DE2548940C2

DE2548940C2 - Verfahren zum Verhindern des Eindringens einer metallischen Schmelze in eine Spaltfuge

Info

Publication number: DE2548940C2
Application number: DE19752548940
Authority: DE
Inventors: Erik Allan Zollikon Olsson
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1974-11-01
Filing date: 1975-10-31
Publication date: 1982-12-30
Also published as: DE2548940A1; JPS5165023A; FR2289278B1; GB1529731A; CH600966A5; SE411524B; SE7511940L; JPS5311494B2; FR2289278A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Verhindern des Eindringens einer metallischen Schmelze in eine Spaltfuge zwischen die Schmelze führenden Teilen, z. B. Teilen einer Gießrinne.

Praktisch alle Zweige des Gießereiwesens, insbes. spezielle Stranggießverfahren, z.B. mit Gießwalzen, von Bändern, das horizontale Stranggießen insbes. in stationären oder bewegten Stranggießkokillen oder dgl. stoßen ständig auf Probleme im Zusammenhang mit dem Eindringen der Metallschmelze in Spaltfugen, die beispielsweise zwischen den einzelnen Abschnitten der Gießrinne, eines geschlossenen Kanals, dem Boden und den Seitenwänden von Stranggießkokillen oder dgl. vorhanden sind. Gleiches gilt für bestimmte mehrteilige Blockgußkokillen, in denen die Schmelze erstarren soll. Abgesehen von Grat oder Kratzern an den Gußstücken kann eine nur teilweise erstarrte dünne Gußhaut durch Eindringen und Erstarrung von flüssigem Metall in eine Spaltfuge bei einer Relativbewegung zu ihr oder zwischen den die Spaltfuge begrenzenden Teilen aufreißen. Meist ist auch der mechanische Verschleiß von Lagern von die Spaltfugen begrenzenden bewegten Teilen praktisch untragbar.

Diese Auswirkungen können teilweise vermindert werden, indem z. B. die Oberflächenspannung der Schmelze durch Entfernung von die Oberflächenspannung herabsetzenden Begleitstoffen, z. B. Schwefel und Sauerstoff bei Eisen, heraufgesetzt wird, oder indem Materialien für die die Schmelze führenden Bauteile verwendet werden, die eine der Schmelze gegenüber niedrige Adhäsion haben. Die Heraufsetzung der Oberflächenspannung und die Senkung der Adhäsion würde Kapillarwirkungen und damit dem Eindringen in Spaltfugen etwas abhelfen können. Die Löslichkeit eines Stoffes in einem Material ist aber eine Funktion der Oberflächenspannung. Es ist noch kein Stoff bekannt, den z. B. flüssiges Eisen nicht wenigstens zu einem kleinen Teil auf längere Dauer angreift

Derartige Maßnahmen reichen allerdings dann nicht aus, wenn z. B. die Stoßflächen der Spaltfugen sich gegeneinander bewegen. Solche Relativbewegungen treten in Stranggießkokillen auf.

An sich ist das Ausfüllen von Spaltfugen mit Dichtungen zum Verhindern des Eindringens geförderter Stoffe altbekannt Diese Maßnahme läßt sich jedoch bei Schmelzen führenden Bauteilen im allgemeinen nicht befriedigend anwenden, u. a. wegen der Reaktionsfreudigkeit der Schmelzen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Verhindern des Eindringens von Schmelze in Spaltfugen anzugeben, das sich an besonders kritischen Stellen einsetzen läßt und auch auf lange Dauer befriedigende Ergebnisse erzielt.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist erfindungsgemäß vorgesehen, daß die Schmelze durch elektromagnetische Kräfte über die Spaltfuge hinweggeführt wird.

Induziert ein mit Wechselstrom gespeister Leiter in einem nichtmagnetischen Leiter einen Strom, so ergibt sich eine abstoßende Kraft zwischen diesen beiden Leitern. Eine in der Nähe einer Spaltfuge gelegene, mit Wechselstrom gespeiste Induktionsspule induziert also in der Schmelze Ströme, die eine Abstoßung zwischen Spule % und damit der Wand der Gießrinne % und der Schmelze bewirken. Diese Abstoßung verhindert ein Einsickern der Schmelze in die Spaltfuge bzw. erschwert dieses Einsickern.

Dieser Abstoßeffekt wird im Schmelz- und Gießereiwesen schon genutzt Im Induktionstiegelofen ist die sogenannte Badüberhöhung des Metallspiegels eine Folge dieser Abstoßwirkung. Im Induktionsrinnenofen wird der sogenannte Pincheffekt ausgenützt, wonach das eine Rinne für die Schmelze umgebende und vom Rinnenstrom induzierte Magnetfeld den Rinnenquerschnitt teilweise (scheinbar) abschnürt Elektromagnetische Felder und Kräfte werden auch beim sogenannten Levitationsschmelzen verwendet

Es ist ferner bekannt, das mittels elektromagnetischer Kräfte eine metallische Schmelze beim Zonenschmelzverfahren oder beim Stranggießen mittels elektromagnetischer Stranggießkokille als Strang vergossen werden kann (DE-OS 21 21 978). Zum Regeln der Ausflußmenge an Schmelze aus einer Gießpfanne ist es bekannt, in einen Auslauftrichter zu gießen, der von einer wassergekühlten Induktionsspule umgeben ist und vor dem Auslab einen Kern aufweist, so daß der im ausfließenden Metall induzierte Strom den Metallfluß im Ringraum um den Kern verlangsamen und regeln kann (Herrmann, »Handbuch des Stranggießens«, S. 352, Bild 1215).

Auch ist ein Verfahren zum Regeln des Zuflusses der Schmelze bei Stranggießanlagen bekannt, bei welchem der Auslauftrichter eine vorstehende Auslauftülle hat, um die ein hufeisenförmig ausgebildeter Magnetkern mit einer Induktionsspule gelegt ist Entlang des Fließweges der Schmelze von dem Auslauftrichter zu der Stranggießkokille wird ein elektrischer Strom geführt, zu dem in senkrechter Ebene das Magnetfeld des Magneten angeordnet ist, wodurch in einer senkrecht zu der Ebene der Stromrichtung liegenden Ebene auf jedes Teilchen der Schmelze eine Kraft ausgeübt wird, die ein Einschnüren bzw. ein Bündeln des Gießstrahls bewirkt Durch Regelung der Stärke des Magnetfeldes ergibt sich eine Ausflußmengenregelung (DE-AS 11 26 568).

Schließlich ist es bekannt, zur Erzeugung eines Drukkes in geschmolzenem Metall zur Förderung von Metallschmelzen in dem in einem geeigneten, mit Zu- und Abflußeinrichtungen versehenen Gefäß befindlichen geschmolzenen Metall ebenso wie zur Durchflußregelung einen elektrischen Stromfluß zu erzeugen, wobei gleichzeitig das geschmolzene Metall von einem Wandermagnetfeld senkrecht zur Stromflußrichtung geschnitten wird, so daß ein Fördern der Schmelze, insbes. ein Pumpen bewirkt wird.
Bei allen bekannten, zur Einwirkung auf die fließende Schmelze eine elektromagnetische Kraft verwendenden Verfahren wird der Schmelzstrom nicht von einer ihn führenden oder haltenden Fläche abgehoben. Die Erkenntnis, daß die Möglichkeit des Abhebens oder starken Zurückdrängens der Schmelze von einer sie haltenden oder führenden Wand ohne weiteres möglich ist, war nicht vorhanden. Eine solche Möglichkeit hat man auch nicht angenommen. Dies ergibt sich schon daraus, daß das erfindungsgemäße Problem alt ist und die An-

Wendung der elektromagnetischen Kraft im Gießereiwesen ebenfalls schon lange erfolgt

Die Erfindung kann in einer Reihe von Anwendungsbereichen eingesetzt werden, z. B. bei Stranggießkokillen für das Abdichten verschiebbarer Kokiüenwände, beim Stranggießen mittels Gießwalzen, z. B. nach der Methode von Bessemer, für die Fugen zwischen Gießwalze und Seitenwänden (sogenannten Herzstücken), beim Stranggießen von Bändern, z. B. nach der Methode von Hazelett, und bei Füll- und Fördervomchtungen für das Hcizontalstranggießea

Zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung werden anhand einer Zeichnung näher erläutert, in der zeigen

F i g. 1 eine Stranggießanlage im Vertikalschnitt mit einer Gießrinne,

F i g. 2 einen Längsschnitt durch einen Teil der Gießrinne und

F i g. 3 einen Querschnitt durch die Gießrinne.

Bei im Querschnitt verstellbaren Stranggießkokillen, deren Wände mittels Verschraubungen und dgl. zusammengehalten werden, können zur Verhinderung des Eindringens von Schmelze in die Spaltfugen an den Ekken, die sich infolge der Verfoimung der Seitenwände mit der Zeit häufig mehr und mehr öffnen, diese elektromagnetisch abgedichtet werden.

F i g. 1 zeigt eine Spaltabdichtung beim Stranggießen. Mit einem Heber 1 wird flüssiges Metall 2 aus einem Schmelzengefäß 3 entnommen. Statt eines Vakuumheber kann auch ein Druckheber oder eine elektromagnetische Förderung vorgesehen werden. Mittels einer Induktionsspule 4 bzw. 4', welche oberhalb einer Kokille 7 längs deren Umfang angeordnet ist, kann die Schmelze daran gehindert werden, in die Spaltfugen 5 bzw. 5' zwischen dem Heber 1 und der Wand der Kokille einzudringen und dort zu erstarren. Der Heber 1 kann entweder stationär % wie links der Mittellinie dargestellt % angeordnet sein oder kann sich mit der Stranggießkokille 7, wie dies in der rechten Hälfte der Figur dargestellt ist, mitbewegen. Die gezeigte Abdichtung ist allerdings auch bei nicht-oszillierenden Stranggießkokillen sinnvoll, da eine Spaltfuge 5' auch erwünscht sein kann, um den Austritt von aus der Schmelze freiwerdenden Gasen zu ermöglichen.

Fig.2 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel der Anwendung der Erfindung an einer Gießrinne, bei der zwei stumpf aneinanderstoßende Rohrschüsse 6 und 6' mit ihren Stirnflächen eine Spaltfuge 5 begrenzen. Die Rohrschüsse sind aus nichtleitendem feuerfestem Werkstoff gefertigt, um Abschirmeffekte zu vermeiden. Die Spaltfuge 5 ist von einer als Bandspule ausgebildeten Induktionsspule 4 umgeben. Mit Hilfe des von ihr erzeugten elektromagnetischen Feldes wird das schmelzflüssige Metall 2 über die Spaltfuge 5 hinübergehoben. Dadurch kann ein Eindringen von Schmelze in die Spaltfuge 5 unterbunden werden.

Der Leistungsbedarf des erfindungsgemäßen Verfahrens läßt sich aufgrund folgender Gesetzmäßigkeiten ermitteln.

Trifft eine elektromagnetische Welle auf einen metallischen Körper, so beträgt der hierdurch verursachte magnetische Druck nach Esmarch

Ps = 31,6 (pf/μ)-« χ P_if x 10-* kp/cm²

wobei für P_if die im Metall induzierte Leistung in kW/m², für ρ der spezifische Widerstand des Stoffes in /zOhm m und für f die Frequenz in Hz einzusetzen sind. Bei einer absorbierten Leistung von 1 kW/m² erhält man bei einem spezifischen Widerstand von flüssigem Stahl von etwa 1,4/iOhm m und einer Frequenz von 50 Kz (μ = 1, da flüssiger Stahl unmagnetisch ist)

F₅ = 0,37 g/cm² pro 1 kW/m² absorbierte Leistung.

Da eine Schicht von 1 cm Dicke von flüssigem Stahl etwa 7 g/m² wiegt, wäre eine absorbierte Leistung von ca. 24 kW nötig, um auf diese Schicht eine seine Gewichtskräfte aufhebende Abstoßkraft auszuüben. Die zu induzierende Leistung kann mit Hilfe der Formel

Pif = 1,987 χ 10-9 H²m (ρμίγ>^ kW/m²

berechnet werden. Dabei sind H die magnetische Feldstärke auf der Oberfläche in A/m, ρ der spezifische Widerstand in pOhm m und die Frequenz f in Hz einzusetzen, m ist ein geometrischer Korrekturfaktor.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentanspruch:

Verfahren zum Verhindern des Eindringens einer metallischen Schmelze in eine Spaltfuge zwischen diese fahrenden Teilen, dadurch gekennzeichnet, daß die Schmelze durch elektromagnetische Kräfte über die Spaltfuge hinweggeführt wird.