Untersuchungen zur Erhöhung der Kokillenstandzeit von schweren Blockgusskokillen
Im Jahr 2017 wurden 3,5 % (EU: 3,3 %) der weltweit Rohstahlgesamtproduktion von rd. 1691 Mt im Blockgussverfahren vergossen. In Deutschland kommt dem Blockguss mit 4,6 % (entspricht 2000 kt) an der Gesamtrohstahlproduktion eine besondere Bedeutung zu (1). Ein wirtschaftlicher Betrieb unter der im europäischen Raum zu berücksichtigenden Kostenstruktur (Energie, Umweltschutz…) bewirkt zunehmend eine Nischenbildung zu qualitativ hochwertigen Spezialprodukten. Einige dieser Produkte haben ihren urformenden Ursprung als gegossener Block. So werden heutzutage hauptsächlich sehr große Schmiederohlinge, kleine Produktionsmengen mit speziellen Legierungen oder Stahllegierungen, die im Strangguss aufgrund der Erstarrungsbedingungen nicht technisch sinnvoll hergestellt werden können, im Blockgussverfahren erzeugt (Kapitel 1.3). Aufgrund der im Vergleich zum Stranggussverfahren deutlich nachteiligen Kostenstruktur hat das Blockgussverfahren nur dort Relevanz, wo es technische Vorteile bietet. Die Haltbarkeit bis zum Ausfall von großen Blockgusskokillen mit einer Kapazität von 25 bis 40 Tonnen Blocktonnage variiert in der Regel zwischen 20 und 70 Thermozyklen (Abgüssen). Nach der ersten thermischen Belastung durch den Stahlguss lässt sich eine verbreitete Brandrissigkeit an den Innenseiten der Kokille, die Kontakt zur Stahlschmelze hatten, feststellen. In der weiteren Abfolge der thermozyklischen Belastung kommt es zu lokalen Anrissen, die zunächst noch mit Dichtmassen eingedämmt werden können, sich jedoch mit jedem Gießzyklus ausweiten. Schließlich kommt es zum Durchriss über die gesamte Wandstärke und damit zum Ausfall der Kokille. Für ausgefallene Kokillen ist eine kostenintensive Ersatzerzeugung notwendig. Kostentreiber sind insbesondere die schwierige Rezyklierung sowie die hohen Vollkosten für eine Erzeugung von Kleinchargen. Zunächst müssen zu verschrottende Kokillen in einem zugelassenen Trümmerwerk zerkleinert und dann als Eisenmischschrott abgesetzt werden. Aufgrund des hohen Volumen/Masse-Verhältnisses sowohl der Kokillen (nicht schachtelbar) als auch der Trümmerstücke entstehen erhebliche Transportkosten. Weiterhin sind Margenabschläge bei Absatz von Kleinmengenschrott zu bedenken (2). 2 Kokillen werden aus Gründen des Schutzes von Betriebsgeheimnissen oft direkt von dem Verwender selbst hergestellt. Es kam und kommt immer wieder zum „zufälligen“ Erzeugen von Kokillen mit erheblich gesteigerter Haltbarkeit. Erst seit einigen Jahren wurden in verschiedenen Betrieben Untersuchungen zur Verlängerung der Haltbarkeit von Blockgusskokillen angestellt, ohne jedoch konkrete Ergebnisse ausweisen zu können. Es wird weiterhin im Allgemeinen mit bewährten und reproduzierbaren Grobvorgaben gearbeitet. Ziel dieser Arbeit soll die Untersuchung der der variablen Kokillenhaltbarkeit zugrunde liegenden metallurgischen Phänomene sowie deren technisch nutzbare und reproduzierbare Umsetzung zur Verlängerung der Haltbarkeit sein. Gleichzeitig muss die Eignung für den Produktionszweck, also der Erhalt und gegebenenfalls die Steigerung der Blockqualität, berücksichtigt werden, auf die in den Blockgussbetrieben bislang das Hauptaugenmerk gelegt wurde. Hierbei soll die bestehende Forschungslücke geschlossen und der Fokus auf das erläuterte Thema geweitet werden.