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.