EP0155575A1 - Verfahren zur Regelung des Durchflusses einer elektrisch leitenden Flüssigkeit, insbesondere einer Metallschmelze beim Stranggiessen, und eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens - Google Patents

Verfahren zur Regelung des Durchflusses einer elektrisch leitenden Flüssigkeit, insbesondere einer Metallschmelze beim Stranggiessen, und eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens Download PDF

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EP0155575A1
EP0155575A1 EP85102328A EP85102328A EP0155575A1 EP 0155575 A1 EP0155575 A1 EP 0155575A1 EP 85102328 A EP85102328 A EP 85102328A EP 85102328 A EP85102328 A EP 85102328A EP 0155575 A1 EP0155575 A1 EP 0155575A1
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EP
European Patent Office
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flow
metal
coil
pouring tube
insert body
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EP85102328A
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Eduard Mueller
Hans Gloor
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Concast Standard AG
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Publication date
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • Y10T137/6416—With heating or cooling of the system

Definitions

  • the invention relates to a method for regulating the flow of an electrically conductive liquid, in particular a molten metal during continuous casting, and a device for carrying out the method.
  • the effective length of the coil is approximately the length of the coil in the coil axis Roger that.
  • the metal located in the pouring tube flow channel in the direction of flow in front of the effective length of the coil is cooled and solidified. Removal of the solidified metal plug can be effected by switching on the coil raised to the height of the metal plug or a second coil arranged at this height. This can e.g. in the case of multi-strand systems, a targeted re-pouring takes place after an interruption for individual strands.
  • the refractory insert body which fills the center at least with its upper part, ensures that the metal flows on the outside of the insert body, whereby the electromagnetic interference by the coil takes place in an area close to the inductor, in which the field strength required for regulation can be generated with lower energy requirements. This creates a better possibility of regulation or the possibility of stopping the flow of metal.
  • the insert body preferably forms an annular space with the pouring tube, the length of which influences the control characteristic in the electromagnetic effective range of the coil.
  • the diameter of the insert body filling the center of the pouring tube is advantageous to choose according to the electrical conductivity of the poured metal melt and / or the frequency of the coil current.
  • the flow channel of the pouring tube preferably has a shoulder-shaped widening in the direction of flow of the metal to a space to the end face of which the insert body is fastened at a distance.
  • the metal flow is displaced into an external gap or annulus.
  • the metal can be constricted well in the space in front of the gap, so that if the displacement is large enough, no metal will flow through the annular space, delimited by the outer surface of the insert body and the pouring tube.
  • the insert body preferably has bores or flow channels in its upper part, in which the metal from the annular space into a central flow channel of the Insert body can flow and flows downwards in this.
  • the metal for example the steel, can be introduced centrally into a subsequent vessel, which is particularly advantageous for smaller strand formats.
  • the insert body can be adjustable in height in the pouring tube, for example by means of a screw thread provided in the enlarged bore of the pouring tube.
  • the distance between the upper part of the insert piece and the end face of the enlarged bore can be changed. i.e. By changing the space formed by the inner surface of the pouring tube and the top surface of the insert used, this flow space can be adapted to the particular circumstances.
  • a thermally and electrically well-conducting ring can be arranged in front of the upper part of the insert body and concentrically around the flow channel, which can be acted upon by coolant via a supply line. As described below in the exemplary embodiment, this provides a particularly advantageous possibility of stopping and shutting off the metal flow.
  • the electromagnetic coil can be height-adjustable in the axial direction along the pouring tube, advantageously up to the height of the built-in ring.
  • a heat sink can be applied to the upper part of the insert body, which has the task of solidifying the metal that first flowed into the pouring tube during casting.
  • This body is made before assembly by Giess tube and insert body introduced into the bore of the pouring tube, but can also already be integrated in the insert, for example consist of a cooling metal attached by means of a dovetail guide.
  • the metal flow can be directed upwards in a flow direction before entering an annular space. opposed to gravity.
  • at least one flow opening can be arranged in the refractory insert body in such a way that the molten metal flows through this flow opening before entering the annular space and can be fed to the annular space from below and that bores for the outflow from the annular space above a boundary edge on the Metal entry side of the annulus are arranged.
  • splashes caused by induced turbulence in the annular space fall back into a lower deflection channel. This means that you cannot exit the pouring pipe.
  • an insert body 2 is fixed in a pouring tube 1, which opens into a continuous casting mold 3 for producing a steel strand 18.
  • the pouring tube 1 is located below a casting vessel, not shown, e.g. B. an intermediate container from which the steel flows into the flow channel 5 of the pouring tube 1.
  • This has a step-like or shoulder-shaped widening of the flow channel, in the flow direction of the steel, to a space 21, to the end face 7 of which there is an upper part 9 of the insert body 2 at a distance l0.
  • This upper part 9 has a smaller diameter than the enlarged flow-through bore 14 of the pouring tube 1 and fills the center of this bore to form an annular space 11 between the pouring tube wall and the part 9 of the insert body 2.
  • a screw thread 20 allows the distance 10 to be changed, so that a specific flow cross section can be set directly above the part 9 for the space 21.
  • An electromagnetic coil 25 is arranged concentrically around the pouring tube in such a way that the center of the coil lies approximately in the height range of the space 21.
  • the steel flowing through the pouring tube duct 5 from above is guided radially outward through the upper surface of the part 9 and then flows downward along the annular space 11. This prevents metal flow in the effective area of the coil, which corresponds approximately to the coil length, and in the center of the coil and the pouring tube channel.
  • the upper part of the insert body has, for example, four bores 16, through which the steel is fed to an axial and central flow channel 17, from which it can flow into the liquid core of the strand 18 formed in the mold 3.
  • a braking effect is generated because volume forces act on the metal flowing outwards, an eddy current braking effect occurs when the annular space or gap 11 flows through, and furthermore that caused by a increased field strength produced metal displacements constrictions, and thus a reduced flow cross-section.
  • the coil length 26 can be dimensioned according to the desired effect. In the case of a longer coil, which extends for example over the length of the annular space 11, the proportion of the eddy current braking effect is greater, and the flow rate can be regulated more precisely.
  • the mode of action is more restricted to a concentrated constriction of the steel with respect to the edge 28.
  • the electromagnetic coil 25 can be adjustable in height along the pouring tube, as indicated by the double arrow 27.
  • the steel flowing through can be braked or stopped by the constriction being reinforced to such an extent that the meniscus is displaced inwards over the edge 28 of the upper part 9, as shown in FIG. 1.
  • This enables the flow rate to be regulated easily and reliably from 0% to 100%, without mechanically moving parts and without mechanical wear and tear of any components. Unwanted freezing of the steel in the device can be ruled out by the inductive heating in the effective range of the coil, which is arranged only a short distance around the casting tube.
  • the diameter of the flow channel 5 is approximately 40 mm
  • the outer and inner diameter of the annular space 11 is approximately 65 mm or 60 mm
  • that of the four bores 16 is approximately 15 mm
  • the axial Bore 17 in the insert body 2 has a diameter of approximately 25 mm.
  • coolant e.g. Air or inert gas
  • the flow is briefly prevented electromagnetically and then the heat-conducting ring 30 is cooled until the metal has solidified in this area. The coil 25 is then switched off.
  • the coil can be axially displaced up to the height of the ring 30, so that there is also the possibility of inductively melting and continuing to pour an interrupted metal flow.
  • a second coil can also be provided, which is mounted stationary at the height of the ring 30_.
  • FIG. 2 shows a further embodiment in which the insert body 2 has been inserted into the pouring tube 1 from above. If necessary, this body 2 can be fastened in the pouring tube by means of a refractory cement. In this embodiment, the bores 16 are at the same height.
  • the operation of the coil 25 is illustrated in the right half of the figure. When the coil is charged with a sufficiently high current, the material becomes radial up to the width of the upper part 9 of the insert body 2 constricted and thus prevented from continuing to flow through the space formed between the inner tube wall and the upper part 9.
  • a heat sink 35 in the form of a disk, which was placed on the insert body 2 before the casting, is indicated by dashed lines.
  • the inductive heating effect of the coil 25 allows the metal solidified in the area of the heat sink 35 to be melted in a targeted manner over time.
  • the heat sink 35 can also already be integrated in the insert and attached to it, for example, by means of a dovetail guide,
  • the pouring tube shown in Fig. 2 plunges into the bath level of a mold, not shown. It is clear that a short, non-immersing pouring tube can also be used instead.
  • the electromagnetic forces influencing the flow rate can be controlled via the current strength flowing in the coil 25. It is also possible to change the electromagnetic force on the melt at a predetermined current strength by moving the coil along its axis, or generally by changing the geometric position of the coil with respect to the edge 28 or the space 21, or by changing the current flow in the coil through electrical or mechanical current displacement. A combination of the above measures is also conceivable.
  • the coils 25 are arranged around the pouring tube 1.
  • the distance of the coil 25 from the annular space 11 is thus influenced by the wall thickness of the pouring tube 1.
  • the annular space 11 can also directly are formed by the coil 25 and by a displacement body with the edge 28.
  • the coil 25 can be coated with a thin layer of ceramic material and can represent, for example, a pouring tube extension. With such an arrangement, the efficiency is significantly improved.
  • the displacement body can be provided with a stopper-shaped attachment above the edge 28, which forms a stopper closure with a suitably designed pouring tube. If the displacement body is moved together with an axially movable pouring tube part in the direction of the stationary pouring tube part, the plug-shaped attachment can close the stationary pouring tube.
  • a stopper closure which acts from bottom to top, can, for example, completely interrupt the metal outflow as an emergency closure.
  • a refractory insert body 40 with two flow openings 41 is arranged within a pouring tube 43.
  • An annular space 44 is arranged in the effective range of an electromagnetic coil 45 between the insert body 40 and the pouring tube 43.
  • the flow openings 41 open into a likewise annular deflection channel 46, in which the molten metal is deflected before it enters the annular space 44 and is fed therein from below in the direction of the arrow 47.
  • Bores 49 for the outflow of the molten metal from the annular space 44 are located above a boundary edge 50 which defines the entry cross section of the annular space 44.
  • pouring tube 1, 43, insert body 2, 44 and the coil 25, 45 are advantageously made round. However, it is also possible to choose other cross-sections such as oval, polygonal, etc.
  • the method and the device according to the invention can advantageously be used in multi-strand casting plants.
  • several billet or billet strands with the same take-off speed and common system parts such as oscillation, roller guide, scissors etc. can be cast with a small strand spacing.
  • the electrical equipment in multi-strand systems for feeding the coil can include an independent medium-frequency power supply for each individual strand, or a medium-frequency supply per multi-strand system with parallel connection or series connection or individual coils.
  • the individual control of the individual strands could be carried out by one or a combination of the control options listed above. With the parallel connection, a control for the individual strings would also be e.g. conceivable via upstream chokes with variable inductors.
  • the invention is equally advantageous to use in the so-called “twin casting", in which two strands have to be cast exactly synchronously.

Abstract

Bei einem Verfahren und einer Vorrichtung zur elektromagnetischen Durchflussregulierung wird in einem Giessrohr strömendes Metall durch einen, in den Durchflusskanal des Giessrohres eingebrachten Einsatzkörper am Durchfluss im Zentrumsbereich des Giessrohres gehindert und radial nach aussen umgelenkt. Konzentrisch um das Giessrohr ist eine elektromagnetische Spule angeordnet, womit einschnürende elektromagnetische Kräfte auf das Metall ausgeübt und so der Metalldurchfluss in einem weiten Bereich geregelt werden kann.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Regelung des Durchflusses einer elektrisch leitenden Flüssigkeit, insbesondere einer Metallschmelze beim Stranggiessen, und eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.
  • Beim Stranggiessen wird der Durchfluss von Metall von einem Gefäss zum anderen, z.B. von einer Pfanne zu einem Zwischenbehälter oder von einem Zwischenbehälter in eine Stranggiesskokille, durch Stopfen oder Schieber geregelt. Die verschiedenen Nachteile dieser Regelorgane, ebenso die während des Giessbetriebes möglicherweise auftretenden Störungen, sind weitgehend bekannt. Genannt werden beispielsweise sogenannte Stopfenläufer, das Zufrieren von Durchflussquerschnitten, oft ungenügende Regelbarkeit, Abnützung von mechanisch bewegten Teilen, Notwendigkeit einer hydraulischen Stellvorrichtung etc.
  • Daher wurde bei einem bekannten Stand der Technik beim Stranggiessen versucht, den Querschnitt des das Giessrohr durchfliessenden Metalles mittels elektromagnetischer Kräfte, erzeugt durch konzentrisch um das Giessrohr angeordnete Spulen, einzuschnüren. Bei dieser elektromagnetischen Giessstrahlbeeinflussung ist jedoch die ausgeübte Wirkung ungenügend. Insbesondere ist ein komplettes Stoppen des Durchflusses nicht möglich, da der zu beeinflussende Metalldurchfluss aus physikalischen Gründen wohl bis zu einem gewissen Grad eingeschnürt, jedoch nicht vollständig abgeschnürt werden kann.
  • Es ist Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Regelung des Durchflusses einer elektrisch leitenden Flüssigkeit, insbesondere einer Metallschmelze beim Stranggiessen, zu schaffen, die gegenüber dem bekannten Stopfenmechanismus oder Schieber eine bessere Regulierbarkeit, erhöhte Betriebssicherheit, kleinere Unterhaltskosten und geringeren Materialverschleiss erzielen. Auch soll ein betriebssicheres Starten und Stoppen des Metalldurchflusses erzielt werden.
  • Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale der Patentansprüche gelöst. Dadurch, dass im Zentrum von Spule und Giessrohrkanal innerhalb der elektromagnetischen Wirklänge der Spule der Metalldurchfluss der elektrisch leitenden Flüssigkeit verhindert wird und auf das Metall einschnürende elektromagnetische Kräfte ausgeübt werden, kann der Durchfluss bis zum völligen Abstoppen geregelt werden. Die Form und Stärke des elektromagnetischen Feldes bestimmt dann bei gegebenen geometrischen Verhältnissen, die Menge der durchfliessenden Flüssigkeit bzw. des Metalls. Dadurch wird eine bessere Regulierung bzw. die Möglichkeit des Stoppens des Durchflusses geschaffen.
  • Von Vorteil ist es, wenn der Metalldurchfluss unter Umlenkung des fliessenden Metalls innerhalb der Wirklänge der Spule nach aussen verhindert wird, da in diesem Falle die von der Spule erzeugten Kräfte etwa direkt gegen die Fliessrichtung der Flüssigkeit wirken. Unter der Wirklänge der Spule wird etwa die Länge der Spule in der Spulenachse verstanden.
  • Zur vollständigen Unterbrechung des Metalldurchflusses ist es vorteilhaft, den Durchfluss mittels der elektromagnetischen Wirkung der Spule kurzzeitig zu unterbrechen, das sich im Giessrohrkanal befindliche Metall bis zu seiner Erstarrung zu kühlen und das elektromagnetische Feld hernach auszuschalten. Dadurch kann ein sicherer Verschluss auch über längere Zeit gebildet werden. Ein Wiederaufschmelzen, falls gewünscht, ist durch äussere Einwirkung, z.B. durch Einschalten des elektromagnetischen Feldes, möglich.
  • Eine weitere vorteilhafte Möglichkeit besteht darin, dass das im Giessrohrdurchflusskanal sich in Fliessrichtung vor der Wirklänge der Spule befindliche Metall gekühlt und zur Erstarrung gebracht wird. Eine Entfernung des erstarrten Metallpfropfens kann durch Einschalten der auf die Höhe des Metallpfropfens angehobenen Spule oder einer auf dieser Höhe angeordneten zweiten Spule bewirkt werden. Hierdurch kann z.B. bei Mehrstranganlagen ein gezieltes Wiederangiessen nach einem Unterbruch für einzelne Stränge erfolgen.
  • Ebenso vorteilhaft ist es, zum gezielten Starten des Metalldurchflusses, insbesondere bei Giessbeginn beim Stahlstranggiessen, das Metall im Giessrohrdurchflusskanal und im elektromagnetischen Wirkungsbereich der Spule zu kühlen und zur Erstarrung zu bringen und durch induktives Erwärmen mit Hilfe der Spule zu einem gewünschten Zeitpunkt wieder aufzuschmelzen. Dadurch kann z.B. bei Mehrstranggiessanlagen ein gezieltes Angiessen einzelner Stränge erfolgen.
  • Durch den, mindestens mit seinem oberen Teil das Zentrum ausfüllenden, feuerfesten Einsatzkörper wird erreicht, dass das Metall an der Aussenseite des Einsatzkörpers fliesst, wodurch die elektromagnetische Beeinflussung durch die Spule in einem induktornahen Gebiet stattfindet, in welchem die zur Regulierung notwendige Feldstärke mit geringerem Energiebedarf erzeugt werden kann. Dadurch wird eine bessere Regulierungsmöglichkeit, bzw. die Möglichkeit des Stoppens des Metalldurchflusses, geschaffen.
  • Vorzugsweise bildet der Einsatzkörper'mit dem Giessrohr einen Ringraum, dessen Länge im elektromagnetischen Wirkbereich der Spule die Regelcharakteristik beeinflusst.
  • Es ist vorteilhaft, den Durchmesser des das Zentrum des Giessrohres ausfüllenden Einsatzkörpers nach der elektrischen Leitfähigkeit der abgegossenen Metallschmelze und/ oder der Frequenz des Spulenstromes zu wählen. Eine besonders gute Regelmöglichkeit ergibt sich, wenn der Durchmesser des Einsatzkörpers grösser als das Dreifache der Eindringtiefe des elektromagnetischen Feldes in die Metallschmelze ist. Unter dieser Eindringtiefe versteht man das Eindringmass, wie z.B. in der DE-OS 1 803 473 beschrieben.
  • Vorzugsweise besitzt der Durchflusskanal des Giessrohres in Strömungsrichtung des Metalls eine absatzförmige Verbreiterung zu einem Raum, zu dessen Stirnfläche der Einsatzkörper mit Abstand befestigt ist. Dadurch wird der Metallfluss in einen aussenliegenden Spalt bzw. Ringraum verdrängt. In dem, dem Spalt vorgelagerten Raum kann das Metall gut eingeschnürt werden, so dass bei einer genügend grossen Verdrängung nach innen kein Metall mehr durch den Ringraum, begrenzt von der Aussenfläche des Einsatzkörpers und dem Giessrohr, fliesst.
  • Vorzugsweise besitzt der Einsatzkörper in seinem oberen Teil Bohrungen bzw. Durchflusskanäle, in denen das Metall aus dem Ringraum in einen zentrischen Durchflusskanal des Einsatzkörpers strömen kann und in diesem abwärts fliesst. Dadurch kann das Metall, z.B. der Stahl, zentrisch in ein nachfolgendes Gefäss eingebracht werden, was insbesondere für kleinere Strangformate vorteilhaft ist.
  • Nach einem weiteren Merkmal kann der Einsatzkörper im Giessrohr höhenverstellbar sein, beispielsweise mittels eines in der erweiterten Bohrung des Giessrohres vorgesehenen Schraubgewindes. Dadurch kann der Abstand des oberen Teils des Einsatzstückes zur Stirnfläche der erweiterten Bohrung verändert werden. d.h. durch Veränderung des durch Giessrohrinnenfläche und Kopffläche des eingesetzten Einsatzstückes gebildeten Raumes kann dieser Durchflussraum den jeweiligen Gegebenheiten angepasst werden.
  • Im Giessrohr kann ferner, in Strömungsrichtung des Stahles gesehen, vor dem oberen Teil des Einsatzkörpers und konzentrisch um den Durchflusskanal ein thermisch und elektrisch gut leitender Ring angeordnet sein, der über eine Zufuhrleitung mit Kühlmittel beaufschlagt werden kann. Dadurch wird, wie nachstehend noch im Ausführungsbeispiel beschrieben, eine besonders vorteilhafte Möglichkeit des Stoppens und Absperrens des Metallflusses gegeben.
  • Nach einem weiteren Merkmal kann die elektromagnetische Spule in axialer Richtung längs des Giessrohres höhenverstellbar sein, mit Vorteil bis auf die Höhe des eingebauten Ringes. Dadurch kann ein zum Zwecke des Stoppens des Metallflusses gewollt erzeugter Stahlpfropfen jederzeit wieder aufgeschmolzen werden.
  • Auf den oberen Teil des Einsatzkörpers kann ein Kühlkörper aufgebracht sein, der die Aufgabe hat, beim Angiessen das zuerst ins Giessrohr eingeflossene Metall zum Erstarren zu bringen. Dieser Körper wird vor dem Zusammenbau von Giessrohr und Einsatzkörper in die Bohrung des Giessrohres eingebracht, kann aber auch bereits im Einsatzstück integriert sein, z.B. aus einem, mittels Schwalbenschwanzführung aufgestecktem Kühlmetall bestehen.
  • Wenn beispielsweise eine Regulierung der Durchflussmenge von 0 - 100 % erforderlich ist, kann gemäss einer anderen Ausführungsform der Metallfluss vor dem Eintritt in einen Ringraum in eine Fliessrichtung nach oben, d.h. entgegengesetzt zur Schwerkraft, umgelenkt werden. Bei einer vorrichtungsmässigen Ausgestaltung kann dabei im feuerfesten Einsatzkörper mindestens eine Durchflussöffnung derart angeordnet werden, dass die Metallschmelze vor dem Eintritt in den Ringraum durch diese Durchflussöffnung fliesst und dem Ringraum von unten zuführbar ist und dass Bohrungen für den Ablfuss aus dem Ringraum oberhalb einer Begrenzungskante auf der Metalleintrittseite des Ringraumes angeordnet sind. Bei einer solchen Vorrichtung fallen durch induzierte Turbulenzen verursachte Spritzer im Ringraum in einen tieferliegenden Umlenkkanal zurück. Sie können somit nicht aus dem Giessrohr austreten.
  • Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Zeichnungen beispielsweise beschrieben.
  • Es zeigen:
    • Fig. 1 eine Ausführungsform der Erfindung mit Giessrohr, Einsatzkörper und elektromagnetischer Spule,
    • Fig. 2 eine weitere Ausführungsform,
    • Fig. 3 einen Schnitt nach der Linie III-III der Fig.4 und
    • Fig. 4 einen Schnitt nach der Linie IV-IV der Fig. 3.
  • In Fig. 1 ist in einem Giessrohr 1 ein Einsatzkörper 2 befestigt, der in eine Stranggiesskokille 3 zur Erzeugung eines Stahlstranges 18 mündet. Das Giessrohr 1 befindet sich unterhalb eines nicht dargestellten Giessgefässes, z.B. einem Zwischenbehälter, aus dem der Stahl in den Durchflusskanal 5 des Giessrohres 1 strömt. Dieses besitzt eine stufen- oder absatzförmige Erweiterung des Durchflusskanals, in Strömungsrichtung des Stahles, zu einem Raum 21, zu dessen Stirnfläche 7 sich ein oberer Teil 9 des Einsatzkörpers 2 mit einem Abstand l0 befindet. Dieser obere Teil 9 hat einen kleineren Durchmesser als die erweiterte Durchflussbohrung 14 des Giessrohres 1 und füllt das Zentrum dieser Bohrung unter Bildung eines Ringraumes 11 zwischen Giessrohrwand und dem Teil 9 des Einsatzkörpers 2 aus. Ein Schraubgewinde 20 erlaubt eine Veränderung des Abstandes 10, so dass für den Raum 21 ein bestimmter Durchflussquerschnitt unmittelbar oberhalb des Teils 9 eingestellt werden kann. Eine elektromagnetische Spule 25 ist konzentrisch um das Giessrohr so angeordnet, dass die Mitte der Spule etwa im Höhenbereich des Raumes 21 liegt.
  • Der von oben durch den Giessrohrkanal 5 fliessende Stahl wird durch die obere Fläche des Teils 9 radial nach aussen geleitet und fliesst sodann entlang des Ringraumes 11 nach unten. Damit wird im Wirkbereich der Spule, der etwa der Spulenlänge entspricht, und im Zentrum von Spule und Giessrohrkanal der Metalldurchfluss verhindert. Der obere Teil des Einsatzkörpers besitzt beispielsweise vier Bohrungen 16,-durch die der Stahl einem axialen und zentrischen Durchflusskanal 17 zugeführt wird, von dem er in den flüssigen Kern des in der Kokille 3 gebildeten Stranges 18 fliessen kann. Bei elektrischer Beaufschlagung der Spule 25 kommt es zu einer elektromagnetischen Beeinflussung des aus dem Durchflusskanal 5 austretenden, nach aussen fliessenden Stahles. Dabei wird eine Bremswirkung erzeugt, da Volumenkräfte auf das nach aussen strömende Metall wirken, eine Wirbelstrom-Bremswirkung beim Durchfliessen des Ringraumes bzw. -spaltes 11 entsteht und ferner die durch eine erhöhte Feldstärke erzeugten Metallverdrängungen Einschnürungen, und damit einen reduzierten Durchflussquerschnitt, zur Folge haben. Die Spulenlänge 26 kann nach der gewünschten Wirkung bemessen werden. Bei einer längeren Spule, die sich beispielsweise über die Länge des Ringraumes 11 erstreckt, ist der Anteil der Wirbelstrom-Bremswirkung grösser, und es kann eine feinere Regulierung des Durchflusses vorgenommen werden. Bei einer kürzeren Spule, deren Wir- kungsbereich hauptsächlich den unmittelbar über dem oberen Teil 9 des Einsatzkörpers 2 liegenden Raum 21 erfasst, in der Figur strichliert dargestellt, ist die Wirkungsweise mehr auf eine konzentrierte Einschnürung des Stahles in bezug auf die Kante 28 beschränkt.
  • Die elektromagnetische Spule 25 kann entlang des Giessrohres höhenverstellbar sein, wie durch den Doppelpfeil 27 angedeutet. Durch wahlweise Beaufschlagung der Spule 25 mit Strom kann der durchfliessende Stahl gebremst bzw. gestoppt werden, indem die Einschnürung soweit verstärkt wird, dass der Meniskus über die Kante 28 des oberen Teiles 9 nach innen verdrängt wird, wie in der Fig. 1 dargestellt. Dadurch ist eine einfache und betriebssichere Regulierbarkeit des Durchflusses von 0 % bis 100 % möglich und zwar ohne mechanisch bewegte Teile und ohne mechanischen Verschleiss irgendwelcher Komponenten. Durch die induktive Erwärmung im Wirkungsbereich der nur mit geringem Abstand um -das Giessrohr angeordneten Spule, kann ein unerwünschtes Einfrieren des Stahles in der Einrichtung ausgeschlossen werden.
  • Im in Fig. 1 dargestellten Beispiel zum Stranggiessen eines Stahlknüppels von 130 mm Kantenlänge beträgt der Durchmesser des Durchflusskanals 5 etwa 40 mm, der äussere und innere Durchmesser des Ringraumes 11 etwa 65 mm bzw. 60 mm, derjenige der vier Bohrungen 16 etwa 15 mm, und die axiale Bohrung 17 im Einsatzkörper 2 hat einen Durchmesser von etwa 25 mm. Für diese geometrischen Verhältnisse und für eine gesamte ferrostatische Höhe bis zur Spulenmitte von etwa 500 mm ist mit einem Spulenstrom für eine Regelung im Bereich von 50 - 100 % Durchfluss bis ca. 7 kA, von 10 - 100% ca. 10 kA, und für völliges Abstellen ca. 15 kA zu rechnen. Dies bei einer Frequenz von beispielsweise 1000 Hz und einer Niederspannungsversorgung.
  • Im Giessrohr 1 ist konzentrisch zum Durchflusskanal 5 ein Ring 30 aus grafitiertem Feuerfestmaterial, das sowohl thermisch als auch elektrisch gut leitend ist, eingelegt, der über eine Zuleitung 31 mit Kühlmittel, z.B. Luft oder Inertgas, beaufschlagt werden kann. Dadurch ist bei z.B. Gussende die Möglichkeit gegeben, den Durchfluss auch ohne dauernd eingeschalteter Spule 25 zu stoppen. Dazu wird der Durchfluss kurzzeitig elektromagnetisch unterbunden und danach der gut wärmeleitende Ring 30 gekühlt, bis das Metall in diesem Bereich durcherstarrt ist. Danach wird die Spule 25 ausgeschaltet. Durch die Höhenverstellbarkeit der Spule kann diese axial bis zur Höhe des Ringes 30 verschoben werden, so dass auch die Möglichkeit besteht, einen derart unterbrochenen Metallfluss induktiv wieder aufzuschmelzen und weiterzugiessen. Anstelle der Höhenverstellbarkeit kann auch eine zweite Spule vorgesehen sein, die in der Höhe des-Ringes 30_stationär angebracht ist.
  • Fig. 2 zeigt eine weitere Ausführungsform bei der der Einsatzkörper 2 von oben in des Giessrohr 1 eingesetzt wurde. Gegebenenfalls kann dieser Körper 2 mittels eines feuerfesten Zements im Giessrohr befestigt sein. Bei dieser Ausführungsform liegen die Bohrungen 16 auf gleicher Höhe. In der rechten Hälfte der Figur wird die Wirkungsweise der Spule 25 veranschaulicht. Bei mit ausreichend hoher Stromstärke beaufschlagter Spule wird das Material radial bis über die Breite des oberen Teils 9 des Einsatzkörpers 2 eingeschnürt und derart am weiteren Durchfluss durch den zwischen Giessrohrinnenwandung und oberem Teil 9 gebildeten Raum verhindert. Strichliert angedeutet ist ein Kühlkörper 35 in Form einer Scheibe, der auf den Einsatzkörper 2 vor dem Angiessen aufgelegt wurde. Dadurch ist ein kontrolliertes Angiessen möglich, indem nach dem Eingiessen des Stahls in das Giessrohr vorerst ein Durchfluss des Metalls durch die Kühlwirkung der Scheibe 35 verhindert wird. Durch induktive Heizwirkung der Spule 25 kann das im Bereich des Kühlkörpers 35 erstarrte Metall zeitlich gezielt aufgeschmolzen werden. Der Kühlkörper 35 kann auch bereits im Einsatzstück integriert sein und z.B. über eine schwalbenschwanzartige Führung daran befestigt sein,
  • Das in Fig. 2 dargestellt Giessrohr taucht in den Badspiegel einer nicht dargestellten Kokille ein. Es ist klar, dass statt dessen auch ein kurzes, nicht eintauchendes Giessrohr verwendet werden kann.
  • Die Steuerung der die Durchflussmenge beeinflussenden elektromagnetischen Kräfte kann über die in der Spule 25 fliessende Stromstärke erfolgen. Ebenso ist es möglich, bei einer fest vorgegebenen Stromstärke die elektromagnetische Kraft auf die Schmelze zu verändern, indem die Spule entlang ihrer Achse verschoben wird, oder allgemein, indem die geometrische Lage der Spule bezüglich der Kante 28 bzw. des Raumes 21 verändert wird, oder indem der Stromfluss in der Spule durch elektrische oder mechanische Stromverdrängung verändert wird. Im weiteren ist eine Kombination obengenannter Massnahmen denkbar.
  • In den Beispielen in Fig. 1 und 2 sind die Spulen 25 um das Giessrohr 1 herum angeordnet. Der Abstand der Spule 25 vom Ringraum 11 wird somit durch die Wandstärke des Giessrohres 1 beeinflusst. Der Ringraum 11 kann aber auch direkt durch die Spule 25 und durch einen Verdrängungskörper mit der Kante 28 gebildet werden. Die Spule 25 kann bei einer solchen Anordnung mit einer dünnen Schicht keramischem Material beschichtet sein und beispielsweise eine Giessrohrfortsetzung darstellen. Bei einer solchen Anordnung wird der Wirkungsgrad wesentlich verbessert.
  • Der Verdrängungskörper kann im Sinne einer weiteren Ausführungsform oberhalb der Kante 28 mit einem stopfenförmigen Aufsatz versehen werden, der mit einem entsprechend ausgebildeten Giessrohr einen Stopfenverschluss bildet. Wird der Verdrängungskörper zusammen mit einem axial bewegbaren Giessrohrteil in Richtung zum feststehenden Giessrohrteil bewegt, so kann der stopfenförmige Aufsatz das feststehende Giessrohr verschliessen. Ein solcher von unten nach oben wirkender Stopfenverschluss kann beispielsweise als Notverschluss den Metallausfluss völlig unterbrechen.
  • In Fig. 3 und 4 ist ein feuerfester Einsatzkörper 40 mit zwei Durchflussöffnungen 41 innerhalb einem Giessrohr 43 angeordnet. Zwischen dem Einsatzkörper 40 und dem Giessrohr 43 ist ein Ringraum 44 im Wirkungsbereich einer elektromagnetischen Spule 45 angeordnet. Die Durchflussöffnungen 41 münden in einen ebenfalls ringförmigen Umlenkkanal 46, in welchem die Metallschmelze vor dem Eintritt in den Ringraum 44 umgelenkt und in diesen in Richtung des Pfeiles 47 von unten zugeführt wird. Bohrungen 49 für den Abfluss der Metallschmelze aus dem Ringraum 44 befinden sich oberhalb einer Begrenzungskante 50, die den Eintrittsquerschnitt des Ringraumes 44 definiert.
  • Giessrohr 1, 43, Einsatzkörper 2, 44 und die Spule 25, 45, wie in den Fig. dargestellt, werden mit Vorteil rund ausgeführt. Es ist aber ohne weiteres möglich, auch andere Querschnitte wie oval, polygonal etc. zu wählen.
  • Das erfindungsgemässe Verfahren und die Einrichtung können vorteilhaft bei Mehrstranggiessanlagen eingesetzt werden. Dabei können z.B. mehrere Knüppel- oder Vorblockstränge mit gleicher Abzugsgeschwindigkeit und gemeinsamen Anlageteilen, wie Oszillation, Rollenführung, Schere etc. bei kleinem Strangabstand gegossen werden. Die elektrische Ausrüstung bei Mehrstranganlagen zur Speisung der Spule kann eine unabhängige Mittelfrequenz-Stromzufuhr für jeden einzelnen - Strang, oder eine Mittelfrequenz-Versorgung pro Mehrstranganlage mit Parallelschaltung oder Serienschaltung oder einzelnen Spulen beinhalten. Die individuelle Steuerung der einzelnen Stränge könnte durch eine oder eine Kombination der oben aufgeführten Steuermöglichkeiten erfolgen. Bei der Parallelschaltung wäre auch eine Steuerung für die einzelnen Stränge z.B. über vorgeschaltete Drosseln mit variablen Induktivitäten denkbar.
  • Ebenso vorteilhaft ist die Erfindung beim sogenannten "Zwillingsguss" einzusetzen, bei dem zwei Stränge genau synchron gegossen werden müssen.

Claims (17)

1. Verfahren zur Regelung des Durchflusses einer elektrisch leitfähigen Flüssigkeit, insbesondere einer Metallschmelze beim Stranggiessen, mit einem Giessrohr und einer konzentrisch um dieses angeordneten, ein elektromagnetisches Feld erzeugenden Spule, dadurch gekennzeichnet, dass im Zentrum von Spule und Giessrohrdurchflusskanal innerhalb der elektromagnetischen Wirklänge der Spule der Metalldurchfluss verhindert wird und dabei den Durchfluss regelnde, einschnürende elektromagnetische Kräfte auf das Metall ausgeübt werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Metalldurchfluss unter Umlenkung des fliessenden Metalls innerhalb der elektromagnetischen Wirklänge der Spule nach aussen verhindert wird.
3-. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2 zum Unterbrechen des Metalldurchflusses, insbesondere bei Giessende beim Stahlstranggiessen, dadurch gekennzeichnet, dass der Metalldurchfluss kurzzeitig elektromagnetisch unterbunden wird, sich im Giessrohrdurchflusskanal befindliches Metall gekühlt und zur Erstarrung gebracht und das elektromagnetische Feld hernach ausgeschaltet wird.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das im Giessrohrdurchflusskanal sich in Durchflussrichtung vor der Wirklänge der Spule befindliche Metall gekühlt und zur Erstarrung gebracht wird.
5. Verfahren nach einem der Ansprüch 1 bis 4 zum Starten des Metalldurchflusses, insbesondere bei Giessbeginn beim Stahlstranggiessen, dadurch gekennzeichnet, dass das Metall im Giessrohrdurchflusskanal, innerhalb der elektromagnetischen Wirklänge der Spule gekühlt und zur Erstarrung gebracht wird und zu einem gewünschten Zeitpunkt durch die Spule induktiv aufgeschmolzen wird.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 - 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Metallfluss vor dem Eintritt in einen Ringraum innerhalb der elektromagnetischen Wirklänge der Spule umgelenkt und in eine Fliessrichtung nach oben gebracht wird.
7. Vorrichtung zur Regelung des Durchflusses einer elektrisch leitfähigen Flüssigkeit mit einem Giessrohr und einer konzentrisch um dieses angeordneten elektromagnetischen Spule, dadurch gekennzeichnet, dass im Durchflusskanal (5) des Giessrohres (l), innerhalb der elektromagnetischen Wirklänge der Spule (25), ein feuerfester Einsatzkörper (2) befestigt ist, der mindestens mit seinem oberen Teil (9) das Zentrum des Giessrohrkanals ausfüllt und an dessen Aussenseite die durch elektromagnetische Kräfte regulierte Metallschmelzenmenge fliesst.
8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Einsatzkörper (2) mit dem Giessrohr (1) einen Ringraum (11) bildet, dessen Länge im elektromagnetischen Wirkbereich der Spule die Regelcharakteristik beeinflusst.
9. Vorrichtung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Durchmesser des das Zentrum des Giessrohres ausfüllenden Einsatzkörpers abhängig von der eleketrischen Leitfähigkeit der Metallschmelze und/ oder der Frequenz des Spulenstromes gewählt ist.
10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Durchmesser des Einsatzkörpers (2) grösser ist als das Dreifache der Eindringtiefe d des elektromagnetischen Feldes in die Metallschmelze.
11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Durchflusskanal (5) des Giessrohres (1) eine absatzförmige Verbreiterung zu einem Raum (21) aufweist und der Einsatzkörper (2) mit Abstand (10) zur Stirnfläche (7) des Raumes (21) befestigt ist.
12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass der obere Teil 9 des Einsatzkörpers (2) Bohrungen (16) aufweist, die den Ringraum (11) mit einem axialen Durchflusskanal (17) des Einsatzkörpers (2) verbinden.
13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Einsatzkörper (2) im Giessrohr (1) höhenverstellbar befestigt ist.
14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass im Giessrohr (1) in Giessrichtung vor dem oberen Teil (9) des Einsatzkörpers (2) und konzentrisch um den Durchflusskanal (5) ein thermisch und elektrisch leitender Ring (30) angeordnet ist.
15. Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Spule (25) bis mindestens in den Bereich des Ringes (30) höhenverstellbar ist.
16. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass auf dem oberen Teil (9) des Einsatzkörpers (2) ein Kühlkörper (35) aufgebracht ist.
17. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 - 16, dadurch gekennzeichnet, dass im feuerfesten Einsatzkörper (40) mindestens eine Durchflussöffnung (41) derart angeordnet ist, dass die Metallschmelze vor dem Eintritt in den Ringraum (44) durch die Durchflussöffnung (41) fliesst und dem Ringraum (44) von unten zuführbar ist und dass Bohrungen (45) für den Abfluss aus dem Ring- - raum (44) oberhalb einer Begrenzungskante (50) auf der Metalleintrittsseite des Ringraumes (44) angeordnet sind.
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