Verfahren und Vorrichtung zum Hinzufügen wenigstens eines Legierungsbestandteils insbesondere Blei zu einem Strom geschmolzenen Metalls

Abstract

 Es handelt sich um ein Verfahren und eine vorrichtung zum Hinzufügen eines Legierungsbestandteils zu einem Strom geschmolzenen Metalls, insbesondere von Blei zu einer Stahlschmelze, in einem Verteiler (4) für ein Stranggussverfahren zur Herstellung von Knüppeln. Es ist die Aufgabe der Erfindung eine Möglichkeit zu schaffen, womit Blei oder ein anderes schweres Metall in Stahl oder einem anderen Metall eingegeben werden kann, so dass eine gleichmässige Verteilung des Bleis erfolgt und eine Gefahr für Bildung einer Sedimentschicht aus Blei vermieden werden kann. Dies wird erreicht, indem im Verteiler (4) ein Stahlfluss, dem der Legierungsbestandteil zugefügt ist, erzeugt wird, der mindestens einmal einer Strömungsbeschleunigung und einer Strömungsverlangsamung unterworfen wird.

Beschreibung

[0001] Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Hinzufügen wenigstens eines Legierungsbestandteils zu einem Strom geschmolzenen Metalls, insbesondere von Blei zu einer Stahlschmelze, in einem Verteiler für ein Stranggussverfahren zur Herstellung von Knüppeln, nach dem Oberbegriff des unabhängigen Anspruchs 1, sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens gemäss dem Oberbegriff des Anspruchs 6.

[0002] Bei der Serienfertigung von Massenteilen aus Stahl spielt dessen Zerspanbarkeit auf automatischen Maschinen für die Bearbeitung eine grosse Bedeutung. Hierfür werden sogenannte Automatenstähle eingesetzt, deren chemische Zusammensetzung und Gefügeausbildung für eine gute Zerspanbarkeit besonders geeignet sein muss. Den Hauptanteil an solchen Stählen bilden die Weichautomatenstähle, vor allem mit Bleizusatz. Der Schwefelgehalt liegt im Bereich von ca. 0,26 bis ca. 0,42 % und sie haben üblichenweise ein dem Schwefelgehalt angepassten Mangangehalt von ca. 0,9 bis ca 1,6 %, um beim Walzen einen Rotbruch zu vermeiden. Der Zusatz von Blei bewirkt bei der Zerspanung eine geringere Reibung zwischen Werkzeug und Werkstück. Die Bleipartikeln führen zu kürzeren Spänen und einer geringeren Schnittkraft, was zu längeren Standzeiten des Werkzeugs sowie einer besseren Oberfläche des Werkstückes führt.

[0003] Der Zusatz von Blei bietet jedoch Schwierigkeiten in bezug auf Umweltverschmutzung. Blei hat mit ca. 327°C einen niedrigen Schmelzpunkt. Seine Verdampfungstemperatur liegt mit ca. 1725°C nur wenig oberhalb der üblichen Herstellungstemperaturen von flüssigem Stahl. Damit verdampft Blei bei Zugabe in die Stahlpfanne stark und muss deshalb wegen der toxischen Wirkung sorgfältig abgesaugt werden. Man strebt heute bei erstarrtem Stahl einen Bleigehalt von ca. 0,15 bis 0,35 % an.

[0004] Versuche, Strangguss unter Zugabe von Blei in den Verteiler, um die Beimengung in einem Gebiet mit niedrigeren Temperaturen und damit geringerer Entwicklung von Bleidämpfen vor dem Giessen vorzunehmen, wurden schon früher unternommen. Es zeigte sich aber, dass dies nur unter Zusatz von Giesspulver möglich war. Jedoch musste diese Entwicklung unterbrochen werde, weil die Entwicklung von Giesspulver für kleine Strangguss-Formate, ebenso wie auch die Entwicklung feuerfester Tauchrohre bis etwa 1979 noch in den Anfängen steckte, so dass die Entwicklung der Stähle mit Bleizusatz im Knüppelstrangguss stagnierte.

[0005] Dies zeigte sich auch deutlich in einer ersten Anordnung, gemäss der DE-A-23 23 503, wo vorgeschlagen wurde, in einer verschliessbaren Giesspfanne bei der ihr Inneres von der umgebenden Atmosphäre isoliert ist, über dem Stahlbad eine gasförmige Atmospähre zu bilden. Das Blei dem flüssigen Stahl nach dem Verschliessen zuzuführen und den Stahl mindestens während der Bleizuführung mittels eines inerten Gases umzurühren.

[0006] In der EP-A-0 267 609 wird eine Anordnung eines Verteilers (im englischen Sprachraum "Tundish" genannt) beschrieben. In den mit flüssigem Stahl beschickten Verteiler wird ebenfalls flüssiges Blei mittels eines Stopperrohrres in einer kontrollierbaren Menge zugeführt. Als Vorteil dieser Anordnung wird ausgesagt, dass keine Leckage auftreten kann und eine einheitliche Mischung erhalten wird.

[0007] Nach der EP-A-0 283 130 wird flüssiges Blei einem geschlossenen Verteiler mit mehreren Kammern in die Zuflusskammer des Stahls geleitet, so dass sich am Boden dieser Kammer eine Bleisedimentschicht bildet. In der Trennwand zwischen der Einleitkammer und einer Ausflusskammer befindet sich eine versunkene Düse. durch die der geschmolzene Stahl in die zweite Kammer geleitet wird, um von da in die Form abgelassen zu werden.

[0008] Schliesslich ist in der EP-A-0 393 801 eine Vorrichtung zum Giessen von Blöcken aus bleilegiertem Stahl beschrieben. Der Verteiler ist mit zwei Kammern, einer Bespeisungskammer und einer Entleerungskammer, versehen. Das flüssige Blei wird dem Stahl in der verschlossenen Entleerungskammer zugefügt. Diese Entleerungskammer hat eine zylindrischkonische Form, wodurch eine Drehbewegung der Schmelze unterstützt wird. Die Kammerböden sind geneigt, um zu vermeiden, dass sich erstarrte Ablagerungen bilden können.

[0009] Es zeigt sich somit ein Hauptproblem neben der notwendigen die Umwelt schonenden Anforderung, nämlich dass das Blei infolge seiner begrenzten Löslichkeit im flüssigen Stahl und seiner höheren Dichte von ca. 11,3 g/cm3 gegenüber ca. 7,5 g/cm3 des Stahls (bei 20°C), zum Absinken neigt, was dazu führt, dass entweder eine gesammelte Sedimentschicht gebildet wird, oder eine Art eines Umrührens bewirkt werden muss.

[0010] Es ist demgemäss eine Aufgabe der Erfindung, inbesondere für Knüppelstrangguss eine Möglichkeit zu schaffen, womit Blei oder ein anderes schweres Metall in Stahl eingegeben werden kann, so dass eine gleichmässige Verteilung des Bleis erfolgt und eine Gefahr für Bildung einer Bleisedimentschicht vermieden werden kann.

[0011] Erfindungsgemäss wird dies mit einem Verfahren erreicht, das dadurch gekennzeichnet ist, dass im Verteiler ein Metallfluss, dem der Legierungsbestandteil zugefügt ist, erzeugt wird, der mindestens einmal einer Strömungsbeschleunigung und einer Strömungsverlangsamung unterworfen wird.

[0012] Eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, dass der Verteiler mindestens drei Kammern aufweist, denen in der ersten Kammer das Metall und der Legierungsbestandteil einleitbar sind, der Durchgang zur zweiten Kammer nahe dem Boden des Verteilers durch wenigstens eine Öffnung erfolgt und die zweite Kammer als Staukammer ausgebildet ist, von der der Durchgang in die dritte Kammer durch mehrere, mehrheitlich oben im Verteiler angebrachte Öffnungen erfolgt.

[0013] Die Erfindung wird nachfolgend an Hand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert. In der Zeichnung zeigt die einzige Figur eine perspektivische Ansicht einer möglichen Vorrichtung zur Durchführung des erfinderischen Verfahrens in einer Anwendung zum Hinzufügen von Blei zu flüssigem Stahl.

[0014] Für das Giessen des Flüssigstahls im Stranggussverfahren zu Knüppeln wird der Stahl durch einen am Pfannenboden angeordneten Verteilschieber 1 und ein Schattenrohr 2 einem Verteiler 4 in dosierbarer Form zugeführt. Zwischen Pfannenboden und Eingiessbereich 41 des Verteilers 4 wird entsprechend der Stahlzufuhr, der Füllhöhe im Verteiler, der Giesszeit, dem Stahlabfluss und dem gewünschten Bleigehalt Reinblei oder Blei in einem Bleiträger in Form von Granulat oder Draht oder einem Fülldraht in einer Zufuhr 50 zugeführt,

[0015] Der Eingiessbereich 41 auch Legierungs- oder Mischbereich genannt, ist von jenem Bereich, von dem der Flüssigstahl auf die einzelnen Stränge verteilt wird, zum Teil abgetrennt. Zur Verbindung dienen Öffnungen im Bodenbereich und auch in einem zweiten Bereich mehrheitlich weiter oben. Der Stahlfluss wird zwischen Eingiessbereich 41 bis zum Verlassen der Staukammer 42 derart gesteuert, dass das Stahl-Blei-Gemisch einer Folge von Strömungsbeschleunigungen und Strömungsverlangsamungen unterworfen wird.

[0016] Absinkendes Blei fällt dabei in einen Bereich hoher Strömungsgeschwindigkeit und Turbulenz und wird dadurch wieder mit dem Stahl vermengt. Die Turbulenz kann gegebenenfalls durch Begasung und/oder durch elektromagnetische Felder erhöht werden, Der Flüssigstahl im Verteiler wird durch feuerfeste Auskleidung des Verteilers und durch die Abdeckschlacke gegen Oxidation und gegen Temperaturverluste geschützt.

[0017] Die Stahlzufuhr vom Verteiler 4 in die Stranggusskokillen wird mit einem Reguliersystem zum Beispiel in Form eines Verteilschiebersystems dosiert. Dem Spiegel des Bades in der Kokille wird kontinuierlich ein Giesspulver zugeführt. Dieses wirkt gleichzeitig als Oxidationsschutz und als Schmiermittel zwischen der sich mit konstanter Geschwindigkeit bewegter Strangschale und der hochfrequent oszillierenden Kokille.

[0018] Durch Einsatz eines elektromagnetischen Drehfeldrührers kann die Entstehung von Porosität unterdrückt und Seigerungen minimiert werden.

Ansprüche

1. Verfahren zum Hinzufügen eines Legierungsbestandteils zu einem Strom geschmolzenen Metalls, insbesonder von Blei zu einer Stahlschmelze, in einem Verteiler für ein Stranggussverfahren zur Herstellung von Knüppeln, dadurch gekennzeichnet, dass im Verteiler ein Metllfluss, dem der Legierungsbestandteil zugefügt ist, erzeugt wird, der mindestens einmal einer Strömungsbeschleunigung und einer Strömungsverlangsamung unterworfen wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Legierungsbestandteil als Feststoff zugefügt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Legierungsbestandteil in flüssiger Form zugeführt wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Metallzufuhr vom Verteiler in die Stranggusskokillen geregelt wird.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass dem Badspiegel in der Kokille kontinuierlich ein Giesspulver zugefügt wird.

6. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Legierungsbestandteile in Form von festen Stoffen zugefügt werden.

7. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Verteiler (4) mindestens drei Kammern (41,42,43) aufweist, denen in der ersten Kammer (41) der Stahl und Legierungsmetall einleitbar ist, der Durchgang zur zweiten Kammer (42) nahe dem Boden des Verteilers (4) durch wenigstens eine Öffnung (44) erfolgt und die zweite Kammer (42) als Staukammer ausgebildet ist, von der der Durchgang (45) in die dritte Kammer (43) durch mehrere, mehrheitlich oben im Verteiler (4) angebrachte Öffnungen erfolgt.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass zur Erhöhung der Turbulenz im Bereich hoher Strömungsgeschwindigkeit eine Begasung erfolgt.

9. Vorrichtung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass zur Erhöhung der Turbulenz im Bereich hoher Strömungsgeschwindigkeit elektromagnetische Felder angelegt sind.

Zeichnung