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Verfahren bezw. Finrichtung zur Peeinflussung des Lurch-
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flusses metallischer Schelzen durch von Wänden begrenz-+e Räume, insbesonders
zum Stranggiessen.
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Pie Erfindung betrifft ein Verfahren bezw. Vorrichtungen zur Feeinflussung
des Durchflusses metallischer Schmelzen durch von Wänden begrenzte Räume, insbeson
-ders zum Stranggiessen einschliesslich des Dünnbrsmmenstranggiessens.
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Fei vielen Giessverfahren, insbesonders beim Stranggiessen, muss der
Durchfluss metalloischer Schmelzen durch von festen Wänden begrenzte Räume, wie
beispielswiese durch Pohre und Spalten, beeinflusst werden, sei es, dass er in seiner
Grösse einstellbar gemackt werden russ, sei es, dass er überbaupt ermöglicht wird.
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Die Pinstellung der Gröse desDurchflusses wird durch Form und Grössenmasse
diesen Räure und wenn nötig durch Vertile oder Schieben beeinflusst. In manchen
Fällen sind mechanisch wirkende Durchfluss-Stellglieder der genannten Art schlecht
anwendbar, wie beispielsweise bei dem Verfahren des fortlaufenden Dünnhrammengusses.
Hierbei soll der Purchfluss in einem engen Spalt auf eine solche Grösse eingestellt
werden, dass die Flüssiggetallnachlieferung üher die gesamte Erammenbreite und damit
auch über die Kokillenkohlraumbriete atsreichend gleichmässig verteilt ist. Ausserden
soll der Purchfluss der Ziehgeschwindigkeit der Dünnbramme entsprechen.
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Das Fünnbrammenstranggiessen wird als Senkrecht -und als Pogenstranggiessen
durchführbar, wobei der Flüssigretalltransprert vom Vorratsgefäss zur schwingenden
Kokille über eine Freistrecke zwischen dieser und dem das Flüssigmetall zuführenden
Spalt erfolgt.
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Pesondere Schwierigkeiten treten auch beim Waagerecht-und Schrägstranggiessen
mittels schwingender Kokille auf. Pieses Verfahren ist für runde und andere nicht
ausgesprochen flache Guerschnitte geeignet. wenn es gelingt, die in der Fohrleitung
zwischen dem Flüssigme-+all und der schwingenden Kokille notwendige Ausgleichstrecke
betriebsicher und ausreichend dicht zu gestalten.
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Fach der Peutschen Offenlegungsschrift 2756112 ist die Ausgleichstecke
als Freistrecke ausgehildet. Pabei werden zur Abdichtung längs der Freistrecke statische
Fraftfelder vorgeschlagen, die sich aus der Finwirkung von Nagnetwechselfeldern
auf von diesen in der Schmelze induzierte elektrische Strãmungsfelder ergeben.
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Fs wäre technisch einfacher, die Ausgleichstrecke als Pingstalt zweier
ineinander gesteckter und gegeneinander beweglicher Fohre auszubilden. Per unerwünschte
Purchfluse durch diesen Ringspalt ins Praie sollte dabei möglichst klein gehalten
werden können oder ganz unterbunden werden. Pabei soll während des Betriebes einschliesslich
des Anfahrens uns Stillsetzens eine Peschädigung der Ausgleichstrecks-hestehend
aus den ineinander gesteckten Pohrstücken- nicht eintreten.
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Pierbei sind mechanische Mittel wie Schieber oder Ventile innerhalb
des Ringspaltes nicht anwendbar.
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Die Aufgabe vorliegender Frfindung besteht derin, ein
Verfahren
zur Peeinflussung des Durchflusses metalliacher Schmelzen durch von Wänden begrenzte
Räume anzugeben, welches ohne bewegliche mechanische, auf die Scmelze unmittelbar
einwirkende mechanische Mittel, wie Ventile oder Schieber, auskommt. Für die in
Betracht kogmenden Answendungen kann die Feeinflussung verbältnismössig langsam
erfolgen.
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Die erfinderische Verfahrenslösung besteht darin, dass der dem jeweiligen
Verwendungszveck angepasste Sollwert des Purchflusses durch den von festen Wänden
begrenzten Faum durch Frzwingng der dem gewünschten Purchfluss entsprechende Viscosität
über die Einstellung der Temperatur des metallischen Materials erzielt wird. Pabei
erfolgt die Finatellung dieser Temperatur nach Fedarf durch Kühlung oder Heizung
oder durch eine Kombination von Kühlung und Beizung.
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Es kann nötig sein, in dem von Wänden begrenzten ,dan flüssigemetall
enthaltenden Raume unterschiedliche Temperaturwerte anzuwenden. Dies ist beispielsweise
beim Pünnbrammenstrangguss nötig. In den Gebieten, in denen die Kokillenkühlung
sich am stärksten auswinkt, also nabe den beiden kürzeren Seiten der Flachkokillen-Fintritts-Querschnittes
muss die Flüssigmetalltemperatur auf höheren Werten gehalten werden als im übrigen
Spalt4 Der Spalt in diesen Gebieten wird verengt ausgeführt, um über die gesamte
Breite des Kokillenquerschnitts gleiche querschnittsspezifische Durchflusswerte
zu gewährleisten.
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Als Kühlmedium können fluide Stoffe dienen, welche die dem Flüssigmetall
abgewandten Oberflächen der Wände kühlen. Das Flüssigmetall gitt dann Wärmeleistung
durch Wärmeleitung durch die Wende hindurch an deren Ober-
flächen
ab. Geeignete fludie Fühlmedien sind Pressluft und Pressgesse wie Stickstoff oder
Argon.
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Die genannten Oberflächen können auch durch Verdamfungskühlung etwa
durch Anspritzen mit fein verteilten Wassertropfen Wärmeleistung abgeben.
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Die Wirksamkeit kühlender Massnahmen kann durch die Temperatur der
Fluide und deren Geschwindigkeit gesteuert werden. Zur Heizung können heisse Gase
wie Flammengase dienen, die auf der zu kühlenden Oberfläche mit dem Kühlgasstrom
gemeinsam wirken. Zur Heizung eignet sich besonders gut die elektrische Feizung
durch Induktion.
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Für keline runde sowie kleine quadratische und rechteckige Strangouerschnitte
sowie für die extrem flachen Querschnitte der Düûnnbrammen-Flüssigmetall-Zuführungs-Spalte
kann gegebenenfalls auf die zusätzlich Eüblung verzichtet werden, wenn die "natürliche
Kühlwirkung" entsprechend der Newton-Abkühlungsbedingung ausreicht.
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Um den Flüssigkeitsaustritt durch den Ringspalt für die Verfahrensdurchführung
unschädlich werden zu lassen, kann das durchtretende Metallfluid für den Fortgang
des Stranggiessens unschädlich abgeleitet werde. Fs kann aber auch der Durchtritt
gönzlich unterbunden werden, indem man eine zusätzlich Abdichtung durch statische
Kraftfelder bewirkt, die in bekannter Weise aus der Wechselwirkung zwischen Magnetwechselfeldern
und von diesen in der Schmelze innerhalb des Ringspaltes induzierten elektrischen
Strömungsfeldern resultieren. Dabei reichen relativ kleine Leistungen aus, da das
zurückzudrängende Schmelzmaterial innerhalb des Ringspaltes ein nur geringes Volumen
einnimmt.
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Fine andere Ausgestaltung des erfindungsgemässen neuen
Verfahrens
besteht darin, dass der Ringspalt relativ weit ausgeführt wird und durch die Finstellung
der Temperatur das im Ringspalt vorhandene AMaterial eine hohe Visoosität bekommt,
sodass es auf Grund seiner Zäflüssigkeit nur sehr langsam fliessen kann, andererseits
aber die mit der Kokillenoszillation kongruente gegenseitige Verschiebung der übereinander
gesteckten Rohrenden ohne Bruchgefahr möglich ist.
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Die oben angeführten elektromagnetisch erzeugten Kraftfelder kann
man such hierbei auf das im Ringsplat befindliche Schmelzenmaterial zur gänzlichen
Abdichtung zusäzlich einwirken lassen.
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Pas bisher beschriebene neuartige Verfahren sowie rinrichtungen zur
Druchführung desselben bilden den Gegen des Anspruches 1 und seiner nachgeordneten
Ansprüche, wobei in diesen auch vorteilhafte Weiterbildungen des Verfehrens sowie
Finrichtungen zur Durchführung beansprucht werden. Deren gedanklicher und sachlicher
Inhalt soll als Bestandteil der Beschreibung gelten, ohne dass an dieser Stelle
der Wortlaut der Ansprüche wiederhlot wird.
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Vier Ausführungsbeispiele gemäss dem neuen Verfahren werden nachfolgend
an Hand der Figuren 1 ...4 erläutert. Find Dünnbrammenstrangguseeinrichtung zeigt
Fig. 12 Vom Vorratsgefäss 1 gelangt das Flüssigmetall 2 infolge der Schwerkraft
in das Rohr 3 . Diesem gegebenenfalls vorgeschaltete Absperrvorrichtungen sind nicht
gezwichnet. Beim Dünnbrammenstrangguss ist der Metallzufluss über die gesamte Breitseite
der Kokille 4 zu verteilen. Daher muss das Rohr 3 eine solche Form nahe der Kokille
4 aufweisen,dass ein enger Spalt 5 ,der sich über die Kokillenbreite erstreckt,
die vorgenannte Auf-
gabe erfüllt. Die Kokille 4 oszilliert in
Pfeilrichtung ; .Die Kokille 4 ist stark vereinfacht dargestellt. Die zu ihrer Kühlung
notwendigen Einrichtungen sind nicht gezeichnet. In der Kokille 4 beginnt die Erstarrung
des Flüssigmetalls 2 wodurch der Strang 7 entsteht'der in Fichtung des Pfeiles 9
aus der Kokille gezogen wird. Die sich verfestigende Metallphase 8 ist durch Schraffierung
hervorgehoben.
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Das metall 2 muss während des Betriebes der Dünnbrammenstranggussanlage
einschliesslich den Anfahr-und Stillsetzungszeiten, also auch wöhrend des "Fin-"
und "Ausschaltens" innerhalb des Spaltes 5 flüssig gehalten werden, was erfindungsgemäss
über die Erzwingung aer dementsprechenden Temperatur und damit der ge -wünschten
Viscosität erfolgt. Daher ist eine Heizung vorgesehen, die auf das im Spalt 5 befindliche
metall einwirkt. Im Beispiel ist eine induktive Reizung uber die mit hochfrequenten
elektrischen Strömen beauf -schlagte Induktionsspule 10 vorgesehen. Damit eine gute
Ausnutzung der von dieser Spule abgestrahlten elektromagnetischen Energie erfolgen
kar,n,muss die vermendete Frequenz f der Bedingung gengügen:
Darin ist d die Spaltenge, die spezifische elektrische Leitföfigkeit des Flüssigmetalls,
µdie magnetische Fermesbilität des Flüssigmetalls und # die Kreiszahl 3,14159....
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Unter Umständen kann es auch nötig werden, zur Unterstützung des Steuerungs-und
gevebenenfalls eines Regelvorganges zusätzlich zu kühlen etwa durch Pressluft,die
zwischen die Spule 10 und das Rohr 3
leitet wird.
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In der Figur 2 ist eine dem erfinderischen Verwahren dienende weiterentwickelte
Fingiessanlage ausschnittswiese dargestellt. 1 ist wie in der Figur 1 das Flüssigmetallvorratsgefäss
und 2 das Flüssigmetall. Dieses wird nach der Darstellung in der Figur 2 durch eine
Reihe von Einzelrohren, von denen nur drei ,nämlich die Rohre 11 , 12 und 13 r'it
den sie umgebenden Spulen 14 ,15 und 15 gezeichnet sind, dem Innenraum der nicht
dargestellten Kokille zugeleitet. Der sich längs der Breite des Kokilleneintritts
-Querschnittes erstreckende Spalt 5 nach Figur 1 ist nach Figur 2 durch eine Anzahl
von Finzeloffnungen ersetzt, von denen in der Figur drei, nämlich die Austrittsdurchgänge
17, 18 und 19 dargestellt sind. Durch diese Anordnung ist es möglich, nicht nur
zeitlich, sondern auch örtlich die Heizleistung zum Zwecke der Erzielung der gewünschten
Viscosität entsprechend dem Frfindungsgedanken zu variieren.
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Für die Wahl der Frequenz gilt, was schon für das Beispiel nach Figur
1 ausgeführt wurde.
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In der Figur 3 ist ein Waagerechtstranggussgerät ,das unter Anwendung
des erfindungsgemässen Verfahrens arbeitet, behandelt.
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Das Rohr 20 dient der Fortleitung der von einem Vorratsgefäss zulaufenden
Scmelze in der Strömungsrich -tung des Pfeiles 21 zum Pohr 22, des die Schmelze
zur mit diesem starr verbundenen oszlllierenden Kokille weiterleitet. Vorratsgefäs,
Kokille und die Schmelze sind in der Figur 3 nicht dargestellt. Der Ringspalt 23
erlaubt die der Kokillenoszillation entsprechende Relativbewegung der Rohre 20 und
22.
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an kann die Rohre gut einpassen und deren gegenseitige Gleitflächen
aus reibungsarmem material wie beispielsweise Bornitrid ausführen. Dann wird nur
wenig Schmelzmaterial über die Abtropfringe dem Stranggussprozess verlorengeben.
Falls aber die Schmelze im Ringspalt 23 zu niedrige Viscostät aufweisen sollte oder
sogar einfriert, ist ein Bruch der Rohre zu erwarten.
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Durch Anwendung des erfindungsgemässen Verfahrens wird dies verhindet.
Hierzu dient die mit Hochfrequenzstrom beaufschlagte Spulenlsombination 25. durch
die eine Induktionsheizung des im Ringspalt vorhandenen metalls bewirkt wird.
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Wird ein weiterer Spalt gewählt, so kann sehr viel Mate rial durch
diesen austreten, wenn nicht erfindungsgemäss durch zusätzlich Kühlung eine tiefere
Schmelzentemperatur und damit eine höhere Schmelzenviscosität im Ringspaltgebiet
erzwungen wird. Dazu kann Pressluft oder Pressluft mit Wassersprühnebel in Richtung
des Pfeilpaktetes 26 dienen. Zur richtigen Temperatur-und damit Viscositätseinstellung
kann dabei auch zusätzlich induktiv über die Spulenkombination 25 gebeizt werden.
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Der Metallverlust kann unterbunden werden, wenn zusätzlich üëber die
mittelfrequenzbeaufschlagte Spule 27 im Material innerhalb des Ringspaltes 23 ein
etwa In Pinchtung des Pfeiles 21 verlauf endes Eraetfeld aufgebaut wird.
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In der Figur 4 ist der Ringspalt 28 schräg gegen die Längsachsen der
Rohre 29 und 30 seneigt.Dadurch kann der Fingspalt 28 beidseitig durch Heiz-und
Kühlströmungen beauf schlagt werden. Diese können in Richtung
der
Pfeilpakete 31 und der Pfeile 32 verlaufen. In diese Richtungen können aber auch
Gasströme gelenkt werden,deren Temperatur auf einen solchen Wert gebracht wird,dass
sie die gewünschte viscosität und damit den gewünschten Durchfluss über die Flüssigmetalltemperatur
bewirken.
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man kann, wenn nötig, den innerhalb der Rohre 29 und 30 fliessenden
Metallstrom durch zusätzliche feuerfeste Isolierschichten 33 und 34 vor den thermischen
rkungen der Pressgasströme der Richtungen 31 und 32 schützen.
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Für das neue Verfahren und damit auch für alle diesem entsprechenden
Vorrichtungen ist zu bacbten,dass der Ort der Temperatureinstellung nicht immer
mit dem Ort, an dem eine bestimmte Viscosität gewünscht wird, überstimmen muss.
Wenn der Durchfluss null oder sehr klein sein soll, können diese Orte übereinstimmen.
Je grösser die Durchflussgeschwindigkeit ist, desto mehr muss der Ort der Temperaturbeeiflussung
entgegengesetzt der Strömungsrichtung verschoben werden und desto ausgedehnter muss
die Strecke werden, längs der diese E wirkung vorgenommen wird.