Numerische und physikalische Simulation der Auswirkungen von Gießstörungen auf die Strömungsstrukturen in einem Zweistrangverteiler mit und ohne Lichtbogenbeheizung

Bei der Erzeugung von Metallhalbzeugen haben die Stranggießanlagen die Aufgabe flüssiges Metall kontinuierlich in die gewünschte Form wie Brammen, Knüppel oder Blooms zu bringen. Mit der Einführung der Stranggießtechnik wurde die bis dahin vorherrschende diskontinuierliche Blockgusstechnik fast vollständig verdrängt. So wurden im Jahr 2006 von den weltweit 1242 Mt Rohstahl 91% im Stranggießverfahren hergestellt. In Deutschland war der Anteil mit 96% von insgesamt 47,2 Mt erzeugtem Stahl noch größer [64]. Die Vorteile, die sich bei der kontinuierlichen Prozessführung mit Stranggießanlagen ergeben, sind das höhere Ausbringen, der Wegfall eines Umformschrittes sowie u. a. die Möglichkeit der Automatisierung. Nach Rüttiger et al. [48] werden folgende Anforderungen an moderne Stranggießanlagen gestellt. -Hohe Anlagenverfügbarkeit Durch hohe Verfügbarkeit der Einzelaggregate und minimierte Rüstzeit wird die Anzahl der in einer Sequenz vergossenen Pfannen maximiert. -Anpassung an den Produktionsrhythmus Verringerung der Lager- und Aufheizzeiten der Brammen, wodurch der Energieeinsatz minimiert wird. -Anpassungsfähigkeit des Produktionsprogramms Größtmögliche Flexibilität hinsichtlich der zu vergießenden Stahlqualitäten und Formate. -Hoher Automatisierungsgrad Minimaler Einsatz von Betriebs- und Wartungspersonal. -Qualität der Erzeugnisse Als Kriterien gelten hierbei die Verarbeitungs- und Gebrauchseigenschaften sowie der Reinheits- und Seigerungsgrad. Eine Stranggießanlage besteht im Wesentlichen aus einem Pfannendrehturm der die Stahlgießpfannen aufnimmt, einem Stranggießverteiler und einer Kokille mit dem anschließenden Rollengerüst, Bild 1.1. Die Schmelze wird in einer Stahlgießpfanne angeliefert. Sie strömt dann über ein Schattenrohr von der Stahlgießpfanne in den Stranggießverteiler. Das Schattenrohr verhindert das Oxidieren der Stahlschmelze in dem der Kontakt zwischen der Stahlschmelze und dem Luftsauerstoff unterbunden wird. Der Gießprozess ist durch eine Reihe von instationären Effekten geprägt. Insbesondere beim Pfannenwechsel treten Effekte auf, die einen wesentlichen Einfluss auf die Qualität der vergossenen Brammen haben. Beim Angießen tritt ein plötzlicher Temperatursprung am Schattenrohr auf, da die nun eintretende Schmelze der neuen Pfanne eine höhere Temperatur hat als die im Verteiler verbleibende Restschmelze von der vorherigen Pfanne. Aufgrund der unterschiedlichen Temperaturen und der damit verbundenen Dichteunterschiede treten Auftriebseffekte auf, welche die Strömung stark beeinflussen.