Neue Messtechniken für Flüssigmetallströmungen

Heiße Schmelzen werden in vielen Technologien eingesetzt, beginnend beim traditionellen Stahlguss über die Elektrolyse von Aluminium bis hin zur Züchtung von Silizium-Einkristallen. In der Optimierung dieser sehr energieintensiven Prozesse liegt ein volkswirtschaftlich relevantes Einsparpotenzial. Grundlage einer optimalen Prozessführung ist aber stets die Kenntnis der relevanten physikalischen Parameter der Schmelze, zu denen neben Temperatur, Druck und Lage der Phasengrenzen häufig auch das Geschwindigkeitsfeld gehört. Ein typisches Beispiel hierfür ist der Strangguss von Stahl, dessen finale Qualität ganz wesentlich von der Strömungsstruktur in der Kokille abhängt. Die online-Bestimmung dieser Strömung während des Gießprozesses würde die Möglichkeit einer aktiven Strömungskontrolle eröffnen, mit deren Hilfe deutlich höhere Gießgeschwindigkeiten erreicht werden könnten. In diesem Beitrag werden verschiedene Messprinzipien und ihre Anwendung für Flüssigmetallströmungen besprochen. Das erste Verfahren, die Ultraschall-Doppler-Velozimetrie (UDV), beruht auf der Bestimmung der Doppler-Frequenz-Verschiebung bei der Rückstreuung an bewegten Streuteilchen. Das zweite Verfahren nutzt den Faradayschen Induktionseffekt in bewegten elektrischen Leitern unter dem Einfluss eines äußeren Magnetfeldes. Auf dieser Basis wurden mehrerer kontaktlose Messverfahren entwickelt, so z. B. zur Bestimmung von Durchflüssen in Rohrströmungen, aber auch zur tomographischen Rekonstruktion vollständiger zwei- oder dreidimensionaler Geschwindigkeitsfelder.