DFG-Projekt PF 394/7–1

Simulation der Geschwindigkeits- und Temperaturverteilung in Stranggießverteilern mit Lichtbogenheizung

Unter­sucht wur­de die Strö­mung in einem Strang­gieß­ver­tei­ler mit einem Fas­sungs­ver­mö­gen von 69 t Stahl­schmel­ze. 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 1:3. Als Mess­ver­fah­ren kam 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 domi­nan­ten Strö­mun­gen sind abhän­gig von ther­mi­schen Rand­be­din­gun­gen. Das insta­tio­nä­re Gie­ßen wird über den gesam­ten Gieß­zeit­raum (Angie­ßen der ers­ten Pfan­ne, sta­tio­nä­re Gieß­pha­se und Pfan­nen­wech­sel) unter­sucht. Die Ergeb­nis­se zei­gen, dass die ther­mi­schen Ver­hält­nis­se im Zwei­strang­ver­tei­ler von den Gieß­be­din­gun­gen und der Gieß­dau­er geprägt wer­den. Dar­aus resul­tie­ren sich über die Gieß­zeit ändern­de Strö­mun­gen die einen wesent­li­chen Ein­fluss auf die Ver­tei­ler­cha­rak­te­ris­tik haben. Zusätz­li­che Maß­nah­men zur Erhö­hung der Schmel­zen­tem­pe­ra­tur mit­tels Licht­bö­gen füh­ren fer­ner zu einer deut­li­chen ther­mi­schen Schich­tung, die dazu führt, dass sich die Tem­pe­ra­tur eines Teils der Schmel­ze stark erhöht. Die zuge­führ­te Wär­me wird haupt­säch­lich über Wär­me­lei­tung trans­por­tiert. Ledig­lich im Ein­lauf­be­reich führt der Schat­ten­rohr­strahl zu einer Durch­mi­schung und somit zu einer homo­ge­ne­ren Tem­pe­ra­tur­ver­tei­lung. Die­se Metho­de stellt eine Mög­lich­keit dar, die Tem­pe­ra­tur der aus dem Ver­tei­ler strö­men­den Schmel­ze zu erhö­hen. Auf­grund der im Ver­gleich zur Kon­vek­ti­on lang­sa­men Wär­me­lei­tungs­phä­no­me­ne hat die­ses Sys­tem jedoch eine hohe Reak­ti­ons­zeit. 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 kor­rekt wie­der­zu­ge­ben. Es ist jedoch wich­tig, rea­li­täts­na­he Rand­be­din­gun­gen zu ver­wen­den. Beim insta­tio­nä­ren Gie­ßen bedeu­tet dies, dass selbst pro­gram­mier­te Rand­be­din­gun­gen in das Modell ein­ge­bun­den wer­den. Die­se beinhal­ten unter ande­rem die Wär­me­ver­lus­te über die Ober­flä­che und Wän­de sowie die zuge­führ­te ther­mi­sche Ener­gie mit­tels Lichtbögen.


Logo DFGDas Pro­jekt wur­de durch die Deut­sche For­schungs­ge­mein­schaft (DFG) unter dem Geschäfts­zei­chen PF 394/7–1 gefördert.