CD-Labor for Magnetohydrodynamische Anwendung in der Metallurgie

In der Metallurgie werden viele neue Verfahren aufgrund des mangelnden Prozessverständnisses derzeit mittels Trial-and-Error eingeführt. Dieses CD-Labor versucht, Wissenslücken systematisch zu schließen und somit grundlegende Innovation zu ermöglichen.

Bei industriellen Prozessen, insbesondere in der metallurgischen Industrie, ist der Einsatz elektromagnetischer Felder weit verbreitet. Die Wechselwirkung zwischen den involvierten Fluiden (metallische Schmelzen, Salzschmelzen, Plasmas und Elektrolytlösungen) und elektromagnetischen Feldern führt zur sogenannten Lorentz-Kraft und zur elektrischen Induktion. Eine entsprechende Gesamtbetrachtung dieser Wechselwirkung wird als Magnetohydrodynamik (MHD) bezeichnet. Die genaue Kenntnis der MHD eines metallurgischen Vorgangs ermöglicht die direkte Einflussnahme auf im Prozess ablaufende Details. Wichtige Beispiele hierfür sind induktives Schmelzen, Rühren und Pumpen, Stabilisierung von Schmelzen, freien Oberflächen und Grenzflächen, sowie magnetisches Levitieren, d.h. freie Schweben, elektrisch leitender Fluide. Trotz seiner Bedeutung werden aufgrund eines fehlenden quantitativen Verständnisses neue MHD Aggregate in der Industrie häufig auf der Basis von kostspieligen experimentellen Versuchen eingeführt, d.h. ein Prozess wird von Laborexperimenten, über Versuche an Pilotanlagen, bis zur Implementierung in der industriellen Produktion nach dem Trial-and-Error-Prinzip entwickelt. Dieses CD-Labor versucht nun, ausgewählte metallurgische Prozesse wissenschaftlich zu beschreiben und somit strukturiert zu optimieren. In der metallurgischen Industrie Österreichs werden MHD-Technologien bereits standardmäßig eingesetzt. Weitere Innovationen sind allerdings nur möglich, wenn diese Technologien besser wissenschaftlich durchdrungen und teils widersprüchliche experimentelle Beobachtungen verstanden und steuerbar werden. Im Fokus stehen dabei die Modellierung der Wirkung von elektromagnetischem Bremsen beim Dünnbrammengießen, die Metallraffination mittels MHD und die MHD des Elektrolichtbogenofens. Hierzu werden moderne, rechnergestützte Methoden mit der Beschreibung der Physik der Erstarrung und der MHD gekoppelt und bestehende numerische Ansätze erweitert und auf die entsprechenden industriellen Prozesse angewendet.