DE69506225T2 - Electromagnetic retention of melt by current excitation - Google Patents
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Description
Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein Vorrichtungen und Verfahren zum elektromagnetischen Eindämmen von geschmolzenem Metall und insbesondere eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Verhindern des Austritts von geschmolzenem Metall durch die offene Seite eines sich vertikal erstreckenden Spaltes zwischen zwei horizontal beabstandeten Elementen, zwischen denen sich das geschmolzene Metall befindet.The present invention relates generally to devices and methods for electromagnetically containing molten metal, and more particularly to a device and method for preventing the escape of molten metal through the open side of a vertically extending gap between two horizontally spaced members between which the molten metal is located.
Ein Beispiel für ein Umfeld, in dem die vorliegende Erfindung betrieben werden soll, ist ein System zum kontinuierlichen Gießen von geschmolzenem Metall direkt in Streifen, z. B. Stahlstreifen. Ein derartiges System umfaßt typischerweise ein Paar horizontal beabstandete, sich gegensinnig drehende Walzen, die einen horizontal angeordneten, sich vertikal erstreckenden Spalt zwischen sich zum Aufnehmen des geschmolzenen Metalls aufweisen. Der von den Walzen gebildete Spalt verjüngt sich in Abwärtsrichtung zu dem Walzenspalt zwischen den Walzen. Die Walzen werden gekühlt und kühlen wiederum das geschmolzene Metall, wenn das geschmolzene Metall sich durch den Spalt abwärts bewegt und als ein fester Metallstreifen an dem Walzenspalt zwischen den Walzen austritt.An example of an environment in which the present invention is intended to operate is a system for continuously pouring molten metal directly into strips, e.g., steel strips. Such a system typically includes a pair of horizontally spaced, counter-rotating rolls having a horizontally disposed, vertically extending gap therebetween for receiving the molten metal. The gap formed by the rolls tapers downwardly to the nip between the rolls. The rolls are cooled and in turn cool the molten metal as the molten metal moves downward through the nip and exits as a solid strip of metal at the nip between the rolls.
Der Spalt weist benachbart zu jedem Ende einer Walze eine offene Seite auf. An jedem offenen Ende des Spaltes wird das geschmolzene Metall nicht von den Walzen eingedämmt. Um geschmolzenes Metall am Austreten durch die offene Seite des Spaltes nach außen zu hindern, muß ein Damm benutzt werden. Für diesen Zweck sind mechanische Dämme oder Abdichtungen verwendet worden, aber sie weisen Nachteile auf, die in US-Patent Nr. 4,936,374 von Pareg [sic] und in US-Patent Nr. 4,974,661 von Lari, et al. beschrieben sind und auf deren Offenbarungen hierin Bezug genommen wird.The gap has an open side adjacent to each end of a roll. At each open end of the gap, the molten metal is not contained by the rolls. To prevent molten metal from escaping through the open side of the gap, a dam must be used. Mechanical dams or seals have been used for this purpose, but they have disadvantages which are described in U.S. Patent No. 4,936,374 to Pareg [sic] and in U.S. Patent No. 4,974,661 to Lari, et al., the disclosures of which are incorporated herein by reference.
Um die der Verwendung von mechanischen Dämmen und Abdichtungen innewohnenden Nachteile zu überwinden, sind Anstrengungen unternommen worden, um das geschmolzene Metall durch Benutzung eines Elektromagneten mit einem Magnetkern, der von einer elektrisch leitfähigen Spule umgeben ist und ein Paar beabstandete Magnetpole aufweist, die sich benachbart zu der offenen Seite des Spaltes befinden, an der offenen Seite des Spaltes einzudämmen. Der Magnet wird von dem Fluß eines zeitlich variierenden Stromes (z. B. Wechselstrom oder schwankender Gleichstrom) durch die Spule erregt, und der Magnet erzeugt ein zeitlich variierendes Magnetfeld, das sich quer über die offene Seite des Spaltes und zwischen den Polen des Magneten erstreckt. Das Magnetfeld kann in Abhängigkeit von der Anordnung der Pole des Magneten entweder horizontal oder vertikal sein. Beispiele für Magnete, die ein horizontales Feld erzeugen, sind in dem obengenannten US-Patent Nr. 4,936,374 Pareg von [sic] und in US-Patent Nr. 5,251,685 von Praeg beschrieben. Beispiele für Magnete, die ein vertikales Magnetfeld erzeugen, sind in dem obengenannten Lari et al. -US-Patent Nr. 4,974,661 beschrieben. Die Offenbarungen dieser Patente werden durch Bezugnahme hierin aufgenommen.To overcome the disadvantages inherent in the use of mechanical dams and seals, efforts have been made to contain the molten metal at the open side of the gap by using an electromagnet having a magnetic core surrounded by an electrically conductive coil and having a pair of spaced magnetic poles located adjacent to the open side of the gap. The magnet is energized by the flow of a time-varying current (e.g., alternating current or fluctuating direct current) through the coil, and the magnet produces a time-varying magnetic field extending across the open side of the gap and between the poles of the magnet. The magnetic field can be either horizontal or vertical, depending on the arrangement of the poles of the magnet. Examples of magnets that produce a horizontal field are described in the above-referenced U.S. Patent No. 4,936,374 to Pareg [sic] and in U.S. Patent No. 5,251,685 to Praeg. Examples of magnets that produce a vertical magnetic field are described in the above-referenced Lari et al. U.S. Patent No. 4,974,661. The disclosures of these patents are incorporated herein by reference.
Das zeitlich variierende Magnetfeld induziert Wirbelströme in dem geschmolzenen Metall benachbart zu der offenen Seite des Spaltes. Die induzierten Wirbelströme bringen ihr eigenes zeitlich variierendes Magnetfeld hervor, das an der offenen Seite des Spaltes eine Magnetflußdichte liefert, die zu der von dem Magnetfeld von dem Elektromagneten bereitgestellten Magnetflußdichte hinzukommt. Die resultierende Abstoßungsmassenkraft ist auf das geschmolzene Metall an der offenen Seite des Spaltes gerichtet. Die Abstoßungsmassenkraft kann wie folgt ausgedrückt werden:The time-varying magnetic field induces eddy currents in the molten metal adjacent to the open side of the gap. The induced eddy currents give rise to their own time-varying magnetic field, which provides a magnetic flux density at the open side of the gap that is in addition to the magnetic flux density provided by the magnetic field from the electromagnet. The resulting repulsive mass force is directed at the molten metal at the open side of the gap. The repulsive mass force can be expressed as can be expressed as follows:
f = J · B,f = J · B,
wobeiwhere
f = die Abstoßungsmassenkraft an der offenen Seite des Spaltes,f = the repulsive mass force on the open side of the gap,
J = die Spitzeninduktionsstromdichte in dem geschmolzenen Metall ist,J = the peak induction current density in the molten metal,
B = die Spitzenmagnetflußdichte aufgrund (1) des Magnetfeldes von dem Elektromagneten und (2) des Magnetfeldes von den induzierten Wirbelströmen ist.B = the peak magnetic flux density due to (1) the magnetic field from the electromagnet and (2) the magnetic field from the induced eddy currents.
Eine weitere Behelfslösung zum magnetischen Eindämmen von geschmolzenem Metall an dem offenen Ende eines Spaltes zwischen einem Walzenpaar besteht darin, benachbart zu der offenen Seite des Spaltes eine Spule anzuordnen, durch die ein zeitlich variierender Strom fließt. Dies läßt die Spule ein Magnetfeld erzeugen, das Wirbelströme in dem geschmolzenen Metall benachbart zu der offenen Seite des Spaltes induziert, was zu einer Abstoßungsmassenkraft führt, die der oben in Verbindung mit dem Magnetpole benachbart zu dem Spalt benutzenden System ähnelt. Ausführungsformen eines spulenartigen magnetischen Absperrdammes sind in Gerber et al. -US-Patent Nr. 5,197,534 und Gerber-US-Patent Nr. 5,279,350 beschrieben, und die Offenbarungen sind hierin durch Bezugnahme eingeschlossen.Another expedient for magnetically confining molten metal at the open end of a gap between a pair of rollers is to place a coil adjacent to the open side of the gap through which a time-varying current flows. This causes the coil to generate a magnetic field that induces eddy currents in the molten metal adjacent to the open side of the gap, resulting in a repulsive mass force similar to that described above in connection with using magnetic poles adjacent to the gap. Embodiments of a coil-type magnetic dam are described in Gerber et al. U.S. Patent No. 5,197,534 and Gerber U.S. Patent No. 5,279,350, and the disclosures are incorporated herein by reference.
Bezüglich der Abstoßungsmassenkraft gibt weiterhin das Integral derselben den mittleren magnetischen Abstoßungsdruck P an, der im Falle der spulenartigen Ausführungsform eines magnetischen Absperrdammes ausgedrückt werden kann wie folgt:Regarding the repulsive mass force, the integral of the same also indicates the mean magnetic repulsive pressure P which, in the case of the coil-like embodiment of a magnetic dam, can be expressed as follows:
P = kB²/4u, wobeiP = kB²/4u, where
k = der Kopplungsfaktor zwischen der Spule und dem geschmolzenem Metall ist,k = the coupling factor between the coil and the molten metal,
u = die magnetische Permeabilität von Luft (und von geschmolzenem Metall) ist,u = the magnetic permeability of air (and of molten metal),
B = die Spitzenmagnetflußdichte (wie oben beschrieben) ist.B = the peak magnetic flux density (as described above) .
Der Kopplungsfaktor ist typischerweise geringer als 1. Wenn das geschmolzene Metall Stahl ist und die Frequenz des zeitlich variierenden elektrischen Stromes 3000 Hz beträgt, kann der Kopplungsfaktor (k) näherungsweise Werte irgendwo zwischen 0,18 und 0,90 in Abhängigkeit von der Geometrie des Metallschmelzebades an der offenen Seite des Spaltes aufweisen. Der Kopplungsfaktor nimmt mit erhöhter Hauttiefe (d. h. Eindringen) der induzierten Wirbelströme in dem geschmolzenen Material ab. Die Hauttiefe nimmt mit einer Verringerung der Frequenz zu; somit führt eine Verminderung der Frequenz zu einer Abnahme des Kopplungsfaktors (k), was wiederum den Abstoßungsmassendruck (P) vermindert.The coupling factor is typically less than 1. If the molten metal is steel and the frequency of the time-varying electric current is 3000 Hz, the coupling factor (k) can have approximate values anywhere between 0.18 and 0.90 depending on the geometry of the molten metal pool at the open side of the gap. The coupling factor decreases with increasing skin depth (i.e. penetration) of the induced eddy currents in the molten material. The skin depth increases with a decrease in frequency; thus a decrease in frequency leads to a decrease in the coupling factor (k), which in turn decreases the repulsion mass pressure (P).
Um den geschmolzenen Stahl zu halten, muß der Abstoßungsmassendruck wenigstens gleich dem Druck sein, der das geschmolzene Metall durch die offene Seite des Spaltes zwischen den Walzen nach außen drückt. Der Abstoßungsmassendruck (P) kann durch der Erhöhen der Spitzenmagnetflußdichte (B), die von dem Damm erzeugt wird, erhöht werden, aber eine Erhöhung der Flußdichte erhöht auch den Energieverlust in dem Damm (als Wärme verbrauchte Energie) erhöht wird. Der mittlere Energieverlust pro Einheitsgebiet in dem Damm (PL) wird wie folgt ausgedrückt:To hold the molten steel, the repulsive mass pressure must be at least equal to the pressure that pushes the molten metal out through the open side of the gap between the rolls. The repulsive mass pressure (P) can be increased by increasing the peak magnetic flux density (B) produced by the dam, but increasing the flux density also increases the energy loss in the dam (energy consumed as heat). The average energy loss per unit area in the dam (PL) is expressed as follows:
PL = B²/(2u²δ),PL = B²/(2u²δ),
wobei (6) die Hauttiefe in Kupfer ist, aus dem die Eindämmspule zusammengesetzt ist, und (u) die magnetische Permeabilität von Kupfer ist.where (6) is the skin depth in copper of which the containment coil is composed and (u) is the magnetic permeability of copper.
Anhand der vorangehenden Gleichung ist es ersichtlich, daß der Energieverlust in dem Damm durch Erhöhen der Hauttiefe (δ), die durch Verringern der Frequenz des zeitlich variierenden Stromes erhöht werden kann, verringert werden kann. Wie es jedoch oben bemerkt wurde, verringert eine Verringerung der Frequenz den Kopplungsfaktor (k), der wiederum eine Abnahme des Abstoßungsmassendruckes (P) erzeugt. Es ist erwünscht, (1) einen Abstoßungsmassendruck bereitzustellen, der ausreichend hoch ist, um das geschmolzene Metall zu halten, während (2) der Energieverlust in dem Damm verringert wird. Mit anderen Worten sollte man ein relativ hohes Verhältnis von Haltedruck zu Energieverlust in dem Damm bereitstellen. Dieses Verhältnis (P/PL) kann wie folgt ausgedrückt werden:From the foregoing equation, it is apparent that the energy loss in the dam can be reduced by increasing the skin depth (δ), which can be increased by decreasing the frequency of the time-varying current. However, as noted above, decreasing the frequency decreases the coupling factor (k), which in turn produces a decrease in the repulsion mass pressure (P). It is desirable to (1) provide a repulsion mass pressure sufficiently high to hold the molten metal while (2) reducing the energy loss in the dam. In other words, one should provide a relatively high ratio of holding pressure to energy loss in the dam. This ratio (P/PL) can be expressed as follows:
P/PL = δku/2, wobeiP/PL = δku/2, where
(δ) die Hauttiefe in Kupfer (das Material der Spule) ist(δ) is the skin depth in copper (the material of the coil)
(u) die magnetische Permeabilität von Luft (und von Kupfer und dem geschmolzenen Stahl) ist und(u) is the magnetic permeability of air (and of copper and molten steel) and
(k) der Kopplungsfaktor zwischen der Spule und dem geschmolzenen Metall ist.(k) is the coupling factor between the coil and the molten metal.
Für Beschreibungszwecke kann die magnetische Permeabilität (u) von Luft, Kupfer und dem geschmolzenen Stahl als gleich angenommen werden.For descriptive purposes, the magnetic permeability (u) of air, copper and the molten steel can be assumed to be equal.
Die obengenannten wünschenswerten Eigenschaften werden durch die gemäß den unabhängigen Ansprüchen 1 und 17 beanspruchte Erfindung erzielt. Bevorzugte Ausführungsformen werden in den abhängigen Ansprüchen beansprucht.The above desirable properties are achieved by the invention as claimed in independent claims 1 and 17. Preferred embodiments are claimed in the dependent claims.
Der Energieverlust in dem Damm wird ohne irgendeine wesentliche Abnahme des Abstoßungsmassendruckes verringert. Dies wird durch Verwendung eines Leitungsstromes in dem geschmolzenen Metall bewerkstelligt. Eine derartige Anordung weist mehrere Vorteile (unten beschrieben) gegenüber einer nur induzierte Wirbelströme in dem geschmolzenen Metall zum Erzeugen eines magnetischen Eindämmfeldes verwendenden Anordnung auf.The energy loss in the dam is reduced without any significant decrease in the repulsive mass pressure. This is accomplished by using a conduction current in the molten metal. Such an arrangement has several advantages (described below) over an arrangement using only induced eddy currents in the molten metal to generate a magnetic confinement field.
Die in allen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung benutzte Eindämmspule weist einen vertikal angeordneten ersten Eindämmspulenbereich auf, der zu dem Metallschmelzebad an der offenen Seite des Spaltes zwischen den Walzen der Endlosstreifengießvorrichtung zeigt. Die Unterseite des ersten Spulenbereiches ist mit der Unterseite eines vertikal angeordneten zweiten Eindämmspulenbereiches elektrisch verbunden.The containment coil used in all embodiments of the present invention has a vertically disposed first containment coil portion facing the molten metal pool at the open side of the gap between the rolls of the continuous strip casting apparatus. The bottom of the first coil portion is electrically connected to the bottom of a vertically disposed second containment coil portion.
Eine obere Elektrode erstreckt sich in die Oberseite des Metallschmelzebades benachbart zu der offenen Seite des Spaltes hinein. Weitere untere Elektroden oder Bürsten (a) berühren den verfestigten Stahlstreifen an einem Ort genau unter dem Walzenspalt der Walzen benachbart zu der offenen Seite des Spaltes oder (b) berühren die zwei Walzen an dem Ort oder (c) berühren sowohl den Streifen als auch die Walzen wie in (a) und (b) in Kombination.An upper electrode extends into the top of the molten metal bath adjacent to the open side of the gap. Additional lower electrodes or brushes (a) contact the solidified steel strip at a location just below the nip of the rolls adjacent to the open side of the gap or (b) contact the two rolls at that location or (c) contact both the strip and the rolls as in (a) and (b) in combination.
In allen Ausführungsformen wird ein zeitlich variierender Strom in den ersten Eindämmspulenbereich eingeleitet. In einer Ausführungsform fließt der gesamte Strom von der Stromquelle (z. B. die Sekundärspule eines Transformators) anfänglich durch den ersten Spulenbereich nach unten und wird er dann in zwei Stromflüsse aufgeteilt: (a) ein Stromfluß wird durch den zweiten Eindämmspulenbereich nach unten gelenkt; (b) ein weiterer Stromfluß wird zu den unteren Elektroden oder Bürsten genau unter dem Walzenspalt der Walzen gelenkt und fließt dann als Leitungsstrom durch das Metallschmelzebad zu der oberen Elek trode nach oben.In all embodiments, a time-varying current is introduced into the first containment coil region. In one embodiment, all current from the power source (e.g., the secondary coil of a transformer) initially flows downward through the first coil region and is then split into two current flows: (a) one current flow is directed downward through the second containment coil region; (b) another current flow is directed to the lower electrodes or brushes just below the nip of the rolls and then flows as a conduction current through the molten metal pool to the upper electrode. trode upwards.
In einer weiteren Ausführungsform wird der Strom von der Stromquelle anfänglich als zwei separate diskrete Stromflüsse bereitgestellt: (a) ein Stromfluß wird durch die ersten und zweite Eindämmspulenbereiche wie oben beschrieben gelenkt; (b) der andere Stromfluß wird anfänglich zu den obengenannten unteren Elektroden oder Bürsten gelenkt und fließt als ein Leitungsstrom durch das geschmolzene Metall wie oben beschrieben nach oben.In another embodiment, the current from the power source is initially provided as two separate discrete current flows: (a) one current flow is directed through the first and second containment coil regions as described above; (b) the other current flow is initially directed to the above-mentioned lower electrodes or brushes and flows upward as a conduction current through the molten metal as described above.
In allen Ausführungsformen sind in dem Metallschmelzebad induzierte Wirbelströme sowie ein Leitungsstrom vorhanden. Diese Wirbelströme werden in dem Metallschmelzebad von dem Magnetfeld induziert, das von der Eindämmspule erzeugt wird. Die Magnetflußdichte (B), die den Abstoßungsmassendruck zum Eindämmen des Metallschmelzebades erzeugt, schließt drei Komponenten ein: (1) die Magnetflußdichte aufgrund des von dem durch die Eindämmspule fließenden Stromes erzeugten Magnetfeldes; (2) die Magnetflußdichte aufgrund des von den induzierten Wirbelströmen in dem Metallschmelzebad erzeugten Magnetfeldes; und (3) die Magnetflußdichte aufgrund des von dem durch das Metallschmelzebad fließenden Leitungsstrom erzeugten Magnetfeldes. Die zweite Komponente, d. h. (2), ist im Hinblick auf die gesamte Magnetflußdichte im wesentlichen um einen Faktor geringer als in einer Anordnung, in der die elektrischen Ströme in dem Metallschmelzebad einzig und allein induzierte Wirbelströme sind.In all embodiments, induced eddy currents as well as a conduction current are present in the molten metal pool. These eddy currents are induced in the molten metal pool by the magnetic field generated by the containment coil. The magnetic flux density (B) that generates the repulsive mass pressure for containing the molten metal pool includes three components: (1) the magnetic flux density due to the magnetic field generated by the current flowing through the containment coil; (2) the magnetic flux density due to the magnetic field generated by the induced eddy currents in the molten metal pool; and (3) the magnetic flux density due to the magnetic field generated by the conduction current flowing through the molten metal pool. The second component, i.e. (2), is essentially a factor lower in terms of the total magnetic flux density than in an arrangement in which the electrical currents in the molten metal bath are solely induced eddy currents.
Wie es oben bemerkt wurde, gibt es, wenn die Frequenz des zeitlich variierenden Stromes verringert wird, eine Abnahme des Energieverlustes in der Spule des Absperrdammes; aber es gibt auch eine Zunahme der Hauttiefe (8), in dem Metallschmelzebad, der induzierten Wirbelströme. Diese Zunahme der Hauttiefe (Eindringtiefe der Wirbelströme) verringert den Kop lungsfaktor (k) zwischen der Eindämmspule und dem geschmolzenen Metall, was wiederum den Abstoßungsmassendruck herabsetzt.As noted above, when the frequency of the time-varying current is reduced, there is a decrease in the energy loss in the coil of the dam; but there is also an increase in the skin depth (8), in the molten metal pool, of the induced eddy currents. This increase in the skin depth (penetration depth of the eddy currents) reduces the head factor (k) between the containment coil and the molten metal, which in turn reduces the repulsion mass pressure.
In Bezug auf den Leitungsstrom in dem Metallschmelzebad ist jedoch die Eindringtiefe des Stromes (Stromverteilung) nicht so sehr eine Funktion der Frequenz, sondern eher eine Funktion der Anordnung der Elektroden. (Wenn der zeitlich variierende Leitungsstrom schwankender Gleichstrom ist, hat eine Verringerung der Frequenz im wesentlichen keine Wirkung auf die Stromverteilung; wenn der zeitlich variierende Leitungsstrom Wechselstrom ist, weist eine Verringerung der Frequenz eine wesentlich verminderte Wirkung auf die Stromverteilung als eine Anordnung ohne Leitungsstrom in dem geschmolzenen Metall auf.) Somit erzeugt eine Verringerung der Frequenz des zeitlich variierenden Leitungsstromes nicht eine wesentliche Änderung in der Stromverteilung. Demgemäß gibt es keine wesentliche Abnahme des Kopplungsfaktors (k) (, der mit erhöhter Hauttiefe abnimmt).However, with respect to the conduction current in the molten metal bath, the penetration depth of the current (current distribution) is not so much a function of frequency, but rather a function of the arrangement of the electrodes. (If the time-varying conduction current is fluctuating direct current, a reduction in frequency has essentially no effect on the current distribution; if the time-varying conduction current is alternating current, a reduction in frequency has a significantly reduced effect on the current distribution than an arrangement with no conduction current in the molten metal.) Thus, a reduction in the frequency of the time-varying conduction current does not produce a significant change in the current distribution. Accordingly, there is no significant decrease in the coupling factor (k) (which decreases with increased skin depth).
Folglich erzeugt eine Abnahme der Frequenz zum Verringern des Energieverlustes in der Eindämmspule nicht eine Abnahme des mit dem Leitungsstrom verbundenen Kopplungsfaktors; noch erzeugt sie eine wesentliche Abnahme der Flußdichte aufgrund des von dem Leitungsstrom erzeugten Magnetfeldes. Irgendeine negative Wirkung auf den Abstoßungsmassendruck von einer derartigen Frequenzverringerung würde im wesentlichen geringer als die negative Wirkung sein, die sich in einer Situation ergibt, in der die elektrischen Ströme in dem Metallschmelzebad einzig und allein induzierte Wirbelströme wären.Consequently, a decrease in frequency to reduce energy loss in the containment coil does not produce a decrease in the coupling factor associated with the line current; nor does it produce a significant decrease in the flux density due to the magnetic field generated by the line current. Any negative effect on the repulsive mass pressure from such a decrease in frequency would be substantially less than the negative effect resulting from a situation where the electrical currents in the molten metal pool were solely induced eddy currents.
Ein Verringern der Frequenz des zeitlich variierenden Stromes verringert nicht nur den Energieverlust in der Eindämmspule, sondern verringert auch den Energieverlust in dem geschmolzenen Metall.Reducing the frequency of the time-varying current not only reduces the energy loss in the containment coil, but also reduces the energy loss in the molten metal.
Der zeitlich variierende Strom erzeugt ein zeitlich variierendes Magnetfeld mit einer entsprechenden Frequenz, die Zyklen mit zunehmender und abnehmender Magnetflußdichte umfaßt. Die Fähigkeit des Magnetfeldes, das geschmolzene Metall zu halten, kann ungünstig beeinflußt werden, wenn die Frequenz des zeitlich variierenden Stromes zu sehr verringert wird. Die Frequenz kann nicht unter einer unteren Grenze verringert werden, bei der das Zeitintervall zwischen der Spitzenmagnetflußdichte für aufeinanderfolgende Zyklen des zeitlich variierenden Magnetfeldes zu lang ist, um ein Herausfließen von geschmolzenem Metall durch die offene Seite des Spaltes zwischen den Walzen zu verhindern.The time-varying current produces a time-varying magnetic field with a corresponding frequency comprising cycles of increasing and decreasing magnetic flux density. The ability of the magnetic field to hold the molten metal can be adversely affected if the frequency of the time-varying current is reduced too much. The frequency cannot be reduced below a lower limit at which the time interval between the peak magnetic flux density for successive cycles of the time-varying magnetic field is too long to prevent molten metal from flowing out through the open side of the gap between the rolls.
Für einen bestimmten Eingangsstrom in dem Begrenzungssystem ist die von einer Anordnung gemäß der vorliegenden Erfindung, die einen Leitungsstrom in dem Metallschmelzebad benutzt, erzeugte Magnetflußdichte größer als die von einer Anordnung, in der der Strom in dem Metallschmelzebad einzig und allein aus induzierten Wirbelströmen besteht, erzeugte Magnetflußdichte.For a given input current in the confinement system, the magnetic flux density produced by an arrangement according to the present invention using a conduction current in the molten metal bath is greater than the magnetic flux density produced by an arrangement in which the current in the molten metal bath consists solely of induced eddy currents.
Weitere Merkmale und Vorteile ergeben sich aus der/dem beanspruchten und offenbarten Vorrichtung und Verfahren bzw. werden anhand der folgenden ausführlichen Beschreibung in Verbindung mit den beigefügten schematischen Zeichnungen für einen Fachmann ersichtlich werden.Further features and advantages will be apparent from the claimed and disclosed apparatus and method or will become apparent to one skilled in the art from the following detailed description taken in conjunction with the accompanying schematic drawings.
Fig. 1 ist eine Stirnansicht einer Endlosstreifengießvorrichtung, die eine Ausführungsform einer elektromagnetischen Eindämmvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung benutzt;Fig. 1 is an end view of a continuous strip casting apparatus employing an embodiment of an electromagnetic containment device according to the present invention;
Fig. 2 ist eine Aufsicht von einem Bereich des in Fig. 1 dargestellten Aufbaus,Fig. 2 is a plan view of a portion of the structure shown in Fig. 1,
Fig. 3 ist eine vergrößerte fragmentarische Stirnansicht eines Bereiches des in Fig. 1 gezeigten Aufbaus;Fig. 3 is an enlarged fragmentary end view of a portion of the assembly shown in Fig. 1;
Fig. 4 ist eine vergrößerte fragmentarische Stirnansicht, die Fig. 3 ähnelt;Fig. 4 is an enlarged fragmentary end view similar to Fig. 3;
Fig. 5 ist eine schematische Darstellung einer Ausführungsform der Eindämmvorrichtung, die Wechselstrom benutzt;Fig. 5 is a schematic representation of an embodiment of the containment device using alternating current;
Fig. 6 ist eine schematische Darstellung einer weiteren Ausführungsform der Eindämmvorrichtung, die Wechselstrom benutzt;Fig. 6 is a schematic representation of another embodiment of the containment device using alternating current;
Fig. 7 ist eine fragmentarische Aufsicht von einem Bereich der Eindämmvorrichtung, die die Richtung von mit der Vorrichtung verbundenen elektrischen Strömen und Magnetfeldern darstellt;Fig. 7 is a fragmentary plan view of a portion of the containment device illustrating the direction of electrical currents and magnetic fields associated with the device;
Fig. 8 ist eine vergrößerte fragmentarische Stirnansicht, die symbolisch einen weiteren Bereich der Vorrichtung darstellt; undFig. 8 is an enlarged fragmentary end view symbolically illustrating another portion of the device; and
Fig. 10 ist eine schematische Darstellung, die eine Ausführungsform der Eindämmvorrichtung darstellt, die Gleichstrom benutzt.Fig. 10 is a schematic diagram illustrating an embodiment of the containment device using direct current.
Als erstes auf Fig. 1 bis 3 Bezug nehmend ist allgemein bei 30 eine elektromagnetische Eindämmvorrichtung zum Verhindern des Austritts von geschmolzenem Metall 38 durch die offene Seite 36 eines sich vertikal erstreckenden Spaltes 35 zwischen zwei horizontal beabstandeten Elementen 31, 32, zwischen denen sich ein Bad 38 mit geschmolzenem Metall befindet, gekennzeichnet.Referring first to Figs. 1 to 3, there is generally indicated at 30 an electromagnetic containment device for preventing the egress of molten metal 38 through the open side 36 of a vertically extending gap 35 between two horizontally spaced members 31, 32 between which there is a bath 38 of molten metal.
Die horizontal beabstandeten Elemente umfassen ein Paar sich gegensinnig drehende Gießwalzen eines Endlosstreifengießers.The horizontally spaced elements comprise a pair of counter-rotating casting rolls of a continuous strip caster.
Die Gießwalzen 31, 32 weisen an der Unterseite des sich vertikal erstreckenden Spaltes 35 zwischen sich einen Walzenspalt 39 auf. Die sich gegenseitig drehenden Walzen umfassen eine Einrichtung zum Verfestigen von Metall aus dem Schmelzebad 38 in einen Endlosstreifen 37, der sich von dem Walzenspalt 39 nach unten erstreckt. Die Walzen 31, 32 werden in einer hier nicht beschriebenen herkömmlichen Weise gekühlt. Das Bad 38 ist typischerweise geschmolzener Stahl.The casting rolls 31, 32 have a nip 39 therebetween at the bottom of the vertically extending nip 35. The mutually rotating rolls include means for solidifying metal from the molten bath 38 into a continuous strip 37 extending downwardly from the nip 39. The rolls 31, 32 are cooled in a conventional manner not described here. The bath 38 is typically molten steel.
Bei der Eindämmvorrichtung 30 würde jedoch das geschmolzene Metall in dem Spalt 35 durch die offene Seite 36 des Spaltes 35 austreten. Obwohl nur eine offene Seite 36 und eine elektromagnetische Eindämmvorrichtung 30 in den Figuren gezeigt sind, sollte es verständlich sein, daß es eine Vorrichtung 30 an jeder der zwei offenen Seiten 36 des Spaltes 35 gibt.However, with the containment device 30, the molten metal in the gap 35 would exit through the open side 36 of the gap 35. Although only one open side 36 and one electromagnetic containment device 30 are shown in the figures, it should be understood that there is one device 30 on each of the two open sides 36 of the gap 35.
Nun auf Fig. 5 bis 7 und 10 Bezug nehmend, umfaßt eine elektromagnetische Eindämmvorrichtung 30 eine elektrisch leitfähige Eindämmspule 40 benachbart zu der offenen Seite 36 des Spaltes 35. Die Spule 40 erzeugt ein erstes horizontales Magnetfeld, das sich durch die offene Seite 36 des Spaltes 35 zu dem Metallschmelzebad 38 erstreckt.Referring now to Figures 5-7 and 10, an electromagnetic containment device 30 includes an electrically conductive containment coil 40 adjacent the open side 36 of the gap 35. The coil 40 generates a first horizontal magnetic field that extends through the open side 36 of the gap 35 to the molten metal pool 38.
Die Spule 40 umfaßt einen vertikal angeordneten ersten Eindämmspulenbereich 41, der zu der offenen Seite 36 des Spaltes 35 zeigt, und einen vertikal angeordneten zweiten Eindämmspulenbereich 42, der bei 43 mit dem ersten Spulenbereich 41 elektrisch verbunden ist. Der zweite Spulenbereich 42 befindet sich in einem Abstand hinter dem ersten Spulenbereich 41 und zeigt zu dem ersten Spulenbereich 41.The coil 40 includes a vertically disposed first containment coil portion 41 facing the open side 36 of the gap 35 and a vertically disposed second containment coil portion 42 electrically connected to the first coil portion 41 at 43. The second coil portion 42 is located a distance behind the first coil portion 41 and faces the first coil portion 41.
Nun Bezug nehmend auf Fig. 3 bis 6 und 10 umfaßt die elektromagnetische Eindämmvorrichtung 30 auch Bürsten 46, 47 zum elektrischen Kontaktieren wenigstens eines von (a) Streifen 37 und (b) Gießwalzen 31, 32 an einem Ort unter dem Walzenspalt 39 und benachbart zu dir offenen Seite 36 des Spaltes 35. Die Vorrichtung 30 umfaßt außerdem eine Elektrode 48 zum elektronischen Kontaktieren des Metallschmelzebads 38 an einem Ort über dem Walzenspalt 39 und benachbart zu der offenen Seite 36 des Spaltes 35.Referring now to Figs. 3 to 6 and 10, the electromagnetic containment device 30 also includes brushes 46, 47 for electrically contacting at least one of (a) strips 37 and (b) casting rolls 31, 32 at a location below the roll gap 39 and adjacent the open side 36 of the gap 35. The apparatus 30 also includes an electrode 48 for electronically contacting the molten metal pool 38 at a location above the roll gap 39 and adjacent the open side 36 of the gap 35.
Unter Bezugnahme auf Fig. 5, 6 und 10 gehört zu der Vorrichtung 30 ein Transformator 50, der eine Primärspule 51 zum Empfangen eines Eingangsstromes und wenigstens eine Sekundärspule, z. B. 52 in Fig. 6, einschließt. In der Ausführungsform von Fig. 5 umfaßt die Sekundärspule ein Paar separate, diskrete Spulenbereiche 52a und 52b. In der Ausführungsform von Fig. 10 liegt die Sekundärspule in Form einer Mittelabgriffspule vor, die mit 53 gekennzeichnet ist.Referring to Figures 5, 6 and 10, the device 30 includes a transformer 50 including a primary coil 51 for receiving an input current and at least one secondary coil, e.g. 52 in Figure 6. In the embodiment of Figure 5, the secondary coil comprises a pair of separate, discrete coil portions 52a and 52b. In the embodiment of Figure 10, the secondary coil is in the form of a center tap coil, indicated at 53.
Wieder auf die Ausführungsform von Fig. 5 Bezug nehmend weist der vertikal angeordnete erste Eindämmspulenbereich 41 jeweilige obere und untere Enden 44, 45 auf.Referring again to the embodiment of Fig. 5, the vertically disposed first containment coil portion 41 has respective upper and lower ends 44, 45.
Der vertikal angeordnete zweite Eindämmspulenbereich 42 weist jeweilige obere und untere Enden 54, 55 auf. Wie es vorangehend bemerkt wurde, umfaßt der Transformator 50 ein Paar separate, diskrete Sekundärspulenbereiche 52a und 52b. Jeder Sekundärspulenbereich schließt ein Paar entgegengesetzte Spulenanschlüsse ein. Eine Leitung 56 verbindet elektrisch einen Anschluß 70 des Sekundärspulenbereiches 52b mit dem oberen Ende 44 des ersten Eindämmspulenbereiches 41. Eine Rücklaufleitung 57 verbindet elektrisch den anderen Anschluß 71 des Sekundärspulenbereiches 52b mit dem oberen Ende 54 des zweiten Eindämmspulenbereiches 42. Eine Leitung 58 verbindet elektrisch einen Anschluß 60 des Sekundärtransformatorspulenbereiches 52a mit Bürsten 46, 47 über jeweilige Verzweigungsleitungen 58a, 58b (Fig. 3). Eine Rücklaufleitung 59 verbindet elektrisch den anderen Anschluß 61 des Sekundärspulenbereiches 52a des Transformators mit einer Elektrode 48.The vertically disposed second containment coil section 42 has respective upper and lower ends 54, 55. As previously noted, the transformer 50 includes a pair of separate, discrete secondary coil sections 52a and 52b. Each secondary coil section includes a pair of opposed coil terminals. A lead 56 electrically connects a terminal 70 of the secondary coil section 52b to the upper end 44 of the first containment coil section 41. A return lead 57 electrically connects the other terminal 71 of the secondary coil section 52b to the upper end 54 of the second containment coil section 42. A lead 58 electrically connects a terminal 60 of the secondary transformer coil section 52a to brushes 46, 47 via respective branch leads 58a, 58b (Fig. 3). A return line 59 electrically connects the other terminal 61 of the secondary coil area 52a of the transformer with an electrode 48.
Die Leitungen 56 und 57 umfassen eine erste Leitereinrichtung zum Lenken eines zeitlich variierenden elektrischen Stromes von dem Transformator 50 durch den ersten Spulenbereich 41, in einer ersten vertikalen Richtung (in Fig. 5 nach unten), und dann durch den zweiten Spulenbereich 42 in einer zweiten vertikalen Richtung entgegengesetzt zu der ersten vertikalen Richtung, d. h. durch den zweiten Spulenbereich 42 nach oben. Insbesondere fließt Strom von dem Sekundärspulenbereich 52b des Transformators durch die Leitung 56, dann durch den ersten Eindämmspulenbereich 41 nach unten, dann durch eine elektrische Verbindung 43, die die Unterseiten 45, 55 der Spulenbereiche 41 und 42 verbindet, dann durch den zweiten Eindämmspulenbereich 42 nach oben und dann durch die Rücklaufleitung 57 zu dem Sekundärspulenbereich 52b. Der durch die Eindämmspulenbereiche 41, 42 fließende zeitlich variierende Strom erzeugt ein erstes horizontales Magnetfeld benachbart zu der offenen Seite 36 des Spaltes 35.The lines 56 and 57 comprise a first conductor means for directing a time-varying electrical current from the transformer 50 through the first coil region 41, in a first vertical direction (downward in Figure 5), and then through the second coil region 42 in a second vertical direction opposite to the first vertical direction, i.e., upward through the second coil region 42. In particular, current flows from the secondary coil region 52b of the transformer through the line 56, then downward through the first containment coil region 41, then through an electrical connection 43 connecting the bottoms 45, 55 of the coil regions 41 and 42, then upward through the second containment coil region 42, and then through the return line 57 to the secondary coil region 52b. The time-varying current flowing through the containment coil regions 41, 42 generates a first horizontal magnetic field adjacent to the open side 36 of the gap 35.
Die elektrisch leitfähige Leitung 58, Verzweigungsleitungen 58a, 58b, Bürsten 46, 47, Elektrode 48 und elektrisch leitfähige Rücklaufleitung 59 umfassen eine zweite Leitereinrichtung zum Lenken eines zeitlich variierenden elektrischen Stromes von dem Sekundärspulenbereich 52a des Transformators vertikal durch das Metallschmelzebad 38 als Leitungsstrom benachbart zu der offenen Seite 36 des sich vertikal erstreckenden Spaltes 35. Der. Fluß des Leitungsstromes durch das Bad 38 ist in einer zu derjenigen des durch den ersten Eindämmspulenbereich 41 fließenden Stromes (d. h. durch das Metallschmelzebad 38 nach oben) entgegengesetzten Richtung. Dieser Leitungsstromfluß erzeugt ein zweites horizontales Magnetfeld benachbart zu der offenen Seite 36 des Spaltes 35.The electrically conductive line 58, branch lines 58a, 58b, brushes 46, 47, electrode 48 and electrically conductive return line 59 comprise a second conductor means for directing a time-varying electrical current from the secondary coil region 52a of the transformer vertically through the molten metal bath 38 as a conduction current adjacent to the open side 36 of the vertically extending gap 35. The flow of the conduction current through the bath 38 is in a direction opposite to that of the current flowing through the first containment coil region 41 (i.e., upward through the molten metal bath 38). This conduction current flow creates a second horizontal magnetic field adjacent to the open side 36 of the gap 35.
Die Richtungen der durch die ersten und zweiten Eindämmspulen bereiche 41, 42 fließenden Ströme sind jeweils bei 62, 63 gezeigt, und die Richtung des Leitungsstromes durch das Metallschmelzebad 38 ist bei 64 gezeigt (Fig. 5 und 7). Die Richtungen der ersten und zweiten horizontalen Magnetfelder sind jeweils bei 65 und 66 in Fig. 7 gezeigt. Die zwei Magnetfelder fließen in derselben Richtung und verstärken sich gegenseitig.The directions of the waves generated by the first and second containment coils The currents flowing through the regions 41, 42 are shown at 62, 63, respectively, and the direction of the conduction current through the molten metal bath 38 is shown at 64 (Figs. 5 and 7). The directions of the first and second horizontal magnetic fields are shown at 65 and 66, respectively, in Fig. 7. The two magnetic fields flow in the same direction and reinforce each other.
Die Eindämmspule 40 und die ersten und zweiten Leitereinrichtungen (wie oben beschrieben) umfassen eine Vorrichtung, die bei Anwesenheit des Metallschmelzebades 38 zusammenwirken, um einen magnetischen Abstoßungsdruck zu liefern, der das geschmolzene Metall von der offenen Seite 36 des Spaltes 35 weg nach innen drückt.The containment coil 40 and the first and second conductor means (as described above) comprise a device which, in the presence of the molten metal pool 38, cooperate to provide a magnetic repulsion pressure which forces the molten metal inwardly away from the open side 36 of the gap 35.
Nun auf die Ausführungsform von Fig. 6 Bezug nehmend umfaßt die Sekundärspule des Transformators eine einzige Spule 52. In dieser Ausführungsform verbindet die Leitung 56 einen Anschluß 90 der Sekundärspule 52 elektrisch mit dem oberen Ende 44 des ersten Eindämmspulenbereiches 41. Die Rücklaufleitung 57 verbindet das obere Ende 54 des zweiten Eindämmspulenbereiches 42 elektrisch mit dem anderen Anschluß 91 der Sekundärtransformatorspule 52. Das untere Ende 45 des ersten Eindämmspulenbereiches 41 ist durch eine elektrische Verbindung 43 und ein Paar Verbindungsleitungen 68 ( ,von denen nur eine Fig. 6 gezeigt ist) mit den Bürsten 46, 47 verbunden. Die Rücklaufleitung 59 verbindet die Elektrode 48 mit einem Anschluß 91 der Sekundärtransformatorspule 52. Wie es oben bemerkt wurde, ist der Anschluß 91 auch mit der Rücklaufleitung 57 verbunden, die wiederum mit dem oberen Ende 54 des zweiten Eindämmspulenbereiches 42 verbunden ist.Referring now to the embodiment of Fig. 6, the secondary coil of the transformer comprises a single coil 52. In this embodiment, the lead 56 electrically connects one terminal 90 of the secondary coil 52 to the upper end 44 of the first containment coil section 41. The return lead 57 electrically connects the upper end 54 of the second containment coil section 42 to the other terminal 91 of the secondary transformer coil 52. The lower end 45 of the first containment coil section 41 is connected to the brushes 46, 47 by an electrical connection 43 and a pair of connection leads 68 (only one of which is shown in Fig. 6). The return line 59 connects the electrode 48 to a terminal 91 of the secondary transformer coil 52. As noted above, the terminal 91 is also connected to the return line 57, which in turn is connected to the upper end 54 of the second containment coil section 42.
In der Ausführungsform von Fig. 6 fließt der zeitlich variierende elektrische Strom von der Sekundärspule 52 des Transformators durch die Leitung 56, dann durch den ersten Eindämmspu lenbereich 42 nach unten, dann in die elektrische Verbindung 43, wo der Strom aufgeteilt wird. Ein Teil des Stromes fließt durch den zweiten Eindämmspulenbereich 42 nach oben und dann durch die Leitung 57 zu der Sekundärspule 52 des Transformators zurück. Ein weiterer Teil des Stromes fließt durch die Verbindungsleitungen 68 in die Bürsten 46, 47 und dann durch das geschmolzene Metall 38 zu der Elektrode 48, von der er durch eine Rücklaufleitung 59 zu der Sekundärspule 52 des Transformators zurückfließt.In the embodiment of Fig. 6, the time-varying electrical current flows from the secondary coil 52 of the transformer through the line 56, then through the first containment coil lene region 42 downwards, then into the electrical connection 43 where the current is split. Part of the current flows upwards through the second containment coil region 42 and then back through the line 57 to the secondary coil 52 of the transformer. Another part of the current flows through the connecting lines 68 into the brushes 46, 47 and then through the molten metal 38 to the electrode 48 from which it flows back through a return line 59 to the secondary coil 52 of the transformer.
In der Ausführungsform von Fig. 6 sind die Richtungen des Stromflusses durch die Eindämmspulenbereiche 41, 42 und durch das Metallschmelzebad 38 jeweils bei 62, 63 und 64 in Fig. 6 und 7 gezeigt, und diese Richtungen sind dieselben wie die Richtungen des Stromflusses in der Ausführungsform von Fig. 5.In the embodiment of Fig. 6, the directions of current flow through the containment coil regions 41, 42 and through the molten metal pool 38 are shown at 62, 63 and 64 in Figs. 6 and 7, respectively, and these directions are the same as the directions of current flow in the embodiment of Fig. 5.
Der durch die Spule 40 fließende zeitlich variierende Strom erzeugt ein erstes horizontales Magnetfeld mit einer bei 65 in Fig. 7 gezeigten Richtung; der durch das Metallschmelzebad 38 fließende zeitlich variierende Leitungsstrom erzeugt ein zweites horizontales Magnetfeld mit einer bei 66 in Fig. 7 gezeigten Richtung. Diese sind dieselben Richtungen wie die von der Ausführungsform von Fig. 5 erzeugten Magnetfelder. In ähnlicher Weise verstärkt das zweite horizontale Magnetfeld mit einer bei 66 in Fig. 7 gekennzeichneten Richtung das erste horizontale Magnetfeld mit einer durch 65 in Fig. 7 gekennzeichneten Richtung, um den magnetischen Abstoßungsdruck an der offenen Seite 36 des Spaltes 35 zu erhöhen.The time-varying current flowing through coil 40 produces a first horizontal magnetic field having a direction indicated at 65 in Fig. 7; the time-varying conduction current flowing through molten metal pool 38 produces a second horizontal magnetic field having a direction indicated at 66 in Fig. 7. These are the same directions as the magnetic fields produced by the embodiment of Fig. 5. Similarly, the second horizontal magnetic field having a direction indicated at 66 in Fig. 7 amplifies the first horizontal magnetic field having a direction indicated by 65 in Fig. 7 to increase the magnetic repulsion pressure at the open side 36 of gap 35.
In allen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung fließt der vertikal durch das Metallschmelzebad 38 fließende Leitungsstrom immer in einer Richtung 64, die zu der Richtung 62 des vertikal durch den ersten Eindämmspulenabschnitt 41 fließenden Stromes entgegengesetzt ist. Als Folge dieser Beziehung ist die Richtung 66 des von dem durch das Metallschmelzebad 38 fließenden Leitungsstrom erzeugten horizontalen Magnetfeldes immer dieselbe wie die Richtung 65 des von der Spule 40 erzeugten horizontalen Magnetfeldes. Wenn die ersten und zweiten horizontalen Magnetfelder in derselben horizontalen Richtung (65, 66 in Fig. 7) fließen, verstärken sie sich gegenseitig.In all embodiments of the present invention, the conduction current flowing vertically through the molten metal bath 38 always flows in a direction 64 that is opposite to the direction 62 of the current flowing vertically through the first containment coil section 41. As a result of this relationship, the direction 66 of the conduction current flowing through the molten metal bath 38 The direction 65 of the horizontal magnetic field generated by the line current flowing is always the same as the direction 65 of the horizontal magnetic field generated by the coil 40. When the first and second horizontal magnetic fields flow in the same horizontal direction (65, 66 in Fig. 7), they reinforce each other.
Zusätzlich zu dem durch das Metallschmelzebad 38 fließenden Leitungsstrom kann es in dem Metallschmelzebad 38 auch von dem ersten horizontalen Magnetfeld erzeugte und in derselben Richtung 64 wie der Leitungsstrom fließende Wirbelströme geben. Das von den induzierten Wirbelströmen erzeugte horizontale Magnetfeld fließt in derselben Richtung 66 wie das von dem durch das Metallschmelzebad fließenden Leitungsstrom erzeugte horizontale Magnetfeld und verstärkt das von den Leitungsströmen und von den durch die Eindämmspule 40 fließenden zeitlich variierenden Strom erzeugte horizontale Magnetfeld.In addition to the line current flowing through the molten metal pool 38, there may also be eddy currents in the molten metal pool 38 generated by the first horizontal magnetic field and flowing in the same direction 64 as the line current. The horizontal magnetic field generated by the induced eddy currents flows in the same direction 66 as the horizontal magnetic field generated by the line current flowing through the molten metal pool and amplifies the horizontal magnetic field generated by the line currents and by the time-varying current flowing through the containment coil 40.
Fig. 5 und 6 stellen Ausführungsformen dar, in denen der zeitlich variierende Strom Wechselstrom ist. Der zeitlich variierende elektrische Strom kann auch schwankender Gleichstrom sein. Eine schwankenden Gleichstrom benutzende Ausführungsform ist in Fig. 10 dargestellt. Die Ausführungsform von Fig. 10 ähnelt, mit gewissen Unterschieden, der Ausführungsform von Fig. 6. Die Ähnlichkeiten werden nicht wiederholt. Die Unterschiede sind unten beschrieben.Figs. 5 and 6 illustrate embodiments in which the time-varying current is alternating current. The time-varying electrical current may also be fluctuating direct current. An embodiment using fluctuating direct current is illustrated in Fig. 10. The embodiment of Fig. 10 is similar to the embodiment of Fig. 6, with certain differences. The similarities are not repeated. The differences are described below.
Der Transformator 50 in Fig. 10 weist eine Sekundärspule 72 mit einem Mittelabgriff 73 auf, der mit Rücklaufleitungen 57 und 59 verbunden ist. Jedes Ende der Sekundärspule 72 ist mit einem jeweiligen Gleichrichter 74, 75 verbunden, der jeweils wiederum mit der Leitung 56 zum Lenken von Strom in das obere Ende 44 des ersten Begrenzungsspulenbereiches 41 elektrisch verbunden ist. Ein schwankender Gleichstrom von den Gleichrichtern 74, 75 fließt durch den ersten Eindämmspulenbereich 41 nach unten. Wenn der Strom den ersten Eindämmspulenbereich 41 an seinem unteren Ende 45 verläßt, wird der Strom in zwei Teile aufgeteilt: ein erster Teil des aufgeteilten Stromes wird durch die elektrische Verbindung 43 in den zweiten Eindämmspulenbereich 42 gelenkt und fließt dort hindurch nach oben; ein zweiter Teil des aufgeteilten Stromes wird durch die elektrischen Verbindungen 68 und Bürsten 46, 47 in das Schmelzebad 38 gelenkt, durch das der zweite Teil des Stromes nach oben fließt. Die Rücklaufleitung 57 verbindet von dem oberen Ende 45 des zweiten Eindämmspulenbereiches 42 fließenden Strom mit dem Mittelabgriff 73 an der Sekundärtransformatorspule 72, und die Rücklaufleitung 59 verbindet von der Elektrode 48 fließenden Strom mit dem Mittelabgriff 73.The transformer 50 in Fig. 10 has a secondary coil 72 with a center tap 73 connected to return lines 57 and 59. Each end of the secondary coil 72 is connected to a respective rectifier 74, 75, each of which is in turn electrically connected to line 56 for directing current into the upper end 44 of the first containment coil section 41. A fluctuating direct current from the rectifiers 74, 75 flows downward through the first containment coil section 41. When the current leaves the first containment coil section 41 at its lower end 45, the current is split into two parts: a first part of the split current is directed by the electrical connection 43 into the second containment coil section 42 and flows upwardly therethrough; a second part of the split current is directed by the electrical connections 68 and brushes 46, 47 into the molten bath 38 through which the second part of the current flows upwardly. The return line 57 connects current flowing from the upper end 45 of the second containment coil section 42 to the center tap 73 on the secondary transformer coil 72, and the return line 59 connects current flowing from the electrode 48 to the center tap 73.
In den Ausführungsformen von Fig. 6 und 10 fließt ein Teil des durch den ersten Eindämmspulenbereich 41 nach unten fließenden Stromes auch durch das Metallschmelzebad 38. Andererseits fließt in der Ausführungsform von Fig. 5 kein Teil des durch das Metallschmelzebad 38 fließenden Stromes durch irgendeinen Teil der Eindämmspule 40.In the embodiments of Figs. 6 and 10, a portion of the current flowing downward through the first containment coil region 41 also flows through the molten metal pool 38. On the other hand, in the embodiment of Fig. 5, no portion of the current flowing through the molten metal pool 38 flows through any portion of the containment coil 40.
Die von dem durch die Eindämmspule 40 fließenden zeitlich variierenden Strom und von dem durch das Metallschmelzebad 38 fließenden Leitungsstrom erzeugten horizontalen Magnetfelder wirken zusammen, um einen magnetischen Abstoßungsdruck zu liefern, der das Metallschmelzebad 38 von der offenen Seite 36 des Spaltes 35 weg nach innen drückt.The horizontal magnetic fields generated by the time-varying current flowing through the containment coil 40 and by the line current flowing through the molten metal pool 38 cooperate to provide a magnetic repulsion pressure that pushes the molten metal pool 38 inwardly away from the open side 36 of the gap 35.
Wieder auf Fig. 7 Bezug nehmend, umfaßt ein erster Eindämmspulenbereich 41 eine Vorderseite 76, eine Rückseite 77 und ein Paar gegenüberliegende Seiten 78, 79. Ein magnetisches Element 80, das typischerweise von einer dünnen Isolierschicht (nicht gezeigt) von dem ersten Spulenbereich 41 elektrisch isoliert ist, umgibt die Seite 78, Rückseite 77 und Seite 79 des ersten Spulenbereiches. Das magnetische Element 80 ist typischerweise aus herkömmlichem magnetischen Material zusammengesetzt und bildet für das von dem durch die Eindämmspule 40 fließenden zeitlich variierenden Strom erzeugte Magnetfeld einen Rücklaufweg mit einem niedrigen magnetischen Widerstand. Das magnetische Element 80 umfaßt ein Paar Armbereiche 81, 82, wobei sich jeder auf einer jeweiligen gegenüberliegenden Seite 78, 79 des ersten Spulenbereiches 41 befindet und in der Richtung der offenen Seite 36 des Spaltes 35 erstreckt. Das magnetische Element 80 umfaßt auch einen hinteren Verbindungsbereich 83, der sich zwischen den Armbereichen 81, 82 erstreckt und zwischen den ersten und zweiten Eindämmspulenbereichen 41, 42 befindet.Referring again to Fig. 7, a first containment coil region 41 includes a front surface 76, a back surface 77, and a pair of opposing sides 78, 79. A magnetic element 80, typically electrically insulated from the first coil region 41 by a thin insulating layer (not shown), surrounds the side 78, back surface 77, and side 79 of the first coil region. The magnetic element 80 is typically composed of conventional magnetic material and provides a low reluctance return path for the magnetic field generated by the time varying current flowing through the containment coil 40. The magnetic element 80 includes a pair of arm portions 81, 82, each located on a respective opposite side 78, 79 of the first coil portion 41 and extending toward the open side 36 of the gap 35. The magnetic element 80 also includes a rear connection portion 83 extending between the arm portions 81, 82 and located between the first and second containment coil portions 41, 42.
Die Baukonstruktionen, die für die Spulenbereiche 41, 42 benutzt werden können, sind ausführlicher in dem obengenannten Gerber et al. -US-Patent Nr. 5,197,534 beschrieben und diese wird durch Bezugnahme zum Gegenstand der vorliegenden Anmeldung. Anders als bei der in dem obengenannten Gerber et al., '534-Patent beschriebenen Vorrichtung weist jedoch die Vorrichtung der vorliegenden Erfindung keine magnetische Abschirmung auf der Außenseite der magnetischen Armbereiche 81, 82 auf. Eine derartige Abschirmung ist zum Eindämmen des von der Eindämmspule erzeugten Magnetfeldes auf einen Raum benachbart zu der offenen Seite 36 des Spaltes 35 benutzt worden. Dies ist dort wichtig, wo man sich auf induzierte Wirbelströme in dem Metallschmelzebad 38 als Primärstromquelle für das von durch das Metallschmelzebad 38 fließendem Strom erzeugte horizontale Magnetfeld stützt. Bei der vorliegenden Erfindung ist jedoch Leitungsstrom die Primärquelle von Strom für das von durch das Metallschmelzebad 38 fließendem Strom erzeugte horizontale Magnetfeld. Demgemäß ist die magnetische Abschirmung von Gerber et al.- '534 nicht notwendig.The structural designs that can be used for the coil sections 41, 42 are described in more detail in the above-referenced Gerber et al. U.S. Patent No. 5,197,534, which is incorporated by reference into the present application. However, unlike the device described in the above-referenced Gerber et al., '534 patent, the device of the present invention does not include a magnetic shield on the outside of the magnetic arm sections 81, 82. Such shielding has been used to confine the magnetic field generated by the containment coil to a space adjacent the open side 36 of the gap 35. This is important where reliance is placed on induced eddy currents in the molten metal pool 38 as the primary power source for the horizontal magnetic field generated by current flowing through the molten metal pool 38. In the present invention, however, line current is the primary source of current for the horizontal magnetic field created by current flowing through the molten metal bath 38. Accordingly, the magnetic shielding of Gerber et al.-'534 is not necessary.
Wie es oben bemerkt wurde, ist die Elektrode 48 zwischen den Gießwalzen 31, 32 über dem Walzenspalt angeordnet (Fig. 2).As noted above, the electrode 48 is arranged between the casting rolls 31, 32 above the roll gap (Fig. 2).
Die Elektrode 48 ist aus einem elektrisch leitfähigen Material zusammengesetzt, das gegenüber hohen Temperaturen des Metallschmelzebades 38 beständig ist, in das die Elektrode 48 zumindest teilweise eingetaucht wird. Die Elektrode 48 kann z. B. aus Graphit zusammengesetzt sein.The electrode 48 is made of an electrically conductive material that is resistant to high temperatures of the molten metal bath 38 into which the electrode 48 is at least partially immersed. The electrode 48 can, for example, be made of graphite.
Die Gießwalzen 31, 32 können aus Kupfer oder einer Kupferlegierung oder einem keramischen Material oder austenitischem (nichtmagnetischen) Edelstahl zusammengesetzt sein.The casting rollers 31, 32 can be composed of copper or a copper alloy or a ceramic material or austenitic (non-magnetic) stainless steel.
Eine aus keramischem Material zusammengesetzte Gießwalze ist elektrisch nicht sehr leitfähig. In einem derartigen Fall besteht die relevante elektrische Verbindung mit dem Metallschmelzebad 38 über die Bürsten 46; 47 und den Streifen 37. Vorzugsweise wird eine Feder benutzt, um die Bürste mit dem Streifen 37 in Kontakt zu drücken, und eine derartige Feder ist symbolisch bei 85 in Fig. 9 gezeigt.A casting roll composed of ceramic material is not very electrically conductive. In such a case, the relevant electrical connection to the molten metal bath 38 is via the brushes 46; 47 and the strip 37. Preferably, a spring is used to urge the brush into contact with the strip 37, and such a spring is symbolically shown at 85 in Fig. 9.
Wenn die Gießwalzen aus einem elektrisch leitfähigen Material, wie z. B. Kupfer oder Kupferlegierung, zusammengesetzt sind, schließt die relevante elektrische Verbindung mit dem Metallschmelzebad 38 die Gießwalzen ein. Mit anderen Worten besteht die relevante elektrische Verbindung zwischen einer Bürste 46, 47 und einer Walze 31, 32; die Verbindung kann zusätzlich zwischen einer Bürste und dem Streifen 37 bestehen. Wenn die relevante elektrische Verbindung zwischen einer Bürste und einer Gießwalze besteht, wird vorzugsweise eine Feder 86 benutzt, um die Bürste mit der Gießwalze in Kontakt zu drücken, und eine derartige Feder ist symbolisch bei 86 in Fig. 8 gezeigt.When the casting rolls are composed of an electrically conductive material, such as copper or copper alloy, the relevant electrical connection to the molten metal bath 38 includes the casting rolls. In other words, the relevant electrical connection is between a brush 46, 47 and a roll 31, 32; the connection may additionally be between a brush and the strip 37. When the relevant electrical connection is between a brush and a casting roll, a spring 86 is preferably used to press the brush into contact with the casting roll, and such a spring is symbolically shown at 86 in Fig. 8.
Die Bürsten 46, 47 sind aus einem elektrisch leitfähigen Material, wie z. B. Graphit oder Phosphorbronze, zusammengesetzt.The brushes 46, 47 are composed of an electrically conductive material, such as graphite or phosphor bronze.
Wenn eine Bürste aus Metall (z. B. Phosphorbronze) zusammengesetzt ist, kann sie intern gekühlt werden. Wenn die Bürste aus Graphit zusammengesetzt ist, kann ein Kühlen durch Verwendung eines Bürstenhalters bewirkt werden, der intern gekühlt wird. Kühlanordnungen der in den vorangehenden Teilen dieses Absatzes beschriebenen Arten gehören zum Fachwissen.If a brush is made of metal (e.g. phosphor bronze), it can be cooled internally. If the brush is made of Graphite, cooling may be effected by using a brush holder which is internally cooled. Cooling arrangements of the types described in the preceding parts of this paragraph are within the skill of the art.
Die vorangehende ausführliche Beschreibung ist nur zum besseren Verständnis gebracht worden, und es sollten keinen unnötigen Einschränkungen daraus abgeleitet werden, da Modifikationen für Fachleute ersichtlich sein werden.The foregoing detailed description has been given for convenience only, and no unnecessary limitations should be inferred from it, since modifications will be apparent to those skilled in the art.
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