Strömungen in metallurgischen Schmelzen

Ansprechpartner: Moritz Eickhoff

Aktivitäten

Die Kenntnis der Strömung bei Raffination und Gießen von z.B. Stahl, Kupfer und Aluminium in metallurgischen Reaktoren (Konverter, Pfanne, Stranggießverteiler und Kokille) ist entscheidend für die Optimierung der Qualität des Halbzeugs und des Fertigprodukts. Die Möglichkeiten von Strömungsmessungen in metallurgischen Schmelzen sind aufgrund der hohen Temperaturen sehr eingeschränkt, daher werden die strömungs- und wärmetechnischen Vorgänge anhand von physikalischen und numerischen Modellen untersucht.

Wassermodelle metallurgischer Reaktoren
Die kinematischen Viskositäten von Metallschmelzen und Wasser liegen in der gleichen Größenordnung und damit sind deren Fließeigenschaften sind nahezu gleich. So ist eine Untersuchung der Schmelzen in Wassermodellen möglich. Am IOB sind unterschiedlichste Wassermodell-Versuchsstände vorhanden.

  • Stranggießverteiler (Tundish), Kokille, Pfanne und Konverter
  • Strömungsvisualisierung mit der Laserlichtschnitttechnik
  • 3D Aufnahme turbulenter Strömungsfelder mittels DPIV und LDA
  • Aufnahme von Temperatur- und Konzentrationsfeldern mittels LIF
  • Verweilzeituntersuchungen und Analyse von Mischungsvorgängen
  • Bestimmung von Partikelverteilungen und Abscheidekurven mittels Coulter Counter
  • Strömungsoptimierung durch passive Strömungsbeeinflussung
  • Aufnahme von Badspiegelbewegungen mit Ultraschallsensoren
Wassermodell einer Bandgießanlage (Fotograf: Martin Braun)

Numerische Modellierung
Parallel zu den Strömungsuntersuchungen in physischen Modellen erfolgen die numerischen Simulationen mittels CFD. Zur Erhöhung der Genauigkeit der Rechnungen, werden die Simulationen zunächst für die Wasserströmung durchgeführt und die freien Parameter anhand der sehr genauen laseroptischen Messergebnisse validiert. Erst danach erfolgen die Simulationen für die mehrphasigen, nicht-isothermen Metallschmelzen.

  • Simulation der Schmelzenströmung in metallurgischen Reaktoren (mehrphasig, nichtisotherm)
  • Simulation der Mischungsvorgänge beim Pfannenwechsel
  • ESU und VAR – magnetohydrodynamische und wärmetechnische Phänomene
  • Simulation der Strömungsvorgänge sowie der Verbrennung und Pyrolyse in Aluminiumschmelzöfen
  • Modellierung des VAR Prozesses in nicht axialsymmetrischen Geometrien

Dienstleistungen

laufende Forschungsvorhaben

Entwicklung eines Verfahrens zum ressourceneffizienten Recycling von Leiterplattenschrott mittels Mikrowellenpyrolyse in Drehrohröfen (AiF ZIM)

Auswirkung einer Elektrodenrotation beim Elektroschlackeumschmelzprozess auf die Abtropfmechanismen und die Raffinationswirkung (DFG)

Experimentelle und numerische Untersuchungen der Mehrphasenströmung im Wassermodell einer Stahlgießpfanne als Grundlage zur Weiterentwicklung der Mehrphasenmodelle in der Strömungssimulation metallurgischer Reaktoren (DFG)

abgeschlossene Forschungsvorhaben