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ANLAGE ZUbI KONTINUIERLICHEN UND DISKONTINUIERLICHEN GIESSEN VON
METALLEN Die Erfindung bezieht sich auf Anlagen zum kontinuierlichen und diskontinuierlichen
Gießen von Metallen.
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Vorgeschlagen sind Anlagen zu diesem Zweck, welche einen elektromagnetichen
Ringinduktor, eine Vorrichtung zum gleichmäßigen Zuführen des geschmolzenen Metalls
in das Innore dieses Induktors sowie ein Mittel zum Zuführen von Kühlmittel in den
Spalt zwischen dem Induktor und der'Seitenflache des sich formierenden Gußstücks
aufweist ehe die bereits
vondewAnmetderin eingereichte Anmeldung
P1508906.2) Mit Hilfe des Ringinduktors wird um das geschmolzene Metall, das der
Formgebungszone des Gußstücks zugeführt wird, ein elektromagnetisches Wechselfeld
erregt, welches im flüssigen Metall Kräfte erzeugt, die in das Innere des Metalls
gerichtet sind und es vom Zerfließen zurückhalten, indem sie dieses formieren. Das
flüssige Metall erhält dabei die erforderliche die erforderlichen Querschnittsform
und2Abmessungen. Auf die Seitenfläche der durch das Feld formierten Flüssigmetallsäule
wird eine Kühlflüssigkeit gegeben, durch die das Metall, indem es sich abkühlt,
bei seiner Bewegung völlig kristallisiert und ein Gußstück bildet.
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Bei der Formierung des Gußstücks entstehen auf der Oberfläche desselben
oft Fehler, z.B. Itängsfalten und Querwellen, def die mit der Veränderung der Form
und Abmessungen des Gußstücks Gußstücks verbunden sind.
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Die genannten Fehler entstehen dann, wenn der hydrostatische Druck
des flüssigen Metalls dem elektromagnetischen Druck auf die Seitenfläche der flüssigen
Zone des Gußstücks nicht entspricht.
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Außerdem kann die Ursache der Längsfaltenbildung in einer erhöhten
Intensität der Flüssigmetallbewegung, die durch die elektromagnetisch das Guß stück
ausbildenden Kräfte bewirkt wird, liegen.
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Das Ziel der Erfindung ist die Beseitigung der genannten Nachteile.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Anlage zum kontinuierlichen
und diskontinuierlichen Gießen von Metallen zu schaffen, bei der die Verteilung
des Magnetfeldes in der Axialrichtung eine derartige ist, daß der hydrostatische
Druck auf die Seitenfläche der flüssigen Zone des Gußstücks dem elektromagnetischen
Druck gleich ist, und das Magnetfeld im Oberteil der flüssigen Zone derartig ist,
daß es keine intensive Bewegung des Metalls innerhalb der flüssitzen Zone des Gußstücks
verursacht, und es möglich wird, Guß stücke zu erhalten, die an ihrer Oberfläche
keine Fehler aufweisen.
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Die gestellte Aufgabe wird dadurch gelöst, daß in der Anlage zum
kontinuierlichen und diskontinuierlichen Gießen von Metallen gemäß der Erfindung
im Innern des elektromagnetischen Ringinduktors gleichachsig mit ihm ein elektromagnetischer
Schirm angeordnet ist, der in Form eines aus einem unmagnetischen Metall hergestellten
geschlossenen Ringwausgebildet ist, der sich nach oben zu verstärkt, während seine
kath untere Kante nicht unteR der halben Höhe des Induktors liegt.
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In einigen Fällen ist es zweckmäßig, innerhalb des elekbromagnetischen
Schirmes konzentrisch und in dessen unmittelbarer Nähe in seinem Oberteil einen
Ring aus einem Metall von hohem Leitwert vertikal verschiebbar anzuordnen.
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Zum besseren Verständnis der Erfindung wird nachstehend ein Ausführungsbeispiel
der Anlage beschrieben und an Hand
von Zeichnungen erläutert. Es
zeigt Rig. 1 die Anlage zum kontinuierlichen und diskontinuierlichen Gießen von
Aluminium, Längsschnitt; Fig. 2 graphische Darstellung der Verteilung des elektromagnetischen
und des hydrostatischen Drucks auf die Seitenfläche des Gußstücks in der flüssigen
Zone.
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Die in der Zeichnung dargestellte Anlage besteht aus einem horizontal
angeordneten elektromagnetischen Ringinduktor 1 (Fig. 1), einem Kastenbeschicker
2, der mit einem Behälter 3 verbunden ist, in dessen Boden eine Öffnung 4 vorhanden
ist, einer unter dem Behälter befindlichen Vorrichtung zum gleichmäßigen Verteilen
des geschmolzenen Aluminiums, die in Form eines Tümpels 5 mit Kegel 6 in der Bodenmitte
und mit Öffnungen 7, welche an Tümpelseitenwänden gleichmäßig verferner ot£s teilt
sind, ausgebildet ist, (einem Untersatz 9, der unter dem rpümpel 5 angeordnet ist,
einem Kollektor 10, Schraubenhebern 11 zur senkrechten Verstellung der Anlage, einem
elektromagnetischen, im Innern des Induktors und gleichachsig mit ihm angeordneten
Schirm 12 sowie einem innerhalb des Schirmes 12 untergebrachten Ring 13 aus einem
Metall von hoher Leitfähigkeit.
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Der elektromagnetische Schirm 12 ist in Form eines geschlossenen
aus einem nichtmagnetischen Metall hergestellten Ringes ausgebildet, dessen Querschnitt
siob nach oben zu verstärkt.
Der elektrische Leitwert des Schirmmaterials
wird in Abhängigkeit von der Stromfrequenz gewählt. So wird der Schirm bei einer
StromRrequenz vonlOOO-2500 Hz aus einem unmagnetischen Stahl von hohem spezifischen
Widerstand und bei einer Stromfrequenz von 50-500 Hz aus Aluminium oder Kupfer hergestellt.
Die untere Kante 14 des Schirmes 12 liegt etwa in der halben Höhe des Induktors
und ist mindestens 1-1,5 mm stark.
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Die Stärke des Schirmes 12 verändert sich nach der Höhe in Abhängigkeit
von der Verteilung des LIagnetfeldes des Induktors 1 in der Axialrichtung.
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Der Ring 13 ist am Oberteil des Schirmes 12 konzentrisch und in dessen
unmittelbarer Nähe angeordnet.
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Der Ring ist aus einem vierkantigen Kupferrohr hergestellt, er ist
senkrecht verschiebbar und wird mit Wasser ge kühlt.
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Die oben beschriebene Anlage arbeitet auf folgende Weise: Das geschmolzene
Aluminium wird über den Kastenbeschicker 2 durch die Öffnung 4 des Behälters 3 auf
den Unterboden 9, der von unten in das Innere des Induktors 1 eingeführt ist, geleitet.
Das als Kühlmittel dienende und aus dem Kollektor 10 durch die ringförmige Düse
15, die durch den elektromagnetischen Schirm 12 einerseits, und die Wand des Ringkollektors
10 andererseits gebildet wird, strömende Wasser gelangt über die Außenfläche des
Schirmes 12 auf den Untersatz 9 und kühlt; das auf diesem Unterboden befindliche
geschmolzene Metall ab,
das sich zu kristallisieren beginnt.
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In der Zeichnung ist der erstarrte Teil der Schmelze durch A und
der nicht erstarrte (flüssige) Teil durch B gekennzeichnet.
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Das durch den Induktor erregte elektromagnetische Feld erzeugt in
der Schmelze Kräfte, durch die der flüssige Teil B des Gußstücks von dem Zerfließen
zurückgehalten und formiert wird und im Querschnitt die Form des Induktors annimmt.
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Beim Zunehmen der Höhe der ausgebildeten, zum Teil erstarr ten und
sich auf den Untersatz 9 stützenden Metall säule beginnt sich der Untersatz 9 zu
senken. Zu dieser Zeit stellt man auf die Oberfläche des geschmolzenen Metalls (Teil
B) den Tümpel 5 auf. Das geschmolzene Metall, welches nun auf den Kegel 6 des Tümpels
5 gelangt, zerfließt auf dessen Boden und wird durch die Öffnungen 7 in das Innere'des
Induktors 1 gleichmäßig zugeführt.
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Das dem Inneren des Induktors zugeführte Metall formiert sich, kristallisiert.
und erstarrt, indem es eine feste Metallsäule bildet, die sich zusammen mit dem
Untersatz 9 senkt.
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Die Kristallisation erfolgt bei der Zufuhr von Wasser direkt auf die
Gußstückseitenffläche, Beim Gießvorgang kann es infolge unvermeidlicher Indem rungen
der Gießgeschwindigkeit, der Kühlungsintensität, der Lange der Kühlzone und der
Abweichung des Guß stücks von der eincf Vertikalachse zw Verschiebung der Grenze
zwischen dem flüssigen B und dem erstarrten Teil A des Gußstücks auf dessen
Oberfläche
(Achsen a-a und b-b, Fig. 1) kommen.
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Die Verschiebung dieser Grenze findet immer zu Beginn des Gießens
statt.
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Bekanntlich verändert sich der hydrostatische Druck des flüssigen
Teils in der Metalischmelze naehe,nem linearen Gesetz (Gerade 16, Fig. 2). Durchgeführte
Berechnungen und Versuche haben allerdings ergeben, daß entsprechend dem Charakter
der Verteilung des Magnetfeldes der elektromagnetische DruckPO, der auf die Oberflächedes
flüssigen Teils B nach der AchseOZ einwirkt? in allenPunkten höher ist als der hydrostatische
Druck Pm (Kurve 17). Die Differenz zwischen den genannten Drücken ist dabei um so
größer, je weiter dieser oder jener Punkt der Oberfläche des flüssigen Teils des
Guß stücks von der Grenze zwischen dem flüssigen und erstarrten Teil des Gußstück
entfernt liegt.
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Ein Mißverhältnis zwischen dem hydrostatischen und dem elektromagnetischen
Druck auf die Seitenfläche des flüssigen Gußsbückteils führt dazu, daß sich bei
beliebigen Verschiebungen der Grenze zwischen dem flüssigen B und dem erstarrten
eilAdes Gußstücks (Achse-a-a Fig.l) die Quermaße des flüssigen Teils, und folglich
auch des Gußstücks, verändern.
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So ist z.B. bei Verschiebung dieser Grenze nach oben, die dadurch
bedingt ist, daß der elektromagnetische Druck höher ist als der hydrostatische Druck,
der sich formierende Guß-9 stückteil bestrebt, sich zusammenzuziehen, was zu einer
Verminderung der Quermaße des Gußatücks führt.
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Infolge der Verminderung des Durchmessers des Gußstücks bei dessen
Abwärtsbewegung verschiebt sich die Kühl zone beim Gießvorgang unter seine ursprüngliche
Fage.
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Dabei verschiebt sich die Grenze zwischen dem flüssigen und dem erstarrten
Teil des Gußstücks auch nach unten, d.h.
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sie wird die Lage einnehmen, die der ursprünglichen Lage nahekommt,
und der Durchmesser des Gußstücks nimmt die Große an, die der ursprünglichen 6t7nc
nahekommt . Infolge dieser Schwankungen der Quermaße wird die Gußstückoberfläche
wellig, während die Gußstückmaße über die zulässige Grenze hinausgehen.
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Dadurch, daß der Schirm 12 die Form eines Ringes hat, dessen Stärke
sich nach oben vergrößert, nimmt der Abschwächungsgrad des Magnetfeldes des Induktors
1 nach oben zu.
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Dabei verteilt sich das Magnetfeld so, daß sich der elektromagnetische
Druck in der Höhe des flüssigen Teils des Gußstücks linear verändert, wodurch sich
das Gleichgewicht zwischen dem hydr4statischen und dem elektromagnetischen Druck
einstellt.
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Die Gleichheit dieser Drücke auf der Oberfläche des flüssigen TeilsB
deszu formierenden Gußstücks gestattet es, Verunstaltungen seiner Form zuverhindern,
z.B. die Bildung von Querwellen und Veränderung der Gußstücimaße.
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Während der Formierung des Guß stücks kann eine intensive Bewegung
des Metalls in dem flüssigen Teil B des Gußstücks, bewirkt durch elektromagnetische,
durch den Induktor 1 erregte
Kräfte beobachtet werden.
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Die erstarrten Kristalle werden hier bei durch Metall ströme auf
die Oberfläche des Gußstücks aus der Ubergangszone (der Zone der Volumenkristallisation)
hinausgetragen. Diese Kristalle konzentrieren sich unter der Wirkung der hydrostatischen
und elektromagnetischen Kräfte auf der Seitenfläche des Gußstücks. Infolgedessen
nehmen die an der Oberfläche anliegenden Schichten des flüssigen Teiles des Gußstücks
eine halbflüssige (breiige) Borm an.
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Auf der Oberfläche des in einem solchen Zustand befindlichen Metalls
bilden sich während seiner Formierung Längsfalten. BPrUnErstarrcn des Metalls bleiben
die Falten auf der Gußstückoberfläche zurück.
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In der von den Anmeldern vorgeschlagenen Anlage dient zur Beseitigung
der genannten Fehler der Ring 13. Das elektromagnetische Feld des Induktors 1 erzeugt
in diesem Ring Wirbelströme, deren Magnetfeld, indem es mit dem Feld des Induktqrs
zusammenwirkt, die Intensität des Magnetfeldes im oberen Bereich des flüssigen Teils
des Gußstückes abschwächt Dies führt zur Verminderung der Bewegungsintensität der
Met alldie ströme, ws letzten Endes mögliche Bildung von DeSektenausschließt.
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Die oben beschriebene Anlage wurde unter Betriebsbedingungen erprobt.
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Die erhitßnen Gußstüoke wiesen vorgegebene Maße, Form und glatte,
ebene Oberfläche auf.