DFG-Projekt PF 394/2–1

Numerische und experimentelle Untersuchung der stationären und instationären Strömungen in Stranggießverteilern

Da Unter­su­chun­gen der rea­len Schmel­zen­strö­mung im Stahl­werk auf­grund der extre­men Rand­be­din­gun­gen und der feh­len­den opti­schen Zugäng­lich­keit nicht durch­führ­bar sind, erfolg­ten die­se Unter­su­chun­gen unter Ein­hal­tung der cha­rak­te­ris­ti­schen Ähn­lich­kei­ten an einem ver­klei­ner­ten Was­ser­mo­dell­ver­tei­ler im Maß­stab 1:1.7. Als Mess­ver­fah­ren kamen die Laser-Dopp­ler-Ane­mo­me­trie und die Par­tic­le-Image-Velo­ci­me­try zum Ein­satz. Die nume­ri­schen Berech­nun­gen sind mit dem kom­mer­zi­el­len Strö­mungs­lö­ser FLUENT auf Basis der RANS-Glei­chun­gen durch­ge­führt worden.

Die nume­ri­sche und phy­si­ka­li­sche Simu­la­ti­on des sta­tio­nä­ren Gie­ßens hat gezeigt, dass im Ver­tei­ler sehr hete­ro­ge­ne Berei­che mit star­ken Wir­bel­bil­dun­gen vor­han­den sind. Die domi­nan­te Wir­bel­struk­tur ist ein Huf­ei­sen­wir­bel, der sich um den Schat­ten­rohr­strahl legt und bis zum Aus­tritts­be­reich erhal­ten bleibt, wo er auf den Ver­tei­ler­bo­den auf­setzt. Hin­sicht­lich der Strö­mungs­in­ten­si­tä­ten lässt sich der Ver­tei­ler in drei Zonen ein­tei­len, die Ein­lauf­zo­ne bis x/L1 < 0.3, den Mit­ten­be­reich 0.3 < x/L1 < 0.6 und die Aus­lauf­zo­ne x/L1 > 0.6. Der Ein­lauf­be­reich ist durch eine hohe inter­ne Rezir­ku­la­ti­on gekenn­zeich­net, die ihn als “well-mixed” cha­rak­te­ri­siert; in x‑Richtung nimmt die inter­ne Rezir­ku­la­tio­nen ab.

Das insta­tio­nä­re Gie­ßen wird am Bei­spiel des Pfan­nen­wech­sels unter­sucht. Die Ergeb­nis­se zei­gen, dass mit dem Weg­fall des Ein­tritts­im­pul­ses die Wir­bel­in­ten­si­tät im Ver­tei­ler rasch abbaut. Rück­strö­mung wird voll­stän­dig unter­drückt, sodass im Ver­tei­ler eine Kol­ben­strö­mung ent­steht. Nach Angie­ßen der neu­en Pfan­ne dau­ert es ca. Δθ = 0.12, bis die aus dem sta­tio­nä­ren Gie­ßen bekann­ten Struk­tu­ren wie­der her­ge­stellt sind. Die Geschwin­dig­kei­ten und somit auch die Rück­strö­mun­gen im Ver­tei­ler sind beim Angie­ßen der neu­en Pfan­ne wesent­lich grö­ßer als beim sta­tio­nä­ren Gie­ßen, was jedoch noch quan­ti­fi­ziert wer­den muss.

Der sowohl für das sta­tio­nä­re als auch für das insta­tio­nä­re Gie­ßen durch­ge­führ­te Ver­gleich zwi­schen den expe­ri­men­tel­len und nume­ri­schen Unter­su­chun­gen zeigt, dass es mit FLUENT mög­lich ist, die Strö­mung im Strang­gieß­ver­tei­ler ver­nünf­tig wie­der­zu­ge­ben. Es ist jedoch wich­tig, rea­li­täts­na­he Rand­be­din­gun­gen zu ver­wen­den. Beim insta­tio­nä­ren Gie­ßen bedeu­tet dies, dass selbst pro­gram­mier­te Rand­be­din­gun­gen in das Modell ein­ge­bun­den werden.


Logo DFGDas Pro­jekt wur­de durch die Deut­sche For­schungs­ge­mein­schaft (DFG) unter dem Geschäfts­zei­chen PF 394/2–1 gefördert.