Simulation of refractory wear by melts and calculation of wear parameters

Publikationen: Thesis / Studienabschlussarbeiten und HabilitationsschriftenDissertation

Abstract

Diese Arbeit beschäftigt sich mit der Simulation von Lösungskorrosion und Erosion von feuerfesten Baustoffen durch Schmelzen und mit der Berechnung von Verschleißparametern. Die experimentelle Grundlage bildet das Fingertest-Experiment, wobei ein hochmodernes Gerät verwendet wird. Dieses ermöglicht die Vermessung der Probenoberfläche bei Prüftemperaturen mittels Laser. Die Lasermessung der verschlissenen Probenoberfläche liefert die Erosions-/Korrosionsprofile, die für die Modellvalidierung und inverse Berechnung der Verschleißparameter verwendet werden. Strömungssimulation (Computational Fluid Dynamics) wird zur Berechnung des durch die Rotation der Probe in der Schmelze induzierten Strömungsfeldes eingesetzt. Das erstellte Modell für die Lösungskorrosion stellt eine Verbesserung zur Litera-tur dar, da es den Effekt der Stefan-Geschwindigkeit auf die effektive Diffusionsgrenz-schichtdicke und den konvektiven Anteil des Stoffstroms berücksichtigt. Darüber hinaus wird auf Basis der Grenzschichttheorie ein asymptotischer Ansatz für große Schmidt-Zahlen ver-wendet, um den Rechenaufwand im Modell zu reduzieren. Das Modell wurde erfolgreich mittels dokumentierten Stofftransportgleichungen verifiziert und durch Vergleich mit den Fingertest-Experimenten validiert. Die Bestimmung der effektiven binären Diffusionskoeffizienten wurde durch zwei Methoden durchgeführt: aus der experimentellen durchschnittlichen Stoffstromdichte und durch Kurvenanpassung der simulierten Auflösungskurven an die experimentelle. Die Ergebnisse stimmten mit den in der Literatur präsentierten Ergebnissen sowie mit weiteren überein, die unabhängig von den hier durchgeführten Experimenten durch in-situ Schmelzversuche mit dem konfokalen Laserscanningmikroskop und zugehöriger Hochtemperaturkammer durchgeführt wurden. Das Modell für Erosion feuerfester Baustoffe berücksichtigt die zeitliche Änderung der Probengeometrie, das Ergebnis ist ein simuliertes Erosionspro-fil. Das verwendete Erosionsgesetz ist eine Funktion der Wandschubspannung und beruht auf einer Analogie zur Bodenerosion. Ein inverses Berechnungsverfahren zur Bestimmung der Erosionsparameter wurde programmiert und zunächst mit künstlich erzeugten Erosionsprofilen getestet. Das Testproblem zeigte die Durchführbarkeit einer inversen Berechnung mit einem zweiparametrigen Erosionsgesetz. Anschließend wurde das inverse Problem erfolgreich zur Berechnung der Erosionsparameter bei der Erosion einer grobkeramischen Feuerfestprobe aus Aluminiumoxid angewendet.

Details

Titel in ÜbersetzungSimulation des Feuerfestverschleißes durch Schmelzen und Berechnung von Verschleißparametern
OriginalspracheEnglisch
QualifikationDr.mont.
Gradverleihende Hochschule
Betreuer/-in / Berater/-in
StatusVeröffentlicht - 2022