CD-Labor for Mehr-Phasensimulation metallurgischer Prozesse

Ziel der Forschung ist die Entwicklung von Computersimulationen, die verschiedene Prozesse der Metallherstellung exakt beschreiben und zu ihrer Optimierung beitragen.

In vielen Prozessen der Metallgewinnung und -herstellung (Metallurgie) spielen die Bewegungen von festen und gasförmigen Bestandteilen einer Schmelze eine wichtige Rolle. Diese Bewegungen haben auf die Qualität des fertigen Produkts maßgeblichen Einfluss. Im Rahmen der Forschungsarbeiten werden ausgewählte metallurgische Prozesse näher analysiert und mathematisch beschrieben.

Zu den ausgewählten Prozessen zählt die Makroseigerung bei einer Reihe von verschiedenen Herstellungsverfahren. Dabei handelt es sich um die ungewollte Entmischung einer Schmelze, die aufgrund verschiedener physikalischer Vorgänge entsteht. Diese wird beim Gießen von Edelstahl untersucht sowie beim Strangguss von Phosphorbronze. Aber auch das Vermeiden der Makroseigerung durch mechanisches Einwirken auf die Stränge (Softreduktion) wird in die Forschung einbezogen.

Weitere Prozesse, die dabei analysiert und numerisch beschrieben werden, sind die Bewegungen nicht metallischer Fremdpartikel und Gasblasen beim Strangguss von Stahl. Ebenso die Entwicklung von Gefügen (allgemein eine Mischung von Bestandteilen, die mechanisch wechselwirken) wird untersucht.

Zusätzlich wird das sogenannte Nachspeisen analysiert, ein Vorgang, bei dem eine Schmelze aufgefüllt wird, um Volumenverlust beim Erstarren – und damit Hohlräume im Metallblock – zu verhindern. Dabei wird speziell die Elektro-Schlacken-Umschmelzung betrachtet, bei der die Nachspeisung mittels eines induktiv erwärmten Schmelzrückstands (Schlacke) erfolgt.

Außerdem werden lokale Ereignisse, die zum erneuten Aufschmelzen eines bereits erstarrten Materials führen, analysiert und simuliert. Insbesondere werden die Turbulenzen in Gas-Schmelze-Strömungen bei der Herstellung von sogenannten Verbundgroßgusskomponenten untersucht.

Die gewonnenen Daten und entwickelten Simulationen helfen, die jeweils ablaufenden physikalischen Vorgänge zu verstehen, und zentrale Prozesse zu optimieren.