DE2803503A1

DE2803503A1 - Zwei- oder mehrphasiger umruehrer

Info

Publication number: DE2803503A1
Application number: DE19782803503
Authority: DE
Inventors: Sten Dipl Ing Kollberg
Original assignee: ASEA AB
Current assignee: ABB Norden Holding AB
Priority date: 1977-02-03
Filing date: 1978-01-27
Publication date: 1978-08-10
Also published as: FR2379339B1; DE2803503C2; CH627956A5; JPS5396925A; ATA65478A; JPS637415Y2; FR2379339A1; JPS6163349U; GB1593135A; AT378490B; US4183395A

Description

ASEA AB Västeras / Schweden

Zwei- oder mehrphasiger Umrührer

Die Erfindung betrifft einen zwei- oder mehrphasigen Umrührer gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1.

Das Umrühren in einem Gieß strang kann dadurch geschehen, daß die Schmelze längs oder quer zum Gieß strang oder in einer aus diesen beiden Eichtungen zusammengesetzten Richtung beschleunigt wird, wobei normalerweise ebene Umrührer verwendet werden, oder aber dadurch, daß die Schmelze durch ein rotierendes PeId beschleunigt wird, wobei man einen runden Umrührer nach Art eines Motorstators verwendet.

In einer Stranggießmaschine wird geschmolzenes Metall in eine wassergekühlte Kokille abgegossen, wobei der erstarrende Strang nach unten durch die Kokille herausgezogen wird. Wenn der Strang die Kokille verläßt, besteht er aus einer dünnen, erstarrten Außenschicht und einem flüssigen Kern. Nachdem der Gießstrang aus der Kokille herausgekommen ist, wird er normalerweise in der Sekundärkühlzone mit Wasser bespritzt, wobei die erstarrende Schicht so lange an Dicke zunimmt, bis der ganze Strang erstarrt ist. Während des Erstarrungsverlaufes möchte man den noch flüssigen Kern umrühren, um u.a. Seigerungserscheinungen und Eiß-

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bildungen wie auch der Bildung von großen Poren und Höhlungen, sog. Lunkern, entgegenzuwirken.

Dieses Rühren kann durch bekannte sogenannte runde Umrührer geschehen, wobei die Schmelze dazu gebracht wird, um die Längsachse des Stranges in einer Ebene senkrecht zur Zug- oder Transportrichtung des Gieß strange s zu rotieren. Diese Rotation wird durch ein magnetisches Drehfeld erreicht, welches in derselben Ebene rotiert. Solche runden Umrührer sind häufig im Prinzip genauso aufgebaut wie der Ständer eines zweipoligen, dreiphasigen Motors, durch den der Gießstrang hindurchgeführt wird.

Die Stranggießmaschine ist jedoch meistens aus einem Rahmen aus Rohren aufgebaut. An diesen Rohren sind oftmals Stützrollen befestigt, die den Strang führen. Rohre und Stützrollen sind mechanisch in eine Anzahl Segmente aufgeteilt, welche bei der Wartung ausgetauscht und durch Reservesegmente ersetzt werden können. Hierdurch wird die mechanische Wartung der Strang— gießmaschine sehr erleichtert. Der Rahmen ist jedoch ein Hindernis für die Anbringung eines Umrührers der eingangs genannten Art.

Der runde'Umrührer kann entweder zwischen den Rohren der Maschine und dem Strang oder derart angebracht werden, daß er sowohl die Rohre als auch den Strang umschließt. In dem erstgenannten Pail muß der Umrührer ■ sehr klein ausgeführt werden, und er befindet sich außerdem so nahe am Strang, daß die Wasserkühlung dadurch erschwert wird.

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In dem anderen Fall muß der Umrührer so weit vom Strang entfernt angebracht werden, daß seine Wirkung stark vermindert wird. In "beiden Fällen treten Schwierigkeiten auf, wenn das Segment, in dem der Umrührer angeordnet ist, ausgetauscht werden soll· Es ist außerdem schwierig, diese Art von Umrührern verschiedenen Querschnittsabmessungen des Stranges anzupassen, und noch schwieriger ist es, diese Umrührer Gießsträngen mit nicht quadratischen Querschnitten anzupassen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Umrührer der eingangs genannten Art zu entwickeln, bei dem die aufgezeigten Raumprobleme weitgehend beseitigt sind.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird ein Umrührer nach dem Oberbegriff des Anspruches 1 vorgeschlagen, der erfindungsgemäß die im kennzeichnenden Teil des Anspruches 1 genannten Merkmale hat.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen genannt.

Durch die Erfindung kann man also durch entsprechendes Zusammenwirken der Teilumrührer beispielsweise einen rotierenden magnetischen Fluß in der Schmelze erzeugen, der dem gleicht, der von einem runden, zweipoligen ümrührer erzeugt wird.

Die Teilumrührer können so angeordnet werden, daß der genannte Austausch von Segmenten leicht vorgenommen werden kann und die Umrührwirkung gut ist. Durch die herbeigeführte Rotation der Schmelze vermeidet man die beim kontinuierlichen Gießen auftretenden unerwünschten Erscheinungen. 809832/0699

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Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist der Umrührer in zwei oder mehrere Teilumrührer unterteilt, von denen jeder mindestens eine Phasenwicklung enthält und zusammen mit mindestens einem anderen Teilumrührer ein Wanderfeld längs des Gießstranges erzeugt. Auf diese Weise kann man die erfindungsgemäße Idee auch in Längsrichtung längs des Gießstranges ausnutzen und erhält hierdurch eine einfachere Konstruktion mit Austauschbarkeit der einzelnen Segmente. Es ist also möglich, bei einer Stranggießmaschine eine Umrührung durchzuführen, obwohl der Platz für die Montage von Umrührern stark begrenzt ist, was bedeutet, daß die Lagenzahl in den Wicklungen, die Polteilung usw. mit Rücksicht auf den zur Verfugung stehenden Raum bestimmt werden kann.

Anhand der in den Figuren gezeigten Ausführungsbeispiele soll die Erfindung näher erläutert werden. Es zeigen:

Pig. 1 und 2 zwei verschiedene Umrührer für einen quadratischen Gießstrang, wobei zwei oder mehrere Teilumrührer verwendet werden,

Fig. 3 eine Anordnung an einem Rohr für eine Gießmaschine,

Fig. 4 eine andere Ausführungsform gemäß der Erfindung, bei welcher der Eisenkern innerhalb der Stützrohre angeordnet ist,

Fig. 5 eine Variante der Fig. 4,

Fig. 6 und 7 weitere Ausführungsformen der Erfindung,

Fig. 8 eine Ausführungsform gemäß der Erfindung für einen längsumrührer.

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Bei der Erfindung kann es sich um einen dreiphasigen oder zweiphasigen, aus geraden Abschnitten bestehenden Umrührer handeln, welcher in vier Teilumrührer unterteilt ist. Siehe Fig. 1 und 2.

Fig. 1 zeigt einen Gießstrang mit der äußeren erstarrten Schicht 1 und dem flüssigen Kern 2, der mit Umrührern gemäß der Erfindung umgerührt wird. Die Umrührer bestehen aus Teilumrührern, T-E, R-S und S-T, T-B und E-S und S-T. Die Bezeichnungen R, S und T betreffen die drei Phasen eines Drehstromsystems. Der Teilumrührer R-S, S-T, d.h. mit zwei Wicklungen auf dem Eisenkern 4, wirkt hier beispielsweise mit dem Teilumrührer T-R zusammen, der eine Wicklung auf dem Eisenkern 4 hat. Die Teilumrührer bestehen aus einem geschichteten Eisenkern 4, auf dem die verschiedenen Wicklungen angeordnet sind. Wie man sieht, sind die im Sinne der Figur seitlich angeordneten Teilumrührer jeweils mit zwei Wicklungen versehen, während der obere und der untere Teilumrührer nur je eine Wicklung haben· |Die Wicklungen der Teilumrührer können, wie es in Fig. 1 und 2 gezeigt ist, direkt auf den zugehörigen Kern 4 gewickelt werden oder aus Formspulen bestehen, und die Teilumrührer können in üblicher Weise mit Dämpfungsblechen 6 versehen sein (siehe Fig. 2), um Streufelder auf der vom Gieß strang abgewandten Seite der Teilumrührer zu unterdrücken. 3 sind die Stützkörper für die Gießmaschine, und 5 ist ein aus geschichteten Eisenblechen aufgebauter Körper, der zwischen den Eisenkernen 4 der Teilumrührer angeordnet ist und zur Erzeugung eines geschlossenen magnetischen Kreises sowie zur Vorbeiführung des magnetischen Flusses um die Stützrohre 3 dient.

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Der Luftspalt zwischen den Teilumrührern verursacht Verluste, und es kann daher vorteilhaft sein, diesen Luftspalt durch die als magnetische Leiter wirkenden Körper 5 zu überbrücken, .wie dies in den Figuren 1 und 3 gezeigt ist. Der Körper 5 kann dabei auch wie ein magnetischer Nutenzahn gegen den Strang ausgeführt werden, siehe Fig. 1. Dieser magnetische Leiter kann ebenfalls als Ring ausgebildet sein, der die Stützrohre 3 umschließt und gleichzeitig Befestigungspunkte zum Montieren der Teilumrührer bietet, siehe Fig. 3·

ι ,

In Fig. 2 sind vier Teilumrührer E-O, S-O, 0-E und 0-S gezeigt, wobei O den Nullpunkt des Spannungssystems bezeichnet und sämtliche Teilumrührer wie ein ganzer Umrührer zusammenwirken. Die Dämpfungsbleehe 6 gehen deutlich aus Fig. 2 hervor. Der ümrührer nach Fig. 1 ist dreiphasig, und der Umrührer nach Fig. 2 ist zweiphasig.

In Fig. 3 wird, wie bereits erwähnt, das Stützrohr 3 mit dem geschichteten oder auf andere Art hergestellten magnetisch leitenden Körper zwischen den Teilumrührern gezeigt, deren Kerne 4 angedeutet sind. 6 ist das Dämpfungsblech, das sich auch über die Außenseite des geschichteten Körpers 5 am Stützrohr 3 erstreckt. Hierdurch erhält man einen geschlossenen magnetischen Kreis.

Fig. 4 zeigt die Eisenkerne 4 für die verschiedenen Teilumrührer, die um den Gieß strang 1 mit seinem nicht geschmolzenen Kern 2 herum angeordnet sind. Die Eisenkerne 4 sind hier an ihren Enden abge-

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knickt, so daß sie innerhalb der Stützrohre 3 angeordnet werden können.

Pig. 5 ist eine Variation der Anordnung nach Pig. 4, bei der die Eisenkerne 4 für die Teilumrührer in ihrem mittleren Bereich zweimal abgeknickt sind und bei der die Stützrohre 3 sxi der Außenseite der Verbindungsstellen zwischen diesen Eisenkernen angeordnet sind, welche Verbindungsstellen ja, wie üblich, kleine Luft spalte aufweisen. Mit 7 ist eine Be sprengungsdüse für ein Kühlmittel bezeichnet, das den Gießstrang abkühlt. Es können auch viele solcher Düsen vorgesehen sein.

Die geschichteten Kerne 4 der Teilumrührer können auch so ausgeführt werden, daß annähernd kein Luftspalt zwischen den Teilumrührern entsteht (siehe beispielsweise Fig. 4) Die Teilumrührer können auch mit Rücksicht darauf ausgeführt werden, daß die Sekundärkühlung so wenig wie möglich gestört wird (siehe Pig. 5)»

Ein Umrührer mit allzu großer Rührkraft verursacht sogenannte "weiße Streifen" in dem erstarrten Strang. Es kann daher vorteilhaft sein, den Umrühreffekt über einen längeren Teil des Stranges zu verteilen. Auch mehrere andere Umstände sprechen für eine derartige Verteilung.

Wenn eine größere Anzahl von Teilumrührern (mindestens vier) schräg zur Längsachse des Gieß stranges, also unter einem Winkel i4 90° angeordnet werden, und zwar fortlaufend so, daß sämtliche Teilumrührer einen magnetischen Block bilden, so bilden diese Teilumrührer eine Spirale in Längsrichtung um den Gießstrang.

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Dies bedeutet, daß das magnetische Feld gleichzeitig im Gießstrang rotiert und sich in Längsrichtung des Gießstranges mit oder gegen die Bewegungsrichtung des Gießstranges bewegt. Der flüssige -Kern des Gießstranges wird dadurch schraubenförmig bewegt. Auf diese Weise kann die Wirkung von mehreren ebenen Umrührern über eine längere Strecke des Stranges verteilt werden, wodurch man u.a. die genannten weißen Streifen teilweise vermeiden kann.

Mehrere verschiedene Umrührer, die in Längsrichtung des Gießstranges in unterschiedlicher Entfernung von dem Kokillenausgang angeordnet sind und deren Rührkraft der Dicke der äußeren erstarrten Schicht des Gießstranges an ihrem Anbringungsort angepaßt ist, können ebenfalls die gewünschte Verteilung der Umrührkraft ergeben.

Der beschriebene Umrührer hat im Vergleich zu dem bekannten runden Umrührer nach Art eines Motorstators folgende Vorteile:

- Die Größe des Eisenkerns und die Lagenzahl in den Wicklungen können bedeutend freier gewählt werden.

- Die Montage in der Stranggießmaschine wird wesentlich vereinfacht.

- Der Umrührer kann durch Versetzung der Teilumrührer leicht verschiedenen Querschnitten des Stranges angepaßt werden.

- Der Umrührer kann Gieß strängen mit nicht quadratischem Querschnitt angepaßt werden.

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- Der Luftspalt zwischen den Teilumrührern kann mit einem magnetisch leitenden Körper überbrückt werden, der auch wie ein magnetischer Nutenzahn ausgeführt werden kann. Dieser Nutenzahn stört die WasserbeSprengung der ebenen Flächen des Stranges nicht.

- Die Umrührwirkung kann mit den beschriebenen "Spiralumrührern*¹ über die Länge des ganzen Stranges verteilt werden.

Die Anordnung nach Fig. 6 besteht aus einem zweiphasigen oder dreiphasigen Umrührer, der aus den Teilumrührern E-O, &-O, O-H, 0-S mit den Eisenkernen 14 besteht, die um einen Gießstrang 11 mit teilweise nicht erstarrtem Kern 12 angeordnet sind. Die Teilumrührer können um die Stützrohre 13 in einer Gießmaschine angebracht werden. Die Teilumrührer enthalten eine oder zwei Wicklungen, die von einer beziehungsweise zwei Phasenspannungen gespeist werden. Die Teilumrührer verursachen allein also keine Umrühr wirkung; die gewünschte Wirkung erzielt man nur durch das Zusammenwirken mehrere Teilumrührer. Der resultierende Fluß wird derselbe wie der, den man in einem gewöhnlichen zweipoligen Motorstator mit ausgeprägten Polen erhält, wie er beispielsweise in Synchron- oder Asynchronmaschinen verwendet wird. Die Wicklungen 16, 17, 18, 19 sind auf ausgeprägten, zum Eisenkern 14 gehörenden Polen angeordnet. Die beschriebenen Teilumrührer enthalten geschichtete Eisenkerne mit ausgeprägten Polen sowie eine oder zwei Wicklungen, siehe Fig. 6.

Fig. 7 zeigt eine spezielle Ausführungsform der Erfindung, die an der Seite der Stützrohre 13 für die Gießmaschine angeordnet ist. Magnetisch leitende Körper 15 sind um die Stützrohre 13

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herum angebracht, und zwischen diesen sind die Eisenkerne 14 für die einzelnen Teilumrührer 24, 25, 26 und 27 angeordnet. Jeder der Teilumrührer ist auf den Gießstrang 11 zu und von diesem weg verschiebbar, um den geeigneten Fluß und die geeignete Eindringtiefe einstellen zu können.

Der luftspalt zwischen den Teilumrührern verursacht Verluste. Es kann daher vorteilhaft sein, diesen Luftspalt durch einen magnetisch leitenden Körper 15 zu überbrücken, wie dies auch in Pig. 7 gezeigt ist. Man kann die Anordnung auch so ausführen, daß an den Stützrohren 13 eine fixierte Befestigung für'die Teilumrührer vorgesehen wird. Die Teilumrührer können auch so ausgeführt werden, daß annähernd kein Luftspalt zwischen ihnen verbleibt, siehe besipielsweise Fig. 6.

TJm die Umrührwirkung zu verteilen, können mehrere, beispielsweise mehr als vier, Teilumrührer so angeordnet werden, daß sie in Längsrichtung des Gieß stranges eine Spirale bilden. Auch können mehrere in verschiedenen Abständen von der Kokille, gesehen in Längsrichtung, angeordnete Teilumrührer die gewünschte Wirkung erzeugen, insbesondere dann, wenn die Umrührkraft der Dicke der bereits erstarrten Schicht der Anbringungsstelle angepaßt werden soll.

Fig. 8 zeigt die Aufteilung eines geraden Umrührers in mehrere Teilumrührer 28, 29, 30, wobei die Nachteile, bestimmte Konstruktionen auf einem be schränkten Raum unterbringen zu müssen, teilweise verschwinden. Diese Teilumrührer können 1-3 Wicklungen haben und ergeben allein keine oder eine schlechte Umrührwirkung. Wenn die einzelnen Teilumrührer 28 - 30 magnetisch zusammenge schaltet

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werden, bo erhält man einen vollständigen Umrührer mit normaler Umriihrwirkung, d.h.. man kann ein Wanderfeld längs dem Gießstrang in oder gegen die Gießrichtung erzeugen, je nachdem, wie die Teilumrührer untereinander geschaltet sind. Man bekommt somit einen vollkommen normalen Umrührer mit normaler Umrührwirkung. Bei dieser Aufteilung in Teilumrührer erhält man auch eine Verteilung der Umrührwirkung, was von Vorteil ist.

Man kann den Umrührer noch durch magnetische leiter 31, 32 zwischen den Teilumrührern ergänzen, wodurch die Umrührwirkung verbessert wird.

Die oben beschriebenen Umrühreranordnungen können im Rahmen des offenbarten allgemeinen Erfindungsgedankens in vielfacher Weise variiert werden.

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Claims

21.1.1978 20 443 P 28Q3bÖ3 Patentansprüche:

1. Zwei- oder mehrphasiger TJmrührer zum Umrühren des flüssigen Kerns um und/oder längs der Längsachse eines aus einer Stranggießmaschine herauskommenden Gießstranges, wobei der Umrührer um den Gießstrang oder längs des Gießstranges angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Umrührer aus geraden Abschnitten besteht und in zwei oder mehrere Teilumrührer aufgeteilt ist, von denen jeder mindestens eine Phasenwicklung enthält und, mit Strom gespeist wird, der eine Phasenanzahl hat, die wenigstens um eins geringer ist als die gesamte Phasenzahl des Umrührers, daß jeder Teilumrührer an verschiedenen Seiten beziehungsweise an verschiedenen Längsabschnitten des Gießstranges (1,2) angeordnet ist und zusammen mit dem oder den anderen Teilumrührern ein rotierendes beziehungsweise längswanderndes Feld in bezug auf die Längsachse des Gießstranges erzeugt.

2. Umrührer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Eisenkerne der Teilumrührer so angeordnet sind, daß sie zusammen einen magnetischen Pfad um den Gieß strang herum bilden·

3· Umrührer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Anzahl der Teilumrührer mindestens vier beträgt, daß die Teilumrührer spiralförmig hintereinander um den Gießstrang herum angeordnet sind, wobei ihre Eisenkerne zusammen einen spiralförmigen magnetischen Pfad bilden.

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ORIGINAL INSPECTED

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4. Umrührer nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere aus Teilumrührern zusammengesetzte Umrührer in verschiedenen Abständen, gesehen in Längsrichtung des Gießstranges, von der Kokille am Anfang des Gießstranges angeordnet sindjj die eventuell mit unterschiedlichen, der Dicke der bereits erstarrten Außenschicht des Gießstranges an der betreffenden Stelle angepaßten Leistungen gespeist werden.

5· Umrührer nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß im Luftspalt zwischen den Eisenkernen (4), beispielsweise an den Stützrohren (3) der Gießmaschine, zusätzliche magnetisch leitende Körper (5) angeordnet sind, die den Eisenkernen (4) angepaßt sind.

6. Umrührer nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß alle oder einige Teilumrührer mit Dämpfungsblechen (6) zur Abschirmung von Streufeldern versehen sind.

7· Umrührer nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die zusätzlichen Körper so angeordnet sind, daß in ihnen oder an ihnen Platz für die Stützrohre (3) reserviert ist.

8. Zwei- oder mehrphasiger Umrührer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Teilumrührer zusammen mit mindestens einem anderen Teilumrührer längs des Gießstranges ein Wanderfeld erzeugt.

9· Umrührer nach Anspruch 9» dadurch gekennzeichnet, daß zwischen

den Teilumrührern ein oder mehrere magnetische Leiter angeordnet sind. 809832/0699