COMPUTATIONAL METALLURGY

Etwas als ein System zu begreifen bedeutet, dass man sich nicht drauf beschränkt, Teilaspekte zu betrachten, sondern dass Prozesswirkungen in ihrer Gesamtheit erfasst werden.

 
 

AUF DEN PUNKT GEBRACHT

Computational Metallurgy Anwendungen sind intelligente Softwarelösungen im Bereich der metallurgischen Prozessmodellierung. Dabei bilden Prozessmodelle die verschiedenen Teilprozesse der Stahlerzeugung in einem ganzheitlichen Ansatz ab. Computational Metallurgy Anwendungen agieren als nützliche und wichtige Werkzeuge zur Optimierung des gesamten Produktionsprozesses und zur Unterstützung der Entscheidungsfindung.

Die Erkennung von Prozessineffizienz zur Minimierung der Produktionskosten ist einer der wichtigsten Erfolgsfaktoren einer intelligenten Fabrik. Neben der vorausschauenden Wartung spielen Prozesssimulationen und die Anpassung von Prozessparametern eine wesentliche Rolle bei der Reduzierung der Produktionskosten. Diese beiden Themen, die Prozesssimulation und die Anpassung der Prozessparameter, stehen im Mittelpunkt unserer Anwendungen der Computational Metallurgy.

Im Allgemeinen berechnen Online-Modelle mit Hilfe aller notwendigen Modellparametern den aktuellen Status des metallurgischen Prozesses in Echtzeit auf Basis aller erforderlichen Prozessdaten. Eine Überprüfung dieser Berechnung kann jedoch nur beim Vergleich von Berechnungsergebnissen und Messungen (wie zum Beispiel gemessene Temperaturen und Analysen der Schmelze und Schlacke) durchgeführt werden. Werden Abweichungen festgestellt, müssen Modellparameter angepasst werden (im einfachsten Fall) oder Modellverbesserungen durchgeführt werden. Anschließend müssen diese Änderungen oder Anpassungen erneut überprüft werden. Wenn dieser zeitaufwändige Prozess nur während der Produktion möglich ist, sind die Auswirkungen der Änderungen daher erst sehr spät sichtbar. Außerdem müssen dafür ausreichend viele Produktionsdaten gesammelt und validiert werden. Das Konzept des digitalen Zwillings hilft, diesen Nachteil zu überwinden:

Durch die Bereitstellung aller relevanten (zyklischen) historischen Prozessdaten (zum Beispiel aus der Prozessdatenbank) können diese Daten als Eingabeparameter für Offline-Berechnungen verwendet werden. Sowohl Online- als auch Offline-Berechnungen basieren auf demselben mathematischen Modellkern. Einerseits ermöglicht dieser Ansatz die Bewertung und Überprüfung neuer Modellparameter auf der Grundlage historischer Daten. Zum anderen können Modellparameter schnell und effizient angepasst werden. Vor allem stellt dieser Ansatz den sogenannten digitalen Zwilling dar und die Möglichkeit, Prozesse einfach und schnell zu optimieren, ohne die laufende Produktion zu beeinträchtigen.

 
 

UNSER ANGEBOT

Basierend auf unserem Verständnis der metallurgischen Grundlagen und unserer Expertise und Erfahrung in der Modell- und Softwareentwicklung können wir unter anderem folgende metallurgische Modelle und Anwendungen für die Stahlindustrie anbieten. Modellentwicklungen für andere metallurgische Industrien (wie Nichteisenmetalle, Wärmebehandlung, Umformprozesse usw.) sind auf Anfrage erhältlich.

Primärmetallurgie

Optimierung der Rohstoffbedarfsplanung

Je nach Legierungsgehalt der herzustellenden Stähle kann der Anteil der Rohstoffkosten (Schrott, Legierungsmaterialien und Metalle) bis zu 60% der Gesamtproduktionskosten betragen. Um die Rohstoffkosten zu minimieren und Abweichungen zu vermeiden bietet die Softwareanwendung Rohstoffbedarfsplanung die Möglichkeit, den Bedarf an Rohstoffen für eine geplante Kampagne einer Produktionsperiode zu ermitteln.

Elektrolichtbogenofen (EAF)

Das Offline-Modell berechnet das Erschmelzen des Schrotts (Feststoff- und Flüssigkeitsanteil), die Schmelztemperatur sowie die chemische Zusammensetzung von Schmelze und Schlacke auf der Grundlage eines definierbaren Schmelzrezeptes. Die Art des Schrottes (Stückigkeit) und dessen Masse wird dabei berücksichtigt. Das Online-Modell, integriert in das bestehende Prozessautomatisierungssystem, berechnet dieselben oben genannten Parameter basierend auf den während des Prozesses anfallenden realen Daten.

Sekundärmetallurgie

Pfannenofen (LF)

Die Off- und Online Anwendung für den Pfannenofen berechnet den Wärmegewinn durch Heizen, die Wärmeverluste durch die feuerfeste Auskleidung und die Badoberfläche (Strahlung), Wärmeverluste durch Inertgasspülen sowie Temperaturänderungen durch Materialzugaben. Die thermochemischen und thermodynamischen Modelle (insbesondere Entschwefelung und Desoxidation) berücksichtigen die Änderungen der Zusammensetzung von Schlacke und Schmelze.

 

Vakuumentgasung (VD)

Die Computational Metallurgy Anwendung für die Vakuumentgasung (offline und online) umfasst das Wärmebilanzmodell (einschließlich der zusätzlichen Temperaturverluste aufgrund des verringerten Drucks) sowie die thermochemischen und thermodynamischen Modelle (im Speziellen die kinetischen Modelle der Entgasung von Wasserstoff und Stickstoff).

 

Der AOD Prozess

Für den AOD-Prozess stehen zwei Modelle zur Verfügung: (1) Die Berechnung des optimalen Blasplans (semi-dynamisch) und (2) dynamische Berechnung des aktuellen Zustands der Schmelze, der Schlacke und der Temperatur. Zu diesem Zweck kombiniert der AOD Anwendung das Wärmebilanzmodell, das thermochemische und das thermodynamische Modell, das Entkohlungsmodell (kinetischer Ansatz) und die Modelle zur Berechnung von Reduktionsmaterialien und Schlackenbildnern.

Der VOD Prozess

Grundsätzlich ist das VOD-Modell dem AOD-Modell ähnlich, da beide Prozesse auf der Senkung des Partialdrucks von CO basieren. Ein semi-dynamischer Ansatz berechnet den optimale Blasplan und die verschiedenen chemischen und physikalischen Submodelle berechnen den aktuellen Zustand der Schmelze während des VOD-Prozesses.

Kontaktieren Sie uns direkt für weitere Informationen zu den Prozessmodellen für die Primär- und Sekundärmetallurgie oder sonstigen metallurgischen Fragestellungen im Bereich der mathematischen Modellierung!

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Gießen und Erstarren

Metallurgische Erstarrungsanalysen

Wir blicken zurück auf 20 Jahre Erfahrung im Bereich experimenteller und modellbasierter Erstarrungsanalysen. Um Erstarrungsprozesse analysieren und modellieren zu können, egal unter welchen Rahmenbedingungen (Blockgießen, Stranggießen, Formguss), müssen unterschiedlichste Phänomene vom mikro- bis hin zu makroskopischen Größenordnungen verstanden werden. Mit unserem metallurgischen Verständnis all dieser unterschiedlichen Phänomene, unserer Kompetenz in der numerischen Simulation und den Erfahrungen aus der Praxis liefern wir intelligente Anwendungen sowie umfassende Analysen und Konzepte in der Designphase für Erstarrungsprozesse sowie Prozessmodelle zur Einbindung in bestehende Systeme.

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Thermophysikalische Materialdaten

Um zuverlässige Ergebnisse bei der Durchführung numerischer Simulationen von Erstarrungsprozessen zu erhalten, sind genaue Daten der thermophysikalischen Materialeigenschaften erforderlich. Typische erforderliche Daten sind Dichte, Wärmekapazität und Wärmeleitfähigkeit in Abhängigkeit der Temperatur. Weitere wichtige Eingangsgrößen sind die Phasenumwandlungstemperaturen und die damit verbundenen latenten Wärmen.

Unsere Modelle zur Berechnung dieser Daten sind sowohl für niedrig- und hochlegierte Stähle sowie für Edelstähle mit Chrom- und Nickelgehalten bis zu 30 wt.-% bzw. 24 wt.-% geeignet.

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