmolzenem Stahl in der Giesspfanne.

Der Boden der Giesspfanne ist mit einem Paar im Abstand liegender

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poröser Pfropfen versehen, durch welche inertes Argongas in das Bad eingeführt wird. Die aufsteigenden Argongasblasen rühren den geschmolzenen Stahl um und wo die Argongasblasen die Oberfläche des Bades durchbrechen, wird die Schlackenschicht beiseite geschoben, so dass ein Teil der Oberseite des geschmolzenen Stahlbades unbedeckt ist. Nachdem Argon in den Stahl während 15 - 20 Sekunden eingeführt wurde, wird Blei durch eine 'Öffnung im Giesspfannendeckel auf die Oberseite des Bades.an dem Teil der Badoberfläche eingeführt, der nicht durch Schlacke bedeckt ist, aber an einer Stelle, welche nicht direkt über einem porösen Pfropfen liegt. Das Umrühren mit Argongas wird während des Bleizusatzschrittes fortgesetzt, der etwa 2-3 Minuten dauert, und das Umrühren mit Argongas wird auch während 2-3 Minuten nach dem Bleizusatzschritt forgesetzt.

Die Gase, die sich am oberen Ende der Giesspfanne während der Schritte des Umrührens mit Argongas und des Bleizusatzes ansammeln, zum Beispiel Argongas und Bleidämpfe, werden durch eine Auslassleitung abgeführt,welche mit einer Auslassöffnung im Giespfannendeckel in Verbindung steht. Ein übliches Sauggebläse kann verwendet werden, um die Gase zu entfernen, die sich auf der Oberseite des Bades innerhalb der Giesspfanne ansammeln. Die Entfernung der Gase kann geregelt werden, um innerhalb der bedeckten Giesspfanne einen Druck zu erzeugen, der grosser ist als der atmosphärische Druck. Eine (S gasförmige Atmosphäre, die weniger oxidierend ist als die Atmosphäre ausserhalb der Giesspfanne, wird während des Bl eizusatzschrittes und nachher oberhalb des Bades im Inneren der bedeckten Giesspfanne aufrechterhalten.

Es wird genügend Blei zugesetzt, um einen endgültigen Bleigehalt zu erzielen, der grosser ist als 0,35 Gew.%(vorzugsweise mindestens 0,45 Gew.%) bis zu 0,50 Gew.% oder mehr, was mit der Erreichung der anderen Ziele der vorliegenden Erfindung übereinstimmt. Dem Stahl werden keine Seltenen Erden zugesetzt und die Atmosphäre innerhalb der Giesspfanne zu dem Zeitpunkt, in welchem das Blei zugesetzt wird, ist weniger oxidierend als die Atmosphäre ausserhalb der Giesspfanne, ein Umstand, welcher die Bildung von Bleioxid nicht begünstigt.

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Nachdem das Blei zugesetzt worden ist und nachdem das bleihaltige Bad in der oben beschriebenen Weise mit Argongas umgerührt worden ist, wird die Einführung von Argongas unterbrochen, der Deckel wird von der Giesspfanne entfernt, die Oberseite des Bades wird mit leichtem Vermiculit bedeckt, um das Verdampfen zu unterdrücken, und der bleihaltige geschmolzene Stahl wird in übliche Kokillen abgegossen (mit dem dicken Ende nach oben oder nach unten gerichtet) oder in die Zwischenpfanne einer üblichen kontinuierlichen Giesseinrichtung, welche kontinuierlich gegossene Stahlsträ'nge erzeugt. Nach dem Abgiessen wird die Schlacke aus der Giesspfanne entleert.

Die Temperatur des Stahls zum Zeitpunkt des Abgiessens beträgt etwa 1565⁰C und liegt unterhalb der Temperatur, bei welcher Probleme des Haftens an der Form auftreten, wie nachstehend beschrieben wird,

Die übliche Form für Stahlbarren von handelsüblicher Grosse ist aus Gusseisen hergestellt. Wenn der Stahl in die Kokille bei einer zu hohen Temperatur eingegossen wird (beispielsweise von 1650-1704 C), kann der erstarrte Barren an der Innenseite der Gusseisenform haften. Wenn dies geschieht, ist es schwierig, den Barren zu entfernen und manchmal muss die Form sogar aufgebrochen werden, um den Barren entfernen zu können. Weil die Kosten der Form mit dem Wert des Barrens vergleichbar sind, ist ein solches Verfahren wirtschaftlich unannehmbar. Überdies weisen Barren, die in Kokillen haften, Oberflächenmängel auf, wie zum Beispiel Sprünge, Risse und so weiter, welche den Barren (und den aus einem solchen Barren gewalzten Stahl) ohne besondere Oberflächenbearbeitung für den Handel unannehmbar machen. Ein Barren gemäss der Erfindung weist in gegossenem Zustand eine für den Handel annehmbare Oberfläche auf, das heisst, eine Oberfläche, die von solchen Mängeln frei ist, welche sonst die besondere Oberflächenbearbeitung erforderlich machen.

Die porösen Pfropfen werden während etwa 5 - 10 Sekunden mit einem Sauerstoffstrahl gereinigt, unmittelbar bevor das Argongas eingeführt wird, und während etwa 30 - 60 Sekunden nach dem Entleeren der Schlacke.

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Eine weitere Beschreibung von Verfahren zum Zusetzen von Blei zu geschmolzenem Stahl in einer bedeckten Giesspfanne ist in der deutschen Patentanmeldung P 23 23 503.2 vom 10. Mai 1973 enthalten.

Wenn der bleihaltige Stahl kontinuierlich zu Strängen gegossen wird, weist ein typischer Strang von handelsüblicher Grosse auf der schmalen Seite eine Grosse von 7,5.7,5 cm auf. Grössere Stränge weisen Grossen von 25.57,5 cm und mehr auf. Diese Stränge werden gegebenenfalls in Längen bis zu 12 m geschnitten.

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf kontinuierlich gegossene Stränge und auf Barren, welche beide unter die allgemeine Bezeichnung "längliches Gußstück" fallen, und ist auf das Gussstück gerichtet, bevor dasselbe der Bearbeitung unterworfen wird.. Das Gußstück, ob es nun ein kontinuierlich gegossener Strang oder ein Barren ist, ist in beiden Ausführungsformen länglich und unbeschnitten, mit einem Bleigehalt, der grosser ist als 0,35 Gew.% und bis zu 0,70 Gew.% (vorzugsweise 0,45 - 0,60 Gew.%), sowie mit einem Gewicht, das grosser ist als etwa 453 kg. Das Blei ist in Form von Einschlüssen von mikroskopischer Grosse vorhanden und in dem unteren Ende des unbeschnittenen länglichen Gußstücks sind im wesentlichen keine Makroeinschlüsse von Blei enthalten. Das Gußstück enthält auch keine Seltenen Erden oder nennenswerte Mengen von Einschlüssen von Bleioxid.

Die Erfindung ist nicht auf die beschriebenen beispielsweisen Ausführungsformen beschränkt, die verschiedene Abänderungen erfahren können, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.

PATENTANSPRÜCHE.

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Claims

Dr.-lng. E. BERKENFELD D:pl.-lng. H. B ERK.KN FELD, Patentanwälte, Köln An.age MMh, 1- INLAND STEEL COMPANY zur Eingabe vom 2 7 . Se P teiHb β T 1974 ITiy / /Name d. Anm. <p ς- η FCHFVARRIA . I 7/5 PATENTANSPRÜCHE

1. Längliches, unbeschnittenes, gegossenes, unbearbeitetes Gußstück, das aus verbleitem Stahl besteht, gekennzei chn e t

durch ein Gewicht, das grosser ist als etwa 453 kg, und durch eine für den Handel annehmbare Oberfläche, durch einen Bleigehalt, der grosser ist als 0,35 Gew.% und der bis zu 0,70 Gew.% beträgt,

durch Blei einschlüsse, im wesentlichen mikroskopische Einschlüsse, welche aus elementarem Blei bestehen und über die ganze Länge des länglichen Gußstücks verteilt w sind,

wobei das längliche Gußstück über seine ganze Länge, einschliesslich des unteren Teils des unbeschnittenen länglichen Gußstücks, von makroskopischen Einschlüssen von Blei im wesentlichen frei i s t u η d

wobei das Gußstück von Seltenen Erden frei ist.

2. Längliches Gußstück nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass dasselbe von Einschlüssen von Bleioxid und von Aluminium im wesentlichen frei ist.

3. Längliches Gußstück nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Gußstück aus einem Barren besteht.

4. Längliches Gußstück nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Gußstück aus einem kontinuierlich gegossenen Strang besteht.

5. Längliches Gußstück nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Bleigehalt im Bereich von 0,45 - o,50 Gew.% liegt.

6. Längliches Gußstück nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Bleigehalt im Bereich von 0,45 - 0,60 Gew.% liegt.

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-ίο- 2U6637

7. Länglicher, unbeschnittener, gegossener Barren, der aus verbleitem Stahl besteht, gekennzeichnet

durch ein Gewicht, das grosser ist als etwa 453 kg, und durch eine für den Handel annehmbare Oberfläche,-durch einen Bleigehalt, der grosser ist als 0,35 Gew.% und der bis zu 0,70 Gew.% beträgt, •

durch Bleieinschlüsse, im wesoitlichen mikroskopische Einschlüsse, welche aus elementarem Blei bestehen und über die ganze Länge des Barrens verteilt sind, ^

wobei der Barren über seine ganze Länge, einschliesslich des unteren Teils des unbeschnittenen Barrens, von makroskopischen Einschlüssen von Blei im wesentlichen frei ist und wobei der Barren von Seltenen ERden frei ist. ^

8. Unbeschnittener Barren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass derselbe von Einschlüssen von Bleioxid und von Aluminium im wesentlichen frei ist.

9. Unbeschnittener Barren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass" der Bleigehalt im Bereich von 0,45 - 0,50 Gew.% liegt. _y

10.Unbeschnittener Barren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Bleigehalt im Bereich von 0,45 - 0,60 Gew.% liegt. ,,.

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