DE3004182A1

DE3004182A1 - Verfahren und vorrichtung zum elektromagnetischen giessen

Info

Publication number: DE3004182A1
Application number: DE19803004182
Authority: DE
Inventors: Gerhart K Gaule; Derek E Tyler; John C Yarwood
Original assignee: Olin Corp
Current assignee: Olin Corp
Priority date: 1979-02-05
Filing date: 1980-02-05
Publication date: 1980-08-14
Also published as: JPS55106661A; GB2041803A

Description

Verfahren und Vorrichtung sun elektromagnetischen Gießen

Die ^rfindunrr bezieht sich auf ein Verfahren gemäß Oberbeariff des A.nsnruchs 1 und auf eine Vorrichtuna cremäß Oberbeariff des Anspruchs 3. Das erfindungsgen^ße Verfahren und die erfindungsgenäße Vorrichtuna sind sowohl zum Gießen von unlegierten Metallen als auch zum Gießen von Legierunaen geeignet. Die Erfindung bezieht sich insgesant aesehen auf ein Verfahren und eine Vorrichtung sun elektrcnaanetischen Gießen von Metallen und Legierungen, insbesondere Metallen und Legierungen mit vergleichsweise hohem Schnelzounkt.

Elektromagnetische Gießverfahren sind bekannt und werden seit vielen Jahren zürn kontinuierlichen und halbkontinuierlichen Gießen von Metallen und Leaierungen eingesetzt.

Eine bekannte elektromagnetische Gießvorrichtuna weist eine im wesentlichen aus drei Teilen bestehende Formgebungseinrichtung auf, die aus einer wassergekühlten Induktionseinrichtung, einer unmaanetischen Abschirmung und einem Kanal zum Aufbrinaen von Kühlwasser auf das Gußstück besteht, wie sie in der US-PS 3 466 166 beschrieben ist. Der Einschluß der Schmelze geschieht ohne direkten Kontakt zwischen der Schmelze und irgendeinem Bestandteil der Forngebunaseinrichtuna. Die Erstarruna der Schmelze wird durch direktes Auf-

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brincren von Wasser vom Kühlkanal auf die Gußstückschale bzw. - haut erreicht.

Der Kühlunaskanal kann das Wasser von oberhalb, von innerhalb oder von unterhalb der Induktionseinrichtunq gegen das Gußstück richten (US-PSen 3 735 799, 3 646 988). Bei einigen bekannten Lösungen ist die Induktionseinrichtung als Teil des Kühlungskanals ausgebildet, so daß der Kühluncrskanal sowohl Kühlmittel zum Erstarren des Gußes liefert als auch die Induktionseinrichtung kühlt (US-PRen 3 773 1o1, 4 oo4 631). Die wassergekühlte Induktionseinrichtuna gemäß der US-PS 4 oo4 631 besitzt eine Vorzugsgeometrie.

Beim elektromagnetischen Gießen von Schmelze muß generell gesehen die radiale Komponente des elektromagnetischen Drucks gegen die Schmelzensäule gleich dem hydrostatischen Druck der gerade in Form gehaltenen Schmelze gleich sein. Um den beim Portschreiten auf den oberen Bereich der Schmelze allmählich niedriger werdenden hydrostatischen Druck der Schmelze zu kompensieren, ist es bekannt, eine elektromagnetische Abschirmung oder einen elektromagnetischen Schild vorzusehen, der zwischen der Induktionseinrichtung und dem oberen Ende der Schmelzensäule angeordnet ist, um das durch die Induktionseinrichtung erzeugte elektromaanetische Feld abzuschwächen und dadurch die auf die Schmelze wirkenden ^adialkräfte in Richtung auf das obere Ende der Säule zu allmählich zu reduzieren.

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Beirr. Stand der Technik sind unmagnetische Abschirmungen verwendet worden, um das maanetische ^eId zum T=5nschluß der Schmelze ordnungsgemäß zu formen (US-PS 3 6o5 865) . Eine Reihe von Möglichkeiten unmagnetischer Abschirmungen sind in den üS-PSen 3 735 799 und 3 985 179 beschrieben. In der US-PS 3 985 179 ist die Verwendung einer besonders geformten Induktionseinrichtuna beschrieben, um dem Feld Form zu geben, ohne daß eine unmagnetische Abschirmung verwendet wäre. In ähnlicher Weise ist eine Reihe von Induktionseinrichtungskonstruktionen in den vorstehend erwähnten Druckschriften und in der US-PS 3 741 28o dargelegt.

Während die vorstehend genannten Druckschriften elektromagnetische Gießformen zum Gießen eines einzelnen Strangs oder Gußstücks zur gleichen Zeit offenbaren, kann das Verfahren auf das Gießen von mehr als einem Strang oder Gußstück zur gleichen Zeit angewendet werden, wie in der US-PS 3 7o2 155 dargelegt, über die vorstehend erwähnten Druckschriften hinaus findet sich eine weitere Beschreibung des elektromagnetischen Gießverfahrens in den folgenden Aufsätzen: P.P. Mochalov und Z.N. Getselev: "Continuous Casting with Formation of Ingot by Electromagnetic Field" in: Tsvetnve Met., August 197ο, 43, S. 62-63; G.A. Balakhonnsev et al: "Formation of Ingot Surface During Continuous Casting" in: Tsvetnve ^et., August 197o, 43, S. 64-65; Z .¹⁴T.Getselev: "Casting in an Electromagnetic Field" in:J.of Metals, October 1971, S. 38-59; H.A.Heier, G.B. Laeconte und A.M.Odok:"Alusuisse Exoerience With Electromagnetic Molds" in: Light Metals, 1977, S. 223 - 233.

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Herrn man vesucht, das elektromagnetische Gießverfahren zum Gießen schwererer Metalle als Aluminium einzusetzen, beisoielsweise beim Gießen von Kursier, Kut>f erlegierunaen, Stahllegierungen, Stahl, Nickel, Nickellegieruncren usw., entstehen verschiedene Probleme bei der Steuerung des Gießverfahrens. Beim elektromagnetischen Gießverfahren wird der Ror>f aus Schmelze durch elektromagnetischen Druck eingeschlossen und von den Formwänden ferngehalten, wobei der elektromagnetische Druck den hydrostatischen Druck des Konfes aus Schmelze ausbalanciert. Der hydrostatische Druck des Kopfes aus Schmelze ist eine Funktion der Höhe des Kopfes aus Schmelze und des spezifischen Gewichts der Schmelze.

X'7enn man Aluminium und Aluminiumlegierungen nach der elektromagnetischen Gießmethode gießt, hat der Kopf aus Schmelze eine vergleichsweise niedrige Dichte und eine hohe Oberflächenspannung wegen des auf seiner Oberfläche ausgebildeten Oxidfilms. Die OberflächensOannuncr .addiert sich zum elektromagnetischen Druck, und beide wirken gegen den hydrostatischen Druck des Kopfes aus Schmelze. Eine kleine Änderung an Konf aus Schmelze zieht daher eine kleine, zum Einschluß erforderliche Anderuna im magnetischen Druck nach sich. Im Fall schwererer Metalle und Legierunaen, beispielsweise Kupfer und Kur>f er legierungen, verursachen vergleichbare Änderungen im Kopf aus Schmelze eine größere Änderung im hydrostatischen Druck und im erforderlichen magnetischen Druck zum Ausgleich. Es kommt hinzu, daß Kuofer und Kunferlegierunaen wesentlich geringere Oberflächenspannungen

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als Aluminiumlegierunaen zeicen. Dieser Effekt erfordert seinerseits weitere KomDensationssteiaeruncren bein magnetischen Druck. Es wurde festgestellt,daß bei Kunfer und Kunferleaierungen die Änderung im magnetischen Druck, die zum Einschluß erforderlich ist, etwa dreimal so groß ist bzw. dreimal größer ist als für Aluminium und A.luminiur'legieruno-en bei vergleichbaren Änderungen am Kopf aus Schmelze.

Um ein Gußstück mit über seine volle Länge gleichförmigem Querschnitt zu erzeugen, muß der Umfang des Gußstücks und des Kopfes aus Schmelze innerhalb der Induktionseinrichtung vertikal bleiben, insbesondere in der Nähe der Schnelze/erstarrtes Metall-Grenzfläche der erstarrenden Gußstückschale. Die tatsächliche Stelle des Umfanas des Gußstücks ist die Ebene bzw. Fläche, über die der hydrostatische Druck und der magnetische Druck im Gleichgewicht stehen. Infolgedessen führen irgendwelche Änderungen in der absoluten Höhe des Konfes aus Schmelze zu vergleichbaren Xnderungen im hydrostatischen Druck, die ihrerseits Oberflächenunebenheiten, insbesondere Oberflächenwellungen, entlana der Länge des Gußstücks nach sich ziehen. Derartige Oberflächenunebenheiten sind äußerst unerwünscht und können zu verringerten Metallausbringen während der Weiterverarbeitung führen.

Mehrwindungs-Induktionseinrichtumen sind an sich aus den US-PSen 3 995 678, 3 857 696 bekannt. Die US-PS 3 995 678 zeicrt eine Mehrwindungs-Induktionseinrichtung, die um ein

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kontinuierlich gebildetes bzw. geformtes Gußstück herum angeordnet ist, nachdem dieses aus einer Torn austritt, um das (noch) flüssicTe Innere des erstarrenden Gußstücks zu rühren. Die US-PS 3 857 696 zeigt eine Mehrwindunas-Induktionseinrichtuna zur Verhinderung des überspritzens von Schmelze.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen auf die Druckverhältnisse am Konf aus Schmelze besser abgestimmten magnetischen Einschluß zu schaffen.

Die erfinduncrsgemäße Lösung dieser Aufgabe ergibt sich verfahrensmäßig aus dem kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 und vorrichtungsmäßig aus dem kennzeichnenden Teil des AnsOruchs 8.

Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind in den rückbezogenen Ansorüchen gekennzeichnet.

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrich-

(Strang-)
tung zum/Gießen von Metallen, bei dem bzw. der die Schmelze durch Anwendung eines elektromagnetischen Feldes eingeschlossen und zur gewünschten Gestalt geformt wird. Insbesondere findet eine Induktionseinrichtuna Verwendung, um das magnetische Feld auf die Schmelze zur Einwirkuna zu bringen. Das Feld selbst wird durch Zuführung eines Wechselstroms zur Induktionseinrichtung erzeugt. Im Betrieb ist die Induktionseinrichtuna von der Schmelze durch einen Spalt getrennt, der sich von der (Umfangs-) Oberfläche der Schmelze zur gegenüberliegenden Oberfläche der

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Induktionseinrichtung erstreckt.

Die Erfindung schafft ein Verfahren und eine Vorrichtuna, bei dein bzw. der eine 'lehrv/induncTs-Induktionseinrichtung mit variabler Teilung eingesetzt wird, um die Änderunaen dieses Snalts während des Betriebs der Gießvorrichtung zu minimieren. Die Mehrwindungs-Induktionseir.richtung mit variabler Teilung weist eine Spule oder einzelne Windunaen auf, bei denen der Abstand der einzelnen Windungen oder die Oanotiöhe bzw. Steigung der Spule so eingerichtet ist, daß ein elektromagnetischer Druck erzeugt wird, der exakt den metallostatischen Druck innerhalb der eingeschlossenen Schmelze ausgleicht, während im wesentlichen vertikale Seitenbearenzunaen beibehalten werden.

Die Erfindung schafft ein verbessertes Verfahren und eine verbesserte Vorrichtuna zum elektromagnetischen Gießen von Metallen und Leaierungen. Die Erfindung schafft ein Verfahren und eine Vorrichtung, bei dem bzw. der die Teiluna einer Induktionsspule derart ermittelt und festgelegt ist, daß der gewünschte elektromagnetische Druck geschaffen wird. Die Erfindung schafft ein Verfahren und eine Vorrichtuna, bei dem bzw. der der Abstand einzelner Windunaen der Induktionseinrichtuna sorgfältig ermittelt und festgelegt ist, so daß der aewünschte elektromagnetische Druck erzeugt wird. Die Erfindung schafft ein Verfahren und eine Vorrichtung, bei dem bzw. der die Höhe der einzelnen Windungen der Induktionseinrichtung derart einaerichtet ist, daß der aewünschte elektromaanetische Druck geschaf-

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fen wird. Die Erfindung schafft ein Verfahren und eine Vorrichtung, bei dem bzw. der ein elektromaemetisch gegossenes Gußstück erzeugt wird, das im wesentlichen frei von Oberflächenunebenheiten ist. Die Erfindung schafft schließlich eine Mehrvrindungs-Induktionseinrichtung mit variabler Teilung zum elektromagnetischen Gießen, die eine sehr gute elektrische Kopplung zwischen einer Leistung zur Verfügung-stellenden Einrichtung und dem eingeschlossenen Metall erbringt.

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3ie Erfindung wird in folaenden anhand teilweise sche™atischer Oarstellunaen an rehreren AusführuriasbeisOielen noch näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 schematisch im Längsschnitt eine Vorrichtung zum elektromagnetischen Gießen gemäß den Stand der Technik, die eine Einwindungs-Induktionseinrichtung aufweist?

Fig. 2 schenatisch in L'inrrsschnitt eine erfindungsgemäße Vorrichtung zum elektromaanetisehen Gießen, die eine Induktionseinrichtung mit sich ändernder Ganah^he bzw. Teiluna, die aus mehreren übereinander anaeordneten Teilen aufcrebaut ist, aufweist;

Fie. 3 eine schematische Darstelluna einer erfindungajemäßen ■"lehrwinduncrs-Induktionseinrichtuna mit sich ändernder Windungsganghöhe bzw. -teilung;

Fig. 4 und 5 Seitenansichten aus verschiedenen Richtungen der Induktionseinrichtuna gemäß ^wig. 2;

Fig. 6 eine Draufsicht der Induktionseinrichtuna gemäß Fig. 5;

Fig. 7 eine Seitenansicht einer erfindunasaemäßen Induktionseinrichtuna mit sich ändernder Ganghöhe bzw. Teilung, die aus mehreren übereinander angeordneten Teilen aufgebaut ist, wobei die Abstände zwischen allen Windungen ungleich voneinander sind;

¹⁷IT. 8 eine Seitenansicht einer erfindunasgemäßen Induktionseinrichtuna mit sich ändernder Ganghöhe bzw. Teilung, die aus mehreren übereinander anaeordneten Teilen besteht, wobei die Abstände zwischen den Windunaen und

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die Höhen der Windunaen variieren.

In Fig. 1 erkennt man eine Vorrichtung zum elektromaanetischen Gie.3en gemäß dem Stand der Technik, die zum Teil aus einer Induktionseinrichtung mit einer einzigen bindung besteht. Fine elektromagnetische Gießform Io ist aus einer wassergekühlten Einwindungsinduktionseinrichtuncr 11, einem Kühluncrskanal 12 zum Aufbrinaen von Kühlwasser auf die Umfangsoberflache 13 des gegossenen Metalls und einer unmagnetischen Abschirmung 14 aufgebaut, führend des Gie^vor-rran^s wird Metallschmelze kontinuierlich in die "Form Io einceführt unter Verwendung eines Trogs 15 und eines rohrförmiaen Auslaufs IP, wobei die Anfanasmsnae der Schmelze auf einen Fußblock 22 in dessen ancrehobener Position trifft, wonach der Fußblock 22 durch einen Sternel 21 nach unten weggezogen wird. Die Tnduktionseinrichtuna 11 wird durch Wechselstrom erregt, der von einer Stromquelle 17 und einem Steuersystem 18 stammt. Der Wechselstrom erzeugt in der Induktionseinrichtung 11 ein magnetisches Feld, das mit dem Schmelzenkopf 19 in Wechselwirkung tritt und darin Wirbelströme erzeugt. Diese Wirbelströme sind ihrerseits in Wechselwirkung mit den magnetischen Feld und erzeucren Kräfte, die einen maanetischen Druck auf den Schraelzenkopf ausüben, um ihn so einzuschließen, daß er im gewünschten- Gußstückauerschnitt erstarrt. Während des Gießens besteht ein Luftsnalt d zwischen den Konf 19 aus Schmelze und der Induktionseinrichtunn· 11. Der Konf 19 aus Schmelze wird zur im wesentlichen gleichen Gestalt wie die Induktionseinrichtung 11 gebildet oder geformt, wodurch der gewünschte Gußstück-

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auerschnitt entsteht. Die Induktionseinrichtuna 11 kann jede gewünschte Querschnitts 'rom haben, beisnielsweise kreisförderer, oder rechteckigen (Innen-) Querschnitt, wie er erforderlich ist, um den gewünschten Querschnitt des Stranagußstücks zu erhalten. Oer Zweck der unnaanetischen Abschirmung- 14 liegt darin, den macrnetisehen Druck nit dem hvdrostatischen Druck, des Konfs 9 aus Schmelze fein abzustimmen bzw. auszubalancieren bzw. den magnetischen Druck zuzusnitzen.

In Fig. 2 erkennt nan, daß erfindungsaenäß die bekannte Einwindunas-Induktionseinrichtuna 11 und die unmaanetische Abschirmung 14 durch eine Mehrwindunas-Induktionseinrichtuna mit über ihrer Höhe ungleicher bzw. variabler Teilung ersetzt ist.

In der vorliegenden Anmeldung ist die Teilung als (senkrechter) Abstand zwischen entsnrechenden Punkten definiert, die jeweils auf der Mittellinie (= MitteInunkt der 'Höhe) zweier benachbarter Windungen der Mehrv/indunas-Induktionseinrichtuna 2o mit variabler Teiluna liegen, veraleiche a und a(z) in Pia. 2 und 3.

Die Teiluna oder der Abstand zwischen den lbindungen der Mehrwindungs-Induktionseinrichtuna 2o mit variabler Teiluna kann nach folaender Gleichuna ermittelt v/erden:

a(z) =

h - ζ

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worin bedeutet:

a (ζ) die Teiluna oder den Abstand zwischen Windungen der Tnduktionseinrichtunrr bei einer Höhe ζ oberhalb der Erstarruncrsgrenz fläche;

a_o die Teilung oder den \hstand zwischen Windunaen der Induktionseinrichtuna an der Erstarrungsgrenzfläche;

h die gesamte Höhe des Koofes aus Schmelze;

ζ die jeweilige Höhe oberhalb der Erstarrungsgrenzfläche.

In Fia. 2 sieht man, daß als Höhenniveau der Erstarrunasgrenzfläche und damit als Ausgangspunkt für die Messung von ζ und h die Erstarrungsfront am Umfanrrsrand des Gußstücks genommen wird. Diese liegt im Bereich zwischen der von unten gerechnet ersten und zweiten Winduncr der Induktionseinrichtung 11.

Man erkennt, daß der kleinste Abstand a zwischen benachbarten Windungen der Erstarrungsgrenzfläche des gerade zu gießenden Gußstücks am nächsten angeordnet ist, so daß die maximale Airroerewindungszahl r>ro Einheit der Höhe den maximalen metallostatischen Druck η ausaleicht, der an dieser Stelle auftritt. Oberhalb dieser Stelle nimmt der Abstand a(z) zwischen den Windunaen der Induktionseinrichtung zu, da der metallostatische Druck η innerhalb der Schmelze so abnimmt, wie in der obigen Gleichung angegeben.

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Tas von den oberen Bereichen der erfindunnsaenäßen Induktionseinrichtunq erseuate elektromagnetische Feld hat eine allmählich bzw. schrittweise (nach oben) abnehmende ^lußdichte, so daß die auf die Umf ancrs-Schmelzenoberf l^.che wirkenden Radialkräfte allmählich bzw. schrittweise in Richtung auf den oberen Bereich des Kopfes aus Schneise abnehmen, um die vertikalen Oberflächen der Schmelze im wesentlichen aerade und frei von Ober fl'lchenwe Hunnen zu halten. Diese ^rrze.UTuna eines abnehmenden elektromagnetischen Feldes, dessen Flußdichte in Vertikalrichtung auf die Snitze der Induktionseinrichtuncr zu abnimmt, wird durch bewußtes ^estleaen der Steigung bzw. Teilung der Mehrwindungs-Induktionseinrichtuna bewerkstelligt.

Die geschichtet aufgebaute Induktionseinrichtunσ 2o mit sich ändernder Teilung gen"!.⁰ Ficr. 2 wird anhand der Figuren 4 bis noch weiter erläutert. Aus diesen Fiauren ist erkennbar, daß die Induktionseinrichtuncr 2o aus mehreren Windunnen 2 unterschiedlichen Querschnitts aufgebaut ist, die durch isolierende Abstandsstücke

ringförmige ' 3 auf jeweils aleichem Abstand gehalten v/erden. Die Windungen 2 der Induktionseinrichtuna 2o sind mit durchgehenden Passagen 7 für ein Kühlfluid, beisnielsweise Wasser, versehen. Schlauchanschlußstutzen 8 sind an jeder Windung 2 vorgesehen, um eine einfache ^Trerbinduncr zu einer Kühlfluidversoraunasauelle zu ermöalichen. Die Ouerschnittshöhe der Winduncren 2 ninmt vom unteren Ende zum oberen F.nde der Mehrwindungs-Induktionseinrichtuna mit variabler Teiluncr zu, um ein beim Fortschreiten in Richtung nach oben abnehmendes maa-

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netisches Feld zu schaffen.

Die elektrische Verbindung zu einer Strorrmelle ist durch Peripherie-Anschlußleitunaen 6 vorgenommen, Die einzelnen Windungen der Mehrwindunns-Induktionseinrichtung 2o sind als in Serie aeschaltet dargestellt; die Wasserkühlung kann in Serienschaltuncr oder in Parallelschaltung je nach Wunsch vorgesehen sein. Die elektrischen Serienschaltunos-Verbinduncren 9 können beispielsweise aus Silberlot bzw. Silberbronze bestehen, wobei notwendigenfalls ein Kuüferabstandsstück wahlwe öse zusätzlich vorgesehen sein kann. Die Isolierabstandsstücke 3 sind aus Isoliermaterial gefertigt, vorzugsweise aus einem wärmehärtbaren, Hochtemperatur-Kunststoff, beispielsweise <7lasfaserverstnrktem Phenolharz oder glasfaserverstHrktem Silikonkunststoff. Die Windunaen 2 sind vorzugsweise aus Kunferrohr mit rechteckigem Querschnitt konstruiert, können jedoch auch aus anderen Materialien und mit anderen Querschnitten konstruiert sein.

Figuren 7 und 8 zeigen zx^ei v/eitere A.usfuhrun<rsformen der erfindurrsgemäßen Induktionseinrichtuno- aus mehreren übereinander angeordneten Teilen. Bei der Ausführuncsform nach Fig. 7 wird ein in Richtung nach oben abnehmendes magnetisches Feld durch Verwendung von Windungen mit gleichem Querschnitt erreicht, wobei

ringförmigen
sich die Höhe der/lsolierabstandstücke 3 ändert. Um reduzierte magnetische Felder auf das obere Ende der Induktionseinrichtung 2o zu zu erreichen, nimmt die Höhe der Abstandsstücke 3 in Richtung nach oben zu. Bei der Ausführungsform nach Fig. 8 sind

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ringförmigen
sowohl die/Abstandsstücke als auch der Querschnitt der Kunferwindungen 2 variiert. Wiederum sind die Abstandsstück 3 und die Windunasquerschnitte von einer in Richtuna nach oben zunehmenden Höhe, um ein abnehmendes maanetisches Feld zu erreichen, wenn nan vom unteren Ende zum oberen Ende der "!ehrwinduncrs-Induktionseinrichtuna 2o fortschreitet. In beiden Fällen besteht der sich ergebende Effekt darin, den Strom pro Einheit Spulenhöhe oder die Stromstärke pro Höheneinheit in an sich bekannter Weise zu ändern, um die resultierende maanetische Feldstärke zu ändern.

Fia. 3 zeiat eine weitere Ansführungsform der Erfindung, bei der eine 'lehrwindungs-SOule 4 mit sich ändernder Ganahöhe als Induktionseinrichtung verwendet ist, um das gewünschte magnetische Feld zu schaffen. Die Mehrwindungs-Spule 4 nit sich ändernder Steigung ist vorzugsweise aus einem Kunferrohr mit rundem Querschnitt aufgebaut, kann jedoch auch aus anderen Materialien und mit anderen Querschnitten aufgebaut sein, beisnielsweise aus einem Rohr mit rechteckigem Querschnitt oder aus einer aus massivem Material aufgebauten Soule. Die Snule 4 kann mit einem inneren Kanal für Kühlfluid versehen sein oder kann extern gekühlt werden.

Der Kreis hoher Impedanz gemäß der Erfindung hebt die Notwendigkeit eines zwischen der Leistunasauella und der Induktionseinrichtuna zwischenaeschalteten Transformators auf, der bei bekannten Induktionseinrichtun<r°n erforderlich ist. Darüber hinaus eraibt die eifinduncrsgemMße Induktion seinrichtuncr eine aenaue Festleaunrr der Stromdichte. Da der volle Strom durch jede Windung dor Prmle fließt, stellt die erfindunTSCTen'-iße Induktions-

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einrichtung ein Mittel zur genauen Festiecruno· der Stromdichte über die volle Höhe der Iniuktionseinrichtun^ dar. Farner ist die von der erfindunascrei^MRen Tnduktionseinrichtun<T erzeugte Stromdichte eine Funktion des Windun-rsabstands oder der Teilung der Spule allein und ist nicht durch die Gestalt der eincreschlossenen Schmelze beeinflußt, wie es bei massiven Einwindungs-Induktionseinrichtuncren der Fall ist.

Ein v/eiterer Vorzua der Erfinduna liegt darin, daß die Verwendung der erfindunaga^™"ßen Induktionseinrichtuna einen (in Horizontalrichtung abmessen) schmaleren Lu^tsnalt d ermöglicht als bein Stand der Technik. Durch Verwendunaoezielt festgelegter Teilung aerxä.ß der Erfinduncr anstelle von Gestaltssteueruni oder A.usbreitungssteuerung und/oder elektronaanetischen Abschirmuncren v/ie bei Einwindungs-Induktionseinrichtuncren führt eine Reduktion des Luftsnaltes und eine sich als Folcre ergebende Reduktion in der Induktanz des Kreises zur Verwirklichung wesentlicher Leistungseinsnarunrren.

Schließlich besteht ein weiterer "orteil der erfindunqsgemäßen Mehrwindunrrs-Induktionseinrichtuna nit variabler Teiluna darin, daß die Verbindunaspunkte zum Leistung^- (Strom-)Kreis so angeordnet sind, daß sie die nachteiliaen Effekte auf die Formsteuerung, die bei den bekannten Einwindungs-Induktionseinrichtunaen auftreten, minimieren.

Die Erfindung schafft eine Induktionseinrichtung mit variabler Teilung zur Verwendunahei Vorrichtunaen und Verfahren zun

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elektromagnetischen Gießen, die den vorstehen-:¹ erläuterten Aufgaben, Einrichtungen und Vorteilen vollkommen Genüae leisten.

Sämtliche in dieser Aiunelduncr erwähnten Druckschriften werdan durch ausdrückliche Bezun-nahne zum Teil der Offenbaruna der vorliegenden Patentanmeldunq gerächt.

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Claims

Olin Corporation, East Alton, Illinois 62o24, V.St.A. "Verfahren und Vorrichtung zum elektromagnetischen Gießen"

Beansnruchte Priorität:

5.Februar 1979 V.St.A. Nr. 9 429

Ansprüche

1. Verfahren zur elektromagnetischen Formgebung einer Schmelze zu einem Gußstück gewünschter Gestalt, dadurch gekennzeichnet , daß um eine Gießzone mit einem stromaufwärts liegenden Bereich und einem stromabwärts liegenden Bereich in umgebender Relation eine Mehrwindungs-Induktionseinrichtung mit sich ändernder Teilung angeordnet wird; daß

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durch die Induktionseinrichtung ein Strom fließen gelassen wird zur Erzeugung eines elektromagnetischen Feldes in der Gießzone, wodurch ein Feld mit allmählich oder stufenweise abnehmender Flußdichte hin zum stromauf liegenden Bereich der Gießzone erzeugt wird; und daß die Schmelze in die Gießzone gegossen wird, wodurch die Schmelze zu einem Gußstück gewünschter Gestalt mit im wesentlichen wellungsfreier Oberfläche geformt wird.

2. Verfahren nach Ansnruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine InduktionseinrichtuncT verwendet wird, bei der die Teilung zwischen den Windunaen folaender Formel folgt:

a(z) =

h - ζ

h
worin bedeutet:

a(z) die Teiluno oder den Abstand zwischen Windungen der Induktionseinrichtung bei einer Höhe ζ oberhalb der ErstarruncTsgrenzflache;

a die Teilung oder den Abstand zwischen Windungen der Induktionseinrichtung an der Erstarrunasgrenzflache;

h die gesamte Höhe des Kopfes aus Schmelze;

ζ die jeweilige Höhe oberhalb der Erstarrungsgrenzfläche .

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3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch aekennzeichnet, daß Kühlfluid durch innere Passagen in den ^indunaen der Induktionseinrichtung geleitet wird.

4. Verfahren nach einem der AnsOrüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Teiluna dadurch festgeleat wird, daß Isolierabstandsstücke zwischen den einzelnen windungen der Induktionseinrichtung vorgesehen v/erden.

5. Verfahren nach Ansnruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß Abstandsstücke mit in Richtunn auf den stromauf liegenden Bereich der Gießzone zunehmender Höhe verwendet v/erden.

6. Verfahren nach einem der Ansorüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß einzelne Windunaen mit in dichtung auf den oberen Bereich der Gießzone zu zunehmender Höhe verwendet werden.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß sowohl Abstandsstücke als auch Windungen mit in Richtung auf den stromauf liegenden Bereich der Gießzone zu zunehmender Höhe verwendet v/erden.

3. Vorrichtung zur elektromaanetischen Formgebung von Schmelzen zu einem Gußstück gewünschter Gestalt, mit einer Einrichtung zum Enrof.anaen und zum elektromagnetischen 'Formen der Schmelzen zum Gußstück, dadurch aekennzeichnet , daß die Einrichtuna zum Emnfanaen und zum elektromaanetischen Formen der Schmelzen eine Mehrwindunas-Induktionseinrichtung (2o)

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- 4 mit sich ändernder Teiluna aufweist.

9. Vorrichtung nach Ansnruch S,. dadurch aekennzeichnet,

daß die Mehrwindungs-Induktionseinrichtung (2o) mit sich ändernder Teilung eine Gießzone nit einem. Zuführende für Schmelze und einem Abgabeende für das erstarrende Gußstück definiert derart, daß die Teilung vom Abgabeende in Richtuncr zum Zufuhrende zunimmt, wobei ein durch die Induktionseinrichtung erzeugtes elektromagnetisches Feld vorgesehen ist, das eine allmählich oder schrittweise von Abgabeende zum Zufuhrende abnehmende Flußdichte besitzt.

10. Vorrichtung nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Hehrwindungs-Induktionseinrichtung (2o) mit sich ändernder Teilung mindestens drei einzelne Windungen (2) in übereinander anaeordneter Lage aufweist, die elektrisch in Reihe geschaltet sind und voneinander durch Isolierabstandsstücke (3) beabstandet sind.

11. Vorrichtung nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Mehrwindunas-Induktionseinrichtung (2o), mit sich ändernder Teiluncr eine "lehrwindungsspule (4) aufweist.

12. Vorrichtung nach Anspruch 1o, dadurch gekennzeichnet, daß die einzelnen Windungen (2) einen unterschiedlichen Querschnitt besitzen.

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13. Vorrichtung nach Ansoruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die einzelnen Windunaen (2) eine in Richtuncr zum Zufuhrende der Gießzone zunehmende Höhe besitzen.

14. Vorrichtung nach einem der Ansnrüche 8 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Abstandsstücke (3) unterschiedlichen Querschnitt besitzen.

15. Vorrichtuncr nach Ansnruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Abstandsstücke (3) eine in Richtung zum Zuführende der Gießzone zunehmende Höhe besitzen»

16. Vorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß sowohl die einzelnen Windungen (2) als auch die Abstandsstücke (3) jeweils einen unterschiedlichen Querschnitt besitzen, und daß die Windungen (2) und die Abstandsstücke (3) eine in Richtung zum Zuführende der Gießzone zunehmende Höhe besitzen.

17. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 1 ζ, dadurch gekennzeichnet, daß die Winduncren (2) der Induktionseinrichtung (2o) innere Durchaänge zum Durchleiten eines Kühlfluids besitzen.

18. Vorrichtuna nach einem der Ansnrüche 8 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Teiluna zwischen den Winduncren (2) der InduktionseinrichtunCT (2o) durch folaende Formel festgelegt ist:

h - ζ

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— ο —

wobei bedeutet:

a (2) die Teilung oder den Abstand zwischen Windungen der Induktionseinrichtuncr bei einer Höhe ζ oberhalb der Er starruners grenz fläche;

a die Teiluna oder den Abstand zx^ischen Windungen der Induktionseinrichtunrr an der Erstarruncisn-renz fläche;

h die gesamte Höhe des Kopfes aus Schmelze;

ζ die jeweilige Höhe oberhalb der Hrstarrunrrsgrenzflache.

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