Die von dispergierten Gasblasen induzierte Leistung und Flüssigkeitsbewegung in einer Stahlschmelze

In dieser Arbeit wird das früher entwickelte, digitale Simulationsmodell so erweitert, daß neben den bereits früher berücksichtigten Parametern nun die Arbeit und Leistung quantitativ erfaßt werden können, die ein in eine Flüssigkeit dispergiertes Gas vollbringt. Außerdem werden mit aktuellen Energiebilanzen zwischen der dispergierten Phase und dem Dispersionsmittel bei gleicher Berücksichtigung der Stofftransportgänge induzierte Flüssigkeitsgeschwindigkeiten, Volumenströme in den unterschiedlichen Zonen des Bades, Zirkulationszeiten und die Mischzeiten in Abhängigkeit vom Volumenstrom des eingeblasenen Rührgases und/oder seiner Rührleistung ermittelt. Die Ergebnisse des Simulationsmodells wurden mit Schrifttumsdaten verglichen, die Übereinstimmung ist erstaunlich gut. Die von den im Bad dispergierten Blasen induzierte Leistung steigt mit dem Gesamt‐Gasdurchsatz und der Badhöhe. Sie ist in einer spezifisch schwereren Flüssigkeit höher. Bei Stoffaustausch wird im Bad eine höhere Leistung produziert, diese Leistungssteigerung wird größer, wenn der auf die einzelne Düse entfallende Teilstrom vom gesamten Rührgasstrom sinkt. Daher sollte bei gleichbleibendem Gesamtgasdurchsatz der Durchsatz pro Düse kleiner werden; dies geschieht, indem man die Zahl der Düsen erhöht. Im gewählten Beispiel für die Untersuchung der Stofftransport‐Wirkung ergibt sich, daß man bei ablaufendem Stoffaustausch mit nur rund 1/10 des Inertgasdurchsatzes die gleiche Leistung im Bad induzieren kann wie ohne Stoffaustausch. Die Flüssigkeitsgeschwindigkeiten im Blasenkegel steigen mit dem Gasvolumenstrom und sind in einer spezifisch schwereren Flüssigkeit höher. Sobald ein Stoffaustausch möglich ist, weil beispielsweise zusätzlich Gase im Bad entstehen können, ist mit höheren Geschwindigkeiten im Blasenkegel zu rechnen. Für die gewählte Stahlzusammensetzung sind etwa dreifach höhere Geschwindigkeiten erzielbar, wenn die Mitwirkung der flüchtigen Badkomponenten berücksichtigt und Injektionsgas sehr feinverteilt (kleiner Gasdurchsatz pro Düse) eingeblasen wird. Die Mischzeiten werden kleiner, wenn der Gesamt‐Gasdurchsatz steigt. Sie werden mit steigender Badhöhe deutlich kleiner, weil die größere Badhöhe mehr ˵Rührleistungsgewinn̋ erlaubt, solange es im Bad zu keinen Mäanderbewegungen kommt. Die Mischzeiten fallen bei wachsender Leistung. Die massebezogenen Leistungen steigen und die Mischzeiten fallen dementsprechend, wenn die flüssige Phase schwerer wird, wenn der Gasdurchsatz pro Düse und/oder die Düsenzahl steigen (dann wächst der Gesamtgasdurchsatz), wenn die Badhöhe wächst und der Baddurchmesser kleiner wird und wenn Stoffaustausch stattfindet.