EP0109357B1 - Elektromagnetische Stranggiesskokille - Google Patents

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EP0109357B1
EP0109357B1 EP83810489A EP83810489A EP0109357B1 EP 0109357 B1 EP0109357 B1 EP 0109357B1 EP 83810489 A EP83810489 A EP 83810489A EP 83810489 A EP83810489 A EP 83810489A EP 0109357 B1 EP0109357 B1 EP 0109357B1
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EP
European Patent Office
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end walls
walls
inductor
mold
continuous casting
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EP83810489A
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Walter Haller
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Alcan Holdings Switzerland AG
Original Assignee
Schweizerische Aluminium AG
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Publication date
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22D—CASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
    • B22D11/00—Continuous casting of metals, i.e. casting in indefinite lengths
    • B22D11/01—Continuous casting of metals, i.e. casting in indefinite lengths without moulds, e.g. on molten surfaces
    • B22D11/015—Continuous casting of metals, i.e. casting in indefinite lengths without moulds, e.g. on molten surfaces using magnetic field for conformation, i.e. the metal is not in contact with a mould
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22D—CASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
    • B22D11/00—Continuous casting of metals, i.e. casting in indefinite lengths
    • B22D11/04—Continuous casting of metals, i.e. casting in indefinite lengths into open-ended moulds
    • B22D11/049—Continuous casting of metals, i.e. casting in indefinite lengths into open-ended moulds for direct chill casting, e.g. electromagnetic casting

Definitions

  • the invention relates to a continuous casting mold according to the preamble of claim 1.
  • An electromagnetic inductor determines the cross-sectional dimensions of the molten metal strand to be solidified.
  • molten metal is poured at a predetermined speed onto a start-up floor attached within a loop-shaped electrical inductor.
  • the approach floor is lowered at a speed adapted to the casting rate.
  • High-frequency alternating current in the inductor generates an electromagnetic force field which limits the metal melt introduced inside the inductor horizontally in a form which is essentially determined by the inner contours of the inductor loop.
  • a coolant such as water
  • Such systems usually have a tapering electromagnetic shield. This is mounted coaxially inside the inductor and is made of a non-ferromagnetic metal (e.g. stainless steel). Due to its shape, this screen serves to weaken the magnetic field above the inductor, so that the electromagnetic forces constricting the cross section of the bar head are reduced.
  • a further explanation of the advantages of such a screen can be found in US-A-3 605 865 by Getselev, which also forms the preamble of claim 1.
  • Electromagnetic continuous casting molds are complex and costly, especially due to the narrow dimensional tolerances that must be observed during the production of the molds.
  • the numerous different cast ingot formats also entail the uneconomical need to keep a correspondingly large number of molds in stock.
  • An electromagnetic continuous casting mold with a variable resulting casting cross section would therefore be highly desirable; different formats could be made with a mold.
  • a conventional continuous casting mold with adjustable additional mold end walls is known from DE-B-1 059 626 by Kotthaus.
  • the task and structure of a conventional continuous casting mold differ fundamentally from that of an electromagnetic continuous casting mold; therefore there is no possibility of transmission.
  • the mold is used to dissipate the heat of fusion through contact with the melt.
  • it forms the vessel wall for the melt and must therefore be leakproof over its entire circumference.
  • the electromagnetic mold does not come into contact with the melt. It is used to conduct current in a defined manner and also contains devices for additionally influencing the magnetic field.
  • CH-A-470 815 describes an induction heater in which the longitudinal elements of the loops are adjustable; there is no gap between the longitudinal and transverse elements.
  • the inventor has therefore set himself the task of creating an electromagnetic continuous casting mold which enables a change in the resulting casting cross section.
  • the construction of this mold should be relatively simple and its production economical.
  • the adjustment of the mold should be possible in a simple manner.
  • the mold should allow the production of cast ingots with side surfaces that are as flat as possible.
  • An electromagnetic continuous casting mold with the features of claim 1 leads to the solution of this problem.
  • Locking elements are attached to at least one of the end walls, which enable the optional positioning and fastening of these end walls at predetermined locations on the side walls in order to change the dimensions of the mold opening.
  • the inductor and the shield each form a closed loop between the corresponding parts of the side and end walls by means of electrical contact connections (by means of clamping devices). Good electrical contact between the inductor parts and between the shield parts of the individual side and end walls is of great importance.
  • the attachment of electrically conductive contact elements to one of the inductor or shielding points to be contacted is used. Poor contact between the shield parts leads to a poor cast ingot surface.
  • the side walls can be segmented in order to ensure the formation of essentially flat side surfaces of the cast ingots.
  • the mold according to the invention has a simple construction and is relatively inexpensive to manufacture.
  • the mold 10 shown in FIGS. 1 to 3 has a pair of opposing side walls 12 divided into segments and a pair of movable end walls 14, which together form a mold opening 16. Between the ends of the end walls 14 and the side walls 12 there is a gap of, depending on the position, 1 1/2 mm to 13 mm width.
  • the extensions 18 of the end walls 14 can slide on the upper surface of the side walls 12.
  • a spring-loaded locking hook 20 is attached to each extension 18 of the end walls 14 and fits into the openings 22 which are made at certain locations on the upper surface of the side walls 12; the end walls 14 can thus be attached at the desired locations along the side walls 12.
  • the locking element 20, shown in Figure 2 comprises a housing 50 which is inserted into a recess 52 in the extension 18.
  • the pin 56 is supported in a chamber 54 of the housing 50; this is provided with a flange 58, against which a spring 60 is locked, so that the pin 56 is held out of the opening 22.
  • a slot 64 in the top 62 of the housing 50 receives a crossbar 66 attached to the pin 56.
  • the pin 56 is held against the force of the spring 60 in the opening 22 in order to secure the end walls 14 at the desired location of the side walls 12.
  • the side wall 12 of the mold 10 shown in FIG. 3 contains a mold frame 24, to which an insulation body 26 is fastened with screws 28.
  • An induction loop 30, provided with a cooling channel 32, is fastened to the insulation body 26 with screws 34.
  • An electromagnetic screen 36 is attached to the mold frame 24 with screws 37, which leaves a gap 38 to the induction loop 30 so that a cooling jet from the water chamber 40 reaches the surface of the cast ingot via the passage opening 42.
  • the end walls 14 of the mold 10 are constructed in the same way as the side walls 12.
  • clamping devices 72 are mounted on the rear sides 70 of the end walls 14 in the vicinity of the side walls 12, in order to secure both the inductor parts 30 of the side walls 12 with the inductor parts of the end walls 14 and the shield parts 36 of the side walls 12 to be electrically connected to the shield parts of the end walls 14.
  • Each of the clamping devices 72 contains a housing 74 with a bore 76, each of which has a plurality of bearings 78 in order to rotatably support a cylinder 80 therein.
  • 2 cylinders are positively placed one above the other in the bore 76.
  • 2 bores 82 and 82 ′ are let into the housing 74 and open into the bore 76 at a right angle.
  • the cylinders 80 ' are provided with a slot 96 in which a tool for rotating the cylinders 80 and 80' can be attached, so that the clamping pistons 84 are pressed against the inductor parts 30.
  • the parts of the screen 36 belonging to the movable end walls 14 are provided with an electrically conductive contact element 98 fastened thereon, which is pressed against the parts of the screen 36 belonging to the side walls 12 by means of clamping pistons 84.
  • a further clamping device 100 is attached to the mold frame 14 in order to ensure good electrical contact between the induction loop 30 and the electrical connection (not shown).
  • Lines 102 for the cooling liquid connect the cooling channels 32 of the induction loop 30.
  • the side walls 12 of the mold 10 are divided according to the invention into segments which are at a small angle to one another, as a result of which a convex mold opening 16 is formed.
  • the position of the end walls 14 with respect to the side walls 12, as shown in FIG. 1, represents the best possible case with regard to the production of flat side surfaces of the cast ingots. This is impaired by moving the end walls 14 of the mold 10 from this position.
  • the end walls 14 can thus be adjusted from this best position only within a region of the side walls 12 which comprises 25 to 35%, preferably 25 to 30%, of the total length of these side walls 12.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Continuous Casting (AREA)

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Stranggiesskokille gemäss dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Dabei bestimmt ein elektromagnetischer Induktor die Querschnittsabmessungen des zu erstarrenden Metallschmelzestranges.
  • Bei derartigen elektromagnetischen Stranggiessanlagen wird Metallschmelze mit vorgegebener Geschwindigkeit auf einen innerhalb eines schlaufenförmigen elektrischen Induktors angebrachten Anfahrboden gegossen. Der Anfahrboden wird mit einer der Giessrate angepassten Geschwindigkeit gesenkt. Hochfrequenter Wechselstrom im Induktor erzeugt ein elektromagnetisches Kraftfeld, welches die eingeführte Metallschmelze innerhalb des Induktors horizontal in einer Form begrenzt, welche im wesentlichen durch die Innenkonturen der Induktorschlaufe bestimmt wird. Durch Beaufschlagung mit einem Kühlmittel, beispielsweise Wasser, erfolgt eine rasche Erstarrung der oberflächennahen Schicht des sinkenden Stranges.
  • Solche Anlagen weisen meist einen sich nach unten verjüngenden elektromagnetischen Schirm auf. Dieser ist koaxial innerhalb des Induktors angebracht und besteht aus einem nicht-ferromagnetischen Metall (beispielsweise rostfreiem Stahl). Durch seine Form dient dieser Schirm der Abschwächung des Magnetfeldes oberhalb des Induktors, so dass die den Querschnitt des Barrenkopfes einengenden elektromagnetischen Kräfte geringer werden. Eine weitergehende Darlegung der Vorteile eines solchen Schirmes findet sich im Patent US-A-3 605 865 von Getselev, das auch den Oberbegriff des Anspruchs 1 bildet.
  • Wie beim konventionellen Stranggiessen von Rechteckbarren, weisen auch mit obgenanntem elektromagnetischen Strangguss gefertigte Barren üblicherweise etwas konkave Seitenflächen auf. Die Ursachen dieses störenden Effektes sind in der DE-A-28 48 808 ausführlich beschrieben.
  • Elektromagnetische Stranggiesskokillen sind aufwendig und kostspielig, vorallem aufgrund der engen Masstoleranzen, welche bei der Herstellung der Kokillen eingehalten werden müssen. Die zahlreichen unterschiedlichen Gussbarrenformate bringen zudem die unwirtschaftliche Notwendigkeit mit sich, eine entsprechend grosse Zahl von Kokillen auf Lager zu halten.
  • Eine elektromagnetische Stranggiesskokille mit veränderbarem resultierenden Gussquerschnitt wäre daher höchst erwünscht; verschiedene Formate könnten dadurch mit einer Kokille gefertigt werden.
  • Eine konventionelle Stranggiesskokille mit verstellbaren zusätzlichen Kokillenstirnwänden ist aus der DE-B-1 059 626 von Kotthaus bekannt. Aufgabe und Aufbau einer konventionellen Stranggiesskokille unterscheiden sich jedoch grundlegend von jenen einer elektromagnetischen Stranggiesskokille; somit besteht keine Übertragungsmöglichkeit. Die Kokille im konventionellen Falle dient der Ableitung der Schmelzwärme durch Kontakt mit der Schmelze. Zudem bildet sie die Gefässwand für die Schmelze und muss daher in ihrem gesamten Umfang dicht sein.
  • Auch im Bd. 4, Nr. 183 (M-47) (665) der «Patents Abstracts of Japan» wird eine verstellbare Stranggiesskokille beschrieben, bei welcher die Metallschmelze die Kokillenwände berührt. Zur Sicherstellung der Dichtheit müssen dort nebst den Stirnwänden auch die Seitenwände verstellt werden.
  • Die elektromagnetische Kokille jedoch kommt mit der Schmelze nicht in Berührung. Sie dient der Stromführung in definierter Art und Weise und enthält überdies Vorrichtungen zur zusätzlichen Beeinflussung des Magnetfeldes.
  • In der CH-A-470 815 wird eine Induktionsheizung beschrieben, bei welcher die Längselemente der Schleifen verstellbar sind; zwischen den Längs- und Querelementen besteht keine Lücke.
  • Der Erfinder hat sich deshalb die Aufgabe gestellt, eine elektromagnetische Stranggiesskokille zu schaffen, welche eine Veränderung des resultierenden Gussquerschnittes ermöglicht. Der Aufbau dieser Kokille soll verhältnismässig einfach und ihre Herstellung wirtschaftlich sein. Die Verstellung der Kokille soll auf einfache Weise möglich sein.
  • Dabei soll die Kokille die Herstellung von Gussbarren mit möglichst ebenen Seitenflächen erlauben.
  • Zur Lösung dieser Aufgabe führt eine elektromagnetische Stranggiesskokille mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Dabei besteht zwischen den Seitenwänden und den Stirnwänden eine Lücke von 3/2 bis zu 13 mm Weite. Dies erleichtert die Verschiebung der Stirnwände und vermindert wesentlich die kostspielige Notwendigkeit zur Einhaltung enger Masstoleranzen bei der Kokillenfertigung. An mindestens einer der Stirnwände sind Sperrelemente angebracht, welche die wahlweise Positionierung und Befestigung dieser Stirnwände an vorbestimmten Stellen der Seitenwände ermöglichen, um die Ausmasse der Kokillenöffnung zu verändern. Dabei bildet der Induktor und der Schirm durch elektrischen Kontakt bietende Verbindungen (mittels Klemmvorrichtungen) zwischen den entsprechenden Teilen der Seiten- und Stirnwände je eine geschlossene Schleife. Ein guter elektrischer Kontakt sowohl zwischen den Induktorteilen als auch zwischen den Schirmteilen der einzelnen Seiten- und Stirnwänden ist von grosser Wichtigkeit. Hierzu dient die Befestigung von elektrisch leitenden Kontaktelementen an jeweils einer der zu kontaktierenden Induktor- bzw. Schirmstellen. Ein mangelhafter Kontakt zwischen den Schirmteilen führt zu einer schlechten Gussbarrenoberfläche. Bei der erfindungsgemässen Kokille können die Seitenwände segmentiert sein um die Entstehung von im wesentlichen ebenen Seitenflächen der Gussbarren zu gewährleisten.
  • Die erfindungsgemässe Kokille weist eine einfache Konstruktion auf und ist verhältnismässig kostengünstig herstellbar.
  • Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels, sowie anhand der Zeichnung; diese zeigt in
    • Figur 1 die Draufsicht einer erfindungsgemässen verstellbaren elektromagnetischen Kokille,
    • Figur 2 einen Schnitt durch die Kokille der Figur 1 längs der Linie 2-2,
    • Figur 3 einen Schnitt durch die Kokillenseitenwand 12 der Figur 1 längs der Linie 3-3
  • Die in den Figuren 1 bis 3 dargestellte Kokille 10 weist ein Paar gegenüberliegende in Segmente unterteilte Seitenwände 12 und ein Paar bewegliche Stirnwände 14 auf, welche zusammen eine Kokillenöffnung 16 bilden. Zwischen den Enden der Stirnwände 14 und den Seitenwänden 12 besteht eine Lücke von, je nach Position, 11/2 bis 13 mm Weite. Die Verlängerungen 18 der Stirnwände 14 können auf der oberen Fläche der Seitenwände 12 gleiten. Ein federgespannter Sperrhaken 20 ist an jeder Verlängerung 18 der Stirnwände 14 angebracht und passt in die Öffnungen 22, welche an bestimmten Stellen der oberen Fläche der Seitenwände 12 angebracht sind; die Stirnwände 14 können damit an den gewünschten Stellen längs der Seitenwände 12 befestigt werden. Das Sperrelement 20, dargestellt in Figur 2, umfasst ein Gehäuse 50, das in eine Aussparung 52 in der Verlängerung 18 eingesetzt ist. In einer Kammer 54 des Gehäuses 50 lagert der Stift 56; dieser ist mit einem Flansch 58 versehen, gegen den sich eine Feder 60 sperrt, so dass der Stift 56 aus der Öffnung 22 gehalten wird. Ein Schlitz 64 im Oberteil 62 des Gehäuses 50 nimmt einen amStift 56 befestigten Querstab 66 auf. Damit wird der Stift 56 gegen die Kraft der Feder 60 in der Öffnung 22 gehalten, um die Stirnwände 14 an der gewünschten Stelle der Seitenwände 12 zu befestigen.
  • Die in Figur 3 dargestellte Seitenwand 12 der Kokille 10 enthält einen Kokillenrahmen 24, woran mit Schrauben 28 ein Isolationskörper 26 befestigt ist. Am Isolationskörper 26 ist mit Schrauben 34 eine Induktionsschleife 30, versehen mit einem Kühlkanal 32, befestigt. Am Kokillenrahmen 24 ist mit Schrauben 37 ein elektromagnetischer Schirm 36 angebracht, welcher zur Induktionsschleife 30 einen Spalt 38 offenlässt, damit ein Kühlstrahl von der Wasserkammer 40 über die Durchlassöffnung 42 zur Oberfläche des gegossenen Barrens gelangt. Die Stirnwände 14 der Kokille 10 sind gleich wie die Seitenwände 12 aufgebaut.
  • Wie aus den Figuren 1 und 2 ersichtlich, sind auf den Rückseiten 70 der Stirnwände 14 in der Nähe der Seitenwände 12 Klemmvorrichtungen 72 angebracht, um sowohl die Induktorteile 30 der Seitenwände 12 mit den Induktorteilen der Stirnwände 14, als auch die Schirmteile 36 der Seitenwände 12 mit den Schirmteilen der Stirnwände 14 elektrisch zu verbinden. Jede der Klemmvorrichtungen 72 enthält ein Gehäuse 74 mit einer Bohrung 76, welche jeweils mehrere Lager 78 aufweisen, um darin einen Zylinder 80 drehbar zu lagern. Wie in Figur 2 gezeigt, sind 2 Zylinder kraftschlüssig übereinander in die Bohrung 76 gesetzt. In das Gehäuse 74 sind 2 Bohrungen 82 und 82' eingelassen, welche in einem rechten Winkel in die Bohrung 76 münden. In diese Bohrungen 82 und 82' sind Pressvorrichtungen 84 und 84' eingesetzt. Diese bestehen aus einem Bolzen 86 bzw. 86' und einem Kolben 88 bzw. 88'; dazwischen sitzen Federn 90 bzw. 90'. Die Federn 90 bzw. 90' pressen die Bolzen 86 bzw. 86' gegen Exzenternocken 92 bzw. 92'. Bei Drehung der Zylinder 80 und 80' drücken die Exzenternocken 92 und 92' über die Bolzen 86 bzw. 86' und die Federn 90 bzw. 90' auf die Kolben 88 seinerseits gegen den Isolationskörper 26 und damit gegen die Induktionsschleife 30. Ein an einem der Induktorteile 30 befestigtes elektrisch leitendes Kontaktelement 94 vervollständigt den elektrischen Übergang zwischen den Induktorteilen.
  • Die Zylinder 80' sind mit einem Schlitz 96 versehen, in dem ein Werkzeug zur Drehung der Zylinder 80 und 80' angesetzt werden kann, so dass die Klemmkolben 84 gegen die Induktorteile 30 gedrückt werden.
  • Zwischen den Teilen des Schirms 36 wird der elektrische Kontakt auf gleiche Weise hergestellt. Die zu den beweglichen Stirnwänden 14 gehörenden Teile des Schirms 36 sind mit einem daran befestigten elektrisch leitenden Kontaktelement 98 versehen, welches gegen die zu den Seitenwänden 12 gehörenden Teile des Schirms 36 mittels Klemmkolben 84 gepresst wird.
  • Am Kokillenrahmen 14 ist eine weitere Klemmvorrichtung 100 angebracht, um einen guten elektrischen Kontakt zwischen der Induktionsschleife 30 und dem nicht gezeigten elektrischen Anschluss zu gewährleisten.
  • Leitungen 102 für die Kühlflüssigkeit verbinden die Kühlkanäle 32 der Induktionsschleife 30.
  • Um ebene Seitenflächen der Gussbarren zu erhalten, sind die Seitenwände 12 der Kokille 10 erfindungsgemäss in zueinander in einem kleinen Winkel stehende Segmente unterteilt, wodurch eine konvexe Kokillenöffnung 16 gebildet wird.
  • Die Position der Stirnwände 14 bezüglich der Seitenwände 12, wie sie in der Figur 1 dargestellt ist, stellt bezüglich der Erzeugung ebener Seitenflächen der Gussbarren den bestmöglichen Fall dar. Dies wird durch Verschieben der Stirnwände 14 der Kokille 10 von dieser Position beeinträchtigt. Somit können die Stirnwände 14 von dieser besten Position nur innerhalb eines Bereichs der Seitenwände 12 verstellt werden, welcher 25 bis 35%, vorzugsweise 25 bis 30%, der Gesamtlänge dieser Seitenwände 12 umfasst.

Claims (2)

1. Elektromagnetische Stranggiesskokille mit einem Paar Seitenwänden (12) und einem Paar Stirnwänden (14), wobei jede dieser Seiten- und Stirnwände einen Induktorteil (30) und einen Schirmteil (36) aufweisen, dadurch gekennzeichnet,
dass zwischen den Seitenwänden (12) einerseits und den Stirnwänden (14) andererseits eine Lücke mit einer Weite von 1,5 bis 13 mm besteht,
dass an mindestens einer der Stirnwände (14) Sperrelemente (20) angebracht sind, welche die wahlweise Einstellung und die Befestigung dieser Stirnwände in verschiedenen Positionen an den Seitenwänden (12) ermöglichen, um die Ausmasse der Kokillenöffnung (16) zu verändern,
dass am Induktorteil (30) der Seiten- oder Stirnwände elektrisch leitende Kontaktelemente (94), sowie am Schirmteil (36) der Seiten- oder Stirnwände elektrisch leitende Kontaktelemente (98) befestigt sind, sowie
dass der Induktor (30) und der Schirm (36) durch elektrischen Kontakt bietende Klemmvorrichtungen (72), welche die Kontaktelemente (94, 98) gegen die entsprechenden Induktor- bzw. Schirmteile (30, 36) der benachbarten Kokillenwände (12, 14) pressen, je eine geschlossene Schleife bildet.
2. Kokille nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Klemmvorrichtungen (72) mit Exzenternocken (92, 92') versehene Zylinder (80, 80') sowie Pressvorrichtungen (84,84') enthalten, welche in bei den Exzenternocken (92, 92') in die Bohrung (76) mündende Bohrungen (82, 82') eingelassen sind.
EP83810489A 1982-11-12 1983-10-21 Elektromagnetische Stranggiesskokille Expired EP0109357B1 (de)

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