Modelluntersuchungen zur Strömung und Durchmischung in metallurgischen Pfannen

Im Rahmen der vorgelegten Arbeit wurden praktische und theoretische Untersuchungen an Wassermodellen von bodengeblasenen metallurgischen Pfannen durchgeführt. Um die Strömungsverhältnisse herauszuarbeiten, wurden zunächst Lichtschnittuntersuchungen durchgeführt. Dabei wurden das H/D ‐Verhältnis und der Gasdurchsatz in weiten Bereichen variiert. Die Lichtschnittuntersuchungen vermittelten Erkenntnisse über die Abhängigkeit der Vermischungsvorgänge von den Versuchsparametern. In gleicher Weise wurden Farbspur‐ und vor allem Laser‐Doppler‐Anemometer‐Versuche zur Ermittlung der lokalen Strömungsgeschwindigkeiten durchgeführt. Besondere Beachtung wurde dem Bodenbereich geschenkt, der durch die Partikeleinstreumethode nochmals gesondert untersucht wurde. Der Vergleich von berechneten Strömungsverläufen mit den tatsächlich beobachteten zeigt, daß tendenziell vergleichbare Zusammenhänge bestehen. Im einzelnen ist aber für die Beurteilung von Reaktorteilräumen die Erfassung der Strömungsverhältnisse, Teilraumgrößen und Konzentrationsverläufe aus unmittelbaren Messungen notwendig. Die theoretischen Berechnungen der Konzentrationsverläufe aus einer mathematischen Beschreibung des Pfannenmodells mit Hilfe von drei ideal gemischten Teilräumen ergab qualitativ vergleichbare Zeitabhängigkeiten, wie die unmittelbaren gemittelten Messungen an verschiedenen Stellen im Pfannenmodell. Die Durchmischung wird hiernach durch den Umlaufstrom bzw. die Massenaustauschströme zwischen den Teilräumen, die Teilraumgrößen und ihre Anordnungen bestimmt. Die physikalischen Bedingungen wie Rühren bzw. Antrieb durch das Gas bestimmen sowohl die Massenströme als auch die Ausbildungsformen und Größen der Teilräume.