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T1 - Einfluss der Strömungsmechanik auf den Verschleiß feuerfester Baustoffe

AU - Vollmann, Sandra

N1 - nicht gesperrt

PY - 2010

Y1 - 2010

N2 - Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit der Erfassung des Strömungseinflusses auf die Lösungskorrosion feuerfester Baustoffe durch Schlacken. Die Lösungskorrosion lässt sich mit Hilfe des 1.Fickschen Gesetztes beschreiben. Zur Anwendung dieses Gesetzes ist die Kenntnis der Grenzschichtdicke bzw. des Quotienten aus dem Diffusionskoeffizienten und der Grenzschichtdicke, der dem Stoffübergangskoeffizienten entspricht, nötig. Aus diesem Grund befasst sich die vorliegende Arbeit mit der Bestimmung dieser Größen. Die Arbeit umfasst die Untersuchung von dynamischen Verschleißtests dem Rotor-Verschlacker und der rotierenden Scheibe sowie einer gespülten Stahlpfanne. Strömungssimulationen (Computational Fluid Dynamics, kurz CFD-Simulationen) mit Einbeziehung der Diffusion wurden durchgeführt, um den Stofftransport Zustellung/Schlacke in Abhängigkeit von Einflussgrößen, insbesondere Prozessparametern zu untersuchen. Folgende Methodik wurde angewandt: -Charakterisierung der vorherrschenden Bedingungen -Eruierung von Einflussfaktoren auf den Stofftransport Feuerfestmaterial/Schlacke -Durchführung einer Dimensionsanalyse zur Auffindung relevanter dimensionsloser Kennzahlen für den Stofftransport Feuerfestmaterial/Schlacke -Durchführung einer Parameterstudie mit Hilfe von Strömungssimulationen unter Berücksichtigung diffusiver Prozesse und Ermittlung der Stoffübergangskoeffizienten -Ermittlung einer Kennzahlen-Gleichung zur Beschreibung des Stofftransports Feuerfestmaterial/Schlacke Die für die gewählten Anwendungsfälle ermittelten mathematischen Zusammenhänge bieten die Möglichkeit das Ausmaß der Lösungskorrosion abhängig von den Einflussfaktoren abzuschätzen. In Kombination mit experimentellen Verschleißuntersuchungen ist somit eine Wichtung der Verschleißmechanismen Korrosion und Erosion möglich. Die Strömungssimulation hat sich als brauchbares Werkzeug zur Charakterisierung der vorherrschenden Bedingungen in metallurgischen Aggregaten erwiesen. Diese Arbeit zeigt, dass auch relevante Informationen im Hinblick auf den Feuerfestverschleiß mit Hilfe von CFD-Simulationen erhalten werden können. Die Anwendung von Strömungssimulationen unter Einbeziehung thermochemischer Betrachtungen in Themenfeld Feuerfestverschleiß scheint zukunftsträchtig und sollte daher forciert werden.

AB - Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit der Erfassung des Strömungseinflusses auf die Lösungskorrosion feuerfester Baustoffe durch Schlacken. Die Lösungskorrosion lässt sich mit Hilfe des 1.Fickschen Gesetztes beschreiben. Zur Anwendung dieses Gesetzes ist die Kenntnis der Grenzschichtdicke bzw. des Quotienten aus dem Diffusionskoeffizienten und der Grenzschichtdicke, der dem Stoffübergangskoeffizienten entspricht, nötig. Aus diesem Grund befasst sich die vorliegende Arbeit mit der Bestimmung dieser Größen. Die Arbeit umfasst die Untersuchung von dynamischen Verschleißtests dem Rotor-Verschlacker und der rotierenden Scheibe sowie einer gespülten Stahlpfanne. Strömungssimulationen (Computational Fluid Dynamics, kurz CFD-Simulationen) mit Einbeziehung der Diffusion wurden durchgeführt, um den Stofftransport Zustellung/Schlacke in Abhängigkeit von Einflussgrößen, insbesondere Prozessparametern zu untersuchen. Folgende Methodik wurde angewandt: -Charakterisierung der vorherrschenden Bedingungen -Eruierung von Einflussfaktoren auf den Stofftransport Feuerfestmaterial/Schlacke -Durchführung einer Dimensionsanalyse zur Auffindung relevanter dimensionsloser Kennzahlen für den Stofftransport Feuerfestmaterial/Schlacke -Durchführung einer Parameterstudie mit Hilfe von Strömungssimulationen unter Berücksichtigung diffusiver Prozesse und Ermittlung der Stoffübergangskoeffizienten -Ermittlung einer Kennzahlen-Gleichung zur Beschreibung des Stofftransports Feuerfestmaterial/Schlacke Die für die gewählten Anwendungsfälle ermittelten mathematischen Zusammenhänge bieten die Möglichkeit das Ausmaß der Lösungskorrosion abhängig von den Einflussfaktoren abzuschätzen. In Kombination mit experimentellen Verschleißuntersuchungen ist somit eine Wichtung der Verschleißmechanismen Korrosion und Erosion möglich. Die Strömungssimulation hat sich als brauchbares Werkzeug zur Charakterisierung der vorherrschenden Bedingungen in metallurgischen Aggregaten erwiesen. Diese Arbeit zeigt, dass auch relevante Informationen im Hinblick auf den Feuerfestverschleiß mit Hilfe von CFD-Simulationen erhalten werden können. Die Anwendung von Strömungssimulationen unter Einbeziehung thermochemischer Betrachtungen in Themenfeld Feuerfestverschleiß scheint zukunftsträchtig und sollte daher forciert werden.

KW - CFD

KW - Feuerfeste Baustoffe

KW - Lösungskorrosion

KW - Korrosion

KW - Verschleiß

KW - Stoffübergangskoeffizient

KW - CFD

KW - refractory

KW - corrosion

KW - wear

KW - mass transfer coefficient

M3 - Dissertation

ER -