Projektmenu

Einleitung

Im Anschluss an die Tätigkeiten der Sekundärmetallurgie wird der flüssige Stahl im Stranggussverfahren (CC) zu einem Strang (Bramme) gegossen. Dieser Vorgang beinhaltet einen Vorratsbehälter (Tundish) zur kontinuierlichen Beschickung der Kokille. Die Kokille wird in weiterer Folge mit flüssigem Stahl über ein Tauchrohr (SEN) befüllt welches etwaiges spritzen unterbindet und ein günstiges Strömungsfeld innerhalb der Kokille erzeugt. Da die Anforderungen an die Produktqualität stetig steigen werden immer strengere Analysen und Prozesskontrollverfahren erforderlich. Erfahrungen der Industriepartner haben ergeben, dass Verunreinigungen im finalen Produkt aus diesen letzten Schritten des flüssigen Stahls stammen könne. Dieses Projekt widmet sich der Untersuchung dieser Prozessschritte und der Entwicklung numerischer Ansätze, um industrielle Anwendungen und den Einfluss verschiedener betrieblicher Abnutzungen abzubilden. Neben den numerischen Herausforderungen (wie Turbulenzmodellierung von Mehrphasensystemen, Physikalische/chemische Charakteristika des Anbackens im Tauchrohrs etc.) sind auch die auftretenden Randbedingungen für eine aussagekräftige Modellierung der Systeme wesentlich. Infolgedessen werden dezidierte Arbeiten durchgeführt, um die industriellen Gegebenheiten und Materialien zu erfassen und eine zuverlässige Simulation und Analyse der industriellen Prozesse zu ermöglichen.

  • Hochqualitative Untersuchungen unter industriellen Bedingungen
  • Mehrphasige Simulationen und dynamische Vernetzungsansätze 
  • Experimentelle Kampagnen für valide numerische Tools 

Herausforderungen

Die beteiligten Prozesse der CC-Methode stellen Wechselwirkungen komplexer physikalischer Aspekte dar. Die mehrphasige Beschaffenheit (Schlacke, flüssiger Stahl, feuerfeste Materialien, nichtmetallische Einschlüsse und Gas), Wechselwirkungen von Turbulenzen, der thermodynamische Charakter der beteiligten Materialien und die große Bandbreite an räumlichen und zeitlichen Skalen bezeichnen einige der herausforderndsten Merkmale der Systeme. Für jedes Subsystem (wie Tundish, SEN, Kokille) werden zugehörige numerische Ansätze entwickelt/verbessert/verwendet, um den jeweiligen Anforderungen am besten zu entsprechen. Neben der numerischen Abbildung der involvierten Physik ist die Anwendung der (oft mit Wasserexperimenten bestätigt) Modelle unter industriellen Bedingungen ein übliches Problem, da Werkstoffkennwerte und vor allem deren thermokinetische Eigenschaften nicht im Detail bekannt sind. Da diese Parameter eine Voraussetzung für detaillierte numerischen Untersuchungen darstellen, müssen oft mehrere Vereinfachungen akzeptiert werden. Diese Mängel widmet sich in dieses Projekt ein Arbeitspaket, das diese Aspekte behandelt und die numerische Forschung mit soliden industriellen Rahmenbedingungen versorgt.

Ergebnisse und Anwendung

Die Kombination der numerischen Entwicklungen mit experimentellen und industriellen Rahmenbedingungen soll Aufschluss zu einer sehr detaillierten Darstellung der Prozesse unter industriellen Bedingungen geben. Da sich die in Betrieb befindlichen Prozesse mit der Betriebszeit verschlechtern, werden auch die Auswirkungen der SEN-Anbackungen (Clogging) und ihr Einfluss auf die Prozessbedingungen wie das Strömungsfeld in der Kokille untersucht. Das übergeordnete Ziel ist es, ein besseres Verständnis für die komplexen Wechselwirkungen der involvierten physikalischen Effekte zu erlangen und Methoden zur Verfügung zu stellen, um Industrie relevante Probleme zu simulieren.

Als Benchmark des Projektes 4.1 dient ein Arbeitspaket zur Entwicklung, Durchführung und Dokumentation der Modellierung komplexer Partikelströme von metallischen Pulvern. Dieses Arbeitspaket als Kooperation zwischen industriellen und akademischen Partnern beinhalten eine Dissertation, Grundlagenentwicklungen sowie Testläufe der Entwicklungen.