Heisse Berechnungen

Anbieter zum Thema

Hartmetall-Werkzeugfabrik Paul Horn GmbH

Schwarz AG - Warmpresswerk

Siemens Schweiz AG

Comsol Multiphysics GmbH

Simulation ist ein äusserst wichtiger Schritt beim Design elektromagnetischer Rührer, um beste Stahlqualitäten zu produzieren. Solche hochgradig legierten Stähle werden unter anderem für Kugellager verwendet, wo besonders hohe Reinheitsansprüche gelten. Erforderlich sind auf das Minimum begrenzte Verunreinigungen durch Nichtmetalle, geringste Seigerungen und eine feinkörnige Mikrostruktur. «Im Prinzip muss bei allen unseren Untersuchungen das Zusammenwirken verschiedener Teilbereiche der Physik beachtet werden wie Elektromagnetik, Strömungsdynamik von Flüssigkeiten und Gasen, Phasenumwandlungen, Wärmetransport und Mechanik. Comsol Multiphysics erlaubt es uns als einzige Software, all diese Effekte in einer einzigen Plattform gekoppelt zu simulieren.»

Vorhersage von Erstarrung und Schrumpfverhalten

Man soll das Eisen schmieden, solange es noch heiss ist – getrost dieses alten Sprichworts zeichnet sich in der Stahlherstellung ein neuer Trend ab, der den Strangguss weiter optimieren soll und Ressourcen spart. Werden die noch glühenden Stränge unmittelbar nach dem Verlassen der Gussanlage gewalzt, entfällt sowohl der Prozess der Abkühlung als auch das energieaufwändige Wiederaufheizen. Dieser Prozess, den man Heisseinsatz nennt, erfordert allerdings ein noch genaueres Verständnis der Erstarrung des Stahls. N. Grundy erklärt: «Die kupferne Giessform oder Kokille ist das Herzstück jeder Stranggussanlage, denn dort formt sich die erste feste Haut auf dem glühenden Stahl. Ein Knüppel wird nur dann fehlerlos sein, wenn die innere Form der Kokille genau der natürlichen Schrumpfung folgt, die der Stahl bei der angelegten Kühlung von selbst einnehmen würde. Die Strangoberfläche muss nämlich absolut fehlerlos sein, wenn sie direkt im Heisseinsatz verwalzt werden soll.»

Das SMS-Concast-Team verwendet ein Comsol-Modell, um die komplexen Wärmetransportprozesse zu verstehen, die während dieser ersten Erstarrung in der Kokille stattfinden. Die Ergebnisse führten zu neuartigen Designs von Giessformen mit abgerundeten Ecken. Die Ecken bleiben nach dem Guss warm und führen zu einer gleichmässigeren Oberflächentemperatur. Derartige Knüppel können unmittelbar in die Walzanlage geschickt werden, ohne Abkühlung und erneute Aufheizung in einem Ofen, der in der herkömmlichen Herstellungsweise mit fossilen Brennstoffen beheizt wird. Dieses innovative Design wurde 2010 erfolgreich bei Tung Ho Steel in Taiwan eingeführt, einem Stahlwerk, das komplett ohne gasbefeuerte Wiederaufheizung auskommt. Die ökologischen und ökonomischen Vorteile können sich sehen lassen: Die jährlichen CO₂-Emissionen konnten um 40 000 Tonnen reduziert werden – das entspricht etwa dem Ausstoss von 20 000 Autos.

Simulieren und validieren

«Wann immer möglich, möchten wir unsere Simulationen natürlich an Hand von Messungen oder physikalischen Modellen validieren», resümiert N. Grundy. «Um unsere Strömungssimulationen im Zwischenbehälter zu überprüfen, baute ein Kunde ein massstabgetreues Modell mit Wasser in einem Plexiglasbehälter und fand eine exzellente Übereinstimmung zwischen den Berechnungen und Beobachtungen. Mit dem Vertrauen in unsere Modelle wächst auch das Selbstvertrauen, noch komplexere Szenarien des Machbaren auszutesten.» Dieses Vorgehen zahlt sich für das Unternehmen aus. Der weltweit breiteste Strang für I-Träger-Vormaterial (1150 mal 490 mal 130 Millimeter) wird bereits auf einer Anlage von SMS Concast in Deutschland gegossen und der grösste jemals gegossene Rundblock (1000 Millimeter Durchmesser) wird in einem südkoreanischen Werk noch dieses Jahr in Produktion gehen. <<

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