Optimierung von Flüssigmetallströmungen in Stranggussanlagen

LTT24-Messgeräte von Labortechnik Tasler – zur Optimierung und Steuerung von Flüssigmetallströmungen in Stranggussanlagen – Ein Blick auf die kontaktlose induktive Strömungstomographie (CIFT).

Die kontinuierliche Verbesserung industrieller Prozesse steht heute mehr denn je im Zeichen von Effizienz, Qualität und Zuverlässigkeit. In der Stranggussproduktion, bei der die präzise Steuerung von flüssigen Metallen entscheidend ist, bieten innovative Messtechniken enorme Potenziale. Einer dieser technologischen Durchbrüche ist die kontaktlose induktive Strömungstomographie (CIFT), entwickelt am Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf (HZDR). In diesem Beitrag beleuchten wir, wie die CIFT – unterstützt durch die hochpräzisen LTT24-Messgeräte von Labortechnik Tasler – zur Optimierung und Steuerung von Flüssigmetallströmungen in Stranggussanlagen beiträgt.

Herausforderungen im Stranggussprozess

Beim kontinuierlichen Stranggießen ist die Qualität des Gießprodukts unmittelbar an die Strömungseigenschaften des Flüssigmetalls gekoppelt. Temperaturverteilungen, die Einschlussbildung und Oberflächendefekte hängen maßgeblich von einem gut gesteuerten Strömungsverhalten ab. Traditionelle Überwachungstechniken stoßen hier oft an ihre Grenzen, da sie entweder den Prozess beeinflussen oder nur punktuelle Informationen liefern. Deshalb ist eine in-line, kontaktlose und hochsensitive Messmethode wie die CIFT von unschätzbarem Wert für die Industrie.

Die Grundlagen der kontaktlosen induktiven Strömungstomographie (CIFT)

CIFT basiert auf einem eleganten physikalischen Prinzip: Wird ein elektrisch leitendes Fluid – beispielsweise flüssiger Stahl – durch ein extern angelegtes Magnetfeld geleitet, induziert seine Bewegung elektrische Ströme im Fluid. Diese Strömung verursacht feine Verzerrungen im Magnetfeld, die mit präzisen Sensoren erfasst werden können, ohne den eigentlichen Prozess zu stören. Die erfassten Magnetfeldverzerrungen enthalten umfassende Informationen über das Geschwindigkeitsfeld des Flüssigmetalls, die in Echtzeit mittels eines linearen inversen Problems rekonstruiert werden. Durch diese Methode ist es möglich, nicht nur den aktuellen Zustand der Strömung, sondern auch dynamische Veränderungen im Prozess unmittelbar zu erkennen.

Die Rolle der LTT24-Messgeräte in der CIFT

Die erfolgreiche Umsetzung der CIFT-Messungen beruht auf der Kombination innovativer Methoden und modernster Messtechnik. Die LTT24-Serie von Labortechnik Tasler spielt hierbei eine zentrale Rolle. Mit einem beeindruckenden Dynamikbereich von 120 dB und einer Eingangsimpedanz von 1 TOhm bieten diese Messgeräte die nötige Genauigkeit und Sensitivität, um auch winzige Magnetfeldverzerrungen – in der Größenordnung von etwa 10 nT – zu detektieren. Diese technische Finesse ist essenziell, um die komplexen und oft turbulenten Strömungsphänomene in einem Stranggussprozess exakt zu überwachen.

Vom Modell zur Industrie: Der CIFT-Versuchsaufbau im Detail

Im Rahmen des EU-Projekts TOMOCON konnte die CIFT-Messtechnik erstmals an einer praktischen Versuchsanlage – der Mini-LIMMCAST-Anlage am HZDR – demonstriert werden. Diese Anlage bildet, im Maßstab 1:6, eine realitätsnahe Stranggussanlage ab und verwendet eine eutektische Flüssigmetall-Legierung (GaInSn) als Versuchsfluid. Ein besonderes Highlight des Versuchsaufbaus ist der Einsatz einer elektromagnetischen Bremse (EMBr), welche ein starkes Magnetfeld von bis zu 200 mT erzeugt. Die Herausforderung bestand darin, die Effekte von Magnetfeldänderungen beim Ein- und Ausschalten der EMBr in Echtzeit zu kompensieren. Dank der hohen Messgenauigkeit und Zuverlässigkeit der LTT24-Systeme konnte diese Hürde gemeistert werden, sodass die CIFT nicht nur die Strömungen visualisiert, sondern auch deren gezielte Beeinflussung mittels EMBr ermöglicht.

Potenziale und zukünftige Perspektiven

Die Möglichkeiten, die sich durch die kontaktlose induktive Strömungstomographie eröffnen, sind weitreichend. Der Einsatz von CIFT in industriellen Anwendungen bietet nicht nur eine Verbesserung der Prozessüberwachung, sondern auch das Potenzial zur frühzeitigen Detektion von Störungsbildern und Optimierung von Gießprozessen. So kann etwa die Verteilung von Wärme und das Risiko von Einschlüsse- bzw. Oberflächendefekten erheblich reduziert werden – ein entscheidender Faktor in der Qualitätssicherung. Mit Blick auf die Zukunft könnte die Integration von CIFT in digitale Steuerungs- und Überwachungssysteme (im Sinne von Industrie 4.0) den Weg zu noch effizienteren und autonom gesteuerten Anlagen ebnen.

Fazit

Die kontaktlose induktive Strömungstomographie (CIFT) steht als Paradebeispiel für die Innovationskraft in der Messtechnik. Dank der hochsensitiven Geräte wie der LTT24-Serie von Labortechnik Tasler und den erfolgreichen Testläufen am HZDR eröffnet diese Technologie Industrieanwendungen völlig neue Perspektiven. Die präzise, in-line Überwachung von Flüssigmetallströmungen ermöglicht nicht nur eine Optimierung der Stranggussprozesse, sondern trägt auch maßgeblich zur Produktqualität und Effizienzsteigerung bei.

In einem Markt, in dem jede Verbesserung zählt, bietet CIFT somit eine wegweisende Technologie, die den industriellen Gussprozess revolutionieren kann.

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