-
Verfahren zur Herstellung von unberuhigtem Massenstahl Die Erfindung
bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung von unberuhigtem Massenstahl mit
hohem Kohlenstoffgehalt.
-
Unberuhigter Massenstahl hat besondere, wohlbekannte Vorteile für
bestimmte Zwecke. Es warjedoch bisher nur möglich, unberuhigten Massenstahl mit
einem mittleren oder niedrigen Kohlenstoffgehalt herzustellen, wobei der maximale
Kohlenstoffgehalt 0,28
oder 0,30 0/, betrug (vgl. »The Making, Shaping
and Treating of Steel«, 6. Ausgabe, S. 573). Dabei wurde zur Herstellung
von unberuhigtem Stahl z. B. mit einem Kohlenstoffgehalt von 0,120/, die Zugabe
von Fluor zur flüssigen Schmelze vorgeschlagen.
-
Nach einem anderen Verfahren soll zur Reinigung einer derartigen Stahlschmelze
Aluminium oder Kalzium- oder Natriumfluorid, insbesondere zur Entfernung von Aluminium-
und Manganoxyd, während des Vergießens in die Formen gegeben werden.
-
Auch wurde bei unberuhigtem Stahl mit einem Kohlenstoffgehalt von
0, 15 0/, und »mehr« die Zugabe von Natriumnitrat und Fe20" nach dem
Abstich vorgeschlagen, wobei letzteres aber auch fehlen oder durch andere Streckmittel
ersetzt werden kann.
-
Zur Beseitigung von Schlackenablagerungen wurden andererseits ein
Termitkörper und als schlackenverdünnender Zusatz Alkalifluoride mit oder ohne Alkalichloride,
ebenfalls unter Zusatz von Alkahsilikaten in die Gußform vor und während des Abgießens
eingeführt. Dabei wurden als Termitkörper z. B. Aluminium mit Metalloxyden, Gemische
von Ferrosilizium, Silizium-Aluminium, Silizium-Kalzium mit Braunstein oder Nitraten
empfohlen.
-
Zur Verzögerung der Erstarrung beim Vergießen metallischer Blöcke
wurden auch aluminothermisch wirkende Mischungen von Aluminium, oxydischen Stoffen
und Fluoriden in bestimmtem Verhältnis in Vorschlag gebracht, wobei in diesen Mischungen
je-
doch vornehmlich noch feuerfeste keramische Stoffe, wie Schamotte oder
Formsand, verwendet werden sollen.
-
Die genannten Verfahren betrafen aber offensichtlich durchweg Stähle
oder Stahlschmelzen mit weniger als 0,30 0/, Kohlenstoff, da bekanntlich
unlegierte Stähle mit mehr als 0,30 "/, Kohlenstoff stets beruhigt vergössen
werden (s. »Werkstoffhandbuch Stahl und Eisene, 1953, Blatt J 1, S. 3,
Abs. 2).
-
Bei bestimmten Anwendungsformen, bei denen unberuhigter Massenstahl
erwünscht ist, ist jedoch ein höherer Kohlenstoffgehalt vorteilhaft, und es ist
dementsprechend ein Ziel der vorliegenden Erfindung, einen derartigen unberuhigten
Stahl mit hohem Kohlenstoffgehalt ab 0,350/0 herzustellen und ein entsprechendes
Herstellungsverfahren zu schaffen. Ein weiteres Ziel ist die Herstellung von Gußblöcken,
die relativ frei von Trichterlunkern sind und für ihre Herstellung keine Warrnhauben
erfordern. Mit der Erfindung wird schließlich auch die Herstellung von Flußstahl
mit guten Oberflächeneigenschaften, geregelter Seigerung und ohne Schlackeneinschlüsse
u. dgl. angestrebt.
-
Die Erfindung ist anwendbar für die Herstellung von Stählen mit einem
Kohlenstoffgehalt von über 0,351)/, und bis zu 1,100/,. Kurz gesagt, besteht die
Erfindung darin, daß dem nicht desoxydierten Stahl nach dessen Vergießen in Formen
(Kokillen) und noch in seinem flüssigen Zustand ein exotherm wirkendes Zusatzmittel
neuartiger Zusammensetzung hinzugefügt wird. Das Zusatzmittel wird jeder Kokille,
z. B. ehe sie halb gefüllt ist, zugesetzt, während der Stahl in diese vergossen
wird. Das Zusatzmittel setzt sich zusammen aus Eisenoxyd und Natriumfluorid, enthält
aber auch ein exotherm wirkendes Reaktionsgemisch von körnigem Aluminium und einer
Verbindung, die eine Sauerstoffquelle zur Bindung damit darstellt, wie Natriumnitrat.
Die Menge des verwendeten Zusatzmittels beträgt
0,5 bis 2
kg pro Tonne
Rohblockgewicht. Die folgenden Bereiche für die verschiedenen Bestandteile des Zusatzmittels
wurden als einwandfrei festgestellt:
| Tabelle I - |
| Gewichtsprozent |
| Eisenoxyd ................ 40 bis 80 0/0 |
| Körniges Aluminium ....... 2,5 bis 17 11/0 |
| Natniunmitrat ............. 5 bis 340/0 |
| Natriumfluond ............. 5 bis 20 0/0 |
Der Mengenanteil von Natriumnitrat sollte das Doppelte des Aluminiumanteiles betragen.
Die Bestandteile müssen so weit zerkleinert sein, daß sie ein Sieb von
2,36 bis
2,38 mm lichter Maschenweite
(8 mesh screen) passieren,
und müssen vor ihrer Verwendung gründlich durchmischt werden.
-
Eisenoxyd fördert die Ausbildung einer Randerstarrungsschicht beim
flüssigen Stahl, indem es den Sauerstoff zur Bindung , mit einem Teil des
gegenwärtigen Kohlenstoffes liefert. Natriumnitrat liefert Sauerstoff zur Bindung
mit Aluminium. Diese Reaktion führt zur Entwicklung einer großen Hitzemenge, die
dazu dient, das Eisenoxyd und Natriumfluorid zu schmelzen, ohne daß örtliche Kühlung
des Rohblocks eintritt.
-
Der Gesamtvorgang beim Einbringen des Zusatzmittels besteht also darin,
daß geschmolzenes Eisenoxyd und Natriumfluorid dem flüssigen Stahl während dessen
Vergießens in die Form zugesetzt wird, so daß bei dem folgenden Abstehen die Bildung
der Randschicht solange als nötig kräftig fortschreitet, um eine Erstarrungs- oder
Randzone von der gewünschten Dicke zu bilden. Nachdem das Eisenoxyd des Zusatzmittels
reagiert hat, verbleibt ein Natriumaluminatschaum, der als Fluß- und Spülmittel
für irgendwelche Schlackeneinschlüsse, wie Silikate, dient.
-
Als - typisches Beispiel. für die . Durchführung der
Erfindung wird eine, Menge Stahl im gewöhnlichen Siemens-Martin-Verfahren
hergestellt, mit der Ausnahme, daß kein Deoxydationsmittel, wie Ferrosilizium, Aluminium
oder Ferrotitan und Magnesium, dem Bad im Ofen oder der Gießpfanne nach dem Ofenabstich#,zugesetzt
wird,# Der Kohlenstoffgehalt der geti4nuten",Stahlmenge wird dann fortschreitend
im Ofen aunä,4ernd"auf den gewünschten Endwert, z. B. 0,6 ' 507.,
gebracht, Bund Ferromangan wird im Ofen oder in der Cii#ßpfanne nach Bedarf zugesetzt.
Dieser kann - etwg Uur,,0,23 kg, pro Tonm in einem Fall und bis zu
11,3 kg pro Toime in einem anderen Falle betragen. Nach dem Abstich wird
der Stahl in nach unten sich erweiternde Flaschenhalskokillen, d. h. solche
ohne Warmhauben, unter Zusatz von etwa 1,13 kg pro Tonne Rohblockgewicht
eines Zusatzmittels vergossen, das aus 68 0/0 kömigem Eisenoxyd in Form von
Zunder (deseamer dust), 170/, Natriumfluorid, 100/0 Natriumnitrat und
5010 körnigem Aluminium besteht. Nach einer vorbestimmten Zeit für die Randbildung,
die sich nach der Dicke der gewünschten Randzone: (case) richtet, d. h.
15 Sekunden bis 5 Minuten, wird die Randbildung im wesentlichen durch
chemisches Unterbrechen (precapping), nämlich durch Zusatz von etwa 60 g
pro Tonne Rohblockgewicht eines geeigneten Deoxydationsmittels, wie Aluminium oder
Kalzium-Silizium-Legierung, aufgehalten, worauf die Kokillen mechanisch abgedeckt
werden.
-
Das Verfahren zum Herstellen von unberuhigtem Massenstahl unter Zusatz
von Oxyden zum Stahl-in der Kokille während des Vergießens der kohlenstoffhaltigen,
unlegierten Stahlschmelze in die Kokille-ist demnach dadurch gekennzeichnet, daß
die in die Kokillen zu vergießende Stahlschmelze einen Kohlenstoffgehalt von über
0,359/0 aufweist und daß ohne Durchführung einer Behandlung mit Desoxydationsmitteln,
wie Siliziuni (Ferrosilizium), Aluminium, Titan (Ferrotitan)-, Magnesium od. dgl.,
ein Zusatzmittel, bestehend im wesentlichen aus 40 bis 80"/() Eisenoxyd,
5 bis 20 l)/, Natriumfluorid,. 2,5 bis 17 0/0 Aluminiumgranulat
und 5 bis 35 0/0 Natriumnitrat, in einer Menge von 0,45 -bis
1,8 kg.- pro Tonne Rohblockendgewicht nicht wesentlich später als am Anfang
des Füllens der Kokille dem darin enthaltenen Stahl zugesetzt wird und nach Beendigung
des Vergießens dem Stahl eine vorbestimmte Zeit zur unbehinderten Ausbildung der
Randerstarrung gelassen wird: - Eine weitere vorteilhafte Ausbildung des
Verfahrens besteht darin, daß das Zusatzmittel ein Gemisch aus 68 0/, Eisenoxyd,
etwa 17 0/, Natriumfluorid, etwa 10 0/, Natriumnitrat und etwa 591,
Aluminium ist.
-
Noch eine weitere vorteilhafte Ausbildung des. Verfahrens besteht
darin, daß die unbehinderte (unberuhigte) Ausbildung der Randerstarrungszone nach
der vorbestimmten Zeit nach- Beendigung. des Vergießens durch Zusatz eines Desoxydationsmittels
wie Aluminium oder Kalzium-Silizium unterbrochen wird.
-
Eine
- Probe von erfindungsgemäß hergestelltem Stahl gab die
folgende
-Analyse
-
| Tabelle II |
| 90 C 010 p -- 0/0 S % si
1 o/' Al |
| Gießpfannen,inhalt .................... 0,67 0,22
0,015,-- 0,024 0,02- |
| Knüppelanäl#se, Oberes'Eüdedes"k#hblocks Ges#a: i-at4uerschnitt
..... 0,66 0,20 01 -015 0,025 0,01 0,006 |
| Unteres% Ende, de§ Rohblocks ................ 0,62 0,19 |
| Ci'berfl'7äche'deä Knpppel" |
| Oberes triä## des Roliblocks ............ 0,45 0,20
9,10 0,015 |
| 2# |
| 9,53 mm Mitten4ohrig#en# auf 51 51 mm Knüppel |
| dbereS'*'tnd# de"s' Rohblocks .................... 0,95
0,23 .0,019 0,069 U,01 0,006 |
Weitere Beispiele für die Zusammensetzung des Zusatzmittels sind:
| Tabelle III |
| Nr. j. Zunder 01, NaF
1, Al % NaN0# |
| (desearner dust) |
| 1 11 |
| - |
| - |
| 1 74 17 3 6 |
| 2 71 20 3 6 |
| 3 65 5 10 20 |
| 4 53 17 10 20 |
| 5 60 10 10 20 |
| 6 41 17 14 28 |
| 7 40 9 17 34 |
Der Querschnitt von Rohblöcken aus erfindungsgemäß hergestellten Flußstahl ist durch
eine äußere Zone oder Randschicht von bestimmter Dicke gekennzeichnet, und diese
Zone bleibt in den aus den Rohblöcken gewalzten Knüppeln bestehen. In dieser äußeren
Zone beträgt der Kohlenstoff- und Schwefelgehalt etwa zwei Drittel der Durchschnittskonzentration
(Gießpfannenanalyse), und Einschüsse felflen fast vollständig, was dem Stahl ausnehmend
gute Zieheigenschaften verleiht. Der Kohlenstoff- und Schwefelgehalt in der Mitte
des Quarzschnittes beträgt das
1,5- oder Mehrfache der Durchschnittskonzentration.
-
Mit dem vorliegenden Verfahren hergestellte Stahlrohblöcke können
zu Vorblöcken und Knüppeln sowie zu gewöhnlichem unberuhigtem Schmiedeeisen (low
carbon rimmed steel) (d. h. Stahl mit 0, 12 0/0 Kohlenstoff
und 0,50 0/, Mangan) ausgewalzt werden und sind trichterlunkerfrei, was eine
höhere Ausbeute und ebenso gute Oberflächeneigenschaften ergibt. Die Steigerung
in den Rohblöcken wird in wünschenswertem Maße beherrscht und kann ohne weiteres
unterhalb der für viele Anwendungsformen festgelegten Grenzen gehalten werden. Die
Erstarrungs-oder Randzone ist sauberer und einschlußfreier als normaler beruhigter
Stahl, und dieser Zustand bleibt sogar in der oberen Mitte der Rohblöcke bestehen.
Das Kohlenstoffgefälle von der Oberfläche zur Mitte hin ergibt die gewünschten Härtungseigenschaften.
Der zu Draht ausgewalzte Stahl läßt sich gut zu Feindraht ausziehen und läßt sich
auch leicht zu Bandmaterial kaltwalzen. Das Fehlen von Silizium und Aluminium sowie
der Einschlüsse verbessern die elektrische Leitfähigkeit, was den Stahl besonders
geeignet für die Herstellung der in Überlandleitungen verwendeten hochfesten Drähte
macht.
-
Obwohl im vorstehenden nur ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der
Erfindung beschrieben wurde, sind selbstverständlich Änderungen und Abwandlungen
möglich, ohne vom Wesen und Ziel der Erfindung abzuweichen.