CFD-Analyse der gesättigten Schwaden an einer Stranggießanlage im Stahlwerk: Vor-Ort-Audit, 3D-Modellierung und Optimierung der Aufnahme, um Leckagen und Produktionsstillstände zu beseitigen.
Die Expertise von EOLIOS in CFD-Simulation (Computational Fluid Dynamics) und in der Optimierung industrieller Aufnahme- und Belüftungssysteme wurde mobilisiert, um den Herausforderungen rund um die Bewältigung gesättigter Schwaden an einer Stranggießanlage im Stahlwerk zu begegnen. Diese den Hochtemperaturprozessen innewohnenden Phänomene stellen starke Zwänge für Sicherheit, Arbeitsbedingungen und Produktionskontinuität dar.
EOLIOS stützt sich auf einen anerkannten Erfahrungsrückfluss in der Untersuchung komplexer Strömungen in industrieller Umgebung, aus zahlreichen Feldmissionen und CFD-Simulationen an Anlagen mit hohen betrieblichen Anforderungen. Diese Expertise ermöglicht zuverlässige, pragmatische und wirtschaftlich optimierte Antworten im Dienste einer fundierten Entscheidungsfindung.
Das Wesentliche. An einer Stranggießanlage im Stahlwerk (Brandenburg, Deutschland) entwichen gesättigte Schwaden, mit Feuchtigkeit und Wärme beladen, unter dem Boden des ersten Stockwerks und verursachten Korrosion, Sichtverlust und Produktionsstillstände. EOLIOS führte ein Vor-Ort-Audit (Messungen, Rauchversuche, Thermografie) durch und erstellte anschließend ein kalibriertes 3D-CFD-Modell der Anlagen und der Halle. Die Simulationen lokalisieren die Leckagen, die parasitären Lufteinträge und die Stagnationszonen und zeigen, dass einfache strukturelle Verbesserungen — ohne Erhöhung der Absaugleistung — den Unterdruck der Kabinen erhöhen und die aeraulische Tendenz umkehren. Eine fortgeschrittene Konfiguration treibt die Schwadenbeherrschung bis auf nahe 100 %.
Die industriellen Schwaden sind eine bedeutende fachübergreifende Herausforderung, am Schnittpunkt von Sicherheit der Bediener, Komfort und Luftqualität, aber auch Prozesskontinuität und Dauerhaftigkeit der Anlagen.
Gesättigte Schwaden sind Fahnen aus Luft, die mit Wasserdampf bei Sättigung beladen ist und im Kontakt mit den heißen Brammen entsteht. Beim Abkühlen kondensiert dieser Dampf zu feinen sichtbaren Tröpfchen, die die Sicht verringern, die Korrosion der Metalloberflächen fördern und sich in der Halle ausbreiten.
Zunächst verursacht das Vorhandensein von Schwaden, mit Feuchtigkeit beladen — einem wesentlichen Antrieb der elektrochemischen Korrosion — Risiken der materiellen Verschlechterung der Anlage. Wenn sie sich auf den Metalloberflächen absetzen, bilden sie einen Wasserfilm, der chemische Reaktionen zwischen dem Metall und dem Sauerstoff ermöglicht. Dieser Angriff wird oft durch in den Schwaden gelöste Verunreinigungen wie Salze, Säuren oder Stäube beschleunigt, die ihre Leitfähigkeit erhöhen. Die wiederholte Einwirkung führt so zu kumulativen Effekten: gleichmäßige Korrosion, örtlicher Lochfraß und Verschlechterung der Beschichtungen oder Dichtungen, was die Dauerhaftigkeit und Integrität der Metallausrüstung verringert.
Dieser Aspekt der materiellen Verschlechterung stellt ein großes Risiko für den Betrieb der Anlage dar. Doch darüber hinaus bergen die Schwaden auch ein Risiko für die Sicherheit und Gesundheit der Arbeiter. Die Verbindung von Feuchtigkeit und Wärme erzeugt Fahnen, die die Sicht beeinträchtigen, die Luftströme stören und die thermischen Bedingungen rund um die Arbeitszonen und die Ausrüstung verändern können. Diese Phänomene können die Unfallrisiken (verringerte Sicht, erschwerte Handhabung der Ausrüstung) erhöhen und gesundheitliche Beschwerden (Reizungen, Atemwegsprobleme) hervorrufen.
Das Vorhandensein von Schwaden wirkt somit als globaler Störfaktor, der geeignet ist, die Sicherheit, die Effizienz und die Dauerhaftigkeit der industriellen Infrastruktur zu verringern.
Eine Sicherheitsfrage. Über die materiellen Schäden hinaus verringert die Verbindung von Feuchtigkeit und Wärme die Sicht und kann Reizungen und Atemwegsprobleme verursachen. Die Schwaden zu beherrschen bedeutet zuallererst, die Bediener zu schützen, die in der Nähe der Anlage arbeiten.
Im Rahmen einer Stranggießanlage eines Stahlwerks in der Region Brandenburg in Deutschland wurde EOLIOS beauftragt. In diesem Werk verursachten Fehlfunktionen des bestehenden Aufnahmesystems eine erhebliche Ansammlung von Schwaden unter dem Boden des ersten Stockwerks, die zu regelmäßigen Produktionsstillständen führte. EOLIOS ist eingeschritten, um die reale Funktionsweise der Vorrichtung im Detail zu analysieren, die Ursachen dieser Mängel zu identifizieren und wirksame und dauerhafte Lösungen vorzuschlagen.
Um die mit den industriellen Schwaden verbundenen Herausforderungen zu beherrschen, wird heute ein Ansatz bevorzugt, der Messungen vor Ort (über ein Audit) und numerische Strömungsmodellierung (CFD, Computational Fluid Dynamics) kombiniert. Die CFD liefert eine dreidimensionale, dynamische Sicht der Strömungen, unerlässlich, um die kritischen Zonen der Wärme- und Dampfansammlung, die Luftrezirkulationen, die Aufnahmedefizite an der Quelle und die Wechselwirkungen zwischen thermischen Fahnen und Belüftungssystemen präzise zu identifizieren. Sie ermöglicht so, die Wirksamkeit der bestehenden Vorrichtungen quantitativ zu bewerten und ihre Grenzen unter realen Betriebsbedingungen zu verstehen.
Einer der Hauptvorteile der CFD liegt in ihrer Fähigkeit, verschiedene Anordnungs- oder Änderungsszenarien der Anlagen virtuell zu testen: Neupositionierung oder Dimensionierung der Aufnahmepunkte, Anpassung der Volumenströme, Hinzufügen von Leitblechen, Änderung der Geometrien oder der Belüftungsstrategien. Diese numerische Erkundung, schnell und nicht-invasiv, ermöglicht es, mehrere Lösungen objektiv zu vergleichen, ihre Leistung zu optimieren vor der Umsetzung und die mit Versuchen vor Ort verbundenen technischen und finanziellen Risiken erheblich zu verringern.
Darüber hinaus ist die CFD ein besonders relevantes Entscheidungshilfe-Werkzeug, um aeraulische Leistung und Energieeffizienz in Einklang zu bringen. Sie ermöglicht es, die Auswirkungen der ins Auge gefassten Lösungen auf den Energieverbrauch, die thermischen Bilanzen des Gebäudes und den Komfort der Bediener zu antizipieren und trägt so zu einer sparsameren und nachhaltigeren Auslegung der Belüftungssysteme bei.
Mehr erfahren: Was ist die CFD-Simulation?Die vorgestellte Studie hatte folgende Hauptziele:
die thermischen und aeraulischen Phänomene zu verstehen, die den Schwadenleckagen zugrunde liegen;
die reale Funktionsweise des bestehenden Aufnahmenetzes zu analysieren;
die Wirksamkeit verschiedener Verbesserungskonfigurationen zu bewerten;
technisch leistungsfähige und relevante Lösungen zu identifizieren.
Dafür wurde ein Ansatz umgesetzt, der Vor-Ort-Audit, Analyse der Kanalnetze und CFD-Simulation kombiniert.
Ein gründliches Audit wurde direkt an der Stranggießanlage durchgeführt, um die Phänomene unter realen Betriebsbedingungen präzise zu charakterisieren. Messkampagnen wurden rund um die Maschine durchgeführt, um Luftgeschwindigkeiten, Temperaturen und Hygrometrie zu quantifizieren und einen zuverlässigen und repräsentativen Ausgangszustand zu erhalten. Auch Rauchversuche wurden durchgeführt, um die Bahnen der Luftströme und die Leckwege der Schwaden qualitativ zu visualisieren und so die vorrangigen Austrittszonen und die Fehlfunktionen der bestehenden Aufnahmevorrichtungen zu identifizieren.
Über die Datenerfassung hinaus ist das Vor-Ort-Audit ein Schlüsselschritt, um die reale Funktionsweise der Anlage in einer oft komplexen und sich wandelnden Umgebung zu erfassen. Es ermöglicht, die theoretischen Schemata und bestehenden Pläne mit der Realität des Feldes zu konfrontieren und die Effekte der Betriebspraxis, der Zugangsbeschränkungen, der transienten Situationen und der Witterungsbedingungen zu integrieren — allesamt Elemente, die selten vollständig dokumentiert sind. Diese feine Kenntnis des Standorts ist unerlässlich, um die beobachteten Phänomene korrekt zu interpretieren und vereinfachende, von der Realität entfernte Modellannahmen zu vermeiden.
Die Feldbeobachtungen aus dem Audit bildeten so eine wesentliche Grundlage, um das numerische CFD-Modell zu speisen, zu kalibrieren und zu validieren. Sie gewährleisten die Kohärenz zwischen der Simulation und dem realen Verhalten des Systems und verstärken die Zuverlässigkeit der Ergebnisse und die Relevanz der vorgeschlagenen Lösungen. Das Vor-Ort-Audit erscheint daher als unumgängliche Voraussetzung für jeden Ansatz zur Analyse und dauerhaften Optimierung der Probleme industrieller Schwaden.
Die 3D-CFD-Modellierung beruht auf einer rigorosen geometrischen Grundlage, erstellt aus den bestehenden Plänen, ergänzt durch Erfassungen und Beobachtungen während des Vor-Ort-Audits. Dieser Schritt ist entscheidend, denn die Qualität und Repräsentativität des Modells bestimmen direkt die Relevanz der erzielten Ergebnisse. Ziel ist es, die Luftwege, die Absaugwege, die Kanalnetze und ihre Schnittstellen mit den Schwadenerzeugungszonen realistisch abzubilden, um die reale Funktionsweise der Anlage bestmöglich widerzuspiegeln. Dieses kalibrierte Modell ist ein industrieller digitaler Zwilling: eine virtuelle Nachbildung der Anlage, mit der sich Verbesserungsszenarien testen und ihre Wirkung vor den Arbeiten vorhersagen lassen.
Auf Basis der erhobenen Daten und der bereitgestellten Dokumente hat EOLIOS ein detailliertes 3D-CFD-Modell entwickelt, das die Geometrie der untersuchten Maschine, ihre nahe Umgebung und alle die Aeraulik des Standorts beeinflussenden Anlagen integriert. Dazu gehören insbesondere die Belüftungssysteme, die Wärmequellen, die benachbarten Maschinen und alle Elemente, die die Strömungen behindern oder leiten, wie aeraulische Masken, Schirme oder Metallstrukturen.
Der Grad des geometrischen Detaillierung wird mit Sorgfalt gewählt, um die Elemente mit einem bedeutenden Einfluss auf die Geschwindigkeits-, Temperatur- und Dampfkonzentrationsfelder getreu abzubilden, bei gleichzeitiger Rationalisierung der sekundären Details, deren Einfluss auf die Strömungen vernachlässigbar ist. Dieses Gleichgewicht zwischen Präzision und Vereinfachung ermöglicht es, die Rechenzeiten zu beherrschen, die numerische Robustheit der Simulationen sicherzustellen und für die Analyse der Phänomene und die Entscheidungshilfe nutzbare Ergebnisse zu gewährleisten.
In der Praxis folgt der CFD-Ansatz einem strukturierten iterativen Prozess in mehreren aufeinanderfolgenden Schritten: Aufbau des geometrischen Modells, Definition der Randbedingungen und Eigenschaften, numerische Lösung, dann detaillierte Analyse der Strömungs-, Temperatur- und Feuchtigkeitsfelder. Dieser Zyklus wird durch eine Kalibrierungsphase anhand der Feldmessungen ergänzt, bevor Iterationen zur Untersuchung von Verbesserungskonfigurationen aufgenommen werden.
Die Kalibrierungsphase ist ein Schlüsselschritt des Ansatzes, denn sie gewährleistet die Kohärenz zwischen den Simulationsergebnissen und dem realen Verhalten des Systems. Ihr Ziel ist es, die Randbedingungen und die Modellannahmen so anzupassen, dass eine zufriedenstellende Übereinstimmung zwischen den berechneten Größen und den während des Audits in situ erfassten Messungen sowie den von der Bauleitung gelieferten Daten erreicht wird.
Diese Kalibrierung beruht auf dem Aufbau eines numerischen Modells, das die wichtigsten physikalischen Phänomene getreu abbildet, insbesondere die Luftströmung, die Wärmeübertragungen und die Entwicklung der Feuchtigkeit im untersuchten Volumen. Das Modell integriert sowohl die internen Quellen der Prozesse und der Ausrüstung als auch den Austausch mit der äußeren Umgebung und berücksichtigt Schlüsselparameter wie die Absaugvolumenströme, die Oberflächentemperaturen der Elemente, die Witterungsbedingungen und die Mechanismen der Dampferzeugung.
Sobald das Modell kalibriert und validiert ist, kann es als zuverlässiges Prognosewerkzeug genutzt werden, um die Auswirkung verschiedener Änderungen (Entwicklung der Volumenströme, Geometrien, Aufnahme- oder Belüftungsvorrichtungen) zu untersuchen und die neuen Strömungsdynamiken innerhalb des Systems zur Unterstützung der technischen Entscheidungsfindung zu analysieren.
Die Analyse der Druckverluste innerhalb der Absaugkanalnetze ist ein grundlegender Schritt für die zuverlässige Bestimmung der real an den Aufnahmepunkten verfügbaren Volumenströme. In komplexen industriellen Anlagen resultieren die gesamten Druckverluste aus der Kombination von linearen Verlusten in Verbindung mit den Kanallängen und singulären Verlusten, verursacht durch Querschnittsänderungen, Krümmer, T-Stücke, Anschlüsse, Regelorgane sowie den Verschmutzungszustand der Innenwände. Diese kumulierten Effekte können zu Druckverlusten führen, die deutlich über den ursprünglichen Auslegungsannahmen oder den im Betrieb verwendeten Nennwerten liegen.
Der Druckverlust bezeichnet den Druckabfall, den die Luft beim Durchströmen eines Kanalnetzes erfährt: Reibung entlang der Wände, Krümmer, T-Stücke, Anschlüsse, Verschmutzung. Übersteigt er den vom Ventilator verfügbaren Druck, bricht der Absaugvolumenstrom ein und die Aufnahme an der Quelle ist nicht mehr sichergestellt.
Eine detaillierte Charakterisierung des Netzes ermöglicht es, die theoretischen Ventilatorkennlinien mit den realen Betriebsbedingungen zu konfrontieren, die Verteilungsungleichgewichte zwischen den verschiedenen Zweigen zu identifizieren und die Abweichungen zwischen den erwarteten und den tatsächlich erreichbaren Aufnahmevolumenströmen zu quantifizieren. Dieser Ansatz ist unerlässlich, um eine kohärente aeraulische Bilanz zu erstellen, die Betriebsmargen der Belüftungsausrüstung zu bewerten und die strukturellen Grenzen des bestehenden Netzes aufzuzeigen.
Im Rahmen der CFD-Simulationen ermöglicht diese Analyse, realistische und physikalisch repräsentative Randbedingungen zu definieren, im Einklang mit den effektiven Absaugkapazitäten des Systems. Sie ist somit eine wesentliche Voraussetzung, um die Gültigkeit der numerischen Ergebnisse sicherzustellen, die beobachteten Phänomene korrekt zu interpretieren und die technischen Empfehlungen auf eine rigorose, quantitative Bewertung der Leistung des Absaugnetzes zu gründen.
Die Studie hat gezeigt, dass die Wirksamkeit eines Aufnahmesystems nicht allein auf den verfügbaren Absaugvolumenstrom beschränkt ist, sondern auch von der Dynamik der Luftströme und ihrem Ursprung abhängt. In bestimmten Konfigurationen kann ein bedeutender Teil der angesaugten Luft aus Rand- oder unkritischen Zonen stammen. Dieser externe Lufteintrag, wenig mit Schwaden oder Schadstoffen beladen, verringert die Gesamtaufnahmeeffizienz, indem er einen Teil der Absaugkapazität bindet, ohne zur Beseitigung der Emissionen aus den tatsächlich betroffenen Zonen beizutragen.
Diese Ergebnisse unterstreichen die Bedeutung einer präzisen Auslegung und Dimensionierung der Aufnahmesysteme, die nicht nur die Volumenströme, sondern auch die effektive Luftzirkulation in der Produktionsumgebung integriert. Eine gezielte Beherrschung der Ströme ermöglicht es, die Absaugung auf die schwadenerzeugenden Zonen zu konzentrieren, die Gesamtleistung der Vorrichtung zu verbessern und die Energieverluste zu begrenzen, bei gleichzeitiger Gewährleistung sicherer und optimierter Arbeitsbedingungen für die Bediener.
Auf Höhe der Schwadenkabine zeigen die Simulationen, dass der erzeugte Unterdruck relativ schwach ist. Folglich entweicht ein Teil der im Kontakt mit den heißen Brammen erzeugten Schwaden zwischen den Segmenten und bildet aufsteigende Fahnen, die sich unter dem Boden des ersten Stockwerks ansammeln.
Die schwadenbeladene Luft ist dann gezwungen, den Boden zu umgehen, während sie in Öffnungen wie die Treppen und Kanaldurchführungen eindringt. Dieser Verlauf erklärt die erhebliche Stagnation, die unter der Plattform beobachtet wird, und das Vorhandensein sichtbarer Schwaden in Zonen fern von ihrer ursprünglichen Quelle.
Die Ergebnisse der CFD-Simulationen bilden diese Phänomene getreu ab, sowohl hinsichtlich der Luftgeschwindigkeiten als auch der thermischen Schichtung und der Feuchtigkeitsverteilung, und bestätigen so die Relevanz und Zuverlässigkeit der Modellierung für die Analyse der Strömungen und die Steuerung der Optimierung der Aufnahmesysteme.
Nach den ersten Simulationen konnten mehrere einfache strukturelle Verbesserungen, die keine Änderung des Schwadenaufnahmesystems erfordern, vorgeschlagen werden. Ihr Ziel ist es, die Schwadenaustritte in die Halle zu verringern und folglich die Schwadenaufnahme der Maschine zu verbessern. Mehrere positive Effekte gingen daraus hervor.
Zunächst wird eine Erhöhung des Unterdrucks in den Kabinen festgestellt. Die Verstärkung des Unterdrucks verbessert die Wirksamkeit der Aufnahme an der Quelle, indem sie die Absaugung der dampfbeladenen Ströme vor ihrer Ausbreitung in der Halle begünstigt. Diese Maßnahme trägt dazu bei, Leckagen in die angrenzenden Zonen zu begrenzen, Ansammlungen unter den Böden zu reduzieren und die Sicht und die Arbeitsbedingungen der Bediener zu verbessern. Sie muss jedoch sorgfältig dimensioniert werden, um ein optimales aeraulisches Gleichgewicht zu gewährleisten und unerwünschte Auswirkungen auf Komfort, Strömungsstabilität oder Energieverbrauch zu vermeiden.
Dieser Unterdruck wird von einer Umkehr der aeraulischen Tendenz über den Schwadenkabinen begleitet. Der Übergang von aufsteigenden warmen Luftadern zu absteigenden frischen Luftadern ermöglicht es, dem natürlichen Aufsteigen der Schwaden entgegenzuwirken und ihre Ausbreitung zu den oberen Ebenen einzudämmen. Diese aeraulische Umkehr begünstigt das Herabführen der dampfbeladenen Ströme zu den Aufnahmezonen, verbessert die Beherrschung der thermischen Fahnen und trägt dazu bei, die Strömungsbedingungen rund um die Kabine zu stabilisieren. Sie trägt so zu einer deutlichen Verbesserung der Sicht, des thermischen Komforts und der Sicherheit in den angrenzenden Arbeitszonen bei.
Insgesamt ermöglichen diese beiden Elemente, dass der wesentliche Teil der in der Halle verbreiteten Dampfvolumenströme vom Absaugsystem aufgenommen wird. Die Kabine ist dann in der Lage, den Großteil der Schwaden vor ihrer Ausbreitung in die Umgebung abzufangen. Dies verbessert die Gesamteffizienz des Systems erheblich, begrenzt Leckagen in die benachbarten Zonen und verringert die Beanspruchung der allgemeinen Belüftungsvorrichtungen. Es trägt so zu einer besseren Beherrschung der Dampffahnen, einer dauerhaften Verbesserung der Arbeitsbedingungen und einer Verringerung der damit verbundenen Energieverluste bei.
Darüber hinaus ermöglicht die bessere Beherrschung der Wärme- und Schwadenströme, die thermische Schichtung der warmen Luft unter dem Dach zu begrenzen. Diese Verringerung der Temperaturen im oberen Bereich trägt dazu bei, die Strukturen und Ausrüstung zu schonen, Kondensations- und Korrosionsphänomene zu begrenzen und den globalen thermischen Komfort des Gebäudes zu verbessern. Sie trägt auch zu einer besseren aeraulischen Stabilität bei und kann zu einer Verringerung des Belüftungsbedarfs und des damit verbundenen Energieverbrauchs führen.
Trotz dieser Verbesserungen bleibt ein leichtes Entweichen von Schwaden am vertikalen Teil des Gusses bestehen. Es bleibt jedoch begrenzt und stellt die Gesamtwirksamkeit der Vorrichtung nicht in Frage, da die Restströme schnell verdünnt werden und keine nennenswerte Verschlechterung der Betriebs- oder Sicherheitsbedingungen verursachen.
Eine fortgeschrittenere Konfiguration, die die einfachen strukturellen Verbesserungen mit dem Hinzufügen neuer Aufnahmevorrichtungen kombiniert, wurde ebenfalls untersucht. Diese Lösung ermöglicht eine nahezu vollständige Beherrschung der Schwaden, auch am vertikalen Teil des Gusses, mit einer Gesamteffizienz nahe 100 %. Sie bietet ein maximales Maß an Leistung und eine starke Robustheit gegenüber Betriebsschwankungen und beseitigt praktisch jedes Risiko eines Restentweichens.
Dieser Ansatz muss jedoch der zuvor untersuchten einfacheren Lösung gegenübergestellt werden, die es bereits ermöglichte, die Schwadenemissionen sehr deutlich zu verringern und die Betriebsbedingungen merklich zu verbessern, bei deutlich geringeren Investitionskosten und geringerer Umsetzungskomplexität. Diese erste Lösung bot somit einen besonders relevanten Kompromiss zwischen Leistung, Einfachheit und Kosten und begegnete zugleich den wichtigsten Sicherheits- und Komfortherausforderungen.
Das Hinzufügen ergänzender Vorrichtungen rechtfertigt sich daher hauptsächlich in einer Logik maximaler Leistung oder hoher betrieblicher Anforderungen, wenn das Ziel darin besteht, nahezu alle Restemissionen zu beseitigen oder die Anlage gegenüber stark variablen Betriebsbedingungen abzusichern. Die Wahl zwischen diesen beiden Ansätzen ist somit eine technisch-wirtschaftliche Abwägung, wobei die einfache Lösung eine wirksame, optimierte Antwort darstellt, während die verstärkte Lösung ein höheres Maß an Beherrschung zum Preis erhöhter Investition und Komplexität bringt.
Die Ergebnisse der Studie ermöglichten es, zugleich einfache, robuste und wirtschaftlich optimierte Lösungen zu identifizieren, mit dem Schwerpunkt auf der Beherrschung der Luftströme und der Beseitigung der parasitären Einträge, bevor eine Erhöhung der Belüftungsleistung erwogen wird. Dieser Ansatz begünstigt die Wirksamkeit der Eingriffe, minimiert die Kosten und verbessert sofort die Leistung der bestehenden Vorrichtung.
Parallel dazu haben ergänzende Analysen komplexere Lösungen aufgezeigt, die eine noch feinere Beherrschung der Ströme und eine maximale Effizienz bieten, aber eine höhere Investition erfordern. Diese Optionen ermöglichen es, eine nahezu vollständige Beherrschung der Schwaden und eine dauerhafte Optimierung der Umgebungsbedingungen in der Produktionshalle zu erreichen.
Der Einsatz von EOLIOS lieferte dem Bauherrn so ein vollständiges Verständnis der physikalischen Phänomene, die vorrangigen Handlungshebel und die erwarteten Gewinne. Dieser strukturierte Ansatz trägt direkt zur Verbesserung der Arbeitsbedingungen, zur Zuverlässigkeit und zur Betriebssicherheit bei und stärkt zugleich die Gesamtleistung der Anlage. Er bietet außerdem ein solides Entscheidungswerkzeug, um zwischen sofortigen, wirtschaftlichen Lösungen oder ehrgeizigeren und dauerhaften Optimierungen zu wählen.
Gesättigte Schwaden, der Beitrag der CFD und die EOLIOS-Methode an einer Stranggießanlage.
Mit Feuchtigkeit und Wärme beladen, fördern die Schwaden die Korrosion der Metallausrüstung, beeinträchtigen die Sicht und die Arbeitsbedingungen der Bediener und stören die Luftströme. An der untersuchten Anlage verursachte ihre Ansammlung unter dem Boden des ersten Stockwerks regelmäßige Produktionsstillstände.
Die CFD bietet eine dreidimensionale, dynamische Sicht der Strömungen: Sie lokalisiert die Zonen der Wärme- und Dampfansammlung, die Rezirkulationen, die parasitären Lufteinträge und die Aufnahmedefizite an der Quelle. Sie ermöglicht es, mehrere Verbesserungskonfigurationen virtuell zu testen, bevor Arbeiten durchgeführt werden — was eine globale Berechnung nicht leisten kann.
Das Audit liefert einen zuverlässigen Ausgangszustand: um die Maschine gemessene Luftgeschwindigkeiten, Temperaturen und Hygrometrie sowie die Visualisierung der Leckbahnen durch Rauchversuche. Diese Daten dienen dazu, das numerische Modell zu kalibrieren und zu validieren, damit es das reale Verhalten der Anlage widerspiegelt.
Ja. Die Simulationen zeigen, dass einfache strukturelle Verbesserungen genügen, um den Unterdruck in den Kabinen zu erhöhen und die aeraulische Tendenz über ihnen umzukehren, wodurch die Schwaden zu den Aufnahmepunkten zurückgedrängt werden. Zunächst werden die parasitären Lufteinträge beseitigt, bevor eine Erhöhung der Ventilatorleistung erwogen wird.
Die einfache Lösung reduziert die Schwadenentweichungen bei geringen Kosten und geringer Komplexität sehr stark. Die komplexe Lösung, die strukturelle Verbesserungen mit neuen Aufnahmevorrichtungen kombiniert, erreicht eine nahezu vollständige Beherrschung (nahe 100 %), erfordert aber eine höhere Investition. Die Wahl ist eine technisch-wirtschaftliche Abwägung.
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Zusammenfassung der Studie
Die von EOLIOS durchgeführte Studie ermöglichte es, die Mechanismen der Erzeugung, Ausbreitung und Aufnahme der gesättigten Schwaden innerhalb einer Stranggießanlage fein zu verstehen. Gestützt auf eine Analyse der realen Betriebsbedingungen und auf für den Bestand repräsentative CFD-Simulationen wurden die wichtigsten Fehlfunktionen des Aufnahmesystems identifiziert.
Die Arbeiten haben aufgezeigt, dass gezielte strukturelle Verbesserungen, ohne eine bedeutende Erhöhung der Absaugvolumenströme, bereits zu einer sehr starken Reduzierung der Schwadenentweichungen und einer merklichen Verbesserung der Betriebsbedingungen führen können. Fortgeschrittenere Lösungen wurden ebenfalls bewertet, um ein maximales Beherrschungsniveau zu erreichen, was dem Bauherrn ermöglicht, über objektive Elemente zu verfügen, um zwischen Leistung, Einfachheit und Investition abzuwägen.
Dieser Ansatz mündete in robuste, an den industriellen Kontext angepasste technische Empfehlungen, die zur Sicherheit der Bediener, zur Zuverlässigkeit der Anlagen und zur Gesamtleistung des Standorts beitragen.
CFD-Expertise, realisierte Projekte und technische Dossiers: der gesamte Bereich Industrieprozess an einem Ort.
Am einfachsten besprechen wir es gemeinsam. Unsere Ingenieure antworten Ihnen mit einer ersten technischen Einschätzung.
