A study on macrosegregation in continuous casting of bronze

Titel in Übersetzung: Makroseigerung im Strangguss von Bronze

Monika Grasser

Publikation: Thesis / Studienabschlussarbeiten und HabilitationsschriftenDissertation

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Abstract

Bei der Herstellung von technischer Bronze werden in der Industrie sowohl Mikro- wie auch Makroseigerungen beobachtet. Ausschlaggebend dafür sind das Phasendiagram, die Kinetik der Phasentransformation und Relativgeschwindigkeiten zwischen Schmelze und Festkörper. Resultierend daraus ergibt sich eine inhomogene Gussmikrostruktur, die selbst durch Glühen oder Kneten nicht entfernt werden kann. Die Ausprägung der Makroseigerung im Strangguss kann nach Beobachtungen in der Praxis durch eine Veränderungen der Gießparameter, wie zum Beispiel Gießgeschwindigkeit, Stärke der primären Kühlung wie auch der Tauchrohrgeometrie beeinflusst werden. Diese Veränderungen führen meist zu einer Änderung in der Relativgeschwindigkeit zwischen Schmelze und Festkörper und damit zu Modifiktionen der Erstarrungsbedingungen. Das Ziel der präsentierten Arbeit war es ein bereits vorhandenes Erstarrungsmodell auf den Stranggussprozess von Bronze anzuwenden und anzupassen. Nachdem die Thermodynamik des ternären Systems Cu-Sn-P notwendig ist um den Erstarrungsprozess genau zu beschreiben, wurden parallel zu der Simulationsarbeit Experimente durchgeführt. Generell zeigen die experimentellen Untersuchungen gute Übereinstimmung mit den veröffentlichten und auch numerisch berechneten Phasendiagrammen. Um die Interaktion und den Einfluss der unterschiedlichen mit der Erstarrung im Strangguss auftretenden Geschwindigkeitsphenomäne zu studieren wurden numerische Simulationen für eine achsensymmetrische 2D Geometrie und eine rechteckige 3D Geometrie angewandt. Dafür war es vorerst notwendig das bereits entwickelte Mehrpha-senmodell für die Anwendung an einem Strangguss zu modifizieren und weiterzuentwickeln. Dies geschah durch den Einsatz der Fluid Dynamik Software (CFD) FLUENT unter Einbeziehung von User Defined Functions (UDFs). Erstarrung wie auch Makroseigerungsverteilung werden mit einem Volume Averaging Modell berechnet. In der Mush (Zweiphasengebiet) wird Mikroseigerung im Zusammenhang mit Nachspeisungseffekten und thermo-solutaler Konvektion berechnet. Der Vergleich der Berechnungen zeigt wie die verschiedenen Konvektionsmechnismen auf die Makroseigerung wirken. Es wurde klar, dass für die verwendeten Randbedingungen der Nachspeisungseffekt und der Einfluss des Inletjets am wichtigsten sind. Hier führt die Nachspeisung zu positiver Seigerung an der Strangoberfläche und zu negativer im Zentrum des Stranges. Generell kann festgestellt werden dass relative Geschwindigkeit zwischen Schmelze und Festkörper im Zusammenhang mit Mikroseigerung Makroseigerungen verursacht.
Titel in ÜbersetzungMakroseigerung im Strangguss von Bronze
OriginalspracheEnglisch
QualifikationDr.mont.
Betreuer/-in / Berater/-in
  • Clemens, Helmut, Beurteiler B (intern)
  • Ludwig, Andreas, Beurteiler A (intern)
PublikationsstatusVeröffentlicht - 2008

Bibliographische Notiz

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Schlagwörter

  • Thermodynamik von Bronze Kupfer Bronze Strangguss Modellierung von Erstarrung Erstarrungssimulation Diffusionsexperimente

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