Titel:
Entwicklung einer intelligenten und flexiblen Gießeinrichtung mit drei Kammern sowie thermischem Schutz eines Fingerinduktors zur Schmelzeaufmischung zum schnellen Legierungswechsel (5 min) während des Gießprozesses
Medieninhalt:
Projektverantwortlicher:
Prof. Dr. G. Wolf, Dr. C. Dommaschk, Dipl.-Ing. Martin Heunisch-Grotz
Beschreibung:
Die prozesssichere Herstellung von Gusseisen mit Kugelgrafit (GJS) ist von zentraler Bedeutung für verschiedenste Industriezweige, u.a. den allgemeinen Maschinenbau und die Landmaschinenindustrie. Üblicherweise wird die gewünschte Legierungszusammensetzung – bis auf die im Prozessschritt der Nodularisierung eingebrachten Mengen an Magnesium und Silizium – in großen und meist induktiv beheizten Schmelzaggregaten eingestellt, die aufgrund des Ihnen eigenen hohen Energieeintrages inkl. Badbewegung eine gleichmäßige Schmelzequalität gewährleisten können.
Diese Vorgehensweise hat allerdings einige Nachteile bezüglich der Flexibilität des Gießprogrammes, da in großen Schmelzaggregaten bis auf Abbrand Legierungselementgehalte stets nur durch Zugabe erhöht werden können. Insbesondere ist dies für den Wechsel zwischen ferritischem und perlitischem GJS bedeutsam, da ersteres niedrigere Gehalte einiger Legierungselemente (besonders Cu, Sn und Mn) voraussetzt.
Um Gießereien größere Flexibilität in Bezug auf Ihr Gießprogramm zu ermöglichen, soll im Rahmen des vorliegenden AiF-ZIM-Projektes eine Gießeinrichtung mit drei Kammern sowie thermischem Schutz eines Fingerinduktors zur Schmelzeaufmischung in GJS-Legierungen entwickelt werden. Dies hat zum Ziel, kleine Chargen bereits magnesiumbehandelter, niedriglegierter Basisschmelze kurz vor dem Abguss mit Hilfe von Blank- oder Fülldrähten aufzulegieren, wobei die Elemente Cu, Si, Mn und Mo von besonderer Bedeutung sind. Hierbei sind die beiden beteiligten Partnerunternehmen (MAS Metallverarbeitung GmbH, MiTec Middeldorf GmbH & Co. KG) für die Konstruktion der Anlage und die Entwicklung des Feuerfestkonzeptes zuständig.
Am Gießerei-Institut soll ein Simulationsmodell zur Abbildung der Schmelzbadbewegung sowie der Drahtauflösungs- und Homogenisierungsprozesse in der Gießeinrichtung entwickelt werden. Aus bestehenden Publikationen zu diesem Thema ist bekannt, dass die durch Induktion verursachte Schmelzbadbewegung und die damit einhergehenden Stoffübertragungsprozesse nur durch Large Eddy Simulationen (LES) adäquat erfasst werden können. Für die Auflösung von Fülldrähten müssen eigene Solver entwickelt werden, die je Korngrößenverteilung auch die Nutzung von Euler-Lagrange-Modellen notwendig machen.
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Abbildung 1: Mit Large-Eddy Simulation berechnetes Geschwindigkeitsfeld in einem induktiv gerührten Schmelzbad. Zu erkennen sind vier große Hauptrezirkulationsgebiete, die allerdings durch turbulenten Transport miteinander verbunden sind.
Abbildung 2: Geschwindigkeitsfeld einer Schmelze um einen Fingerinduktor in einer Versuchsanordnung