DE956874C

DE956874C - Drehfeldkokille

Info

Publication number: DE956874C
Application number: DEJ7670A
Authority: DE
Inventors: Dr-Ing Otto Schaaber
Original assignee: Wieland Werke AG; Vereinigte Leichtmetallwerke GmbH
Current assignee: Wieland Werke AG; Vereinigte Leichtmetallwerke GmbH
Priority date: 1953-09-05
Filing date: 1953-09-05
Publication date: 1957-01-24

Description

Drehfeldkokille Bei der Anwendung magnetischer Drehfelder in Verbindung mit Metallgießkokillen wurde bisher entweder eine Schicht aus isolierendem Material zwischen den der Erzeugung des Drehfeldes dienenden Eisenpolen vorgesehen, oder es wurden die felderzeugenden Teile von dem flüssigen Metall durch eine Wand aus unmagnetischem Stahl und gegebenenfalls noch durch eine Ausmauerung getrennt.
Derartige Anordnungen sind für die Anwendung magnetischer Drehfelder bei den wassergekühlten Kokillen, insbesondere bei den Rohrkokillen, wie sie beim Stranggießen Verwendung finden, ungeeignet, denn die angestrebte Leistungssteigerung wird bei diesen Kokillen nur erreicht, wenn eine gute Wärmeleitung zwischen dem Gießgut und der Kühlflüssigkeit gewährleistet ist, der formgebende Kokillenteil also aus einem Material mit Wärmeleitungseigenschaften besteht, wie sie in der Regel Metallen eigen sind. Ein großer Teil der im praktischen Gebrauch befindlichen Stranggießkokillen besteht daher aus reinem Kupfer.
Vom Gesichtspunkt eines möglichst niedrigen Wärmedurchgangeswiderstandes wäre ferner geringe Wandstärke anzustreben; ihrer Herabsetzung stehen also praktische Forderungen entgegen, denn die Kokillen dürfen sich unter der Wirkung der relativ hohen Temperaturunterschiede nicht verziehen und müssen daher hinreichend stabil gebaut sein. Außerdem sind Stranggießkokillen erheblichen mechanischen Beanspruchungen beim Ein- und Ausfahren des Anfahrbolzens ausgesetzt. Schließlich müssen die Kokillen eine genügende Wandstärke besitzen, um den im Laufe des Gebrauches eintretenden Verschleiß ihrer formgebenden Oberflächen durch Nacharbeiten beseitigen zu können, wobei die Wandstärke nicht zu gering sein darf.

Bei Versuchen mit Rohrkokillen aus Elektrolytkupfer, welches Material im Hinblick auf seine hohe Leitfähigkeit gewählt wurde, zeigte sich, daß die Erzielung eines geeignet starken Drehfeldes im Innern der Kokille nicht möglich war. Offenbar ist dies auf die Abschirmung des magnetischen Drehfeldes infolge der induzierten Wirbelströme zurückzuführen. Die Messungen mit Hilfe eines Drehfeldmeßgerätes (vgl. Kohlrausch, Aufl. 195Z,. Bd. 2, S. 163) ergaben das in der Tabelle I, Spalte 2, dargestellte Ergebnis der Abschirmwirkung eines Kupferrohres von 112 mm Innendurchmesser.

Tabelle I

Wandstärke Drehmoment im Rohr

Drehmoment ungestört

inm Cu-Rohr Ms-63-Rohr

10,0 o,o1 0,30

9,0 0,02 0,33

8,o 0,027 0,40

7,0 0,04 o436

6,o o,o6 0,516

5,0 0,11 o,6o

4,0 o,18 o,634

3,5 0,23 0,70

3,0 o,28 0,714

Die Tabelle zeigt, daß selbst bei einer Wandstärke von nur 3 mm das sich im Innern des Kupferrohres einstellende Drehmoment (in der Tabelle mit »Drehmoment im Rohr(r bezeichnet) - es fand zu seiner Erzeugung Wechselstrom von 50 Hertz Anwendung -etwa nur 28 °% des sich ohne Anwendung des Kupferzylinders ergebenden Drehmomentes (in der Tabelle mit »Drehmoment ungestört« bezeichnet) betrug. Die Abschirmwirkung des Kupferrohres betrug somit 720[,. Dabei ist die Wandstärke von 3 mm für den praktischen Gießereibetrieb bereits unerwünscht niedrig.

Um zu einer geringeren Abschirmung des Drehfeldes in der Kokillenwandung zu gelangen, stellt sich daher die Aufgabe, Metalle geringerer elektrischer Leitfähigkeit anzuwenden, wobei jedoch die Wärmeleitfähigkeit zugleich nicht zu stark absinken darf.

Nach dem Wiedemann-Frantschen Gesetz besteht theoretisch zwischen Wärmeleitfähigkeit A und spezifischem elektrischem Widerstand Q bei gegebener absoluter Temperatur T für alle Leiter eiri bestimmtes konstantes Verhältnis. Tatsächlich weicht jedoch für verschiedene Leiter das Verhältnis zwischen Wärmeleitfähigkeit und elektrischer Leitfähigkeit nicht unbeträchtlich ab (vgl. Tabelle II, in der für verschiedene Metalle Wärmeleitfähigkeit % in cal/ °C -cm -sec, spezifischer elektrischer Widerstand e_ in ,u S2 - cm sowie das Produkt beider durch absolute Temperatur T = 293°K angegeben ist). Theoretisch beträgt

Tabelle 1I

102 - 'e

eAQ-cm Acal/°C#cm#sec T

cal-,ud2/°Ca -sec

Cu ....... 1,673 0,94 0,520

MS 63 .... 6,6 o,28 o,62

W ...... 5,5 0,48 o,88

Cr ...... 13,0 o,16 o,69

Graphit . 1375,0 0,057 26,o

Be ...... 5,9 0,38 0,75

Mo ....... 5,17 0,35 o,6o

Si . . . . . . . . 20000,0 0,20 6666,o

Für Drehfeldkokillen, insbesondere solche fürStranggießzwecke, erscheinen Materialien verwendbar, die bei einer Wärmeleitfähigkeit, die nicht unter io °/o derjenigen des Kupfers liegt, also nicht unter 0,094 cal/ °C - cm - sec, einen um so viel höheren spezifischen elektrischen Widerstand als Kupfer besitzen, daß sich ein Produkt von Wärmeleitfähigkeit und spezifischem Widerstand ergibt, welches höher ist als das dem Kupfer zugehörige.

Messungen an Stranggießkokillen mit dem Drehfeldmeßgerät ergaben für die Abschirmung des Drehfeldes in einem Rohr aus Messing der Legierung MS 63, welches gleichen Innendurchmesser und gleiche Länge wie das vorerwähnte Cu-Rohr besaß, die ebenfalls in der Tabelle I aufgeführten Werte. Man erkennt, daß bei einer Wandstärke von 6 mm eine auf das erzielte Drehmoment bezogene Abschirmung von weniger als 50 °/o sich ergibt, wobei zu bemerken ist, daß diese Wandstärke nach gießtechnischen Gesichtspunkten durchaus zufriedenstellend ist. Tabelle II läßt ferner erkennen, daß von den darin aufgeführten Materialien außer Messing auch Chrom, Wolfram und Silizium sehr geeignet erscheinen.
Besonders bei den Halbleitern, für welche ein typischer Vertreter Silizium ist, findet man, daß ein verhältnismäßig hohes Wärmeleitvermögen mit einer sehr niedrigen elektrischen Leitfähigkeit verbunden ist.
Im gleichen Sinne wie die Halbleiter erscheinen gewisse Metalloxyde, Sinteroxyde sowie Sintermetalle besonders aussichtsvoll.

Claims

PATENTANSPRÜCHE: 1. Drehfeldkokille, insbesondere zur Ausübung des Stranggießverfahrens, dadurch gekennzeichnet, daß ihr formgebender gekühlter Teil aus einem Material besteht, dessen Wärmeleitfähigkeit nicht unter fo°/o derjenigen des Kupfers liegt, bei dem jedoch, verglichen mit Kupfer, sich eine wesentlich höhere Konstante des Wiedemann-Frantschen Gesetzes ergibt.
2. Drehfeldkokille nach Anspruch z, dadurch gekennzeichnet, daB die Wandstärke ihres formgebenden Teiles mindestens 6 mm beträgt.
3. Drehfeldkokille nach Anspruch z oder 2, dadurch gekennzeichnet, daB ihr formgebender Teil aus Messing, vorzugsweise MS 63 besteht.
4. Drehfeldkokille nach Anspruch x oder 2, dadurch gekennzeichnet, daB ihr formgebender Teil aus W, Cr., Be, Mo besteht.
5. Drehfeldkokille nach Anspruch r oder 2, dadurch gekennzeichnet, daB ihr formgebender Teil aus Graphit besteht.
6. Drehfeldkokille nach Anspruch z oder 2, dadurch gekennzeichnet, daB ihr formgebender Teil ein Halbleiter, beispielsweise Silizium, ist.
7. Drehfeldkokille nach Anspruch = oder 2, dadurch gekennzeichnet, daB ihr formgebender Teil aus einem Metalloxyd oder einem Sintermetall besteht. In Betracht gezogene Druckschriften Deutsche Patentschrift Nr. 307 225.