HINTERGRUND DER ERFINDUNGBACKGROUND OF THE INVENTION
TECHNISCHES GEBIETTECHNICAL AREA
Die Erfindung betrifft allgemein Öfen zum Schmelzen von Metallen. Konkreter betrifft die Erfindung einen Stranggießofen und ein Verfahren zum Eliminieren oder Vermindern von Gasblasen oder -taschen in einem Metallblock (Ingot).The invention relates generally to furnaces for melting metals. More specifically, the invention relates to a continuous casting furnace and a method for eliminating or reducing gas bubbles or pockets in a metal block (ingot).
HINTERGRUNDINFORMATIONENBACKGROUND INFORMATION
Eines der beim Stranggießen von Metallblöcken auftretenden Probleme ist die Bildung oder der Einschluss von Blasen oder Gastaschen im Metallblock. Wie nachfolgend noch ausführlicher erläutert wird, können solche Blasen oder Gastaschen dadurch verursacht werden, dass in das in der Stranggießform befindliche geschmolzene Metall geschmolzenes Material gegossen wird, oder durch ein Auftreffen der Abgasfahne eines Plasmabrenners auf die Oberfläche des in der Form befindlichen geschmolzenen Materials.One of the problems encountered in the continuous casting of metal blocks is the formation or inclusion of bubbles or gas pockets in the metal block. As will be explained in more detail below, such bubbles or gas pockets can be caused by pouring molten material into the molten metal in the continuous casting mold, or by impacting the plasma tail gas plume on the surface of the molten material being molded.
ZUSAMMENFASSUNGSUMMARY
In einer Ausführungsform kann mit der Erfindung ein Verfahren vorgestellt werden, das folgende Schritte umfasst: Bereitstellen einer segmentierten Stranggießform, die alternierend eine Vielzahl elektrisch leitfähiger, nach oben gerichteter Finger und eine Vielzahl elektrisch nicht leitfähiger Hochtemperatur-Isolierelemente umfasst; Zurückziehen eines Metallblocks aus der Form, wobei der Block einen festen Bereich, einen breiigen Bereich auf der Oberseite des festen Bereichs und einen flüssigen Bereich auf der Oberseite des breiigen Bereichs umfasst; Erzeugen von Gasblasen im flüssigen Bereich durch (a) Gießen von geschmolzenem Metall in den flüssigen Bereich und/oder (b) Erhitzen des flüssigen Bereichs mit einer Abgasfahne eines Plasmabrenners; und Erhitzen des flüssigen Bereichs mit einer Induktionsspule, die an die Form angrenzt, wobei der flüssige Bereich einen Flüssigmetallkopf und eine Blasenzone umfasst, so dass sich der Flüssigmetallkopf an der Oberseite des breiigen Bereichs befindet und im Wesentlichen frei von Gasblasen ist, und sich die Blasenzone an der Oberseite des Flüssigmetallkopfs befindet und Gasblasen beinhaltet.In one embodiment, the invention may provide a method comprising the steps of: providing a segmented continuous casting mold that alternately comprises a plurality of electrically conductive upward-pointing fingers and a plurality of high-temperature electrically non-conductive insulating elements; Retracting a metal block from the mold, the block comprising a solid portion, a mushy portion on top of the fixed portion, and a liquid portion on top of the mushy portion; Generating gas bubbles in the liquid region by (a) pouring molten metal into the liquid region and / or (b) heating the liquid region with a waste gas plume of a plasma torch; and heating the liquid portion with an induction coil adjacent the mold, the liquid portion comprising a liquid metal head and a bubble zone such that the liquid metal head is at the top of the mushy region and substantially free of gas bubbles, and the bubble zone located at the top of the liquid metal head and containing gas bubbles.
In einer anderen Ausführungsform kann mit der Erfindung ein Verfahren vorgestellt werden, das folgende Schritte umfasst: Bereitstellen einer segmentierten Stranggießform, die alternierend eine Vielzahl elektrisch leitfähiger, nach oben gerichteter Finger und eine Vielzahl elektrisch nicht leitfähiger Hochtemperatur-Isolierelemente umfasst; Zurückziehen eines Metallblocks aus der Form; Gießen von geschmolzenem Metall auf den in der Form befindlichen Metallblock; Verhindern, dass das beim Gießen einströmende geschmolzene Metall in Kontakt mit der Oberseite der Finger kommt, mittels eines direkt oberhalb der Finger und angrenzend an diese angeordneten Abdeckelements; und Erhitzen eines Teils des in der Form befindlichen Metallblocks mit einer Induktionsspule, die an die Form angrenzt.In another embodiment, the invention may provide a method comprising the steps of: providing a segmented continuous casting mold that alternately comprises a plurality of electrically conductive upwardly directed fingers and a plurality of high temperature electrically nonconductive insulating elements; Retracting a metal block from the mold; Pouring molten metal onto the metal block being formed; Preventing the molten metal flowing in the casting from coming into contact with the top of the fingers by means of a cover member disposed directly above and adjacent to the fingers; and heating a portion of the metal block in the mold with an induction coil adjacent to the mold.
In einer weiteren Ausführungsform kann mit der Erfindung eine Vorrichtung vorgestellt werden, die Folgendes umfasst: eine segmentierte Stranggießform, die alternierend eine Vielzahl elektrisch leitfähiger, nach oben gerichteter Finger mit entsprechenden Oberseiten und eine Vielzahl elektrisch nicht leitfähiger Hochtemperatur-Isolierelemente umfasst; ein Abdeckelement, das direkt oberhalb der Oberseiten der Finger und angrenzend an diese verläuft und das so gestaltet ist, dass ein Kontakt des beim Gießen einströmenden geschmolzenen Metalls mit den Oberseiten der Finger verhindert wird; sowie eine Induktionsspule, die an die Form angrenzt.In a further embodiment, the invention can provide a device comprising: a segmented continuous casting mold comprising, in alternation, a plurality of electrically conductive, upwardly directed fingers having respective top surfaces and a plurality of high temperature electrically non-conductive insulating elements; a cover member that extends directly above and adjacent to the tops of the fingers and that is configured to prevent contact of the molten metal flowing during casting with the tops of the fingers; and an induction coil adjacent to the mold.
KURZE BESCHREIBUNG DER VERSCHIEDENEN ANSICHTEN AUF DEN ZEICHNUNGENBRIEF DESCRIPTION OF THE SEVERAL VIEWS OF THE DRAWINGS
Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung, welche die nach der Vorstellung des Anmelders beste Art und Weise der Anwendung der erfindungsgemäßen Prinzipien aufzeigen, werden in der folgenden Beschreibung erläutert und in den Zeichnungen dargestellt und sind in den anhängenden Ansprüchen gesondert und deutlich aufgezeigt und dargelegt.Preferred embodiments of the invention, which show the best mode according to the principles of the invention as suggested by the Applicant, are set forth in the following description and illustrated in the drawings, and are set forth and pointed out in the appended claims.
1 ist eine schematische Querschnittsdarstellung einer dem Stand der Technik entsprechenden Stranggießvorrichtung, die Blasen oder Gastaschen zeigt, welche in einem Metallblock eingeschlossen sind. 1 Fig. 12 is a schematic cross-sectional view of a prior art continuous casting apparatus showing bubbles or gas pockets enclosed in a metal block.
2 ist eine schematische Darstellung der Seitenansicht einer beispielhaften Ausführungsform, wobei verschiedene Komponenten im Querschnitt dargestellt sind. 2 is a schematic representation of the side view of an exemplary embodiment, wherein various components are shown in cross section.
3 ist eine Draufsicht entlang einer Linie 3-3 aus 2, wobei der Betrachter nach unten auf das Abdeckelement und Teile der Stranggießform blickt. 3 is a plan view taken along a line 3-3 2 with the viewer looking down onto the cover member and parts of the continuous casting mold.
4 ist eine Querschnittsdarstellung der Stranggießform entlang einer Linie 4-4 aus 3. 4 is a cross-sectional view of the continuous casting mold along a line 4-4 3 ,
5 ist eine Querschnittsdarstellung entlang einer Linie 5-5 aus 4. 5 is a cross-sectional view taken along a line 5-5 4 ,
6 ist eine aus derselben Perspektive wie 2 aufgenommene Darstellung im Betrieb, die die Bildung eines Metallblocks zeigt, im Wesentlichen ohne Einschluss von Gastaschen. 6 is one from the same perspective as 2 In-service image showing the formation of a metal block, essentially without inclusion of gas pockets.
In den Zeichnungen verweisen ähnliche Bezugszeichen auf ähnliche Teile. In the drawings, like reference numerals refer to similar parts.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNGDETAILED DESCRIPTION
Das nach dem Stand der Technik bestehende Problem wird nachfolgend unter Bezugnahme auf 1 näher beschrieben. Ein dem Stand der Technik entsprechender Stranggießofen kann eine Stranggießform CCM, einen Schmelzherd H und einen über der Form befindlichen Plasmabrenner T umfassen. Während der Bildung des Metallblocks I umfasst der Block eine feste Zone oder einen festen Bereich S, einen über dem festen Bereich S befindlichen breiigen Bereich M und einen über dem breiigen Bereich M befindlichen flüssigen Bereich bzw. ein flüssiges Becken L. Wie nach dem Stand der Technik bekannt, handelt es sich bei dem breiigen Bereich M um einen Übergangsbereich, der teilweise flüssig und teilweise fest ist und der fest wird, wenn der Metallblock I abgesenkt und abgekühlt wird. Wenn geschmolzenes Metall MM vom Herd H auf den in der Form CCM befindlichen flüssigen Bereich L gegossen wird, bringt das beim Gießen einströmende geschmolzene Metall einige Gasblasen BP, bei denen es sich um Blasen eines Inertgases handeln kann, in den flüssigen Bereich L ein. Wenn ein Plasmabrenner verwendet wird, trifft dessen Abgasfahne P auf die Oberfläche des flüssigen Bereichs L auf und kann im flüssigen Bereich L ebenfalls Gasblasen BT entstehen lassen. Wenn der Block I abgekühlt und abgesenkt wird, können auch einige der Blasen BP und BT in den breiigen Bereich M gelangen und schließlich im festen Bereich S eingeschlossen werden, sodass der geformte Block I unter Einschluss von Gasblasen oder Gastaschen BP, BT gebildet wird. Leider können diese Gastaschen oder Porositäten durch eine thermomechanische Bearbeitung des Blocks nicht entfernt werden und wirken sich negativ auf die mechanischen Eigenschaften des Endprodukts aus.The prior art problem will be described below with reference to FIG 1 described in more detail. A prior art continuous casting furnace may include a continuous casting mold CCM, a melting hearth H, and a plasma torch T over the mold. During the formation of the metal block I, the block comprises a solid zone or area S, a mushy area M overlying the solid area S, and a liquid area L over the mushy area M, as in the prior art As is known in the art, mushy area M is a transitional area, which is partly liquid and partly solid, and which solidifies when metal block I is lowered and cooled. When molten metal MM is poured from the hearth H to the liquid region L in the form CCM, the molten metal flowing in the casting brings some gas bubbles BP, which may be bubbles of an inert gas, into the liquid region L. When a plasma torch is used, its exhaust plume P impinges on the surface of the liquid region L and may also create gas bubbles BT in the liquid region L. Also, when the block I is cooled and lowered, some of the bubbles BP and BT may enter the pasty region M and eventually become trapped in the solid region S, so that the formed block I is formed including gas bubbles or gas pockets BP, BT. Unfortunately, these gas pockets or porosities can not be removed by thermo-mechanical processing of the block and adversely affect the mechanical properties of the final product.
Eine beispielhafte Ausführungsform eines solchen dem Stand der Technik entsprechenden Ofens ist in der 2 allgemein mit 1 bezeichnet. Der Ofen 1 kann eine Schmelzkammer 2, eine segmentierte Stranggießform 4, einen Schmelzherd 6, einen Zuführmechanismus 8, eine Wärmequelle für den Herd, beispielsweise einen Herd-Plasmabrenner 10, eine Wärmequelle für die Form, beispielsweise einen Form-Plasmabrenner 12, eine Induktionsspule 14, einen Deckel bzw. ein(e) Abdeckplatte oder Abdeckelement 16, eine Blockhebevorrichtung 18, eine Vakuumpumpe 20 und eine Inertgasquelle 22 umfassen. Die Schmelzkammer 2 beinhaltet eine Kammerwand 24, die eine Innenkammer 26 definiert, in welcher sich die Form 4, der Herd 6, der Zuführmechanismus 8, die Brenner 10 und 12, die Induktionsspule 14 und das Abdeckelement 16 befinden. Die Oberseite der Blockhebevorrichtung 18 kann in die Innenkammer 26 hinein und aus ihr heraus bewegt werden. Konkreter umfasst die Schmelzkammer 2 außerdem eine ringförmige Passagenwand 28, die an der Wand 24 gesichert ist und einen Innenumfang aufweist, der eine Passage 30 definiert, welche mit der Innenkammer 26 und dem atmosphärisch Äußeren der Wand 24 und der Kammer 2 kommuniziert. Die Oberseite der Blockhebevorrichtung 18 kann folglich über die Passage 30 in die Innenkammer 26 und aus ihr heraus bewegt werden. Der Ofen 1 kann im Bereich der Passagenwand 28 mit Dichtungsbaugruppen unterschiedlicher Typen ausgestattet sein, beispielsweise den im US-Patent 8,196,641 beschriebenen, das durch diese Bezugnahme hierin aufgenommen wird. Generell bilden diese Dichtungsbaugruppen zusammen mit dem Außenumfang eines Metallblocks eine Dichtung, durch die verhindert wird, dass während des Gießens des Blocks über die Passage 30 Luft in die Kammer 26 gelangt.An exemplary embodiment of such a prior art furnace is shown in FIG 2 generally with 1 designated. The oven 1 can a melting chamber 2 , a segmented continuous casting mold 4 , a smelting hearth 6 , a feeding mechanism 8th , a heat source for the stove, such as a stove plasma torch 10 , a heat source for the mold, such as a mold plasma torch 12 , an induction coil 14 , a lid or (e) cover plate or cover 16 , a block lifting device 18 , a vacuum pump 20 and an inert gas source 22 include. The melting chamber 2 includes a chamber wall 24 that has an interior chamber 26 defines, in which the shape 4 , the stove 6 , the feeding mechanism 8th , the burners 10 and 12 , the induction coil 14 and the cover 16 are located. The top of the block lifter 18 can in the inner chamber 26 be moved in and out of her. More specifically, the melting chamber comprises 2 also an annular passage wall 28 on the wall 24 is secured and has an inner circumference, a passage 30 defined, which with the inner chamber 26 and the atmospheric exterior of the wall 24 and the chamber 2 communicated. The top of the block lifter 18 can therefore pass through the passage 30 in the inner chamber 26 and be moved out of it. The oven 1 can in the area of the passage wall 28 be equipped with sealing assemblies of different types, for example, in the U.S. Patent 8,196,641 described herein by this reference. Generally, these seal assemblies, along with the outer perimeter of a metal block, form a seal which prevents them from passing through the passage during casting of the block 30 Air in the chamber 26 arrives.
Der Zuführmechanismus 8 kann jeglichen Typs sein, wie zum Beispiel eine Förderanlage, ein Vibrationsförderer oder ein anderen nach dem Stand der Technik bekannter Zuführmechanismus zum Zuführen von festem Metall in einen Schmelzraum 32 des Herdes 6. Der Herd 6 kann darüber hinaus einen entlang einer Seite verlaufenden Überlauf oder eine Gießlippe 34 enthalten, so dass sich geschmolzenes Metall vom Hohlraum 32 durch den Überlauf oder die Lippe 34 in die Oberseite der Form 4 bewegen kann. Der Herdbrenner 10 ist über dem Schmelzraum 32 positioniert, um Metall im Schmelzraum 32 erhitzen zu können, während der Formbrenner 12 in ähnlicher Weise über der Form 4 positioniert ist, um das Metall in der Form 4 erhitzen zu können. Die Induktionsspule 14 kann die Form 4 umgeben, wie nachfolgend noch ausführlicher beschrieben wird. Das Abdeckelement 16 ist ein ringförmiges Element, das direkt über der Form 4 und angrenzend an diese positioniert ist.The feeding mechanism 8th may be of any type, such as a conveyor, vibratory feeder or other prior art feeding mechanism for feeding solid metal into a melting space 32 of the stove 6 , The stove 6 may also have a overflowing along one side overflow or a pouring lip 34 included, so that molten metal from the cavity 32 through the overflow or the lip 34 in the top of the mold 4 can move. The stove burner 10 is above the melting chamber 32 positioned to metal in the melting chamber 32 to be able to heat while the mold burner 12 in a similar way to the form 4 is positioned to the metal in the mold 4 to heat up. The induction coil 14 can the shape 4 surrounded, as will be described in more detail below. The cover element 16 is an annular element that is directly above the mold 4 and positioned adjacent to it.
Nunmehr primär Bezug nehmend auf die 3 bis 5 umfasst die Form 4 eine Form-Seitenwand 36 mit einem Innenumfang 38, der einen Schmelzraum oder eine Passage 40 mit einer oberen Eingangsöffnung 42 und einer unteren Eingangsöffnung 44 definiert. Die Passage 40 hat eine mittlere vertikale Achse X, die in der Mitte der Passage 40 verläuft. Der Innenumfang 38 umfasst einen im Wesentlichen vertikalen unteren Teil, der einen schmaleren unteren Hohlraumteil 46 des Schmelzraums oder der Passage 40 definiert, und einen im Wesentlichen vertikalen oberen Teil, der einen breiteren oberen Hohlraumteil 48 des Schmelzraums oder der Passage 40 definiert. Wenn die unteren und oberen Teile 46 und 48 zylinderförmig sind (typischerweise, wenn der Innenumfang 38 konzentrisch um die Achse X verläuft), ist der Innendurchmesser des schmaleren Teils 46 folglich kleiner als der Innendurchmesser des breiteren Teils 48. Der Innenumfang 38 ist an einer Stufe 50 von der Unterseite des oberen Teils 48 bis zur Oberseite des unteren Teils 46 nach innen zurückgesetzt. Die Stufe 50 kann von der Unterseite des oberen Teils 48 bis zur Oberseite des unteren Teils 46 in Richtung der Achse X radial nach innen und abwärts verlaufen. Die Seitenwand 36 kann einen elektrisch leitfähigen oder metallischen Abschnitt 52 mit einem unteren Abschnitt 54 und einem oberen Abschnitt 56 umfassen, die beide ringförmig sind. Der untere Abschnitt 54 definiert einen ringförmigen Hohlraum 58, der den unteren Teil des unteren Hohlraums 46, angrenzend an die untere Eingangsöffnung 44, umgibt oder umschreibt. Der metallische Abschnitt 52, welcher aus Kupfer bestehen kann, umfasst nach oben verlaufende Finger 60, die auskragend von der Oberseite des unteren Abschnittes 54 bis zu Oberseiten oder oberen Enden 62 verlaufen, die die Oberseite der Seitenwand 36 und der Form 4 definieren.Now primarily referring to the 3 to 5 includes the shape 4 a form sidewall 36 with an inner circumference 38 that has a melting room or a passage 40 with an upper entrance opening 42 and a lower entrance opening 44 Are defined. The passage 40 has a central vertical axis X, which is in the middle of the passage 40 runs. The inner circumference 38 includes a substantially vertical lower portion having a narrower lower cavity portion 46 of the melting room or the passage 40 defined, and a substantially vertical upper part, which has a wider upper cavity part 48 of the melting room or the passage 40 Are defined. If the lower and upper parts 46 and 48 are cylindrical (typically when the inner circumference 38 is concentric about the axis X), is the inner diameter of the narrower part 46 thus smaller than the inner diameter of the wider part 48 , The inner circumference 38 is at a stage 50 from the bottom of the upper part 48 up to the top of the lower part 46 inside reset. The stage 50 can from the bottom of the upper part 48 up to the top of the lower part 46 extend radially inwards and downwards in the direction of the axis X. The side wall 36 can be an electrically conductive or metallic section 52 with a lower section 54 and an upper section 56 include, which are both annular. The lower section 54 defines an annular cavity 58 , which is the lower part of the lower cavity 46 , adjacent to the lower entrance opening 44 surrounds or rewrites. The metallic section 52 , which may consist of copper, includes upwardly extending fingers 60 protruding from the top of the lower section 54 up to tops or tops 62 run down the top of the sidewall 36 and the shape 4 define.
Jeder Finger 60 hat folglich eine Unterseite 64, derart dass die Unterseiten 64 als Unterseite des oberen Abschnittes 56 und als Oberseite des unteren Abschnittes 54 dienen. Jeder Finger 64 ist folglich mit seiner Unterseite 64 starr an der Oberseite des unteren Abschnittes 54 befestigt und verläuft von dort aus nach oben oder kragt von dort nach oben aus. Jeder Finger 60 kann im Wesentlichen vertikal verlaufen und eine Innenfläche 66, eine Außenfläche 68 sowie ein Paar einander gegenüberliegender Seitenflächen 70 und 72 umfassen, die ausgehend von der Achse X von der Innenfläche 66 zur Außenfläche 68 radial nach außen verlaufen. Die Innenflächen 66 der Finger 60 bilden den Großteil des breiteren oberen Hohlraumteils 48 und einen oberen Teil des schmaleren unteren Hohlraumteils 46. Für jedes benachbarte Paar Finger 60 gilt, dass die Seitenfläche 70 des einen Fingers des Paares und die Seitenfläche 72 des anderen Fingers des Paares typischerweise vertikal, parallel und dicht aneinander angrenzend verlaufen und zwischen sich einen von der Unterseite 64 bis zur Oberseite 62 und von der Innenfläche 66 bis zur Außenfläche 68verlaufenden Schlitz oder Spalt 74 definieren.Every finger 60 therefore has a base 64 such that the undersides 64 as the underside of the upper section 56 and as the top of the lower section 54 serve. Every finger 64 is therefore with its bottom 64 rigid at the top of the lower section 54 attached and runs from there to the top or cantilevered from there to the top. Every finger 60 can be essentially vertical and have an inner surface 66 , an outer surface 68 and a pair of opposing side surfaces 70 and 72 include, starting from the axis X of the inner surface 66 to the outer surface 68 extend radially outward. The inner surfaces 66 the finger 60 make up the bulk of the wider upper cavity part 48 and an upper part of the narrower lower cavity part 46 , For each adjacent pair of fingers 60 that applies the side surface 70 the one finger of the couple and the side surface 72 the other finger of the pair typically run vertically, parallel and close together and between them one from the bottom 64 up to the top 62 and from the inside surface 66 extending to the outer surface 68 slot or gap 74 define.
Die Seitenwand 36 umfasst außerdem in jedem Spalt 74 ein feuerfestes Isolierteil 76, das von einer Stelle angrenzend an die Unterseite 64 bis zu einer Stelle angrenzend an die Oberseite 62 verläuft, sodass die einander gegenüberliegenden Seiten eines jeden Teils 76 an die Seitenfläche 70 beziehungsweise an die Seitenfläche 72 angrenzen, die einen gegebenen Spalt 74 definieren. Die Innenfläche eines jeden Teils 76 kann im Wesentlichen bündig mit den Innenflächen 66 des angrenzenden Paares von Fingern verlaufen, welche den Spalt definieren, in dem das Teil 76 verläuft. Analog hierzu kann die Außenfläche eines jeden Teils 76 im Wesentlichen bündig mit der Außenfläche 68 des Paares von Fingern 60 verlaufen, welche den Spalt 74 definieren, in dem das Teil 76 verläuft. Jedes Isolationsteil 76 kann aus Glimmer oder einem anderen geeigneten Hochtemperatur-Isoliermaterial bestehen, das elektrisch nicht leitfähig ist. Die Finger 60 und die Teile 76 haben obere Segmente, die den oberen Hohlraumteil 48 definieren, und untere Segmente, die einen oberen Teil des unteren Hohlraumteils 46 definieren. Jedes Paar Oberflächen 70 und 72, die einen gegebenen Spalt definieren, befindet sich nicht in einem direkten elektrischen Kontakt zueinander, obwohl alle Finger 60 durch ihren physischen und elektrischen Kontakt mit dem unteren Abschnitt 54 des metallischen Abschnitts 52 elektrisch miteinander in Verbindung stehen. Folglich beinhaltet die Form 4 alternierend eine Vielzahl elektrisch leitfähiger und aufwärts verlaufender Finger 60 sowie eine Vielzahl elektrisch nicht leitfähiger und aufwärts verlaufender Hochtemperatur-Isolierteile 76. Die Beispielform 4 umfasst sechzehn Finger 60, deren Anzahl jedoch in Abhängigkeit von den konkret gewünschten Eigenschaften variieren kann. Das obere Ende der Induktionsspule 14 kann an die Oberseiten 62 der Finger 60, die Oberseiten der Teile 76 und die Oberseite der Form 4 angrenzen, während das untere Ende der Induktionsspule 14 an die Unterseiten 64 der Finger 60 und die Unterseiten der Teile 76 angrenzen kann.The side wall 36 also includes in each gap 74 a fireproof insulating part 76 from a point adjacent to the bottom 64 up to a point adjacent to the top 62 runs so that the opposite sides of each part 76 to the side surface 70 or to the side surface 72 adjoin a given gap 74 define. The inner surface of each part 76 can be substantially flush with the inner surfaces 66 of the adjacent pair of fingers defining the gap in which the part is located 76 runs. Similarly, the outer surface of each part 76 essentially flush with the outer surface 68 of the pair of fingers 60 run, which the gap 74 define where the part 76 runs. Each isolation part 76 may consist of mica or other suitable high temperature insulating material which is electrically nonconductive. The finger 60 and the parts 76 have upper segments that the upper cavity part 48 define, and lower segments, an upper part of the lower cavity part 46 define. Every pair of surfaces 70 and 72 that define a given gap are not in direct electrical contact with each other, although all fingers 60 through their physical and electrical contact with the lower section 54 of the metallic section 52 electrically connected to each other. Consequently, the form includes 4 alternately a plurality of electrically conductive and upwardly extending fingers 60 and a plurality of electrically nonconductive and upwardly extending high temperature insulating members 76 , The example form 4 includes sixteen fingers 60 However, the number may vary depending on the specific desired properties. The upper end of the induction coil 14 can on the tops 62 the finger 60 , the tops of the parts 76 and the top of the mold 4 abut while the lower end of the induction coil 14 to the bottoms 64 the finger 60 and the bottoms of the parts 76 can border.
In dem metallischen Abschnitt 52 ist eine Vielzahl im Wesentlichen vertikal verlaufender Fingerpassagen 78 ausgeformt, die alle ein geschlossenes oberes Ende 80 und eine untere Eingangsöffnung 82 aufweisen, die mit dem ringförmigen Hohlraum 58 in Verbindung steht. Jede Fingerpassage 78 verläuft aufwärts in einen gegebenen Finger 60 und erstreckt sich folglich von der Unterseite des gegebenen Fingers 60 nach oben, und zwar bis unterhalb von dessen Oberseite 62 und angrenzend an diese. Ein Hohlring 84 verläuft in dem ringförmigen Hohlraum 58 und umgibt dabei einen unteren Teil des unteren Hohlraumteils 46. Der Ring 84 definiert eine ringförmige Passage 85. Mehrere Fluid-Röhren 86 sind jeweils mit der Oberseite des Rings 84 verbunden und verlaufen ausgehend von dort nach oben und in die Fingerpassagen 78 hinein. Jede Fluid-Röhre 86 kann im Wesentlichen vertikal verlaufen und eine im Wesentlichen vertikale Passage 88 definieren, die eine obere Eingangsöffnung 90 hat, welche sich unterhalb eines geschlossenen oberen Endes 80 angrenzend an diese befindet, und eine untere Eingangsöffnung 92 aufweist, die mit der ringförmigen Passage 85 in Verbindung steht. Der untere Abschnitt 54 definiert einen Fluid- oder Wassereinlass 94, der in einem Fluid-Austausch mit dem ringförmigen Hohlraum 85 steht, und einen Fluid- oder Wasserauslass 96, der in einem Fluid-Austausch mit dem ringförmigen Hohlraum 58 steht. Fluid-Versorgungs- und -rückflussleitungen 98 und 100 sind an ihrem einen Ende mit einem Einlass 94 bzw. einem Auslass 96 und an ihrem anderen Ende mit einer Wasserquelle bzw. einer anderen Kühlfluidquelle 102 verbunden.In the metallic section 52 is a plurality of substantially vertically extending finger passages 78 shaped, all a closed upper end 80 and a lower entrance opening 82 have, with the annular cavity 58 communicates. Every finger passage 78 runs upwards into a given finger 60 and thus extends from the bottom of the given finger 60 upwards, to below the top 62 and adjacent to this. A hollow ring 84 runs in the annular cavity 58 and surrounds a lower part of the lower cavity part 46 , The ring 84 defines an annular passage 85 , Several fluid tubes 86 are each with the top of the ring 84 connected and run starting from there upwards and into the finger passages 78 into it. Every fluid tube 86 may be substantially vertical and a substantially vertical passage 88 define an upper entrance opening 90 which is below a closed upper end 80 located adjacent to this, and a lower entrance opening 92 which has the annular passage 85 communicates. The lower section 54 defines a fluid or water inlet 94 in a fluid exchange with the annular cavity 85 stands, and a fluid or water outlet 96 in a fluid exchange with the annular cavity 58 stands. Fluid supply and return lines 98 and 100 are at one end with an inlet 94 or an outlet 96 and at its other end with a source of water or other source of cooling fluid 102 connected.
Das Abdeckelement 16 (2, 3, 6) umfasst eine im Wesentlichen hohle, ringförmige Wand 104, die folglich eine ringförmige Gießpassage 106 definiert. Die Wand 104 hat eine ringförmige, kreisrunde, nach oben weisende, im Wesentlichen horizontale obere Fläche 108 und eine ringförmige, kreisrunde, nach unten weisende, im Wesentlichen horizontale untere Fläche 110, die an die oberen Enden 62 der Finger 60 und die Oberseite der Form 4 angrenzt und von dort nach oben verläuft. Die Wand 104 hat eine kreisrunde, ringförmige Innenfläche oder einen Innenumfang 112, die bzw. der radial nach innen weist und von der oberen Fläche 108 zur unteren Fläche 110 verläuft, und eine kreisrunde, ringförmige Außenfläche oder einen Außenumfang 114, die bzw. der radial nach außen weist und von der oberen Fläche 108 zur unteren Fläche 110 verläuft. Der Innenumfang 112 definiert eine Durchgangspassage 116 mit einer oberen Eingangsöffnung 118 und einer unteren Eingangsöffnung 120, die sich direkt über der oberen Eingangsöffnung 42 befindet, sodass die Passage 116 und die Passage 40 in Fluid-Austauschverbindung miteinander stehen. Der Innenumfang 112 kann direkt über dem oberen Teil des Innenumfangs 38, der den inneren Hohlraumteil 48 definiert, oder radial von diesem nach innen versetzt verlaufen, während der Außenumfang 114 direkt über dem oberen Teil des Außenumfangs der Wand 104/der Außenflächen 68 der Finger 60 oder radial nach außen versetzt verlaufen kann, sodass das Abdeckelement 16 die Oberseiten 62 der Finger 60 vollständig bedeckt, derart dass diese in der Draufsicht nicht sichtbar sind, wie in der 3 gezeigt.The cover element 16 ( 2 . 3 . 6 ) comprises a substantially hollow, annular wall 104 thus providing an annular casting passage 106 Are defined. The wall 104 has an annular, circular, upwardly facing, substantially horizontal upper surface 108 and an annular, circular, downwardly facing, substantially horizontal lower surface 110 , which are at the upper ends 62 the finger 60 and the top of the mold 4 adjoins and runs from there to the top. The wall 104 has a circular, annular inner surface or an inner circumference 112 facing radially inward and from the upper surface 108 to the lower surface 110 runs, and a circular, annular outer surface or an outer circumference 114 facing radially outward and from the upper surface 108 to the lower surface 110 runs. The inner circumference 112 defines a through-passage 116 with an upper entrance opening 118 and a lower entrance opening 120 , which is directly above the upper entrance opening 42 so that the passage 116 and the passage 40 in fluid communication with each other. The inner circumference 112 can be directly above the upper part of the inner circumference 38 that the inner cavity part 48 defined, or radially offset from this inwardly, while the outer circumference 114 directly above the upper part of the outer periphery of the wall 104 / the outer surfaces 68 the finger 60 or may extend radially outwardly, so that the cover 16 the tops 62 the finger 60 completely covered, so that they are not visible in the plan view, as in the 3 shown.
Die aus einem elektrisch leitfähigen Material wie Kupfer oder einem anderen Metall bestehende Wand 104 bildet einen nahezu vollständigen Ring, mit Ausnahme seiner aneinander angrenzenden Umfangsenden 122 und 124 (3), die einander gegenüber- und eng beieinanderliegen und zwischen einander einen Spalt 126 definieren, der kontinuierlich von der oberen Fläche 108 bis zur unteren Fläche 110 und vom Innenumfang 112 bis zum Außenumfang 114 verläuft. In der beispielhaften Ausführungsform ist der Spalt 126 mit einem Vergussmörtel 128 oder einem anderen, elektrisch nicht leitfähigen Material gefüllt. Wie in der 3 dargestellt, definiert die Wand 104 entlang dem Außenumfang 114 ein an einen Wasser- oder Flüssigkeitseinlass 130 angrenzendes Ende 122 und ein an einen Wasser- oder Flüssigkeitseinlass 132 angrenzendes Ende 124, sodass der Einlass 130 und der Auslass 132 auf einander gegenüberliegenden Seiten und angrenzend an den Spalt 126 und den Vergussmörtel 128 liegen. Eine Versorgungsleitung 134 ist mit einem Ende mit dem Einlass 130 und mit einem gegenüberliegenden Ende mit der Kühlfluid-Quelle 102 oder einer anderen, ähnlichen Quelle verbunden. Eine Rücklaufleitung 136 ist analog hierzu mit einem Ende mit dem Auslass 132 und mit einem gegenüberliegenden Ende mit der Quelle 102 oder einer anderen, ähnlichen Quelle verbunden. Obwohl in den Figuren nicht dargestellt, ist auch die Induktionsspule 14 wasser- oder flüssigkeitsgekühlt und weist folglich typischerweise eine Versorgungsleitung zwischen einem Einlass der Induktionsspule 14 und einer Quelle, wie beispielsweise der Quelle 102, sowie eine Rücklaufleitung von einem Auslass der Induktionsspule 14 bis zu einer Quelle, wie beispielsweise der Quelle 102, au.The wall made of an electrically conductive material such as copper or another metal 104 forms an almost complete ring, with the exception of its adjacent circumferential ends 122 and 124 ( 3 ), which lie opposite each other and close to each other and between each other a gap 126 define that continuously from the top surface 108 to the lower surface 110 and from the inner circumference 112 to the outer circumference 114 runs. In the exemplary embodiment, the gap is 126 with a grout 128 or another, electrically non-conductive material filled. Like in the 3 represented, defines the wall 104 along the outer circumference 114 on to a water or liquid inlet 130 adjacent end 122 and one to a water or liquid inlet 132 adjacent end 124 so the inlet 130 and the outlet 132 on opposite sides and adjacent to the gap 126 and the grout 128 lie. A supply line 134 is with one end to the inlet 130 and with an opposite end to the source of cooling fluid 102 or another similar source. A return line 136 is analogous to this with one end to the outlet 132 and with an opposite end to the source 102 or another similar source. Although not shown in the figures, the induction coil is also used 14 water or liquid cooled, and thus typically has a supply line between an inlet of the induction coil 14 and a source, such as the source 102 , and a return line from an outlet of the induction coil 14 to a source, such as the source 102 , au.
Nachfolgend wird die Funktionsweise des Beispielofens unter primärer Bezugnahme auf die 6 beschrieben. Wenn in der Kammer 26 eine Inertgasatmosphäre gewünscht wird, wie es beispielsweise bei der Verwendung von Plasmabrennern der Fall ist, wird die Vakuumpumpe 20 zum Evakuieren der Kammer 26 und damit zum Entfernen von im Wesentlichen der gesamten Luft aus dieser Kammer genutzt. Danach wird die Kammer mit einem Inertgas aus der Quelle 22 wiederbefüllt, sodass in der Kammer 26 eine Inertgasatmosphäre entsteht, die vollständig oder im Wesentlichen vollständig aus einem Inertgas wie Argon oder Helium besteht. Über den Zuführmechanismus 8 (2) wird festes Metall in den Hohlraum 32 des Herdes 6 bewegt, und der Herdbrenner 10 wird gezündet, sodass er das feste Metall erhitzt und schmilzt und so im Hohlraum 32 geschmolzenes Material MM zu bilden und um diesem weiter Wärme zuzuführen wird, damit es im geschmolzenen Zustand bleibt. Danach wird das geschmolzene Metall 2 durch die Passage 116 des Abdeckelements 16 in die Passage 40 der Form 4 auf die Oberseite der Hebevorrichtung 18 oder auf einen in der Form 4 befindlichen Anfahrstrang gegossen. Das Abdeckelement 16 ist so konfiguriert, dass es einen Kontakt zwischen dem geschmolzenen Metall, das vom Herd 6 in die Form 4 gegossen wird, und der Oberseite 62 der Finger 60 sowie der Oberseite der Form 4, einschließlich der Oberseite der Isolierteile 76, verhindert. Die Induktionsspule 14 wird elektrisch betrieben, um das in der Form 4 befindliche geschmolzene Metall induktiv zu erhitzen, während Wasser oder eine andere Kühlflüssigkeit von der Quelle 102 durch die Induktionsspule 14, das Wasserkühlsystem der Form 4 und das Abdeckelement 16 geführt wird, um die Induktionsspule 14, die Form 4 und das Abdeckelement 16 zu kühlen. Konkreter sowie Bezug nehmend auf die 4 strömt die Kühlflüssigkeit (verschiedene Pfeile in 4) durch die Versorgungsleitung 98 in den ringförmigen Hohlraum 85 und vom Hohlraum 85 nach oben über die Eingangsöffnungen 92 in die Passagen 88, und von den Passagen 88 über die Ausgangsöffnungen 90 in die Fingerpassagen 78. Die Flüssigkeit strömt dann abwärts, und zwar von der Oberseite der Passagen 78 zur Unterseite der Passagen 78 über die unteren Eingangsöffnungen 82 in den Hohlraum 58, und vom Hohlraum 58 in die Rücklaufleitung 100 und zurück zur Quelle 102. Wie durch die Pfeile in der 3 illustriert, wird analog hierzu Wasser oder eine andere Kühlflüssigkeit durch die Versorgungsleitung 134 von der Quelle 102 über den Einlass 130 in die ringförmige Passage 106 des Abdeckelements 16 gepumpt, durch die Passage 106 zum Auslass 132 geführt und vom Auslass 132 über die Rücklaufleitung 136 zurück zur Quelle 102. Auch der Formbrenner 12 wird gezündet und produziert eine Abgasfahne P, um in der Form 4 das im flüssigen Bereich L befindliche flüssige Metall von oben her zu erhitzen.Hereinafter, the operation of the example furnace with primary reference to 6 described. If in the chamber 26 an inert gas atmosphere is desired, as is the case, for example, with the use of plasma torches, the vacuum pump becomes 20 to evacuate the chamber 26 and thus used to remove substantially all of the air from this chamber. Thereafter, the chamber is filled with an inert gas from the source 22 Refilled, so in the chamber 26 an inert gas atmosphere is formed which consists entirely or substantially completely of an inert gas such as argon or helium. About the feeding mechanism 8th ( 2 ) is solid metal in the cavity 32 of the stove 6 moved, and the stove burner 10 is ignited so that it heats and melts the solid metal and so in the cavity 32 to form molten material MM and to continue to supply heat to it, so that it remains in the molten state. After that, the molten metal 2 through the passage 116 of the cover 16 in the passage 40 the form 4 on the top of the jack 18 or on one in the form 4 poured startup strand. The cover element 16 is configured so that there is a contact between the molten metal, the stove 6 into the mold 4 is poured, and the top 62 the finger 60 as well as the top of the mold 4 including the top of the insulating parts 76 , prevented. The induction coil 14 is electrically operated to that in the form 4 Inductively heat molten metal present while water or other cooling fluid from the source 102 through the induction coil 14 , the mold's water cooling system 4 and the cover 16 is guided to the induction coil 14 , form 4 and the cover 16 to cool. More concretely and referring to the 4 the coolant flows (various arrows in 4 ) through the supply line 98 in the annular cavity 85 and from the cavity 85 upwards over the entrance openings 92 in the passages 88 , and from the passages 88 over the exit openings 90 in the finger passages 78 , The liquid then flows downwards, from the top of the passages 78 to the bottom of the passages 78 over the lower entrance openings 82 in the cavity 58 , and from the cavity 58 in the return line 100 and back to the source 102 , As by the arrows in the 3 illustrated, is analogous to this water or other cooling fluid through the supply line 134 from the source 102 over the inlet 130 in the annular passage 106 of the cover 16 pumped through the passage 106 to the outlet 132 led and from the outlet 132 via the return line 136 back to the source 102 , Also the shape burner 12 is ignited and produces an exhaust plume P in order to form 4 to heat the liquid metal located in the liquid region L from above.
Wie vorstehend unter Bezugnahme auf den in der 1 dargestellten Stand der Technik beschrieben, entstehen durch das Gießen von geschmolzenem Material MM (6) von oben auf den flüssigen Bereich bzw. die flüssige Zone L im flüssigen Bereich L Blasen BP, wobei diese Blasen typischerweise aus einem Inertgas wie Argon oder Helium bestehen, insbesondere im Zusammenhang des Schmelzens mit Plasmabrennern. Wenn das Schmelzen den Einsatz des Form-Plasmabrenners 12 umfasst, trifft die Abgasfahne P des Brenners auf die Oberfläche des flüssigen Bereichs L auf und bildet während die Abgasfahne den flüssigen Bereich L erhitzt, gleichermaßen Gasblasen BT. Im Unterschied zu den Systemen nach dem Stand der Technik zeigt jedoch durch die beispielhafte Ausführungsform, dass der flüssige Bereich L in eine Blasenzone BZ, die entlang des oberen Bereichs des flüssigen Bereichs L verläuft und Blasen BP und/oder BT beinhaltet, und in einen Flüssigmetallkopf MH, der sich direkt unter der Blasenzone BZ befindet und frei oder im Wesentlichen frei von Blasen BP oder BT ist, unterteilt werden kann. Der Metallkopf MH befindet sich direkt oberhalb der Oberseite des breiigen Bereichs M und in Kontakt mit dieser, der sich wiederum oberhalb der Oberseite des festen Bereichs S des Blocks I und in Kontakt mit jener befindet. Durch den Einsatz der Induktionsspule 14 und der Form 4 kann das Schmelzbad oder der flüssige Bereich L eine größere Tiefe als bisher bekannt aufweisen, sodass die Blasen BP und BT ausreichend Zeit haben, um sich nach oben zur Oberfläche des flüssigen Bereichs L zu bewegen, ehe sie im breiigen Bereich M und im festen Bereich S eingeschlossen werden können, wie dies bei Systemen und Verfahren nach dem Stand der Technik der Fall war. Im Ergebnis sind der breiige Bereich M und der feste Bereich S frei oder im Wesentlichen frei von Blasen oder Gastaschen. Der geschmolzene oder flüssige Bereich L erstreckt sich von oberhalb der Stufe 50 bis unterhalb der Stufe 50 und im Wesentlichen bis zur oder bis unterhalb der Unterseite 64 der Finger 60 und zum unteren Ende der Spule 14. Wenn der Block I über die Hebevorrichtung 18 abgesenkt oder aus der Form 4 gezogen und zusätzliches geschmolzenes Metall MM auf den in der Form 4 befindlichen flüssigen Bereich L gegossen wird, kühlt der untere Teil des flüssigen Bereichs L oder der Metallkopf MH ab und wird ein Teil des breiigen Bereichs M sowie nachfolgend ein Teil des festen Bereichs S des Blocks, während der Metallkopf MH während des Gießprozesses frei von Blasen BP und BT bleibt, sodass der Block I im Wesentlichen frei von Gastaschen gebildet wird.As described above with reference to the in the 1 described prior art, caused by the pouring of molten material MM ( 6 ) from above the liquid region or the liquid zone L in the liquid region L bubbles BP, these bubbles typically consist of an inert gas such as argon or helium, in particular in the context of melting with plasma torches. When melting the use of the mold plasma torch 12 includes the exhaust plume P of the burner on the surface of the liquid region L and forms while the waste gas plume the liquid region L heated, equally gas bubbles BT. However, unlike the prior art systems, by the exemplary embodiment, the liquid region L is shown to flow into a bubble zone BZ that extends along the top of the liquid region L and includes bubbles BP and / or BT, and into a liquid metal head MH, which is located directly below the bubble zone BZ and is free or substantially free of bubbles BP or BT. The metal head MH is located directly above and in contact with the top of the mushy region M, which in turn is above the top of the solid region S of the block I and in contact therewith. Through the use of the induction coil 14 and the shape 4 For example, the molten bath or liquid region L may have a greater depth than heretofore known, so that the bubbles BP and BT have sufficient time to move up to the surface of the liquid region L before they reach the mushy region M and the solid region S can be included, as was the case with systems and methods according to the prior art. As a result, the mushy region M and the solid region S are free or substantially free of bubbles or gas pockets. The molten or liquid region L extends from above the step 50 until below the level 50 and essentially to or below the bottom 64 the finger 60 and to the lower end of the coil 14 , When the block I over the lifting device 18 lowered or out of shape 4 pulled and added molten metal MM on the in the form 4 liquid portion L is poured, the lower part of the liquid portion L or the metal head MH cools and becomes a part of the mushy portion M and subsequently a part of the solid portion S of the block, while the metal head MH is free of bubbles BP during the casting process and BT remains, so that the block I is formed substantially free of gas pockets.
Das beispielhafte Verfahren und die beispielhafte Vorrichtung bieten folglich eine Möglichkeit zur Produktion von Blöcken mit einer Stranggießform, wobei die Blöcke frei oder im Wesentlichen frei von Gastaschen sind, die darin als Ergebnis von Blasen gebildet werden, die beim Gießen von Metall in die Form entstehen, und/oder von Blasen, die beim Auftreffen einer Abgasfahne eines Plasmabrenners auf die Oberfläche von geschmolzenem Metall in der Form entstehen. Das beispielhafte Verfahren und die beispielhafte Vorrichtung bieten folglich die Möglichkeit, wesentlich bessere Blöcke herzustellen.The exemplary method and apparatus thus provides a means for producing blocks with a continuous casting mold, the blocks being free or substantially free of gas pockets formed therein as a result of bubbles generated when metal is poured into the mold, and / or bubbles which are generated upon impact of a plume of a plasma torch with the surface of molten metal in the mold. The exemplary method and apparatus therefore provides the ability to produce much better blocks.
In der vorstehenden Beschreibung wurden im Interesse von Knappheit, Klarheit und eines guten Verständnisses bestimmte Begriffe verwendet. Daraus sind keine unnötigen Einschränkungen abzuleiten, die über die nach dem Stand der Technik bestehenden Anforderungen hinausgehen, denn diese Begriffe dienen beschreibenden Zwecken und sollen breit ausgelegt werden.In the foregoing description, certain terms have been used in the interests of scarcity, clarity and understanding. It is not necessary to derive any unnecessary restrictions that go beyond the requirements of the prior art, because these terms serve descriptive purposes and should be construed broadly.
Darüber hinaus stellen die Beschreibung und Darstellung der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ein Beispiel dar, und die Erfindung ist nicht auf die exakt dargestellten oder beschriebenen Details beschränkt.Moreover, the description and illustration of the preferred embodiment of the invention will be exemplary, and the invention is not limited to the exact details shown or described.
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
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US 8196641 [0015] US 8196641 [0015]
