Hochauflösende Messungen und Simulationen des Gasstrahl Aufpralls auf eine freie Oberfläche einer Metallschmelze

Gefördert durch:
Deutsche Forschungsgesellschaft (DFG) SCHW 1168/15-1

Projektbeschreibung:
Die Stahlproduktion in Sauerstofflanzen Konvertern (englisch: Blast Oxygen Furnace) ist nach wie vor dominierend in der Stahlindustrie. Bei diesem Verfahren wird durch den Einsatz von Überschallgasstrahlen, die auf die Oberfläche der Metallschmelze gerichtet sind, die Durchmischung der Legierungsbestandteile als auch die Filterung von Verunreinigungen erheblich verbessert. Durch den Aufprall der Gasstrahlen entsteht eine Vertiefung an der Oberfläche und eine stark instationäre und wellenförmige Bewegung. Zusätzlich entstehen feine Tröpfchen aus geschmolzenem Metall, wodurch die Reaktionsoberfläche und damit die Reinheit des entstehenden Stahls stark erhöht werden.

Angesichts der Forderung nach einer hohen Produktqualität, einem maximalen Gewinn und minimalen CO2 Emissionen ist ein grundlegendes Verständnis des Prozesses entscheidend damit Optimierungen vorgenommen werden können. Unter anderem sind detaillierte Kenntnisse der Fluiddynamik am Strahleintrittsort, der Energieaustausch zwischen Gas und Flüssigkeit sowie die Struktur der Aushöhlung und die Tropfenbildungsrate und -Größenverteilung von Interesse um den Prozess optimieren zu können.

Der Prozess soll im Zuge dieses Projektes in einem skalierten Modellversuch mit Hilfe nicht invasiver optischer Messmethoden experimentell untersucht und besser verstanden werden. Als Ersatz für die Stahlschmelze wird die sogenannte Legierung Galinstan® (Gallium, Indium, Zinn-Legierung), welche bei Raumtemperatur flüssig ist und ähnliche Stoffeigenschaften wie Stahl besitzt, verwendet. Anders als in bisherigen Arbeiten, die reines Wasser und Emulsionen aus Wasser und Öl verwenden, können daher charakteristische Kennzahlen des Prozesses besser untersucht werden. Die Experimente werden zusätzlich durch CFD-Simulationen unterstützt.