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Giessvorrichtung für Metalle
Die Erfindung betrifft eine Giesspfanne, bei welcher das durch den Ausgussstein ausfliessende von einem elektrischen Strom durchflossene Metall durch die Wirkung eines Magnetfeldes einer Feinregelung unterworfen wird.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, diese Regelung durch eine besondere Gestaltung des
Ausflusskanales zu steigern.
Dies wird gemäss der Erfindung dadurch erreicht, dass der Ausflusskanal bezüglich seiner Achse sich gegenüberliegende, in der Ausflussrichtung gegeneinander versetzte, den Querschnitt des Ausflusskanales vergrössernde Hohlräume aufweist, die in der Ausflussrichtung sich überlappende
Bereiche aufweisen, in deren Höhe der senkrecht verlaufende Ausflusskanal den magnetischen Spalt bildet.
Gemäss einer Weiterbildung der Erfindung kann der Ausflusskanal noch folgende Merkmale, einzeln oder in Verbindung miteinander, aufweisen : Die seitlichen Hohlräume werden durch vom senkrechten Ausflusskanal abzweigende Kanäle gebildet ; die seitlichen Kanäle sind mit einem elektrisch leitenden feuerfesten Stoff ausgefüllt ; der elektrisch leitende feuerfeste Stoff besteht aus einer keramische und metallische Bestandteile aufweisenden Masse ; der senkrechte Ausflusskanal und die seitlichen Hohlräume weisen einen zylindrischen Querschnitt auf ; und der senkrechte Ausflusskanal und die seitlichen Hohlräume weisen einen rechteckigen Querschnitt auf.
Die erfindungsgemässe Vorrichtung besteht somit aus einem Ausgussstein, in dem ein von einem Elektromagneten erzeugtes Magnetfeld auf einen elektrischen Strom wirkt, der in dem durch den Ausgussstein ausströmenden Metall fliesst, wobei die elektrischen Stromlinien in ihrer Gesamtheit nicht mit der Strömungsrichtung des ausfliessenden Metalles übereinstimmen. Die Hohlräume sind derart angeordnet, dass zwei sich gegenüberliegende Hohlräume in ihrem überlappungsbereich zusammen mit dem senkrecht verlaufenden Ausflusskanal einen maximalen Querschnitt bilden. In der Höhe dieses maximalen Querschnittes sind die Pole eines Elektromagneten derart angeordnet, dass der senkrechte Ausflusskanal den magnetischen Spalt bildet.
Wenn das ausfliessende Metall im Bereich des Ausflusskanales von einem elektrischen Strom durchflossen wird, so haben die Stromlinien das Bestreben, an den Stellen einer Querschnittsvergrösserung nach den seitlichen Bereichen geringeren elektrischen Widerstandes auszuweichen. Die Strömungsrichtung des senkrecht ausfliessenden Metalles weist somit, insbesondere im Bereich des maximalen Querschnittes mit den elektrischen Stromlinien einen von Null verschiedenen Winkel auf. Da der maximale Querschnitt des Kanals im Bereich des magnetischen Spaltes liegt, wird nach dem Gesetz von Laplace auf die Stromlinien eine senkrecht wirkende Kraft ausgeübt.
Diese Kraft weist eine longitudinale Komponente auf, der ein Druck entspricht, der, entsprechend der Stromrichtung des das Metall durchfliessenden Stromes den statischen Druck des Metalles oder jeden andern auf das strömende Metall ausgeübten Druck vergrössert oder verkleinert und somit die
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Durchflussmenge beeinflusst. Durch die Veränderung der Stromstärke einerseits und der magnetischen
Feldstärke anderseits besteht somit die Möglichkeit, die Durchflussmenge durch die Ausflussvorrichtung beliebig fein zu regeln.
Eine Vereinfachung der Anordnung wird zusätzlich noch dadurch bewirkt, dass die der
Stromzufuhr dienenden Elektroden bzw. Kontakte ausserhalb des Durchflusskanales, vorzugsweise in dem von der Giesspfanne aufgenommenen Metall bzw. an der Giessform angeordnet werden.
Es ist zwar schon ein Verfahren zur Regelung des Zuflusses der metallischen Schmelze zur Kokille bekannt, bei welchem das Metall in seiner Fliessrichtung von einem elektrischen Strom durchflossen und einem senkrecht zu der Fliessrichtung erzeugten Magnetfeld ausgesetzt wird. Nach diesem Verfahren kann aber die auf die Schmelze einwirkende Kraft den Giessstrahl lediglich einschnüren. Die erfindungsgemässe Anordnung bringt demgegenüber den wesentlichen Vorteil, dass damit, wie schon dargelegt wurde, der statische Druck des Metalles in der Pfanne oder irgend ein anderer auf das strömende Metall ausgeübter Druck sowohl vergrössert als auch verkleinert werden kann, womit eine besonders präzise Regelung der Ausflussgeschwindigkeit des Metalles möglich wird.
In den Zeichnungen sind einige Ausführungsbeispiele der Erfindung in schematischer Weise dargestellt. Es zeigen Fig. 1 einen senkrechten Schnitt durch eine dem Stand der Technik entsprechende Giesspfanne und die unter ihr angeordnete Gussform ; Fig. 2 einen senkrechten Achsenschnitt durch einen Ausgussstein gemäss der Erfindung ; Fig. 3 einen waagrechten Schnitt nach der Linie a-b der Fig. 2 ; Fig. 4 einen senkrechten Achsenschnitt durch eine weitere Ausführungsform eines Ausgusssteines ; Fig. 5 einen waagrechten Schnitt nach der Linie c-d der Fig. 4 ; Fig. 6 einen Achsenschnitt durch eine dritte Ausführungsform eines erfindungsgemässen Ausgusssteines ; Fig, 7 einen waagrechten Schnitt nach der Linie e-f der Fig. 6 ;
Fig. 8 einen Achsenschnitt durch ein viertes Ausführungsbeispiel eines Ausgusssteins und Fig. 9 einen waagrechten Schnitt nach der Linie g-h der Fig. 8.
Die Giesspfanne--l--weist einen Ausgussstein--2--auf, der sich im Spaltbereich eines Elektromagneten mit den Polen--3 und 4--befindet. Nach dem Durchfluss durch den Ausgussstein ergiesst sich das Metall in eine Gussform-5-, deren leitende Wandung an eine Stromquelle-6angeschlossen ist, deren anderer Pol mit einer in das Metall der Giesspfanne--l--eingetauchten Elektrode--7--verbunden ist. Auf diese Weise fliesst der elektrische Strom durch das durch den Ausgussstein ausfliessende Metall.
Als Stromquelle dient eine Gleichstromquelle mit einer Stromstärke von mehreren tausend Ampere. Der Elektromagnet wird ebenfalls durch einen Gleichstrom erregt. Für den Fall der Erregung des Magneten mittels Wechselstromes kann auch für den durch das Metall fliessenden Strom eine Wechselstromquelle gleicher Frequenz und gleicher Phase verwendet werden.
An Stelle einer Gussform kann auch eine feuerfest ausgekleidete Giessrinne verwendet werden. In diesem Fall erfolgt die Stromzufuhr ebenfalls mittels einer in die Giessrinne eingetauchten Elektrode oder auch durch einen unmittelbaren Kontakt mit dem aus dem Ausgussstein ausströmenden Metall.
Im Falle der Vorrichtung nach den Fig. 2 und 3 weist gemäss der Erfindung der Ausgussstein in seinem unteren Teil einen zylindrischen Querschnitt sowie einen zylindrischen Kanal--8--und zwei zylindrische Hohlräume--9 und 10--auf, die bezüglich der Achse--11--sich einander
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zw.Hohlräume--9 und 10--verbreiterten Querschnittes an. Die Polflächen sind so angeordnet, dass der magnetische Vektor--B--in einer zur Achse--11--des Ausgusssteines senkrechten Ebene verläuft. Die Ausflussrichtung ist mit--A--bezeichnet ; die Stromlinien sind durch gestrichelte Linien - C-angedeutet (Fig. 2).
Bei dem in den Fig. 4 und 5 dargestellten Ausführungsbeispiel weist der Ausgussstein ein rechteckiges Profil auf. Das gleiche Profil weist der Ausflusskanal --12-- und die seitlichen Kanäle --13 und 14--auf. Der Vorteil einer solchen Querschnittsform ist der, dass unter gleichen elektrischen Bedingungen auf Grund des schmalen Querschnittes des Kanales eine grössere Druckänderung erzielt wird.
Bei dem in den Fig. 6 und 7 dargestellten Ausführungsbeispiel werden die Hohlräume durch zusätzliche Kanäle--15 und 16--gebildet, die von dem senkrechten mittleren Kanal--17-- abzweigen und von diesem durch Zwischenwände--18 und 19--getrennt verlaufen. Die Stromlinien
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bildet, so dass unter gleichen elektrischen Bedingungen die auf der Laplace'schen Kraft beruhende Druckänderung einen grössten Wert annimmt, was den besonderen Vorteil dieser Ausführungsform
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darstellt.
Die zusätzlichen Kanäle können wie in den vorhergehenden Beispielen flüssiges Metall enthalten ; sie können aber auch, wie es in diesem Beispiel der Fall ist, mit einer elektrisch leitenden feuerfesten Masse, beispielsweise aus Gemengen wie Cr2 03 mit Cr oder Al 03 mit Cr oder auch Al 03 mit Mo bestehen. Diese Massen weisen einen elektrischen Widerstand von derselben Grössenordnung oder auch einen kleineren elektrischen Widerstand wie flüssiger Stahl auf und eignen sich in besonderer Weise als Ausgusssteine für den Durchfluss von Eisenmetallen. Für den Durchfluss von Nichteisenmetallen können andere elektrisch leitende und feuerfeste Stoffe verwendet werden, wie beispielsweise Graphit.
Bei dem Ausführungsbeispiel nach den Fig. 8 und 9 sind drei Hohlräume-20, 21 und 22-vorgesehen, die zwei maximale Querschnitte bilden, von denen jeder zwischen den Polen-23, 24 und 25, 26-- liegt. Der Vorteil dieser Ausführungsform besteht darin, dass die Wirksamkeit der Beeinflussung verdoppelt wird, da, wie man aus Fig. 8 ersieht, die elektrischen Stromlinien--C--zwei S-förmige Kurven bilden, die an den Stellen, wo sie den senkrechten Durchflusskanal kreuzen, einen
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Die erfindungsgemässe Einrichtung kann mit gleichem Erfolg bei kontinuierlichen und diskontinuierlichen Giessverfahren Verwendung finden. Besonders vorteilhaft ist die Einrichtung jedoch bei kontinuierlichen Giessverfahren, da sie eine sehr genaue und feine Regelung der Ausflussgeschwindigkeit im Bereich des durch die statischen Gegebenheiten bedingten Wertes ermöglicht.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Giessvorrichtung für Metalle, bestehend aus einer Giesspfanne mit in ihrem Boden angeordnetem Ausgussstein für den Ausfluss des von einem elektrischen Strom durchflossenen Metalles, sowie mit einem im Bereich des Ausgusssteines angeordneten Elektromagneten zur Erzeugung eines senkrecht zur Durchflussrichtung gerichteten magnetischen Feldes, dadurch gekenn- zeichnet, dass der Ausflusskanal (8, 17) bezüglich seiner Achse sich gegenüberliegende, in der Ausflussrichtung gegeneinander versetzte, den Querschnitt des Ausflusskanals vergrössernde Hohlräume (9, 10, 13 bis 16, 20 bis 22) aufweist, die in der Ausflussrichtung sich überlappende Bereiche aufweisen, in deren Höhe der senkrecht verlaufende Ausflusskanal (8, 17) den magnetischen Spalt bildet.
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