Entwicklung einiger mathematischer digitaler Winderhitzermodelle – Zweidimensionale Modelle

Forderungen an die mathematischen Winderhitzermodelle. Berücksichtigung der Wandverluste durch eine Wärmedurchgangszahl der Wandverluste. Annahmen und Differentialgleichungen der ein- und zweidimensionalen Winderhitzermodelle. Zwei verschiedene Lösungswege für das Differentialgleichungssystem des zweidimensionalen Winderhitzermodells.     

Örtliche Korrosion an Schweißnähten von Bauteilen aus unlegierten oder niedriglegierten Stählen

Im Schrifttum werden häufig Vorstellungen über die Mechanismen von örtlichen Korrosionen an Schweißnähten an unlegierten und niedriglegierten Stählen bei Korrosionsbelastung durch Wässer dargelegt, die im Rahmen der Sauerstoffkorrosion unverständlich sind und für die Deutung der Ursachen solcher Korrosionen nicht herangezogen werden können. In der vorliegenden Arbeit werden die verschiedenen Möglichkeiten der örtlichen Korrosion, die im Bereich von Schweißnähten an unlegierten und niedriglegierten Stählen in Wässern auftreten können, erörtert. Dabei wird von den elektrochemischen und chemischen Grundlagen der Sauerstoffkorrosion und der bei dieser Korrosionsart wirksamen Korrosionselemente ausgegangen. Örtliche Korrosionen an Schweißnähten können durch unterschiedliche chemische Zusammensetzung von Grundwerkstoff und Schweißnaht entstehen. Dabei sind die Gehalte an Schwefel und Silicium von besonderer Bedeutung. Korrosionsanfällige Gefüge im Schweißnahtbereich wie auch Einschlüsse im Stahl in kritischer Größe und Verteilung sind ebenso Ursachen für das Auftreten örtlicher Korrosion an Schweißnähten. Das Ausmaß der örtlichen Korrosion an Schweißnähten in Wässern wird aber auch ganz wesentlich durch mediumseitige Parameter bestimmt. Hierbei handelt es sich vor allem um den Gehalt an Neutralsalzen sowie um die Belüftung. Durch die genannten Einflußgrößen kann der Mechanismus der örtlichen Korrosion an Schweißnähten unlegierter und niedriglegierter Stähle in Wässern verstanden werden. Auf der Grundlage der beschriebenen Erkenntnisse können ferner Untersuchungsverfahren für Schweißnahtkorrosionen, Schutzmaßnahmen sowie korrosionssichere Schweißverfahren entwickelt werden.     

Stoffübergang zwischen Gasen und Flüssigkeiten mit natürlicher Konvektion

Überprüfung des früher abgeleiteten Ausdrucks für den Stoffüberyangskoeffizienten durch Versuche an den Systemen Eisen-Wasserstoff, Eisen-Stickstoff und Silber-Sauerstoff und Vergleich der aus den gemessenen Stoffübergangkoeffizienten berechneten Diffusionskoeffizienten der Gase im jeweiligen Lösungsmittel mit Schrifttumsangaben. Quantitative Angabe der kennzeichnenden Gröβe für die Stoff- und Wärmeaustauschvorgänge bei Flüssigkeiten mit verschwindender Prandtl-Zahl in Abhängigkeit von der Wärmestromdichte als Ursache der Strömung.     

Strömungs- und Mischungsprobleme in flüssigen Phasen bei metallurgischen Reaktionen

Bedeutung der Mischungsvorgänge für Stoff- und Wärmetransport sowie für Eigenschaften der Produkte. Beispiele für Mischungsvorgänge flüssiger Phasen bei der Eisen- und Stahlerzeugung. Stofftransport durch Diffusion und Strömung in einem Wirbelballen. Vergleich von diffusionsmäßigem Stofftransport und Konzentrationsausgleich in Wirbelströmungen bei flüssigem Stahl, Gasen und flüssiger Schlacke. Die Mischungszeit als Funktion dimensionsloser Kenngrößen, insbesondere der Reynolds-Zahlen in Mischgefäßen. Angabe von Modellbeispielen: Zulauf von Stahl mit unterschiedlicher Temperatur in eine halbgefüllte Pfanne. Einfluß der Schlackenviskosität auf die Emulsionsbildung von Stahl und Schlacke.     

Lösungsglühen von Carbiden bei relativ niedrigen Temperaturen und Überprüfung mit elektrochemischen Methoden

In der vorliegenden Arbeit wird über Wärmebehandlungen zur Lösung von Chromcarbiden als Vorbeugungsmaßnahme zur Verhinderung der interkristallinen Korrosion berichtet. Vor dem Hintergrund einer möglichen Energieeinsparung wurde ein Temperaturbereich gewählt, der knapp unter dem der industriellen Praxis von 1050°C liegt. Gleichzeitig werden die elektrochemischen Untersuchungsmethoden der Anfälligkeit für interkristalline Korrosion den genormten Methoden gegenübergestellt, um die Anwendungsmöglichkeiten und ihre Verläßlichkeit zu bewerten und einzustufen. Die Ergebnisse zeigen, daß dem Kornzerfall durch Wärmebehandlungen bei 950°C entgegengewirkt werden kann. In vielen Fällen wird diese Temperatur, die rund 100°C unter der in der Industrie angewandten liegt, eine bedeutende Energieeinsparung beinhalten. Allerdings ist diese niedrige Lösungsglühtemperatur nur für molybdänfreie Stähle anzuwenden; für molybdänhaltige, nichtrostende Stähle ist bei Gehalten über rd. 2,5 % Mo eine höhere Lösungsglühtemperatur nach wie vor erforderlich. Das elektrochemische E.P.R.-Verfahren ist eng mit den Versuchen A, C und E der Norm ASTM-A-262 verknüpft. Diese Tatsache wie auch die Einfachheit, Schnelligkeit und der zerstörungsfreie Charakter führen die Autoren zu der Überzeugung, daß die elektrochemische Methode ein idealer Test zur Ermittlung der Anfälligkeit für interkristalline Korrosion ist.     

Erwärmung von Brammen und Knüppeln ohne Randentkohlung durch Kohlenstoffrestauration

Die Erwärmung von kohlenstoffreichem Stahl in oxidierenden Atmosphären führt zur Randentkohlung. Anhand eines vereinfachten mathematischen Modells wird nachgewiesen, daß die Randentkohlung unmittelbar im Anschluß an die Erwärmung wieder rückgängig gemacht werden kann. Das Wärmgut wird hierzu nach Erreichen der Ziehtemperatur in einer kohlenstoffabgebenden Atmosphäre wieder aufgekohlt. Das Verfahren wird als Kohlenstoffrestauration bezeichnet. Für die Guterwärmung kann ein weitgehend konventionell aufgebauter Wärmofen verwendet werden. Die Kohlenstoffrestauration findet in einem zweiten Ofen statt, dessen Atmosphäre durch Teilverbrennung geeigneter Brennstoffe erzeugt wird. Eine Wärmeübertragung an das Gut ist in diesem Ofen nicht vorgesehen. Die Brennstoffe müssen so zusammengesetzt sein, daß bei ihrer Teilverbrennung erstens eine ausreichende thermische Enthalpie freigesetzt wird, mit der die Atmosphäre auf die Wärmguttemperatur erwärmt und Wärmeverluste ausgeglichen werden können und daß zweitens das teilverbrannte Gas noch aufkohlend gegenüber dem randentkohlten Stahl wirkt. Es wird gezeigt, daß Brennstoffe mit einem Atomverhältnis von Wasserstoff zu Kohlenstoff von H/C < 2 beide Bedingungen im allgemeinen gleichzeitig erfüllen. Wärmofen und der Ofen zur Kohlenstoffrestauration sind energetisch gekoppelt, indem das verbrauchte noch brennfähige Aufkohlungsgas im Wärmofen als Brennstoff eingesetzt wird. Die Kohlenstoffrestauration erfordert deshalb einen geringeren Energieaufwand als bisher übliche Verfahren zur Wiederaufkohlung von Stahl. Der Zeitbedarf für die Kohlenstoffrestauration ist aufgrund der hohen Prozeßtemperatur der Wärmzeit des Gutes ähnlich.     

Fehlordnung von Wüstit

Erörterung der Zusammenhänge zwischen physikalisch-chemischen Eigenschaften und der Fehlordnung kristalliner Stoffe. Übersicht über die bisherigen Ergebnisse von Untersuchungen zur Fehlordnung von Wüstit und über die daraus abgeleiteten Modelle. Erläuterung eigener Röntgenbeugungsmessungen und thermogravimetrischer Untersuchungen. Beschreibung eines Modells für die Fehlordnung des Wüstits im Temperaturbereich von rd. 970 bis 1370 K. Ermittlung der Temperaturabhängigkeit der Gleichgewichtskonstante für die Bildung von ?Komplexdefekten?.     

Einfluß der Keimbildung auf die Reduktionsgeschwindigkeit von Eisenoxyden

Beschreibung der Versuchsanordnung und Versuchsdurchführung für das Messen der Reduktionsgeschwindigkeit von künstlich hergestellten Probekörpern aus Hämatit, Magnetit und Wüstit im Temperaturbereich von 200 bis 500 °C bei Reduktion mit Wasserstoff. Einflüsse von Inertgas- und Wasserdampfzumischungen auf die Reduktionsgeschwindigkeit. Deutung der Versuche bezüglich eines Mechanismus für die Keimbildung von Eisen und Erörterung des Einflusses der Keimbildung auf den Ablauf der Reduktion von Eisenoxyden.     

Einfluß von Probengröße und Umformgeschwindigkeit auf die Aufnahme von Fließkurven

Bei der Aufnahme von Fließkurven ist der exakte Einfluß von Probengröße und Umformgeschwindigkeit auf die Fließspannung strittig. Zur quantitativen Ermittlung wurden in Zylinderstauchversuchen für die Werkstoffe Ck45 und X 10 CrNiTi 18 9 bei verschiedenen Umformgeschwindigkeiten und Probengrößen Fließkurven aufgenommen und die Temperaturentwicklung in den Versuchsproben gemessen. Die Untersuchungen haben folgendes gezeigt: Infolge der Umwandlung von Umformarbeit in Wärme nimmt die für die Fließspannung maßgebliche Probentemperatur während der Umformung zu. Diese ?Verfälschung” der Umformtemperatur der Probe wird durch die jeweils vorliegende Wärmeableitung in die Versuchswerkzeuge mehr oder weniger stark kompensiert. Sowohl Probengröße als auch Umformgeschwindigkeit haben über die Beeinflussung dieser Wärmeableitung einen erheblichen Einfluß auf die Fließspannung, wobei bei der Umformgeschwindigkeit dieser Einfluß teilweise den primären, festigkeitssteigernden Einfluß mehr als aufhebt. Nach den vorliegenden Ergebnissen führt die auf Fließkurven aufbauende Berechnung von Umformprozessen nur dann zu exakten Werten, wenn die thermomechanischen Verhältnisse bei Umformprozeß und Fließkurvenaufnahme ähnlich sind. In anderen Fällen ist es allerdings möglich, die jeweils benötigten Fließkurven unter Berücksichtigung der Temperaturverhältnisse mit relativ hoher Genauigkeit aus adiabaten oder isothermen Fließkurven näherungsweise rechnerisch zu bestimmen.     

Thermisches Betriebsverhalten einer Bandsinteranlage

Es wird ein vereinfachtes mathematisches Modell vorgestellt, mit dessen Hilfe das thermische Betriebsverhalten einer Bandsinteranlage in Abhängigkeit verschiedener Parameter wie Koksgrusgehalt oder Feuchte der Sintermischung beschrieben werden kann. Das Modell enthält als Grundgleichung die instationäre Wärmetransportgleichung, die mit einem modifizierten Newton-Euler-Verfahren gelöst wird. Es ist so konzipiert, daß es in ein umfassendes Energiemodell für ein Hüttenwerk integriert werden kann. Es dient damit im weiteren Sinne als Hilfsmittel für die Energiesteuerung im Hüttenwerk. Durch Simulationsrechnungen wird der Einfluß von Wärm- und Wärmebehandlungshauben über dem Sinterband auf die Leistungsfähigkeit der Sinteranlage aufgezeigt. Je nach Abdeckungsgrad des Sinterbandes durch Wärmhauben und den dort herrschenden Temperaturen kann bis zu 15% Koksgrus eingespart werden.     

Optimierung kontinuierlich betriebener Durchlauföfen mit Hilfe von Teilbilanzen

Bei der energetischen Optimierung von Durchlauföfen ist insbesondere die Frage zu beantworten, in welcher Weise der Gesamtprozeß von seinen Teilprozessen - wie z. B. Vorwärmung des Gutes in der Vorwärmzone, Erwärmung des Gutes im beheizten Ofenteil und Luftvorwärmung im Rekuperator - beeinflußt wird. Dazu ist es zweckmäßig, außer einer Gesamtbilanz Teilbilanzen für die einzelnen Prozeßstufen aufzustellen. Die Verknüpfungen zwischen den Wirkungsgraden der Teilprozesse mit den entsprechenden Wirkungsgraden für den Gesamtprozeß liefern dann die gesuchten Beziehungen. Dabei zeigt sich, daß es aus energetischen Gründen gleichgültig ist, ob eine Wärmerückgewinnung durch Vorwärmung des Wärmgutes oder durch Vorwärmung der Verbrennungsluft erreicht wird. Es hängt aber von der Art des Brennstoffes ab, in welchem Maße eine Luftvorwärmung möglich ist. Insbesondere bei Öfen mit Schwachgasbeheizung (Gichtgas) ist eine relativ hohe Gutvorwärmung erforderlich, was bekanntlich zu Bauformen mit langer Vorwärmzone führt. Zur Bestimmung der im einzelnen benötigten Ofenlängen sind die maßgebenden Gleichungen für die Wärmeübertragung und gegebenenfalls für den Ausbrandverlauf hinzuzuziehen.     

Untersuchungen über den Wärmeübergang zwischen Block und Kokille beim Erstarren von Stahl

Messung des Wärmeübergangs zwischen Block und Kokille beim Erstarren von steigend vergossenen 1,4-t-Stahlblöcken aus beruhigtem unlegiertem Stahl bei Erfassung der Temperaturverteilung in der Kokille, der Oberflächentemperatur des Blockes, der Temperaturen in der festen und flüssigen Phase sowie des Zeitpunktes der Luftspaltbildung. Angaben über den Abbau der eingebrachten Überhitzung von rd. 50 °C. Aussagen über die Wärmeströme, die abgeführten Wärmemengen und über ein vereinfachtes Erstarrungsgesetz. Darstellung der Abweichungen vom √t-Gesetz. Ermittlung von Wärmeübergangskoeffizienten für verschiedene Stellen des Blockes in Abhängigkeit von der Erstarrungszeit. Erörterung des Mechanismus des Wärmeübergangs zwischen Block und Kokille.     

Systematische Gefügeuntersuchungen am martensitaushärtenden Stahl X 2 NiCoMo 13 15 10

An dem als höchstfest bekannten martensitaushärtenden Stahl X 2 NiCoMo 13 15 10 wurden die Ausscheidungs- und Umwandlungsvorgänge untersucht. Neben der Licht- und Rasterelektronenmikroskopie kam dabei vor allem der Transmissionselektronenmikroskopie die entscheidende Bedeutung zu. Der Einfluß verschiedener Wärmebehandlungen auf das Gefüge wurde durch die Messung der Härte, durch Röntgenbeugung, durch Röntgenmikroanalyse und durch dilatometrische Untersuchungen verfolgt. Die ermittelten Ergebnisse wurden zur Herstellung von Präzisionskaltband auf die betriebliche Wärmebehandlung übertragen.     

Über den Einfluß von Wärme- und Stoffübergang bei heterogenen Reaktionen zwischen Gasen und dichten Festkörpern

Allgemeine Betrachtung über heterogene Reaktionen zwischen Gasen und Feststoffen und Erörterung der maßgebenden Gleichungen für den Abbau von festen Ausgangsstoffen: Darstellung der Bedeutung von Stoffübergang, Porendiffusion, chemischer Kinetik, Wärmeübergang und Wärmeleitung für den Reaktionsablauf. Definition einer neuen Beziehung für die Reaktionsgeschwindigkeit für geringe Gleichgewichtsabweichungen in der Gasphase zur Beschreibung des Einflusses der einzelnen Teilschritte. Als Beispiel Darstellung des Einflusses von Wärme- und Stoffübergang auf den Reaktionsablauf.     

Einfluß der Bainitausbildung auf die Zähigkeit von unlegierten Baustählen

Bei dem Zweikomponentengefüge Bainit sollte der Einfluß der Ausbildungsform auf die Zähigkeitseigenschaften, hier repräsentiert durch die Kerbschlagarbeit, untersucht werden. In Proben aus zwei Stählen, deren Zusammensetzungen den Sorten StE 690 bzw. StE 355 entsprechen, wurden durch unterschiedliche Wärmebehandlungen oder durch Variation des Mangangehaltes verschiedenartige Bainitstrukturen eingestellt. Es wurde gefunden, daß die Bainitstruktur einen sehr starken Einfluß auf die Temperaturlage der Kerbschlagarbeit-Temperatur-Kurven ausübt. Ein Übergang von feinnadeligem zu körnigem Bainit führt zu einer Verschiebung der Übergangstemperatur von über 100 K. Dieser starke Einfluß wird dadurch erklärt, daß bei nadeligem Bainit die Nadelbreite und bei körnigem Bainit die ehemalige Austenitkorngröße für die effektive Korngröße maßgebend sind.     

Die Reduktion von Eisenerzen mit Wasserstoff im Zweikomponenten-Fluidatbett

Untersuchung von Agglomerationserscheinungen im Reduktionsfluidatbett. Möglichkeiten zur Unterdrückung des Zusammenbackens der Teilchen. Reduktionsversuche im Zweikomponenten-Fluidatbett. Aussagen über das Verhalten der zweiten Komponente. Elektronenmikroskopische Untersuchungen der Reaktionsprodukte. Gewinnung von Wasserstoff für das Fluidatbett mit der Dampfphase-Elektrolyse und Deckung des Wärmebedarfs durch Kernwärme. Angabe von Fließschema und Energiebilanz für ein zukünftiges, diskontinuierlich arbeitendes Dreistufen-Reduktionsverfahren im Fluidatbett.     

Grundlagen des Thermocoil-Verfahrens zur Herstellung höherfester Betonstähle auf Drahtwalzanlagen

Die anlagentechnischen und technologischen Bedingungen von modernen Drahtwalzanlagen bieten besondere Möglichkeiten zur Herstellung von höherfesten Betonstählen durch thermomechanische Behandlung. Vorverformungen in der Vor- und Mittelstaffel und die hohe und schnelle Endumformung im Drahtblock führen zu einem sehr feinkörnigem Austenitgefüge am Ende des Umformprozesses, das durch eine auf die chemische Zusammensetzung des Stahles abgestimmte Druckwasserkühlung im Anschluß an den Walzprozeß in ein entsprechend feinkörniges Sekundärgefüge, gegebenenfalls kombiniert mit einer partiellen Vergütung (Vergütung der Randzone), umgewandelt werden kann. Die zeitliche Veränderung der Temperaturverteilung über den Querschnitt im Verlauf der Druckwasserkühlung und des nachfolgenden Temperaturausgleichs an Luft läßt sich mit geeigneten mathematischen Modellen berechnen, so daß aus den bekannten Zusammenhängen zwischen Eigenschaften, Struktur und Abkühlbedingungen die anlagentechnischen Parameter für die thermomechanische Behandlung von Betonstählen auf Drahtwalzanlagen rechnerisch ermittelt werden können. Die Beherrschung der beim Durchlauf durch die Wasserkühlstrecke auf den Walzdraht wirkenden Bremskräfte erfordert eine spezielle Technologie für den Betrieb der Drahttreiber.     

Mathematische Modelle für verfahrenstechnische Hochtemperaturprozesse,erläutert am Beispiel des Glasschmelzofens

Betrachtungen über die Begriffe ?Mathematisches Modell” und ?Hochtemperaturverfahrenstechnik”. Bildung von Kenndaten, Studium von Einzelvorgängen sowie physikalische Modelle als Vorstufe der mathematischen Modelle, die die gesamte Anlage umfassen. Aufbau und Wirkungsweise einer Glasschmelzwanne. Wärmebilanz- und Wärmeaustauschgleichung für den Einschmelzbereich und für den Blankschmelz- und Läuterbereich als Grundlagen des mathematischen Modells. Voraussetzungen für dieses Modell. Darstellung der Anwendbarkeit des Modells am Beispiel der Überprüfung des Zusammenhanges zwischen Wärmeverbrauch und Schmelzleistung und der Überprüfung der Gleichmäßigkeit der Wärmezufuhr einer Glasschmelzwanne bei Steigerung der Leistung. Überprüfung des Einflusses elektrischer Zusatzheizung auf die Schmelzleistung. Hinweis auf die Bedeutung, die einer analytischen Erfassung der Glasströmung in Hinsicht auf die Anwendbarkeit und Genauigkeit des Modells zukommt. Berücksichtigung der Glasqualität und die Schlierigkeit des Glases. Rechnerische Berücksichtigung des Auszieheffektes sowie der Diffusion.     

Entwicklung eines Simulationsmodells zur Berechnung der Blechprofile beim Kaltwalzen breiter Bleche auf einem Sendzimir-Sexto-Walzgerüst

Es wird ein Simulationsmodell vorgestellt, das die Berechnung der sich einstellenden Blechprofile beim Kaltwalzen von Blechen auf einem Sendzimir-Sexto-Walzwerk ermöglicht. Die Überlagerung der aus den Walz- und Stützkraftverteilungen resultierenden Walzensatz- und Gehäusedeformationen ergeben die Gesamtauffederung des Gerüstes. Gemeinsam mit der durch den Arbeitswalzenschliff und durch die Stützwalzenbiegung vorgegebenen Leer-Walzspaltkontur bestimmt sie die für die Ausbildung des Blechprofils maßgebliche Form des Lastwalzspaltes. Lösungskriterien für die Ermittlung der auftretenden Stützkräfte ist die geometrische Kompatibilität von Arbeits- und Stützwalzen in ihren Berührzonen. Zwei aneinandergeschachtelte Iterationszyklen ermöglichen die Berücksichtigung der Wechselwirkungen zwischen den Lastverteilungen, den elastischen Deformationen des Walzgerüstes und den plastischen Formänderungen des Walzgutes.     

Die Entkohlung von Eisen-Kohlenstoff-Legierungen durch Zunderschichten

Theoretische Betrachtungen zur Löslichkeit von Kohlenstoff im Wüstit und Mangan(II)-oxid. Leitfähigkeitsmessungen an Wüstit bei 800 °C sowie Differenzdruckmessungen an Wüstit bei 750 und an Mangan(II)-oxid bei 927 °C zur Ermittlung der Kohlenstofflöslichkeit. Entkohlung von Eisen-Kohlenstoff-Legierungen ohne Zunderbildung und nach dem Aufwachsen einer Zunderschicht. Erörterung des Entkohlungsmechanismus und Ermittlung des Reaktionsortes für den Umsatz des Kohlenstoffs mit dem oxydierenden Gas.