Messung und Steuerung von Flüssigmetallströmungen in einer Stranggussanlage mit Hilfe von CIFT

Die kontaktlose induktive Strömungstomographie (CIFT) ist eine innovative Messmethode, die am Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf (HZDR) entwickelt wurde und sich auf die hochpräzisen und hochsensitiven Messgeräte LTT24 von Labortechnik Tasler in Echtzeit stützt. Damit werden die Prozesse des Stranggusses optimiert.

Die kontaktlose induktive Strömungstomographie (CIFT) visualisiert die Strömung von beispielsweise flüssigem Stahl in industriellen Anwendungen wie dem kontinuierlichen Stranggießen. Die Strömungseigenschaften des flüssigen Stahls sind hier entscheidend für die Qualität des Gießprodukts, da sie die Verteilung von Wärme, Einschlüssen und Oberflächendefekten beeinflussen. Die CIFT ermöglicht eine in-line Überwachung und Kontrolle der Flüssigmetallströmung, ohne den Prozess zu stören oder zu gefährden. Sie basiert auf dem Prinzip der Induktion von elektrischen Strömen in einem elektrisch leitenden Fluid, das sich in einem äußeren Magnetfeld bewegt. Das strömende Flüssigmetall verursacht eine Verzerrung des Magnetfeldes, die außerhalb des Fluids mit Sensoren gemessen werden kann. Diese Verzerrung enthält Informationen über das Geschwindigkeitsfeld des Flüssigmetalls, das durch die Lösung eines linearen inversen Problems rekonstruiert werden kann. Die Messung dieser winzigen Magnetfeldverzerrungen erfordert hochpräzise und hochsensitive Messgeräte, wie die LTT24-Serie von Labortechnik Tasler, die einen Dynamikbereich von 120 dB und eine Eingangsimpedanz von 1 TOhm bieten.

Das Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf (HZDR) hat die Methode erfolgreich an verschiedenen Modell- und Industrieanlagen getestet. Die CIFT liefert robuste und zuverlässige Messergebnisse, die von der optischen Transparenz und von der Temperatur des Fluids unabhängig sind. Damit eröffnet sie neue Möglichkeiten für die Optimierung und Verbesserung von industriellen Prozessen, in denen flüssige Metalle zum Einsatz kommen.

Der CIFT-Versuchsaufbau wurde im Rahmen des EU-Projekts TOMOCON an der Mini-LIMMCAST-Versuchsanlage des HZDR erstmals zur gezielten Strömungsmessung und -beeinflussung eingesetzt. Die Anlage ist ein 1:6 Maßstabsmodell einer Stranggussanlage, die mit einer eutektischen Flüssigmetall-Legierung GaInSn betrieben wird. Die Strömung in der Anlage kann durch eine elektromagnetische Bremse (EMBr) beeinflusst werden, die ein Magnetfeld von 200 mT erzeugt. Die Echtzeit-Kompensation der Effekte von Magnetfeldänderungen beim Ein- und Ausschalten der EMBr ist eine hohe Herausforderung für die CIFT-Messtechnik, die eine Messgenauigkeit von etwa 10 nT erreichen muss. Die Ergebnisse des Experiments zeigen die Realisierbarkeit der CIFT-Messtechnik mittels LTT24 trotz aller Herausforderungen und demonstrieren ihr Potenzial für die Optimierung von industriellen Prozessen mit Flüssigmetallströmungen.

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