Strömung von Flüssigstahl und Transport von Einschlüssen in einer Stahl-Stranggussanlage

Die dreidimensionale, turbulente Strömung des flüssigen Stahls im Verteiler und im Strang einer Stranggussanlage mit senkrechter Kokille und gekrümmtem Strang wird mit numerischen Modellen berechnet. Messungen der Geschwindigkeitsfelder an Wassermodellen von Verteiler und Strang mit der PIV-Methode werden mit entsprechenden transienten numerischen Simulationen verglichen. Die nichtmetallischen Einschlüsse werden in den numerischen Simulationen als diskrete Sekundärphase in einer Euler'schen Betrachtung modelliert; Transport, Abscheidung und Miterstarren der Einschlüsse werden berechnet. Neben den numerischen Simulationen werden auch analytische Modelle erstellt, um die Abscheidung der Einschlüsse besser zu verstehen. Beide Modelle werden verwendet, um die Möglichkeiten zur Beurteilung der Abscheidung im Verteiler, insbesondere Verweilzeitkurven, zu untersuchen und die Verteilergeometrie zu optimieren. Im Strang kann mit beiden Modellen die Bildung des Einschlussbandes wiedergegeben werden, eine Akkumulation der Einschlüsse im oberen Bereich des Strangquerschnitts zufolge der Strangkrümmung. Die Verteilung der Einschlüsse im Strang wird für stationäres Gießen und für einen Pfannenwechsel berechnet und mit Anlagenmessungen verglichen. „Mit dieser Arbeit werden wesentliche Fortschritte für das grundlegende Verständnis und für die Simulation von Strömungsvorgängen beim Stranggießprozess erzielt. Die Arbeit besticht durch geschickte Kombination von einfachen physikalischen Überlegungen, analytischen mathematischen Modellen, numerischen Verfahren und umfangreichen Experimenten an Wassermodellen.“ (Gutachter Prof. Scheidl) Der Autor: Mirko Javurek, Jahrgang 1973, Studium der Mechatronik an der Johannes Kepler Universität Linz, Forschungsassistent am Institut für Strömungslehre und Wärmeübertragung seit 1999 mit Schwerpunkt „Simulation metallurgischer Prozesse!“.