1 Thermomechanisch gekoppelte Simulation des horizontalen Stranggießens mit Wincast-Conti...

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Thermomechanisch gekoppelte Simulation

des horizontalen Stranggießens mit Wincast-Conti

Dipl.-Ing. Hartmut Ricken

Lehrstuhl für Umformtechnik und Gießereiwesen

Dr. Christoph Honsel

RWP GmbH

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Inhalt

• Einleitung• Spaltbildung• Modellierung und

Simulation• Zusammenfassung

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Die utg Stranggießanlage (Demag Technica)

Abzugsrollen Kokille GießofenSchmelzofen

Einleitung Spaltbildung Modellierung und Simulation Zusammenfassung

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Die utg Stranggießanlage (Demag Technica)

Gießofen

Kühler

Kokille

Kaltstrang

Abzugsrollen

Einleitung Spaltbildung Modellierung und Simulation Zusammenfassung

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Die Kühler-Kokillen-Baugruppe – Schnitt quer zum Strang

Obere Kühlerplatte

Obere Kokillenplatte

Kokille Seitenleiste

Untere Kühlerplatte

Untere Kokillenplatte

Einleitung Spaltbildung Modellierung und Simulation Zusammenfassung

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Verzug der Graphitkokille durch Temperaturgradient

Obere Kokillenplatte bei Raumtemperatur

Obere Kokillenplatte mit Verzug durch Temperaturgradient Dicke

Temperatur

Dicke

Temperatur

Einleitung Spaltbildung Modellierung und Simulation Zusammenfassung

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Die Kühler-Kokillen-Baugruppe mit Kokillenverzug

Einleitung Spaltbildung Modellierung und Simulation Zusammenfassung

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„Fußabdruck“ des Spaltes

Durch die Kokille diffundierendes Kupfer lagert sich auf der Außenseite der Kokille ab, wo kein Kontakt zum Kühler besteht.

Einleitung Spaltbildung Modellierung und Simulation Zusammenfassung

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Zusammenfassung der Problemstellung und Lösungsansatz

Der Wärmetransport von der Schmelze zum Kühlwasser wird durch die Spaltbildung zwischen Kokille und Kühler behindert

Das Atmen der Kokille verursacht instationäre Wärmeabfuhrbedingungen

Qualitätsminderung am Gussstrang

Verlängerung der Erstarrungszeit

Reduktion der Mengenleistung

Verstehen und eliminieren des Kokillenatmens durch thermomechanische FEM-Simulation

Einleitung Spaltbildung Modellierung und Simulation Zusammenfassung

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Simulation eines einfachen AufbausTemperaturen und Spannungen

stress

t=300s

t=300s

temperature

rot: Zugspannungen

grün: Druckspannungen

Einleitung Spaltbildung Modellierung und Simulation Zusammenfassung

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SimulationGeometrisches Modell – Schnitt parallel zum Strang

Kühlwasser

Kühler

Kokille

Strang

Verschraubung

Einleitung Spaltbildung Modellierung und Simulation Zusammenfassung

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Versuchsparameter

Abzugsgeschwindigkeit 200 mm/minAbzugskinematik go stop back

4 mm 0,6 sec 0,5mmSchmelzetemperatur 1160-1180 °CKühlwasser 9 l/min at 22°C

Versuchsergebnisse

Strangtemperatur 500°CKühlwassererwärmung 58 K

SimulationsparameterEinleitung Spaltbildung Modellierung und Simulation Zusammenfassung

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Startbedingungen für die Simulation

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Temperature – strand and mould parallel to strandIntroduction Gap formation Modelling and Simulation Summary

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Stress and distortion - strand and mould parallel to strandIntroduction Gap formation Modelling and Simulation Summary

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Aufheizung des Kühlwassers,

Kühlwassererwärmung

Obere Kühlwasser-schleife

Untere Kühlwasser-schleife

Einleitung Spaltbildung Modellierung und Simulation Zusammenfassung

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Abkühlkurven

0

200

400

600

800

1000

1200

1400

0 5 10 15 20 25 30Zeit [s]

Tem

pera

tur [

°C]

Punkt 1

Punkt 2

Punkt 3

Spezielle Abkühlkurven

Linie 1

Linie 2

Linie 3

Strangmitte

Einleitung Spaltbildung Modellierung und Simulation Zusammenfassung

Linie 1

Linie 2

Linie 3

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Zusammenfassung

• Die Rechenergebnisse der thermomechanischen Simulation stimmen mit den Messergebnissen des Gießversuches überein.

• Das Modell ist geeignet, den Wärme- und Stofftransport von Schmelze, Strang, Kühler und Kühlwasser zu optimieren.

• Des Modell berücksichtigt das Kokillenatmen am Beginn der Gießprozesses.

• Optimierung der Kühler-Kokillen-Baugruppe zur Reduktion des Kokillenatmens

• Umsetzung der optimierten Konfiguration an der utg-Stranggießanlage

Nächste Schritte:

Einleitung Spaltbildung Modellierung und Simulation Zusammenfassung

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Dipl.-Ing. Hartmut Ricken

Lehrstuhl für Umformtechnik und Gießereiwesen

Technische Universität München

Walther-Meißner-Straße85747 Garching

Phone: (+49) 89 289-14540Fax: 089 289-14547

Hartmut.Ricken@utg.dewww.utg.de

Dr.-Ing. Christoph Honsel

RWP GmbH

Am Münsterwald 1152159 Roetgen

Phone: (+49) 2471 1230-0Fax: +49 02471 1230-99

forschung@rwp-simtec.dewww.rwp-simtec.de

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