Projektmenu

Einleitung

Beim Stranggussprozess zur Flachstahlproduktion ist eine bedeutende Menge an Energie erforderlich für die Behandlung der Brammen (Energie z.B. für Schneiden, Wiedererwärmung und Walzen). Unser Industriepartner voestalpine Stahl GmbH hat eine „Null-Fehlerproduktion” als Ziel ausgegeben. Dies erfordert eine genaueste Qualitätsbeurteilung im Prozess so früh wie nur irgendwie möglich. Bis jetzt kann die Qualität der erzeugten Brammen nur offline in kleinen Proben oder kurz vor dem Ende des gesamten Produktionsprozesses analysiert werden. Für eine Zunahme der Prozesseffizienz und um den Bedarf an Energie und Rohstoffen zu reduzieren, ist es notwendig, die Stahlqualität online während des Stranggussprozesses zu bestimmen.

Die Flüssigstahlströmung in der Kokille, insbesondere die Strömung in der Nähe des Eintrittsbereichs, beeinflusst die Qualität des erzeugten Stahls erheblich. Deshalb ist die richtige Einstellung der Prozessparameter (z. B. Gießgeschwindigkeit, Argon-Injektionsrate aber auch die Geometrie der Eintauchlanze) von großer Bedeutung.

  • CFD-Simulation der Strömung in der Kokille von Stranggussanlagen
  • Validierung von Simulationen mit Wassermodellexperimenten
  • Entwicklung eines globalen Modells mit angepassten Kontrollparametern für die Qualitätsbeurteilung in Echtzeit
  • Implementierung des Modells in das Kontrollsystem einer Stranggussanlage
  • Erstellung einer Datenbank anhand von Wassermodellen, numerischen Simulationen und Anlagendaten
  • Schnelle (echtzeitnahe) CFD-Ansätze

Vorgehensweise

Das Projekt verfolgt zwei Ziele: Das erste Ziel betrifft die Entwicklung von "best practice" Richtlinien für die Flüssigstahlsrömung im Stranggussprozess. Das zweite Ziel liegt in der Entwicklung eines Online-Systems zur Qualitätsbeurteilung. Dieses System beliefert das Stahlwerk mit Zusatzinformationen hinsichtlich der Kokillenströmung, welche für die Qualität des Gussproduktes von großer Bedeutung ist.

Zur Erreichung dieser beiden Ziele sollen drei Untersuchungsmethoden angewandt werden:

  • Numerische Modellierung: Eine breite Palette von Modellen ist verfügbar auf dem Gebiet der numerischen Strömungssimulation. Der Fokus in diesem Projekt liegt in der Erfassung geeigneter numerischer Modelle, welche online an der Anlage lauffähig sind.
  • Analytische Modellierung: Für einige vereinzelt ablaufende Phänomene, welche die Kokillenströmung beeinflussen (z.B. Wellen an der Oberfläche) existieren bereits analytische Lösungen. Diese Modelle sind sehr wertvoll, da sie in einem weiten Parameterbereich Trends zeigen und zu einem besseren Verständnis der grundlegenden dynamischen Vorgänge führen und daher behilflich sein können, die empirische bzw. numerische Modellierung zu unterstützen bzw. deren Aufwand zu reduzieren.
  • Empirische Modellierung: Empirische Modelle sind derzeit Stand der Technik für die online Charakterisierung der Kokillenströmung. Diese Modelle basieren gewöhnlich auf realen Anlagendaten und auf Ergebnissen physikalischer und numerischer Modelle. Im Rahmen dieses Projektes werden der Gültigkeitsbereich bekannter empirischer Modelle sowie mögliche Wege einer Erweiterung quantifiziert.

Ergebnisse und Anwendung

Projekt 4.5 wird einen Echtzeiteinblick in die Kokille und somit in die Strömung des Stranggussprozesses ermöglichen. Dies öffnet die Tür zur Online-Qualitätsüberwachung und optimierter Prozesskontrolle. Vom Modell wird erwartet, dass eine genauere und zuverlässigere Qualitätsvorhersage des Gussproduktes möglich wird. Diese Information ist für Stahlproduzenten extrem wichtig, weil eine Online-Vorhersage den Aufwand für nachfolgende Prozesse reduziert, welche für die Garantie einer bestimmten Brammenqualität (z.B. Schneiden von Brammen) notwendig sind. Daher wird von diesem Projekt erwartet, dass es zur Effizienzsteigerung sowie zur Reduktion von Energie- und Rohstoffverbrauch des Stranggießprozesses führt. Unser Industriepartner voestalpine Stahl GmbH wird eine Implementierung wissenschaftlicher Ergebnisse durch entsprechende Anlagenversuche sicherstellen.