< Terug naar vorige pagina

Project

SMARTSCRAP: Perspective Development and Impact of Tramp Elements in Scrap Material on Production and Properties of Cast iron (SMARTCRAP)

In dit project werd de invloed van verschillende spoorelementen op de productie van gietstukken in lamellair en nodulair gietijzer onderzocht. In de ijzergieterijen wordt staalschroot ingezet als één van de belangrijkste grondstoffen bij de productie van gietijzeren stukken. Bij de meeste gieterijen wordt uitgegaan van ruwijzer als basismateriaal, waardoor toevoeging van staalschroot vereist is om het koolstofgehalte in de eindanalyse tot het gewenste niveau te laten dalen. Door de evoluties in de staalproductie en de ontwikkeling van nieuwe hoogsterktestalen - microgelegeerd met spoorelementen - verhoogt het risico dat staalschroot van deze nieuwe staalsoorten op de markt komt. Wanneer dit staalschroot in het productieapparaat van de gieterijen terecht komt, zullen deze spoorelementen geleidelijk aanreiken in de eindsamenstelling van de geproduceerde stukken. Vanaf een bepaald niveau zal een invloed vastgesteld worden op de mechanische eigenschappen, de microstructuur en de gietbaarheid van de verschillende gietijzerkwaliteiten (zowel nodulair als lamellair gietijzer). Indien deze gehaltes aan legeringselementen niet onder controle gehouden wordt zal het risico op afkeur van gietstukken ten gevolge van gietfouten of afwijkende mechanische eigenschappen toenemen.

Alle gietijzergieterijen zetten staalschroot in bij de productie van gietstukken. Vroeg of laat zullen zij dus allemaal geconfronteerd worden met het wijzigende landschap van de schrootmarkt. Op een bepaald moment zal bewust of onbewust staalschroot afkomstig van microgelegeerde hoogsterktestalen in hun productieapparaat terecht komen. Elk van deze bedrijven dient zich voor te bereiden op de mogelijke problemen die door het inzetten van dergelijk staalschroot kunnen ontstaan.

 
Tijdens het project werd de sector bevraagd over de huidige praktijksituatie met betrekking tot het inzetten van staalschroot in de gieterijsector. Tevens werden audits ter plaatse bij enkele gieterijen uitgevoerd werd gescreend of de huidige situatie in overeenstemming is met de verwachte verandering van het schrootlandschap in de komende decennia.

Op basis van de verwachte evoluties in de staalproductie en het gebruik van spoorelementen in de nieuwe hoogsterktestalen werden enkele belangrijke spoorelementen (Mo, Ti, B, Al)  geselecteerd voor verder onderzoek aan de hand van laboratoriumgietproeven.  De invloed van deze spoorelementen op de eigenschappen van zowel lamellair gietijzer als ferritisch en perlitisch nodulair gietijzer werd nagegaan.

 De gieterijen kunnen op drie verschillende manieren omgaan met de wijzigingen in het schrootlandschap, nl.

  • geen gebruik maken van schroot met te hoge gehaltes aan legeringselementen

  • verwijderen van spoorelementen

  • aanvaarden van de aanwezigheid van (een beperkt gehalte) spoorelementen in de eindanalyse


Bij elk van deze opties kunnen de resultaten van het project worden gevaloriseerd.

  • Geen gebruik maken van schroot met te hoge gehaltes aan legeringselementen

In dit geval dient de gieterij een doorgedreven ingangscontrole in te voeren in hun kwaliteitssysteem, zodat elke batch schroot die wordt aangekocht systematisch geanalyseerd en gecontroleerd wordt op de typische spoorelementen. Hiervoor dient de gieterij uiteraard te beschikken over de nodige analyseapparatuur. De meeste gieterijen beschikken reeds over analysemogelijkheden door middel van spectrometrie. In dit geval dient enkel een uitbreiding op de toestellen voorzien te worden, zodat een analyse van de kritische spoorelementen mogelijk is.

Deze ingangscontrole werd reeds met succes door één Vlaamse gieterij ingevoerd.Bij de aanschaf van de nieuwe spectrometer (2019) werd gekozen om een groter aantal elementen te analyseren dan gebruikelijk. Deze gieterij controleert alle inkomende materialen systematisch op het gehalte aan boor en bij overschrijding van de vooropgestelde limietwaarde (10 ppm) wordt de batch geweigerd.

Eén andere gieterij gebruikt reeds verschillende soorten staalschroot in functie van de materiaalkwaliteit die dient geproduceerd te worden waarbij systematisch zeer zuiver staalschroot wordt ingezet indien nodulair gietijzer met gegarandeerde kerfslagwaarde wordt geëist. Dit impliceert een meerkost van de ruwe materialen die worden ingezet.


  • Verwijderen van spoorelementen

Uit de simulaties met Factsage is gebleken dat het verwijderen van spoorelementen door het inzetten van specifieke slaksystemen complex en economisch niet haalbaar is. Deze zullen dan ook niet geïmplementeerd worden bij de gieterijen.

Mogelijk kunnen hier de zogenaamde zeldzame aarden in de productie van nodulair gietijzer een oplossing bieden. Zeldzame aarden kunnen nefaste elementen zoals titaan immers neutraliseren door de vorming van intermetallische verbindingen. Verder onderzoek is nodig om te evalueren tot op welk niveau dit mogelijk is zonder verlies aan mechanische eigenschappen en welke de juiste dosering is. Het is immers gekend dat een overdosering van deze zeldzame aarden zeer nefaste gevolgen heeft op de microstructuur en daaraan gekoppeld de eigenschappen van het gietijzer.


  • Aanvaarden van de aanwezigheid van een beperkt aandeel aan spoorelementen

In dit geval zullen de gieterijen hun richtanalyses moeten bijsturen voor de realisatie van de verschillende sterkteklasses. Dit kan gebeuren op basis van de opgebouwde kennis van de invloed van de verschillende elementen en hun kruisinvloeden. Hierbij zal de voorspelling van de structuren en de eigenschappen aan de hand van de opgebouwde database een belangrijke tool zijn.

De samenstellingen die door de gieterijen gebruikt worden voor de verschillende sterkteklasses lamellair en nodulair gietijzer zijn niet genormeerd en zijn de vrijheid van de gieterij. Hierdoor heeft elke gieterij zijn eigen interne recepten opgesteld in de loop der jaren. Bovendien verschilt de wijze van nodulisatie en de enting ook van gieterij tot gieterij.

De aanpassing van deze richtsamenstellingen en behandelingen zal dus ook voor elke gieterij op maat moeten afgesteld worden aan de hand van testgietingen en opvolging van de eigenschappen na het gieten.

Behalve de bijsturing van de basissamenstelling zullen hier ook testen met andere entlegeringen nodig zijn om te evalueren of bepaalde entlegeringen de negatieve effecten van de spoorelementen kunnen minimaliseren.


Datum:1 mrt 2018 →  29 feb 2020
Trefwoorden:Trace elements, Cast Iron, Steel, Foundry
Disciplines:Andere ingenieurswetenschappen en technologie niet elders geclassificeerd