Das Institut für Industrieofenbau

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1 Folge 21 IM PROFIL IN REGELMÄSSIGER FOLGE stellen wir Ihnen an dieser Stelle die wichtigsten Institutionen, Institute, Verbände und Organisationen im Bereich der elektrothermischen Prozesstechnik vor. In dieser Ausgabe im Profil: Das Institut für Industrieofenbau und Wärmetechnik der RWTH Aachen. Lesen Sie alle Beiträge dieser Rubrik kostenlos im Internet unter: Institut für Industrieofenbau und Wärmetechnik der RWTH Aachen Das Institut für Industrieofenbau und Wärmetechnik (IOB) der RWTH Aachen [1] hat auf den Gebieten der Herstellung, Verarbeitung und des Recyclings von Eisen und Stahl, NE-Metallen, Glas und Keramik die Aufgabe der Prozess- und Anlagenoptimierung. Es gehört in der Fakultät für Georessourcen und Materialtechnik (Fachbereich 5 der RWTH Aachen) zu der Fachgruppe Materialwissenschaften und Werkstofftechnik [2]. Über das 1957 gegründete Institut wurde in der Vergangenheit regelmäßig berichtet, z. B. in [3 8]. Seit 1998 wird das Institut von Herrn Univ.-Prof. Dr.-Ing. Herbert Pfeifer geleitet. Während dieses Zeitraums hat sich die Infrastruktur des Instituts vollständig verändert stand am Institut erstmals eine Technikumshalle zur Verfügung, die es erlaubte Versuche im Pilotmaßstab für den Industrieofenbau durchzuführen, die aus Platzgründen im AVZ (Allgemeines Verfügungszentrum der RWTH Aachen), in der sich das IOB von 1971 bis 2008 befand, nicht möglich waren. Bild 1 zeigt die Innenansicht dieser Technikumshalle, wobei die Schwerpunkte hier zum einen auf Wassermodellen zur experimentellen Untersuchung komplexer Strömungen in der Metallurgie (Strangguss, Bandguss, Stranggießverteiler, AOD-Konverter) mittels Lasermesstechnik und zum anderen auf elektrisch beheizten Öfen für Glühversuche unter Vakuum bis C und Schutzgas liegen. Der bauliche Zustand des AVZ erforderte den kurzfristigen Auszug aller Institute im Jahr Für das IOB bedeutete dies einen Umzug in das benachbarte Verwaltungsgebäude des BLB (Bau- und Liegenschaftsbetriebe des Landes NRW) und parallel dazu den Beginn der Planung und Errichtung eines Neubaus in unmittelbarer Nähe des vorherigen Standorts in der Kopernikusstraße. Nach der Grundsteinlegung im März 2009 und dem Richtfest im November 2009 konnte ein Jahr später in das repräsentative neue Gebäude (Bild 2), welches sich das IOB mit dem Lehrstuhl für Werkstoffchemie teilt, eingezogen werden. In diesem Gebäude befinden sich die Büroräume, der Seminarraum und die Bibliothek sowie die mechanische und elektrische Werkstatt des Instituts. Der Neubaukomplex beinhaltet eine Halle von ca. 500 m 2 Fläche, in der nun große Versuchsaufbauten realisiert und getestet werden können. Die Infrastruktur beinhaltet u. a. eine Erdgasversorgung von 300 m 3 (i.n.)/h, eine Kälteversorgung und einen 5 t-hallenkran. Aktuell sind am Institut 18 wissenschaftliche Mitarbeiter sowie eine internationale Stipendiatin und ein Gastwissenschaftler beschäftigt. Ebenfalls beschäftigt sind acht Mitarbeiter in Technik und Verwaltung, von denen fünf in der institutseigenen Werkstatt tätig sind. Darüber hinaus sind zwei Auszubildende und ca. 25 studentische Mitarbeiter am Institut angestellt. Dieses Jahr feierte das Institut sein 60-jähriges Bestehen. Der 60. Jahrestag der Gründung wurde durch ein Fachkolloquium gewürdigt. Aus diesem Grund fand am 11. und 12. Mai 2017 das 1. Aachener Ofenbau- und Thermoprocess Kolloquium statt, welches die Möglichkeit bot den aktuellen Stand zur Forschung und Entwicklung sowie der Anlagentechnik im Industrieofenbau zu präsentieren und die zukünftigen Aufgaben und Herausforderungen der Branche zu diskutieren. Bild 1: Innenansicht der Technikumshalle aus dem Jahre 2005 Bild 2: Neubau des Instituts aus dem Jahre elektrowärme international 69

2 IM PROFIL Folge 21 LEHRE Das Institut bietet Vorlesungen, Übungen und Praktika für die folgenden Studiengänge der Fachgruppe Materialwissenschaft und Werkstofftechnik Werkstoffingenieurwesen (B.Sc. und M.Sc.) Wirtschaftsingenieurwesen, Fachrichtung Werkstoff- und Prozesstechnik (B.Sc. und M.Sc.) und anderer Fakultäten, z. B. in den Studiengängen Umweltingenieurwesen Automatisierungstechnik an. Die Basisvorlesungen Transportphänomene vermitteln die Grundlagen der Wärmeübertragung und Fluidmechanik. Das Themengebiet Simulationstechnik wird sowohl in der Bachelor-Ausbildung (im Rahmen einer Gemeinschaftsvorlesung) als auch als CFD-Veranstaltung im Master- Studiengang behandelt. Ein Hauptanliegen besteht darin, die Studierenden für die Vertiefung des Fachs Industrieofentechnik zu motivieren. Dazu sind umfangreiche Vorlesungsunterlagen erstellt worden, die z. T. auch in die Fachbücher Taschenbuch Industrielle Wärmetechnik [9], Pocket Manual of Heat Processing [10] und Praxishandbuch Thermoprozesstechnik I, II [11 12] eingeflossen sind. Dieses Fach beinhaltet umfangreiche Praktikumsversuche im Technikum des Instituts und Exkursionen zu Fachfirmen oder Anlagen in der Industrie. In der außeruniversitären Lehre und Fortbildung wird das Seminar Industrieofentechnik Grundlagen und Anwendung gemeinsam mit der Stahl-Akademie ifb seit 2002 regelmäßig angeboten. Seit 2007 wird ebenfalls mit der Stahl-Akademie ifb das Seminar Rationeller Energieeinsatz durchgeführt. Darüber hinaus erfolgen turnusmäßig Beiträge zu dem Seminar Elektrotechnik des Lichtbogenofens und Sekundärmetallurgie der Stahl-Akademie sowie den Seminaren der FOGI (Forschungsgemeinschaft Industrieofenbau). INDUSTRIEOFENTECHNIK Die Arbeitsgruppe Industrieofentechnik ist im Bereich der strömungs- und wärmetechnischen Fragestellungen der Anwärmund Glühöfen tätig. Hierbei werden sowohl konvektionsdominierte Anlagen der Aluminium- und Kupferindustrie als auch Anlagen der Stahlindustrie auf ihre strömungs- und wärmetechnischen Vorgänge hin untersucht. Kern der Aktivitäten bilden die Verfahrensentwicklung und Prozessoptimierung. Zur Steigerung der Energie- und Ressourceneffizienz wärmetechnischer Anlagen wie Industrieöfen ist ein tiefgreifendes Verständnis der strömungs- und wärmetechnischen Vorgänge erforderlich. Die Prozesse werden anhand von physikalischen und numerischen Modellen untersucht. Dazu ist eine Vielzahl von Warm- und Kaltversuchsständen vorhanden, welche mit umfangreicher experimenteller Messtechnik ausgestattet sind. So werden neben Temperatur- und Strömungsmesstechnik, Messverfahren wie Laser-Doppler-Anemometrie (LDA), Particle-Image-Velocimetrie (PIV) oder Laserinduzierter Fluoreszenz (LIF) eingesetzt. Dazu kommen empirische und analytische Modellbildung sowie Simulationen auf Basis von Computational Fluid Dynamics (CFD) zum Einsatz. Die Kombination aus experimentellen und numerischen Untersuchungen ermöglicht dabei eine umfangreiche Abbildung der physikalischen Vorgänge. Neben den in der Vergangenheit vorgestellten Forschungsarbeiten liegen die aktuellen Forschungsschwerpunkte in den Bereichen: Industrieofenaerodynamik und Strömungstechnik Modellierung spezieller wärmetechnischer Vorgänge Verbrennung und Brennertechnik. Industrieofenaerodynamik und Strömungstechnik Das Verständnis der strömungstechnischen Vorgänge ist für die Auslegung eines Industrieofens von essentieller Bedeutung. In konvektionsdominierten Industrieöfen ist der Volumenstrom eine wesentliche Prozessgröße. Das IOB hat erfolgreich eine Messtechnik entwickelt, mit der die geförderten Volumenströme sicher erfasst werden können. In diesen, von der AiF geförderten Projekten, wurden auch Grundlagenuntersuchungen mittels laseroptischer Verfahren durchgeführt [13]. Zur Bereitstellung der erforderlichen Volumenströme werden vielfach Ventilatoren eingesetzt. Hierbei befasst sich die gegenwärtige Forschung mit der Entwicklung von Querstromventilatoren für den Einsatz in Thermoprozessanlagen für Einsatztemperaturen bis zu 500 C. Querstromventilatoren haben gegenüber industriell eingesetzten Ventilatorbauarten (Radialventilatoren mit vorwärts oder rückwärts gekrümmten Schaufeln, Axialventilatoren) den Vorteil, eine über die gesamte Ausströmbreite gleichmäßige Strömung zu liefern. Dies wirkt sich positiv auf die Gleichmäßigkeit der Temperaturverteilung des zu behandelnden Einsatzgutes und damit auf dessen Produkteigenschaften aus. Ein Problem stellt die Ermittlung thermischer Belastungen und Betriebsparameter für Auslegung und Konstruktion dar, die im Rahmen des Forschungsprojekts quantifiziert werden sollen. Ein weiterer strömungstechnischer Forschungsschwerpunkt ist die Betrachtung der Stabilität metallischer Bänder unter dem Einfluss von Düsenfeldern in Kühlstrecken. Ziel dieses Projektes ist es, die unerwünschten Bandschwingungen während der Gaskühlung der Bänder zu untersuchen, die Einflussgrößen zu bestimmen und mögliche Gegenmaßnahmen zu entwickeln. Die experimentellen und numerischen Untersuchungen zeigen, dass die Strömung verschiedener Schlitzdüsensysteme zur Kühlung des Bands dieses breitbandig anregt. In einer technischen Gesamtbetrachtung unter Einbeziehung des Wärmeübergangskoeffizienten lässt sich zeigen, dass bei den untersuchten Düsensystemen die freie Einspannlänge und die Verwendung von Wasserstoff / Wasserstoff-Stickstoffmischungen die größten Stellglieder zur Verbesserung der Bandstabilität sind. Die exakte Bestimmung des Wärmeübergangs ist von wesentlicher Bedeutung für die Beschreibung wärmetechnischer Phänomene. Zur experimentellen Bestimmung des Wärmeübergangs wurde am Institut ein Versuchsstand konstruiert und 70 elektrowärme international

3 Folge 21 IM PROFIL aufgebaut, welcher die Messung des Wärmeübergangs für Düsen und Düsenfelder ermöglicht. Dieser wurde ebenfalls bereits in diversen Industrieprojekten verwendet. Bild 3 zeigt den Versuchsstand zur Messung der Verteilung des Wärmeübergangs an einem Düsensystem. Modellierung spezieller wärmetechnischer Vorgänge Die Auslegung hochbelasteter Bauteile führt den Konstrukteur aus Effizienzgründen zunehmend an die Grenzen des Machbaren. Daher ist es unabdingbar, die am Bauteil auftretenden Belastungen sicher vorauszusagen. In Thermoprozessanlagen treten i. d. R. mehrere physikalische Phänomene gleichzeitig auf, deren Kopplung den Lastfall eines Bauteils maßgeblich beeinflussen, wie z. B. Strömung, Verbrennung, Strahlung und Wärmeleitung. Da diese Phänomene sich z. T. erheblich beeinflussen, werden gekoppelte Simulationen dieser Effekte zunehmend wichtiger. In der Thermoprozesstechnik führt dieser ganzheitliche Ansatz zu einer Kopplung der strömungs- und wärmetechnischen Zustände im Industrieofen (CFD Computational-Fluid-Dynamics numerische Strömungssimulation) mit der Temperatur- und Spannungsverteilung (CSD Computational-Structure-Dynamics Strukturmechanik Simulation) im betrachteten Bauteil [14]. Tritt bei der Kopplung eine Beeinflussung der Struktur der betrachteten Komponente infolge der Strömungsbeaufschlagung auf, die keine Rückwirkung auf die Strömung selbst besitzt (i. d. R. bei kleinen Strukturverformungen), so wird von einer Ein-Wege-Kopplung gesprochen. In diesem Fall können CFD und CSD getrennt voneinander durchgeführt werden. Treten hingegen wechselseitige Beeinflussungen auf, d. h. bewirkt z. B. eine Strukturverformung auch einen geänderten Strömungsverlauf, so muss wiederum der Einfluss der geänderten Strömung auf die Struktur usw. betrachtet werden. Diese sogenannte Zwei-Wege-Kopplung erfordert eine iterative Lösung von CFD und CSD und ist i. d. R. bei großen Verformungen durchzuführen. Die Simulation dieser so genannten Fluid-Struktur-Interaktionen Bild 3: Versuchsstand zur Messung des Wärmeübergangs eines Düsenfelds (FSI) findet zunehmend Einzug in die Thermoprozesstechnik. Ein Anwendungsbeispiel dieses Lösungsansatzes ist die Berechnung thermisch induzierter Belastungen an Strahlheizrohren [15 17]. Die Spannungsverteilung in Bild 4 zeigt z. B. hochbelastete Bereiche an der Einspannstelle, dem Krümmer an der Gegenseite und der Verbindungsstelle am Krümmer an der Einspannseite. Die voran genannten Stellen der höchsten Spannungen sind v. a. deshalb kritisch, da sich in diesen Bereichen bei dem untersuchten Strahlheizrohr Schweißnähte befinden verbunden mit i. d. R. niedrigeren zulässigen Festigkeitswerten. In diesen Bereichen sind die temperaturabhängigen Streckgrenzen deutlich überschritten, sodass eine plastische Verformung eintritt. Steile Temperaturgradienten, wie am Übergang an der Wanddurchführung, sind ebenfalls durch erhöhte Spannungen gekennzeichnet. Der Einsatz der gekoppelten FSI-Simulation liefert somit eindeutige Ansätze zur Optimierung thermisch hochbelasteter Ofenkomponenten. Verbrennung und Brennertechnik Eine Vielzahl der Industrieöfen ist gasbeheizt. Die Optimierung der inneren Ofenbedingungen erfordert Detailkenntnisse, die z. T. aus detaillierten Grundlagenuntersuchungen folgen. Ein Beispiel dafür ist ein laseroptisches Verfahren, der Laserinduzierten Fluoreszenz von OH-Radikalen, bei dem die Reaktionszone der Verbrennung instationär erfasst wird oder Messungen des Strömungsprofils mittels Particle-Image- Velocimetrie [18 20]. Diese Untersuchungen liefern einen grundlegenden Beitrag zum Verständnis der Energieumsetzung in industriellen Anlagen. Ein weiterer Forschungsschwerpunkt der Verbrennung und Brennertechnik ist die Untersuchung und Weiterentwicklung energieeffizienter und emissionsarmer Beheizungskonzepte. Ein Beispiel ist die flammlose Oxidation. Im Rahmen eines Forschungsprojektes des BMWi wurde die Erweiterung der Einsatzgrenzen dieser Technik für kleine und großer Brennerleistungen erprobt [21 22]. Vor dem Hintergrund der Energie- und Ressourceneffizienz wurde ein Verfahren zur zunderarmen Wiedererwärmung von Metall-Halbzeugen durch die Verbrennung mit einem unterstöchiometrischen Luftverhältnis im Ofenraum entwickelt [23 24] elektrowärme international 71

4 IM PROFIL Folge 21 Bild 4: Temperatur- (oben) und Spannungsverteilung (unten) eines Strahlrohrs Die experimentellen Untersuchungen zeigen eine fast vollständige Reduzierung der anfallenden Zundermenge bei Kupfer und Kupfer-Nickel-Legierungen bei einer Bild 5: Brenner zur unterstöchiometrischen Verbrennung und Nachverbrennung im Ringspalt (oben); Ausbrandlänge im Ringspalt (unten) Luftzahl von 0,96. Für Stahl wird die anfallende Zundermenge bei einer Verringerung der Luftzahl von 1,15 auf 0,95 halbiert. Die Ofenatmosphäre kann mit konventionellen Rekuperatorbrennern erzeugt werden, muss jedoch vor dem Wärmetauscher nachverbrannt werden. Basierend auf den Ergebnissen dieses Projekts wird im Rahmen eines Kooperationsprojekts des zentralen Innovationsprogramms Mittelstand ZIM die Entwicklung eines energieeffizienten Brenners für Wärmebehandlungsanlagen mit oxidationsträger/reduzierender Schutzgasatmosphäre betrieben [25 26]. Das Ziel des Forschungsvorhabens ist die Entwicklung eines neuartigen Brenners basierend auf einem Rekuperatorbrenner mit integrierter Prozessgasnachverbrennung in einem Flammrohr zur Verbesserung der Wirtschaftlichkeit von Anlagen zur Wärmebehandlung metallischer Komponenten in reduzierender Schutzgasatmosphäre. Realisiert wird dieses innovative Produkt durch den Einsatz gasbeheizter Rekuperatorbrenner, welche durch die unterstöchiometrische Verbrennung von Erdgas und Luft eine oxidationsträge Atmosphäre direkt im Ofen erzeugen. Die Nachverbrennung des Abgases findet in einem Ringspalt vor dem Rekuperator statt. Die numerischen Untersuchungen zeigen eine gute Übereinstimmung mit den experimentellen Ergebnissen. Bild 5 zeigt eine Prinzipskizze des Verfahrens sowie die experimentell und numerisch ermittelte CO-Konzentration über die Länge des Ringspalts. Daneben werden im Bereich der Industrieofentechnik weitere, anwendungsorientierte Kooperationsprojekte durchgeführt. Hier sind z. B. die Entwicklung eines interaktiven Chargenplanungssystems für Plasmanitrieranlagen, die Entwicklung einer heiß-isostatischen Presse zur kombinierten Verdichtung und Wärmebehandlung von Halbzeugen und Bauteilen oder die Entwicklung eines Mehrlagen-Kammerofens für das Presshärten von Blechplatinen für den Automobilbau zu nennen. Ein weiteres, noch junges Themengebiet sind zudem hybride Beheizungskonzepte (Hybrid Heating). Ein Großteil der Industrieöfen wird prozessbedingt mit fossilen Brennstoffen, insbesondere Gas, Öl oder Kohle betrieben. Vor dem Hintergrund der Energiewende sollen konventionelle Brennstoffe zunehmend durch Strom aus 72 elektrowärme international

5 Folge 21 IM PROFIL Erneuerbaren Energien substituiert werden und so zur Stabilität des Stromnetzes beitragen (Power to Heat). Für die praktische Umsetzung bedarf dies gezielter Forschung und die Entwicklung neuer, innovativer Konzepte für wärmetechnische Anlagen und Industrieöfen. ENERGIE- UND STOFFBILANZEN Die Arbeitsgruppe Energie- und Stoffbilanzen ist im Bereich der Prozesstechnik neben der namengebenden Erstellung von Energie- und Stoffbilanzen, insbesondere für den Elektrostahlprozess, aber auch für andere energieintensive Hochtemperaturprozesse, auch im Bereich der Prozessoptimierung und Verfahrensentwicklung, aktiv. Für die Bilanzerstellung und auch für die Entwicklung von Prozessregelstrategien wird auf eine langjährige Erfahrung in der Installation und des Betriebs von Abgasanalysesystemen an industriellen Hochtemperaturaggregaten, wie z. B. dem Lichtbogenofen (Bild 6), zurückgegriffen. Dazu betreibt die Arbeitsgruppe u. a. am Standort Herzogenrath einen Lichtbogenofen im Technikumsmaßstab. Ergänzend kommen empirische und analytische Modellbildung sowie Simulationen auf Basis von Computational Fluid Dynamics (CFD) zu Einsatz. Als Beispiele seien hier die Strömungsmodellierung der Gasphase und des Lichtbogens im LBO mittels CFD [27], die Modellierung des Entstaubungssystems eines Lichtbogenofens in Matlab [28 29] und deren Verbindung mit einem vollständigen energie- und massenbilanzierenden Model des Prozesses im Lichtbogenofen [30 32] zu nennen. Neben der Prozesstechnik interessiert vermehrt der Aspekt der umwelttechnischen Messungen und die Energieeffizienz von Prozessen. Die Durchführung von Abgasmessungen in industriellen Entstaubungsanlagen dient der Ermittlung umweltrelevanter (Stäube, Dioxine, NO x, CO 2 etc.) und effizienzrelevanter (z. B. CO, O 2 ) Stoffströme. Nicht nur die Ermittlung eines Ist-Zustandes sondern auch die Grundlagen zur Entstehung sowie Prozessstrategien zur Verminderung bzw. Vermeidung umweltrelevanter Emissionen und zur Steigerung der Effizienz werden entwickelt. In Zeiten, in denen Nachhaltigkeit eine immer größere Bedeutung zukommt, ist die Steigerung der Ressourceneffizienz eines Prozesses ein ständiges Forschungsthema. Dazu gehört neben der Einsparung von Einsatzstoffen auch deren Substitution durch alternative Materialien oder sogar die Wiederverwendung von Nebenprodukten oder Reststoffen. So stellt die Forschung zur Substitution von fossilen Kohlenstoffträgern durch Biomasse im LBO einen weiteren wichtigen Arbeitsbereich dar. Da fossile Kohle ein endliches Produkt und durch CO 2 - Zertifikate verteuert ist, gilt es Alternativen zu finden. Sowohl im Technikumsmaßstab als auch industriell wurden Versuche mit Industriepartnern durchgeführt. Im erfolgreichen EU-Projekt GREENEAF Sustainable EAF steel production [33] wurde die Machbarkeit der Substitution bewiesen. Im Nachfolgeprojekt GREENEAF2 Biochar for a sustainable EAF steel production wurden neben einer Marktanalyse umfangreiche industrielle Versuchskampagnen durchgeführt [34 35]. Nicht nur Biomasse, auch Schlacken und andere Nebenprodukte oder Reststoffe sind mögliche Zusatzstoffe im LBO. Dazu wurde in einem vom BMWi geförderten ZIM-Projekt das Recycling von zerfallenen Gießpfannenschlacken als Substitut für Kalk untersucht [36]. Der Arbeitsgruppe stehen im Arbeitsbereich Wärmebehandlung eine Reihe von Wärmebehandlungsöfen zur Verfügung, in denen Versuche zur Wärmebehandlung und Sinterung in einem großen Temperaturbereich und unter unterschiedlichsten Atmosphären durchgeführt werden können. So erlaubt die Vakuum-Wärmebehandlungsanlage des IOB (Bild 7) die Durchführung von Versuchen unter Vakuum sowie H 2 - oder N 2 -Partialdruck bei Temperaturen bis Bild 6: Elektrolichtbogenofen im Betrieb Bild 7: Vakuum-Wärmebehandlungsanlage elektrowärme international 73

6 IM PROFIL Folge C und das anschließende Abschrecken in N 2 bei bis zu 10 bar Ofendruck. Mit den vorhandenen Wärmebehandlungsanlagen führt das IOB klassische Wärmebehandlungen wie das Spannungsarmglühen von Bauteilen nach Umformung, das Härten von Werkzeugen, z. B. als Dienstleistung für andere Institute an der RWTH Aachen, sowie Wärmebehandlungen unter Schutzgas- oder Reaktivgasatmosphären durch. Im Bereich der Wärmebehandlung unter spezifischen Atmosphären wurden u. a. schon Alterungsversuche an Katalysatormaterialien mit definiertem Feuchtegehalt der Atmosphäre sowie Regenerationsbehandlungen von Dieselpartikelfiltern, aber auch Wärmebehandlungen in Wasserstoff-, Formiergas- oder C-Pegel geregelter Atmosphäre durchgeführt. STRÖMUNGEN IN METALLUR- GISCHEN SCHMELZEN Die Arbeitsgruppe Strömungen in metallurgischen Schmelzen beschäftigt sich schwerpunktmäßig mit der Modellierung von Transportprozessen in metallurgischen Reaktoren. Steigende Anforderungen der Industrie an Metallwerkstoffe mit höchstem Reinheitsgrad und homogenen, optimalen technologischen Eigenschaften für lebensdauererhöhende Bauteile erfordern ein besseres Verständnis der Prozesse in metallurgischen Reaktoren (Konverter, Pfanne, Stranggießverteiler und Kokille). Dies ist entscheidend für die Optimierung der Qualität der Halbzeuge sowie der Bauteile. Die Möglichkeiten von Strömungsmessungen in metallurgischen Schmelzen sind aufgrund der hohen Temperaturen sehr eingeschränkt, daher werden die strömungs- und wärmetechnischen Vorgänge anhand physikalischer und numerischer Modelle untersucht. Die kinematischen Viskositäten von Metallschmelzen und Wasser liegen in der gleichen Größenordnung und damit sind deren Fließeigenschaften nahezu gleich. So ist eine Untersuchung der Schmelzen in Wassermodellen möglich. Am IOB sind unterschiedlichste Wassermodell-Versuchsstände (z. B. Tundish, Kokille, Pfanne, Konverter, Bandgießanlage) in verschiedenen Maßstäben vorhanden. Zur Untersuchung der Transportvorgänge in den Wassermodellen stehen eine Vielzahl unterschiedlicher Messtechniken zur Verfügung wie: Strömungsvisualisierung mittels Laserlichtschnitttechnik 3D-Aufnahme turbulenter Strömungsfelder mittels DPIV und LDA Aufnahme von Temperatur- und Konzentrationsfeldern mittels LIF Verweilzeituntersuchungen und Analyse von Mischungsvorgängen Bestimmung von Partikelverteilungen und Abscheidekurven mittels Coulter Counter Aufnahme von Badspiegelbewegungen mit Ultraschallsensoren. Parallel zu den Strömungsuntersuchungen in physikalischen Modellen erfolgen die numerischen Simulationen mittels CFD. Zur Erhöhung der Genauigkeit der Rechnungen werden die Simulationen zunächst für die Wasserströmung durchgeführt und die freien Parameter anhand der sehr genauen laseroptischen Messergebnisse validiert. Erst danach erfolgen die Simulationen für die mehrphasigen, nicht-isothermen Metallschmelzen. Im Folgenden wird auf drei aktuelle Forschungsschwerpunkte in der Arbeitsgruppe eingegangen. Bild 8: Transiente Darstellung des Strömungsfelds in einem 120 t AOD-Konverter (CFD-Simulation, vier verschiedene Zeitpunkte, Fr m = 662, h F /D = 0.56) Untersuchung von Mehrphasenströmungen in der Metallurgie Mehrphasenströmungen spielen in der Metallurgie eine große Rolle, u. a. bei der Behandlung mit Prozessgasen sowie bei der Betrachtung nichtmetallischer Partikel in Schmelzen. Die Behandlung von Schmelzen mittels Prozessgasen ist in der Metallurgie weit verbreitet. Typische Raffinationsverfahren mit Prozessgasbehandlung finden u. a. in der Stahlgießpfanne, im Kupferkonverter, im AOD-Konverter sowie bei Aluminiumschmelzen statt. Die numerische Simulation von Mehrphasenströmungen in der Metallurgie ist im Speziellen bei Gas-Flüssigkeits-Mehrphasensystemen mit Schwierigkeiten verbunden. Das Mehrphasenmodell muss in der Lage sein sowohl die Interaktion zwischen den beteiligten Phasen als auch die Phasengrenze zwischen Gas und Flüssigkeit nicht mischbarer Fluide korrekt wiederzugeben. 74 elektrowärme international

7 Folge 21 IM PROFIL Der AOD-Prozess dient der Entkohlung hochlegierter Stähle. Bei diesem Verfahren werden die Prozessgase durch Unterbaddüsen horizontal in die Schmelze eingebracht. Je nach Bauform des AOD- Konverters treten im Betrieb niederfrequente Schwingungen auf. Im Rahmen eines Forschungsprojekts in Zusammenarbeit mit der SMS Group sind am IOB Untersuchungen der strömungsmechanischen Phänomene im AOD-Konverter, die die Schwingungen der umliegenden Struktur anregen, durchgeführt worden [37 41]. Ziel war es ein mathematisches Modell zur Simulation der Strömung im Konverter und deren Wechselwirkung mit der umgebenden Struktur zu entwickeln, um auftretende Behälterschwingungen vorherzusagen. In Bild 8 ist das simulierte Strömungsfeld gezeigt. Die Grenzflächen zwischen Stahl und Schlacke (gelb) bzw. Schlacke und Gas (rot) sind als farbige Iso-Flächen dargestellt. Die Auftriebsfreistrahlen sind als Iso-Flächen konstanter Blasenkonzentration dargestellt. Die Einfärbung erfolgt gemäß der lokalen Geschwindigkeit (Betrag der Geschwindigkeit). Des Weiteren sind die Geschwindigkeitsvektoren in der Symmetrieebene des Konverters zu sehen. Ein weiteres Forschungsvorhaben beschäftigt sich mit der Mehrphasenströmung in der Stahlgießpfanne. Die Pfanne dient dazu, die Schmelze hinsichtlich ihrer Zusammensetzung und Temperatur zu homogenisieren und auf vorgegebene Werte einzustellen. Ferner sollen nichtmetallische Partikel abgeschieden werden. Das vorliegende Forschungsvorhaben zielt darauf ab, die grundlegenden Mechanismen der Ausbildung des heterogenen Auftriebsfreistrahls sowie der resultierenden Strömung in der Pfanne zu verstehen und diese Kenntnisse zur Weiterentwicklung numerischer Modelle, welche den Reaktor im Bereich der Mehrphasenströmung realitätsnah beschreiben, anzuwenden. Dazu werden verschiedene Einflussgrößen auf die Strömung in der Pfanne detailliert experimentell am Wassermodell untersucht und darauf aufbauend numerische Modelle weiterentwickelt. Die numerische Simulation der Mehrphasenströmung im Wassermodell erfolgt durch die Kombination eines Euler-Euler- Ansatzes (VOF-Modell) zur Abbildung der Bewegung der Wasseroberfläche und eines Euler-Lagrange-Ansatzes (DPM- Modell) zur Bestimmung der Bewegung der Gasblasen. ESU und VAR magnetohydrodynamische und wärmetechnische Phänomene Das Elektroschlackeumschmelzen (ESU) stellt ein Sonderverfahren der Metallurgie mit Verbrauchselektrode dar. Über verschiedene Raffinationsmechanismen ist es möglich eine streng definierte chemische Zusammensetzung einzustellen, während gleichzeitig durch kontrollierte Erstarrung eine gezielte Ausbildung des Gefüges erreicht wird. Den prinzipiellen Aufbau einer ESU- Anlage zeigt Bild 9. Die benötigte Wärme wird durch den Stromfluss zwischen Elektrode und Kokille erzeugt. Hierbei dient das Schlackenbad als Widerstandselement, in dem ein Großteil der elektrischen Energie in Wärme umgewandelt wird. Im Rahmen verschiedener Projekte wurde der ESU-Prozess am IOB grundlegend untersucht [43 48]. Im aktuellen Projekt soll durch die Verwendung einer rotierenden Elektrode im ESU-Prozess und die dadurch wirkende Zentrifugalkraft eine kleinere Tropfengröße und eine Reduzierung der Metallfilmdicke an der Elektrode erreicht werden. Eine damit einhergehende Verbesserung der Raffinationswirkung ist zu erwarten. Dabei stellt das Umschmelzen einer rotierenden Elektrode eine Prozessinnovation dar, welche bis zum jetzigen Zeitpunkt nur in sehr geringem Ausmaß untersucht wurde. Durch eine Kombination von experimentellen Untersuchungen an einer Versuchsanlage am Institut für Metallurgische Prozesstechnik und Metallrecycling und Bild 9: Prinzip des Elektroschlackeumschmelzens numerischen Simulationen sollen die Raffinationsmechanismen sowie die Einschlussverteilung im Metallblock am Beispiel der Nickelbasislegierung Alloy 718 untersucht und verstanden werden. Ziel ist einen Werkstoff mit erhöhtem Reinheitsgrad und verbesserter Erstarrungsstruktur reproduzierbar zu erzeugen. Die Untersuchung der Strömung mithilfe rechnergestützter Simulationen gliedert sich in eine Untersuchung der makroskopischen Strömung und einer darauf aufbauenden Modellierung der Raffinationsmechanismen während des Prozesses. Zur Darstellung der auftretenden Strömungsphänomene wird ein dreidimensionales, transientes Modell für die Mehrphasenströmung und die Magnetohydrodynamik verwendet. Das Vakuumlichtbogenumschmelzen (englisch: Vacuum Arc Remelting (VAR)) ist ein Raffinationsverfahren zur Herstellung hochreiner metallischer Werkstoffe. Es wird eine bereits sehr reine Elektrode aus arteigenem Material eingesetzt, welche häufig in einem Vakuuminduktionsofen erschmolzen und im Elektroschlackeumschmelzprozess raffiniert wurde. Die VAR-Anlage besteht im Wesentlichen aus einer wassergekühlten Kupferkokille und einer Stromversorgung, an welcher die umzuschmelzende Elektrode befestigt ist elektrowärme international 75

8 IM PROFIL Folge 21 Bild 10: Prinzip des VAR-Prozesses Bild 11: Vergleich des Poolprofils zwischen Versuchscharge und Simulation Es wird eine Spannung angelegt, sodass elektrische Entladungen zwischen Elektrode und Block (Lichtbögen) stattfinden. Die dabei freiwerdende Energie wird zum Aufschmelzen der Elektrodenunterseite verwendet. Nach der Massenübertragung in Form von Metalltropfen bildet sich ein Metallpool in der Kokille, welcher kontinuierlich zum Rand hin erstarrt (Bild 10). In Zusammenarbeit mit der VDM Metals GmbH wird der VAR-Prozess am IOB numerisch untersucht. Die Simulation von Strömung, Wärmehaushalt und Erstarrung ist in der Lage die Form des Metallpools, welche ein entscheidendes Qualitätsmerkmal ist, eines bekannten Prozesses nachzubilden. Somit kann mit dem Modell auch bei leicht veränderten Prozessparametern das resultierende Poolprofil berechnet werden. [49 52]. Die Validierung des Modells erfolgt anhand metallurgischer Schliffbilder von Proben aus dem Realprozess, welche mit der Simulation verglichen werden (Bild 11). Während es für das zum VAR- Prozess verwandte Elektroschlackeumschmelzverfahren durchaus üblich ist diverse verschiedene Geometrien zu verwenden, ist es beim VAR-Prozess immer noch üblich den Prozess allein in zylindrischen Geometrien durchzuführen. Sparpotenzial bei Energie und Folgeprozesskosten kann z. B. ein endabmessungsnäheres Umschmelzen liefern. Das IOB ist interessiert an der Generierung von innovativen Weiterentwicklungsmöglichkeiten des VAR-Prozesses zur Übertragung ähnlicher Vorteile der verschiedenen Varianten des ESU-Prozesses auf den VAR- Prozess. Aufbauend auf einem bestehenden 2D-VAR-Modell für die Untersuchung axialsymmetrischer Geometrien wurde ein 3D-Modell entwickelt, welches die Abbildung des VAR-Prozesses in rechteckigen Geometrien ermöglicht. Das bestehende Modell basiert auf einer 3-Modell-Kopplung von elektromagnetischer FEM, thermoelastischer FEM und CFD Rechnung, um die vielfältigen Phänomene im VAR-Prozess abzubilden (Bild 12), wodurch es Rückschlüsse auf das Erstarrungs- und Strömungsverhalten im Metallpool liefern kann [53]. Dies ist insbesondere für die einzustellenden Materialeigenschaften von wichtiger Bedeutung und ermöglicht es erste Rückschlüsse auf die Auswirkungen einer veränderten Prozessgeometrie zu führen. AMAP Advanced Metals and Processes Das Forschungscluster AMAP (Advanced Metals and Processes) wurde mit der Idee der Open-Innovation zwischen Industriepartnern und den Instituten der RWTH 2012 gegründet (Bild 13). Ziel ist die Forschung, Entwicklung sowie Aus- und Weiterbildung im Bereich der Werkstofftechnik von NE- Metallen und deren Herstellung sowie Verarbeitung. Die Kooperation zwischen den Industriepartnern und Instituten der RWTH fußt auf 12 Projekten, welche breitgefächert im Bereich der Materialwissenschaften einzuordnen sind. Das Projekt P5 Sustainable Recycling Concept: Efficient Melting, in welchem das IOB involviert ist, thematisiert die Modellierung des Erwärmungs- und Einschmelzvorgangs von Aluminium-Schrotten, z. B. Getränkedosen, sog. UBCs used beverage cans. Verglichen mit der Erzeugung von primärem Aluminium, ist das Recyceln von verwendetem Aluminium, wie z. B. Getränkedosen, energetisch günstiger und führt gleichzeitig zu deutlich geringerer CO 2 -Produktion. Die am IOB untersuchten Beiträge sind die CFD-Modellierung des Verbrennungsvorgangs, im Speziellen der flammenlosen Verbrennung, die (Strahlungs-)Wärmeübertragung auf das zu schmelzende Gut sowie die Pyrolyse der anhaftenden Organik (Lacke und Kühlschmiermittel) [54 59]. Charakteristisch für die flammenlose Verbrennung ist die starke Rezirkulation der 76 elektrowärme international

9 Folge 21 IM PROFIL Verbrennungsprodukte, die in einer herabgesetzten Verbrennungstemperatur und einer räumlich ausgedehnten Reaktionszone resultiert. Das Fehlen der Temperaturspitzen und somit einer Flammenfront verursacht eine nicht mit dem menschlichen Auge erfassbare Reaktionszone. Eine numerische Berechnung dieses Bild 12: Kopplungsschema von CFD und FEM [53] Vorgangs erfordert die Einbindung der detaillierten Mechanismen sowie die titut für Indus-trieofenbau und Wärmetechnik der RWTH Aachen. ewi elektrowärme Erweiterung dieser. Ein weiterer Teil des AMAP P5 ist die international 62 (2004) Nr. 3, S Untersuchung der Pyrolysegas-Emissionen aus verschiedenen, mit Organik kontaminierten Schrotten während der Erwärmung. Wärmetechnik der RWTH Aachen. gwi [4] Pfeifer, H.: Institut für Industrieofenbau und Anhand von experimentellen Untersuchungen werden die Pyrolysegas-Emissionen gaswärme international 55 (2006) Nr. 7, S. charakterisiert, um die Wechselwirkungen derartiger Gase mit der Schmelze betrachten und die Emission in CFD- Simulationen integrieren zu können. Hierzu werden im Labormaßstab kleine Mengen des zu untersuchenden Materials mit definierter Aufheizrate erwärmt. Entstehende Gase werden mit Analysesystemen (FTIR etc.) untersucht. Die daraus gewonnenen Erkenntnisse lassen Rückschlüsse auf die Zersetzungsvorgänge und Reaktionsmechanismen sowie über den kalorischen Beitrag der Gase zur Ofenenergiebilanz zu. [5] Institut für Industrieofenbau und Wärmetechnik der RWTH Aachen. gwi gaswärme international 55 (2006) Nr. 7, S [6] Pfeifer, H.; Bölling, R.; Echterhof, T.; Rückert, A.: Institut für Industrieofenbau und Wärmetechnik der RWTH Aachen. gwi gaswärme international 60 (2011) Nr. 4, S LITERATUR [1] [2] [3] Pfeifer, H.; Köhne, H.: Forschungs- und Entwicklungsaktivitäten am Ins- Bild 13: AMAP Kooperationspartner elektrowärme international 77

10 IM PROFIL Folge 21 [7] Pfeifer, H.; Bölling, R.; Echterhof, T.; Rückert, A.: Institut für Industrieofenbau und Wärmetechnik der RWTH Aachen. ewi elektrowärme international 69 (2011) Nr. 3, S [8] Echterhof, T.; Pfeifer, H.; Rückert, A.; Gruber, J.: Department of Industrial Furnaces and Heat Engineering of RWTH Aachen University. heat processing 10 (2012) Nr. 1, S [9] Pfeifer, H. (Hrsg.): Taschenbuch Industrielle Wärmetechnik Grundlagen, Berechnungen, Verfahren. 4. Auflage. Essen: Vulkan- Verlag, 2007 [10] Pfeifer, H.: Pocket Manual of Heat Processing (Fundamentals, Calculations, Processes). Essen: Vulkan-Verlag, 2008 [11] Pfeifer, H.; Nacke, B.; Beneke, F.: Praxishandbuch Thermoprozesstechnik, Band 1 (Grundlagen Prozesse Verfahren). 2. Auflage. Essen: Vulkan-Verlag, 2010 [12] Pfeifer, H.; Nacke, B.; Beneke, F.: Praxishandbuch Thermoprozesstechnik, Band 2 (Anlagen Komponenten Sicherheit). 2. Auflage. Essen: Vulkan-Verlag, 2011 [13] Perkowski, D.; Pfeifer, H.: Volumenstrommessung bei Hochkonvektionsanlagen zur Wärmebehandlung. gwi gaswärme International 62 (2013) Nr. 4, S [14] Lenz, W.; Pfeifer, H.: Berechnung von Thermospannungen in Wärmebehandlungsanlagen mittels gekoppelter numerischer Verfahren. Chemie Ingenieur Technik 85 (2013) Nr. 8, S [15] Hellenkamp, M.; Bölling, R.; Giesselmann, N.: Thermisch induzierte Spannungen am Strahlheizrohr unter Berücksichtigung von Fluid-Struktur-Interaktion. gwi gaswärme international 60 (2011) Nr. 7-8, S [16] Schmitz, N.; Hellenkamp, M.; Pfeifer, H.; Cresci, E.; Wünning, J. G.; Schönfelder, M.: Radiant tube life improvement for vertical galvanizing lines. Proceedings of the AIST Galvatech 2015 AIST, S , 31. Mai - 4. Juni 2015, Toronto, Kanada [17] Hellenkamp, M.; Pfeifer, H.: Thermally induced stresses on radiant heating tubes including the effect of fluid-structure interaction. Applied Thermal Engineering 94 (2016), S [18] Schnitzler, M.; Pfeifer, H.; Schwotzer, C.: Untersuchung des Zusammenhangs zwischen der Verteilung von Hydroxyl-Radikalen und dem Wärmestrom beim Direct Flame Impigement. 26. Deutscher Flammentag, VDI-Berichte Nr. 2161, September 2013, Duisburg, S [19] Schnitzler, M.; Pfeifer, H.; Schwotzer, C.: Examining heat transfer process of direct flame impingement combining laser induced fluorescense measurement of hydroxyl radicals and conventional heat flux measurements. Proceedings of the European Combustion Meeting, Juni 2013, Lund, Schweden [20] Schnitzler, M.; Pfeifer, H.; Blankenstein, M.: PIV measurements of the velocity distribution in an impinging turbulent swirl flame. Proceedings of the European Combustion Meeting, 30. März - 2. April 2015, Budapest, Ungarn [21] Blinn, S.; Schnitzler, M.; Pfeifer, H.; Wünning, J. G.; Cresci, E.: Extension of the limitations of use of flameless oxidation for small burner capacities. Proceedings of the European Combustion Meeting, 30. März - 2. April 2015, Budapest, Ungarn [22] Blinn, S.; Schnitzler. M.; Pfeifer, H.; Cresci, E.; Wünning, J. G.: Extension of the limitations of use of flameless oxidation for small burner capacities. 10 th European Conference on Industrial Furnaces and Boilers, April 2015, Porto, Portugal [23] Schwotzer, C.; Schnitzler, M.; Pfeifer, H.: Zunderarme Wiedererwärmung von Metall-Halbzeugen mit Rekuperatorbrennern. gwi gaswärme international 65 (2016), Nr. 3, S [24] Schwotzer, C.; Schnitzler, M.; Pfeifer, H.; Ackermann, H.; Diarra, D.: Low scale reheating of semi-finished metal products in furnaces with a central recuperator. heat processing 14 (2016), Nr. 3, S [25] Schmitz, N.; Schwotzer, C.; Pfeifer, H.; Schneider, J.; Cresci, E.; Wünning, J. G.: Development of an energy-efficient burner for heat treatment furnaces with a reducing gas atmosphere. 72. HärtereiKongress, Oktober 2016, Köln [26] Schmitz, N.; Schwotzer, C.; Pfeifer, H.; Schneider, J.; Cresci, E.; Wünning, J. G.: Numerical investigations on post-combustion in a burner for heat treatment furnaces with a reducing gas atmosphere. Proceedings of the 11 th European Conference on Industrial Furnaces and Boilers, April 2017, Albufeira, Portugal [27] Gruber, J. C.; Echterhof, T.; Pfeifer, H.: Investigation on the influence of the arc region on heat and mass transport in an EAF freeboard using numerical modeling. steel research international 87 (2016), Nr. 1, S [28] Meier, T.; Hassannia Kolagar, A.; Echterhof, T.; Pfeifer, H.: Process modeling and simulation of an electric arc furnace for comprehensive calculation of energy and mass transfers in combination with a model of the dedusting system. 11 th European Electric Steelmaking Conference & Expo, Mai 2016, Venedig, Italien [29] Kolagar, A. H.; Meier, T.; Echterhof, T.; Pfeifer, H.: Modeling of the off-gas cooling system for an electric arc furnace and evaluation of the heat recovery potential. Chemie Ingenieur Technik 88 (2016), Nr. 10, S [30] Meier, T.; Hassannia Kolagar, A.; Echterhof, T.; Pfeifer, H.; Logar, V.; Skrjanc, I.: Modelling and simulation of the transient electric arc furnace process. 1 st European Steel Technology & Application Days (ESTAD) & 31 st Journées Sidérurgiques Internationales (JSI), April 2014, Paris, Frankreich [31] Meier, T.; Logar, V.; Echterhof, T.; Skrjanc, I.; Pfeifer, H.: Modelling and simulation of the melting process in electric arc furnaces influence of numerical solution methods. 78 elektrowärme international

11 Folge 21 IM PROFIL steel research international 87 (2016), Nr. 5, S [32] Meier, T.; Hay, T.; Echterhof, T.; Pfeifer, H.; Rekersdrees, T.; Schlinge, L.; Elsabagh, S.; Schliephake, H.: Process modeling and simulation of biochar usage in an electric arc furnace as a substitute for fossil coal. steel research international (2017) [33] Bianco, L.; Baracchini, G.; Cirilli, F.; Moriconi, A.; Moriconi, E.; Marcos, M.; Demus, T.; Echterhof, T.; Pfeifer, H.; Beiler, C.; Griessacher, T.: Sustainable EAF steel production (GREE- NEAF), EUR 26208, Publications Office of the European Union, (2013), Luxembourg [34] Echterhof, T.; Demus, T.; Schlinge, L.; Schliephake, H.; Pfeifer, H.: Use of palm kernel shells as a substitute for charge coal in a 140 t DC electric arc furnace. SCANMET V 5 th International Conference on Process Development in Iron and Steelmaking, Juni 2016, Lulea, Sweden [35] Demus, T.; Reichel, T.; Schulten, M.; Echterhof, T.; Pfeifer, H.: Increasing the sustainability of steel production in the electric arc furnace by substituting fossil coal with biochar agglomerates. Ironmaking & Steelmaking 43 (2016), Nr. 8, S [36] Abel, R.; Demus, T.; Echterhof, T.; Reichel, T.; Dettmer, B.; Schliephake, H.; Algermissen, D.; Drissen, P.; Mudersbach, D.: Entwicklung eines Agglomeratsteins aus Gießpfannenschlacke und Biokohle zum Einsatz in Elektrolichtbogenöfen zur Einsparung von CO 2 und Primärkalk. Report des FEhS-Instituts, 2 (2015), Nr. 2, S [37] Wuppermann, C.; Giesselmann, N.; Rückert, A.; Pfeifer, H.; Odenthal, H.-J.; Hovestädt, E.: A novel approach to determine the mixing time in a water model of an AOD converter. ISIJ International, 52 (2012), Nr. 10, S [38] Wuppermann, C.; Rückert, A.; Pfeifer, H.; Odenthal, H.-J.: Bestimmung des Strömungsfeldes in einem Wassermodell eines AOD-Konverters mittels PIV. Fachtagung Lasermethoden in der Strömungsmesstechnik. Deutsche Gesellschaft für Laser- Anemometrie GALA e.v., 2010, Cottbus [39] Wuppermann, C.; Rückert, A.; Pfeifer, H.; Odenthal, H.-J.: Physical and mathematical modeling of the vessel oscillation in the AOD process. ISIJ International 53 (2013) Nr. 3, S [40] Wuppermann, C.; Rückert, A.; Pfeifer, H.; Odenthal, H.-J.; Hovestädt, E.: Mathematical modeling of fluid dynamics and vessel vibration in the AOD process, CFD Modeling and Simulation in Materials Processing TMS 2012 Annual Meeting and Exhibition, 2012, Orlando, Florida [41] Wuppermann, C.; Rückert, A.; Pfeifer, H.; Odenthal, H.-J.; Reifferscheid, M.; Hovestädt, E.: Numerical study of improvements of the flow simulation and the vessel vibration in the AOD-process. STEELSIM, 4 th International Conference on Modelling and Simulation of Metallurgical Processes in Steelmaking, 2011, Düsseldorf [42] Rückert, A.; Pfeifer, H.: Numerical investigations of multiphase flows in metallurgical reactors using a discrete phase model. 2 nd ESTAD, 2015, Düsseldorf [43] Giesselmann, N.; Rückert, A.; Pfeifer, H.; Tewes, J.; Klöwer, J.: Coupling of multiple numerical models to simulate electroslag remelting process for Alloy 718. ISIJ International 55 (2015) Nr. 7, S [44] Giesselmann, N.; Rückert, A.; Pfeifer, H.; Tewes, J.; Klöwer, J.: Simulation of solidification and fluid flow behaviour in the ESR process for industrial scale ingots. ICRF, 2 nd International Conference on Ingot Casting, Rolling & Forging, 2014, Mailand, Italien [45] Giesselmann, N.; Rückert, A.; Pfeifer, H.: Mathematical modelling of the momentum and heat transfer in the electroslag remelting process. STEELSIM, 4 th International Conference on Modelling and Simulation of Metallurgical Processes in Steelmaking, 2011, Düsseldorf [46] Giesselmann, N.; Rückert, A.; Pfeifer, H.; Tewes, J.; Klöwer, J.: Numerical simulation of the electroslag remelting process in order to determine influencing parameters on ingot defects. ICRF, 1 st International Conference on Ingot Casting, Rolling and Forging, 2012, Aachen [47] Rückert, A.; Pfeifer, H.: Mathematical modelling of the flow field, temperature distribution, melting and solidification in the electroslag remelting process. Magnetohydrodynamics 45 (2009), Nr. 4, S [48] Rückert, A.; Pfeifer, H.: Mathematical modelling of the momentum and heat transfer in the electroslag remelting process. STEEL- SIM. 2 nd International Conference Simulation and Modelling of Metallurgical Processes in Steelmaking, 2007, Graz/Seggau, Österreich [49] Eickhoff, M.; Giesselmann, N.; Rückert, A.; Pfeifer, H.; Tewes, J.; Klöwer, J.: Introducing an analytic approach on air gap formation during the ESR / VAR process and numerical validation. ICRF, 2 nd International Conference on Ingot Casting, Rolling & Forging, 2014, Mailand, Italien [50] Eickhoff, M.; Rückert, A.; Pfeifer, H.; Tewes, J.; Klöwer, J.: Simulation of industrial scale VAR process heat transfer ingot to mould and validation. LMPC Liquid Metal Processing & Casting Conference 2015, Leoben, Österreich [51] Eickhoff, M.; Rückert, A.; Pfeifer, H.; Tewes, J.; Klöwer, J.: Measurement of emission coefficients for Alloy 718 to improve numerical simulation of industrial scale VAR process. STEELSIM, 6 th International Conference on Modelling and Simulation of Metallurgical Processes in Steelmaking, 2015, Bardolino, Italien [52] Eickhoff, M.; Rückert, A.; Pfeifer, H.; Tewes, J.; Klöwer, J.: Modellierung von Strömung, Wärmehaushalt und Erstarrung des VAR- Prozesses. Jahrestreffen der ProcessNet- Fachgruppe Hochtemperaturtechnik, 2016, Nürnberg [53] Schubert, C.; Eickhoff, M.; Rückert, A.; Pfei elektrowärme international 79

12 IM PROFIL Folge 21 fer, H.: Modelling the vacuum arc remelting process in rectangular geometries. STEEL- SIM, 6 th International Conference on Modelling and Simulation of Metallurgical Processes in Steelmaking, 2015, Bardolino, Italien [54] Gültekin, R.; Rückert, A.; Pfeifer, H.: Numerical approach for the implementation of the interaction of pyrolysis gases and combustion products in an aluminium-melting furnace. INFUB, 2017, Algarve, Portugal [55] Gültekin, R.; Rückert, A.; Pfeifer, H.: Numerical approach for the implementation of the interaction of pyrolysis gases and combustion products. TMS, 2017, San Diego, USA [56] Bruns, H.; Rückert, A.; Pfeifer, H.: Approach for pyrolysis gas release modelling and its potential for enhanced energy efficiency of aluminium remelting furnaces. TMS, 2017, San Diego, USA [57] Bruns, H.; Gültekin, R.; Dittrich, R.; Rückert, A.; Pfeifer, H.: Integration der Pyrolyse poröser Medien in ANSYS Fluent. Jahrestreffen der ProcessNet-Fachgruppe Hochtemperaturtechnik, 2016, Nürnberg [58] Gültekin, R.; Rückert, A.; Pfeifer, H.: Coupling flameless combustion with thermal decomposition. STEELSIM, 6 th International Conference on Modelling and Simulation of Metallurgical Processes in Steelmaking, 2015, Bardolino, Italien [59] Gültekin, R.; Rückert, A.; Pfeifer, H.: Coupling flameless combustion with pyrolysis reactions. ANSYS Konferenz & CADFEM Users Meeting, 2015, Bremen Autoren: Univ.-Prof. Dr.-Ing. Herbert Pfeifer Dr.-Ing. Thomas Echterhof Dr.-Ing. Antje Rückert Dr.-Ing. Wolfgang Lenz Christian Schwotzer, M.Sc. Kontakt: Institut für Industrieofenbau und Wärmetechnik (IOB) RWTH Aachen University Aachen Tel.: 0241 / contact@iob.rwth-aachen.de Spezielle Anwendungen der induktiven Schmelz- und Gießtechnik Spezialanwendungen der Induktionsofentechnik Spezielle Anwendungen der induktiven Schmelz- und Gießtechnik Einsatzgebiete Anlagenbau Prozesstechnik Autor: Dietmar Trauzeddel Seiten: ca ISBN Buch: ISBN ebook: Preis: 80,- Erscheint im November elektrowärme international Further information: bestellung@vulkan-verlag.de