Projektmenu

Einleitung

Modellentwicklung und numerische Simulation sind die Hauptthemen innerhalb der Area 4 des K1-MET-Kompetenzzentrums. Area 4 (Modellierung und Simulation) führt Know-How aus den anderen drei Forschungsbereichen zusammen und ermöglicht uns dadurch, Ergebnisse in einem weiten Bereich von Industrie- und Forschungsanwendungen einzusetzen.

Kontaktperson

Bernhard König
Management Area 4

 +43 732 6989 75624

Ziele & Motivation

  • Umfassende Modellierungswerkzeuge für metallurgische Prozessabläufe
  • Fokus am Roheisenerzeugungsprozess
  • Hochqualitative Simulationswerkzeuge für einzelne kleine Partikel bis hin zur gesamten Produktionsanlage
  • Kontinuierliche, diskrete und gekoppelte „Simulation Engines“
  • Qualität und Risikomanagement durch eine integrierte, automatisierte Prüfung
  • Qualitativ hochwertige Simulationswerkzeuge von small-scale bis large-scale
  • Kontinuierliche, diskrete und gekoppelte Codes
  • Open-Source-Technologie: flexibel und kostenlos
LES Submerged Entry Nozzle in continuous casting
LES Simulation der Strömung um einen Eintauchausguss (Submerged Entry Nozzle, SEN) beim Stranggießen (K1-MET, 2015).

Ergebnisse und Anwendung

Die vorhandene Bibliothek an Modellierungswerkzeugen hat einen umfassenden internationalen Erfolg gebracht, insbesondere in der Open-Source-Community. Folglich sind die globalen Hauptziele der Area 4, vorhandene Modelle zu konsolidieren, den aktuellen Schwung innerhalb der Open-Source-Community zu nutzen und weitere Entwicklungen voranzutreiben.

Neueste Softwareprogramme werden für die Weiterentwicklung sowie für die Konsolidierung der vorhandenen Modelle verwendet und um Bibliotheken mit Modellanwendungen für unsere K1-MET Partner zu erstellen. Sowohl unsere wissenschaftlichen als auch industriellen Partner können fertige Programmcodegerüste verwenden und für weitere Entwicklungsschritte impelementieren. Genau diese starke direkte Vernetzung zwischen Entwicklung und Anwendung garantiert kürzere Entwicklungszyklen bei Modellierungen, qualitativ höherwertige Programmcodes und einen essentiellen industriellen Beitrag zur wissenschaftlichen Codeentwicklung. Die Aufgaben der K1-MET Simulationsplattform liegen in der eben erwähnten Aufrechterhaltung der Vernetzung, in der Garantie der bisherigen Qualität sowie als Vertriebsinstrument für die Simulationswerkzeuge der K1-MET GmbH.


Neben der Simulationsplattform beinhaltet die Area 4 fünf weitere Projekte, welche sich mit der Mehrphasenströmung sowie der Modellierung metallurgischer Prozessabläufe in unterschiedlichen Größenskalen und Anwendungsfällen beschäftigen. Im Speziellen liegt der Fokus auf der umfassenden Modellierung des Roheisenerzeugungsprozesses. Dazu gehören beispielsweise die Modellierung der dynamischen Vorgänge in der Hochofenraceway, die Partikeldynamik in bewegenden Betten (Einschmelzvergaser wie COREX®- und FINEX®-Prozess), die Eisenreduktion in Wirbelschichtreaktoren sowie Flüssigschmelzmodelle für Stahlentgasungsanlagen (Ruhrstahl-Heraeus, RH) und Pfannenöfen. Verschiedene numerische Tools werden weiterentwickelt oder um Modelle für reaktive Partikel, Tropfen und Trägerphasen erweitert. Diese beinhalten sowohl open source codes als auch lizenzgebundene Softwarepakete. Die vorranging verwendeten Tools auf Basis open source sind LIGGGHTS® (Discrete Element Model, DEM), der CFD Code Open Foam® (Finite Volumen Mehode) und Palabos® (Lattice-Boltzmann). Diese Codes werden zum Teil auch miteinander gekoppelt (z.B. CFDEMcoupling®). Daneben beinhaltet Area 4 noch zwei Projekte, welche sich mit größeren zeitlichen und räumlichen Skalen beschäftigen als im Fall der eben beschriebenen partikulären ein- und mehrphasigen Strömungen. Zum einen wird an der Erstellung eines Sets von Qualitätsparametern geforscht zur Weiterentwicklung des Stranggussprozesses. Zum anderen wird das Flowsheet-Modellierungstool gPROMS® verwendet, um die Prozessroute der Eisenerzeugung weiterzuentwickeln.

CFD-DEM simulation of charging a blast furnace
CFD-DEM Simulation der Beschickung eines Hochofens.