Ottimizzazione dei parametri di colaggio e solidificazione di lingotti da forgia di grandi dimensioni

The modern technology of steel proposes to achieve high quality standards both from the process point of view and from that of the product. The continuing focus to increase production capacity has been compounded with one dedicated to the production of steel free from defects. These, in the form of inclusions and segregations, can create drawbacks during the casting phase or during machining with side effects such as workpiece rejection if this does not achieve specific quality standards. This work try to optimize the casting and solidification parameters of big size bottom poured casting ingots. Two profiles will be analyzed. These are characterized by a weight equal to 58t and 98t respectively trying to correlate the thermodynamic and flow conditions of the molten metal linked to the positioning of the defects mentioned above.The conduction of experimental campaign targeted to change boundary and heat transfer condition of metal would lead to unacceptable economic waste. Among the available parameters, three different values of superheat (60, 100 and 140K) for casting stage and the adoption of powders isothermal and exothermic in the case of solidification were tested. The simulation is realized with COMSOL Multiphysics® software. The results were compared with experimental data from the characterization of different ingots forged. From this has emerged that for the largest ingot is sufficient isothermal powder in combination with a high value of overheating while for the smaller one is required the same configuration with the addition of a small layer of refractory material in order to obtain optimum performance. Study conducted on defects present on forged shaft seem to confirm the results obtained by the simulation.

La moderna tecnologia dell’acciaio si propone di raggiungere alti standard qualitativi sia dal punto di vista del processo che da quello del prodotto. Per questo risulta fondamentale la produzione di acciai con minime difettosità. Queste, nella forma di inclusioni e segregazioni, possono generare degli inconvenienti sia durante la fase di colata che durante quella di lavorazione che può portare anche allo scarto del pezzo lavorato se questo non soddisfa specifici standard qualitativi. Tale lavoro si propone di ottimizzare i parametri di colata e solidificazione di lingotti da forgia di grandi dimensioni colati in sorgente. Si analizzeranno due profili caratterizzati da un peso rispettivamente pari a 58t e 98t correlando le condizioni termodinamiche e di flusso del metallo fuso alla collocazione dei difetti citati in precedenza. Condurre campagne sperimentali improntate alla variazione delle condizioni di ingresso e di scambio termico in questo caso porterebbe un dispendio economico insostenibile. Tra i parametri che si hanno a disposizione si è scelta una variazione di tre diversi valori di surriscaldamento (60, 100 e 140K) per la fase di colata e l’adozione di polveri isotermiche ed esotermiche nel caso della solidificazione. La simulazione del processo è stata realizzata con il software COMSOL Multiphysics®. I risultati ottenuti sono stati confrontati con dati sperimentali provenienti dalla caratterizzazione della difettosità di differenti lingotti forgiati. Da questo è emerso come per il lingotto di maggiore tonnellaggio sia sufficiente una polvere isotermica in abbinamento con un alto valore di surriscaldamento mentre per quello più piccolo, al fine di avere una resa ottimale è necessaria la stessa configurazione con l’aggiunta di un piccolo strato di materiale refrattario. La conduzione di uno studio sulle difettosità presenti su alberi forgiati sembrano confermare i risultati ottenuti mediante la simulazione.