Numerical Study of the Formation Mechanism of As-Cast Structure in Semi Continuous Casting of Steel

Titel in Übersetzung: Numerische Untersuchung des Bildungsmechanismus von Gussgefüge beim Semi Continuous casting von Stahl

Zhao Zhang

Publikation: Thesis / Studienabschlussarbeiten und HabilitationsschriftenDissertation

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Abstract

Ein grundlegendes Verständnis des Erstarrungsprozesses von großen Gussteilen hinsichtlich der Ausbildung der Gussgefüge und der Makroseigerung ist von entscheidender Bedeutung, insbesondere um den hohen Qualitätsansprüchen mit einer steigenden Nachfrage an hochwertigen Gusskomponenten in der Schwerindustrie gerecht zu werden. Die bestehenden Gießtechnologien können die hohen Anforderungen an diese Gusskomponenten nur teilweise erfüllen. Der herkömmliche Blockguss (IC) ist durch die Höhe des Blocks begrenzt und hat ein geringeres Ausbringen, was zu höheren Produktionskosten führt; Der Strangguss (CC) ist durch den begrenzten Querschnitt des Strangs eingeschränkt. Daher wurde kürzlich ein neues Gießkonzept, das sogenannte semi-continuous casting (SCC), vorgeschlagen. SCC versucht, die Vorteile von IC und CC zu kombinieren. Obwohl ein ähnliches Gießverfahren (DC casting) bei der Herstellung von Nichteisenlegierungen etabliert ist, erfordert der SCC für den hochwertigen Stahl aufgrund seiner geringen Wärmeleitfähigkeit und hohen Gießtemperatur bestimmte Herausforderungen. In dieser Arbeit wurde ein dreiphasiges ¿mixed columnar-equiaxed¿ Erstarrungsmodell, das von Wu und Ludwig vorgeschlagen wurde, erweitert und verwendet, um die Bildung der Gussgefüge und der Makroseigerung während des SCC-Prozesses von Stahl zu untersuchen. Zunächst wurde das dreiphasige Erstarrungsmodell erweitert: 1) Die Kristall-Fragmentation, die als Hauptquelle der äquiaxialen Kristalle dient, wird berücksichtigt; 2) ein Kopplungsschema zwischen der Strömung und dem elektromagnetischen Feld wird eingerichtet; 3) Phänomene des Umschmelzens und der Zerstörung der äquiaxialen Kristalle werden berücksichtigt. Das neu entwickelte Modell wurde validiert, indem die Simulationsergebnisse mit den Benchmark-Experimenten im Labormaßstab und dem Strangguss im industriellen Maßstab verglichen wurden. 1) Die Bildung der Gussgefüge und der Makroseigerung einer SnPb-Legierung unter dem Einfluss verschiedener Arten erzwungener Konvektion, die durch ein magnetisches Feld (TMF) angetrieben wird, wurde von Hachani et al. 2015 am SIMAP-Labor in Grenoble, Frankreich, systematisch untersucht. Vier Experimente wurden durchgeführt: i) ohne TMF; i) TMF in der gleichen Richtung wie natürliche Konvektion; iii) TMF in entgegengesetzter Richtung als natürliche Konvektion; iv) TMF in Bezug auf natürliche Konvektion periodisch umgekehrt. Es wurde festgestellt, dass das TMF eine wichtige Rolle bei der Homogenisierung der Temperatur und der Erhöhung der Makrosegregationsintensität spielt. Es wurde eine gute Simulation-Experiment-Übereinstimmung hinsichtlich Temperaturfeld, Gussgefüge und Makroseigerung erzielt. 2) Der Einfluss des elektromagnetischen Rührens (M-EMS) auf die Bildung der Gussgefüge und Makroseigerung von einem Billet-Strangguss (195 mm × 195 mm) wurde untersucht. Das M-EMS neigt dazu, die Dissipation der Überhitzung von Stahlschmelze im Formbereich zu beschleunigen, wodurch der Schmelze aus dem Formbereich weitgehend unterkühlt bleibt. Außerdem ist die Rate der Kristalle-Fragmentation von der M-EMS-Intensität abhängig. Das rechnerisch vorhergesagte Gussgefüge zeigte auch eine gute Übereinstimmung mit dem Experiment. Abschließend wurde das erweiterte und validierte dreiphasiges Erstarrungsmodell verwendet, um den Erstarrungsprozess von SCC mit der Wirkung von EMS zu simulieren. Das Erstarrungsprinzip während des SCC-Prozesses wurde eingehend untersucht. In Zukunft kann das Modell verwendet werden, um systematische Parameterstudien anstelle von kostspieligen Pilot-/Gießversuchen im Feld zur Optimierung des SCC-Prozesses durchzuführen. Die Rechnerkapazität (Hardware) ist dabei immer noch ein begrenzender Faktor.
Titel in ÜbersetzungNumerische Untersuchung des Bildungsmechanismus von Gussgefüge beim Semi Continuous casting von Stahl
OriginalspracheEnglisch
QualifikationDr.mont.
Gradverleihende Hochschule
  • Montanuniversität
Betreuer/-in / Berater/-in
  • Bernhard, Christian, Mitbetreuer (intern)
  • Gamsjäger, Ernst, Beurteiler A (intern)
  • Wu, Menghuai, Betreuer (intern)
  • Šarler, Božidar, Beurteiler B (extern), Externe Person
DOIs
PublikationsstatusVeröffentlicht - 2023

Bibliographische Notiz

nicht gesperrt

Schlagwörter

  • Gussgefüge
  • Semi-continuous casting
  • Erstarrung
  • Makroseigerung
  • Elektromagnetisches Rühren
  • Modellierung
  • Fragmentation
  • Umschmelzen

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