Thomas Schaden

Modeling the Effects of Strand Surface Bulging and Mechanical Softreduction on the Macrosegregation Formation in Steel Continuous Casting

Positive centerline macrosegregation is an undesired casting defect that frequently occurs in the continuous casting process of steel strands. Mechanical softreduction (MSR) is a generally applied technology to avoid this casting defect in steel production. In the current paper, the mechanism of MSR is numerically examined. Therefore, two 25-m long horizontal continuous casting strand geometries of industrial scale are modeled. Both of these strand geometries have periodically bulged surfaces, but only one of them considers the cross-section reduction due to a certain MSR configuration. The macrosegregation formation inside of these strands with and without MSR is studied for a binary Fe-C-alloy based on an Eulerian multiphase model. Comparing the macrosegregation patterns obtained for different casting speed definitions allows investigating the fundamental influence of feeding, bulging and MSR mechanisms on the formation of centerline macrosegregation.

Dynaphase: Online Calculation of Thermodynamic Properties during Continuous Casting

The Siemens VAI software model DynaPhase calculates thermodynamic properties depending on the chemical analysis of steel. It can be used online together with Siemens VAI’s secondary cooling model Dynacs 3D, which is a unique feature. Offline it can be used to investigate the thermodynamic properties of steel grades and therefore supports the development of new grades. The core of DynaPhase is a substitutional solution model for the Gibbs free energy for calculating multi-component phase diagrams. The parameters of this model are determined by employing the CALPHAD approach. This model is combined with a microsegregation model to account for the interdendritic solidification process. New differential scanning calometry measurements of the Department of Metallurgy at the Mining University of Leoben have been used to extend the DynaPhase database for high Al or Si concentrations. This paper shows how important correct thermodynamic properties calculations with DynaPhase are, for controlling the secondary cooling system in continuous casting.ZusammenfassungDynaPhase ist ein VAI Software Modell zur Berechnung von thermodynamischen Eigenschaften in Abhängigkeit von der chemischen Analyse der Stahlgüte. Es kann zusammen mit dem VAI Sekundärkühlungsmodell Dynacs 3D online eingesetzt werden, was ein Alleinstellungsmerkmal darstellt. Offline kann es zum Untersuchen der thermodynamischen Eigenschaften beliebiger Stahlzusammensetzungen herangezogen werden und unterstützt somit die Entwicklung neuer Stahlgüten. Das Kernstück von DynaPhase ist ein „substitutional solution“ Modell zur Beschreibung der freien Gibbs Energien der verschiedenen Multikomponenten-Phasen. Die Parameter dieses Modells werden mit Hilfe des CALPHAD Ansatzes bestimmt. Dieses Modell ist mit einem Mikroseigerungsmodell gekoppelt, um die interdentritische Erstarrung des Stahls zu beschreiben. Neue differential scanning calometry Messungen des Instituts für Metallurgie der Montanuniversität in Leoben wurden genutzt, um die Datenbank von DynaPhase für Stahlgüten mit hohem Silizium oder Aluminium Gehalt zu erweitern. Im vorliegenden Beitrag soll anhand eines Beispiels gezeigt werden, wie wichtig die korrekte Berechnung der thermodynamischen Eigenschaften mit DynaPhase für die Kontrolle der Sekundärkühlung im Strangguss ist.

A novel approach for the simulation of surface crack formation in continuous casting

The present study describes the possibilities of new experimental and numerical methods to predict the crack susceptibility of steels under continuous casting (CC) conditions. The first method—the In-Situ Material Characterization by Bending (IMC-B) Experiment allows measuring the critical strain values for surface defects upon all the most important process and material parameters. The IMC-B experiment uses solidified samples obtained directly from the melt and is based on the 3-point bending test. Strains are calculated directly after the experiment has used a simulation in Abaqus. The risk of surface cracks is shown by using the new numerical tool, so-called defect indices implemented in IDS. In the framework of practical series, a crack susceptibility of the commercial Nb-microalloyed steel is investigated after the subsequent cooling to the test temperature. Samples cast at two different cooling conditions show another distribution of surface defects and critical strain value.ZusammenfassungDie vorliegende Publikation beschreibt neue Methoden der experimentellen und numerischen Prognose der Rissanfälligkeit von Stählen unter Stranggießbedingungen. Die erste Methode – In-Situ Material Characterization by Bending (IMC-B) – ermöglicht während des Biegeversuchs die Messung der kritischen Dehnungen zur Oberflächenrissbildung unter den wichtigsten Prozess- und Materialparametern. Der IMC-B Versuch basiert auf dem 3-Punkt Biegeversuch unter Verwendung einer direkt aus der Schmelze erstarrten Probe. Die Dehnungen werden direkt nach dem Experiment mit Hilfe von Abaqus berechnet. Die Gefahr der Rissbildung ist durch numerische Simulationen, mit sogenannten Defekt Indizes, dargestellt. Diese Defekt Indizes sind in IDS implementiert. Im Rahmen der Versuchsserie wird die Rissanfälligkeit eines Nb-mikrolegierten Stahls nach der anschließenden Abkühlung bis auf Raumtemperatur untersucht. Die bei zwei unterschiedlichen Abkühlbedingungen gegossenen Proben zeigen eine andere Verteilung der Oberflächenrisse sowie unterschiedliche kritische Dehnungswerte.

IMC-B – ein neuer Ansatz zur Untersuchung der Oberflächenrissbildung im Stranggießprozess

ZusammenfassungDer neu entwickelte „In-situ Material Characterization by Bending“ (IMC-B) Versuch ermöglicht eine Untersuchung der Bildung von Oberflächenrissen unter stranggießnahen Bedingungen. Charakteristika des Versuchs sind einerseits die Versuchsführung unmittelbar nach der Erstarrung und die Anpassung der Erstarrungs- und Abkühlbedingungen an den Stranggießprozess. Neben einem grundsätzlich besseren Verständnis der Mechanismen der Rissbildung und Rissausbreitung ist die Bestimmung kritischer Dehnungswerte das Hauptziel. Die vorliegende Arbeit beschreibt die Entwicklung des Versuchs und die Ergebnisse erster Experimente.AbstractThe newly developed “In-situ Material Characterization by Bending” (IMC-B) test enables the investigation of the formation of surface defects in the laboratory scale under conditions close to the continuous casting process. The main characteristic of the experiment is a three point bending experiment immediately after the casting of the sample and controlled cooling to the bending temperature. Apart from a better understanding of the nucleation and growth of defects, the determination of a critical strain to prevent surface crack formation is the main objective. The present work describes the development of the method and some first experimental results.