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Verfahren bezw. Einrichtung für das Stranggiessen von
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Stahl und anderen hochschmelzenden Metallen mittels nicht lotrecht
schwingender Kokille rie erfindung betrifft ein Verfahren bezw.Vorrichtung für das
Stranggiessen tron Stahl und anderen hochschmelzenden Metallen mittels nicht lotrecht
schwingender Kokille, d.h. für das Waagerecht-und Schrägstranggiessen.
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Bei Stranggussverfahren mittels oszillierenden Kokillen werden diese
aus stillstehenden Behältern gespeist.Zwiecken diesen und den oszillierenden Kokillen
muss die Relativbewegung möglichst ohne Flüssigmetallverlust erfolgen können. Dies
geschieht in Ausgleichstrecken.
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Bei Senkrecht-und Bogen-Strangussanlagen stimmen in der Ausgleichstrecke
die Richtungen der Schwerkraft und des Metallzuçlusses zur Kokille überein, wodurch
besondere Abdichtmassnahmen unnotig sind.
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Beim Waagerecht-und Schrägstranggiessen wirkt die Schwerkraft senkrecht
bezw. schräg auf die der Kokille zufliessende Schmelze in der Ausgleichstrecke ein.
Dort müssen besondere, die Schmelze einschliessende Kräfte vorgessehen werden, um
ein Auslaufen zu verhindern.
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Feste Wände oder Robre eind hierfür - da Relativbewegungen zulassende
Abdichtmaterialien derzeit nicht verfübar sind - wenig geeignet.
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In der Deutschen Offenlegungsschrift 2756112 ist geoffenbart, wie
die Abdichtung in der Ausgleichstrecke durch die Erzeugung statischer Kraftfelder
in der Schmelze erreicht werden kann. und dieses ohne Verwendung von Dichtungsmaterialien.
Die Kräfte ergeben eich aus der Finwirkung von Magnetwechselfeldern auf von diesen
in der Schmelze induzierten elektrischen Stromungsfelder . Fe handelt sich um einen
druckkraftschlüssigen Finschluss der Schmelze innerhalb der Ausgleichetrecke. Damit
können kleinere Stranggussquer-Schnitte waagerecht fortlaufend mittels oszillierender
Kokille geformt werden.
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Mit zunehmenden Strangquerschnitten treten hierbei Metallverluste
auf , die auf Instabilitäten der als Nebeneffekt auftretenden Plüssigmetallströmungen
innerhalb der Ausgleichstrecke beruhen.
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Aufgabe der vorliegenden erfindung ist es ,ein Verfehren und Einrichtungen
enzugeben, diese Unzulänglichkeiten zu vermeiden @ um auch grosse Strangquerschnitte
von Stahl und anderen hochschmelzenden etallen mittels schwingender Kokille waagerecht
oder schräg fortlaufend formen zu können.
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Die erfinderische Lösung dieser Aufgabe besteht darin, dass beim Waagerecht-und
Schrägstranggieseen von hochschmelzenden Metallen, insbesonders von Stahl,im Wege
der Zufübrung der Metallschmelze zur nicht lotrecht oszillierenden Kokille zur Abdichtung
Kräfte aus elektromagnetisch bedingten Schmelzenströmungen
herangezogen
werden.
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Fs wird also erfindungsgemäss darauf geachtet,dass die Wirbel der
anzuwendenden elektromagnetischen Felder in dem Schmelzenteil der abzudichtenden
Ausgleichstrecke zu solchen mechanischen Schmelzenstromungen führen, aus denen sich
Dichtungskräfte ergeben.
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Zur Bildung der Magnetfeldwirbel welche in dem betreffenden eil der
Schmelze zu den gew'5nschten Strö mungen führen sollen, werden erfindungsgemäss
mehrphasige Wanderfelder und Drehfeldes in die Schmelze eingebracht. Dies kann durch
die Dichtungsstrecke umfassende, von elektrischen Wechselströmen durchflossene Spulen
geschehen. Dabei sind mindestens zwei "Spulen" vorzusehen, von denen mindestens
eine vom felderregenden Wechselstrom durchflossen ist. in letzterem Falle kann die
andere Spule als Kurzschlusswindung ausgebildet sein. Als solche kann auch die metallische
Kokillenwandung, welche der stromdurchflossenen Spule am nächsten ist, dienen. Als
Kurzschlusswindungen dienen auch die seitlich der stromdurchflossenen Spule vorhandenen
schmelzflüssigen Strangteile, in denen wie in anderen Kurzschlusswindungen phasenverschobene
Strome und damit auch phasenverschobene elektromagnetische Wanderfelder induziert
werden.Diese sind dann zwar nicht so gleichmässig ausgebildet wie solche, die durch
Anwendung von drei-oder sechsphasigen Wechselströmen mit einer dementsprechenden
Anzahl von Spulen erzwungen werden.
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Die Gewinnung der Kräfte zur Abdichtung aus den elektromagnetisch
bedingten Schmel zenstromungen kann auf mehrfache Art erfolgen.
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Falls die Schmelzenstrbmungen sich auf Grund elektromagnetischer Wanderfelder
ausbilden/kann in vorteilhafter Weise die Saugkraft der strömenden Schmelzmasse
auf die in die Dichtungsstrecke eindringenden Schmelzenteile als Dichtkraft herangezogen
werden.
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Werden magnetische Drehfelder ur Erzwingung der Schmelzenströmung
angewendet, so kann durch längsspiralige Führungerinnen eine Gegenkraftkomponente
zur Austrittskraftkomponente gewonnen werden.
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In letzterem Falle wird das magnetische Drehfeld in ähnlicher Art
und Weise erzeugt werden können, wie dies euch im ruhenden M.tagnetfeldaufbau von
elektrischen Drehfeldmotoren geschieht. Letztere Bauart ist insbeeonders für grosse
runde Strangquerschnitte geeignet Das bisher beschriebene Verfahren sowie Einrichtungen
zur Durchfübrung desselben bilden den Gegenstand des Anspruches 1 und dessen nachgeordneten
Ansprüchen, wobei in letzteren auch vorteilhafte Weiterbildungen des Verfahrens
sowie Einrichtungen zur Durchführung besnsprucht werden.Der gedankliche und sachliche
Inhalt soll als Bestandteil der Beschreibung gelten'ohne dass an dieser Stelle der
Wortlaut der Anspruche wiederholt wird Fünf Ansfübrungsbeispiele werden nachfolgend
an Hand der Figuren l...5 erlautert.
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In Figur R ist das erfinderische Verfahren durch ein Beispiel mit
Frzielung einer günstigen Form der Strömung des Flüssigmetalls schematisch dargestellt.
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Das unterbrochen gezeichnete Flüssigmetall 1 wird über die abgebrochen
gezeichneten, im Schnitt dargestellten, Rohrstücke 2 und 3 sowie über die Ausgleich-
strecke
im engeren Sinne , dem Querringspalt 4, vom nicht gezeichneten Flüssigmetallvorratsgefs5
ausgehend, der nicht gezeichneten scbwingenden Kokil le zugeleitet.
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Die Spule 5 ist einphasenwechselstrombeaufschlagt Ihr Wechselmagnetfeld
überlagert sich mit den Magnetfeldern, die durch die im Flüssigmetell induzierten
elektrischen Kurzschlusströme erzeugt werden.
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Dadurch entstehen innerhalb des Flüssigmentalle Wanderfelder. Diese
führen zu Antriebskräften im Flüssigmetall und damit zu mechanischen Strömungen
,die ibren Hauptbewegungslinien nach durch die mit Richtungspfeilen versehenen Linienzüge
6 charakterisiert sind.
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Die Strömung wird in ihrem Verlauf durch die neben den Querringspalten
4 vorhandenen Einschnürungen der Robrstücke 2 und 3 entscheidend festgelegt und
zeitlich stabilisiert, sodass schädliche Turbulenzen die Fntwicklung der für die
Dichtigkeit wichtigen Saugkraft auf gegebenenfalls in den Querringspalt eingetretenes
Flüssigmetall nicht Stören können.
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Fei diesem und den nachfolgend beschriebenen B4nrichtungen ist für
die Justierung der Spulen eine Vorrichtung vorzusehen'die aber nicht Gegenstand
dieser Erfindung ist.
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Bei der Einrichtung nach Figur 2 ist der eigentliche Dichtungsraum
ein Längsringspslt 7. Fr liegt zwischen den Rohrstücken 8 und 9. Die durcb Grobschraffur
angedeutete Kokillenwand 10 dient infolge ihrer guten elektrischen Leitfähigkeit
in Verbindung mit ibrem geringen Abstand von der Spule 5 als starker
wirkender
Kurzsohlussring als das Flüssigmentall allein.
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Infolge des geringen Abstandes der kokille von der Spule müssen sich
die magnetischen Kraftlinien in der Hauptsache durcb den engen Spalt zwischen beiden
hindurchzwängen, was zu einem erheblichen Anteil solcher Komponenten der Feldlinien
innerhalb der Schmelze fübrt, die senkrecht zur Strangachse stehen.Die in der Figur
2 gestrichelt angedeuteten Feldlinien 11 bringen daher in der Schmelze in Nachbarschaft
zum Längeringspalt 7 Kräfte zu Wege, welche Strömungen gemäss den Iinienzügen 12
der Figur 2 hervorrufen. Diese mechanische Strömung verstärkt auf Grund ihrer Saugkraft
die Dichtwirkung auf das Flüssigmetall am Eingang zum Längsringspalt 7 Sämtliche
Ringteile der Figuren 1 und 2, also die Teile 2,3,8 und 9 sind aus feuerfestem bezw.
unmagnetischem Material.
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In Figur 3 ist eine erfindungsgemässe Einrichtung mit zwei Querringspalten
13 und 14 schematisch dargestellt.Die Darstellung zeigt, dass darauf geachtet wird,
dass die inneren Grenzflächen der Räume der Cuerringspalten,also auch die Grenzflächen
zwischen diesen und gegebenenfalls dort eingedrungenem Flüssigmetall, möglichst
senkrecht von den magnetischen Feldlinien durchsetzt werden. Dieses wird angesichts
der geringen kopplung zwischen der hochkant gewickelten Spule 16 und dem Flüssigmetall
genügend genau durch Ausrichtung der Querringspalten 13 und 14 auf den magnetischen
"Schwerpunkt" 15 der Feldspule 16 erreicht. Dadurch wird die Saugdichtungskraft
auf das Flüssigmetall auf Grund
der Strömungen 17 verstärkt, sodass
sich Grenzflecben Plüssigmetall-Luft gemäss den Linienzügen 19 einstellen kennen
. Die günstigen Flüssigmetallströmungen werden durch die Durchmessererweiterungen
des aus Feuerfestmaterial bestehenden Ringteiles 18 mitgeformt.
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Die Verengung des Ringteiles 18 auf das Innenmass der Teine 20 -die
gegengleich ausgeführt sind- in seiner Mittelebene zur Strengachse dient der Fernhaltung
von die Saugwirkung störenden Gegenströmungen. Die vom Teil 18 zurückgelegten Schwingungseusschläge
sind zu jedem Zeitpunkt halb so gross wie die der kokille und damit auch von einem
der Rohrteile 20 zu halten.
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Das Flüssigmetallvorratsgefäss-welches nicht dargestellt ist- ist
mit dem anderen Rohrteil 20 verbunden.
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In der Figur 4 ist eine erfindungsgemässe winrichtung unter Verwendung
einer grob-schemetisch angedeuteten drebetromgespeisten Wanderfeldvorrichtung 21
dargestellt.
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Das Flüssigmetall 1 gelangt von rechts aus dem nicht gezeichneten
Vorratsgefäss über das feuerfeste Rohr 22 und den Längsringspalt 26 in das Rohr
23 aus mindestens unmagnetischem, gegebenenfalls feuerfestem Naterial.
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Dieses Rohr ist links mit der nicht gezeichneten Kokille verbunden.
Die Pfeile 24 geben die Richtung des von der Vorrichtung 21 erzeugten magnetischen
Wanderfeldes an.Die Vorrichtung 21 ist nach Art des stillstehenden Ständers eines
drehstromgespeisten Wanderfelderzeugers gebaut , oder sie bestrebt aus drehstromgespeisten
Finzelspulen. In jedem Falle muss die Wanderfeldvorrichtung das Gebiet der Ausgleichstrecke
einigermassen gleichmassig umschliessen.Falls umschliessende Einzelspulen verwendet
werden, ist bei Anschluss
an ein symmetrisches Drehetromnetz ein
Anschluss der Einzelspulen in der folgenden Reihe von rechts nach links vorzunebmen:
R T' S R' T S' und falls verlängert werden sollte in Wiederholung. Der Index ' bezeichnet
die Jeweilige umit verschobene Gegenphsse.
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Die Pfeile 25 geben die periphere, die Dichtung befördernde Strömungsrichtung
der Metallschmelze an.
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Die Saugkraft wirkt auf den Längsringspalt 26 dichtend ein.
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rie Wanderfeldvorrichtung 21 daro keinesfalls über die Kokille reichen,
da dort ihre Wanderfelder durch Absorbtion im Kokillenmaterial geschwächt werden
würden, falls man Netzfrequenzen anwenden würde. Beim Stranggiessen von Stahl würden
die im Kokillenhohlraum ankommenden Restmagnetfelder zusätzlich durch des an der
Kokillenwand infolge der Abkühlung sich bildende magnetische Material sehr stark
absorbiert werden. Das Wanderfeld würde dann dort keine Strömung bewirken können.
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Die vinrichtung nach Figur 4 ist belm m Betrieb mit Netzfrequenz für
grössere Strangquerschnitte von beispielsweise 400 cm² Querschnittsfläche geeignet.
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In der Figur 5 ist eine erfindungsgemässe Einrichtung ,die ein Drehfeld
zur Erzeugung der die Abdichtung fördernden Strömunggebraucht, dargestellt.
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Das Drehfeld wird dabei ähnlich wie in Drebfeldmotor durch einen Drehfeld-Ständer
27 erzeugt.Dieser besteht in bekannter Weise aus Drehstromwicklungen und lammeliertem
Eisenblech sowie weiteren der Festigkeit dienenden Konstruktionselementen. Das Flüssigmetall
konmt von rechts aus einem -nicht darge-
stellten Vorratsgefäss
und gelangt über das Rohr 28 und den Dichtungs -Iängaringspalt 31 in das mit der
schwingenden -nicht darzestellten- kokille verbunde-Rohr 30. Die Pohre 28 und 30
sind aus weuerfestmaterial. In der Figur 5 ist das Rohr 28 zum Teil aufgeschnitten
dargestellt. Das Rohr ist länge des Teiles, der im Betrieb in das Robr 30 -infolge
dessen Schwingungen- periodisch eintaucht, mit schwach spiraligen Längswällen versehen.
Diese Längswälle 29 verhindern die periphere Rotation der Schmelze um das Rohr 28.
Sie zwingen die Schmelze von rechts nach links zu strömen. Das durch den Drehstrom-Ständer
27 erzeugte magnetische Drehfeld zwingt die Schmelze im Rohr 30, ausser in dem Fintauchgebiet
des Rohres 28um die Robrachse zu rotieren. Infolge dieser Strömung wird eine Saugwirkung
auf das gegebenenfalls in die Dichtstrecke eingedrungene flU8-sige meterial ausgeübt.
Infolgedessen werden die Abdichtungskräfte im Längsringapalt 31 wirksam verstärkt.
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Die Einrichtungen gemass den Figuren £ ... 5 sind sowohl für runde
Stränge als auch für beliebig geformte-beispielsweise quadratische-Querschnitte
geeignet. Die die Schmelze führenden Bohrteile sowie die magnetfelderzeugenden Vorrichtungen
müssen dann der Querschnittsform der nicht lotrecht zu ziehenden Strenge -und damit
auch dem Kokillenquerschnittentsprechend angepasst werden.
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- L e e r s e i t e -