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Einleitung

Die Erstellung und Entwicklung eines thermodynamischen und kinetischen Modells der Stahlerzeugung im Konverter wurde in Phase I und II des vorherigen K1-MET-Programms abgeschlossen. Die ersten Testberechnungen mit diesem Modell brachten qualitativ akzeptable Ergebnisse unter Berücksichtigung des zeitlichen Verlaufs der Badtemperatur sowie der Konzentration von Elementen im Metallbad und in den Schlackenbestandteilen. Weitere Modellverbesserungen betreffen nun den kinetischen Teil des Modells.

Ziele und Motivation

  • Modellierung von metallurgischen Reaktionen im Konverter
  • Weiterentwicklung bestehender Modelle
  • Optimierung der Konverterschlacke
  • Wiederverwendung der Schlacke

Vorgehensweise

Aufgrund der Vielzahl an Einflussfaktoren auf die Verteilung und den Verbleib diverser Elemente im Konverterprozess ist es notwendig, ihre spezifischen Auswirkungen zu bewerten. Zu Beginn sollten verschiedene, bestehende Ansätze hinsichtlich ihrer Einflüsse auf die kinetischen Reaktionen z.B. im Grenzflächenbereich Metall-Schlackenbad bewertet werden. Zusätzlich sollte eine Beschreibung der Vorgänge während des Chargiervorganges genauere Startbedingungen zur Berechnung des Blaseprozesses liefern. Außerdem müssen das Rühren und der Wiederanblaseprozess in die aktuelle Programmroutine implementiert werden.

Im Laufe des Projektes wird ein neuer Versuchsofen für dynamische Kinetikstudien gebaut. Die kinetischen Parameter werden bewertet und für verschiedene experimentelle Bedingungen (statisch vs. dynamisch) korreliert. Zur Validierung des Experimentes werden repräsentative analytische Methoden eingesetzt (Röntgenspektroskopie, Rasterelektronenmikroskopie).

Außerdem muss ein realitätsnahes Modell für das Auflösungsverhalten von chargierten Materialien entwickelt werden. Um diese Ziele zu verwirklichen, ist eine neue standardisierte Methodik für die Charakterisierung von Zuschlagsstoffen notwendig. Die Ergebnisse der Experimente sollten herangezogen werden, um eine genauere mathematische Beschreibung zu entwickeln.

Ergebnisse und Anwendung

Eine Literaturrecherche wird sich auf die Beschreibung des Grenzflächenbereiches bei der Stahlerzeugung im Konverter vertiefen einschließlich der Theorie der Tropfenbildung. Ein realitätsnahes Modell, um den Grenzflächenbereich für die Reaktion zu beschreiben, muss entwickelt und implementiert werden. Die Methode sollte wichtige Eigenschaften beinhalten wie Tropfendurchmesser, Düsengeometrie, Badturbulenz sowie Metall- und Schlackeneigenschaften wie Dichte, Viskosität und Grenzflächenspannung. Weiters ist es notwendig, die Ergebnisse mit realen Anlagendaten zu vergleichen.

Die genauere Beschreibung des Schrottschmelzvorgangs im Konverter soll die Genauigkeit der Abstichtemperaturberechnung erhöhen. Zusätzlich werden die Verteilungskurven der Stahl- und der Schlackenphase durch den Wärmeverbrauch des chargierten Schrottes beeinflusst. Eine verbesserte Berechnung des Abgasstroms sowie neue Modelle zum Nachrühren und erneuten Anblasen werden angestrebt. Zusätzlich muss die grafische Benutzeroberfläche (Graphical User Interface, GUI), unter Berücksichtigung der gewonnen Erkenntnisse, angepasst werden.