Messtechnik für Flüssigmetalle

In Metallschmelzen sind vor allem die Strömungsstruktur und, im Fall von eingeperltem Gas, die Lokalisation von Gasblasen in der Schmelze interessant. Während im Labor oft mit niedrig- schmelzenden Legierungen wie Gallium-Indium-Zinn gearbeitet wird, können in der Industrie Metallschmelzen mit Temperaturen von teilweise 1600 °C auftreten, die darüber hinaus chemisch aggressiv sein können. Je nach Einsatzszenario kommen daher invasive, nicht-invasive oder berührungslose Messverfahren zum Einsatz.

Der Einsatz von geeigneten Messtechniken ermöglicht

• ein verbessertes Verständes generischer und industrieller Strömungsprobleme,
• Echtzeit-Monitoring von Strömungszuständen in industriellen Anlagen, wodurch eine exakte Regelung möglich wird und somit
• eine Erhöhung der Prozesseffizienz hinsichtlich Energieeinsatz und Durchsatz sowie Verringerung des Ausschusses.

Kontaktlose induktive Strömungs­tomo­graphie (CIFT)

Dieses Mess­verfahren wurde 2004 am Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf entwickelt und ermöglicht die Rekonstruktion der globalen Strömung von Schmelzen in Behältern. Sie kann z.B. im kontinuierlichen Stranggießen von Stahl oder der Kristallzüch­tung eingesetzt werden.

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Ultraschall-Doppler-Velozimetrie

Die Ultraschall-Doppler-Velozimetrie ist ein Verfahren zur nicht-invasiven Mes­sung von lokalen Strömungs­geschwin­dig­keiten und eignet sich hervorragend zur Anwendung an metallischen Schmelzen. Sie ist eine der wesentlichen Strömungs­messtechniken der Mag­neto­hydro­dyna­mik und wird als solche für den Einsatz mit Flüssigmetallen vom HZDR kontinuierlich weiterentwickelt, insbesondere für mehrdimensionale Feldmes­sungen und Mes­sungen an heißen Metallschmelzen.

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Eddy Current Flow Meter

Das Eddy Current Flow Meter ist ein robus­ter und zu­verlässiger Sensor für die induktive Durchflussmes­sung in Flüssigmetallen bei Temperaturen bis zu 700 °C. Es ist ein invasi­ver Sensor der direkt in die Strömung eingebracht wird, um eine lokale Durchflussmes­sung durchzuführen und ist daher insbesondere für die Anwendung in mit Flüssigmetall gefüllten Becken oder Rohren mit großen Durchmessern geeignet. Am HZDR wurden miniaturisierte Ausfüh­rungen dieses Sensors entwickelt und getestet.

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Transient Eddy Current Flow Meter (TEC-FM)

Transient Eddy Current Flow Metering ist eine am HZDR entwickelte Methode zur kalibrie­rungs­freien Geschwindig­keitsmes­sung von Flüssigmetallströmungen und metallischen Festkörpern. Es wurden zwei Sensoren entwickelt, die dieses neue Messprinzip nutzen: Ein externer Sensor, der eine berüh­rungs­lose Geschwindig­keitsmes­sung ermöglicht, sowie ein eingetauch­ter Sensor, der für eine lokale Geschwindig­keitsmes­sung direkt in eine Flüssigmetallströmung eingebracht wird.

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Radioscopie

Die Röntgendurchleuch­tung ist ein wichtiges diagnostisches Werkzeug für In-situ-Untersuchungen von Erstar­rungs­prozessen und Flüssigmetall-Zweiphasenströmungen. Basierend auf den lokalen Dichteunterschieden liefert diese Technik zumindest qualitative Bil­der des Strömungs­musters.

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Induktive Füllstandmes­sung

Die hohe elektrische Leitfähig­keit von Flüssigmetallen ermöglicht die Bestimmung von Oberflächen­position und -form einer Schmelze in einem Behäl­ter ­mittels der Induktion von Wirbelströmen. Dabei wird ein magnetisches Wechselfeld angelegt und anschließenden das resul­tier­ende sekundäre Magnetfeld ­­mittels gradiometrischer Induktions­spulen gemessen.

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Blasenerkennung im Flüssigmetall

Die gute elektrische Leitfähig­keit von Flüssigmetallen ermöglicht ein induktives Mess­verfahren zur Detektion von Blasen.

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