Auswirkung einer Elektrodenrotation beim Elektroschlackeumschmelzprozess auf die Abtropfmechanismen und die Raffinationswirkung

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Bernd Friedrich; Professor Dr.-Ing. Herbert Pfeifer
• Fachliche Zuordnung: Metallurgische, thermische und thermomechanische Behandlung von Werkstoffen
• Förderung: Förderung von 2016 bis 2019
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 309143753

Beim Elektroschlackeumschmelzen (ESU) wird der zu Elektroden vergossene Werkstoff sukzessiv in einem Schlackenbad aufgeschmolzen, durch verschiedene chemische und physikalische Mechanismen raffiniert und in einer wassergekühlten Kupferkokille erstarrt. So lässt sich neben einem deutlich verbesserten Reinheitsgrad insbesondere eine kontrollierte Erstarrung erzielen. Im Vergleich zum Blockguss wird durch das geringe Schmelzvolumen und die induzierte Rührung eine Reduktion von Makroseigerungen und aufgrund der geringen lokalen Erstarrungsraten auch eine Verringerung von Mikroseigerungen erreicht. An der Kontaktfläche zwischen Schlacke und Kokille bildet sich eine etwa 1 bis 3 mm dicke Schlackenhaut, welche einerseits den unmittelbaren Wärmeverlust an die Kokille verringert, andererseits aber auch die Abkühlgeschwindigkeit des Metalls reduziert.Das vorliegende Forschungsvorhaben zielt darauf ab, die grundlegenden Mechanismen in Bezug auf die Entfernung nichtmetallischer Einschlüsse, die Ausbildung einer gerichteten Erstarrungsstruktur und die Entstehung der Randschlackenschicht zu verstehen und diese auf ein rotierendes Metall-Schlacke System zu übertragen. Dabei stellt das Umschmelzen einer rotierenden Elektrode eine Prozessinnovation dar, welche bis zum jetzigen Zeitpunkt nur in sehr geringem Ausmaß untersucht wurde. Die Rotation der Elektrode bewirkt durch die zusätzliche Zentrifugalkraft eine kleinere Tropfengröße und somit eine größere spezifische Oberfläche, gleichzeitig erhöht sich die Verweilzeit der Tropfen in der Schlacke. Ebenfalls ist eine grundlegende Veränderung der Strömungsbedingungen im Schlackenbad und im Metallpool zu erwarten.Durch eine Kombination von experimentellen Untersuchungen an einer Versuchsanlage und numerische Simulationen sollen die Raffinationsmechanismen sowie die Einschlussverteilung im Metallblock am Beispiel der Nickelbasislegierung Alloy 718 untersucht und verstanden werden. Ziel ist einen Werkstoff mit erhöhtem Reinheitsgrad und verbesserter Erstarrungsstruktur reproduzierbar zu erzeugen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen