Strömungstechnik und Schmelzmetallurgie. Allgemeines, Arbeitsgebiete

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1 Strömungstechnik und Schmelzmetallurgie Allgemeines, Arbeitsgebiete

2 Strömungstechnik und Schmelzmetallurie Unsere Zielsetzung Im Kompetenzbereich Strömungstechnik und Schmelzmetallurgie werden mit dem Ziel einer Verbesserung von Prozesseffizienz und Produktqualität betriebliche Untersuchungen vor Ort, Modelluntersuchungen und Simulationsrechnungen zur Lösung strömungstechnischer Fragestellungen aus der metallurgischen, aber auch der allgemeinen Verfahrenstechnik durchgeführt. Unsere Kernkompetenzen Strömungstechnik zur Anlagen- und Prozessentwicklung bzw. -optimierung, beispielsweise für: Primäre und sekundäre Stahlerzeugung Strangguss Block- und Formguss Gaskonditionierung und nutzung Hallenbelüftung und absaugung Luftreinhaltung und Staubabscheidung Wärmebehandlung Oberflächenveredelung Unsere Ressourcen Zugehörigkeit zum Stahlinstitut VDEh, Lage im Kern des Stahl-Zentrums Sehr gute Infrastruktur o Umfangreiche Messtechniken zur Ermittlung verfahrens- und anlagentechnischer Optimierungspotentiale vor Ort (z. B. Strömungsgeschwindigkeit, Temperatur, Konzentration in Komponenten von Gasreinigungssystemen) o Strömungstechnische Untersuchungen im modernen Strömungslabor. Durchführung experimenteller Modelluntersuchungen mit Methoden der Strömungssichtbarmachung und mit digitaler Bildverarbeitung sowie mit laser-optischen Methoden (Laser-Doppler-Anemometrie, Phasen-Doppler- Anemometrie, Particle-Image-Velocimetry) o Rechencluster zur numerischen Simulation auf der Basis leistungsstarker Rechenprogramme (ANSYS/FLUENT, ABAQUS, PROCAST) Langjährige Erfahrung unserer Mitarbeiter - 1 -

3 Strömungstechnik und Schmelzmetallurie Unsere Arbeitsgebiete Die Aktivitäten der Abteilung Strömungstechnik und Schmelzmetallurgie erstrecken sich über die gesamte Prozesskette der Stahlherstellung. Aber auch für andere Industrien wie z. B. die Gießerei-Industrie (Eisen- und NE-Metalle) bis hin zur chemischen Industrie sowie den Apparate- und Anlagenbau werden Dienstleistungen angeboten. Nachfolgend werden exemplarisch einige Arbeitsgebiete vorgestellt: Prozess- und Anlagensimulation Seite 3 Strömungstechnische Betriebsuntersuchungen Seite 4 Experimentelle Modelluntersuchungen Seite 5 Optimierung schmelzmetallurgischer Prozesse Seite 6 Optimierung von Absaug- und Entstaubungsanlagen Seite 7 Strömung in Ofenräumen Seite 8 Oberflächenveredelung Seite 9 Bei konkreten Anfragen stehen die für das jeweilige Arbeitsgebiet genannten Mitarbeiter der Abteilung gerne zur Verfügung. Hauptansprechpartner sind Dipl.-Ing. Sigurd Rödl und Dipl.-Ing. Kersten Marx. Besuchen Sie auch unsere Internet-Seiten unter Direkter Kontakt zur Abteilung Strömungstechnik und Schmelzmetallurgie: Dipl.-Ing. Sigurd Rödl Tel: Sigurd.Roedl@bfi.de - 2 -

4 Prozess- und Anlagensimulation Fachbereich Prozesstechnik Abteilung Strömungstechnik und Schmelzmetallurgie Ansprechpartner: Herr Dipl.Ing. Sigurd Rödl Situation: Für die Optimierung verfahrenstechnischer Prozesse sind die Strömungsvorgänge von maßgeblicher Bedeutung Untersuchung der Strömungsverhältnisse in einer Betriebsanlage ist, wenn überhaupt möglich, sehr aufwändig Unsere Unterstützung: Numerische Simulation mit Berücksichtigung von u.a. - tatsächlichen Anlagendimensionen - realen Stoffdaten der beteiligten Systeme - Mehrphasenströmungen, z.b. Bewegung von Einschlüssen, Bewegung von Gasblasen zur Durchmischung, Erstarren und Aufschmelzen - Fluid-Struktur-Wechselwirkung zur Berechnung von Dehnungen und Spannungen während und nach der Erstarrung Simultane Berechnung verschiedener physikalischer Prozesse Betrieblicher Nutzen: Schnelle und kostengünstige Bereitstellung konstruktiver und verfahrenstechnischer Maßnahmen zur: - Verbesserung der Produktqualität - Erhöhung der Anlageneffizienz und der Ausbringung - Verkürzung der Prozesszeit und Einsparung von Energie und Einsatzstoffen Direkter Kontakt zu diesem Arbeitsgebiet: Dr.-Ing. Carsten Tscheuschner Tel: carsten.tscheuschner@bfi.de

5 Strömungstechnische Betriebsuntersuchungen Fachbereich Prozesstechnik Abteilung Strömungstechnik und Schmelzmetallurgie Ansprechpartner: Herr Dipl.Ing. Sigurd Rödl Situation: Höhere Produktivität und Produktqualität erfordert Anlagenoptimierung Veränderte Produktionsbedingungen erfordern Anlagenanpassung Überprüfung von Neubauten/Umbaumaßnahmen an Anlagen Unsere Unterstützung: Systematische Vor-Ort-Analyse der Anlage Betriebliche Untersuchungen vor Ort mittels Strömungssichtbarmachung sowie Messung von Strömungsgeschwindigkeit, Druck, Temperatur und Konzentration Betrieblicher Nutzen: Schnelle Identifizierung anlagentechnischer Optimierungspotenziale Bereitstellung geeigneter verfahrenstechnischer und konstruktiver Verbesserungsmaßnahmen für: - Höhere Anlageneffizienz - Höhere Produktivität - Bessere Produktqualität Direkter Kontakt zu diesem Arbeitsgebiet: Dipl.-Ing. Kersten Marx Tel: kersten.marx@bfi.de

6 Experimentelle Modelluntersuchungen Fachbereich Prozesstechnik Abteilung Strömungstechnik und Schmelzmetallurgie Ansprechpartner: Herr Dipl.Ing. Sigurd Rödl Situation: Für die Optimierung verfahrenstechnischer Prozesse sind die Strömungsvorgänge von maßgeblicher Bedeutung Untersuchung von Strömungsverhältnissen in einer Betriebsanlage ist, wenn überhaupt möglich, sehr aufwändig Unsere Unterstützung: Experimentelle Untersuchung der Strömungsverhältnisse mittels physikalischer Modelle auf Basis der Ähnlichkeitstheorie Einsatz moderner Untersuchungsmethoden - Strömungssichtbarmachung - Konzentrationsmessung und Verweilzeitanalyse - Abscheidungsmessung disperser Phasen (Extinktionsverfahren) - Laser-optische Messverfahren zur detaillierten Erfassung der mehrphasigen Strömungsverhältnisse mittels Laser-/ Phase-Doppler-Anemometry (LDA/PDA) oder Particle-Image-Velocimetry (PIV) Betrieblicher Nutzen: Bereitstellung konstruktiver und verfahrenstechnischer Maßnahmen zur Erhöhung der Anlageneffizienz Verbesserung der Produktqualität und Erhöhung der Ausbringung Verkürzung der Prozesszeit und Einsparung von Energie und Einsatzstoffen Direkter Kontakt zu diesem Arbeitsgebiet: Dipl.-Ing. Sigurd Rödl Tel: kersten.marx@bfi.de

7 Optimierung schmelzmetallurgischer Prozesse Fachbereich Prozesstechnik Abteilung Strömungstechnik und Schmelzmetallurgie Ansprechpartner: Herr Dipl.Ing. Sigurd Rödl Situation: Erhöhung der Produktqualität und der Produktivität sind ständige Anforderungen an die Betreiber von Anlagen zur Stahlerzeugung Verfahrensstufen, in denen die flüssige Schmelze behandelt wird bzw. zur Erstarrung kommt, sind von besonderem Interesse Untersuchung der Strömungsverhältnisse in schmelzmetallurgischen Reaktoren ist, wenn überhaupt möglich, sehr aufwändig Unsere Unterstützung: Systematische Vor-Ort-Analyse der Anlage Experimentelle Modelluntersuchungen im modernen Strömungslabor Numerische Strömungssimulation Bereitstellung konstruktiver und verfahrenstechnischer Maßnahmen zur Strömungsoptimierung Betrieblicher Nutzen: Schnelle Identifizierung anlagentechnischer Optimierungspotenziale Verbesserung der Produktqualität Erhöhung der Anlageneffizienz und der Ausbringung Direkter Kontakt zu diesem Arbeitsgebiet: Dr.-Ing. Carsten Tscheuschner Tel: carsten.tscheuschner@bfi.de

8 Optimierung von Absaugund Entstaubungsanlagen Fachbereich Prozesstechnik Abteilung Strömungstechnik und Schmelzmetallurgie Ansprechpartner: Herr Dipl.Ing. Sigurd Rödl Situation: Unzureichende Erfassung von Staub und Schadgasen Geforderte Effizienzsteigerung bestehender Anlagen Erforderliche Absicherung der Planung neuer Anlagen Unsere Unterstützung: Betriebliche Untersuchungen vor Ort mittels Strömungssichtbarmachung sowie Messung von Strömungsgeschwindigkeit, Druck, Temperatur und Konzentration Experimentelle Modelluntersuchungen Numerische Simulationsrechnungen (Computational Fluid Dynamics) Betrieblicher Nutzen: Effiziente sowie kostengünstige Bewertung und Verbesserung vorhandener oder geplanter Verfahren und Anlagenausführungen Einhaltung von Richtlinien und Grenzwerten Verbesserung der Arbeitsbedingungen Energieeinsparung Direkter Kontakt zu diesem Arbeitsgebiet: Dipl.-Ing. Kersten Marx Tel: kersten.marx@bfi.de

9 Strömung in Ofenräumen Fachbereich Prozesstechnik Abteilung Strömungstechnik und Schmelzmetallurgie Ansprechpartner: Herr Dipl.Ing. Sigurd Rödl Situation: Das Strömungs- und Temperaturfeld im Ofen beeinflusst entscheidend die Qualität des Nutzgutes Geschwindigkeitsmessungen sind in Öfen kaum möglich, daher ist das Strömungsfeld in Öfen weitgehend unbekannt Unsere Unterstützung: Berechnung der Verhältnisse im Ofenraum mit Hilfe numerischer Simulationsrechnungen Erprobung möglicher Verbesserungsmaßnahmen Betrieblicher Nutzen: Verbesserung der Produktqualität Erhöhung der Produktivität Energieeinsparung Direkter Kontakt zu diesem Arbeitsgebiet: Dipl.-Ing. Kersten Marx Tel: kersten.marx@bfi.de

10 Oberflächenveredelung Fachbereich Prozesstechnik Abteilung Strömungstechnik und Schmelzmetallurgie Ansprechpartner: Herr Dipl.Ing. Sigurd Rödl Situation: Ungleichmäßiger Materialauftrag führt zu Ausschuss und erhöhtem Verbrauch von Rohstoffen. Geschwindigkeitsmessungen sind in Beschichtungsanlagen kaum möglich, daher ist das Strömungsfeld weitgehend unbekannt. Unsere Unterstützung: Berechnung der Verhältnisse der Vorgänge mit Hilfe numerischer Simulation Experimentelle Modelluntersuchungen Erprobung möglicher Verbesserungsmaßnahmen Betrieblicher Nutzen: Verbesserung der Produktqualität Erhöhung der Produktivität Materialeinsparung Direkter Kontakt zu diesem Arbeitsgebiet: Dipl.-Ing. Kersten Marx Tel: kersten.marx@bfi.de

11 Publikationen 1. Boemer, A.; Rödl, S. Optimisation of electric arc furnace lancing strategy by physical and numerical simulation. Steel research 71 (2000) No. 6/7, pp. 197/ Breitfeld, O.; Pütz, O. ; Rödl, S. Advances in modelling fluid flow in the steel making processes An overview and applications. Proceedings of the 5 th Int. Metall. Conf. Trinec, October 2003, pp. 260/ Breitfeld, O.; Pütz, O. ; Rödl, S. Investigations on flow conditions and solidification in continuous casting moulds by advanced simulation techniques. Steel research 74 (2003) No. 11/12, pp. 686/ Harloff, A.; Pütz, O.; Rödl, S.; Striedinger, R.; Sucker, D. Improvement of melt mixing and cleanness in ladle, tundish and mould by application of advanced simulation techniques. Steel research 76 (2005) No. 1, pp. 13/21 5. Holzhauser, J.-F.; Ballewski, H.-H.; Rödl, S.; Striedinger, R. Improvement of product quality by optimized process control in a slab casting mould. Proceedings of the 3 rd International Steel Conference on New Developments in Metallurgical Process Technologies. June 11-15, 2007, Düsseldorf, Germany, pp. 759/ Koitzsch, R.; Tscheuschner, C.; Rödl, S.; Leuverink, D.; Jung, H.-P. New approaches for prediction of thermal conditions in a continuous casting tundish. Proceedings of the 7 th European Continuous Casting Conference, Düsseldorf, July 28-30, 2011, (CD-ROM) 7. Marx, K.; Pütz, O.; Rödl, S.; Hiegemann, M.; Thiemann, Th.; Wallscheid, L. Verfahrensoptimierung für die Stahlherstellung durch Einsatz neuartiger Simulationsverfahren für instationäre Prozesszustände. Stahl und Eisen 121 (2001) Nr. 5, S. 67/71 8. Marx, K.; Rödl, S.; Lachmund, H.; Xie, Y. Advanced strategies for alloying processes in steelmaking ladles. Proceedings of the 5 th European Oxygen Steelmaking Conference June 26-28, 2006, Aachen, pp. 312/ Marx, K.; Rödl, S.; Lachmund, H.; Xie, Y. Advanced strategies for alloying processes in steelmaking ladles. Stahl und Eisen 126 (2006) Nr. 11, S. S 97/

12 10. Marx, K. Efficient optimisation of dedusting systems. Proceeding of the ATS Conference Journées Sidérurgiques Internationales, Paris, December 14-15, Marx, K.; Koitzsch, R.; Rödl, S. Investigations on inclusion agglomeration and separation in a continuous slab casting tundish applying new numerical simulation approaches. Proceedings of the 6 th European Conference on Continuous Casting. June 4-6, 2008, Riccione, Italy (abstracts p. 123) 12. Marx, K.; Rödl, S. Efficient optimisation of steel plant dedusting. Proceedings of the 6 th European Oxygen Steelmaking Conference Stockholm, Sweden, September 7-9, Nicolle, R.; Muller, J.; Zermout, Z.; Willem, J. F.; Klinkenberg, P.; Marx, K. The control of gas flow inside annealing furnaces. Galvatech 2001, June 26-28, 2001, Brussels, Belgium, pp. 419/ Nicolle, R.; Muller, J.; Zermout, Z.; Willem, J. F.; Klinkenberg, P.; Marx, K. The control of gas flow inside annealing furnaces. LOI Internat. Customer Convention on Heat Treatment of Steel Strip and Wire, LOI Thermoprocess Essen, Bonn, Mai 12-15, 2004, pp. 111/ Peters, M.; Rüther, H.-P.; Schmöle, P.; Rödl, S.; Thiemann Th. Determination of the liquid level in the hearth of the blast furnace. Proceedings of the 60 th Ironmaking Conference, Baltimore, March 25-28, 2001, pp. 283/ Pütz, O.; Striedinger, R.; Rödl, S. Investigation of the influence of electromagnetic forces on the multiphase flow conditions in continuous casting moulds by advanced simulation approaches. Proceedings of the 1 st German-Chinese Seminar on Fundamentals of Iron and Steelmaking, Beijing, October 18-19, 2004, pp. 167/ Pütz, O.; Rödl, S. Investigation of unsteady and asymmetric flow phenomena in continuous casting moulds by advanced simulation techniques. Proceedings of the 11 th Japan-Germany Seminar on Fundamentals of Iron and Steelmaking, September 17-18, 2002, pp. 105/ Pütz, O.; Rödl, S. Investigation of unsteady and asymmetric flow phenomena in continuous casting moulds by advanced simulation techniques. Steel research 74 (2003) No. 2, pp. 48/

13 19. Rödl, S. Simulation approaches for investigation of flow phenomena related to the solidification in the mould. Proceedings of the ECSC workshop Influence of solidification phenomena on quality aspects of CC semi-products, Luxembourg, March 6-7, 2002 Session I, Presentation No Thiemann, Th.; Rödl, S. Time-dependent flow conditions in continuous casting moulds. Proceedings of the 2 nd Int. Conf. on the Science and Technology of Steelmaking. University of Wales Swansea, April 10-11, 2001, pp. 97/ Tscheuschner, C.; Koitzsch, R.; Rödl, S. Application of enhanced simulation approaches for investigation of multiphase phenomena in the mould. Proceedings of the 4 th European Conference on Modelling and Simulation of Metallurgical Processes in Steelmaking, Düsseldorf, July 28-30, 2011, (CD-ROM) 22. Koitzsch, R.; Tscheuschner, C.; Rödl, S.; Jung, H.-P.; Leuverink, D. New approaches for Prediction of Thermal Conditions in a Continuous Casting Tundish. Proceedings of the 4 th European Conference on Modelling and Simulation of Metallurgical Processes in Steelmaking, Düsseldorf, July 28-30, 2011, (CD-ROM)

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