Eine neue Studie, die in Nature Scientific Reports veröffentlicht wurde, zeigt bedeutende Fortschritte im Raffinationsprozess von Fe-Si (Ferrosilizium)-Legierungen, die für die Stahlherstellung von entscheidender Bedeutung sind. Ein Forscherteam unter der Leitung von Tomasz Merder von der Schlesischen Technischen Universität demonstriert die erfolgreiche Anwendung einer neuartigen Gaseinblasetechnik über ein System von Düsen, die am Boden der Raffinierpfanne installiert sind.
Entfernung von unerwünschten Gehalten an Kohlenstoff und Aluminium
Bei dem Verfahren wird das Gas vom Boden der Pfanne durch eine Kombination aus Boden- und Kopfblasen (mit einer Lanze) eingeleitet. Diese Technik steht im Gegensatz zu den herkömmlichen Methoden, bei denen nur von oben eingeblasen wird, und zielt darauf ab, eine gleichmäßigere chemische und thermische Homogenisierung der flüssigen Legierung zu erreichen.
Das Hauptziel der Forschungsarbeit bestand darin, die Position und die Konfiguration des Spülstopfens und der kombinierten Ausblasanlagen zu optimieren, um die Entfernung von Verunreinigungen zu verbessern. Für die Herstellung von hochreinem Stahl ist die Entfernung von unerwünschten Gehalten an Kohlenstoff und Aluminium entscheidend.
Es wurde gezeigt, dass die spezifische Platzierung und Gestaltung der Düsen die Verteilung und Größe der Gasblasen in der Metallschmelze erheblich beeinflussen kann, was sich wiederum auf die Raffinationsleistung auswirkt.
Experimentelle Tests und industrielle Validierung
Der Ansatz wurde in experimentellen Tests unter Verwendung eines physikalischen Modells im Maßstab 1:3 analysiert und unter industriellen Bedingungen validiert.
Die Experimente wurden mit einem Pfanneninhalt von 3 Kubikmetern durchgeführt und entsprachen den bisher in der Industrie verwendeten Gasdurchflussraten von 26,8 Liter pro Minute.
Potenziale und Auswirkungen der verbesserten Blasverfahren
Kombinierte Blasverfahren, bei denen sowohl Lanze als auch Spülpfropfen verwendet werden, haben ein großes Potenzial, die Qualität der FeSi75-Legierung erheblich zu verbessern und sie reiner und gleichmäßiger zu machen. Der Erfolg des Verfahrens bei der Verringerung der Verunreinigungen in der Legierung hat potenzielle Auswirkungen auf die Verbesserung der Gesamtqualität von Stahlprodukten und die Senkung der Herstellungskosten.
Die Forschungsarbeiten lieferten Einblicke in die Dynamik des Gasblasenverhaltens im flüssigen Metall und zeigten die Auswirkungen verschiedener Blaskonfigurationen auf die Homogenisierung der Legierung. Zudem verspricht der Ansatz des Teams nicht nur eine Steigerung der Produktionseffizienz, sondern unterstützt auch die Entwicklung der Industrie hin zu nachhaltigeren und kostengünstigeren Herstellungsverfahren.
Merder, T., Kozłowski, S., Pieprzyca, J. et al. (2024) Physical modelling of two-phase liquid-gas processes occurring in the refining ladle for Fe-Si alloy refining process. Sci Rep 14, 17565. DOI:10.1038/s41598-024-68501-9
