Zugl.: München, Techn. Univ., Diss., 2008

Zugl.: München, Techn. Universiẗat, Diss., 2008.

Techn. Universiẗat, Diss., 2002--Berlin.

Techn. Universiẗat, Diss., 2004--Freiberg (Sachsen).

Aufbauend auf theoretischen Untersuchungen wurde eine Versuchsapparatur zum Stranggießen kleinster Profile, deren Abmessungen und Profilausprägungen unter 1 mm liegen, konzipiert, gebaut und erprobt. An Hand eines empirischen sowie eines analytischen Modells wurden die Prozessparameter sowie die Möglichkeiten der Prozesssteuerung analysiert. Im Versuchsmaßstab konnten Stränge unterschiedlicher Querschnittsformen (Stern-, Vierkant- und Kreisprofile) aus niedrig schmelzenden Metallen gegossen werden. Die Untersuchungen ergaben, dass die Strangqualität (Oberflächengüte und Formausprägung) wesentlich von der Lage der Erstarrungsfront während des Gießprozesses abhängt und durch die Gießgeschwindigkeit gesteuert werden kann. Die beste Qualität wird erzielt, wenn der Strang nahe dem Formausgang erstarrt. Schon geringfügige Schwankungen der Phasengrenze um wenige Zehntel Millimeter wirken sich auf die Qualität der Gussstränge aus.

Ziel der Arbeit war es die Modelle des Sonderforschungsbereiches (SFB) 920 zur Filtration von Stahlschmelzen erstmals im industriellen Maßstab zu überprüfen. Dafür wurden zwei Arten großformatiger Filter entwickelt: 1. Schaumfilter mit Zylindergeometrie mittels einer modifizierter Replikaroute und 2. “Spaghettifilter” mittels robotergestützten Gelcastings auf Alginatbasis. Die mechanischen und strukturellen Eigenschaften der Filtermaterialien wurden in Abhängigkeit verschiedener Herstellungsparameter untersucht und die Einsatzfähigkeit geeigneter Filterprototypen wurde im Stahlgusssimulator des SFB 920 evaluiert. Die finalen Filterbauteile wurden im Stranggießverteiler des Industriepartners thyssenkrupp Steel Europe AG für circa 45 Minuten bei >1550 °C in die Stahlschmelze eingetaucht. Schaumfilter mit der richtigen Einsatzkonfiguration überstanden die Prozessbedingungen trotz Thermoschock und Schlackekontakt. Post-mortem-Untersuchungen der Filteroberfläche zeigten klare Anzeichen für reaktive und aktive Filterwirkung wie sie aus Laborversuchen bekannt sind. Die Industrietests zeigten somit den ersten Machbarkeitsnachweis für das neuartige Filterkonzept.

In der vorliegenden Arbeit wurden 3D-Strömungszustände und die Bewegung an der Badoberfläche in Abhängigkeit von den Betriebsparametern mit der LDA-Methode im 1:2 Modell einer Stranggießkokille mit Fr-Zahl als Ähnlichkeitskriterium untersucht. Auf Basis der Messdaten wurde der obere Kokillenbereich in 7 Teilräumen stromabwärts unterteilt. Der Verlauf der Freistrahlausbreitung wurde durch eine Exponentialfunktion beschrieben. Nahe am Tauchrohraustritt wurde das Medium sowohl in den austretenden Strahl als auch in das Tauchrohr hinein eingesaugt. Die Frequenz und die Amplitude der Oberflächenschwankungen wurden nach der Leitfähigkeitsmethode gemessen. Dort dominierten drei Frequenzbereiche. In der Strömungsgeschwindigkeit beim Austritt des turbulenten Freistrahles wurden auch entsprechende nieder- und hochfrequente Anteile gemessen. Die Badoberflächenschwankungen wurden an vier Positionen gleichzeitig bestimmt. Mit steigender Fr-Zahl nahm der Mittelwert der Badoberflächenschwankung zu. Zwischen den Fr-Zahlen und den normierten Amplituden der Badoberflächenschwankungen (Mittelwert der Amplitude / hydraulischer Durchmesser der Tauchrohraustrittsfläche), konnte ein linearer Zusammenhang festgestellt werden. Die numerischen Ergebnisse (Fluent), die mit unterschiedlich definierten Randbedingungen des Strahlaustrittes berechnet wurden, ergaben eine gute Übereinstimmung mit den experimentellen Ergebnissen, wenn die Randbedingungen am Tauchrohraustritt auf experimentellen Messdaten basierten. Liegen diese Messdaten nicht vor, dann kann das Ergebnis einer numerischen Untersuchung verbessert werden, indem die stromaufwärts liegenden Systemteile in die Rechensimulation einbezogen werden.

Mathematical modelling using advanced approach based on the neural networks has been applied to the control and the quality optimisation in the main processes of steelwork such as the ladle metallurgical treatment and continuous casting. Particular importance has been given to the improvement of breakout prediction system and the reduction in the rate of false alarm generated by the conventional breakout detection system. Prediction of the chemical composition and temperature of liquid steel in the ladle has been achieved by neural networks and linear model. This prediction can be considered as a soft sensor. Slab surface temperature stabilisation on the basis of the casting events has been controlled by a neural networks algorithm, that gives an improvement in the surface temperature fluctuation in comparison to the conventional control system which is based on the PID controller. Quality monitoring and classification is also achieved by a neural network which is related to the breakout detection system. This technique achieves a classification of different defects based on the different alarm signal given by the breakout prediction system. Fault detection and process monitoring is developed using neural networks modelling. All models are developed on basis of practical operating database obtained from the iron and steel industry.

Zugl.: Aachen, Techn. Hochsch., Diss., 2008

Universiẗat, Diss., 2006--Linz.