Auswirkung einer Elektrodenrotation beim Elektroschlackeumschmelzprozess auf die Abtropfmechanismen und die Raffinationswirkung
Durch die Verwendung einer rotierenden Elektrode im ESU Prozess und die dadurch wirkende Zentrifugalkraft kann eine kleinere Tropfengröße und eine Reduzierung der Metallfilmdicke an der Elektrode erreicht werden. Eine damit einhergehende Verbesserung der Raffinationswirkung ist zu erwarten. Dabei stellt das Umschmelzen einer rotierenden Elektrode eine Prozessinnovation dar, welche bis zum jetzigen Zeitpunkt nur in sehr geringem Ausmaß untersucht wurde.
Das laufende Forschungsvorhaben zielt darauf ab, die grundlegenden Mechanismen in Bezug auf die Entfernung nichtmetallischer Einschlüsse, die Ausbildung einer gerichteten Erstarrungsstruktur und die Entstehung der Randschlackenschicht zu verstehen und diese auf ein rotierendes Metall-Schlacke System zu übertragen.
Durch eine Kombination von experimentellen Untersuchungen an einer Versuchsanlage am Institut für Metallurgische Prozesstechnik und Metallrecycling und numerischen Simulationen sollen die Raffinationsmechanismen sowie die Einschlussverteilung im Metallblock am Beispiel der Nickelbasislegierung Alloy 718 untersucht und verstanden werden. Ziel ist einen Werkstoff mit erhöhtem Reinheitsgrad und verbesserter Erstarrungsstruktur reproduzierbar zu erzeugen.
Die Untersuchung der Strömung mit Hilfe rechnergestützter Simulationen gliedert sich in eine Untersuchung der makroskopischen Strömung und einer darauf aufbauenden Modellierung der Raffinationsmechanismen während des Prozesses. Zur Darstellung der auftretenden Strömungsphänomene, wird ein dreidimensionales, transientes Modell für die Mehrphasenströmung und die Magnetohydrodynamik verwendet.
Veröffentlichungen im Rahmen des Projektes
Schubert, C.; Rückert, A.; Pfeifer, H.: State of the art: Macroscopic modelling Approaches for the Description of multiphysics Phenomena within the Electroslag Remelting Process, Progress in Applied CFD – CFD2017, Proceedings of the 12th International Conference on Computational Fluid Dynamics in the Oil & Gas, Metallurgical and Process Industries, 30. Mai – 01. Juni 2017, Trondheim, Norway, S. 499–505
Schubert, C.; Rückert, A.; Pfeifer, H.: Numerical Simulation Approach for Modelling the ESR Process with a Rotating Electrode, Proceedings of the Liquid Metal Processing & Casting Conference 2017 – LMPC 2017, 10.–13. September 2017, Philadelphia, Pennsylvania, USA, S. 217–224
Das Projekt wird durch die Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) unter dem Geschäftszeichen PF 394/24–1 gefördert.