DE2902473A1 - Verfahren zum elektromagnetischen giessen von kupfer und kupferlegierungen - Google Patents
Verfahren zum elektromagnetischen giessen von kupfer und kupferlegierungenInfo
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- B22D11/01—Continuous casting of metals, i.e. casting in indefinite lengths without moulds, e.g. on molten surfaces
- B22D11/015—Continuous casting of metals, i.e. casting in indefinite lengths without moulds, e.g. on molten surfaces using magnetic field for conformation, i.e. the metal is not in contact with a mould
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Description
"Verfahren zum elektromagnetischen Giessen von Kupfer und
Kupferlegierungen."
Ein Problem beim Giessen geschmolzener Metalle besteht in
einer niedrigen Metal 1 ausbeute bei dem Gießverfahren, welche
in Bezug steht mit Oberflächenmängeln, Heißrissen, Bruchstellen,
Schlackeneinschlüssen und anderen Unzulänglichkeiten,
welche eine Folge des Gießens und Erstarrens von geschmolzenem Metall in einer fixierten Metallform sind. Diese
Probleme benachteiligen insbesondere eine Gießerei, wenn das
Metall aus einem halbkontinuierlichen oder direkten kontinuierlichen
Kokillengießverfahren wie Stranggießen erhalten
wi rd.
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In der Vergangenheit wurden verschiedene Verfahren zum
Steuern des Wärmeüberganges durch die Forniwände und der
Schmierung der Formwände eingesetzt;, um ein derartiges Platzen
bzw. Zerreissen der Gußoberfläche auf ein Minimum herabzusetzen
Derartige Verfahren bieten indessen höchstens eine Teillösung dieser Probleme und erfordern eine genaue Steuerung des Gießprozesses
.
Ein Verfahren zum Steuern des Gießprozesses, auf welches viele
Gießereien aufmerksam geworden sind, war die Verwendung eines induzierten elektromagnetischen Feldes anstatt einer Form
mit bestimmten Wänden, um das geschmolzene Metall zu begrenzen und zu formen, wenn es gegossen wird. Dieses Verfahren verwendet
ein starkes elektromagnetisches Feld, um die metallostatischen
Kräfte auszugleichen, die von dem Kopf bzw. der Säule des geschmolzenen Metalles bewirkt werden. Es war im
allgemeinen notwendig, relativ geringe Druckköpfe in dem geschmolzenen Metall zu verwenden5 um die Energieanforderungen
des elektromagnetischen Feldes auf ein Minimum herabzusetzen, welches bei einem derartigen Verfahren verwendet wird. Dies
ist nur in solchen Situationen wirksam, wenn Metalle geringer Dichte und hoher Oberflächenspannung verwendet werden. Demzufolge
hat ein solches Verfahren Eingang in die Aluminiumindustrie gefunden. Zusätzlich sollte die Steuerung des Metallkopfes
bzw. der Säule bei einem solchen Verfahren ausreichend genau sein» um Schwankungen der metal 1ostatisehen. Kräfte
herabzusetzen und Schwingungen der Hochgeschwindigkeitsströme
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des geschmolzenen Metalles innerhalb des Gußstückes zu
vermeiden.
Es sind verschiedene Verfahren zum Anwenden elektromagnetischer Felder zum Gießen geschmolzener Metalle und zum Steuern
der Form des sich ergebenden Blockes bekannt. Beispielsweise
sind in den US-PS 3 467 166, 3 476 17o, 3 6o5 865, 3 646 988 und 3 985 179 verschiedene Gießverfahren mit elektromagnetischem
Feld zum Steuern der Form von Gußblöcken bekannt.
Ein Gegenstand der Erfindung ist eine Einrichtung zum Herabsetzen
der Notwendigkeit einer genauen Steuerung der Metallkopfänderungen in Gießverfahren unter Verwendung elektromagnetischer
Felder.
Ein weiterer Gegenstand der Erfindung ist ein Gießverfahren unter Verwendung eines elektromagnetischen Feldes, das besonders
für Kupfer und Kupferlegierungen anwendbar ist.
Ein weiterer Gegenstand der Erfindung ist ein elektromagnetisches
Feld-Gießverfahren, welches nicht ausgeglichene
Kräfte innerhalb des zu gießenden geschmolzenen Metalles
auf ein Minimum herabsetzt.
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Eiη weiterer Gegenstand der Erfindung ist ein verbessertes
Gießverfahren mittels eines elektromagnetischen Feldes, welches
die Wirkungen unerwünschter Geschwindigkeitsschwankungen in
dem geschmolzenen Metallstroin dämpft, der in dem Gießverfahren
verwendet wird.
Die vorliegende Erfindung umfaßt ein Verfahren zum elektromagnetischen
Gießen von Kupfer und Kupferlegierungen, wobei ein Behälter mit offenem Ende in dem Gießverfahren verwendet
wird, wobei dieser Behälter vor der elektromagnetischen Induktionsstation
angeordnet ist. Der Behälter (der auch als "Wärmehaube" (hot top) bekannt ist) schafft eine Einrichtung
zum Reduzieren strikter Metal 1 kopfsteuerung als auch eine Einrichtung zum Steuern der Verteilung des Schmelzmetal1 stromes
. Der Behälter ist normalerweise mit offenen Enden versehen,
er kann jedoch eine teilweise geschlossene Bodenplatte mit Öffnungen aufweisen, die vorgesehen sind, um einen ruhigen
Metallstrom aus der Form in den Bereich zu gewährleisten, der von dem induzierten elektromagnetischen Feld umgeben ist.
Weitere Gegenstände und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Erläuterung der Erfindung an Ausführungsbeispielen
an Hand der beigefügten Zeichnung.
In der Zeichnung zeigen:
Fig. 1 eine schematische Schnittansicht einer bekannten
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-lo-
Methode, wobei die Verwendung eines Wasserspri tzsys teins
in Kombination mit einem Elektrofeldinduktor gezeigt ist,
um einen erstarrten Block zu schaffen,
Fig. 2 eine schematische Schnittansicht des elektromagnetischen
Gießverfahrens gemäss Erfindung, wobei ein Behälter mit
offenen Enden verwendet wird, der vor dem elektromagnetischen
Induktor angeordnet ist,
Fig. 3 eine der Fig. 2 ähnliche Schnittansicht, wobei die Anordnung
einer mit öffnungen versehenen Bodenplatte an einem Ende des Behälters dargestellt ist,
Fig. 4 eine Schnittansicht ähnlich Fig. 2 und 3, wobei ein
poröser Keramikfilter verwendet wird, der an einem Ende
des Behälters angeordnet ist.
Die obigen Gegenstände und Vorteile werden erfindungsgemäss
erzielt durch die Verwendung eines Behälters mit offenen Enden in dem Gießverfahren vor der elektromagnetischen Induktionsstation
Dieser Behälter sollte physikalisch und chemisch bei den Temperaturen stabil sein, bei welchen das geschmolzene Metall vergossen
wird. Vorzugsweise wird für beste Ergebnisse ein mit einem feuerfesten Material ausgekleideter Behälter verwendet.
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Der Behälter sollte annähernd die gleichen Querschnittsabmessungen
wie der zu gießende Block aufweisen. Dieser Behälter ist normalerweise mit offenem Ende vorgesehen, aber er kann teilweise
an dem unteren Ende verschlossen sein, um einen ruhigen Metallfluß aus dem Behälter in den Bereich zu gewährleisten,
der innerhalb des induzierten elektromagnetischen Feldes angeordnet
ist. Das teilweise geschlossene Ende des Behälters kann von einer Bodenplatte gebildet sein, die aus dem gleichen
Material wie der Behälter zusammengesetzt ist und Öffnungen aufweist, die so bemessen sind, daß der ruhige Metallfluß gewährleistet
ist. Ein Vorschlag besteht darin, einen offenporigen Keramikschaumfilter als teilweise geschlossene Bodenplatte
in dem Behälter zu verwenden. Dieser Keramikschaumfilter
führt eine Doppel funktion der Gewährleistung eines ruhigen
Metal 1fließens und des Entfernons unerwünschter Partikel
aus dem Schmelzmetal1 strom aus.
Das Niveau des geschmolzenen Metalles innerhalb des Behälters
sollte zwischen ungefähr 12,7 und 152,4 mm (1/2" - 6") liegen. Diese Tiefe des geschmolzenen Metalles wird vorzugsweise am
unteren Ende dieses Bereiches liegen, und zwar ohne jede Art einer Beschränkung am unteren Ende des Behälters. Wenn das untere
Ende des Behälters teilweise von einer mit Öffnung versehenen Platte oder einem Filter verschlossen ist, sollte das
Niveau des geschmolzenen Metalles innerhalb des Behälters vorzugsweise
an dem oberen Ende des Tiefenbereiches liegen. Der Behälter sollte zwischen 12,7 und 153 mm (1/2" - 6") lang sein.
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Das erfindungsgemässe Verfahren ist besonders anwendbar bei kontinuierlichen
und halbkontinuierlichen Gießverfahren. Diese
Verfahren benutzen das, was im allgemeinen als direktes Kokillengießen oder DC-Gießen (Stranggießen) bekannt ist. Mit anderen
Worten erstarrt der geschmolzene Metallstrom kontinuierlich,
nachdem er in den Behälter gegossen ist, und der Block wird mit derselben Geschwindigkeit abgezogen wie das geschmolzene
Metall dem Behälter zugegeben wird. Mit diesem Verfahren kann ein Block gebildet werden, dessen Längsabmessung lediglich durch
den in dem Gießbereich verfügbaren Raum und durch die gewünschte Länge zwecks weiterer Bearbeitung begrenzt ist. Dieses
direkte Vergießen bzw. Stranggießen schafft eine gleichmässige
Kornstruktur in dem Block, der durch dieses Verfahren gebildet wird, indem solche Parameter wie Gießgeschwindigkeit, die
Größe und Kühlwirksamkeit des Behälters sorgfältig gesteuert
werden. Das erfindungsgemässe Verfahren, bei welchem ein
elektromagnetisches Feld verwendet wird, um das gegossene geschmolzene
Metall zu begrenzen und zu formen, schafft gegenüber der Verwendung typische Gießformen und bei bekannten Verfahren
eingesetztem elektromagnetischen Gießen eine wesentliche
Verbesserung. Bei Gußblöcken, die mit Hilfe solcher Verfahren produziert wurden, auftauchende Probleme, wie beispielsweise
Heißrisse, Sprünge und andere Unzulänglichkeiten und
Fehler werden mit dem erfindungsgemässen Verfahren reduziert
oder eliminiert.
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Mit der vorliegenden Erfindung werden auch die Steuerprobleme
bei der Verwendung des induzierten elektromagnetischen
Feldes durch Verwendung eines Behälters reduziert, der bei dem Verfahren vor der elektromagnetischen Feldstation
angeordnet ist. Die Tiefe des geschmolzenen Metalles in einem solchen Behälter erhöht die metal 1ostatisehen
Kräfte in dem geschmolzenen Metall und die Verwendung einer teilweise geschlossenen Bodenplatte im Behälter gewährleistet
einen ruhigen Metallfluß in dem gesamten Strom des geschmolzenen Metalles in dem Gießverfahren. Der Behälter verbraucht
bzw. verteilt ebenfalls größtenteils nachteilige dynamische Kräfte innerhalb des geschmolzenen Metalles auf Grund der
Verteilung des geschmolzenen Metalles. Die Tiefe des geschmolzenen
Metalles in einem solchen Behälter schafft ebenfalls eine größere Toleranz bei Schwankungen des metallischen
Kopfes und des Druckes in dem Strom des geschmolzenen Metalles,
ohne die Balance der metal 1ostatischen elektromagnetischen
Kraft außer Gleichgewicht zu bringen. Demzufolge wird die Steuerung bzw. Kontrolle der Verteilung des geschmolzenen
Metalles verringert und im Vergleich mit bekannten Verfahren leichter durchgeführt, bei welchen ein elektromagnetisches
Feld verwendet wird.
Das in dem erfindungsgemässen Verfahren eingesetzte geschmolzene
Metall beginnt vorzugsweise mit der Abkühlstufe, wenn es dem induzierten elektromagnetischen Feld ausgesetzt wird.
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In Fig. 1 ist diese bekannte Ausführung gezeigt. Wie aus Fig.
ersichtlich ist, richtet die Kühlmittel1 eitung einen Strom von
Kühlmittel, das von dem nichtmagnetisehen Schirm gerade oberhalb
des Stromes auf die Oberfläche des austretenden Blockes abgelenkt wird. Der Elektromagnetfel dinduktor ist etwas unterhalb
der Kühlmittel1 eitung angeordnet und richtet die Oberfläche
des austretenden Blockes weg von den Formwänden (nicht gezeigt), um ein Zerreißen der Blockoberfläche zu verhindern.
In Fig. 2 ist schematisch das erfindungsgemässe Verfahren gezeigt.
Ein Behälter Io ist gerade vor der Induktionsstation 11 in dem Gießverfahren angeordnet. Ein Kühlstrahl 12 aus einer
Wasserleitung 13 wird von einem nichtmagnetischen Schirm 14
abgelenkt, um durch das elektromagnetische Kraftfeld zu fallen
und zu helfen, daß die Wände eines austretenden Blockes 15 erstarren. Dieser austretende Block weist ein Ende auf, das an
einem Untersatz 16 befestigt ist, welcher seinerseits an einer herkömmlichen Zieheinrichtung (nicht gezeigt) befestigt ist, um
den Block aus der elektromagnetischen Station zu ziehen.
In Fig. 3 ist der erfindungsgemäss eingesetzte Behälter mit einer
mit öffnungen versehenen Bodenplatte 17 versehen, um einen
ruhigen Fluß des zu vergießenden geschmolzenen Metalles zu ge-'
währleisten. In Fig. 4 ist eine ähnliche elektromagnetische Gießstation gezeigt, wobei ein offenporiger Keramikschaumfilter
18 als Teilschließeinrichtung für ein Ende des Behälters verwendet
wird, um nicht nur den ruhigen Fluß des geschmolzenen Metalles
zu gewährleisten, sondern auch Verunreinigungen von dem
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2202473
-15-Metal1 zu entfernen.
Ein weiterer Vorteil, welcher mit der Erfindung erzielbar ist, ist die Begrenzung einer schützenden kohlenstoffhaltigen Abdeckung
bzw. überzüge aus geschmolzener Salzschmelze sowie nachteiliger Oberflächenoxyde auf die Oberfläche des geschmolzenen
Metalles innerhalb des Vorinduktionsbehälters.
Das Material dieser Schmelzabdeckungen wird somit daran gehindert,
von der sich bildenden Blockhaut mitgerissen zu werden, so daß sich verbesserte Blockoberflächen ergeben.
Das Material der Schmelzabdeckung, insbesondere, wenn es ein
solches Material wie Grafit ist, wird ebenfalls daran gehindert, mit dem elektromagnetischen Feld zusammenzuwirken. Es
sei hervorgehoben, daß bekannte elektromagnetische Gießverfahren
entweder die Verwendung einer gasförmigen Abdeckung für das geschmolzene Teil oder überhaupt keine Abdeckung erfordern,
was jedoch erhebliche Oxydationsprobleme mit sich bringt.
Eine andere bevorzugte Ausführungsform gemäss Erfindung ist
die Einverleibung eines inerten Gasfilmes zwischen der Vorinduktionsbehälterwand
und der Oberfläche des geschmolzenen Metal 1 stromes, um weiterhin die Metalloberfläche zu schützen.
Dieser inerte Gasfilm kann umfangsmässig auf die Vorinduktionsbehälterwände
unter Verwendung des Ablenkschirmes der Kühlmittel1 eitung wirken. Eine solche kombinierte Verwendung
reduziert die Kosten einer derartigen Inertgas-Einrichtung.
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Die vorliegende Erfindung verwendet einen elektrischen Wechselstrom,
der ein elektromagnetisches Wechselfeld um den Strom des
geschmolzenen Metalles in dem Gießverfahren induziert. Dieses
elektromagnetische Feld induziert seinerseits einen Wechselstrom,
der mit dem Magnetfeld des Induktors zusammenwirkt, um eine elektromagnetische Kraft zu schaffen, um die metallostatischen
Kräfte auszugleichen, welche innerhalb des Stromes des geschmolzenen Metalles vorhanden sind. Der Ausgleich dieser
Kräfte steuert die abschließende Form des Blockes.
Das erfindungsgemässe Verfahren umfaßt die Verwendung eines
"Untersatzes", wie er in Fig. 2-4 mit 16 gezeigt und im allgemeinen
eine Metallplatte ist, die an dem erstarrenden Bodenabschnitt des geschmolzenen Metal 1 stromes befestigt ist, wenn
letzterer sich durch die Gießstation bewegt. Dieser Untersatz wird innerhalb des elektromagnetischen Feldes zu Beginn des
Gießverfahrens angeordnet. Der Untersatz ist seinerseits an einer
Zieheinrichtung befestigt, so daß er mit daran befestigtem
erstarrendem Block von dem Auslaßende der Gießvorrichtung
fortgezogen werden kann. Dieser Untersatz wird selbstverständlich
später entfernt, bevor der Block bearbeitet wird.
Es sei hervorgehoben, daß die Erfindung nicht auf die gezeigten
Ausführungsformen beschränkt ist, sondern es sind viele Änderungen
und Modifikationen möglich, ohne sich jedoch dabei vom Kern der Erfindung zu entfernen.
909833/OB 82
Claims (16)
1. Verfahren zum Gießen von Kupfer und Kupferlegierungen,
wobei geschmolzenes Metall einer elektromagnetischen Giesstation
zugeführt wird, um einen Kopf aus geschmolzenem Metall
zu bilden, wobei ein erstarrter Block von einem Ende dieser Station abgezogen wird und flüssiges Kühlmittel auf die erstarrte
Oberfläche des austretenden Blockes gerichtet wird, dadurch gekennzeichnet, daß ein Behälter mit offenem Ende und mit einer
Tiefe vorgesehen wirds so daß die Tiefe des geschmolzenen Metalles
in dem Behälter geringer als der Gußkopf ist, daß der erstarrende Block an einem Ort gebildet wird, der im Abstand
von dem Auslaßende des Behälters liegt, indem ein elektrisches
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Wechsel stronifel d um das geschmolzene Metall aufrechterhalten
wird, welches aus dem Behälter austritt, um das Metall von einem seitlicher) Fl i e β e η während des Erstarrens des Blockes zurückzuhalten
und die Notwendigkeit einer genauen Steuerung der Metal 1 kopfSchwankungen auf ein Minimum herabzusetzen.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Auslaßende des Behälters teilweise verschlossen ist, um
einen ruhigen Metallfluß aus dem Auslaßende des Behälters zu gewährleisten.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Behälter teilweise an dem Auslaßende mit einem offenporigen
Keramikschaumfilter verschlossen ist.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1-3, dadurch gekennzeichnet,
daß das Auslaßende des Behälters mit einem Untersatz geschlossen wird und daß dieser Untersatz von dem Auslaßende
weg bewegt wird, um den Gußblock abzuziehen.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1-4, dadurch gekennzeichnet,
daß der Strom des flüssigen Kühlmittels von einem Schirm abgelenkt wird, welcher oberhalb des Stromes und vor der
elektrischen Wechselstromeinrichtung angeordnet ist.
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6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß
umfangsmässig zwischen der Behälterwand und der sich abkühlenden
Oberfläche des geschmolzenen Metalles ein inerter Gasfilm geschaffen wird.
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß
der inerte Gasfilm durch die Verwendung des den Kühl mittelstrom
ablenkenden Schirmes aufgebracht wird.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche. 1-7 , dadurch gekennzeichnet;,
daß die Tiefe des geschmolzenen Metalles innerhalb des Gießbehälters in dem Bereich von 12,7 bis 153 mm liegt.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche l-83 dadurch gekennzeichnet,,
daß auf der Oberfläche des geschmolzenen Metalles eine schützende kohlenstoffhaltige Abdeckung oder eine solche
aus geschmolzener Salzschmelze angeordnet wird, und daß der
Behälter wirkt, um diese Schmelzabdeckung und schädliche Oberflächenoxyde
auf die Oberfläche des geschmolzenen Metalles innerhalb
des Behälters zu beschränken.
10. Vorrichtung zum Gießen von geschmolzenem Kupfer und
Kupferlegierungen in B.löcke, mit einer Einrichtung zum Liefern
eines Stromes von geschmolzenem Metall zu der Oberseite des zu
formenden Blockes, wobei eine elektromagnetische Induktionseinrichtung unterhalb., jedoch in der Nähe dieser ZuI i eferungs-
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einrichtung angeordnet ist, um eine Kraft zu liefern, um dieses
geschmolzene Metall an der Oberseite des Blockes zu halten,
wobei die Induktionseinrichtung in Abstand von der Oberfläche
des Blockes angeordnet ist, welcher zu gießen ist, mit einer Einrichtung zum Richten eines Kühlmittels auf die Oberfläche
des aus dem elektromagnetischen Feld, welches von der Induktionseinrichtung
gebildet wird, austretenden Blockes und mit einer Abzieheinrichtung, die an dem erstarrten Ende des Blockes
befestigt ist, um den Block von dem elektromagnetischen Feld
abzuziehen, dadurch gekennzeichnet, daß eine Behältereinrichtung
mit offenen Enden in der Nähe der Induktionseinrichtung
angeordnet ist und eine Tiefe aufweist, so daß die Tiefe des geschmolzenen Metalles geringer als der Schmeizmetal1 kopf ist,
um ein seitliches Fließen des geschmolzenen Metalles zu behindern,
bevor es von dem elektromagnetischen Feld geformt
ist, das von der Induktionseinrichtung erzeugt ist, und um die Notwendigkeit einer genauen Kontrolle der Gießkopfschwankungen
auf ein Minimum herabzusetzen.
11. Vorrichtung nach Anspruch lo, dadurch gekennzeichnet, daß
die Behältereinrichtung mit offenem Ende mit einem feuerfesten
Material ausgekleidet ist.
12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche Io - 11, dadurch
gekennzeichnet, daß die Behältereinrichtung mit offenem Ende
eine Wand aufweist, welche eine axial vertikaie' Gießzone begrenzt.
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13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche Iu - 12, dadurch
gekennzeichnet, daß das Ende der Behältereinrichtung in der
Nähe der Induktionseinrichtung teilweise von einer mit 'Öffnungen
versehenen Platte verschlossen ist.
14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche Io - 12, dadurch
gekennzeichnet, daß das Ende der Behältereinrichtung teilweise
mit einem offenporigen Keramikschaumfilter verschlossen ist.
15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche Io - 14, dadurch
gekennzeichnet, daß die Tiefe der Behältereinrichtung mit
offenem Ende in dem Bereich von 12 - 153 mm liegt.
16. Vorrichtung nach einem der Ansprüche Io - 15, dadurch
gekennzeichnet, daß eine Einrichtung zum Liefern einer kohlenstoffhaltigen
oder geschmolzenen Salzschmelzabdeckung auf
die Oberfläche des geschmolzenen Metalles innerhalb der Behälterei
nrichtung vorgesehen ist, wobei die Behältereinrichtung
wirkt, um diese Schmelzabdeckung und schädliche Oberflächenoxyde auf die Oberfläche des geschmolzenen Metalles zu beschränken.
909833/0582
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
US87691278A | 1978-02-13 | 1978-02-13 |
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DE2902473A1 true DE2902473A1 (de) | 1979-08-16 |
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Family Applications (1)
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DE19792902473 Withdrawn DE2902473A1 (de) | 1978-02-13 | 1979-01-23 | Verfahren zum elektromagnetischen giessen von kupfer und kupferlegierungen |
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DE (1) | DE2902473A1 (de) |
FR (1) | FR2416750A1 (de) |
GB (1) | GB2014068A (de) |
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- 1979-01-23 DE DE19792902473 patent/DE2902473A1/de not_active Withdrawn
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IT1113478B (it) | 1986-01-20 |
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JPS54117325A (en) | 1979-09-12 |
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
8139 | Disposal/non-payment of the annual fee |