Quality of as cast ingots with extreme large shapes

Chen, Zhiye; Senk, Dieter (Thesis advisor); Bührig-Polaczek, Andreas (Thesis advisor); Bao, Yanping (Thesis advisor)

Aachen : Publikationsserver der RWTH Aachen University (2015)
Doktorarbeit

Aachen, Techn. Hochsch., Diss., 2015

Kurzfassung

Die Qualität von gegossenen Blöcken und Stranggussprodukten werden vor allem vom Erstarrungsprozess gesteuert. Dazu ist die Untersuchung von Gießen und Erstarrung der Blöcke und Stranggussprodukte bei der Steuerung der Qualität der Gussprodukte, insbesondere Produkte mit extrem großer Maße von großer Bedeutung. Die vorliegende Arbeit konzentriert sich auf den Erstarrungsprozess von großen Blöcken. Die komplexen Erstarrungsphänomene in großen Blöcken wurden mit Hilfe von drei Modellierungsmethoden, nämlich mit Heiß-, Kalt- und numerischem Modell, untersucht.Als Heißmodelle wurden zwei Reihe der Gießversuche für Blöcken mit Gewicht von 100 kg und 500 kg mit verschiedenen Parameterkombinationen durchgeführt. Die großen Blöcke mit einem Gewicht von 500 kg erstarrten langsam in einer spezieller isolierende Kokille mit Erstarrungszeiten von über mehreren Stunden; diese langsame Erstarrungsprozess kann die Erstarrung von großen Blöcken mit einem Gewicht zwischen 3 t und 6 t simulieren. Die Kühlkurven der Böcke wurden während der Erstarrung durch Thermoelemente gemessen und das Erstarrungsgefüge und Makroseigerung von gelösten Stoffen wurden ebenfalls quantifiziert. Auf dieser Basis wurde die Erstarrung von großen Blöcken untersucht, und drei Erstarrungsregime wurden vorgeschlagen und diskutiert. Im Metallurgischen Labor konnten deutliche A-Seigerungen erzeugt werden. Weiterhin werden eine Wassermodellierung (Kaltmodelle) mit NH4Cl-Lösung unter verschiedenen Kühlungsbdingungen und Lösungstemperaturen durchgeführt. Ein quasi 2-D-Wassermodell wurde mit Glas und Aluminium aufgebaut, wobei heiße gesättigte NH4Cl-Lösung eingegossen, gekühlt und dort kristallisiert wurde. Phänomene wie dendritisches Wachstum und Sedimentation der Kristalle stellen ähnliche Phänomene wie in großen Blöcken dar. Die NH4Cl-Lösung wurde als transparentes Analogon verwendet, um Informationen des Blockerstarrungsprozesses bereitzustellen. Ergänzend zu dem den experimentellen Arbeiten wurde die numerische Modellierung der Blockerstarrung durchgeführt. Ein Zwei-Phasen-Erstarrungsmodells wurde auf Basis von Volume-Averaging-Technik entwickelt. Das Modell wurde für die Erstarrung der Blöcke mit einem Gewicht von 100 kg und 500 kg aufgebracht, und die Simulationsergebnisse in Bezug auf Erstarrungsgefüge und Makrosegregation wurden mit den Versuchsergebnissen verglichen. Außerdem wurde ein Kanalseigerungsmodell zur Bestimmung der A-Seigerungsbildung entwickelt. Die Einflüsse des Kohlenstoffgehaltes und der Strömungsgeschwindigkeit der angereicherten Schmelze auf die Verbreiterung und das Schließen der Strömungskanäle wurden untersucht.Zusammenfassend wurde die Erstarrung von großen Blöcken experimentell und numerisch untersucht. Die Beziehung zwischen Erstarrungsgefüge, lokaler Erstarrungstriebkraft und Erstarrungsablauf großer Blöcken wurde intensiv untersucht, unter besonderer Berücksichtigung des Bildungsmechanismus der A-Seigerung.

Einrichtungen

  • Lehrstuhl für Gießereiwesen und Gießerei-Institut [526110]
  • Lehrstuhl für Metallurgie von Eisen und Stahl [522310]
  • Fachgruppe für Materialwissenschaft und Werkstofftechnik [520000]

Identifikationsnummern