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Innovare l'acciaio – Filtri e Refrattari

Bentornati alla nostra esplorazione della ricerca all'avanguardia resa possibile, in parte, dalla precisione della tecnologia di stampa 3D SLS Sharebot Snowwhite. Oggi presentiamo l'articolo scientifico „Functionalized Feeders, Hollowware, Spider Bricks and Starter Casting Tubes for Increasing the Purity in Steel Casting Processes“. Per iniziare, forniremo una spiegazione semplice di ciò che lo studio ha indagato e dei principali risultati che ha scoperto. Dopo questa panoramica accessibile, condivideremo l'abstract originale e le citazioni pertinenti per uno sguardo più approfondito.

Modello in schiuma stampato con SLS
a) Modello stampato con Snowwhite – b) Pezzo terminale di canalina per colata industriale

Comprendere lo studio e il suo risultato principale
Questo articolo riguarda il miglioramento della purezza dell'acciaio durante un processo di colata specifico chiamato „colata in lingotto con riempimento dal basso“. Questo metodo è spesso utilizzato per acciai specializzati di alta qualità.

I ricercatori hanno trovato un modo promettente per rendere l'acciaio più pulito: utilizzando filtri. Hanno realizzato speciali filtri simili a schiuma usando una tecnica di stampa 3D chiamata sinterizzazione laser selettiva (SLS), e hanno specificamente utilizzato la nostra stampante Snowwhite per questo scopo. Queste strutture in schiuma stampate sono state poi trasformate in filtri resistenti mediante altre tecniche.

Hanno anche esaminato il miglioramento dei contenitori e dei tubi (chiamati „refrattari cavi“) che contengono e guidano l'acciaio fuso. Hanno reso questi componenti „reattivi“ aggiungendo rivestimenti speciali, il che aiuta a rimuovere le impurità esistenti e a prevenire la formazione di nuove impurità.

L'idea principale è quella di utilizzare insieme i filtri „attivi“ prodotti da Sharebot Snowwhite e i componenti refrattari cavi „reattivi“. Questa combinazione crea un potente sistema di filtrazione che unisce le migliori parti di entrambi i metodi per pulire l'acciaio.

Hanno testato queste nuove idee in ambienti industriali reali con un'azienda chiamata Deutsche Edelstahlwerke Specialty Steels Europe GmbH (DEW). Dopo i test, hanno esaminato i materiali e i campioni di acciaio per vedere come funzionavano i nuovi metodi rispetto a quelli vecchi.

Risultato principale
La scoperta chiave è lo sviluppo di un sistema di filtrazione combinato che migliora significativamente la purezza degli acciai speciali e legati durante la colata in lingotto. Utilizzando simultaneamente filtri „attivi“ stampati in 3D e componenti refrattari „reattivi“ appositamente rivestiti, hanno trovato un modo più efficace per rimuovere le impurità dall'acciaio fuso. Ciò porta a prodotti siderurgici di qualità superiore.

Functionalized Feeders, Hollowware, Spider Bricks and Starter Casting Tubes for Increasing the Purity in Steel Casting Processes
Tony Wetzig, Matthias Schwarz, Leandro Schöttler, Patrick Gehre & Christos G. Aneziris

Ref.: https://link.springer.com/chapter/10.1007/978-3-031-40930-1_32

Abstract
Sebbene la colata continua sia diventata lo stato dell'arte per la colata di qualità di acciaio ordinarie, la colata in lingotto con riempimento dal basso ha ancora rilevanza nell'industria siderurgica, in particolare per la fabbricazione di acciai speciali e legati. Come per ogni processo di colata, i requisiti di qualità sempre più elevati da parte dei clienti portano a una maggiore domanda di nuove tecnologie per aumentare la purezza dell'acciaio fuso colato in termini di contenuto di inclusioni. A causa del design speciale dell'impianto di colata in lingotto con riempimento dal basso e del funzionamento discontinuo come processo batch, l'applicazione di filtri è un approccio promettente. Geometrie di schiuma su misura sono state preparate sulla base della produzione additiva tramite sinterizzazione laser selettiva (SLS) e trasformate in filtri tramite tecniche di replicazione modificate e spruzzatura a fiamma. Oltre all'applicazione dei filtri, la funzionalizzazione e il miglioramento della qualità dei refrattari cavi applicati ha un alto potenziale per rimuovere le inclusioni esistenti dall'acciaio fuso ed evitare la formazione di nuove inclusioni durante la colata. I componenti refrattari cavi studiati sono stati fabbricati mediante colaggio a pressione su base di composizioni di allumina a grana grossa e successiva funzionalizzazione tramite rivestimento a spruzzo basato su barbotine di allumina legate al carbonio. L'applicazione simultanea di componenti refrattari „reattivi“ funzionalizzati e filtri „attivi“ spruzzati a fiamma consente un sistema di filtrazione combinato che unisce i vantaggi dei distinti meccanismi di filtrazione. Nella colata continua di acciai speciali, le condizioni sono più severe, comportando sfide aggiuntive per quanto riguarda l'applicazione di filtri. Un approccio studiato in questo sottoprogetto è l'uso di tubi di colata di avviamento filtranti estrusi sopra l'uscita del ripartitore. Per raggiungere questo obiettivo, sono state studiate miscele di estrusione a base di derivati della cellulosa e materiali del sistema Al2O3-ZrO2-C (AZC) per la loro idoneità. I nuovi concetti sono stati testati in prove di colata industriali in cooperazione con l'azienda Deutsche Edelstahlwerke Specialty Steels Europe GmbH (DEW). Post-mortem, è stata studiata l'ex interfaccia fusione-refrattario dei componenti applicati e sono stati analizzati campioni di acciaio provenienti dal crogiolo, dal sistema di colata e dal lingotto in confronto a campioni non trattati.