Experimental research and mathematical modelling of the melting and dissolution behaviour of scrap in liquid hot metal

Titel in Übersetzung: Experimentelle Untersuchung und mathematische Modellierung des Aufschmelz- und Auflösungsverhaltens von Schrott in Roheisen

Florian Penz

Publikation: Thesis / Studienabschlussarbeiten und HabilitationsschriftenDissertation

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Abstract

Die Erzeugung von Rohstahl, welcher die Basis für hochqualitative Stähle ist, erfolgt hauptsächlich über den Linz-Donawitz (LD) Konverter Prozess. Während des Prozesses wird der dabei chargierte Stahlschrott im flüssigen Roheisen aufgelöst. In den vergangenen Jahren ist vor allem die dynamische Modellierung des gesamten LD Prozesses zur Herausforderung geworden. In vorhergehenden Arbeiten wurde ein thermodynamisches und kinetisches LD Konverter Modell entwickelt. Kernelemente des globalen Prozessmodels sind Submodelle. Während der Validierung des Prozessmodells mit Industriedaten, zeigte sich, dass Verbesserungspotential bei der Beschreibung des Auflösungs- und Aufschmelzverhaltens von Schrott enthalten ist. Der Fokus dieser Dissertation ist die systematischen Untersuchung des Auflösungs- und Aufschmelzverhaltens von Schrott mit dem Ziel einen realitätsnahen Ansatz zu definieren. Teil dieser Arbeit ist ebenso die wissenschaftliche Beschreibung des phänomenologischen Verständnisses für den Aufschmelz- und Auflösungsprozess. Basierend auf theoretischen Überlegungen und einer umfangreichen experimentellen Studie konnte ein neues numerisches Model entwickelt werden, welches diesen Prozess beschreibt. Die Experimente wurden unter natürlicher und erzwungener Konvektion in der Schmelze durchgeführt. Dabei konnten mit einer standardisierten Methodik Massen- und Wärmetransferkoeffizienten definiert werden. Die Ergebnisse von Mikrosondenanalysen und metallographischen Untersuchungen führten zu einem neuen Ansatz zur Beschreibung des diffusiven Schrottauflösens, welcher auf grundlegenden Gesetzen der physikalischen Chemie und Thermodynamik beruht. Der neue Ansatz konnte erfolgreich im globalen Prozessmodel integriert werden. Die analytische Beschreibung des Wärme- und Massentransfers eines Zylinders unterstützen die Entwicklung eines neuartigen numerischen Ansatzes zur Beschreibung der Schrottauflösung. Der neue Ansatz basiert auf einer gekoppelten Massen- und Wärmeübertragung und konnte mit den experimentellen Untersuchungen validiert werden. Der Vorteil dieser Methode ist, dass sie für die gesamte Betriebstemperaturspanne des LD Prozesses gültig ist. Eine strikte Unterscheidung zwischen diffusivem und konvektivem Schmelzen beziehungsweise Auflösen, wie es im bisher verwendeten Untermodell der Schrottauflösung verwendet wurde, wird durch das neue Modell vermieden. Ebenso wird damit das Auffrieren und Abschmelzen einer Roheisenschale in den ersten Sekunden des Prozesses dargestellt.
Titel in ÜbersetzungExperimentelle Untersuchung und mathematische Modellierung des Aufschmelz- und Auflösungsverhaltens von Schrott in Roheisen
OriginalspracheEnglisch
QualifikationDr.mont.
Gradverleihende Hochschule
  • Montanuniversität
Betreuer/-in / Berater/-in
  • Weiß, Christian, Beurteiler B (intern)
  • Schenk, Johannes, Beurteiler A (intern)
PublikationsstatusVeröffentlicht - 2019

Bibliographische Notiz

nicht gesperrt

Schlagwörter

  • LD Konverter
  • Massentransfer
  • Wärmetransfer
  • Schrottauflösung

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