Wechselwirkung von Inklusionen in Flotationsprozessen

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Flotationsverfahren in der Stahlerzeugung oder Mineralienaufbereitung machen sich Adhäsionskräfte an der Oberfläche von Gasblasen zunutze, um Partikel aus einem flüssigen Medium an den Blasen zu sammeln und "aufzuschwemmen". Bei Stahlschmelzen werden auf diese Weise Verunreinigungen, so genannte Inklusionen, entfernt, die ansonsten die Qualität des Stahls beeinträchtigen. Anders als bei der Mineralienflotation in wässrigen Lösungen ist der experimentelle Zugang in flüssigem Stahl schwierig, und die Wechselwirkungen der Partikel untereinander und mit der Blase in dem flüssigen Metall sind weitestgehend unerforscht.
Von wachsendem Interesse ist daher das relativ junge Forschungsgebiet der Modellierung des Flotationsvorganges in flüssigem Stahl in Strömungssimulationen.

Im Forschungsprojekt FLOTINC arbeiten vier Gruppen aus Deutschland und Frankreich zusammen. Am ISM in Dresden werden mittels direkter numerischer Simulation mit dem Institutscode PRIME Effekte quantifiziert, die zu einem Aufstieg und damit der Entfernung der Inklusionen beitragen. Denn nicht nur Flotation findet statt - auch verstärkte Partikel-Partikel-Interaktionen erzeugt durch den Aufstieg der Gasblasen oder Nachlaufeffekte können zu Agglomeration und damit zu schnelleren Transport der Inklusionen an die Oberfläche der Schmelze führen. Hier ist die zentrale Frage, welche Szenarien eintreten und wie sich die verschiedenen Effekte gegenseitig beeinflussen.
Kollidieren Partikel, so können sie unter bestimmten Bedingungen agglomerieren. Für die Repräsentation der Partikel in einer Populationsbilanzgleichung bedeutet dies eine Abnahme dieser Partikelanzahl in der einen Partikelklasse und eine Zunahme in einer anderen Klasse. Weitere Zielstellung des Projektes ist daher die Bestimmung von Schließungsmodellen für die Darstellung der Partikel in Populationsbilanzmodellen.