Gießpulver
Die Erfindung betrifft ein Gießpulver für Stähle und Legierungen auf Eisen-, Nickel- oder Cobaltbasis mit hohen Anforderungen an den oxidischen Reinheitsgrad für Strang¬ oder Blockguß. Der hier verwendete Begriff "Gießpulver" umfaßt auch Pulver zur Abdeckung und Nachbehandlung von Metallschmelzen in Pfannen oder Zwischengefäßen.
Die in der Praxis bisher eingesetzten Gießpulver sind auf silikatischer Basis aufgebaut. Sie enthalten neben CaO und
AI 0 als Hauptkomponente SiO in Höhe von 20 bis 40 Gew-*#.
In Verbindung mit Na CO und CaF und u. U. B 0 wird die
2 3 2 2 3 für das Vergießen erforderliche niedrige Schmelztemperatur o unter 1200 C, die erforderliche Viskosität im Bereich um
1 Pa.s und ein glasiger Zustand bei Temperaturen unter o 800 C neben anderen wichtigen Eigenschaften eingestellt.
Diese Gießpulver enthalten daneben auch noch andere Oxide, wie Eisen- und Manganoxid sowie P 0 , die durch die
Rohstoffe eingebracht werden. Teilweise werden sie auch bewußt zugesetzt, um die vorgenannten Eigenschaften im gewünschten Maß zu erhalten. Es sind auch Gießpulver in der technischen Anwendung, die zur Aufrechterhaltung einer glasigen Erstarrung bis zu möglichst niedrigen Temperaturen erhöhte SiO -Gehalte mit einem niedrigen Verhältnis von
CaO/SiO unter 1,0 enthalten, um die kristallinen
Ausscheidungen, z.B. Cuspidin oder Nephelin, der glasig erstarrenden
Gießschlacke im Gießspalt zu vermeiden.
Diese Gießpulver auf silikatischer Basis mit Zusätzen von
Na C0 und fallweise B 0 sowie Eisen- und Manganoxiden
2 3 2 3 weisen aufgrund ihrer relativ geringen thermodynamischen
Bildungsenergie ein erhebliches Oxidationspotential gegenüber Stählen und Fe-, Co- und Ni-Basislegierungen mit niedrigem Sauerstoffgehalt auf. So entstehen über die Reaktion mit Legierungselementen, wie Aluminium, Titan u.a. nichtmetallische Einschlüsse im erstarrten Metall, die den oxidischen Reinheitsgrad und damit die Gebrauchseigenschaften dieser Metalle erheblich verschlechtern können. Es gibt bisher keinen technisch gangbaren Weg, das erforderliche geringe Oxidationspotentia der Gießpulverkomponenten ohne Verzicht auf die bisher eingesetzten Komponenten, die vor allem die glasige Erstarrung bis zu niedrigen Temperaturen bewirken, zu verwirklichen.
Die US-Patentschrift 3 926 246 offenbart den Zusatz von kontrollierten Anteilen an Alkalimetalloxiden und
Phosphorpentoxid neben den üblicherweise in Gießpulver anzutreffenden Komponenten wie Fluoriden, Erdalkalioxiden,
Aluminiumoxid, Siliziumoxid, Lithiumoxid und Boroxid.
Dadurch wird eine wesentliche und bei einigen
Zusammensetzungen eine gänzliche Glasbildung der
Gießpulverschlacke bei Einhaltung der Fließbarkeit, des
Erweichungsverhaltens und des Aluminiumoxidaufnahmevermögens erreicht. Die sehr hohen Zusätze an Alkalioxiden,
Phosphorpentoxid, Siliziumoxid und Boroxid, z.B. 18 - 2 %
Na 0 oder 40 % P 0 und 25 % SiO neben 20 % P 0 , stellen
2 2 5 2 2 5 zwar die erwünschte Glasbildung der Gießschlacke bei
Aufrechterhaltung der anderen obigen Eigenschaften sicher, führen jedoch zu einer hohen Abgabe von Sauerstoff der
Gießschlacke an den flüssigen Stahl und verschlechtern damit erheblich den Reinheitsgrad des im Strangguß oder Blockguß vergossenen Stahls durch Bildung nichtmetallischer
Einschlüsse.
Ähnlich wie die bekannten Gießpulver bestehen bekannte Verteilerabdeckmassen und Pfannentopfschlacken aus
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Kieselsäure oder basischen Oxiden und weisen wie die
Gießpulver ein beachtliches Oxidationspotential gegenüber Stählen und Fe-, Co- und Ni-Basislegierungen mit niedrigem Sauerstoffgehalt auf. So können bei Einsatz dieser Hilfsstoffe über die Reaktion mit den in dem Stahl enthaltenen Legierungselementen, wie Aluminium, Titan, nichtmetallische Einschlüsse im flüssigen Metall entstehen, die beim anschließenden Gießprozeß in die Kokille gelangen und zu einer Verunreinigung des Metalls führen.
Der Erfindung liegt dagegen die Aufgabe zugrunde, einen metallurgischen Hilfsstoff in Pulverform zu entwickeln, welcher ein gegenüber den bekannten Hilfsstoffen verringertes Oxidationspotential aufweist, jedoch die bei der Gewinnung von Stahl an die eingesetzten Schlacken gestellten Anforderungen erfüllt.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Gießpulver gelöst, das
20 bis 40 % CaO,
15 bis 30 % SrO, 0 bis 6 % MgO,
0 bis 8 % MgF ,
2 0 bis 8 % CaF ,
2 0 bis 8 % NaF
0 bis 6 % LiF
Rest AI 0 , 2 3 und einen Gehalt von nicht über 15 % . vorzugsweise nicht über % insgesamt an sauerstoffabgebenden Verbindungen, wie
SiO , FeO, Fe 0 , MnO, K 0, Na 0, P O , Cr 0 und B 0
2 2 3 2 2 2 5 2 3 2 3 aufweist. Der Summengehalt der sauerstoffabgebenden
Verbindungen soll erfindungsgemäß nicht über 15 % liegen, weil sonst eine Sauerstoffübertragung der Gießschlacke an die Metallschmelze mit der Folge der Bildung unerwünschter nichtmetallischer Einschlüsse in der erstarrten
Metallegierung eintritt.
Bei Metallen besonderer Empfindlichkeit gegen nichtmetallische Einschlüsse, wie AI-beruhigte Tiefziehstähle für Außenhautteile oder Metalle mit Legierungskomponenten einer hohen Affinität zum Sauerstoff, wie titanstabilisierte austenitische Stähle, ist eine Begrenzung der Summengehalte sauerstoffabgebender Verbindungen des Gießpulvers auf maximal 3 % notwendig.
Üblicherweise wird dieser erfindungsgemäßen Mischung je nach Gießverfahren Kohlenstoff in verschiedener Höhe zugesetzt.
Bei der Erfindung wird weitgehend auf den Zusatz sauerstoffabgebender Zusätze verzichtet, ohne die Glasbildung und die anderen Standardeigenschaften von Gießpulver zu beeinträchtigen. Es wird sogar durch die Begrenzung der Verbindungen nach Anspruch 4 ein stabiler glasiger Zustand bei der Abkühlung erreicht. Es ist hierbei besonders darauf hinzuweisen, daß durch die erfindungsgemäße Zusammensetzung die Glasigkeit ohne Alkalioxide,' B 0 und SiO erreicht wird. Alkali-, Eisen- und Manganoxide weisen ein im Vergleich zu den übrigen sauerstoffabgebenden Oxiden hohes Sauerstoffpotential auf, so daß eine Begrenzung dieser Verbindungen auf jeweils nicht mehr als 5 % , vorzugsweise nicht mehr als 2 % , zweckmäßig ist.
Die Aufrechterhaltung des glasigen Zustandes der
Gießschlacke im Gießspalt zwischen Kokille und erstarrter
Strangschale, ohne daß sich für 'die Strangschale fehlerverursachende, kristalline Ausscheidungen bilden können, ist wie gesagt insbesondere beim Einsatz des
Hilfsstoffes als Gießpulver von großer Bedeutung. Besonders gut gelingt dies, wenn die chemische Zusammensetzung der drei Hauptkomponenten CaO' , AI 0 ' und SrO' in dem
2 3 schraffierten Feld des DreistoffSystems nach Fig. 1 liegt.
Diese Glasbildung war nicht ohne weiteres zu erwarten, weil sie in Kalk-Aluminat-Schmelzen nur in sehr begrenztem Umfang auftritt. Durch den Zusatz sehr geringer SiO -Gehalte kann die Glasbildung beträchtlich gesteigert werden, ohne daß das
Sauerstoffpotential wesentlich angehoben wird. Dies ist vor allem von großer Bedeutung, weil ein glasiger Zustand der
Gießschlacken bisher nur auf silikatischer Basis möglich ist.
Im folgenden soll die Erfindung anhand einer Gegenüberstellung eines Vergleichsbeispiels eines bekannten und eines erfindungsgemäßen Gießpulvers nach Tafel 1 erläutert werden.
Mit beiden Gießpulvern wurde Al-beruhigter Tiefziehstahl für
Außenhautteile von Automobilen mit folgender chemischer
Zusammensetzung als Sollvorschrift max. 0,04 % C, 0,15 bis
0,22 % Mn, 0,030 bis 0,050 % AI als Brammenstrangguß löslich in einer Sequenz von je drei 300 t Schmelzen vergossen, zu
Kaltbandcoils gewalzt und im Rahmen der Inspektion auf gießtechnisch bedingte oberflächennahe Fehler untersuch .
Die wegen solcher Fehler erfolgte Abwertung auf nicht für Außenhautteile bestimmte Güten konnte bei den Coils, die aus den mit dem erfindungsgemäßen Gießpulver vergossenen Schmelzen stammten, auf ein Fünftel gesenkt werden gegenüber denjenigen, die mit dem bekannten Gießpulver vergossen wurden. Für den Stahlhersteller bedeutet das neben dem höheren Erlös geringere Lagerkosten beim Weiterverarbeiter.
Tafel
Vergleichsbeispiel Erfindungsbeispiel
Gew.-%
0,3 26,9 27,0
3,1 0,2 4,0 0,2
5,5 21,1 3,7 3,5 2,3 0,1 0,1 2,0
1162 0,15
ERSATZBLATT