Modellierung des Niederdruckaufkohlungsprozesses mit Ethin in einer großtechnischen Aufkohlungskammer*

Abstract

Kurzfassung Die bei der Niederdruckaufkohlung von Stahl im Ofenraum und an der Stahloberfläche ablaufenden Pyrolyse- und Aufkohlungsvorgänge sind bisher nicht vollständig verstanden. Am Engler-Bunte-Institut wird vor allem unter dem Gesichtspunkt der Minimierung der Aufbauproduktbildung und des Verständnisses der Entstehung höherer Kohlenwasserstoffe die Aufkohlung mit verschiedenen kurzkettigen Kohlenwasserstoffen untersucht. Im vorliegenden Artikel wird die Modellierung des großtechnischen Niederdruckaufkohlungsprozesses mit Ethin auf Basis einer numerischen Strömungssimulation vorgestellt. Dieses Modell vereint ein formalkinetisches Modell zur Beschreibung der homogenen Ethinpyrolyse, ein Modell zur Beschreibung der Kohlenstoffabstraktion an der Bauteiloberfläche und der Kohlenstoffdiffusion im Bauteil mit dem kommerziell erhältlichen Programmcode Fluent® zur Berechnung der Strömung im freien Gasraum. Mit diesem komplexen Modell können die Zusammensetzung der Abgase, der Aufkohlungsstrom während des instationären Aufkohlungsvorgangs und des Weiteren das resultierende Kohlenstoffprofil in den Bauteilen berechnet werden. Nach erfolgreicher Validierung des Modells an verschiedenen Laborapparaturen wurde der Pyrolyse- und Aufkohlungsprozess in einer industriellen Niederdruckaufkohlungsanlage simuliert.