Stahl innovieren – Filter & Refraktärerzeugnisse

Snowwhite2 Paper

Willkommen zurück zu unserer Erkundung der Spitzenforschung, die unter anderem durch die Präzision der Sharebot Snowwhite SLS 3D-Drucktechnologie ermöglicht wird. Heute stellen wir das wissenschaftliche Papier „Functionalized Feeders, Hollowware, Spider Bricks and Starter Casting Tubes for Increasing the Purity in Steel Casting Processes“ vor. Zunächst geben wir eine einfache Erklärung, was die Studie untersucht hat und welche Hauptergebnisse sie erzielte. Im Anschluss an diese verständliche Übersetzung teilen wir die originale Zusammenfassung und relevante Zitate für einen tieferen Einblick.

SLS-gedruckte Schaumstoffvorlage
a) Vorlage gedruckt mit Snowwhite – b) Eingussteil für industrielles Gießen

Die Studie und ihr Hauptergebnis verstehen
Dieses Papier befasst sich mit der Verbesserung der Reinheit von Stahl während eines bestimmten Gießverfahrens, dem „Blockguss mit Bodenausguss“. Dieses Verfahren wird oft für hochwertige, spezialisierte Stähle verwendet.

Die Forscher fanden einen vielversprechenden Weg, den Stahl sauberer zu machen: durch den Einsatz von Filtern. Sie stellten spezielle schaumartige Filter mit einer 3D-Drucktechnik namens selektives Lasersintern (SLS) her, wobei sie speziell unseren Snowwhite-Drucker verwendeten. Diese gedruckten Schaumstrukturen wurden dann mit anderen Techniken in starke Filter umgewandelt.

Sie untersuchten auch die Verbesserung der Behälter und Rohre (genannt „Hohlfeuerfestmaterialien“), die die geschmolzene Stahlschmelze aufnehmen und leiten. Sie machten diese Komponenten „reaktiv“, indem sie spezielle Beschichtungen hinzufügten, was hilft, vorhandene Verunreinigungen zu entfernen und die Bildung neuer zu verhindern.

Die große Idee ist, die mit dem Sharebot Snowwhite hergestellten „aktiven“ Filter und die „reaktiven“ Hohlfeuerfestkomponenten gemeinsam zu nutzen. Diese Kombination schafft ein leistungsstarkes Filtersystem, das die besten Teile beider Methoden zur Reinigung des Stahls vereint.

Sie testeten diese neuen Ideen in realen industriellen Umgebungen mit einem Unternehmen namens Deutsche Edelstahlwerke Specialty Steels Europe GmbH (DEW). Nach den Tests untersuchten sie die Materialien und Stahlproben, um zu sehen, wie gut die neuen Methoden im Vergleich zu den alten funktionierten.

Hauptergebnis
Die zentrale Entdeckung ist die Entwicklung eines kombinierten Filtersystems, das die Reinheit von Spezial- und Legierungsstählen beim Blockguss erheblich verbessert. Durch die gleichzeitige Verwendung von 3D-gedruckten „aktiven“ Filtern und speziell beschichteten „reaktiven“ Feuerfestkomponenten fanden sie einen effektiveren Weg, Verunreinigungen aus der Stahlschmelze zu entfernen. Dies führt zu hochwertigeren Stahlprodukten.

Functionalized Feeders, Hollowware, Spider Bricks and Starter Casting Tubes for Increasing the Purity in Steel Casting Processes
Tony Wetzig, Matthias Schwarz, Leandro Schöttler, Patrick Gehre & Christos G. Aneziris

Ref.: https://link.springer.com/chapter/10.1007/978-3-031-40930-1_32

Abstrakt
Obwohl das Stranggießen den Stand der Technik für das Gießen von gewöhnlichen Stahlgüten darstellt, hat der Blockguss mit Bodenausguss nach wie vor Bedeutung in der Stahlindustrie, insbesondere für die Herstellung von Spezial- und Legierungsstählen. Wie bei jedem Gießverfahren führen die ständig steigenden Qualitätsanforderungen der Kunden zu einer erhöhten Nachfrage nach neuen Technologien zur Steigerung der Reinheit der gegossenen Stahlschmelze in Bezug auf ihren Einschlussgehalt. Aufgrund der speziellen Konstruktion der Blockgussanlage mit Bodenausguss und des diskontinuierlichen Betriebs als Batch-Prozess ist der Einsatz von Filtern ein vielversprechender Ansatz. Maßgeschneiderte Schaumgeometrien wurden auf der Grundlage der additiven Fertigung mittels selektivem Lasersintern (SLS) hergestellt und durch modifizierte Replikationstechniken und Flammspritzen in Filter umgewandelt. Zusätzlich zum Filtereinsatz hat die Funktionalisierung und Qualitätsverbesserung der verwendeten Hohlfeuerfestmaterialien ein hohes Potenzial, vorhandene Einschlüsse aus der Stahlschmelze zu entfernen und die Bildung neuer Einschlüsse während des Gießens zu vermeiden. Die untersuchten Hohlfeuerfestkomponenten wurden durch Druckfillingießen auf der Basis von grobkörnigen Aluminiumoxidzusammensetzungen und anschließender Funktionalisierung durch Spritzbeschichtung auf der Basis von kohlenstoffgebundenen Aluminiumoxidschlickern hergestellt. Die gleichzeitige Anwendung von funktionalisierten, „reaktiven“ Feuerfestkomponenten und flammgespritzten, „aktiven“ Filtern ermöglicht ein kombiniertes Filtersystem, das die Vorteile der verschiedenen Filtrationsmechanismen vereint. Beim Stranggießen von Spezialstählen sind die Bedingungen strenger, was zusätzliche Herausforderungen für den Filtereinsatz mit sich bringt. Ein in diesem Teilprojekt untersuchter Ansatz ist die Verwendung von extrudierten Filter-Anfangsschieberohren oberhalb des Verteilerauslasses. Um dies zu erreichen, wurden Extrusionsmischungen auf der Basis von Cellulosederivaten und Materialien des Systems Al2O3-ZrO2-C (AZC) auf ihre Eignung untersucht. Die neuen Konzepte wurden in industriellen Gießversuchen in Zusammenarbeit mit der Firma Deutsche Edelstahlwerke Specialty Steels Europe GmbH (DEW) getestet. Post-mortem wurde die ehemalige Schmelze-Feuerfest-Grenzfläche der verwendeten Komponenten untersucht und Stahlproben aus der Pfanne, dem Angussystem und dem Block im Vergleich zu unbehandelten Proben analysiert.