Aktuell

07.04.11 | Artikel der Salzgitter Mannesmann Forschung

Thermodynamisch basierte Berechnung der Liquidustemperatur für die Metallurgie

Um optimale Ergebnisse in den Stranggießanlagen zu erzielen, müssen die Schmelzen mit der für die jeweilige Güte und Gießbreite genau eingestellten Gießtemperatur vergossen werden. Eine wesentliche Grundlage zur Bestimmung dieser Temperatur ist die exakte Berechnung der stahlanalysespezifischen Liquidustemperatur.

Durch Zugabe verschiedener Elemente reduziert sich die Liquidustemperatur im Vergleich zu der des Reineisens.

Da auf Basis der Liquidustemperatur vom Stahlwerkleitsystem (SLS) der geplante Temperaturverlauf für alle Produktionsschritte vom Abstich des Konverters bis zum Vergießen in der Stranggießanlage ermittelt und Temperaturvorgaben für die jeweiligen Stahlwerkaggregate gemacht werden (Bild 1), ist die möglichst exakte Kenntnis der Liquidustemperatur jeder Schmelze notwendig.

In einer erfolgreichen Zusammenarbeit des Stahlwerkes der Salzgitter Flachstahl GmbH (SZFG) und der Salzgitter Mannesmann Forschung GmbH (SZMF) wurde nach umfangreicher Recherche und Prüfung von alternativen Ansätzen der Temperaturberechnung ein neues Modell zur Berechnung der Liquidustemperatur entwickelt. Untersucht wurden dabei die Temperaturmodelle des SLS (PSI), der SMS-Siemag (DSC), der SVAI und der SZMF. Das physikalisch basierte Modell der SZMF geht auf ein Modell von Prof. Eberhard Schürmann der TU Clausthal zurück. In dem beschriebenen Modell ist es – anders als in den bisher genutzten Modellen – möglich, bei der Berechnung der Absenkung der Liquidustemperatur durch das Legieren den Einfluss der Wechselwirkung der Legierungs- und Begleitelemente zu berücksichtigen.

Das Modell bezieht die einzelnen enthaltenen Elemente mit Hilfe der Liquiduslinie binärer FeX-Systeme ein, die mathematisch miteinander verknüpft werden.

Während die Ermittlung der binären Liquiduslinien vor einigen Jahren noch experimentell mit einem erheblichen Aufwand erfolgte, wird ihre Ermittlung in dem bei SZMF entwickelten Modell durch thermodynamische Berechnungen mit Hilfe des Programms Thermo-Calc unterstützt. Durch die Nutzung des Programms und die einhergehende Reduzierung des Aufwandes ist es nun möglich, alle Elemente, nicht nur Legierungs-, sondern auch Begleitelemente, die bei der schmelzmetallurgischen Erzeugung von flüssigem Stahl auftreten, bis zu einem Massenanteil von 20 % zu berücksichtigen. Darüber hinaus ermöglicht die Nutzung der kommerziellen Software Thermo-Calc eine ständige Aktualisierung der Berechnung.

Durch die intensive Zusammenarbeit zwischen SZMF und TS konnte die Bearbeitung der Problemstellung effektiv in kurzer Zeit mit Erfolg abgeschlossen werden. Die Ideenfindung und der ständige Austausch der Erfahrungen und Ergebnisse ermöglichen ein intensiveres Verständnis des technischen Prozesses. Bisher genutzte, empirisch ermittelte Modelle werden somit ersetzt.

Das in Salzgitter für das Stahlwerk entwickelte Berechnungsmodell wurde am 9. März „scharfgeschaltet“ und befindet sich in der betrieblichen Praxis. Die zu erwartenden Effekte der modifizierten Temperaturführung sind eine Erhöhung der Produktionssicherheit und Verfügbarkeit durch eine Reduzierung von temperaturbedingten Gießabbrüchen sowie eine verbesserte Erstarrungsmorphologie der Bramme mit positiver Einflussnahme auf die Ausprägung der mechanischen Kennwerte am Blech.

Frau Dr. Bianca
Springub aus "SZMF aktuell" Ausgabe 2/2010

Auslauf der Stranggießanlage in einer künstlerischen Verfremdung
Berechneter Temperaturverlauf einer Stahlschmelze