Physikalische und numerische Untersuchungen eines modularen Tauchrohrsystems für die Herstellung von Edelstahl in einer Bandgießanlage nach dem vertikalen Zwei-Rollen-Prinzip

Im Jahr 2015 wurden weltweit 1623 Mio. t Stahl hergestellt [68], 42.7 Mio. t davon in Deutschland. Der Anteil von Oxygenstahl betrug dabei ca. 70 %. Der restliche Anteil wurde über die Elektrostahlroute gewonnen [67]. In Deutschland werden etwa 96 bis 97 % über kontinuierliche Verfahren vergossen. Nicht-kontinuierliche Verfahren, wie der Blockguss, werden üblicherweise nur noch für die Produktion von speziellen Legierungen verwendet. Die Vorteile der kontinuierlichen Verfahren liegen zum einen im erhöhten Durchsatz sowie Ausbringen und zum anderen in den damit verbundenen Einsparungen an CO2-Emissionen aufgrund des verringerten Energiebedarfs. Durch endabmessungsnähere Gießformate kann die Energieeffizienz und damit die Umweltbelastung weiter reduziert werden. Die Entwicklung und Etablierung des Dünnbrammenstranggusses ist hierfür ein gutes Beispiel. Durch das kleinere Querschnittsformat im Vergleich zur normalen Dickbramme sind zum Erreichen gleicher Banddicken weniger Umformschritte erforderlich. Dies bedeutet gleichzeitig eine Reduktion der Wiedererwärmungsschritte des Stahls. Durch diese Änderung verringert sich der Energiebedarf für die Herstellung einer Tonne Stahl von 2110 auf 1060 MJ [16]. Durch den Einsatz der Bandgießtechnologie wird direkt ein fertiges Warmband aus der flüssigen Schmelze erzeugt. Das bedeutet, dass die energieintensiven Wiedererwärmungen vor dem Warmwalzen entfallen. Dabei muss das produzierte Band den gleichen qualitativen Ansprüchen genügen wie das konventionell hergestellte Band. Auf Grund der hergestellten geringen Querschnitte, die mit einer höheren spezifischen Oberfläche verbunden sind, und den vergleichsweise hohen Gießgeschwindigkeiten ist dieser Prozess eine Herausforderung. Daher spielt die Strömung bei diesem Prozess eine wichtige Rolle. Sie muss für eine gleichmäßige Verteilung der Schmelze bzw. der Energie im Pool sorgen, während hohe Anforderungen an die Strömung auf der freien Oberfläche gestellt werden. Hierzu wurden im Rahmen dieser Arbeit Untersuchungen an einem physikalischen Wassermodell einer Bandgießanlage im industriellen Maßstab durchgeführt. Die Einflüsse der Strömung auf die Temperaturverteilung wurden mittels numerischer Simulationen untersucht.