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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
Dr.-Ing. Christoph Honsel
RWP GmbH
Am Münsterwald 1152159 Roetgen
Phone: (+49) 2471 1230-0Fax: +49 02471 1230-99
Thermomechanisch gekoppelte Simulation des horizontalen Stranggießens mit Wincast-Conti
