Metallurgische Verfahrenstechnik Projekte

• Schmelzezerstäubung
• Eisenerzsinterprozess
• Schnellbildvideographie
• Strömungsdiagnostik 

Schmelzezerstäubung

Partikelcharakterisierung und Optimierungsmaßnahmen in der Schmelze-Zerstäubungstechnik

Schmelzezerstäubung ist ein zentraler Prozess auf dem Weg von geschmolzenem Metall zum Metallpulver für die additive Fertigung bzw. den 3D-Druck. Die Partikelform des beim Schmelzeverdüsungsprozesses erstarrten Pulvers ist abhängig von der Sphäroidisierungs- und Abkühlzeit. Mithilfe von modellgestützten Optimierungsmaßnahmen ist es gelungen, der perfekten Kugelform auch für schwierig verdüsbare Metalle, wie etwa bestimmte Kupferlegierungen und Edelstähle nahe zu kommen. Satellitenfreies, gut fließfähiges Metallpulver ist für Pulverbettprozesse wie dem Selektivem Lasersintern (SLS) sehr begehrt.

REM-Aufnahme vor der Optimierung:

REM-Aufnahme nach der Optimierung:

Eisenerzsinterprozess

Ausgebrachtes Sinterprodukt aus der Laborsinterkerze:

Ultraschall-Messung von Gasgeschwindigkeiten

Schnellbildvideographie

Schnell ablaufende physikalische Vorgänge und Bewegungen, die vom menschlichen Auge nicht erfassbar sind, werden von Kameras mit hoher Bildrate erfasst. Mit Bildraten von einigen Tausend Bildern pro Sekunde können solche Phänomene qualitativ und auch quantitativ untersucht werden. Der Lehrstuhl für Verfahrenstechnik des industriellen Umweltschutzes verfügt über zwei Hochgeschwindigkeitskameras inkl. Beleuchtungsquellen und Auswertesoftware.
Im Folgenden wird eine kleine Auswahl an Projekten vorgestellt, in der das Highspeed-System erfolgreich eingesetzt wurde.

Highspeed-Shadowgraphy einer Zweiphasen-Verdüsung

Um einen optimalen Schichtaufbau einer Feuerfest-Spritzmasse z.B. bei der Zustellung einer Pfanne im Stahlwerk zu ermöglichen, ist die Benetzung der Körner in der Spritzmasse mit Wasser entscheidend. In Zusammenarbeit mit RHI Magnesita wurde eine neu entwickelte Zweistoff-Düse mittels Highspeed-Shadowgraphy (bis zu 40.000 fps) im Probebetrieb vermessen, um die Qualität der Wasserzerstäubung und der Spritzmassebenetzung zu bewerten.

Zweistoffdüsenstrahl:

Highspeed-Aufnahmen von Sprengungen an Gesteinsprobekörpern

Der Lehrstuhl für Bergbaukunde untersuchte in einem vom österreichischen Wissenschaftsfond (FWF) geförderten Projekt (Nummer P27594-N29) die Ursache für die Entstehung von Feinstkörnern bei der Sprengung von Gesteinen mittels experimenteller Tests und numerischer Simulation. Die experimentellen Tests umfassten das Sprengen von ummantelten Gesteins- oder Mörtelzylindern mittels Sprengschnur. Das durch die Explosion verursachte Radialcracken wurde an der Stirnfläche des Zylinders mittels Highspeed-Kamera (20.000-37.000 fps) aufgezeichnet mit dem Ziel die Rissfortpflanzung zu verfolgen.

Link zur Publikation: https://pure.unileoben.ac.at/portal/de/publications/filming-blast-fragmentation-of-rock-and-mortar-cylinders(e7dc4862-af0b-4014-97f5-ee06844d0122).html

Experimenteller Aufbau für die Highspeed-Aufnahme der Rissfortpflanzung am Gesteinsprobekörper:

 

Strömungsdiagnostik

Ein weiteres Tätigkeitsfeld umfasst die Untersuchungen von Fluid- und Partikelströmungen. Mit dem vorhandenen Highspeed-Equipment erfolgt die Anwendung von Highspeed Imaging, Particle Image Velocimetry (PIV), Shadowgraphy, Laser Induced Fluorescence (LIF) und Schlierenfotografie.
Strömungsdiagnostische Experimente im Labormaßstab werden im laseroptischen Labor durchgeführt. Die Applikationen der strömungsdiagnostischen Methoden sind äußerst vielfältig: Die Untersuchung von Düsenstrahlen, das Vermessen von Strömungswirbeln homogener Scherschichten und die Abbildung des Zerfallsprozesses von Wassertropfen zeigen eine kleine Auswahl an Anwendungsmöglichkeiten, welche nachfolgend dargestellt wird.

Shadowgraphy bzw. Schattenbild-Aufnahme eines Tropfenzerfallsprozesses:

Die folgende Auswahl an Messaufgaben zur Strömungsdiagnostik von Fluid- und Partikelströmungen wurde im Zuge diverser Projekte angewendet:

• Berechnung des Geschwindigkeitsfeldes eines Rieselfilmes
• Bestimmung der Schichtdicke von Flüssigkeitsfilmen
• Untersuchungen der Flammenfortpflanzung in einem Strömungsrohr
• Optimierung von Düsengeometrien basierend auf die Vermessung und Analyse des Sprühbildes.
• Berechnung der Flugkurve und Geschwindigkeit von durch Druckluft beschleunigten Feststoffpartikeln an einem sensorgestützten Sortierer
• Bestimmung der Tropfengeschwindigkeiten im Spray