Untersuchung der Mechnismen zur strömungsinduzierten Emulgierung von Gießpulverschlacken in Stranggießkokillen

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Piotr Roman Scheller; Professor Dr.-Ing. Rüdiger Schwarze
• Fachliche Zuordnung: Werkstofftechnik
• Förderung: Förderung von 2008 bis 2011
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 86935547

Flüssiger Stahl wird heute überwiegend im Stranggießverfahren verarbeitet. Ein wesentlicher Schritt im Herstellungsverfahren ist das kontinuierliche Vergießen des flüssigen Stahls über eine bodenlose, gekühlte Kokille, die durch eine Gießpulverschicht an der Schmelzenoberfläche gegenüber der Atmosphäre geschützt ist. Die Gießpulverschicht ist dabei teilweise zu flüssiger Schlacke aufgeschmolzen. In der Kokille selbst bildet sich eine komplexe, turbulente Strömung des flüssigen Stahls aus, die neben den kleinskaligen turbulenten Fluktuationen auch großskalige kohärente Oszillationen aufweist.Die Interaktion der Stahlströmung und der Gießpulverschicht an der Phasengrenze kann zur Emulgierung von Schlackepartikeln im Stahl führen. Diese verursachen Oberflächen- und Innenfehler und damit zum Teil erhebliche Qualitätseinbußen beim späteren Endprodukt. Allerdings sind die Wechselwirkungsprozesse zwischen der Stahlströmung und der Gießpulverschicht bisher nur in Ansätzen wissenschaftlich erfasst. Zusätzlich fehlen genaue Kenntnisse über die Stoffdaten der flüssigen Schlackenphase für typische prozesstechnische Temperaturbereiche, um diese Wechselwirkungen aus strömungsmechanischer und stahlmetallurgischer Sicht beschreiben zu können.Im Rahmen des beantragten Projektes wird deshalb der Emulgierungsvorgang der Schlacke in der metallischen Phase erforscht. Dazu werden die relevanten Stoffwerte von Schlacke (Dichte, Viskositäten und Grenzflächenspannungen) experimentell bestimmt, die stoff- und strömungsinduzierten Wechselwirkungen an der Phasengrenze zwischen Schlacke und Stahl bis hin zur Emulgierung von Schlackepartikeln in numerischen und experimentellen Modelluntersuchungen analysiert und die Mechanismen der Emulgierung in Stahl-Schlacke-Systemen beschrieben. Die Ergebnisse des beantragten Projektes bilden eine wesentliche Grundlage für zukünftige metallurgische Verfahren. Die Aufklärung der für die Emulgierung kritischen Gießbedingung ermöglicht es, neue Gießverfahren zu entwickeln, in denen kritische Gießzustände gezielt vermieden werden können. Dadurch wird es möglich, höhere Reinheitsgrade von Stahl auch bei steigenden Gießgeschwindigkeiten zu erreichen.“

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Beteiligte Personen: Professor Dr.-Ing. Christoph Brücker; Professorin Dr.-Ing. Olena Volkova