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Einleitung

Beim Stranggießen führt Zunder zu einer ungleichmäßig erhöhten Wärmeübertragung zwischen der Luft-/ Dampfdüse und der Strangoberfläche. Ähnliche Beobachtungen werden beim Warmwalzen berichtet. In beiden Fällen führt das ungleichmäßige Abkühlen der Oberfläche zur Bildung von ungünstigen Phasen. Anhaftende Zunderschichten haben Oberflächeneinschlüsse zur Folge. Eine gute oder schlechte Entfernbarkeit von Zunder wird hauptsächlich durch die Chemie der Grenzschicht Stahl / Schlacke beeinflusst.

Ziele und Motivation

  • Wärmeübertragung in der Sekundärkühlzone - Einfluss von Zunderbildung
  • Einfluss der Prozessparameter auf die Bildung von Zunderschichten in der Stahlverarbeitung

Vorgehensweise

Ein sogenannter Düsenmessstand (nozzle measuring stand, NMS) wird verwendet, um lokale Wärmeübergangskoeffizienten (Heat Transfer Coefficient, HTC) in Abhängigkeit von Düsen- und Gießparametern zu bestimmen. Zurzeit werden die HTC-Messungen mit einem nicht oxidierenden Probenmaterial durchgeführt.

Um mehr Informationen über den Einfluss der Oberflächenrauheit auf die Wärmeübergangskoeffizienten zu sammeln, sollte das gegenwärtige Probematerial für Messungen mit einer künstlich modifizierten Oberfläche und einer bestimmten und reproduzierbaren Rauheit verwendet werden.

Im sekundären Abkühlen führt der Gebrauch von Wasser- und / oder Wasser-Luft-Düsen zu einer „nassen” Atmosphäre, welche die Zunderbildung begünstigt. Dies wird am NMS nachgestellt, um prozessnahe Bedingungen gewährleisten zu können.   

Um die Zunderbildung zu untersuchen und eine Charakterisierung der Grenzschichten Zunder-Stahl zu erhalten, werden als Analyseverfahren SEM, EDX, TEM, Augerelektronenspektroskopie und Mikrountersuchungen eingesetzt. Die Hochtemperatur Laser-Scanning Konfokal-Mikroskopie wird für Studien der Zunderbildung auf Stranggussbrammen während der Wiedererwärmung angewendet.

Um den Einfluss unterschiedlicher Elemente im Stahl auf die Zu- oder Abnahme von Grenzschichten untersuchen zu können, müssen thermochemische Simulationen durchgeführt werden. Die dafür zum Einsatz kommenden Softwarepakete sind FactSage sowie alternative Simulationstools.

Die Eigenschaften und Veränderungen der Grenzschichten während eines Beizvorganges werden mit einer Laborbeizanlage untersucht, indem der Prozess mit einer Digitalkamera bzw. einem Mikroskop beobachtet wird.

Ergebnisse und Anwendung

Der Einfluss variierender Düsenparameter, Überlappung von Düsen und oxidischem Zunder werden im Detail quantifiziert.

Das Projekt zielt auf die Bildung einer reproduzierbaren Oberflächenrauheit auf einem nicht oxidierenden Material mit der vergleichbaren Oberflächenrauheit zum realen Strangmaterial ab. Dabei stellt eine klare Trennung von Oberflächenrauheit und oxidischer Zunderbildung (Zusammensetzung, Bindung mit dem Strangmaterial) einen wichtigen Schritt dar.

Außerdem wird die Möglichkeit, die oxidische Zunderbildung während des Stranggussprozesses (Continuous Casting, CC) durch eine Laboranlage darzustellen, überprüft, um so den dominierenden Einflussfaktor auf den Wärmeübergangskoeffizienten zu ermitteln. 

Das Projekt konzentriert sich auch auf die Bewertung, ob Oberflächenrauheit und oxidische Zunderbildung als ein gemeinsamer Einflussfaktor auf den Wärmeübergang betrachtet werden kann.