Verfahren zum Giessen von Stählen mit höheren Aluminiumgehalten auf Knüppelstranggiessanlagen

Abstract

 Bei solchen Anlagen tritt beim Vergiessen von Stählen mit über 0,02 Gew.% metallischem Aluminium rasch ein Zusetzen der freilaufenden, kalibrierten Tundishdüsen ein, da sich die im Stahl suspendierten, nichtflüssigen Aluminiumverbindungen an der Wandung der Tundishdüsen ansetzen. Wird in der Giesspfanne der einen C-Gehalt von 0,8 bis 0,1% aufweisenden Schmelze Aluminium mit einer 0,04- bis 2,0-fachen Menge des C-Gehaites zugegeben und werden anschliessend Calcium-Legierungen in 0,05- bis 1,2-fachsr Menge Ca in die Pfanne eingeblasen, werden unter Einhaltung von über 0,02% metallischem Aluminium in der Schmelze nur flüssige Calcium-Aluminiumoxyde gebildet, wodurch das Zusetzen der Tundishdüsen zuverlässig vermieden wird.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Vergiessen von Stählen mit über 0,02% metallischem Aluminium auf Knüppelstranggiessanlagen mit freilaufenden, kalibrierten Tundishdüsen.

[0002] Es ist bekannt, dass Stähle mit Gehalten an metallischem Aluminium über 0,02% an Knüppelstranggiessanlagen Schwierigkeiten beim Giessen bereiten, wenn das Aluminium bereits in der Giesspfanne zulegiert wird (alle %-Angaben sind Gewichtsprozente).

[0003] Der Grund dafür ist, dass die im Stahl suspendierten, nichtflüssigen Aluminiumoxydverbindungen sich beim Giessen an der Wandung der Tundishdüsen ansetzen und diese in kurzer Zeit vollständig zersetzen, so dass der Giessvorgang unterbrochen wird.

[0004] Zur Herstellung von Feinkornstählen auf Aluminium-Basis wird das Einspulen von Aluminiumdraht in die Stranggiesskokille praktiziert. Diese Methode bringt unbefriedigende Ergebnisse, da die Aluminiumverteilung im Stranggussknüppel ungleichmässig ist und schlechte Strangoberflächen durch Aluminiumoxydnester entstehen.

[0005] Es ist weiter bekannt, dass Aluminiumoxydverbindungen bei der Behandlung der flüssigen Schmelze mit Legierungen und/oder Schlacken der Metalle Calcium und Magnesium modifiziert werden können. Zur Erhöhung des Ausbringens dieser Metalle erfolgt die Zugabe zweckmässigerweise durch Einblasen in die Giesspfanne mittels Tauchlanze. Als Trägergas wird normalerweise Argon verwendet. Bei einer pfannenmetallurgischen Behandlung ist es üblich, die Schmelze in der Pfanne vor weiterer Oxydation zu schützen, z.B. durch Schutzgas, Vakuum, besonderen Pfannendeckel, Schlackenfreihalten, besondere Schlackenzusammensetzungen, Pfannenzustellungen aus Feuerfeststoffen mit niedrigem Sauerstoffpotential.

[0006] Eine aus DE-AS 25 27 156 bekannte Methode zur Verhinderung des Zusetzens von Tauchausgüssen, wie sie üblicherweise bei Vorblock- und Brammenstranggiessanlagen verwendet werden, besteht im "Ueberblasen" der Schmelze mit Kalziumbehandlungsmitteln. Beim "Ueberblasen" werden Aluminiumoxydverbindungen grösstenteils zu Calciumoxyd reduziert, das sich angeblich vollständig abscheiden soll.

[0007] Es werden aber auch noch Calcium-Aluminiumverbindungen mit hohen Calciumoxydgehalten gefunden, die bei Tauchausgüssen anscheinend keine Schwierigkeiten bereiten. Diese Einschlüsse sind infolge ihres hohen CaO-Gehaltes nichtflüssig.

[0008] Die vorgenannte Methode des "Ueberblasens" erbringt bei Knüppelstranggiessanlagen nichtreproduzierbare Ergebnisse, da bereits geringe Anteile nichtflüssiger Aluminiumoxydverbindungen das Zusetzen der freilaufenden, kalibrierten Tundishdüsen bewirken.

[0009] Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Ca-Menge so zu dosieren, dass beim Giessen von Stählen mit höheren Gehalten an metallischem Aluminium auf Knüppelstranggiessanlagen nur flüssige Aluminiumoxydverbindungen auftreten.

[0010] Zur Lösung dieser Aufgabe wird gemäss der Erfindung vorgeschlagen, dass in Abhängigkeit vom C-Gehalt im Bereich von 0,8 - 0,1% die 0,04- bis 2,0-fache Menge Aluminium in die Pfanne zugegeben wird und anschliessend Calcium-Legierungen in 0,05- bis 1,2-facher Menge Ca in die Pfanne eingeblasen werden, mit dem Zweck, ausschliesslich flüssige Calcium-Aluminiumoxyde zu bilden.

[0011] Dies bedeutet, dass das Legieren von Aluminium in der Giesspfanne vor dem Einblasen von Ca-Mg-Legierungen und/ oder deren Schlacken so auf die Stahlzusammensetzung abgestimmt wird, dass durch die Behandlung der Schmelze mit diesen Einblasstoffen mit Sicherheit nur flüssige Calcium/ Magnesium-Aluminiumoxydverbindungen vorliegen und Gehalte von über 0,02% metallischem Aluminium in der Schmelze legiert bleiben.

[0012] Aus dem bekannten Zweistoffsystem Ca 0 - A1₂ 0₃ ist ersichtlich, bei welchen Einschlusszusammensetzungen auch für Giesstemperaturen des Stahles im Tundish von z.B. 1480°C bis 1580°C die Einschlüsse noch in flüssiger Form vorliegen.

[0013] Für die Effektivität der Behandlung ist es gemäss der Erfindung von Wichtigkeit, dass die Schmelze nicht überblasen wird, sondern dass die Menge der eingeblasenen Feststoffe genau auf die Stahlzusammensetzung vor der Einblasbehandlung abgestimmt wird, insbesondere auf den Sauerstoffgehalt (Kohlenstoffgehalt). Es empfiehlt sich, nach der Al-Zugabe und vor Einblasen den freien Sauerstoffgehalt der Schmelze in der Pfanne zu bestimmen; liegt dieser höher als 15 ppm, ist weiteres Aluminium (pro ppm O₂ 3,0 ppm Al) zuzugeben.

Beispiel 1

[0014] Qualität Ck 45, Chargen Nr. 49797

Al-Zugabe bei Abstich: 24 kg = 0,6 kg/t Faktor Al-Zugabe = 0,142 · 168 = 24 freier Sauerstoffgehalt vor Einblasen: 11,1 ppm Feststoff eingeblasen: 100 kg Ca Si = 30 kg Ca = 0,75 kg Ca/t Faktor Ca-Zugabe = 0,178·168 = 30- freier Sauerstoffgehalt nach Einblasen: 2,76 ppm

Beispiel 2

[0015] Qualität: IE 1013 Chg.Nr. 54203

Al-Zugabe bei Abstich: 45 kg = 1,125 k^g/t freier Sauerstoffgehalt vor Einblasen: 12,75 ppm Feststoff eingeblasen: 120 kg Ca Si ≙ 0,9 kg Ca/t freier Sauerstoffgehalt nach Einblasen: 2,62 ppm % C = 30 ⁼ 120 kg C

[0016] Zugabe Al: 45 kg; Faktor Al-Zugabe = 0,375 · 120 = 45 Zugabe Ca: 36 kg; Faktor Ca-Zugabe = 0,3 · 120 = 36 Es ist weiter zu beachten, dass die in der Giesspfanne in flüssiger Form vorliegenden Einschlussverbindungen sich beim Giessprozess nicht wieder in einen nichtflüssigen Zustand verändern.

[0017] Erfindungsgemäss wird die Zusammensetzung der Einschlussverbindungen Calciumoxyd - Aluminiumoxyd so gesteuert, dass - wenn keine definierten Reinheitsgradanforderungen vorliegen - ein grosser Teil der bekannten Feinkornstähle ohne Reoxydationsschutz zwischen Giesspfanne und Tundish vergossen werden kann.

[0018] Ueberraschenderweise hat es sich gezeigt, dass bei kleineren Tundishen mit drei oder weniger Ausgüssen die Grenze für das Giessen ohne Giessstrahlschutz zwischen Pfanne und Tundish bei 0,03% metallischem Aluminium liegt. Liegen höhere Gehalte vor, ist zur Vermeidung der Reoxydation von Aluminium ein Giessstrahlschutz zwischen Pfanne und Tundish erforderlich.

[0019] Bei Tundishgrössen für vier und mehr Stränge liegt diese Grenze bereits bei 0,020% Al. Es kann dann zweckmässig sein, zusätzlich den Tundish luftdicht mittels Deckel abzuschliessen und vor dem Angiessen mittels Inertgasen wie z.B. Stickstoff oder Argon sauerstofffrei zu halten.

[0020] Der Reoxydationsschutz kann aus einem bekannten Schattenrohr bestehen.

[0021] Erfindungsgemäss werden zusätzlich synthetische Schlacken mit niedrigem Oxydationspotential, z.B. Ca O mit etwa 30% A1₂ °₃-Anteil, zum Abdecken der Stahloberfläche im Tundish verwendet.

Ansprüche

1. Verfahren zum Vergiessen von Stählen mit über 0,02% metallischem Aluminium auf Knüppelstranggiessanlagen mit freilaufenden, kalibrierten Tundishdüsen, dadurch gekennzeichnet, dass in Abhängigkeit vom C-Gehalt im Bereich von 0,8 - 0,1% die 0,04- bis 2,0-fache Menge Aluminium in die Pfanne zugegeben wird und anschliessend Calcium-Legierungen in 0,05- bis 1,2-facher Menge Ca in die Pfanne eingeblasen werden, mit dem Zweck, ausschliesslich flüssige Calcium-Aluminiumoxyde zu bilden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlich ein Gemisch von 50% Ca O und 50% A1₂ 0₃ eingeblasen wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass in Abhängigkeit von der Höhe des Gehaltes an metallischem Aluminium und der Grösse des Tundishes ein Reoxydationsschutz zwischen Pfanne und Tundish zur Vermeidung der Aluminiumoxydation verwendet wird.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass bei kleineren Tundishen mit drei oder weniger Ausgüssen und bei Al-Gehalten > 0,03% ein Reoxydationsschutz angewendet wird.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass bei grösseren Tundishen mit mehr als drei Ausgüssen und bei Al-Gehalten > 0,02% ein Reoxydationsschutz angewendet wird.

6. Verfahren nach Anspruch 3, 4 und 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Tundish mit synthetischen Schlacken mit niedrigem Oxydationspotential abgedeckt wird.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die synthetischen Schlacken aus einer Mischung aus Ca 0 und etwa 30% Al₂ 0₃ bestehen.