Yliäänilanssin ja CAS-OB-prosessin lämmitysvaiheen mallinnus

Väitöstutkimuksen tuloksena saatiin numeeriset mallit yliäänilanssille ja CAS-OB-prosessin lämmitysvaiheelle. Laskennallisia malleja tarvitaan terästeollisuudessa käytettävien prosessien tutkimiseen ja kehittämiseen.

Väitöksessä keskityttiin ensin yliäänilanssin mallinnukseen. Yliäänilanssi on putki, jolla happea puhalletaan yliääninopeudella ylhäältäpäin sulaan metalliin. Lanssin mallinnus on tehty numeerisella virtauslaskennalla. Olemassa olevaa turbulenssimallia säätämällä on saatu hyviä tuloksia. Mallia ja sillä laskettuja tuloksia voidaan käyttää metallurgisten prosessien mallinnuksessa.

Yliäänilanssia käytetään myös väitöstyön toisessa tutkimuskohteessa, CAS-OB-prosessissa. Prosessin lämmitysvaiheessa sulaa terästä lämmitetään polttamalla alumiinia terässulan pinnalla. Alumiini syötetään paloina ja happi yliäänilanssilla. Lämmitysvaiheen prosessimallissa teräksen ja kaasun virtauksia ei lasketa, vaan tarvittavat tiedot saadaan virtauslaskennan tuloksista. Näin prosessimallin käyttö on nopeaa, koska aikaa vievät virtauslaskennat on laskettu etukäteen.

CAS-OB-prosessin lämmitysvaiheen malli huomioi kemialliset reaktiot ja energian säilymisen. Tuloksena saadaan systeemin lämpötilat ja kemiallinen koostumus ajan funktiona.

Malleja testattiin vertaamalla saatuja tuloksia kirjallisuudesta saatavaan tietoon ja terästehtaalla tehtyihin mittauksiin. Lämmitysvaiheen mallilla voidaan tutkia ja kehittää CAS-OB-prosessia.
Lanssimallia voidaan soveltaa myös muihin prosesseihin, joissa on yliäänilanssi.