CH665788A5

CH665788A5 - Vorrichtung zur kontinuierlichen herstellung eines laenglichen metallgegenstands.

Info

Publication number: CH665788A5
Application number: CH2509/86A
Authority: CH
Inventors: Hugh Randolph Lowry; Robert Thompson Frost
Original assignee: Gen Electric
Priority date: 1980-07-02
Filing date: 1980-12-22
Publication date: 1988-06-15
Also published as: ES8307141A1; AT397477B; ES498056A0; JPS6116215B2; JPS6192758A; FI68993B; MX154569A; FI68993C; PH24316A; CH658809A5; FR2485963B1; BR8100899A; FR2485963A1; HU183291B; HK75985A; SE443525B; ZA807856B; ES8204324A1; PT72234A; JPS5717351A

Description

BESCHREIBUNG Kontinuierliche Methoden zur formgebenden Verarbeitung von Metallschmelzen sind insbesondere in Form von Stranggiessverfahren bekannt, über die es eine umfangreiche Literatur einschliesslich Patentliteratur gibt. Betriebsreife Vorrichtungen gibt es aber nur in sehr beschränktem Umfang, was verschiedene Gründe hat und häufig auf Problemen des Kontakts der sich verfestigenden Schmelze mit den Wänden der Form bzw. Kokille beruht.

Um die Nachteile des Kontakts der Schmelze mit Formwänden zu beheben, sind verschiedene Verfahren beschrieben worden, die auf der Verwendung elektromagnetischer Felder zur Führung der Metallschmelze beruhen; typisch hierfür ist das in US-PS 3 735 799 beschriebene Verfahren, das ebenso wie die später vorgeschlagenen Methoden gemäss den US-PSen 3 467 166, 3 605 865, 3 735 799,4 014 379 und 4 126 175 das Giessen in Richtung nach abwärts, d.h. in Richtung der Schwerkraft, betrifft und erhebliche Probleme der Betriebssicherheit zur Folge hat, z. B. bei Stromausfall und einem dann unkontrollierten Ausfliessen der Schmelze nach unten.

In den US-Psen 3 746 077 und 3 872 913 sind Verfahren zum Stranggiessen von Metallschmelzen nach aufwärts, also der Schwerkraft entgegengesetzt, beschrieben, bei welchen die Metallschmelze zur Überwindung der Schwerkraft entweder «hydrostatisch» (genauer gesagt: «metallostatisch») nach oben gepresst oder gesaugt wird. Diese Methoden könnten das Problem der Betriebssicherheit der mit elektromagnetischen Feldern arbeitenden kontinuierlichen Giess-verfahren bezüglich unkontrolliertem Abströmen der Metallschmelze nach unten zwar beheben, aber nur auf Kosten des dann wieder unvermeidlichen Kontakts der Schmelze mit einer Form- bzw. Formungswand.

Aus der publizierten japanischen Patentanmeldung Nr. 48 — 5413 ist ferner die Aufgabe bekannt, zur kontinuierlichen Herstellung länglicher Metallgegenstände flüssiges Metall von unten in ein längliches, aufwärts sich bewegendes elektromagnetisches Feld einzuführen und verfestigtes Produkt am oberen Ende des Felds zu entfernen. Eine betriebsfähige Lösung der Aufgabe ist aber nicht beschrieben und mit den angegebenen Mitteln auch nicht möglich.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss gelöst durch eine Vorrichtung zur kontinuierlichen Herstellung eines länglichen Metallgegenstands durch Einführen von flüssigem Metall von unten in ein längliches, aufwärts sich bewegendes elektromagnetisches Feld und Entfernung von verfestigtem Metall am oberen Ende des Felds; die Vorrichtung ist gekennzeichnet durch einen in aufrechter Stellung angeordneten, länglichen rohrförmig umschlossenen Formungsraum (11), dessen unteres Ende mit einer Quelle (10) für das flüssige Metall verbunden ist und wobei Mittel zur Entfernung des verfestigten Metalls aus dessen offenen oberen Ende vorgesehen sind; eine den Formungsraum entlang eines Teils seiner Länge umgebende Einrichtung (28) zur Aufrechterhaltung des elektromagnetischen Felds im Inneren des Formungsraums (11) derart, dass des Feld auf eine Säule (20) aus sich verfestigendem Metall im Inneren des Formungsraums wirkt, um den hydrostatischen Druck der Säule zu vermindern und einen überwiegenden Teil ihrer Aussenfläche in druckfreiem Kontakt mit der umgebenden Innenfläche des Formungsraums zu halten; und eine Wärmetauschereinrichtung (30) zum Abführen von Wärme aus dem Formungsraum (11) in einem zur Verfestigung des flüssigen Metalls ausreichenden Masse.

Der für den Betrieb der erfindungsgemässen Vorrichtung wesentliche druckfreie Kontakt zwischen der Säule aus flüssigem Metall und der die Säule umgebenden Innenfläche des Formimgsraums zeigt sich im Ergebnis unter anderem daran, dass die Oberfläche von mit der erfindungsgemässen Vorrichtung erhältlichen länglichen Metallgegenständen, z. B. Stäben, nicht der Innenfläche des verwendeten Formungsraums entspricht, sondern leicht quergerippt bzw. schwach querwellig ist; insoweit ist für die erfindungsgemäs-se Vorrichtung die übliche Form-Terminologie der Strang-giesstechnik nicht zutreffend, weil die Oberfläche eines konventionellen, kontinuierlich erhaltenen Giessprodukts von der Innenfläche der Kokille vollständig bestimmt, also «geformt» wird, während dies bei der erfindungsgemässen Vorrichtung nicht der Fall ist. Bei einem typischen, mit der erfin-

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dungsgemässen Vorrichtung erhältlichen Produkt, z.B. einem Rundstab mit einem Durchmesser von 8 bis 30 mm, beispielsweise 15 mm, ist der Aussendurchmesser des Stabs um etwa 25 bis 50 Mikrometer kleiner, als der Innendurchmesser der Innenwand des Formungsraums.

In der nachfolgenden Beschreibung wird die Wirkung des elektromagnetischen Felds bei der erfindungsgemässen Vorrichtung kurz als «Hubwirkung» und der mit einer ausreichenden Hubwirkung erzielte Zustand der praktisch völligen Gewichtskompensation oder Schwerelosigkeit der Säule als «Lévitation» bezeichnet. Dementsprechend wird ein Feld, das nicht nur zum kontaktfreien Halten der Metallsäule, sondern auch zum Erzielen der praktischen Schwerelosigkeit der Säule befähigt ist, kurz als «Levitationsfeld» bezeichnet.

Bevorzugte Ausführungsformen der erfindungsgemässen Vorrichtung haben die in den Ansprüchen 2 bis 7 angegebenen Merkmale.

Die erfindungsgemässe Vorrichtung bietet verschiedene Vorteile. Zunächst kann sie mit im Vergleich zum Stand der Technik kleinem und vergleichsweise weniger kapitalintensivem Aufbau hergestellt werden und erlaubt die wirtschaftliche und betriebssichere Verarbeitung auch bereits mit relativ kleinen Produktionsmengen. Ferner kann das elektromagnetische Feld eine intensive Rührwirkung auf die sich verfestigende Schmelze ausûbèn und dadurch eine erhebliche Verbesserung der Kornstruktur der mit der erfindungsgemässen Vorrichtung erhaltenen Produkte erzielt werden.

Weiterhin sind zum Entfernen des verfestigten Produkts am oberen Ende des Felds wegen der Minimierung bzw. Ausschaltung von Schwer-, Reibungs- und Haftkräften keine besonderen Massnahmen bzw. keine besonders starken Abziehvorrichtungen nötig und lässt sich die Kühlung ohne besondere Probleme bewerkstelligen.

Allgemein gestattet die erfindungsgemässe Vorrichtung die Herstellung von Kupfer- und anderen Metallstäben, die dann in üblicher Weise zur Herstellung von Draht gewalzt, geglüht und gezogen werden können, wobei auf gewissen Produktionsgebieten wesentliche Kostensenkungen erzielbar sind. Beispielsweise können Schweissdrähte und andere Produkte, in welchen die Korngrösse nicht von primärer Bedeutung ist, direkt in der endgültigen Form erhalten werden; die Zusammensetzung des Metalls ist keinen besonderen Beschränkungen unterworfen und man kann z.B. Kupfer mit hohem oder niedrigem Sauerstoffgehalt verarbeiten. Vermutlich als Folge der Lévitation sind die mit der erfindungsgemässen Vorrichtung erhaltenen Produkte im allgemeinen frei von Poren und Lunkern.

Die Erfindung wird anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 die teilweise geschnittene Vorderansicht des Schemas einer erfindungsgemässen Vorrichtung zusammen mit einer Warmwalzvorrichtung,

Fig. 2 eine vergrösserte Schnittansicht eines Teils der in Fig. 1 gezeigten Vorrichtung,

Fig. 3 die nochmals vergrösserte schematische Darstellung des in Fig. 2 dargestellten Teils der Vorrichtung,

Fig. 4 die schematische Darstellung einer abgeänderten Form des in Fig. 3 dargestellten Teils der Vorrichtung,

Fig. 5 das Leitungsnetzschema einer Spule, die in den Vorrichtungen der Figuren 1 bis 4 zur Erzeugung des Levita-tionsfelds verwendet werden kann,

Fig. 6 eine weitere Modifikation des in den Figuren 3 und 4 dargestellten Vorrichtungsteils,

Fig. 7 die fotografische Darstellung eines mit der erfindungsgemässen Vorrichtung erhaltenen Kupferstabs,

Fig. 8 eine vergrösserte Darstellung des unteren Ends des Kupferstabs von Fig. 7.

Das zu giessende geschmolzene Metall wird in einem in Fig. 1 nicht gezeigten kippbaren Warmhalteofen gehalten und von dort nach Bedarf in den Giesstiegel 10 gebracht, um das gewünschte Niveau an flüssigem Metall im Inneren des Formungsraums 11 zu erhalten. Der Formungsraum 11 ist auf dem Tiegel 10 befestigt und erstreckt sich von diesem vertikal nach oben bis zu einem offenen oberen Ende, durch welches das Produkt 12 in die Kühlkammer 13 ausgetragen wird, aus der es zu den Tandem-Warmwalzstationen 14 und 15 überführt, anschliessend abgekühlt und in der Station 16 aufgespult wird.

Wahlweise kann der Stab 17A direkt in der fertigen Ge-brauchsgrösse hergestellt werden. Die Metallschmelze wird aus dem Tiegel 10 durch Zuführen mit Gefälle als Säule flüssigen Metalls in den Formungsraum 11 aus dem Warmhalteofen verdrängt, der zur Abgabe von geschmolzenem Metall in den Tiegel 10 in Intervallen oder kontinuierlich gekippt wird, wie es zur kontinuierlichen Fertigung erforderlich ist. In der bevorzugten Betriebsweise der Vorrichtung wird die Säule 20 (Fig. 2) aus flüssigem Metall zunächst auf diese Weise erzeugt und anschliessend bei einem Niveau oberhalb desjenigen Niveau gehalten, bei welchem die Gewichtsverminderung bzw. Lévitation durch elektromagnetische Wanderwellen wirksam wird, die den hydrostatischen (metallostatischen) Druck der Säule verringert bzw. eliminiert. Das obere Ende der Säule 20 wird also zunächst in den unteren Teil des Formungsraums 11 gebracht, wo mindestens der obere Teil der Säule 20 im wesentlichen schwerelos wird, wenn der Formungsraum 11 mit Strom versorgt wird.

Der Formungsraum 11 besitzt vorzugsweise ein offenen-diges Rohr 25, das aus hitzebeständigem Material bestehen kann und am Tiegel 10 befestigt ist. Mit aufeinanderfolgenden Phasen der mehrphasigen Stromquelle von Fig. 5 sind beispielsweise zwölf Wicklungen der Spule 28 in vertikal unterteilter Anordnung um das Rohr 25 im wesentlichen senkrecht zur Rohrachse angebracht und in Gruppen zu drei verbunden; dadurch wird ein magnetisches Feld erzeugt, das im flüssigen Metall im Rohr 25 Wirbelströme induziert, was zu einer nach oben gerichteten Hubwirkung auf das zu giessende Metall führt. Dieser sechsphasige «Levitator» ist betriebsbereit zur Ausbildung einer fortschreitenden Wanderwelle, die sich mit einer Geschwindigkeit proportional zum Abstand zwischen aufeinanderfolgenden geschlossenen Flussschleifen und der Anregungsfrequenz bewegt. Die Spule 28 ist vertikal längs des Rohrs 25 angeordnet, so dass das Gewicht des flüssigen Metalls und des verfestigten Metalls in allen Abschnitten ausser dem untersten Abschnitt des Rohrs 25 während des gesamten Betriebs im gewünschten Aus-mass, vorzugsweise im wesentlichen bis zur Schwerelosigkeit, vermindert werden kann.

Ein Versuchsmodell der erfindungsgemässen Vorrichtung, das zur kontinuierlichen Herstellung von Kupfer-, Aluminium- und Bronzestäben zur Prüfung der Betriebsfa-higkeit der Vorrichtung verwendet wurde, besass einen Levi-tatorabschnitt mit sechsunddreissig Windungen Kupferrohr, die in einem Abstand von sechs Wicklungen auf 2,5 cm gewickelt waren, was eine Levitatorlänge von insgesamt etwa 15 cm ergab. Die zwölf Phasen waren um 60° zur Phase ihrer unmittelbaren Nachbarn verschoben und die Länge des Le-vitators entsprach zwei Wellenlängen. Der Durchmesser der gewichtsverminderten Metallsäulen betrug 22 mm und die Säule wurde bei einer Frequenz von annähernd 1200 Hertz ohne Beschleunigung (d.h. das Gewichtsverminderungsverhältnis betrug im wesentlichen 1,0) gehalten; die gesamte Gleichstromzufuhr zu dem als Stromquelle für den Levitator verwendeten Gleichstrom-Wechselstrom-Umformer lag im Bereich von annähernd 7 bis 10 kW. Es wurde der in Fig. 4 erläuterte Wärmeaustauscher verwendet.

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Obwohl für die erfindungsgemässe Vorrichtung ganz unterschiedliche Wärmeaustauscher verwendet werden können, hat der meist am besten geeignete und demzufolge bevorzugte Wärmeaustauscher den in den Zeichnungen mit der Bezugszahl 30 gekennzeichneten Aufbau. Es handelt sich dabei um eine Konstruktion aus verarbeitetem Walzblech mit oberen und unteren ringförmigen Räumen 31 und 32 sowie einem zylindrischen Abschnitt 33, der anliegend um das Rohr 25 in Kontakt mit dessen ringförmiger Aussenfläche angeordnet ist. Flüssiges Kühlmittel, geeigneterweise Leitungswasser. wird kontinuierlich von einer Quelle (nicht gezeigt) in den oberen Raum 31 eingespeist, strömt während des Betriebs durch den Abschnitt 33 und wird durch den unteren Raum 32 in einen Abfluss geleitet, wobei es die durch das Rohr 25 aus dem darin befindlichen flüssigen Metall und dem frisch verfestigten Metallprodukt absorbierte Wärme mit sich führt. Die Wicklungen der Spule 28 sind wie in Fig. 3 gezeigt ausserhalb des zentralen Abschnitts des Wärmeaustauschers angeordnet, erstrecken sich im wesentlichen in gleichmässig unterteiltem Verhältnis vom einen Raum bis zum anderen und sind dicht stehend radial um den Wärmeaustauscher herum angeordnet. Ein geeigneter Werkstoff für den Wärmeaustauscher 30 ist rostfreier Stahl, der eine ausreichende Korrosionsbeständigkeit und Wärmeaustauschwirksamkeit bietet.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform des Betriebs der erfindungsgemässen Vorrichtung wird der Tiegel 10 mit einer Metallschmelze, wie Kupfer, zur kontinuierlichen Herstellung von Gegenständen mit grosser Längenausdehnung, wie beispielsweise Stäben, beschickt. Zunächst wird das Metall geschmolzen und dem Tiegel 10 aus dem Warmhalteofen zugeführt, um eine Säule aus flüssigem Metall 20 mit ihrem oberen Ende im Inneren des Levitators des Formraums 11 zu bilden. Ein Anfahrstab 40 wird durch das obere Ende des Rohrs 25 eingeführt, um das untere Ende des Stabs mit dem Oberteil der Säule aus flüssigem Metall in Kontakt zu bringen. Durch Leitungswasser, das mit hoher Geschwindigkeit durch den Wärmeaustauscher hindurchfliesst, wird der obere Teil der flüssigen Säule in Kontakt mit dem Stab verfestigt. Der Stab 40 und das angeschmolzene Stabende werden dann mit annähernd der Geschwindigkeit der Bildung von festem Stab nach oben aus dem Rohr 25 gezogen. Die flüssige Säule wird mindestens über den grössten Teil ihrer Länge im wesentlichen schwerelos und auf diese Weise bei Betrieb des Levitators in dieser Lage in einem im wesentlichen drucklosen Kontakt mit dem Rohr 25 gehalten; bei kontinuierlichem Betrieb wird ein endloser und vollständig blasenfreier Metallstab mit glatter, glänzender, leicht welliger Oberfläche erhalten. Dieser Stab wird durch die Kammer 13 geführt und dort durch Besprühen mit Wasser soweit abgekühlt, dass er mit oder ohne vorhergehendes Warmwalzen abschliessend gekühlt und gewickelt werden kann.

Wenn das Niveau der flüssigen Metallsäule 20 während des Betriebs absinkt, wird zusätzliche Schmelze unter Zuführung mit Gefälle in den Giesstiegel 10 eingeführt und der Betrieb ohne Unterbrechung fortgesetzt.

Die erfindungsgemässe Vorrichtung hat sich in zahlreichen Versuchen mit unterschiedlichen Metallen bewährt. Insbesondere wurden Aluminium, Kupfer und Bronzelegierung nach der beschriebenen Arbeitsweise zu Stäben von etwa 22 mm Durchmesser verarbeitet, die vollständig blasenfrei waren, eine durchgehend gleichmässige Zusammensetzung und eine glatte glänzende, etwas wellige Oberfläche aufwiesen. Die dem Levitator zugeführte elektrische Leistung wurde jedoch entsprechend den verarbeiteten Metallen variiert, um das Ausmass der Gewichtsverminderung dem Gewicht des jeweiligen Materials anzupassen, d.h. einen Beschleunigungszustand von im wesentlichen Null einzustellen und aufrechtzuerhalten. Entgegen der Erwartungen ist eine genaue Steuerung der elektromagnetischen Feldstärke zur Erhaltung dieses Gleichgewichts von Lévitation und Gewicht nicht notwendig.

5 Bezüglich Gewichtsverminderung bzw. Lévitation wird die Säule aus flüssigem Metall nach oben beschleunigt, wenn die Hub- oder Levitationskraft grösser als das Gewicht ist; dies führt als Folge der Herabsetzung des Querschnitts der Säule zu einer Verringerung der Hubkraft, während das Ge-lo genteil der Fall ist, wenn die Hubkraft kleiner als das Gewicht ist. Solange dieser Effekt des Levitatorfelds auf einen erheblichen Teil der Länge der Säule aus flüssigem Metall und aus verfestigtem Produkt im Inneren des Formungsraums wirkt, werden diejenigen Teile der Säule am unteren i5 und oberen Ende des Rohrs 25, wo die Levitationskräfte durchschnittlich nur etwa die Hälfte der Obigen betragen, vom Druckgefälle zum Ansteigen der flüssigen Säule auf die anfängliche Höhe bzw. durch die Hubkraft des Anfahrstabs 40 gestützt. Demgemäss wird beim Aufbau der flüssigen 20 Säule durch die Levitationskräfte im Bereich des unteren Säulenendes eine kleine nach oben gerichtete Beschleunigung erzeugt; wenn sich die Säule aus flüssigem Metall dann langsam nach oben bis zu einem Punkt etwa gleich dem Radius der Levitatorwicklungen bewegt, gelangt sie in Felder, 25 die ausreichend stark sind, um die Säule in einen im wesentlichen schwerelosen Zustand zu bringen und diesen aufrechtzuerhalten, so dass der Kontakt mit der Innenfläche des Formungsraums, z.B. dem Rohr 25, im wesentlichen drucklos ist. Durch Erhöhen des Druckgefalles ist es daher mög-30 lieh, die nach oben gerichtete Strömungsgeschwindigkeiten zu erhöhen; gewöhnlich kann das anfängliche Druckgefälle zur Regulierung der Geschwindigkeit einer derartigen Strömung verwendet werden, wobei die Spule dann dazu dient, eine solche anfangliche Strömung relativ konstant über den 35 oberen Teil der flüssigen Säule zu halten.

Im Interesse der Begrenzung der Grösse der erfindungsgemässen Vorrichtung und insbesondere der Spule für das Levitatorfeld und auch zur Verringerung der zum Halten der Säule erforderlichen Leistung ist eine maximale Wärmeaus-40 tauschwirksamkeit zweckmässig; der oben beschriebene Wärmeaustauscher kann einen Zustand bewirken, der annähernd dem Abschrecken mit Wasser entspricht und durch Umhüllen der aufsteigenden Säule aus flüssigem Metall mit einem rasch fliessenden, turbulenten Strom mit relativ klei-45 nem ringförmigem Querschnitt eines flüssigen Kühlmittels erzielt wird. Der Wärmeaustausch zwischen der Metallsäule 20 und einem umgebenden Graphitrohr 25, welches die Innenwandung der Wärmeaustauscheranordnung aus rostfreiem Stahl an der zylindrischen Oberfläche trägt, bietet einen so sehr wirksamen Wärmeübergang. In der beschriebenen Aus-führungsform des Wärmeaustauschers kann diese Fähigkeit durch kurze ringförmige Innenrippen 43 erhöht werden, die eine laminare Strömung verhindern und Turbulenz in der Kühlflüssigkeit verursachen, welche vom oberen Ringraum 55 31 durch den Wärmeaustauscher zum unteren Ringraum 32 strömt.

Obwohl die Querschnittsgrösse der mit der erfindungsgemässen Vorrichtung erhältlichen Produkte theoretisch unbeschränkt ist, wird aus mehr praktischen Erwägungen bei der 60 Herstellung von Stäben mit einem Durchmesserbereich von 5 mm bis 50 mm gearbeitet, wobei für Kupferstäbe Durchmesser von 8 bis 30 mm bevorzugt werden. Durch Warmwalzen kann der gewünschte Stabdurchmesser nötigenfalls vermindert und eine für das Ziehen von Draht ausreichend 65 feine Kornstruktur erzielt werden. Vorzugsweise werden der Innendurchmesser des Rohrs 25 und die Verfahrensparameter so gewählt, dass zwischen dem flüssigen Metall der Säule 20 und dem Rohr 25 ein minimaler ringförmiger Spalt vor

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handen ist. Dies gilt unterhalb des Punkts, an dem eine Verfestigung des flüssigen Metalls zu einer Schrumpfung des Querschnitts der Säule führt, obwohl diese Schrumpfung ziemlich gering ist. Der in den Fig. 2 und 3 mit der Bezugsziffer 45 bezeichnete Spalt ist lediglich schematischer Natur und soll weder die Lage noch die Dimensionen des ringförmigen Spalts wiedergeben.

Bei Versuchen zum Testen der Eignung der erfindungsgemässen Vorrichtung für die Herstellung von im wesentlichen homogenen Produkten aus Legierung mit Tendenz zur selektiven Entmischung und Verfestigung in getrennten Komponenten wurde eine Aluminium-Bronze-Legierung geschmolzen und zu drei unterschiedlichen Zeitpunkten mit der erfindungsgemässen Vorrichtung mit der Änderung verarbeitet, dass (1) der Wärmeaustauscher ein einfaches Kupferrohr war, das um das Rohr 25 gewickelt und sich in Wärmeaustauschkontakt mit diesem befand (wie in Fig. 4 gezeigt) und (2), dass eine Säule 20 aus flüssigem Metall aufgebaut und durch Verdrängen der Schmelze aus dem Tiegel 10 mit einem Kolben anstelle der Zuführung mit Gefalle aus einem Warmhalteofen aufrechterhalten wurde. Die Analysenergebnisse der zur Herstellung der Schmelze und der drei stabför-migen Produkte verwendeten Legierungen sind in der Tabelle angegeben; es zeigt sich, dass innerhalb der Genauigkeit der Probenentnahme und der Analysemethoden die Legierungszusammensetzung erhalten bleibt.

Tabelle

Element

Ausgangsmaterial

Vers. I

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Sn

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Mn

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Si

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0,039%

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Ni

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4,99%

4,90%

4,99%

Andere

0,03%

Cu

Rest

Die Vorrichtung von Fig. 4 ist eine Einrichtung, die ein Rohr 50 und eine Reihe von zwölf getrennten Kühlrohren aus Kupfer 52 enthält, die auf das Rohr 50 gewickelt, über dessen Länge verteilt angeordnet und getrennt mit Kühlflüssigkeit, beispielsweise Leitungswasser (nicht gezeigt) versorgt werden. Die Rohre 52 sind auch in Dreiergruppen mit aufeinanderfolgenden Phasen der mehrphasigen elektrischen Stromquelle gemäss Fig. 5 verbunden. Wie in Fig. 3 werden die einzelnen Wicklungen mit den Buchstaben A, B, C bezeichnet, die sich auf die drei Phasen von Fig. 5 beziehen. Diese Einrichtung ersetzt das Rohr 25 des Wärmeaustauschers 30 und die zwölf Spulen 28 der Vorrichtung von Fig. 3. Auch hier wird die Säule des flüssigen Metalls 55 über den grössten Teil ihrer Länge schwerelos, aber wegen des ringförmigen Spalts 57 über die gleiche Länge berührungsfrei zum Rohr 50 gehalten.

Ein Schutzgas kann in beliebiger Weise in den Raum 57 eingeführt werden; beim Giessen von Kupfer wird Stickstoff oder eine Mischung von Stickstoff, Wasserstoff und Kohlen-monoxid bevorzugt.

Auch die in Fig. 6 gezeigte Einrichtung kann anstelle der entsprechenden Einrichtung von Fig. 3 verwendet werden, wenn eine elektromagnetische Gewichtsverminderung nicht erforderlich, aber ein elektromagnetisches Halten gewünscht oder für die kontinuierliche Herstellung nötig ist. Dabei wird die Säule 60 aus flüssigem Metall berührungsfrei zum Rohr 61 über mindestens einen Teil der Säule gehalten, in welchem sich die Säulenoberfläche verfestigt. Dabei erstreckt sich der elektromagnetische Formungseffekt wie bei dem in Fig. 4 erläuterten Betrieb auch hier wegen des ringförmigen Spalts 63 im allgemeinen bis gut unter die Erstarrungsgrenze der Säu-lenoberfläche.

Ähnlich wie Fig. 4 hat die Vorrichtung gemäss Fig. 6 eine Reihe von Kupferrohrwicklungen 62, die jedoch mit einer einphasigen elektrischen Stromquelle 64 verbunden sind und zusätzlich zur Kühlung dienen, indem sie in gutem Wärmeübergang mit dem Graphitrohr 61 stehen, das bezüglich Struktur und Funktion den Rohren 25 und 50 entspricht. Im Betrieb wird Wasser aus einer geeigneten (nicht gezeigten) Versorgungsquelle mit maximaler Strömungsgeschwindigkeit in die Wicklungen 62 geführt. Das Wasser, das die vom heissen Metall innerhalb des Rohrs 61 absorbierte Wärme enthält, wird entweder aus den Wicklungen 62 in ein Reservoir zum Abkühlen geführt und rezirkuliert oder in einen Abflusskanal geleitet.

In den Figuren 7 und 8 ist ein mit einen erfindungsgemässen Vorrichtung gemäss Fig. 3 kontinuierlich hergestellter Kupferstab gezeigt. Dabei wurde so gearbeitet, wie im Zusammenhang mit den Figuren 1 bis 3 beschrieben. Die leicht wellige, glatte, glänzende Oberfläche des Stabs kommt dadurch zustande, dass die Säule aus flüssigem Kupfer im Bereich der Verfestigung ihrer Oberfläche keinen Druck auf die Innenwand des Formungsraums ausübt; vermutlich tragen auch die im sich verfestigenden Kupfer induzierten Wirbelströme zum charakteristischen Aussehen des Produkts bei; das im übrigen vollkommen dichte (gemessene Dichte = 8,9) und dementsprechend blasenfreie Produkt hatte durchgehend eine offenbar gleichmässige Zusammensetzung. Der Stabdurchmesser betrug ziemlich genau 16 mm, was dem Innendurchmesser des Rohrs 25 entsprach. Im Bereich des glatten matten Bands am unteren, d.h. in der Figur linken Ende des Stabs hatte dieser einen um etwa 50 |im grösseren Durchmesser als im glänzenden welligen Bereich der Stab-oberfläche; im Bereich dieses matten Bands hatte sich der Stab unterhalb des Bereichs der wirksamen Lévitation und in Druckkontakt des geschmolzenen Kupfers mit der Innenfläche des Formungsraums verfestigt.

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1 Blatt Zeichnungen

Claims

665 788 PATENTANSPRÜCHE

1. Vorrichtung zur kontinuierlichen Herstellung eines länglichen Metallgegenstands durch Einführung von flüssigem Metall von unten in ein längliches, aufwärts sich bewegendes elektromagnetisches Feld und Entfernung von verfestigtem Metall am oberen Ende des Felds, gekennzeichnet durch einen in aufrechter Stellung angeordneten, länglichen, rohrförmig umschlossenen Formungsraum (11), dessen unteres Ende mit einer Quelle (10) für das flüssige Metall verbunden ist und wobei Mittel zur Entfernung des verfestigten Metalls aus dessen offenen oberen Ende vorgesehen sind; eine den Formungsraum entlang eines Teils seiner Länge umgebende Einrichtung (28) zur Aufrechterhaltung des elektromagnetischen Felds im Inneren des Formungsraums (11) derart, dass das Feld auf eine Säule (20) aus sich verfestigendem Metall im Inneren des Formungsraums wirkt, um den hydrostatischen Druck der Säule zu vermindern und einen überwiegenden Teil ihrer Aussenfläche in druckfreiem Kontakt mit der umgebenden Innenfläche des Formungsraums zu halten; und eine Wärmetauschereinrichtung (30) zum Abführen von Wärme aus dem Formungsraum (11) in einem zur Verfestigung des flüssigen Metalls ausreichenden Masse.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Formungsraum (11) ein stehend angeordnetes, längliches Rohr (25, 50, 61) zur Aufnahme der Säule aus sich verfestigendem Metall besitzt und das Rohr von einem Wärmetauscher zur Verfestigung des flüssigen Metalls umgeben ist, wobei die Einrichtung (28) zur Aufrechterhaltung des elektromagnetischen Felds eine das Rohr (25, 50, 61) umfassende Spule (28, 52, 62) ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Spule mehrere Wicklungen (28, 52) zur Verbindung mit aufeinanderfolgenden Phasen (A, B, C) einer mehrphasigen elektrischen Stromquelle besitzt.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Rohr (25, 50, 61) aus hitzebeständigem Material besteht und einen im wesentlichen gleichmässigen Innendurchmesser aufweist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen Tiegel (10) zur Aufnahme von geschmolzenem Metall (20), welcher Tiegel mit dem unteren Ende des Formungsraums (11, 25) kommuniziert, und durch eine Einrichtung, um flüssiges Metall im Formungsraum bis zu einer Höhe über dem unteren Ende der Wicklung (28) nach oben zu bewegen.

6. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Stromquelle ein Dreiphasengenerator ist, der zur Erzeugung eines gleichmässigen symmetrischen elektromagnetischen Felds befähigt ist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Spule (52, 62) hohle Windungen besitzt, die zur Durchleitung von Kühlmittel und zur Funktion als Wärmetauscher befähigt sind.