Ultra-clean steel production: Behavior of micro-sized alumina inclusions at the Ar gas/liquid steel interface

Titel in Übersetzung: Hochreine Stahlproduktion: Verhalten von Aluminiumoxid-Einschlüssen in Mikrogröße an der Grenzfläche zwischen Ar-Gas und flüssigem Stahl

Ahmed Mohamed Ibraheem

Publikation: Thesis / Studienabschlussarbeiten und HabilitationsschriftenMasterarbeit

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Abstract

Heutzutage, da sich die Industrie in Richtung mehr Nachhaltigkeit verlagert, steigt die Nachfrage nach ultrareinem Stahl (UCS). UCS wird in mehreren kritischen technischen Anwendungen eingesetzt, bei denen verbesserte Eigenschaften erforderlich sind. Bei diesem hohen Reinheitsgrad kann selbst das Vorhandensein einer sehr geringen Anzahl von Einschlüssen, die die kritische Größe überschreiten, schwerwiegende Auswirkungen auf die Stahlqualität haben. Es wurden zahlreiche Methoden entwickelt, um die Reinheit von Stahl zu verbessern, indem der Gehalt an Verunreinigungen minimiert wird, indem sie in weniger schädliche Verunreinigungen umgewandelt werden. Ein Ansatz besteht darin, Argongasblasen einzublasen, die die Einschlüsse aus dem flüssigen Stahlbad aufnehmen und in die Schlacke übertragen. Nichtmetallische Einschlüsse (NMIs) sind untrennbar mit dem Stahlherstellungsprozess verbunden. Sie stammen aus mehreren Quellen, einschließlich Desoxidation und Reoxidation, feuerfester Auskleidung, dem Flussmittel, dem Eisenerz und/oder dem Schrott. NMIs werden nach zahlreichen Kriterien klassifiziert, darunter ihre Herkunft, ihre Größe, ihre chemische Zusammensetzung und ihr saures und alkalisches Verhalten. Einer der häufigsten Einschlusstypen ¿ insbesondere bei der Herstellung von Al-beruhigtem Stahl ¿ sind Aluminiumoxid-Einschlüsse. Diese Art von Einschlüssen hat schädliche Auswirkungen auf das kontinuierliche Gießverfahren (CC), da sie zum Auftreten des Phänomens der Verstopfung in der Eintauchdüse (SEN) führt. Außerdem beeinträchtigen Aluminiumoxid-Einschlüsse die mechanischen Eigenschaften des Stahls, da sie als Rissinitiierungsstelle wirken, die die Zähigkeit des Stahls verringert. Aluminiumoxideinschlüsse bilden, obwohl sie normalerweise homogen über die Schmelzoberfläche verteilt sind, schnell Cluster. Das Phänomen der Clusterbildung von NMIs an der Oberfläche von flüssigem Stahl wird auf laterale Kapillarwechselwirkung zurückgeführt, die von der Deformation des Meniskus ringsum abhängt. Die gleichmäßige Verformung der 3-Phasen-Kontaktlinie zwischen dem festen Einschlusspartikel, dem flüssigen Stahl und der Atmosphäre (Argongas) erfolgt unter der Wirkung des Einschlussgewichts. In diesem Fall werden die Mikroeinschlüsse als ¿Kapillarladungen¿ behandelt. Bei Mikroeinschlüssen mit vernachlässigbaren Massen ist die Meniskusverformung aufgrund des Partikelgewichts vernachlässigbar. Es wurde jedoch festgestellt, dass sich die schwebenden Partikel immer noch stark anziehen. Ein anderer Mechanismus wurde vorgeschlagen dass der Meniskus nicht gleichmäßig, sondern wellenförmig verformt ist. In diesem Fall wird die Kapillarladung durch den Begriff ¿Kapillarmultipol¿ ersetzt, wobei die Art der Wechselwirkung von der Amplitude der Meniskuswellung und der Orientierung des schwebenden Teilchens abhängt. Die Anziehungskraft zwischen Aluminiumoxideinschlüssen, die an der Grenzfläche zwischen flüssigem Stahl und Argongas schwimmen, wurde unter Verwendung des konfokalen Laserscanningmikroskops (CSLM) untersucht, das in der Lage ist, das Verhalten der NMIs an der Grenzfläche zwischen flüssigem Stahl und Argongas in situ zu beobachten. Die Wechselwirkungen von Aluminiumoxid-Einschlüssen wurden unter Verwendung des Kapillar-Multipol-Modells interpretiert. Die Ergebnisse von 13 Fällen wurden analysiert und verglichen und die Art der lateralen Kapillarinteraktion diskutiert. Das Dipol-Quadrupol-Modell war das beste Modell, um die Wechselwirkungskraft zwischen Aluminiumoxid-Einschlüssen zu interpretieren.
Titel in ÜbersetzungHochreine Stahlproduktion: Verhalten von Aluminiumoxid-Einschlüssen in Mikrogröße an der Grenzfläche zwischen Ar-Gas und flüssigem Stahl
OriginalspracheEnglisch
QualifikationMSc
Gradverleihende Hochschule
  • Montanuniversität
Betreuer/-in / Berater/-in
  • Planpain, Bart, Betreuer (extern), Externe Person
  • Guo, Muxing, Mitbetreuer (extern), Externe Person
  • Michelic, Susanne Katharina, Betreuer (intern)
Datum der Bewilligung31 März 2023
DOIs
PublikationsstatusVeröffentlicht - 2023

Bibliographische Notiz

nicht gesperrt

Schlagwörter

  • Stahl
  • Aluminiumoxid
  • Kapillare
  • Welligkeit
  • Meniskus
  • mehrpolig
  • CSLM
  • Einschlüsse

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