Beiträge zur Erweiterung der Einsetzbarkeit der kontaktlosen induktiven Strömungstomographie für das kontinuierliche Stranggießen

Die vorliegende Arbeit ist der Weiterentwicklung der kontaktlosen induktiven Strömungstomographie (CIFT) gewidmet, welche die Rekonstruktion der Strömung eines Flüssigmetalls aus der Messung der strömungsinduzierten Änderungen eines angelegten Anregungsmagnetfeldes ermöglicht. Im Vordergrund steht die Erweiterung der Einsetzbarkeit der CIFT-Messtechnik für die experimentelle Modellierung des kontinuierlichen Stranggiessens an der Modellanlage “Mini-LIMMCAST“ am Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf (HZDR). Insbesondere wird die Funktionsweise des Verfahrens unter Nutzung von Induktionsspulen und eines alternierenden Anregungsmagnetfeldes unter dem Einfluss der ferromagnetischen Teile einer elektromagnetischen Bremse untersucht.
Zunächst wird die Kalibrierung der Induktionsspulen zur Ermittlung der Übertragungsfaktoren dokumentiert. Die dabei festgestellten Messunsicherheiten werden zusammen mit einer theoretischen Abschätzung des Signal-Rausch-Verhältnisses der Messkette hinsichtlich der Anforderungen an das Auflösungsvermögen der Messtechnik eingeschätzt. Anhand zweier numerischer Simulationen des Versuchsstandes werden die Auswirkungen der ferromagnetischen Komponenten auf die zeitliche und örtliche Ausprägung des Anregungsmagnetfeldes sowie des strömungsinduzierten Magnetfeldes erläutert. Daran schließt sich die Beschreibung der Messungen des strömungsinduzierten Magnetfeldes mit einfachen und gradiometrischen Induktionsspulen an der Modellanlage ohne und mit überlagertem statischen Magnetfeld an. Die Ergebnisse dieser Experimente zeigen eine gute Übereinstimmung mit den Simulationsergebnissen und belegen die prinzipielle Einsatzfähigkeit der verwendeten Messtechnik für das CIFT-Verfahren in den untersuchten Konfigurationen.
Anschließend wird der Entwurf eines neuen Sensorsystems dargelegt, das aus 14 Induktionsspulen besteht und für das sowohl neuartige Gradienten- als auch Einfachspulen konstruiert wurden. Es folgt die Beschreibung einer Messkampagne an der Mini-LIMMCAST-Anlage, bei der die neuen Induktionsspulen zum Einsatz kamen. Hierbei wird an ausgewählten Messungen die korrekte Ermittlung des strömungsinduzierten Magnetfeldes für verschiedene Konfigurationen gezeigt. Abschließend werden daraus berechnete Strömungsrekonstruktionen für einen Vergleich mit dem jeweils zu erwartenden Strömungsbild herangezogen. Die Ergebnisse der Messkampagne verdeutlichen die mit dem neuen Induktionsspulensystem erzielten Verbesserungen.