Projektmenu

Einleitung

Beim Stranggießen von Stahl steigen mit zunehmendem Maß die Anforderungen an die Oberflächengüte der Brammen. Einen entscheidenden Einfluss auf diese haben die Gießpulver. Gießpulver enthalten zur Kontrolle des Schmelzverhaltens freien Kohlenstoff. Bei gewissen Stahlgüten ist eine Aufkohlung durch das Gießpulver nicht erwünscht. Außerdem enthalten Gießpulver Fluor zur Einstellung der Viskosität, das aber zur verstärkten Korrosion der Anlage und des Schlackenbandes führt. Daneben können ablaufende Redoxreaktionen zu einer Veränderung der Zusammensetzung der Gießschlacke führen. Dies hat eine teils massive Veränderung der Viskosität und des Erstarrungsverhaltens zur Folge. 

Von besonderem Interesse ist die Viskosität von Schlacken aber nicht nur im Strangguss, sondern auch in anderen metallurgischen Prozessen. Mit zunehmender Leistungsfähigkeit von Computern steigen die Möglichkeiten der Prozesssimulation. Die Kenntnis der Viskosität ist daher nicht nur für den unmittelbaren Betrieb, sondern auch für die Vorhersage von Prozessen von großer Bedeutung. Da die Messung der Viskosität sehr zeit- und kostenintensiv ist, ist es notwendig, Viskositätsmodelle für ausgedehnte Gültigkeitsbereiche zu entwickeln.

Ziele und Motivation

  • Verbesserte Gießschlackenzusammensetzungen zur Produktion bestimmter Stahlgüten
  • Viskositätsmodell zur Berechnung der Viskosität in Abhängigkeit der chemischen Zusammensetzung
  • Viskositätswerte für Prozess- und CFD-Simulationen

Vorgehensweise

Die geplante Methodik dieses Projektes umfasst theoretische Studien, thermochemische Modellrechnungen und experimentelle Arbeiten im Labor und im Pilotmaßstab. Der beteiligte wissenschaftliche Projektpartner, Lehrstuhl für Gesteinshüttenkunde der Montanuniversität Leoben, betreibt seit 2004 Forschung auf dem Gebiet der Gießpulver und Gießschlacken. Dadurch stehen für die Entwicklung von verbesserten Gießschlacken eine Reihe von Beurteilungsmethoden zur Verfügung. Dazu zählen die Double und Single Hot Thermocouple Technique (DHTT und SHTT) zur Charakterisierung des Kristallisationsverhaltens sowie ein Hochtemperaturrheometer zur Messung der Viskosität (siehe Abbildungen).

Potenziell geeignete Zusammensetzungen werden in einer Technikums-Stranggießanlage eines industriellen Projektpartners getestet und mit den gewonnenen Erkenntnissen wird versucht, die Zusammensetzungen weiter zu optimieren. Außerdem sind Auflösungsversuche bestimmter Partikel in der Schlacke unter Anwendung der Hochtemperatur-Laser-Scanning-Mikroskopie (HT-LSCM, Lehrstuhl für Eisen- und Stahlmetallurgie der Montanuniversität Leoben) zur Abschätzung des Korrosionsverhaltens des Schlackenbandes geplant.

Für die Entwicklung eines Gießpulvers ohne freien Kohlenstoff wird neben einem geeigneten Rohstoffkonzept aus Oxiden auch die Verwendung geeigneter Komponenten als Ersatz für freien Kohlenstoff geprüft. Methodisch liegt der Schwerpunkt auf der Durchführung und Untersuchung von Stufenglühungen, der simultanen Thermoanalyse und der Heiztischmikroskopie. 

Die Viskositätsmessungen erfolgen mithilfe eines Hochtemperaturrheometers. Für die systematische Untersuchung des Einflusses einzelner Elemente auf die Viskosität werden synthetische Schlacken mit variierenden Gehalten der Bestandteile hergestellt und vermessen. Schlussendlich sollen daraus Berechnungsmodelle der Viskosität hervorgehen.

Ergebnisse und Anwendung

Erwartet werden verbesserte Zusammensetzungen von Gießschlacken für den Einsatz beim Stranggießen zur Produktion bestimmter Stahlgüten. Die Viskosität soll in einem bestimmten Bereich liegen und es werden auch Anforderungen an das Erstarrungsverhalten gestellt. Aus den Versuchen in der Pilotanlage sollen Kenntnisse über den Schlackenfilmaufbau, das Betriebsverhalten und über den Wärmedurchgang gewonnen werden. 

Hinsichtlich der Viskositätsmodellierung soll eine Bewertung der in der Literatur angeführten Berechnungsmodelle vorliegen und, darauf basierend, soll ein Modell entwickelt werden, das die Berechnung für weitere Schlackensysteme ermöglicht. Daneben werden zu Projektende einzelne Messwerte der Schlacken erwartet. Von mindestens einem Schlackentyp sollen ausreichend Daten vorhanden sein, um ein Viskositätsmodell erstellen zu können.