DE1960707B2 - Elektromagnetische stranggiesskokille - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine elektromagnetische Stranggießkokille mit einem Rundschirm, der sich in die Stranggießkokille bis auf etwa deren halben Höhe von oben herab erstreckt.

Aus der FR-PS 15 09 962 ist eine elektromagnetische Stranggießkokille dieser Art bekannt, bei der der Rundschirm als metallischer Konus ausgebildet ist, der (in der Kühlwasserzuführung befestigt ist und an dessen Außenseite das Kühlwasser bis zur Berührung mit der Strangoberfläche herabfließt. Dabei bedingt eine Verstellung der Zone der Kühlwasserzufuhr gleichzeitig iuch eine Verstellung der Höhe des Schirmes. Wenn aber der hydrostatische Druck des flüssigen Metalls rieht genau dem elektromagnetischen Druck auf die Seitenfläche der flüssigen Zone des Gußstückes entspricht, kommt es zu Fehlern an der Oberfläche des Stranges in Form von Längsfalten und Querfaiten. Die 'Neigung zur Bildung von Längsfalten kann noch durch eine erhöhte Intensität der Flüssigmetallbewegung, die durch die den Strang formenden elektromagnetischen Kräfte bewirkt wird, erhöht werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine elektromagnetische Stranggießkokille anzugeben, bei der die Verteilung des Magnetfelds in axialer Richtung es gewährleistet, daß der hydrostatische Druck aul die Seitenfläche der flüssigen Zone des Stranges jeweils dem elektromagnetischen Druck entspricht, wobei das Magnetfeld im Oberteil der flüssigen Zone derart ausgebildet ist, daß es keine intensive Bewegung des Metalls innerhalb der flüssigen Zone des Strangs verursacht, wodurch Stränge mit fehlerfreier Oberfläche erhalten werden können.

Dies wird bei einer elektromagnetischen Stranggießkokille mit einem Rundschirm, der sich in die Stranggießkokille bis auf etwa deren halben Höhe von oben herab erstreckt, erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß der Rundschirm mit zur Achse der elektromagnetischen Strangggießkokille paralleler Innenwandung und von unten nach oben zunehmender Wandstärke aus einem unmagnetischen in Abhängigkeit von der Stromfrequenz gewählten Werkstoff gebildet ist. 6s

Vorteilhaft ist im Inneren des Rundschirms konzentrisch zu diesem und in dessen unmittelbarer Nähe ein Ring aus einem Metall von hohem Leitwert vertikal

verschiebbar angeordnet.

Die Erfindung wird nun an Hand eines Ausführungsbeispiels unier Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 eine elektromagnetische Stranggießkokille zum kontinuierlichen und diskontinuierlichen Gießen von Aluminium, im Längsschnitt.

F i g. 2 eine grafische Darstellung der Verteilung des elektromagnetischen und des hydrostatischen Drucks auf die Seitenfläche des Stranges in der flüssigen Zone.

Die in der Zeichnung dargestellte elektromagnetische Stranggießkokille besteht aus einem horizontal angeordneten Ringleiter 1 (Fig. 1), einer Beschickungsvorrichtung 2, die mit einem Behälter 3 verbunden ist, in dessen Boden eine Öffnung 4 vorhanden ist, einer unter dem Behälter befindlichen Vorrichtung zum gleichmaßigen Verteilen des geschmolzenen Aluminiums, die in Form eines Schwimmverteilers 5 mit Kegel 6 in der Bodenmitte und mit Öffnungen 7, weiche an den Seitenwänden gleichmäßig verteilt sind, ausgebildet ist, einem Kollektor 10, Stellschrauben 11 zur senkrechten Verstellung der elektromagnetischen Stranggießkokille, einem elektromagnetischen, im Inneren des Ringleiters und gleichachsig mit ihm angeordneten Rundschirm 12 sowie einem innerhalb des Rundschin.is 12 untergebrachten Ring 13 aus einem Metall von hoher Leitfähigkeit.

Der elektromagnetische Rundschirm 12 ist in Form eines geschlossenen aus einem nichtmagnetischen Metall hergestellten Ringes ausgebildet, dessen Querschnitt sich nach oben zu verstärkt. Der elektrische Leitwert des Schirmmaterials wird in Abhängigkeit von der Stromfrequenz gewählt. So wird der Rundschirm bei einer Stromfrequenz von 1000 bis 2500 Hz aus einem unmagnetischen Stahl von hohem spezifischen Widerstand und bei einer Stromfrequenz von 50 bis 500 Hz aus Aluminium oder Kupfer hergestellt. Die untere Kante 14 des Rundschirms 12 liegt etwa in der halben Höhe des Ringleiters und ist mindestens 1 bis 1,5 mm stark.

Die Stärke des Rundschirmes 12 verändert sich mit der Höhe in Abhängigkeit von der Verteilung des Magnetfeldes des Ringleiters 1 in Axialrichtung.

Der Ring 13 ist am Oberteil des Rundschirms 12 in dessen unmittelbarer Nähe konzentrisch angeordnet.

Der Ring ist aus einem vierkantigen Kupferrohr hergestellt, es ist senkrecht verschiebbar und wird mit Wassergekühlt.

Die elektromagnetische Stranggießkokille arbeitet auf folgende Weise. Das geschmolzene Aluminium wird über die Beschickungsvorrichtung 2 durch die Öffnung 4 des Behälters 3 auf den Untersatz 9, der von unten in das Innere des Ringleiters 1 eingeführt ist, geleitet. Das als Kühlmittel dienende und aus dem Kollektor 10 durch die ringförmige Düse 15, die durch den elektromagnetischen Rundschirm 12 einerseits und die Wand des Kollektors 10 andererseits gebildet wird, strömende Wasser gelangt über die Außenfläche des Rundschirmes 12 auf den Untersatz 9 und kühlt das auf diesem Untersatz befindliche geschmolzene Metall ab, das zu erstarren beginnt.

In der Zeichnung ist der erstarrte Teil der Schmelze durch A und der nichterstarrte (flüssige) Teil durch B gekennzeichnet.

Das durch den Ringleiter erregte elektromagnetische Feld erzeugt in der Schmelze Kräfte, durch die der flüssige Teil B des Stranges von dem Zerfließen zurückgehalten und formiert wird und im Querschnitt die Form des Ringleiters annimmt.

Bei zunehmender Höhe der ausgebildeten, zum Teil erstarrten und sich auf den Untersatz 9 stützenden Metallsäule beginnt sich der Untersatz 9 zu senken. Zu dieser Zeit stellt man auf c¹;? Oberfläche des geschmolzenen Metalls (Teil B) den Schwimmverteiler 5 auf. Das geschmolzene Metall, welches nun auf den Kegel 6 des Schwimmverteilers 5 gelangt, zerfl'eßt auf dessen Boden und wird durch die öffnung 7 gleichmäßig im Inneren des Ringleiters 1 verteilt.

Das dem Inneren des Ringleiters zugeführte Metal! formiert sich und erstarrt, wobei es eine feste Metallsäule bildet, die sich zusammen mit dem Untersatz 9 senkt. Die Erstarrung erfolgt unter Zufuhr von Wasser direkt auf die Strangseitenfläche.

Beim Gießvorgang kann es infolge unvermeidlicher Änderungen der Gießgeschwindigkeit, der Kühlungsintensität, der Länge der Kühlzone und r"er Abweichung des Stranges von der Vertikalachse zu einer Verschiebung der Grenze zwischen dem flüssigen B und dem erstarrten Teil A des Stranges auf dessen Oberfläche (Achsen a-a und b-b, F i g. I) kommen.

Die Verschiebung dieser Grenze findet immer zu Beginn des Gießens statt.

Bekanntlich verändert sich der hydrostatische Druck Pm des flüssigen Teils in der Metallschmelze nach einem linearen Gesetz (Gerade 16, F i g. 2). Durchgeführte Berechnungen und Versuche haben allerdings ergeben, daß entsprechend dem Charakter der Verteilung des Magnetfeldes der elektromagnetische Druck Po, der auf die Oberfläche des flüssigen Teils B nach der Achse OZ y> einwirkt, in allen Punkten 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 Druck der Oberfläche des flüssigen Teils des Stranges von der Grenze zwischen dem flüssigen und erstarrten Teil des Stranges entfernt liegt.

Hin Mißverhältnis zwischen dem hydrostatischen und dem elektromagnetischen Druck auf die Seitenfläche des flüssigen Stranges führt dazu, daß sich bei beliebigen Verschiebungen der Grenze zwischen dem flüssigen B und dem erstarrten Teil A des Stranges (Achse ;)-;), Fig. 1) die Quermaße des flüssigen Teils und folglich auch des Stranges verändern. 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 bildende Strangteil erstrebt, sich zusammenzuziehen, was zu einer Verminderung der Quermaße des Stranges führt.

Infolge der Verminderung des Durchmessers des Stranges bei dessen Abwärtsbewegung verschiebt sich die Kühlzone beim Gießvorgang unter seine ursprüngliche Lage.

Dabei verschiebt sich die Grenze zwischen dem flüssigen und dem erstarrten Teil dos Stranges auch nach unten, d. h, sie wird eine Lage einnehmen, die der ursprünglichen Lage nahekommt, und der Durchmesser des Stranges nimmt die Größe an, die der ursprünglichen Größe nahekommt. Infolge dieser Schwankungen der Quermaße wird die Strangoberfläche wellig, wobei vielfach die Strangabmessungen über die zulässige Grenze hinausgehen.

Dadurch, daß der Rundschirm 12 die Form eines Ringes hat, dessen Stärke sich nach oben vergrößert, nimmt der Abschwächungsgrad des Magnetfeldes des Ringleiters 1 nach oben zu. Dabei verteilt sich das Magnetfeld so, daß sich der elektromagnetische Druck in der Höhe des flüssigen Teils des Stranges linear verändert, wodurch sich ein Gleichgewicht zwischen dem hydrostatischen und dem elektromagnetischen Druck einstellt.

Die Gleichheit dieser Drücke auf der Oberfläche des flüssigen Teils B des zu bildenden Stranges gestattet es, Verunstaltungen seiner Form zu verhindern, z. B. die Bildung von Querwellen und Veränderung der Strangabmessungen.

Während der Bildung des Stranges kann eine intensive Bewegung des Metalls in dem flüssigen Teil B des Stranges, bewirkt durch elektromagnetische, durch den Ringleiter 1 erregte Kräfte, beobachtet werden.

Erstarrte Kristalle werden hierbei durch Metallströme auf ά'-.i Oberfläche des Stranges an der Übergangszone (der Zone der Volumenkristallisation) hinausgetragen. Diese Kristalle konzentrieren sich unter der Wirkung der hydrostatischen und elektromagnetischen Kräfte auf der Seitenfläche des Stranges. Infolgedessen nehmen die an der Oberfläche anliegenden Schichten des flüssigen Teiles des Stranges eine halbflüssige (breiige) Form an. Auf der Oberfläche des in einem solchen Zustand befindlichen Metalls bilden sich vielfach während seiner Formierung Längsfalten. Beim Erstarren des Metalls bleiben die Fallen auf der Strangoberfläche zurück.

In der erfindungsgemäßen Stranggießkokille dient zur Beseitigung dieser Fehler der Ring 13. Das elektromagnetische Feld des Ringlciters 1 erzeugt in diesem Ring Wirbelströinc, deren Magnetfeld, indem es mit dem Feld des Ringleiters zusammenwirkt, die Intensität des Magnetfeldes im oberen Bereich des flüssigen Teils des Stranges abschwächt. Dies führt zur Verminderung der Bewegungsintensität der Metallströme, was letzten Endes die mögliche Bildung von Defekten ausschließt.

Die erfindungsgemäße elektromagnetische Stranggießkokille wurde unter Betriebsbedingungen erprobt.

Die erhaltenen Stränge wiesen die gewünschte Form mit vorgegebenen Maßen und glatten, ebenen Oberflächen auf.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Elektromagnetische Stranggießkokille mit einem Rundschirrn, der sich in die Stranggießkokille bis auf etwa deren halber. Höhe von oben herab erstreckt, dadurch gekennzeichnet, daß der Rundschirm (12) mit zur Achse der elektromagnetischen Stranggießkokille paralleler Innenwandung und von unten nach oben zunehmender Wandstärke aus einem unmagnetischen in Abhängigkeit von der Stromfrequenz gewählten Werkstoff gebildet ist.

2. Elektromagnetische Stranggießkokille nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im Inneren des Rundschirms (12) konzentrisch zu diesem und in dessen unmittelbarer Nähe ein Ring (13) aus einem Metall von hohem Leitwert vertikal verschiebbar angeordnet ist.

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