Mehr als 90% der weltweiten Stahlproduktion basiert auf dem kontinuierlichen Stranggießprozess, die erfolgreiche Prozesskontrolle hat dabei einen erheblichen Einfluss auf die Qualitätseigenschaften des Endproduktes. Das Stranggießen ist somit auch ein Schlüsselprozess bei der voestalpine Stahl GmbH in Linz und von großer Bedeutung für den Anlagenbauer Primetals Technology Austria GmbH. Beide Unternehmen pflegen eine jahrelange Forschungskooperation mit dem Lehrstuhl für Eisen- und Stahlmetallurgie an der Montanuniversität Leoben.
Im Rahmen des gemeinsamen Projektes P3.1 wurde eine neue thermodynamische Beschreibung des Elementes Phosphor während der Erstarrung von Stahl entwickelt. Dazu wurde eine Vielzahl an Laborproben des Eisen-Kohlenstoff-Phosphor Systems im Hochtemperaturbereich bis 1.600°C untersucht, um neue Phasendiagramme zu konstruieren.
In Zeiten der zunehmenden Digitalisierung des Stranggießprozesses ist die Verfügbarkeit hoch-präziser Phasendiagramme von großer Bedeutung. Besonders für die Prozesssteuerung und zur Qualitätsvorhersage spielt neben den numerischen Algorithmen die Kenntnis zuverlässiger thermo-dynamischer Daten der aktuell produzierten Schmelze eine Schlüsselrolle. Diese Daten sollten für einen weiten Konzentrationsbereich gültig sein, um auch zukünftige Legierungen beschreiben zu können. Die zuverlässige Bestimmung der thermo-dynamischen Daten stellt aufgrund der hohen Temperaturen von über 1550°C und der hohen Reaktivität der Schmelze mit der Umgebung eine große experimentelle Herausforderung dar.
Wirkungen und Effekte
Die mittels Dynamischer Differenzkalorimetrie, Laser-Konfokal-Mikroskopie und Röntgendiffraktometrie neu bestimmten hochpräzisen Daten zeigen eindeutig, dass bei höheren Phosphor- und Kohlen-stoffgehalten die bisherigen Schmelzgleichgewichte bei zu hohen Temperaturen berechnet wurden.
Basierend auf thermodynamischen Daten - gemessen am Lehrstuhl für Eisen- und Stahlmetallurgie - entwickelte Primetals Technology Austria GmbH das Softwareprodukt „DynaPhase“ weiter. Bei der voestalpine Stahl Linz GmbH ermöglicht „DynaPhase“ eine Simulation des Stranggießprozesses während der Produktion, basierend auf den aktuellen Prozessparametern.
Dabei zeigen Berechnungen mit der neuen Phosphordatenbank signifikante Unterschiede im Durcherstarrungspunkt phosphorlegierter Stähle.
Die exakte Kenntnis des Durcherstarrungspunktes in der Stranggießanlage bildet die Grundlage für die Prozesssicherheit, die technische Auslegung der Stranggießanlage, die Prozessteuerung und die Innenqualität des vergossenen Endproduktes.
Projektkoordination (Story)
DI Dr.mont. Peter Presoly
Senior Researcher u. Projekt Manager
Montanuniversität Leoben
Lehrstuhl für Eisen- und Stahlmetallurgie
T +43 (0) 3842 402 2253
peter.presoly(at)unileoben.ac.at
Projektpartner
voestalpine Stahl Linz und Giesserei Linz GmbH, Österreich
Primetals Technologies Austria GmbH, Österreich
Montanuniversität Leoben, Österreich