TY - THES

T1 - Auswirkung der Reduktion des SiC-Gehalts eines Gießpulvers auf dessen Aufschmelzverhalten

AU - Lintner, Kerstin

N1 - nicht gesperrt

PY - 2023

Y1 - 2023

N2 - Im Stranggussprozess, der zur Formgebung von Stahl verwendet wird, ist Gießpulver ein wichtiger Hilfsstoff. Er schützt den Stahl nicht nur vor Oxidation und isoliert die Oberfläche thermisch, sondern dient auch als Schmiermittel für den Strang. Das Aufschmelzverhalten des Gießpulvers wird zu einem wesentlichen Teil durch den darin enthaltenen Kohlenstoff beeinflusst. Neben den positiven Auswirkungen dieses Kohlenstoffs im Gießpulver hat dieser auch negative Einflüsse auf die Qualität des Stahls, da es zur Aufkohlung kommen kann, wodurch Oberflächenschäden am Stahl entstehen. Besonders in der Herstellung von Low Carbon (LC) und Ultra-Low Carbon (ULC) Stählen ist der freie Kohlenstoff im Gießpulver problematisch. Abgesehen von dieser Problematik spielt der Kohlenstoffanteil im Gießpulver auch bei der CO2- Bilanz der Stahlherstellung eine Rolle und sollte auch unter diesem Gesichtspunkt so gering wie möglich gehalten werden. Daher wird versucht, diesen freien Kohlenstoff im Gießpulver zu ersetzen. Ein geeigneter Ersatz wäre SiC, da es durch Zugabe einer ausreichenden Menge dieses Rohstoffes nicht zur Verschlechterung des Aufschmelzverhaltens des Gießpulvers kommt. In weiterer Folge soll auch die Produktqualität des Stahles dadurch nicht negativ beeinflusst werden. Im Zuge dieser Arbeit soll basierend auf den Ergebnissen einer bereits durchgeführten Analyse einer Gießpulver-Mischung mit SiC als schmelzregulierendes Additiv der minimal mögliche SiC-Gehalt gefunden werden, bei dem das Aufschmelzverhalten des kohlenstofffreien Gießpulvers gerade noch dem eines herkömmlichen Gießpulvers entspricht. Dazu werden im ersten Schritt definierte Mengen des SiO2-Gehalts (20 Gew.%, 15 Gew.%, 10 Gew.% und 5 Gew.%) im kohlenstofffreien Gießpulver durch SiC ersetzt. Zusätzlich wird eine Probe ohne schmelzregulierende Zusätze hergestellt. Im Anschluss erfolgt eine Temperaturbehandlung der Gießpulverproben bei 900°C, 1000°C, 1100°C und 1200°C für 10 min im vorgeheizten Ofen, um das Aufschmelzverhalten bei unterschiedlichen SiC-Gehalten untersuchen zu können. Diese Untersuchung erfolgt in einem zweiten Schritt, unter Anwendung eines Rasterelektronenmikroskops (ZEISS, EVO MA 15) inklusive energiedispersiver Analyse zur Bestimmung der Phasenparagenese anhand von Anschliffen. Anhand der erhaltenen Resultate können Rückschlüsse auf die stattfindenden Reaktionen in Abhängigkeit der Temperatur gezogen werden. Die Ergebnisse werden mit jenen eines konventionell eingesetzten Gießpulvers verglichen. Anhand der Untersuchungen konnte festgestellt werden, dass die Bildung neuer Phasen durch Reaktion der Rohstoffkomponenten mit steigenden SiC Gehalten zu immer höheren Temperaturen verschoben wird. Der minimale SiC-Gehalt liegt zwischen 1.41-2,84 Gew.%, da sich das Aufschmelzverhalten bei den Gießpulvern mit geringerem SiC-Gehalt wesentlich verschlechtert. Es ist nicht mehr mit jenem eines herkömmlichen Gießpulvers vergleichbar, sondern entspricht dem des Pulvers ohne schmelzregulierenden Zusätzen. Bei Vergleich der CO2-Bilanz des herkömmlichen Gießpulvers und jenem mit einem SiC-Gehalt von 2,84 Gew.% liegt die CO2-Einsparung bei 52% bzw. 33,87g/kg Gießpulver.

AB - Im Stranggussprozess, der zur Formgebung von Stahl verwendet wird, ist Gießpulver ein wichtiger Hilfsstoff. Er schützt den Stahl nicht nur vor Oxidation und isoliert die Oberfläche thermisch, sondern dient auch als Schmiermittel für den Strang. Das Aufschmelzverhalten des Gießpulvers wird zu einem wesentlichen Teil durch den darin enthaltenen Kohlenstoff beeinflusst. Neben den positiven Auswirkungen dieses Kohlenstoffs im Gießpulver hat dieser auch negative Einflüsse auf die Qualität des Stahls, da es zur Aufkohlung kommen kann, wodurch Oberflächenschäden am Stahl entstehen. Besonders in der Herstellung von Low Carbon (LC) und Ultra-Low Carbon (ULC) Stählen ist der freie Kohlenstoff im Gießpulver problematisch. Abgesehen von dieser Problematik spielt der Kohlenstoffanteil im Gießpulver auch bei der CO2- Bilanz der Stahlherstellung eine Rolle und sollte auch unter diesem Gesichtspunkt so gering wie möglich gehalten werden. Daher wird versucht, diesen freien Kohlenstoff im Gießpulver zu ersetzen. Ein geeigneter Ersatz wäre SiC, da es durch Zugabe einer ausreichenden Menge dieses Rohstoffes nicht zur Verschlechterung des Aufschmelzverhaltens des Gießpulvers kommt. In weiterer Folge soll auch die Produktqualität des Stahles dadurch nicht negativ beeinflusst werden. Im Zuge dieser Arbeit soll basierend auf den Ergebnissen einer bereits durchgeführten Analyse einer Gießpulver-Mischung mit SiC als schmelzregulierendes Additiv der minimal mögliche SiC-Gehalt gefunden werden, bei dem das Aufschmelzverhalten des kohlenstofffreien Gießpulvers gerade noch dem eines herkömmlichen Gießpulvers entspricht. Dazu werden im ersten Schritt definierte Mengen des SiO2-Gehalts (20 Gew.%, 15 Gew.%, 10 Gew.% und 5 Gew.%) im kohlenstofffreien Gießpulver durch SiC ersetzt. Zusätzlich wird eine Probe ohne schmelzregulierende Zusätze hergestellt. Im Anschluss erfolgt eine Temperaturbehandlung der Gießpulverproben bei 900°C, 1000°C, 1100°C und 1200°C für 10 min im vorgeheizten Ofen, um das Aufschmelzverhalten bei unterschiedlichen SiC-Gehalten untersuchen zu können. Diese Untersuchung erfolgt in einem zweiten Schritt, unter Anwendung eines Rasterelektronenmikroskops (ZEISS, EVO MA 15) inklusive energiedispersiver Analyse zur Bestimmung der Phasenparagenese anhand von Anschliffen. Anhand der erhaltenen Resultate können Rückschlüsse auf die stattfindenden Reaktionen in Abhängigkeit der Temperatur gezogen werden. Die Ergebnisse werden mit jenen eines konventionell eingesetzten Gießpulvers verglichen. Anhand der Untersuchungen konnte festgestellt werden, dass die Bildung neuer Phasen durch Reaktion der Rohstoffkomponenten mit steigenden SiC Gehalten zu immer höheren Temperaturen verschoben wird. Der minimale SiC-Gehalt liegt zwischen 1.41-2,84 Gew.%, da sich das Aufschmelzverhalten bei den Gießpulvern mit geringerem SiC-Gehalt wesentlich verschlechtert. Es ist nicht mehr mit jenem eines herkömmlichen Gießpulvers vergleichbar, sondern entspricht dem des Pulvers ohne schmelzregulierenden Zusätzen. Bei Vergleich der CO2-Bilanz des herkömmlichen Gießpulvers und jenem mit einem SiC-Gehalt von 2,84 Gew.% liegt die CO2-Einsparung bei 52% bzw. 33,87g/kg Gießpulver.

KW - Gießpulver

KW - SiC

KW - kohlenstofffreie Gießpulver

KW - Stranggießen

KW - casting powder

KW - mold powder

KW - casting of steel

KW - carbon free

U2 - 10.34901/mul.pub.2023.140

DO - 10.34901/mul.pub.2023.140

M3 - Masterarbeit

ER -