DFG-Projekt Metallkristallisation an rotierenden Kühlzylindern

Metallkristallisation an rotierenden Kühlzylindern – Mechanismen und Prozessmodell zur Kontrolle einer Hochreinigung von Metallen am Beispiel von Aluminium

Forschungsstellen
RWTH Aachen, Institut für Industrieofenbau und Wärmetechnik
RWTH Aachen, IME Metallurgische Prozesstechnik und Metallrecycling
ACCESS e.V.

Laufzeit
01.06.2019 – 31.05.2022

Zusammenfassung

Dieses Vorhaben zielt auf die Erforschung einer alternativen Methode zur Synthese reinster Metalle. Das Kernelement ist die fraktionelle Kristallisation, umgesetzt mit einem innengekühlten rotierenden Kristallisator (kurz „Kühlfinger“), an dem das Reinstmetall aus einer verunreinigten Schmelze aufwächst. Diese Methode hat im Erfolgsfalle das Potential, das aktuelle Zonenschmelz-Verfahren abzulösen. Jedoch ist das Verständnis für eine effektive Anwendung dieses Verfahrens, insbesondere der Prozess kontrollierenden Parameter als auch eine Beschreibung der im Prozess wirksamen Mechanismen, derzeit nicht vorhanden. Durch Zusammenspiel von thermophysikalischen Berechnungen und Erstarrungssimulation auf makroskopischer Prozess- und mikroskopischer Gefügeskala sollen die Entmischungsvorgänge an der fortschreitenden Phasengrenze quantitativ beschrieben und mit Verfahrensparametern in Beziehung gesetzt werden. Umfangreiche DoE gestützte experimentelle Untersuchungen zur Überprüfung und Absicherung der numerischen Vorhersagen werden mit Aluminium durchgeführt. Aluminium wurde hier als Modellmetall gewählt, da es wegen seiner ausreichend vorhandenen Datenlage eine vereinfachte Simulation und so eine tiefgehende Untersuchung zum Parametereinfluss im Kühlfingerverfahren ermöglicht. Darüber hinaus führt die Auswahl von Aluminium zu einer erheblichen Reduzierung der Forschungskosten. Als Ergebnis soll das Prozessfenster für eine effiziente Reinigung und die dazugehörigen Parameter für die Kontrolle der Erstarrungsfrontdynamik entwickelt werden. Durch die Zusammenarbeit von drei Arbeitsgruppen mit unterschiedlichen Forschungsschwerpunkten soll ein quantitatives Verständnis für die Potentiale dieses bislang unerforschten Kristallisationsverfahrens geschaffen werden. Das physikalisch gestützte Simulationsmodell wird eine vereinfachte Übertragung auf andere Legierungssysteme ermöglichen.


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Das Projekt wird durch die Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) unter dem Geschäftszeichen PF 394/28-1 gefördert.