Abbildungsverzeichnis ........................................... x
Tabellenverzeichnis ........................................... xiv
Abkürzungsverzeichnis .......................................... xv
Symbolverzeichnis ............................................ xvii
1 Einleitung ................................................... 1
1.1 Bedeutung des Stranggießens ............................. 1
1.2 Motivation .............................................. 1
1.3 Zielstellung und Aufbau der Arbeit ...................... 5
2 Grundlagen ................................................... 7
2.1 Stranggießen ............................................ 7
2.1.1 Das Gussverfahren ................................ 7
2.1.2 Die Kokillenströmung beim Brammenguss ........... 10
2.1.3 Einsatz von Magnetfeldern beim Strangguss ....... 15
2.2 Magnetfeldwirkung auf eine Strahlströmung .............. 18
2.2.1 Impulserhaltung ................................. 18
2.2.2 Energiebilanz ................................... 20
2.2.3 Umstrukturierung der Strömung durch
Lorentzkräfte ................................... 21
2.2.4 Magnetfeldwirkung im Experiment ................. 23
2.3 Literaturübersicht über die Wirkung von
Magnetfeldern auf die Kokillenströmung ................. 24
2.3.1 Methoden zur Modellierung des Stranggusses ...... 24
2.3.2 Kokillenströmung ................................ 26
2.3.3 Kokillenströmung unter Magnetfeldeinfluss ....... 29
2.3.4 Die freie Oberfläche in der Kokille ............. 35
2.3.5 Einfluss der elektrischen Randbedingungen ....... 38
2.3.6 Einfluss der Magnetfeldpositionierung ........... 40
2.3.7 Notwendigkeit für weiterführende
Modellexperimente ............................... 41
2.4 Vorüberlegungen zur experimentellen Modellbildung ...... 42
2.4.1 Modellfluid ..................................... 42
2.4.2 Dimensionslose Kennzahlen ....................... 44
2.4.3 Ähnlichkeitsbetrachtung ......................... 48
2.5 Geschwindigkeitsmesstechnik in Flüssigmetallen ......... 52
2.5.1 Invasive und Indirekte Verfahren ................ 53
2.5.2 Kontaktlose elektromagnetische Verfahren ........ 57
2.5.3 Ultraschall Geschwindigkeitsmessung ............. 60
2.5.4 Auswahl des Messverfahrens ...................... 61
2.5.5 Strömungsmessung mittels Ultraschall-
Doppler-Velocimetry ............................. 62
3 Versuchsaufbau .............................................. 69
3.1 Der experimentelle Aufbau von Mini-LIMMCAST ............ 69
3.1.1 Verteiler ....................................... 70
3.1.2 Stopfen ......................................... 70
3.1.3 Tauchrohr ....................................... 71
3.1.4 Kokille ......................................... 71
3.2 Ähnlichkeit ............................................ 72
3.3 Anlagenbetrieb mit Mini-LIMMCAST ....................... 76
3.4 Messung der Mini-LIMMCAST Prozessgrößen ................ 77
3.4.1 Verteilerpegel .................................. 78
3.4.2 Stopfenhub ...................................... 78
3.4.3 Kokillenpegel ................................... 79
3.4.4 Druck an Stopfenspitze .......................... 79
3.4.5 Messwerterfassung ............................... 80
3.4.6 Beispielmessung Prozessgrößen ................... 80
3.5 Durchfluss ............................................. 82
3.5.1 Abschätzung mit der Bernoulli-Gleichung ......... 82
3.5.2 Durchflussberechnung aus dem Verteilerpegel ..... 87
3.6 Die Geschwindigkeitsmessung in der Kokille ............. 90
3.7 Datenverarbeitung ...................................... 95
3.8 Das statische Magnetfeld - die "Elektromagnetische
Bremse" ................................................ 97
3.9 Die veränderlichen Versuchsparameter ................... 99
3.9.1 Magnetische Flussdichte ........................ 100
3.9.2 Elektrische Leitfähigkeit der
Kokillenwände .................................. 100
3.9.3 Position der elektromagnetischen Bremse ........ 101
4 Zeitgemittelte Kokillenströmung ............................ 103
4.1 Die Kokillenströmung ohne Magnetfeld .................. 103
4.2 Einfluss der magnetischen Flussdichte ................. 107
4.3 Einfluss der Wandleitfähigkeit ........................ 114
4.4 Kokillenströmung mit veränderter Bremsenposition ...... 120
4.5 Ausdehnung des Strahles über die Kokillendicke ........ 121
5 Zeitabhängige Kokillenströmung ............................. 127
5.1 Lokale Geschwindigkeitsoszillationen .................. 127
5.2 Räumliche Schwankungen des Flüssigmetallstrahles ...... 132
5.3 Symmetrieverhalten zwischen den Kokillenhälften ....... 140
5.3.1 Symmetrie in den horizontalen
Geschwindigkeiten .............................. 141
5.3.2 Symmetrie in der vertikalen Geschwindigkeit .... 143
5.4 Beobachtung der freien Oberfläche ..................... 149
5.5. Frequenzanalyse ....................................... 150
5.5.1. Frequenzanalyse in den
Geschwindigkeitsmessungen ...................... 150
5.5.2 Frequenzanalyse des Kokillenpegels ............. 155
6 Diskussion ................................................. 157
6.1 Vergleich mit bestehenden Ergebnissen ................. 157
6.2 Oszillationen ......................................... 161
6.2.1 Oszillationen der Strahlauslenkung ............. 161
6.2.2 Turbulenzen in den Scherschichten der
Strahlströmung ................................. 166
6.2.3 Oszillationen der freien Oberfläche ............ 169
6.2.4 Gegenüberstellung der Oszillationen ............ 171
6.3 Wirkung der elektromagnetischen Bremse auf den
Durchfluss ............................................ 173
6.4 Magnetfeldwirkung auf die Strahlströmung .............. 176
7 Zusammenfassung ............................................ 177
8 Ausblick ................................................... 183
8.1 Weitere Untersuchungsschwerpunkte ..................... 183
8.2 Neue und verbesserte Messtechniken .................... 185
8.3 Weitere Versuchsanlagen für den Strangguss:
Die LIMMCAST-Familie .................................. 190
A. Anhang ....................................................... I
A.l. Messwerterfassung ....................................... I
A.2. Messtechnik ........................................... III
A.2.1. Magnetfeldverteilung - Sonde zur Vermessung
des Magnetfeldes ............................... III
A.2.2. Prozessablauf - Druckmessung am Tauchrohr ....... IV
А.2.3. Übersicht - Messtechniken Flüssigmetall ......... IV
A.3. Versuchsmatrix ........................................ VII
Literatur ...................................................... IX
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