DE2848808C2 - Elektromagnetische Stranggießkokille - Google Patents

Description

Die F.rfiniiing betrifft eine elektromagnetische Stranggießkokille nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Beim Stranggießen von rechteckigen Barren fällt die Bahnoberfläche, weiche möglichst eben sein sollte, üblicherweise etwas konkav aus. Dieser sog. Einzug tritt insbesondere auf den Flachseiten Iangformatiger Walzbarren auf und hängt unter anderem von Format, Legierung und Gießgeschwindigkeit ab. Als typische Werte für den Einzug sind 5 bis 10 mm pro Seite für Walzbarren des Formats 300 · 1000 mm aus einer Mg-haltigen Aluminiumlegierung und bei einer Gießgeschwindigkeit von 5 bis 8 cm pro Minute bekannt. Diese Abweichungen von der Ebenheit dei Oberfläche sind schon deshalb unerwünscht, weil sie beim Fräsen zur Erhöhung des Abfalls führen und beim Walzen Schwierigkeiten hinsichtlich des Geradlaufs der Barren bereiten.

Die charakteristische konkave Form der Oberflächen von Walzbarren beruht auf einem .Schrumpfungsvorgang nach dem Austritt des Barrens aus der Stranggießkokille. Die Schrumpfung verläuft nur bei Rundbarren geometrisch gleichförmig.

Demgegenüber erscheint beim Stranggießen von rechteckigen Barren die Abkühlung am intensivsten an den Ecken der Stranggießkokille, wo das Metall der Kühlwirkung der zusammenlaufenden Kokillenwände ausgesetzt ist. Die Schicht des erstarrten Metalls ist deshalb nicht von gleichförmiger Dicke; sie ist am größten nahe den Ecken der Stranggießkokille und am geringsten in der Mitte der Kokillenseiten. Tritt Schrumpfung auf, so äußert sie sich am stärksten an den Punkten, an denen die erstarrende Schale am dünnsten ist, d. h. in der Mitte der Seitenflächen, und führt dort zu dem geschilderten Einzug der großformatigen Walzbarren.

Um diesem ungleichmäßigen Schrumpfen und der Bildung von konkaven Seitenflächen Rechnung zu tragen, sind die inneren Flächen von Stranggießkokillen nach außen gewölbt ausgebildet worden. Der Strang verläßt durch diese Maßnahme die Stranggießkokille mit nach außengewölbten Seitenflächen, welche dann durch das Schrumpfen eben werden. Derartig nach auswärts gewölbte Stranggießkokille^ können für Barren quadratischen oder rechteckigen Querschnitts verwendet werden, wobei sich bei letzteren jedoch üblicherweise nur die Breitseiten wölben (E. HERRMANN, Handbuch des Stranggießen, 1938, S. 134. Kanadisches Pa-ICtIl¹J^-JI 040).

Der Schnimpriing.sprozL-l.) und die tliimil verbundene Konkavität der Seitenflächen des Murrens Irin in derselben Art auch beim Stranggießen im elektromagnetischen Wechselfeld auf. Bei diesen Verfahren wird hochfrequenter Wechselstrom in der Leiterschleife einer Induktionsspule von einem stromdichteabhängigen Magnetfeld begleitet Die vertikale Komponente dieses Magnetfeldes induziert in der beim Gießvorgang durch den Hohlraum der Induktionsspule hindurchtretenden Metallschmelze einen Wirbelstrom, der in entgegengesetzter Richtung zum Leitungsstrom in der Induktionsspule fließt Aus der Wechselwirkung zwischen dem Strom in der Leiterschleife sowie dem induzierten Wirbelstrom resultiert eine ponderomotorische Kraft, welche in das Zentrum der Schmelze gerichtet ist Dieser Kraft entspricht ein sogenannter »elektromagnetischer ;s Druck«. Das Gleichgewicht zwischen diesem und dem mclallostaiischem Druck in der Schmelze bestimmt Form und Abmessung des gegossenen Stranges.

Da die Form und Abmessungen der beim Stranggießen im Magnetfeld gegossenen Barren neben diesen elektrodynamischen Zusammenhängen selbstverständlich auch von der Form der Stranggießkokille — und damit der Induktionsspule — abhängt, liegt es nahe, auch bei diesem Verfahren dem Schrumpfungsprozeß und dem davon herrührenden Einzug der Barrenseitenflächen durch nach außen gewölbte Seitenflächen der Induktionsspule Rechnung zu tragen. Die Herstellung von Stranggießkokijlen mit derartig gewölbten Seitenflächen stößt indessen auf fertigungstechnische Hindernisse, so daß eine solche Lösung insgesamt nicht als befriedigend anzusehen ist.

In der DE-PS -3 65 528 sind Stranggießkokillen mit ovalem Rahmen ohne Induktionsspule beschrieben, deren Breitseiten in Gießrichtung jeweils eine schürzenartige Erweiterung mit entsprechend vergrößertem Kühlkanalquerschnitt aufweisen. Ähnliche Formen sind der FR-PS 11 01 283 zu entnehmen.

Aus der DE-OS 20 60 637 ist es nun für eine elektromagnetische Stranggießkokille bekannt, bei einer mehrsträngigen elektromagnetischen Stranggießanlagc mit in Reihe geschalteten Induktionsspulen zur Kompensation des vorrichlungsbedingten Verlustes an Magnclfcldstärke die Induktionsspulen nach der Seite jeder Überbrückungs- und Stromzuführungsschiene hin mit sich vermindernder Höhe auszubilden. In Kenntnis dieses Standes der Technik hat sich der Erfinder das Ziel gesetzt, eine Stranggießkokille der gattungsgemäßen Form so auszubilden, daß der Schrumpfungsvorgang ausgeglichen und ein Barren mit ebenen Seitenflächen gegossen werden kann. Dabei sollen die fertigungstechnischen Schwierigkeiten bei der Herstellung gewölbter Seitenflächen der Stranggießkokille vermieden werden.

Die Aufgabe wird bei einer eingangs genannten elektromagnetischen Stranggießkokille durch das Kennzeichen des Patentanspruchs 1 gelöst. Als besonders günstig hat es sich zudem erwiesen, das Verhältnis der ersten zur zweiten Vertikalabmessung in den Bereich 1,05 bis 2,5 zu legen.

Die Erfindung macht von der Überlegung Gebrauch, «ι daß Form und Abmessungen der Schmelze beim Stranggießen im elektromagnetischen Wechselfeld neben der Form des Grundrisses der verwendeten Induktionsspule — im wesentlichen von der vertikalen Komponente der in der Schmelze herrschenden magnete tischen Feldstärke abhängt Diese wiederum isl eine Funktion d-jr Stromdichte im Leiter, welche ihrerseits durch den Leitci-qucrschnitt beeinfliil.lt wird.

Dii die l-'uldsliirke einerseits die in der Schmelze aus-

geübte ponderomotorische Kraft, den in der Schmelze herrschenden elektromagnetischen Druck und damit die Form und Abmessungen der Metallschmelze bestimmt, anderseits von der Stromdichte im Induktor abhängt, muß sich auch die Form der Metallschmelze durch Verändern dieser Stromdichte beeinflussen lassen. Eine Korrektur des Barrenformats im Sinne einer lokalen Ausdehnung der Dimension kann dadurch erzielt werden, daß man die Vertikalabmessung eines Bandes beispielsweise aus Kupfer konstanter Schichtdicke nach Maßgabe der Erfindung verändert

Um die konvexe Form der Seitenflächen zu erzielen, wird die Stromdichte der Leiterschleife in der Mitte der Seitenflächen herabgesetzt

Die Erfindung wird nachfolgend anhand in der Zeichnung dargestellter, bevorzugter Ausführungsformen näher erläutert; es zeigt

Fig. 1 die Draufsicht auf eine Induktionsspule einer elektromagnetischen Stranggießkokille;

Fig.2 den Längsschnitt durch Fig. 1 nach durcn Linie Ii-Il;

Fig.3 Querschnitte durch Ausführungsformen zu F i g. 1 nach der Linie IH-III.

Eine elektromagnetische Stranggießkokille weist die Form einer gestreckten, vorzugsweise viereckigen Schleife mit einem Innenraum 1 für flache, breite Stränge (Walzbarren) auf und ein aus dielektrischem Material (Schichtwerkstoff) bestehendes Gehäuse, welches in der Zeichnung nicht dargestellt ist Die Induktionsspule 2 besteht aus einem wassergekühlten metallischen Band, welches Hohlquerschnitte mit einem Kanal 3 für den Durchfluß von Kühlwasser besitzen kann; der Kühlwasserkanal 3 ist nach F i g. 3a ein rechteckiger Hohlraum im Zentrum der Induktionsspule 2 oder in der in F i g. 3b dargestellten Ausführungart ein Rohr 4, welches an dem aus Kupfer bestehende Band befestigt ist Dieses ist an einem nicht dargestellten Generator für hochfrequenten Wechselstrom angeschlossen.

Die Vertikalabmessung H\ der Induktionsspule 2 in der vom Zenit der in Kreissektorform ausgebildeten Kontur 5 der Unterkante ist gemäß Fig.2 größer als die Vertikalabmcssung H7 an den Spulenecken. Dabei sollten die Bereiche mit der Vcrtikalabmessung Hi die Hälfte der Länge der jeweiligen Seitenfläche nicht übersteigen.

In einem betrieblichen Anwendungsbeispiel betrug die Vertikalabmessung der Induktionsspule 2 in der Mitte H\ — 60 mm, an den Ecken Hi — 50 mm, doch können Leiterschleifen mit einem Verhältnis R = H\ : H₁ = 1,05 bis 23 verwendet werden. Beim Gießen von Walzbarren de:, Formats 300 · 1050 mm einer hoch magnesiumhaltigen Aluminiumlegierung bei einer Gießgeschwindigkeit von 8 bis 10 cm pro Minute, betrug die durch ein R = 1,2 erzielte Kompensation des Einzuges pro Seitenfläche bis zu 5 mm.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Elektromagnetische Stranggießkokille mit rechteckförmigem Querschnitt und einer Kokillenwand, die in der Mitte der Strangbreite höher ist als im Eckbereich, dadurch gekennzeichnet, daß der Obergang von der Vertikalabmessung (H\) in der Mitte der Strangbreite zur Vertikalabmessung (H₂) im Eckbereich durch kreissektorförmige Unterkanten gebildet ist

2. Elektromagnetische Stranggießkokille nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis der ersten zur zweiten Vertikalabmessung (H₁ : H₂) im Bereich 1,05 bis 1$ liegt