CH636784A5 - Gekuehlte stranggiesskokille mit einer einrichtung zur erzeugung eines elektromagnetischen kraftfeldes. - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine gekühlte Stranggiesskokille mit einer Einrichtung zur Erzeugung eines rotierenden elektromagnetischen Kraftfelds im Bereich der Schmelze.

Es ist seit langem bekannt, die Erstarrung beim Strang-giessen hochschmelzender Metalle durch Anlegen von rotierenden elektromagnetischen Kraftfeldern zu beeinflussen, wobei metallurgische und technische Vorteile, insbesondere eine gleichmässigere Gefügestruktur des Gussproduktes, erzielt werden. Zweckmässig erfolgt die Anlegung eines Drehfeldes im Giessspiegelbereich.

Der für die rasche Bildung einer tragfähigen Schale beste Kokillenwerkstoff ist Kupfer, dem zur Erzielung einer verbesserten Festigkeit Legierungselemente, wie Chrom, Silber, Beryllium, Zirkon und dgl. in geringer Menge zulegiert sein können. Diese Kokillenwerkstoffe schirmen jedoch ein angelegtes elektromagnetisches Kraftfeld stark ab, so dass die unter dem Einfluss des Kraftfeldes induzierte Bewegung nicht im gewünschten Mass auftritt, insbesondere, wenn das Kraftfeld mit Netzfrequenz arbeitet. Es ist daher nicht möglich, ein Induktionsjoch in jenem Bereich der Kokille anzusetzen, in dem ihre den Innenhohlraum der Kokille begrenzende Wand aus Kupfer besteht. Verwendet man jedoch einen anderen Werkstoff als Kupfer, der eine niedrigere elektrische Leitfähigkeit und damit eine höhere Durchlässigkeit für magnetische Kraftfelder besitzt, wie z.B. Messing, Aluminium, Molybdän, Chrom-Nickel-Stahl und dgl., so können nur geringe Standzeiten der Kokille erreicht werden, die für Produktionsanlagen nicht ausreichend sind.

Zur Vermeidung dieser Schwierigkeiten wurde schon vorgeschlagen, die Induktionseinrichtung anstatt mit Netzfrequenz mit niedrigerer Frequenz, z.B. 1 bis 10 Hz, zu betreiben, wodurch die Verluste beim Durchtritt des Kraftlinienfeldes durch die Kupferwand geringer werden. Damit wird jedoch die Einrichtung komplizierter, weil man zusätzlich Frequenzwandler benötigt.

Zur Vermeidung der geschilderten Schwierigkeiten wurde auch vorgeschlagen, die Induktionseinrichtung nicht im Bereich der Durchlaufkokille, sondern in einem mehr oder weniger grossen Abstand unterhalb der Kokille vorzusehen. Abgesehen davon, dass damit auf die Vorteile der spiegelnahen Beeinflussung der Erstarrung und damit auf die vorteilhafte Gefügeausbildung der Schale, wie schnellere Anfangserstarrung, feinkörnigeres Randgefüge, verminderte transkristalline Zone, geringere Spannungsrissempfindlichkeit und damit Vermeidung von Oberflächenrissen und oberflächennahen Innenrissen, verzichtet werden muss, bildet sich an der Erstarrungsfront im Drehfeldbereich ein Seige-rungsstreifen aus, der die Qualität des Gussproduktes vermindert.

Diese Nachteile treten umso mehr in Erscheinung, als man üblicherweise mit Kokillenlängen arbeitet, die im Bereich von 600 bis 850 mm liegen. Man verwendet aus Gründen der Betriebssicherheit, zumal bei höheren Giessge-schwindigkeiten, Kokillen dieser Länge, obwohl für die Schalenbildung eine Kokillenlänge von lediglich 100 bis 200 mm ausreichend ist.

Die Erfindung bezweckt die Vermeidung der geschilderten Nachteile und Schwierigkeiten bei Anwendung von Kokillen mit einer Induktionseinrichtung zur Erzeugung eines elektromagnetischen Kraftfeldes. Die Erfindung stellt sich die Aufgabe, eine Kokille dieser Art zu schaffen, die bei verbesserter Standzeit eine verbesserte Beeinflussung der Erstarrung des schmelzflüssigen Metalles nahe des Kokillenspiegels ermöglicht und für Produktionsanlagen geeignet ist.

Die Erfindung besteht darin, dass die Kokille aus einer oberen, den Kokilleninnenraum begrenzenden Wand aus Kupfer oder einer niedriglegierten Kupferlegierung und aus einer unteren, den Kokilleninnenraum begrenzenden Wand aus einem antimagnetischen Werkstoff mit niedriger elektrischer Leitfähigkeit besteht, wobei letztere von einer Induktionseinrichtung für ein elektromagnetisches Drehfeld umgeben ist.

Es sind zwar Verbundkokillen, nämlich aus Teilen zusammengesetzte Kokillen, an sich bekannt, bei denen sowohl der obere als auch der untere den Kokillenhohlraum begrenzende Teil aus Kupfer bestand. Diese Verbund- bzw. Doppelkokille wurde vorgeschlagen, um ihre Lebensdauer zu erhöhen, indem jeweils bei Verzug nur der obere Kokillenteil ausgetauscht wurde. Diese Kokille hat sich im Betrieb jedoch nicht bewährt, da die erwarteten Kostenvorteile bei den gegebenen Schwierigkeiten der Dichthaltung usw. nicht realisiert werden konnten.

Demgegenüber fallen Abdichtungsschwierigkeiten bzw. eine geringfügige Erhöhung des Aufwandes bei der Kühlung der erfindungsgemässen Verbundkokille nicht ins Gewicht, da die gewünschte Beeinflussung des Schalenwachstums und der Gefügestruktur auf eine wesentlich wirksamere und sicherere Weise erreicht werden kann, als dies bisher der Fall ist.

Nach einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung besteht die untere, den Kokilleninnenraum begrenzende

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Wand aus Messing, Mehrstoffaluminiumbronze, Aluminium, antimagnetischem Stahl, wie Chrom-Nickel-Austenit-Stahl, Nickelstahl oder Manganhartstahl. Bei Verwendung von hochverschleissfestem Stahl, wie Chrom-Nickel-Au-stenit-Stahl oder 12%igem Manganhartstahl gewinnt man den Vorteil, dass die Kokille in ihrem unteren Teil ver-schleissfest wird. In diesem unteren Teil treten bekannterweise häufig hohe Reibungskräfte auf, die bei Verwendung von relativ weichem Kokillenwerkstoff zu einem raschen Verbrauch führen.

Vorteilhafterweise besitzen der obere und der untere Teil der Kokille ein gemeinsames Kühlsystem.

Zweckmässig weisen der obere und der untere Teil der Kokille jeweils einen eigenen Kühlwasserkasten auf.

Eine weitere bevorzugte Ausführungsform der erfin-dungsgemässen Stranggiesskokille ist dadurch gekennzeichnet, dass die den oberen Kokillenhohlraum und die den unteren Kokillenhohlraum begrenzenden Wände durch eine ringförmige Leiste zentriert und mit einer Weichdichtung abgedichtet sind.

Vorteilhafterweise weist sowohl die den oberen Kokilleninnenraum als auch die den unteren Kokilleninnenraum begrenzende Wand eine Hartverchromungsdeckschicht auf, um eine fugenlose Innenfläche zu bilden.

Zum Zweck des einfachen Formatwechsels können die den oberen Kokillenhohlraum und die den unteren Kokillenhohlraum begrenzenden Wände zusammen mit einem sie umgebenden Zwischenmantel eine in einen gemeinsamen Kühlkasten ein- und ausbaubare Baueinheit bilden, wodurch die elektrische Ausrüstung bei einem Formatwechsel nicht ausgetauscht zu werden braucht.

Wie schon erwähnt, genügt für die Anfangserstarrung, d.h. für die Bildung einer tragfahigen Schale, eine Kokillenlänge von 100 bis 200 mm. Da der Giessspiegel üblicherweise etwa 100 mm unter der Kokillenoberkante liegt, braucht die Länge des Kupferteiles nur mindestens 200 bis 300 mm zu betragen. Da das angelegte Drehfeld möglichst nahe dem Kokillenspiegel sein soll, um die Vorteile der Beeinflussung der Gefügestruktur voll auszunutzen, wird vorzugsweise die Länge des Kupferteiles maximal 450 mm betragen. Vorteilhaft soll die Kokillenlänge jeweils zur Hälfte aus Kupfer und jeweils zur Hälfte aus dem Material niedriger elektrischer Leitfähigkeit bestehen.

Die Erfindung ist an 3 Ausführungsbeispielen in der Zeichnung näher erläutert, wobei die Fig. 1 und 2 jeweils einen Vertikalschnitt durch eine Stranggiesskokille für die Erzeugung eines Knüppels mit rundem Querschnitt und die

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Fig. 3 einen Querschnitt entsprechend der Linie III-III durch den Unterteil einer der beiden Fig. 1 oder 2 darstellen. Fig. 4 zeigt einen Vertikalschnitt durch eine weitere Ausführungsform einer Stranggiesskokille und Fig. 5 ein Detail der Fig. 4.

In Fig. 1 besteht die Kokille aus einem Oberteil 1 und einem Unterteil 2, wobei die den oberen Kokilleninnenraum begrenzende Wand 3 aus Kupfer und die den unteren Kokilleninnenraum begrenzende Wand 4 aus austenitischem Chrom-Nickel-Stahl bestehen. Die obere Wand 3 aus Kupfer ist von einem Innenmantel 5 und einem Kühlkasten 6 umgeben, die untere Wand 4 von einem Kühlkasten 7, in dem ein die Wicklungen 8 aufweisendes Induktionsjoch 9 enthalten ist. Der Kühlwassereintritt erfolgt bei 10 in den unteren Kühlkasten 7. Das Kühlwasser gelangt durch die Kühlwasserdurchtrittsöffnung 11 in den oberen Kühlkasten 6 und fliesst durch den Austritt 12 ab. Bei der abgeänderten Ausführungsform nach Fig. 2 weisen der obere und der untere Teil 1', 2' der Kokille voneinander vollständig getrennte Kühlkästen 6' und 7' auf. Sie haben getrennte Zu- und Abflussleitungen 13,14,13', 14' für Kühlwasser.

Bei der Ausführungsform nach Fig. 4 besteht die den oberen Kokilleninnenraum begrenzende Innenwand 3 wieder aus Kupfer und die den unteren Kokilleninnenraum begrenzende Wand 4 aus austenitischem Chrom-Nickel-Stahl oder Manganhartstahl. Die Wände 3 und 4 sind durch eine ringförmige Leiste 15 aneinander zentriert und durch Weichdichtungen, wie O-Ringdichtungen 16, nach aussen gedichtet. Die Innenfläche der Wände 3 und 4 geht fugenlos ineinander über. Zweckmässig ist die gesamte Innenfläche mit einer Hartverchromungsdeckschicht abgedeckt.

Die Kokille besitzt einen sich über die gesamte Länge der Kokille erstreckenden Kühlkasten 17, wobei durch den Zwischenmantel 18, der an den Innenwänden 3 bzw. 4 mit Konsolen befestigt ist, ein Kühlwasserumlauf gebildet wird. Der Wasserzulauf erfolgt durch die Leitung 19 und der Wasserablauf durch die Leitung 20. Im unteren Teil des Kühlkastens ist das Induktionsjoch 9 zur Erzeugung des Drehfeldes angeordnet. Der Vorteil dieser Ausführungsform besteht darin, dass der gesamte Innenteil in Werkstätten montiert und die obere und die untere Innenwand gemeinsam geschliffen und hartverchromt werden können, so dass die Passung einwandfrei ist. Der gesamte Innenteil samt Zwischenmantel 18 ist leicht auswechselbar, so dass auch ein Formatwechsel möglich ist, ohne die elektrische Ausrüstung auszutauschen. Der Kühlkasten bzw. das Kokillengehäuse bestehen vorteilhaft aus 18/8 Chrom-Nickel-Stahl.

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1 Blatt Zeichnungen

Claims (7)

636 784 PATENTANSPRÜCHE

1. Gekühlte Stranggiesskokille mit einer Einrichtung zur Erzeugung eines rotierenden elektromagnetischen Kraftfeldes im Bereich der Schmelze, dadurch gekennzeichnet, dass die Kokille aus einer oberen, den Kokilleninnenraum begrenzenden Wand (3) aus Kupfer oder einer niedriglegierten Kupferlegierung und aus einer unteren, den Kokilleninnenraum begrenzenden Wand (4) aus einem antimagnetischen Werkstoff mit niedriger elektrischer Leitfähigkeit besteht, wobei letztere von einer Induktionseinrichtung (9) für ein elektromagnetisches Drehfeld umgeben ist.

2. Stranggiesskokille nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die untere, den Kokilleninnenraum begrenzende Wand (4) aus Messing, Mehrstoffaluminiumbronze, Aluminium, antimagnetischem Stahl, wie Chrom-Nickel-Au-stenit-Stahl, Nickelstahl oder Manganhartstahl besteht.

3. Stranggiesskokille nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der obere und der untere Teil (1,2) der Kokille ein gemeinsames Kühlsystem (6, 7) besitzen (Fig. 1).

4. Stranggiesskokille nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der obere und der untere Teil (1,2; 1', 2') der Kokille jeweils einen eigenen Kühlwasserkasten (6, 7; 6', 7') aufweisen (Fig. 2).

5. Stranggiesskokille nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die den oberen Kokillenhohlraum und die den unteren Kokillenhohlraum begrenzenden Wände (3,4) durch eine ringförmige Leiste (15) zentriert und mit einer Weichdichtung (16) abgedichtet sind.

6. Stranggiesskokille nach den Ansprüchen 1 und 5, dadurch gekennzeichnet, dass sowohl die den oberen Kokilleninnenraum als auch die den unteren Kokilleninnenraum begrenzende Wand (3,4) eine Hartverchromungsdeckschicht aufweist, um eine fugenlose Innenfläche zu bilden.

7. Stranggiesskokille nach den Ansprüchen 1, 5 und 6, dadurch gekennzeichnet, dass die den oberen Kokillenhohlraum und die den unteren Kokillenhohlraum begrenzenden Wände (3,4) zusammen mit einem sie umgebenden Zwischenmantel (18) eine in einen gemeinsamen Kühlkasten (17) ein- und ausbaubare Baueinheit bilden.