Anwendung numerischer und physikalischer Simulationen der Mehrphasenströmung und Partikelabscheidungen in Stranggießverteilern als Beitrag zur Verbesserung des Reinheitsgrades von Stählen

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Der Reinheitsgrad von Stählen wird durch die Anzahl und Größe der nichtmetallischen Partikel im Endprodukt festgelegt. Diese sind leichter als die Schmelze und müssen in der Pfanne, sowie den nachfolgenden metallurgischen Reaktoren, Stranggießverteiler und Kokille, abgeschieden werden. Betriebsmessungen in Schmelzen sind aufgrund der extremen Randbedingungen kaum möglich. Das ähnliche Fließverhalten von Stahlschmelzen und Wasser erlaubt Experimente an Wassermodellen. In der physikalischen Simulation wird die Abscheiderate am Wassermodell eines Stranggießverteilers bestimmt. Die Abscheiderate der dispergierten Partikel wird quantitativ mit einem Partikelzählsystem gemessen. Die CFD-Simulationen der Wasser- bzw. Schmelzenströmungen erfolgen auf Basis der Reynolds-Gleichungen (RANS) und einem Turbulenzmodell. Zusätzlich wird ein Abscheidemodell zur Bestimmung der Abscheiderate für die Wasserströmung entwickelt und in die CFD-Software implementiert. Das Abscheidemodell wird anhand der Messergebnisse validiert. Im nächsten Schritt erfolgen die CFD-Simulationen für die Schmelzenströmung. Hierzu werden modifizierte Randbedingungen für die Abscheidung nichtmetallischer Partikel an die Verteilerwände und die Schlacke entwickelt sowie Clusterbildung durch Partikel-Agglomeration berücksichtigt. Ziel dieses Antrags ist es, die Abscheiderate durch Änderung der Verteilergeometrie und Gießbedingungen zu maximieren und damit den Reinheitsgrad von Stählen entscheidend zu verbessern.