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Projekt
Einzelpartikelanalyse für die prädiktive EnAM-Verarbeitung
Antragsteller
Dr.-Ing. Thomas Leißner
Fachliche Zuordnung
Mechanische Verfahrenstechnik
Förderung
Förderung seit 2021
Projektkennung
Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 470202518
Das Forschungsprojekt „Single particle analysis for predictive EnAM processing (SPA-4-EnAM)“ befasst sich mit der mehrdimensionalen Partikelanalyse mit dem Ziel, die Aufbereitung der EnAM über robuste und möglichst allgemein anwendbare Modellierungsansätze vorhersagen und optimieren zu können. Hierfür sind 3 Schwerpunkte der Forschung ausschlaggebend, die nur zusammen eine erfolgreiche Vorhersage der Aufbereitung ermöglichen. Das sind erstens die mehrdimensionale, physikalische und morphologische Analyse der Partikel zerkleinerter Schlackesysteme, zweitens die labortechnischen Grundlagenuntersuchungen zu den Trennprozessen einzeln und in Kombination und drittens die Modellierung selbst. Die Charakterisierung ist hierbei ein fundamentaler Baustein, welcher zum einen die dreidimensionale morphologische und chemischen Analyse der komplexen Schlacken selbst, aber auch die Methodenentwicklung für diese Analyse beinhaltet. Herausforderungen liegen in der Ermittlung der physikalischen Eigenschaften insbesondere der magnetischen Eigenschaften. Diese sind nicht tabelliert, sondern müssen über einen neuen Forschungsansatz aus Zusammensetzungsdaten und magnetischen Eigenschaften errechnet werden. Weiterhin erfordert die komplexe Zusammensetzung und Struktur der EnAM eine Weiterentwicklung bestehender Methoden der dreidimensionalen, bildgebenden Partikelanalyse. Hierbei sind besonders zwei Punkte hervorzuheben: die feinskalige, komplexe Struktur des Gefüges innerhalb der Schlacke, welche nur mit sehr hochauflösenden Messmethoden abgebildet werden kann und die Variation der chemischen Zusammensetzung der Phasen, welche zum Teil Mischungsreihen bilden und somit keinen klaren Kontrast in der bildgebenden Analytik erzeugen. Im Fall der hohen Auflösung wird ein Superresolution Ansatz verfolgt, der es ermöglicht, signifikant große Volumina (FOV) mit ausreichender Auflösung zu analysieren. Hierbei wird die Auflösung einer hochaufgelösten Messung eines kleinen FOV auf ein großes Volumen geringerer Auflösung übertragen. Im Falle des fehlenden Kontrastes zur Phasenunterscheidung werden eine zweidimensionale Analyse der Zusammensetzung mit der dreidimensionale Analyse der Struktur korreliert. Die Herausforderung beim Aufbereiten zerkleinerter Schlacken liegt in ihren feinskaligen Strukturen, wodurch sie sehr weit herunter zerkleinert werden müssen, ehe ein mechanischer Aufschluss erreicht ist. Damit liegen die Partikelsysteme von ihrer Größe her im Grenzbereich von dem, was konventionell noch aufbereitet werden kann. Eine Auslegung und Optimierung kann somit nur effizient auf Basis der richtige Analyse und präzisen Modellierung der Prozesse unter Berücksichtigung der mehrdimensionalen Partikeleigenschaftsverteilungen erfolgen. Hierfür müssen die entsprechenden Modelle für die Einzelprozesse sowie deren Kombination zu Fließbildern entwickelt werden. Aus den Modellen können darauf folgend Empfehlungen für die vorgeschaltete Metallurgie der EnAM abgeleitet werden.
DFG-Verfahren
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