Mathematische Modellierung der Transportprozesse beim Elektroschlackeumschmelzen

Steigende Anforderungen der Industrie an Stähle mit hohem Reinheitsgrad und homogenen optimalen technologischen Eigenschaften in Längs- und Querrichtung erfordern alternative Produktionsverfahren in der Stahlherstellung. Insbesondere die Anforderungen auf dem Sektor der Luft- und Raumfahrtindustrie sowie der Medizin- und Pharmaindustrie sind mit den herkömmlichen Verfahren schwer zu realisieren. Das Elektroschlackeumschmelzen1 gehört zur Gruppe der Umschmelzprozesse mit Verbrauchselektrode. Das Hauptmerkmal dieser Prozesse ist die Produktion von Ingots höherer Qualität im Vergleich zu der des Originalmaterials durch kontrollierte Erstarrung und chemische Verfeinerung. Wechsel- oder Gleichstrom fließt von einer festen Elektrode durch die geschmolzene Schlacke zur Grundplatte. Aufgrund des elektrischen Widerstandes der Schlacke erfolgt eine Joule’sche Erwärmung derselben. Die entstandene Wärme wird dann weiter zur Elektrode, dem Ingot und der Kokille transportiert und schmilzt das Material an der Unterseite der Elektrode auf. Das geschmolzene Metall passiert, je nach Schmelzrate in Form von Tropfen oder als Strahl, die Schlacke und gelangt in den Schmelzenpool. Durch Kühlung der Kokille erstarrt das Metall und bildet einen Ingot mit einem hohen Grad gerichteter Erstarrung, dieser ist abhängig von der genauen Einstellung der Energiebilanz.