DE3804279C2 - - Google Patents
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Description
Die Erfindung betrifft ein Gießzusatzmittel oder einen Gieß
zusatzstoff beim Stranggießen von Stahl. Wenn Stahl durch
Stranggießen hergestellt wird, muß ein Gießzusatzmittel ver
wendet werden, und die Stahlqualität hängt in erster Linie
von der Qualität des Zusatzmittels ab.
Wenn ein Gießzusatzmittel auf die Oberfläche von geschmolzenem
Stahl in einer Gießform oder Kokille zugesetzt wird,
schmilzt es allmählich durch die Wärme des geschmolzenen
Stahls, wobei sich drei Schichten bilden, nämlich eine ge
schmolzene Schicht, eine halbgeschmolzene oder Sinterschicht
und eine Schicht aus noch nicht geschmolzenem Zusatzmittel.
Die Gießzusatzmittel sollen die folgenden Eigenschaften auf
weisen:
- (1): Wärmeisolierung und Verhinderung der Oxidation der Oberfläche des geschmolzenen Stahls;
- (2): gleichförmige Schmelzbarkeit;
- (3): die Fähigkeit, schwimmende Stoffe, wie Al₂O₃ und der gleichen, zu absorbieren;
- (4): Ausbildung einer Schmierwirkung zwischen der Gießform oder Kokille und dem festen Mantel des geschmolzenen Stahls.
Von diesen Eigenschaften werden die Oxidationsverhinderung,
die Fähigkeit, schwimmende Stoffe zu absorbieren, sowie die
Schmierwirkung von der geschmolzenen Schicht des Gießzusatzmittels
verlangt. Andererseits wird die Wärmeisolation und
die gleichförmige Schmelzbarkeit von der halbgeschmolzenen
bzw. Sinterschicht und von der nicht geschmolzenen Schicht
des Gießzusatzmittels verlangt, und diese Eigenschaften wer
den stark von der Form der Teilchen des Zusatzmittels beein
flußt.
Die Form der Teilchen herkömmlicher Zusatzmittel kann grob
in drei Arten eingeteilt werden: pulverförmig, kornförmig,
insbesondere säulenförmig mit einer mittleren Korngröße
zwischen 1 und 3 mm, wie in Fig. 2 dargestellt, und hohlku
gelförmig. Von diesen Arten werden das pulverförmige und das
kornförmige Zusatzmittel hauptsächlich benutzt.
Pulverförmige Zusatzmittel sind vergleichsweise vorteilhafter
als kornförmige Zusatzmittel bezüglich der Wärmeisolierung
und verschlacken aufgrund ihrer großen spezifischen
Oberfläche rascher. Deshalb werden pulverförmige Zusatzmittel
hauptsächlich für aluminiumberuhigte Stähle mit niedrigem
Kohlenstoffgehalt, die leicht durch Verun
reinigungsdefekte, wie Gasblasen oder Lunker beeinträchtigt
werden, sowie für das Stranggießen mit hoher Geschwindigkeit
verwendet, bei dem die Gießgeschwindigkeit größer als
1,6 m/min ist und bei dem noch rascheres Verschlacken und
noch rascheres Einfließen erforderlich ist.
Kornförmige Zusatzmittel sind aus Umweltschutzgründen be
vorzugt, weil sie weniger Staub erzeugen. Sie weisen auch
Vorteile bezüglich des gleichförmigen Schmelzens auf, und
die Ungleichmäßigkeit in der Verteilung der Bestandteile
des Zusatzmittels ist gering, so daß bei kornförmigen Zu
satzmitteln auch die Zusammensetzung der Schlacke gleich
förmig ist. Aus diesen Gründen werden kornförmige Zusatz
mittel hauptsächlich für Stähle mit mittleren Kohlenstoff
gehalt verwendet, die ein gleichförmiges Schmelzen und Ein
fließen des Zusatzmittels verlangen, sowie beim Stranggießen
mit niedriger Gießgeschwindigkeit, bei dem in erster
Linie auf den Umweltschutz geachtet wird.
Hohle kugelförmige Zusatzmittel haben gute Eigenschaften be
züglich der Umweltverträglichkeit, der Fließfähigkeit in der
Kokille oder Gießform und der Wärmeisolierung des geschmolzenen
Stahls, es gibt bisher aber
kaum Beispiele für ihre
tatsächliche Verwendung beim Gießen.
Obwohl die herkömmlichen drei Arten von Gießzusatzmitteln
jeweils die vorstehend beschriebenen Vorteile aufweisen, haben
sie auch die nachstehenden Nachteile.
Nachteile von pulverförmigen Zusatzmitteln
- (1) Umweltprobleme, wie die Erzeugung von Staub oder Bränden bei der Zufuhr zur Gießform oder Kokille.
- (2) Gefahr einer ungleichmäßigen Verteilung der Bestandteile des Zusatzmittels ist größer als bei kornförmigen Zusatz mitteln.
- (3) Wegen des ungleichmäßigen Schmelzens und des ungleich mäßigen Einfließens des Zusatzmittels in die Zwischen räume zwischen der Form und dem festen Mantel des ge schmolzenen Stahls ist es verglichen mit den kornförmigen Zusatzmitteln schwieriger, eine gleichmäßige Schmierung zwischen der Form und dem festen Mantel des ge schmolzenen Stahls herzustellen. Infolgedessen wird der feste Stahlmantel ungleichmäßig gekühlt, was zu einer höheren Wahrscheinlichkeit von Oberflächenrissen in dem gegossenen Stahl führt.
Dementsprechend ist es schwierig, pulverförmige Gießzusatzmittel
für Stähle zu verwenden, die eine Neigung zu Rißbildung
aufweisen, wie beispielsweise Stähle mit mittlerem
Kohlenstoffgehalt und nichtrostende Stähle.
Nachteile von kornförmigen Zusatzmitteln
- (1) Geringere thermische Isolierung als bei pulverförmigen Zusatzmitteln.
- (2) Langsameres Verschlacken als bei pulverförmigen Zusatz mitteln, wodurch die kornförmigen Zusatzmittel für Stranggießen von Stahl mit hoher Geschwindigkeit unge eignet sind.
- (3) Ungeeignet für automatische Speisevorrichtungen, wie sie üblicherweise in Eisen- und Stahlwerken verwendet werden, weil herkömmliche kornförmige Gießzusatzmittel zer brechlich sind, während des Transports leicht brechen und sich in der Gießform oder Kokille weniger gut aus breiten. Deshalb wird in den meisten Eisen- und Stahl werken bei der Verwendung automatischer Speisevorrichtungen ein pulverförmiges Zusatzmittel verwendet.
Das hohle kugelförmige Gießzusatzmittel, wie es beispielsweise
in JP-A-52-12330 und JP-A-54-75427 beschrieben ist,
weist gute Wärmeisolierung auf und bereitet sich in einer
Gießform gut aus, ist jedoch ungünstig bezüglich seiner
Schmelzeigenschaften, so daß es nur wenige tatsächliche An
wendungsbeispiele gibt. Das hohle, kugelförmige Gießzusatzmittel
schmilzt wie ein kornförmiges Zusatzmittel Schicht um
Schicht, aber die innerhalb der Hohlkugel eingeschlossene
Luft kann während des Schmelzens nicht vollständig entweichen.
Wegen dieser verbleibenden Luft zeigen die hohlen ku
gelförmigen Gießzusatzmittel eine gute Wärmeisolierung, aber
andererseits ist es dadurch schwierig, Wärme von dem ge
schmolzenen Stahl zu dem oberen Teil des Zusatzmittels zu
übertragen. Infolgedessen nimmt die Verschlackungsgeschwindigkeit
ab und der konstante Zustrom von Schlacke in die
Grenzfläche zwischen der Gießform und dem festen Mantel des
geschmolzenen Stahls ist beschränkt. Es ist deshalb bei den
hohlen, kugelförmigen Zusatzmitteln schwierig, ein Gleichge
wicht zwischen der Menge des Schlackenzustroms und der Ver
schlackungsgeschwindigkeit zu finden. Da die Verschlackungs
geschwindigkeit beschränkt ist, ist es schwierig, hohle ku
gelförmige Gießzusatzmittel für das Stranggießen mit hoher
Geschwindigkeit zu verwenden, bei dem ein rasches Ver
schlacken und Zuströmen der Schlacke erforderlich ist.
Aus der DE-A-35 37 281 ist ein Verfahren zur Herstellung von
Gießpulver zum Vergießen von Stahl bekannt, wobei die Aufgabe
zugrunde liegt, ein Verfahren zur Herstellung eines homogenen
Gießpulvers zu schaffen, bei dem ein Teil der beim Aufschmelzen
des Pulvers ablaufenden Reaktionen bereits in den
Herstellungsprozeß verlagert wird, um so ein gutes
Aufschmelzverhalten des Einsatzstoffes zu erreichen. Das aus der
DE-A-35 37 281 bekannte Gießpulver weist als Granulat eine
überwiegend kugelige Form auf, und der Durchmesser des
Granulatkorns kann beispielsweise im Bereich zwischen 100 und 500
µm liegen.
Aus der DE-A-34 03 279 ist ein Gießpulver für Stahlstrangguß
beschrieben, das aus einem bei Gießtemperatur aufschmelzbaren
anorganischen oxidischen Material und einem im wesentlichen
kohlenstoffhaltigen Material besteht. Das anorganische oxidische
Material soll vorzugsweise eine Korngrößenverteilung derart
aufweisen, daß mehr als die Hälfte des Materials eine Korngröße
zwischen 40 und 250 µm aufweist. Das anorganische oxidische
Material weist vorzugsweise die folgenden Bestandteile auf:
20-40% SiO₂, 20-45% CaO, 0-20% Al₂O₃, 0-20% (Na, K)₂O,
0-10% (Mg, Ba)O, 0-10% B₂O₃, 0-10% Fe₂O₃, 0-5% MnO,
jeweils 0-5% P₂O₅, Li₂O und TiO₂ sowie 2-10% F₂, wobei alle
Angaben Gew.-% betreffen.
Zusammenfassend ist festzustellen, daß die herkömmlichen
Gießzusatzmittel, wie pulverförmige, kornförmige und hohle,
kugelförmige Zusatzmittel, jeweils Vorteile und Nachteile
aufweisen, daß aber die bekannten Zusatzmittel nicht voll
ständig zufriedenstellend sind.
Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, die vorstehenden
Nachteile zu beseitigen und ein Gießzusatzmittel
mit vollständig zufriedenstellenden Eigenschaften zu schaffen,
das für automatische Speisevorrichtungen geeignet ist,
wenig Staub erzeugt und geringe Neigung zu Oberflächenrissen
und Verunreinigungen unter der Oberfläche des
Stahls aufweist.
Zur Lösung dieser Aufgabe wurden umfangreiche Untersuchungen
der Form der Teilchen von Gießzusatzmitteln durchgeführt.
Die vorstehende Aufgabe wird mit dem Gießzusatzmittel gemäß
Anspruch 1 gelöst. Das erfindungsgemäße Gießzusatzmittel
zur Verwendung beim Stranggießen von Stahl weist vollkugelförmige
Teilchen mit einer mittleren Teilchengröße von etwa 100
bis 800 µm und eine Fülldichte von mindestens 0,82 g/cm³ auf.
Die Erfindung wird nachstehend anhand der Zeichung näher
erläutert. Es zeigt:
Fig. 1 das erfindungsgemäße Gießzusatzmittel
Fig. 2 ein herkömmliches kornförmiges oder granulares Gieß
zusatzmittel und
Fig. 3 ein herkömmliches hohlkugelförmiges Gießzusatzmittel.
Wie aus dem Vergleich der Fig. 1 und 3 ersichtlich ist, un
terscheidet sich das erfindungsgemäße Gießzusatzmittel in
seiner Form stark von dem herkömmlichen hohlen, kugelförmigen
Gießzusatzmittel.
Das erfindungsgemäße Gießzusatzmittel ist nicht hohl, sondern
voll und kugelförmig. Zwar sind die einzelnen Teilchen
nicht alle ideal kugelförmig, sondern sind teilweise etwas
konvex bzw. Ellipsoid, sie sind aber nicht hohl wie her
kömmliche in Fig. 3 dargestellte Zusatzmittel. Die mittlere
Teilchengröße der Vollkugeln beträgt zwischen 100 und 800 µm,
vorzugsweise zwischen 200 und 400 µm.
Wenn die Teilchengröße weniger als 100 µm beträgt, kann
unerwünschte Staubentwicklung wie bei pulverförmigen
Zusatzmitteln auftreten, und wenn die Teilchengröße mehr
als 800 µm beträgt, vergrößern sich die Hohlräume zwischen
den Teilchen, was wie bei den herkömmlichen kornförmigen
Zusatzmitteln die thermische Isolierung verringert.
Die vollkugelförmigen Teilchen gemäß der vorliegenden Erfindung
können auf verschiedene Weise hergestellt
werden,
beispielsweise durch Granulierung mittels Sprühen, Schütteln, Fluidisieren,
Rühren und dergleichen oder in einer rotierenden Pfanne mit um
z. B. 20 bis 30° geneigter Drehachse als Granulator.
Das erfindungsgemäße Gießzusatzmittel weist ausgezeichnete
Eigenschaften bezüglich Wärmeisolierung, Tendenz zur Schlacken
bildung und gleichförmiger Schmelzbarkeit auf, so daß es
für Stähle mit niedrigem Kohlenstoffgehalt, Stähle mit mittlerem
Kohlenstoffgehalt und/oder zum Stranggießen mit niedriger
und hoher Gießgeschwindigkeit verwendet werden kann.
Darüber hinaus weist es ausgezeichnete Eigenschaften be
züglich seiner Fluidität auf und ist einfach in automatischen
Speisevorrichtungen einsetzbar.
Die nachstehenden Beispiele erläutern die Erfindung weiter.
Ein herkömmliches kornförmiges Gießzusatzmittel, wie es üblicherweise
zum Stranggießen von Stahl mit niedrigem Kohlen
stoffgehalt bei niedriger Geschwindigkeit verwendet wird
(Vergleichsmittel 1) und das erfindungsgemäße Gießzusatz
mittel (1) mit derselben Zusammensetzung sowie hohlkugelförmige
und pulverförmige Gießzusatzmittel (2 bzw. 3) werden beim Stranggießen
von aluminiumberuhigtem Stahl mit niedrigem Kohlenstoffgehalt
verwendet.
Die Gießgeschwindigkeit beträgt 1 bis 1,2 m/min und die
Größe der Gießform bzw. Kokille 220×1250 mm. Die Ver
suchsergebnisse sind in Tabelle I dargestellt.
Wie aus Tabelle I ersichtlich ist, zeigt das erfindungsge
mäße Gießzusatzmittel gute Eigenschaften verglichen mit den
herkömmlichen kornförmigen und kugelförmigen Zusatzmitteln
und vergleichbaren Eigenschaften mit den herkömmlichen
pulverförmigen Zusatzmitteln.
Ein vollkugelförmiges erfindungsgemäßes Gießzusatzmittel
(Mittel 2) mit derselben Zusammensetzung wie das her
kömmliche kornförmige Zusatzmittel wird hergestellt, das
üblicherweise für Stahl mit mittlerem Kohlenstoffgehalt bei
niedriger Gießgeschwindigkeit verwendet wird.
Dieses vollkugelförmige Gießzusatzmittel wird beim Strang
gießen von aluminiumberuhigtem Stahl mit mittlerem Kohlen
stoffgehalt verwendet.
Die Gießgeschwindigkeit beträgt 1,0 bis 1,2 m/min und die
Größe der Gießform 220×1250 mm.
Die Ergebnisse sind in Tabelle II dargestellt.
Wie aus Tabelle II ersichtlich ist, zeigt das erfindungsgemäße
Zusatzmittel 2 einen niedrigeren Oberflächenriß-Index
als das herkömmliche pulverförmige Zusatzmittel oder das
hohlkugelförmige Zusatzmittel und vergleichbare Ergebnisse
wie das herkömmliche kornförmige Zusatzmittel.
Mit der vorliegenden Erfindung werden die Nachteile der her
kömmlichen Gießzusatzmittel zur Verwendung beim Stranggießen
von Stahl dadurch beseitigt, daß das Zusatzmittel vollkugel
förmig ist und eine mittlere Teilchengröße von 100 bis 800 µm
und eine Fülldichte von mindestens 0,82 g/cm³
aufweist. Auf diese Weise werden die nachstehenden Vorteile
erzielt:
- (1) Keine Stauberzeugung; dies ist aus Umweltschutzgründen wünschenswert.
- (2) Ausgezeichnete Fließfähigkeit des Zusatzmittels, wodurch automatische Speisevorrichtungen einfach verwendet werden können.
- (3) Gleichförmige Schmelzbarkeit Schicht um Schicht und gleichförmiger Zustrom in die Gießform, ähnlich wie bei herkömmlichen kornförmigen Gießzusatzmitteln. Ausgezeichnete Verschlackung und keine Blasenbildung nach dem Schmelzen, wie sie von herkömmlichen hohlkugelförmigen Gießzusatzmitteln bekannt ist.
- (4) Gute thermische Isolierung, ähnlich wie bei herkömmlichem, pulverförmigem Gießzusatzmittel.
Claims (5)
1. Gießzusatzmittel zum Stranggießen von Stahl, welches
vollkugelförmige Teilchen mit einer mittleren Teilchengröße
zwischen etwa 100 und 800 µm und eine Fülldichte von
mindestens 0,82 g/cm³ aufweist.
2. Gießzusatzmittel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich
net, daß die mittlere Teilchengröße zwischen 200 und 400 µm
beträgt.
3. Gießzusatzmittel nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge
kennzeichnet, daß das Zusatzmittel die folgenden Bestand
teile aufweist:
20 - 50%
SiO₂
0 - 10% Al₂O₃
20 - 45% CaO
3 - 25% R₂O (Na₂O + K₂O + Li₂O)
2 - 15% F
0,5 - 10% freien Kohlenstoff
0 - 10% MgO
0 - 10% B₂O₃
0 - 5% Fe₂O₃
0 - 10% BaO
4. Gießzusatzmittel nach einem der Ansprüche 1 bis 3, da
durch gekennzeichnet, daß das Verhältnis von CaO zu SiO₂
zwischen 0,5 und 1,5 beträgt.
5. Verfahren zur Herstellung des Gießzusatzmittels nach
einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das
Zusatzmittel hergestellt wird durch Granulieren mittels
Sprühen, Fluidisieren, Rühren oder Schütteln in einer
Pfanne.
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