8. Scientific Exchange Day 2017

08.11.2016 erstellt von Johannes Rieger

Laura Muche, M. Sc. (Technische Bergkademie Freiberg)

Dr. Stefan Puttinger (Johannes Kepler Universität Linz)

Lukas Preuler, M. Sc. (K1-MET GmbH)

Dr. Thomas Lichtenegger (Johannes Kepler Universität Linz)

Prof. Dr. Christian Weiß (Montanuniversität Leoben)

Prof. Dr. Harald Harmuth (Montanuniversität Leoben)

Prof. Dr. Stefan Pirker (Johannes Kepler Universität Linz)

Prof. Dr. Ernst Kozeschnik (Technische Universität Wien)

Dr. Peter Presoly (Montanuniversität Leoben)

Der 8. Scientific Exchange Day des K1-MET Programmes wurde am 1. Februar 2017 an der Fachhochschule Oberösterreich am Campus für Technik und Angewandte Naturwissenschaften in Wels abgehalten. Der Scientific Exchange Day (SED) ist ein jährliches Treffen, wo Forscher und Industriepartner des K1-MET Programms zusammenkommen und netzwerken. Mit insgesamt 111 Teilnehmern war auch der 8. SED 2017 eine sehr gut besuchte Veranstaltung.

Die Vormittagssession beinhaltete eine Zusammenfassung der aktuellsten Forschungshighlights unserer vier Forschungsareas (je 1 Erfolgsgeschichte pro Area). Prof. (emeritiert) Dr. Werner Kepplinger (wissenschaftliches Beiratsmitglied der K1-MET GmbH) führte durch das Programm dieser Session.

Laura Muche, M. Sc. (Technische Universität Bergakademie Freiberg) präsentierte den Beitrag der Forschungsarea (Research Area, RA) 1 über den Fortschritt des Projektes 1.4. Der Titel des Vortrages lautete „Briquetting of a coking coal mixture for utilization in a coking plant”. Zur Steigerung der Produktivität bei der Verkokung gibt es die Möglichkeit der Teilbrikettierung. Dazu wird ein Teil (z. B. 20 %) der zu verkokenden Kohle brikettiert und anschließend mit gemahlener Kohle gemischt, wodurch die Schüttdichte in der Koksofenkammer und damit die Koksproduktion steigt. Anhand von systematischen Laborversuchen mit einer hydraulischen Stempelpresse wird der Einfluss von Art und Menge des Bindemittels sowie dem Wassergehalt der Kohle auf die mechanische Festigkeit von Steinkohlebriketts untersucht.

Dr. Stefan Puttinger (Senior Scientist an der Johannes Kepler Universität Linz) hat die Erfolggeschichte der RA 2 vorgestellt. Die Präsentation von Dr. Puttinger trug den Titel „Process optimization of metals reduction technologies - Data analysis and monitoring“ und umfasste den Status des Projektes 2.1. Die Entwicklung von CFD Modellen für Mehrphasenströmungen erfordert im Allgemeinen aufwändige Validierungsversuche im Labor oder den Abgleich mit realen Anlagendaten.  In der Hochtemperaturmetallurgie sind die Möglichkeiten echte Prozessdaten zu gewinnen aber sehr limitiert. Nichtsdestotrotz können kreative Ansätze in der Datenanalyse sowohl im Labor als auch an realen Anlagen zum besseren Verständnis von Mehrphasenströmungen und zur Prozessoptimierung beitragen.

Dipl.-Ing. Lukas Preuler (Forscher in der K1-MET GmbH) hat den Beitrag der RA 3 aus dem Projekt 3.3 präsentiert. Die Präsentation trug den Titel „Heat transfer in the secondary cooling zone of the continuous casting process”. In der Sekundärkühlzone einer Stranggussanlage werden durch den Einsatz von Wasser/Luft - Düsen etwa 30 - 40 % der im Material enthaltenen Wärme entzogen. Diese Kühlung muss ausreichen hoch sein, um eine gewisse Schalenstärke und schlussendlich die Durcherstarrung sicherzustellen.  Des Weiteren sollte sie möglichst gleichmäßig und kontrolliert erfolgen, wodurch Defekte im vergossenen Stahl minimiert werden. Um die Kühlcharakteristik der eingesetzten Düsen in Abhängigkeit verschiedener Parameter zu bestimmen, werden diese am Düsenmessstand der Montanuniversität Leoben eingehend untersucht.

Die Erfolgsgeschichte der RA 4 beinhaltete die Recurrence CFD-Methode. Diese Präsentation trug den Titel „Recurrence CFD – a new approach to simulate the long-term evolution in highly dynamic flows” und wurde von Dr. Thomas Lichtenegger (Senior Researcher an der Johannes Kepler Universität) präsentiert. Wegen der hohen Dynamik und der dadurch bedingten kleinen Zeitschritte bei der Simulation vieler partikelbeladener Strömungen ist die Beschreibung langsamer, lange andauernder Prozesse wie Wärmeübergang oder chemischer Umwandlung mit gegenwärtigen Methoden kaum möglich. Es wird demonstiert, wie unter gewissen Umständen die schnellen von den langsamen Freiheitsgraden entkoppelt werden können, so dass sich Rechenzeiten um zwei Größenordnungen und mehr reduzieren. Simulationen, die mehrere Wochen dauerten oder gar nicht möglich waren, laufen nun innerhalb weniger Stunden und könnten in Zukunft Echtzeitfähigkeit erlangen.

Die Nachmittagssession des 8. SED wurde in Form eines Workshops zum Thema „Modelling - Simulation - Data measurement“ abgehalten”. Prof. Dr. Rüdiger Deike (Universität Duisburg-Essen, wissenschaftliches Beiratsmitglied der K1-MET GmbH) führte durch das Programm dieser Session.

Prof. Dr. Christian Weiß (Montanuniversität Leoben, Key Researcher RA 1) präsentierte den ersten Beitrag mit dem Titel „Transport phenomena and material parameters in reactive metallurgical melts”. Die Vorhersage von Stoffübergängen zwischen den fluiden Phasen eines Stoffsystems Metallbad/Schlacke/Gasphase ist eine der zentralen Voraussetzungen für die Beherrschbarkeit metallurgischer Prozessabläufe. Eine kombinierte Herangehensweise aus modellgestützter Beschreibung und experimenteller Erfassung dieser Stoffübergänge erscheint mit Blick auf analoge Problemstellungen etwa im Bereich der chemischen Technik vielversprechend. Bei der konkreten Umsetzung müssen über ein für sensorische Zugänge einschränkend wirkendes Temperaturniveau hinausgehend prinzipielle Hürden überwunden werden. So sind bei metallurgischen Reaktionen die tatsächlich transportierten Spezies und deren Transportmechanismen oft nicht eindeutig geklärt. Darüber hinaus können Reaktionen zwischen Metallschmelze und Schlacke häufig nicht ohne die simultane Beteiligung des Wandmaterials und/oder der Gasatmosphäre verstanden werden.  Ausgehend von Fragestellungen aus laufenden K1-MET Projekten werden die genannten Themen aufgegriffen. Zugangsmöglichkeiten zu Aktivitätskoeffizienten und Transportgrößen anhand einer Klasse von sog. Mitführungsexperimenten werden diskutiert.

Prof. Dr. Harald Harmuth (Montanuniversität Leoben, Key Researcher RA 2) präsentierte einen Vortrag mit dem Titel „Mass transfer at moving boundaries”. Ein typischer Anwendungsfall des Stoffübergangs an bewegten Grenzflächen ist die Lösung von Festkörpern in Schmelzen. Für K1Met sind dabei z.B. die Korrosion von Feuerfestbaustoffen und die Lösung von Additiven in Schlacken von Bedeutung. Eine korrekte Quantifizierung dieser Prozesse ist für die Simulation, aber auch für die Bestimmung von Stoffdaten (insbesondere des Diffusionskoeffizienten) wichtig. Überraschenderweise weist die Behandlung von Lösungsvorgängen häufig Fehler auf, die über eine tolerierbare bzw. bewußt in Kauf genommene Abweichung hinausgehen. Der Beitrag zeigt die wichtigsten Fehlertypen auf und erläutert ihre Auswirkung und Vermeidung anhand von zwei Beispielen.

Der nächste Beitrag war eine Präsentation von Prof. Dr. Stefan Pirker (Johannes Kepler Universität Linz, Key Researcher der RA 4) mit dem Titel „Modelling and Simulation 2019+“. Ein umfassendes Verständnis, die kontinuierliche Verbesserung und eine innovative Entwicklung von metallurgischen Prozessen sind die Hauptmotivation der Forschung innerhalb des K1-MET Programms. Da zahlreiche Prozesse oftmals nur schwer beobachtbar oder für konventionelle Messmethodiken nicht zugänglich sind, werden für gewöhnlich die Modellierung und Simulation als Untersuchungstools angewandt. Jedoch sind aufgrund der komplexen Natur der Prozesse (multi-phase, multi-scale und multi-physical) Standardsimulationsmethoden aus dem Regal oftmals nicht anwendbar. Daher ist die Entwicklung von bestimmten innovativen Simulationstechniken notwendig. Als Vorbereitung für die nächste K1-MET Phase stellte dieser Vortrag zukünftige potentielle Forschungsschwerpunkte im Bereich der Modellierung und Simulation dar um in weiterer Folge wichtige Inhalte zukünftiger Forschungsprojekte definieren zu können.

Prof. Dr. Ernst Kozeschnik (Technische Universität Wien) präsentierte danach seinen Vortrag mit dem Titel „Modeling hot ductility during continuous casting of steel“ (Co-Autor Dominik Zügner von der Technischen Universität Wien). Eine unzureichende Warmfestigkeit von Brammen während des Stranggusses kann zu Oberflächendefekten, wie zum Beispiel Kanten-Querrissen, führen, die aufwändige mechanische Nachbehandlung notwendig machen. Im Vortrag wird der Stand der Technik im Verständnis des Duktilitätsverlustes zwischen 700 und 1100°C dargelegt. Anschließend werden aktuelle Lösungsansätze zur Modellierung der Wechselwirkung zwischen Karbo-Nitrid-Ausscheidung und Duktilitätseinbruch vorgestellt.

Der letzte Beitrag wurde von Dr. Peter Presoly (Montanuniversität Leoben) präsentiert und trug den Titel „In thermodynamic databases we trust“. Die Verwendung von thermodynamischen Datenbanken in den verschiedenen Berechnungs- und Simulationsprogrammen ist bereits ein „daily business“ und nicht mehr wegzudenken. Doch gerade dieses „blinde Vertrauen“ gilt es kritisch zu hinterfragen, zumal sich thermodynamische Datenbanken je nach Produkt und Version unterscheiden können und neue Legierungssysteme oft nur unzureichend beschreiben. Nur durch die experimentelle Messung von thermodynamischen Daten ist es möglich, Datenbanken zu validieren und in weiterer Folge zu optimieren. Es wird eine Methodik vorgestellt, wie mittels Laborkleinschmelzen und DTA/DSC-Messungen vollständige neue Phasendiagramme erstellt werden und die so ermittelten Umwandlungstemperaturen für die thermodynamische Optimierung und Weiterentwicklung der „SGTE Solution Database“ verwendet werden.

Im Anschluss an diese Session fand eine Plenardiskussion unter der Leitung von Prof. Dr. Johannes Schenk (CSO der K1-MET GmbH) statt. Ziel dieser Diskussion war es, inhaltliche Themen und Fragestellungen von den Programmpartnern zu erfahren, die im Zuge der 2. Förderperiode des COMET K1-MET Programms (2019 bis 2023) im Zuge von Forschungsprojekten behandelt werden sollen. Es gab zahlreiche konstruktive Wortmeldungen und die Leitung der K1-MET GmbH ist bereits damit beschäftigt, die Weichen für den Antrag zur Fortsetzung K1-MET Programms zu stellen.

Die Geschäftsführung der K1-MET GmbH möchte der Fachhochschule Oberösterreich für die Bereitstellung der Räumlichkeiten, allen Vortragenden für ihre Beiträge und Prof. Dr. Deike und Prof. (emeritiert) Dr. Kepplinger für die Leitung der Sitzungen danken.

Quellen: