Gießen und Erstarren von Stahl. Stahlwerke, Zusammenfassender Forschungsbericht - Teil I

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KOMMISSION DER EUROPÄISCHEN GEMEINSCHAFTEN a forschungshefte „stahl Stahlwerke Gießen und Erstarren von Stahl Zusammenfassender Forschungsbericht — Teil I EUR 5861 DE.EN.FR 1977 Teill KOMMISSION DER EUROPÄISCHEN GEMEINSCHAFTEN Europäische Gemeinschaft für Kohle und Stahl a forschungshefte „stahl Stahlwerke Gießen und Erstarren von Stahl Zusammenfassender Forschungsbericht — Teil I HATTO JACOBI Max-Planck-Institut Düsseldorf Forschungsvertrag Nr.6210-50 Zusammenfassender Forschungsbericht Herausgegeben von der Generaldirektion Wissenschaftliche und Technische Information und Informationsmanagement 1977 EUR 5861 DE.EN.
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KOMMISSION DER EUROPÄISCHEN GEMEINSCHAFTEN
a
forschungshefte „stahl
Stahlwerke
Gießen und Erstarren von Stahl
Zusammenfassender Forschungsbericht — Teil I
EUR 5861 DE.EN.FR
1977 Teill KOMMISSION DER EUROPÄISCHEN GEMEINSCHAFTEN
Europäische Gemeinschaft für Kohle und Stahl
a
forschungshefte „stahl
Stahlwerke
Gießen und Erstarren von Stahl
Zusammenfassender Forschungsbericht — Teil I
HATTO JACOBI
Max-Planck-Institut
Düsseldorf
Forschungsvertrag Nr.6210-50
Zusammenfassender Forschungsbericht
Herausgegeben von der Generaldirektion
Wissenschaftliche und Technische Information und Informationsmanagement
1977 EUR 5861 DE.EN.FR
Teill Veröffentlicht durch
KOMMISSION DER EUROPÄISCHEN GEMEINSCHAFTEN
Generaldirektion Wissenschaftliche und Technische
Information und Informationsmanagement
Bâtiment Jean Monnet
LUXEMBOURG
HINWEIS
Weder die Kommission der Europäischen Gemeinschaften noch Personen, die
im Namen dieser Kommission handeln, sind für die etwaige Verwendung der
nachstehenden Informationen verantwortlich
Bibliographische Daten befinden sich am Ende der Veröffentlichung
(£) EGKS - EWG - EAG, Brüssel-Luxemburg, 1977
Printed in Belgium
Der vollständige oder auszugsweise Nachdruck von Beiträgen dieser
Veröffentlichung ist kostenlos und mit Quellenangabe gestattet
Katalognummer : CD-NO-77-022-DE-C Vorwort
Im Jahre 1969 wurde mit Initiative und finanzieller Unterstützung
der Europäischen Gemeinschaft für Kohle und Stahl (EGKS) eine
Gemeinschaftsarbeit europäischer Hüttenwerke und Forschungsinsti­
tute über das "Gießen und Erstarren von Stahl" begonnen.
Für die Wirtschaftlichkeit der Stahlerzeugungsverfahren und für die
Gebrauchseigenschaften der Stähle sind die beim Gießen und Erstarren
von Stahl ablaufenden Vorgänge von größter Bedeutung. Der Stand der
Grundlagenkentnisse über die zum Teil sehr verwickelten physikalischen
und chemischen Vorgänge bei der Erstarrung von Stahl war in der Zeit
vor Aufnahme dieses Forschungsprogrammes wenig fundiert. In den Stahl­
werken wurde der Prozeßablauf des Gießens und Erstarrens meist über
empirisch entwickelte Methoden gesteuert, um eine Änderung dieses
unbefriedigenden Zustandes herbeizuführen, waren in den letzten Jahren
weltweit verstärkte Bemühungen zu beobachten, die Technologie auf
diesem Gebiet durch systematische Untersuchungen zu verbessern. Inner­
halb der Europäischen Gemeinschaft schien es wünschenswert und sinn­
voll, die in den Hüttenwerken und Forschungsinstituten laufenden und
geplanten Untersuchungen zu koordinieren, um so dem Ziel näherzukom­
men, die Lücken im Wissensstand weitestgehend zu schließen, und die
aufgewendeten Mittel unter Vermeidung von Doppelarbeit optimal einzu­
setzen.
An dem Forschungsprogramm "Gießen und Erstarren von Stahl I" waren die
folgenden Hüttenwerke und Forschungsinstitute beteiligt:
Centre de Recherches Métallurgiques (CRM), Lüttich
Centro Sperimentale Metallurgico s.p.a. (CSM), Rom
Cockerill-S.A. Cockerill-Ougrêe-Providence et Espêrance-
Longdoz, Lüttich /
Creusot-Loire, Le Creusot
Hoesch Hüttenwerke AG, Dortmund
Institut de Recherches de la Sidérurgie Française (IRSID),
Maizières-les-Metz
Max-Planck-Institut für Eisenforschung GmbH, Düsseldorf
Thyssen Henrichshütte AG, Hattingen
Thyssen Niederrhein AG, Oberhausen. Mit Ablauf dieses ersten Forschungsprogrammes war eine gewisse
Zäsur erreicht. In dem hier vorliegenden Forschungsbericht werden
daher die in 55 Einzelbeiträgen gesammelten Ergebnisse und Erfahrungen
ausgewertet und in konzentrierter Form dargestellt. Nahezu alle wich­
tigen technischen und wissenschaftlichen Probleme der Kristallisation
des Stahles werden unter folgenden übergeordneten Gesichtspunkten
behandelt: Desoxidation des flüssigen Stahles; Wärmetransport und
Erstarrungsgefüge bei Blockguß und Strangguß; Bildung von Einschlüssen,
Randblasen und Mikrolunkern; Makroseigerung großer Schmiedeblöcke;
Erstarrung von Elektro-Schlacke-ümschmelzblöcken sowie Methoden der
quantitativen Gefügeanalyse. Die Anwendung der Ergebnisse auf die
Praxis steht auch bei jenen Arbeiten im Vordergrund, die sich über­
wiegend um eine grundlegende theoretische Durchdringung des Stoffes
bemühen oder die wegen des komplizierten industriellen Prozeßablaufes
von Modellexperimenten an ähnlichen Systemen ausgehen.
Diese erste Bestandsaufnahme macht indessen deutlich, daß eine ge­
schlossene Theorie der Erstarrung, ausgedrückt durch ein universelles,
alle Teilaspekte der Erstarrung umfassendes "Erstarrungsmodell" bisher
noch nicht gefunden werden konnte. Daher werden die Untersuchungen
in einem seit 1973 laufenden zweiten Forschungsprogramm fortgesetzt.
Ein drittes Programm mit dem Schwerpunkt auf dem Gebiet der Grundlagen
des Stranggießens von Stahl wird in Kürze in Angriff genommen.
Die Kommission der Europäischen Gemeinschaft hofft, mit dieser
ersten Übersicht über die erzielten Forschungsergebnisse zu einer
Verbreitung der Kenntnisse über die Stahlherstellung beizutragen und
auf diese Weise Schrittmacherdienste für den technischen Fortschritt
zu leisten. Inhaltsverzeichnis
Seite
1. Desoxidation 9
1.1 Desoxidationsgleichgewichte im flüssigen Eisen 9
1.1.1 Schrifttumsauswertung
1.1.2 Das Fe-Mn-O-Gleichgewicht II
1.1.3 Das Fe-Al-O-Gleichgewicht 14
1.2 Einsatz von Festelektrolyten zur Messung des
Desoxidationsverlaufs5
1.3 Ablauf der Fällungsdesoxidation8
1.3.1 Desoxidation mit Al, Ce, La, Ti und Zr 1
1.3.2 Kombinierte Desoxidation mit Mn und Si9
1.3.3en mit Si und
Erdalkalien 2 0
1.3.4 Abscheidbarkeit der Desoxidationsprodukte 2 2
1.3.4.1 Einfluß von Oberflächenspannungen auf
den Abscheidungsmechanismus fester
Oxideinschlüsse2
1.3.4.2 Wachstumsformen der Einschlüsse 25
2. Wärmeleitungsprobleme bei der Erstarrung 29
2.1 Wärmeleitungsmodelle für dieg
2.1.1 Anwendung des Differenzenverfahrens 9
2.1.2g des Wärmebilanzintegrals 32
2.1.3 Anwendung der Greenschen Funktion4
2.1.4 Abschätzung der Temperaturleitfähigkeit von
Stahlschmelzen 35
2.2 Blockguß
2.2.1 Abbau der Überhitzung7
2.2.2 Wärmeübergang Block-Kokille und Erstarrungs­
gesetz 41
2.2.3 Luftspaltbildung6
2.2.4 Einfluß des Kokillenformates 4 7 6
2.3 Strangguß 49
2.3.1 Kokille
2.3.1.1 Wärmeübergang Strang-Kokille 42 Einfluß des Gießstrahls auf
Strömung und Temperaturverteilung 51
2.3.1.3 Wirkungsweise von Gießpulvern beim
Stranggießen 52
2.3.2 Wärmeübergang in der Sekundärkühlzone 58
2.3.3 Gießleistung und Erstarrungsgesetz 60
Erstarrungsgefüge bei Block- und Strangguß 3
3.1 Grundlagen der dendritischen Erstarrung3
3.1.1 Dendritenmorphologie 6
3.1.2 Interdendritische Anreicherungen6
3.1.3 Bildung von sulfidischen Einschlüssen 68
3.1.4 Peritektische Reaktion bei der Erstarrung 70
3.1.5 Beeinflussung des Primärgefüges 71
3.1.5.1 Kornfeinung dess von
Blockguß 7 2
3.1.5.2g durch elektromagnetisches
Rühren3
3.2 Erstarrung von unberuhigtem Stahl6
3.2.1 Gasblasenbildung und Strömung 7
3.2.2 Seigerung bei unberuhigtem Stahl 81
3.2.2.1 Anreicherung vor der Erstarrungsfront 82 Horizontale und vertikale Makrosei-
gerung unberuhigter Blöcke4
3.2.3 Thermische und mechanische Weiterbehandlung un­
beruhigter Blöcke 88 4. Erstarrung großer Schmiedeblöcke 90
4.1 Ansätze zur Berechnung der Schwereseigerung gg
4.2 Erstarrungsgefüge großer Schmiedeblöcke4
4.3 Seigerung großer Schmiedeblöcke7
4.3.1 Makroseigerung8
4.3.2 Mikroseigerung IQQ
4.4 Einschlüsse in großen Schmiedeblöcken 101
4.4.1 Einschlußverteilung und Reinheitsgrad
4.4.2 Beeinflussung des Gehaltes an exogenen
Einschlüssen 102
4.5 Erstarrung von Elektro-Schlacke-Umschmelzblöcken 105
4.6 Einfluß der Seigerungen auf die technologischen
Eigenschaften von großen, konventionell gegossenen
Schmiedeblöcken und von Elektro-Schlacke-ümschmelz-
blöcken7
5. Beurteilung des Erstarrungsgefüges mit Hilfe der
quantitativen Metallographie 109
5.1 Beurteilung der Einschlußverteilung
5.2 Korngröße, Heterogenität und Anisotropie von
Korngefügen 112
6. Schrifttum
7. Erläuterung der verwendeten Formelzeichen 124
8. Zusammenstellung der Tafeln I33
9.g der Bilder 159

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