Innover dans l'acier – Filtres et réfractaires

Snowwhite2 paper

Bon retour dans notre exploration des recherches de pointe rendues possibles, en partie, grâce à la précision de la technologie d'impression 3D SLS Sharebot Snowwhite. Aujourd'hui, nous présentons l'article scientifique « Functionalized Feeders, Hollowware, Spider Bricks and Starter Casting Tubes for Increasing the Purity in Steel Casting Processes ». Pour commencer, nous fournirons une explication simple de ce que l'étude a examiné et des principaux résultats qu'elle a révélés. Après cet aperçu accessible, nous partagerons le résumé original et les citations pertinentes pour un examen plus approfondi.

Modèle en mousse imprimé par SLS
a) Modèle imprimé avec Snowwhite – b) Pièce d'extrémité de coulée pour coulée industrielle

Comprendre l'étude et son résultat principal
Cet article traite de l'amélioration de la pureté de l'acier lors d'un processus de coulée spécifique appelé « coulée en lingot par fond de poche ». Cette méthode est souvent utilisée pour les aciers spécialisés de haute qualité.

Les chercheurs ont trouvé un moyen prometteur de rendre l'acier plus propre : en utilisant des filtres. Ils ont fabriqué des filtres spéciaux de type mousse en utilisant une technique d'impression 3D appelée frittage laser sélectif (SLS), et ils ont spécifiquement utilisé notre imprimante Snowwhite pour cela. Ces structures de mousse imprimées ont ensuite été transformées en filtres résistants grâce à d'autres techniques.

Ils ont également examiné l'amélioration des conteneurs et des tubes (appelés « réfractaires creux ») qui contiennent et guident l'acier en fusion. Ils ont rendu ces composants « réactifs » en ajoutant des revêtements spéciaux, ce qui aide à éliminer les impuretés existantes et à empêcher la formation de nouvelles.

La grande idée est d'utiliser ensemble les filtres « actifs » produits par Sharebot Snowwhite et les composants réfractaires creux « réactifs ». Cette combinaison crée un système de filtration puissant qui utilise les meilleures parties des deux méthodes pour nettoyer l'acier.

Ils ont testé ces nouvelles idées dans des environnements industriels réels avec une entreprise appelée Deutsche Edelstahlwerke Specialty Steels Europe GmbH (DEW). Après les tests, ils ont examiné les matériaux et les échantillons d'acier pour voir comment les nouvelles méthodes fonctionnaient par rapport aux anciennes.

Résultat principal
La découverte clé est le développement d'un système de filtration combiné qui améliore considérablement la pureté des aciers spéciaux et d'alliage lors de la coulée en lingot. En utilisant simultanément des filtres « actifs » imprimés en 3D et des composants réfractaires « réactifs » spécialement revêtus, ils ont trouvé un moyen plus efficace d'éliminer les impuretés de l'acier en fusion. Cela conduit à des produits en acier de meilleure qualité.

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

Résumé
Bien que la coulée continue soit devenue l'état de l'art pour la coulée des nuances d'acier ordinaires, la coulée en lingot par fond de poche reste pertinente dans l'industrie sidérurgique, en particulier pour la fabrication d'aciers spéciaux et d'alliages. Comme pour tout processus de coulée, les exigences de qualité toujours croissantes des clients conduisent à une demande accrue de nouvelles technologies pour augmenter la pureté de la coulée d'acier en fusion en ce qui concerne sa teneur en inclusions. En raison de la conception spéciale de l'installation de coulée en lingot par fond de poche et du fonctionnement discontinu en tant que processus par lots, l'application de filtres est une approche prometteuse. Des géométries de mousse sur mesure ont été préparées sur la base de la fabrication additive par frittage laser sélectif (SLS) et transformées en filtres via des techniques de réplication modifiées et par projection à la flamme. En plus de l'application de filtres, la fonctionnalisation et l'amélioration de la qualité des réfractaires creux appliqués ont un fort potentiel pour éliminer les inclusions existantes de l'acier en fusion et éviter la formation de nouvelles inclusions lors de la coulée. Les composants réfractaires creux étudiés ont été fabriqués par coulage sous pression à partir de compositions d'alumine à gros grains et fonctionnalisés ensuite par revêtement par pulvérisation à base de barbotines d'alumine liées au carbone. L'application simultanée de composants réfractaires « réactifs » fonctionnalisés et de filtres « actifs » projetés à la flamme permet un système de filtration combiné qui unit les avantages des différents mécanismes de filtration. Lors de la coulée continue d'aciers spéciaux, les conditions sont plus sévères, ce qui entraîne des défis supplémentaires concernant l'application de filtres. Une approche étudiée dans ce sous-projet est l'utilisation de tubes de coulée de démarrage filtrants extrudés au-dessus de la sortie du répartiteur. Pour y parvenir, des mélanges d'extrusion à base de dérivés de cellulose et de matériaux du système Al2O3-ZrO2-C (AZC) ont été étudiés pour leur adéquation. Les nouveaux concepts ont été testés lors d'essais de coulée industriels en coopération avec la société Deutsche Edelstahlwerke Specialty Steels Europe GmbH (DEW). Post-mortem, l'ancienne interface fusion-réfractaire des composants appliqués a été étudiée et des échantillons d'acier de la poche, du système d'attaque et du lingot ont été analysés par rapport à des échantillons non traités.