DE3243650A1

DE3243650A1 - Schwimmer fuer metallschmelzen

Info

Publication number: DE3243650A1
Application number: DE19823243650
Authority: DE
Inventors: David George 94526 Danville Calif. Goodrich
Original assignee: Kaiser Aluminum and Chemical Corp
Current assignee: Kaiser Aluminum and Chemical Corp
Priority date: 1981-12-10
Filing date: 1982-11-25
Publication date: 1983-06-23
Also published as: IN157323B; JPH0259406B2; KR840002675A; AU9170382A; CA1200976A; SE8207039L; IT8224682A0; FR2517996B1; GB2112135B; NZ202545A; JPS58105017A; FR2517996A1; DE8233113U1; SE458641B; BR8207113A; ES278758U; NL8204770A; SE8207039D0; AU550044B2; IT1207968B

Description

Patentanwälte
Dipl.-Ing. Hans-Jürgen Müller

Dipl.-Chem. Dr.Gerhard Schupfner htm/xt

Dipl.-Ing. Hans-Peter Gauger ^/Ne Lucilt-Grahn-Str. 38 - D 8000 München 80 · 3 ·

KAISER ALUMINUM & CHEMICAL CORP. 300 Lakeside Drive
Oakland, CaI. 94 643 (USA)

Schwimmer für Metallschmelzen

-V-

BESCHREIBUNG

Die Erfindung bezieht sich auf einen verbesserten Schwimmer zum genauen Ermitteln des Niveaus bzw. Spiegels einer Metallschmelzenoberfläche. Der Schwimmer ist besonders geeignet bei Schmelzmetallniveau-Steuersystemen für vertikales DC-Direktkühlgießen und vertikales EM-elektromagnetisches Gießen von Metallen,wie Aluminium, Magnesium und deren Legierungen.

Gießen mit direkter Kühlung weist im allgemeinen das Zuführen geschmolzenen Metalls (Metallschmelze) zu dem Zuführungsende einer wassergekühlten offenendenden rohrförmigen Form und das Zurückziehen des erstarrenden oder teilweise erstarrten Metalls aus dem Ausgabeende der Form auf. Auf die Oberflächen des aus dem Ausgabeende der Form austretenden Metalls wird Kühlmittel, üblicherweise Wasser, geleitet. Diese Kühlmittelanwendung bewirkt die Erstarrung bzw. Verfestigung wesentlich. Beim Gießbeginn, wenn zuerst Metallschmelze in die Form eingeführt wird, ist das Ausgabeende derselben mit einem nach unten bewegbaren Bodenblock versperrt, der den Barren bzw. das Ingot bei seinem Absenken während des Gießens abstützt.

EM-Gießen ist sehr ähnlich dem DC-Gießen mit der Ausnahme, daß statt der Steuerung der Ausformung der Metallschmelze bis zu deren Erstarren durch die Form die Ausformung der Metallschmelze durch Druck gesteuert wird, der durch ein elektromagnetisches Feld erzeugt ist, das durch einen ringförmigen, die Metallschmelze umgebenden Induktor erzeugt wird. Bei dem EM-Gießverfahren wird im wesentlichen die gesamte Erstarrung durch Kühlmittelanwendung zur Metalloberfläche am Ausgabeende des Induktors erzielt.

,5

Die Steuerung des Metallschmelzenspiegels (oberes Niveau des geschmolzenen Metalls) innerhalb der Metallformungseinrichtung ist unabhängig davon für vertikale kontinuierliche Gießverfahren sehr wichtig, ob es sich um eine Form oder ein elektromagnetisches Feld handelt. Zum genauen Steuern des Gußkopfes wurde gefunden, daß es sehr vorteilhaft ist, eine Schwimmereinrichtung anzuwenden, die in Einstellabhängigkeit mit einem Niveaufühler, beispielsweise dem in der US-Patentanmeldung 266,788 vom 26. Mai 1981 beschriebenen linearen Verstelltransducer, verbunden ist. Bei dem in dieser Anmeldung beschriebenen und beanspruchten Verfahren wird das Signal des Transducers zur Regulierung des Flusses der Metallschmelze zur Form oder dem Induktor verwendet, wodurch das Metallschmelzenniveau gesteuert wird.

In der Vergangenheit wurde jedoch festgestellt, daß ein genaues Positionieren des Schwimmers wegen der Veränderbarkeit des Meniscus der Metallschmelze schwierig zu bewerkstelligen ist. Wenn beispielsweise ein Schwimmer in die Metallschmelze gedrückt wird, wird er häufig nicht in die gleiche genaue Position zurückkehren, wenn die zusätzliche Druckkraft wieder weggenommen ist und der Schwimmer in der Lage ist, durch seinen natürlichen Auftrieb wieder hochzusteigen. Gleiche Ergebnisse treten auf, wenn der Schwimmer teilweise aus der Metallschmelze herausgehoben ist. Wegen dieser Unfähigkeit des Schwimmers,jederzeit in die gleiche Position zurückzukehren, wurde eine genaue Metallschmelzenniveau-Steuerung für schwierig empfunden, wenn Schwimmer zur Feststellung des Metallschmelzenniveaus angewendet wurden. Dies ist besonders kritisch beim EM-Gießen, da leichte Metallschmelzkopfänderungen die Abmessungen des zu gießenden Barrens oderStranges wesentlich ändern können. Änderungen der Oberflächenspannung der Metallschmelze verstärken dieses Problem infolge der

- sr -

Veränderungen der Temperatur, der Zusammensetzung u.dgl. Einflüsse.

Die vorliegende Erfindung überwindet diese vorherrschende Meinung.

Die Erfindung bezieht sich auf einen verbesserten Metallschmelzenschwimmer, der die gleiche Bezugsposition in Bezug zur Oberfläche bzw. zum Spiegel der Metallschmelze aufweist, wenn er auf die Metallschmelzenoberfläche aufgesetzt wird.

Gemäß der Erfindung ist der Schwimmer mit einem Oberteil, der eine im wesentlichen flache untere Oberfläche bzw. Unterseite aufweist, die sich auf einer Metallschmelzenoberfläche (Metallschmelzenspiegel) abstützt, und mit einem Unterteil versehen, welcher ein Element aufweist, das von der ebenen Fläche des Unterteils des Schwimmers absteht und in den Korpus der Metallschmelze hineinragt. Die Fläche der im wesentlichen flachen Unterseite des Oberteils, die sich in Kontakt mit dem Schmelzmetall befindet, sollte mindestens 10 %, vorzugsweise mindestens 25 % der Fläche des Schwimmers sein, der an die Oberfläche des geschmolzenen Metalls angrenzt. Das in die Metallschmelze sich erstreckende bzw. projizierte Element verdrängt einen Teil des Metalls mit einem Gewicht, das im wesentlichen dem Gesamtgewicht des Schwimmers und irgendwelcher auf den Schwimmer durch Befestigungen an diesem aufgewendete Kräfte wirkt.

Gemäß einer bevorzugten Ausbildung wird der Schwimmer als Abstreifereinrichtung mit dem Zweck verwendet, die Einbeziehung von Oxiden oder Schlacke bzw. Schaum in das zu gießende Metall zu verhindern. In diesem Fall ist der

- fr -

-T-

Schwimmer im wesentlichen ringförmig ausgebildet, so daß dann, wenn die Metallschmelze in den Innenteil des Schwimmers eingeführt ist, die Oxide, die sich an der Oberfläche befinden oder während des Gießens an die Oberfläche hochsteigen, vom- Schwimmer umfaßt werden. Bei dieser bevorzugten Ausbildung sorgt das in die Metallschmelze ragende Element dafür, daß die Oxide oder Schlacke während des Gießens nicht vom Schwimmer entweichen können. Zum wirksamen Abstreifen sollte der Unterteil mindestens 1,25 cm, vorzugsweise aber mindestens etwa 2,5 cm in die Metallschmelze eintauchen. Obwohl die Ausbildung bzw. Form des in die Metallschmelze ragenden Elements nicht kritisch ist, sind übermäßige Ausladungen von beispielsweise 7,5 cm oder mehr in die Metallschmelze hinein nicht erwünscht.

Nunmehr wird zur Veranschaulichung von Ausbildungen der Erfindung auf die Zeichnung Bezug genommen. Darin zeigen:

Fig. 1 eine perspektivische Ansicht, teilweise im Schnitt, auf einen bevorzugten Schwimmer gemäß der Erfindung;

Fig. 2 einen Querschnitt im Aufriß des Schwimmers gemäß der Erfindung, welcher in einer EM- bzw. elektromagnetischen Gießeinrichtung installiert ist;

Fig. 3 und 4 andere Ausbildungen der Erfindung.

In der Zeichnung sind miteinander korrespondierende Teile mit demselben Bezugszeichen versehen.

Gemäß Fig. 1 wird eine perspektivische Ansicht, teilweise im Schnitt, eines bevorzugten Schwimmers 10 gezeigt, der einen Oberteil 11 bzw. Ring oder Hals mit einer im wesent-

lichen flachen bzw. ebenen unteren Oberfläche bzw. Unterseite 12 und einen Unterteil 13 bzw. ausladendes oder eintauchendes Element aufweist. Das Volumen des Tauchelements 13 ist gleich dem Volumen der verdrängten Metallschmelze, so daß die flache Unterseite 12 des Kragens 11 sich auf der Metallschmelzenoberfläche abstützt. Das Gewicht des vom Element 13 verdrängten Metalls sollte gleich dem Gewicht des Schwimmers und irgendwelcher Kräfte sein, die durch Befestigung od.dgl. am Schwimmer angreifen. Die Fläche der flachen Unterseite 12 soll mindestens 10 %, vorzugsweise mindestens 25 % der Gesamtfläche des Schwimmers betragen, die nach unten auf die Oberfläche der Metallschmelze projiziert ist bzw. in diese eintaucht.

Gemäß Fig. 2 ist ein bevorzugter Schwimmer 10 in Verbindung mit einer EM-Gießeinrichtung 20 gezeigt, die einen Induktur 21, eine wassergekühlte Ummantelung 22 und einen schwer schmelzbaren bzw. feuerfesten Ausgießer 23 aufweist, der in der Lage ist, geschmolzenes Metall zum Inneren bzw. in den Innenraum des ringförmigen Induktors 21 zu leiten. Ein Bodenblock 24 steht ebenfalls in Verbindung mit der Einrichtung 20; er ist beim Gießbeginn innerhalb des Indukturs in Stellung gebracht, um das geschmolzene Metall darin^abzustützen, während die elektromagnetisch induzierte, gegen die Metallschmelze gerichtete Kraft die seitliche Ausdehnung bzw. seitliche Verbreiterung des Metalls steuert und begrenzt,bis es zu seiner endgültigen Form bzw. Ausformung erstarrt ist. Der Induktor 21 ist mit einer Anzahl von Löchern oder Leitungen 25 versehen, durch welche Wasser vom Wassermantel hindurchtritt, um an dem Strang bzw. Ingot anzugreifen, der aus dem Ausgabeende des Indukturs austritt. Der Schwimmer 10 bzw. dessen Oberteil

⁺) vertikal

11 ist mit Stangen 26, 27 versehen, um den Schwimmer 10 während der Gießpausen, wenn sich kein geschmolzenes Metall innerhalb des Indukturs 21 bzw. der Gießeinrichtung 20 befindet, abzustützen. Einer der Stangen 26 oder 27 ist vorzugsweise mit einem nicht gezeigten Linearverschiebungstransducer oder mit einem Äquivalent verbunden, das ein Signal erzeugt, welches dem Metallschmelzenspiegel 2 8 entspricht, auf dem der Schwimmer 10 ruht. Das Transducersignal kann zur Steuerung des Zustroms geschmolzenen Metalls von einer Quelle, wie einem Trog, durch eine mit feuerfestem Material ausgekleidete Ausgießrinne bzw. Ausgießtülle 23 verwendet werden (diesbezüglich wird auf die US-Patentanmeldung 266,798 vom 26. Mai 1981 verwiesen).

Gemäß Fig. 3 und 4 sind alternative Schwimmerausbildungen bezüglich der Relativstellungen des mit einem flachen Boden versehenen Kragens 11 und des ausladenden Elements 13 gezeigt, die im Vergleich zu der in Fig. 1 dargestellten Ausbildungsform abgeändert sind.

Der Schwimmer wird aus einem Material hergestellt, dessen Dichte bzw. spezifisches Gewicht wesentlich niedriger ist als die Dichte°bzw. das spezifische Gewicht der Metallschmelze und das der Metallschmelze und der rauhen Umgebung gegenüber im wesentlichen resistent ist, um sich durch eine ausreichend lange Betriebslebensdauer auszuzeichnen. Geeignete Konstruktionsmaterialien schließen leichte feuerfeste Materialien, wie faserförmiges Magnesiumsilikat, Glas- bzw. Gesteinsschaum, aufgeschäumte feuerfeste Materialien u.dgl. ein. Ein bevorzugtes Material ist das unter der Marke MARINITE vertriebene faserförmige Magnesiumsilikat.

- r-

-40-

Es können viele Modifikationen und'Verbesserungen im Rahmen der Erfindung angewendet werden.

Claims

PATENTANSPRÜCHE

1. Schwimmer für Metallschmelzen zum Ermitteln der Oberfläche (Niveau) der Metallschmelze, dadurch gekennzeichnet, daß ein Oberteil (11) eine im wesentlichen flache bzw. ebene, sich auf der Metallschmelzenoberfläche (28) abstützende Unterseite (12) aufweist und ein Unterteil (13) bis unter die Metallschmelzenoberfläche (28) mit der Maßgabe eintaucht, daß die Fläche der flachen Unterseite (12) mindestens 10 % der Fläche der nach unten gerichteten Schwimmer-ProjektiOnsflache entspricht und das Volumen des in die Metallschmelze eingetauchten Unterteils (13) ein Metallschmelzvolumen verdrängt, das gewichtsmäßig im wesentlichen dem Schwimmergewicht und evtl. auf den Schwimmer aufgebrachten Vertikalkräften entspricht.

2. Schwimmer nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß die Fläche der flachen Unterseite (12) mindestens 25 % der Projektionsfläche entspricht.

3. Schwimmer nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Schwimmer aus leichtem, feuerfestem Material besteht.

-x -

4. Schwimmer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Unterteil (13) mindestens 1,25 cm, aber höchstens 7,5 cm, von der flachen Unterseite (12) absteht.

5» Schwimmer nach Anspruch 4,

dadurch gekennzeichnet, daß der Unterteil (13) mindestens 2,5 cm von der flachen Unterseite (12) absteht.

6. Als Schwimmer und Abstreifer auf einer Metallschmelze dienender Ring,

dadurch gekennzeichnet, daß ein Oberteil (11) eine sich auf einer Metallschmelzenoberfläche (28) abstützende flache Unterseite (12) aufweist und ein Unterteil (13) derart zum Eintauchen in die Metallschmelze bis unter deren Oberfläche (oberes Niveau) (28) ausgebildet ist, daß die Fläche der flachen Unterseite (12) mindestens 10 % der nach unten projizierten Projektionsfläche des Schwimmers (10) beträgt und das Volumen des unter die Metallschmelzenoberfläche (28) eingetauchten Unterteils (13) des Schwimmers (10) ein Metallschmelzenvolumen verdrängt, das im wesentlichen dem Gewicht des Schwimmers (10) sowie etwaigen Vertikalkräften entspricht, die durch Befestigungen am Schwimmer (10) an diesem angreifen.