Innovando el acero – Filtros y refractarios

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Bienvenido de nuevo a nuestra exploración de la investigación de vanguardia posible, en parte, gracias a la precisión de la tecnología de impresión 3D SLS Sharebot Snowwhite. Hoy presentamos el artículo científico «Functionalized Feeders, Hollowware, Spider Bricks and Starter Casting Tubes for Increasing the Purity in Steel Casting Processes». Para empezar, proporcionaremos una explicación sencilla de lo que investigó el estudio y los principales resultados que descubrió. Tras esta visión general accesible, compartiremos el resumen original y las citas relevantes para un análisis más profundo.

Plantilla de espuma impresa con SLS
a) Plantilla impresa con Snowwhite – b) Pieza de extremo de canal para fundición industrial

Comprender el estudio y su resultado principal
Este artículo trata sobre la mejora de la pureza del acero durante un proceso de fundición específico llamado «colada en lingote por llenado inferior». Este método se utiliza a menudo para aceros especializados de alta calidad.

Los investigadores encontraron una forma prometedora de hacer el acero más limpio: mediante el uso de filtros. Fabricaron filtros especiales tipo espuma utilizando una técnica de impresión 3D llamada sinterización selectiva por láser (SLS), y utilizaron específicamente nuestra impresora Snowwhite para ello. Estas estructuras de espuma impresas se transformaron luego en filtros resistentes mediante otras técnicas.

También analizaron la mejora de los contenedores y tubos (llamados «refractarios huecos») que contienen y guían el acero fundido. Hicieron que estos componentes fueran «reactivos» añadiendo recubrimientos especiales, lo que ayuda a eliminar las impurezas existentes y evita que se formen nuevas.

La gran idea es utilizar juntos los filtros «activos» producidos por Sharebot Snowwhite y los componentes refractarios huecos «reactivos». Esta combinación crea un sistema de filtración potente que utiliza las mejores partes de ambos métodos para limpiar el acero.

Probaron estas nuevas ideas en entornos industriales reales con una empresa llamada Deutsche Edelstahlwerke Specialty Steels Europe GmbH (DEW). Después de las pruebas, examinaron los materiales y las muestras de acero para ver cómo funcionaban los nuevos métodos en comparación con los antiguos.

Resultado principal
El descubrimiento clave es el desarrollo de un sistema de filtración combinado que mejora significativamente la pureza de los aceros especiales y aleados durante la colada en lingote. Mediante el uso simultáneo de filtros «activos» impresos en 3D y componentes refractarios «reactivos» especialmente recubiertos, encontraron una forma más eficaz de eliminar las impurezas del acero fundido. Esto conduce a productos de acero de mayor calidad.

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

Resumen
Aunque la colada continua se ha convertido en el estado del arte para la colada de calidades de acero ordinarias, la colada en lingote por llenado inferior sigue siendo relevante en la industria siderúrgica, especialmente para la fabricación de aceros especiales y aleados. Como para todo proceso de colada, los requisitos de calidad cada vez mayores por parte de los clientes conducen a una mayor demanda de nuevas tecnologías para aumentar la pureza del acero fundido colado en cuanto a su contenido de inclusiones. Debido al diseño especial de la instalación de colada en lingote por llenado inferior y al funcionamiento discontinuo como proceso por lotes, la aplicación de filtros es un enfoque prometedor. Se prepararon geometrías de espuma a medida basadas en la fabricación aditiva mediante sinterización selectiva por láser (SLS) y se transformaron en filtros mediante técnicas de replicación modificadas y proyección por llama. Además de la aplicación de filtros, la funcionalización y mejora de la calidad de los refractarios huecos aplicados tiene un alto potencial para eliminar las inclusiones existentes del acero fundido y evitar la formación de nuevas inclusiones durante la colada. Los componentes refractarios huecos investigados se fabricaron por colada a presión a base de composiciones de alúmina de grano grueso y posterior funcionalización mediante recubrimiento por pulverización basado en lechadas de alúmina aglutinada con carbono. La aplicación simultánea de componentes refractarios «reactivos» funcionalizados y filtros «activos» proyectados por llama permite un sistema de filtración combinado que une las ventajas de los distintos mecanismos de filtración. En la colada continua de aceros especiales, las condiciones son más severas, lo que genera desafíos adicionales en cuanto a la aplicación de filtros. Un enfoque investigado en este subproyecto es el uso de tubos de colada de inicio filtrantes extruidos sobre la salida del distribuidor. Para lograr esto, se investigaron mezclas de extrusión a base de derivados de celulosa y materiales del sistema Al2O3-ZrO2-C (AZC) para determinar su idoneidad. Los nuevos conceptos se probaron en ensayos de colada industriales en cooperación con la empresa Deutsche Edelstahlwerke Specialty Steels Europe GmbH (DEW). Post-mortem, se investigó la antigua interfaz fusión-refractario de los componentes aplicados y se analizaron muestras de acero de la cuchara, el sistema de compuerta y el lingote en comparación con muestras no tratadas.