EP0592360B1 - Machine for vertical continuous casting in a magnetic field - Google Patents
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- EP0592360B1 EP0592360B1 EP93810672A EP93810672A EP0592360B1 EP 0592360 B1 EP0592360 B1 EP 0592360B1 EP 93810672 A EP93810672 A EP 93810672A EP 93810672 A EP93810672 A EP 93810672A EP 0592360 B1 EP0592360 B1 EP 0592360B1
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Abstract
Description
Die Erfindung bezieht sich auf eine Giessmaschine nach dem Oberbegriff von Anspruch 1. Weiter betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Kühlen eines Stranges in einer Giessmaschine.The invention relates to a casting machine according to the preamble of claim 1. The invention further relates to a method for cooling a Stranges in a casting machine.
Bei Stranggiessverfahren, auch kontinuierliche Giessverfahren genannt, werden Metalle in Form von mehrere Meter langen Barren oder Bolzen gegossen, welche als Vormaterial für verschiedene nachfolgende Verarbeitungsschritte eingesetzt werden, wie z.B. zum Pressen, Walzen oder Schmieden.For continuous casting processes, also continuous casting processes are called metals in the form of several meters long Ingots or bolts cast, which are used as primary material for various subsequent processing steps are used such as for pressing, rolling or forging.
Das wichtigste Glied einer Stranggiessmaschine sind Kokillen, welche in konventionellen Verfahren den Querschnitt des gegossenen Stranges festlegen. Eine Giessmaschine ist, je nach der Anzahl von gegossenen Strängen, mit entsprechend vielen, absenkbaren Anfahrböden ausgerüstet, welche fest mit einem Giesstisch verbunden sind.The most important link in a continuous casting machine are molds, which in conventional processes cross-section the the cast strand. A casting machine is, ever according to the number of cast strands, with accordingly equipped with many lowerable approach floors, which are fixed are connected to a casting table.
Während sich die Kokillen langsam mit der Schmelze füllen, beginnt das Metall an den Anfahrböden zu erstarren. Diese werden gekühlt und mit einer derartigen Geschwindigkeit abgesenkt, dass die Soliduslinie des erstarrenden Metalls stets innerhalb des Kokillenrahmens bleibt. Die Stränge, deren Erstarrung durch Wasserkühlung beschleunigt wird, wachsen in gleichem Masse nach unten, wie die Anfahrböden abgesenkt werden. Innerhalb einer vorgegebenen Länge eines Stranges ist der Giessvorgang unterbrechungsfrei. As the molds slowly fill with the melt, the metal begins to solidify on the approach floors. This are cooled and lowered at such a speed that the solidus line of solidifying metal always remains within the mold frame. The strands the solidification of which is accelerated by water cooling, grow down to the same extent as the approach floors be lowered. Within a given length of a The casting process is uninterrupted.
Zu den wichtigsten Parametern des Stranggiessens gehören eine richtig gesteuerte Absenkgeschwindigkeit sowie die Kühlung des Metalls am richtigen Ort und mit der richtigen Intensität. Diese Parameter haben einen starken Einfluss auf die Oberfläche des Giessbarrens. Bei ungünstiger Steuerung der Parameter können Seigerung, Austritt von Schmelze durch die erstarrte Schale, Aufreissen oder Kalkaufbindung auftreten.The most important parameters of continuous casting include a properly controlled lowering speed as well as the Cooling the metal in the right place and with the right one Intensity. These parameters have a strong impact on the surface of the ingot. With poor control the parameters can segregation, leakage of melt through the frozen shell, tearing or lime binding occur.
Das erst in jüngerer Zeit zu industrieller Reife geführte Magnetfeldgiessen (EMC) basiert auf der vollständigen Eliminierung mechanischer Berührung zwischen der Kokille und dem erstarrenden Metall. Das flüssige Metall wird durch steuerbare elektromagnetische Kräfte exakt in der Querschnittsform des Strangs gehalten.That has only recently been brought to industrial maturity Magnetic field casting (EMC) is based on complete elimination mechanical contact between the mold and the solidifying metal. The liquid metal is through controllable electromagnetic forces exactly in the cross-sectional shape of the strand kept.
Mit dem EMC-Verfahren lässt sich nicht nur eine homogene interne Struktur, sondern auch eine glatte Oberfläche des gegossenen Metalls erzielen, was zu besseren physikalischen und chemischen Eigenschaften der Press- oder Schmiedebolzen sowie Walzbarren führt. Kostspielige Nachbehandlungen, wie die Entfernung der Oberflächenhaut oder die Kantenbestossung, sind mit dem EMC-Verfahren nicht mehr notwendig.The EMC process can not only be a homogeneous internal Structure, but also a smooth surface of the cast Achieve metal, resulting in better physical and chemical properties of the press or forged bolts as well as rolled bars. Costly post-treatments, such as the removal of the surface skin or the edge bumping, are no longer necessary with the EMC process.
Beim Magnetfeldgiessen ist die Startphase sehr wichtig, weil die Erstarrungsfront in einem engen Höhenbereich der Kokille von etwa 10 mm gehalten wird. Dies ist notwendig, weil bei einer EMC-Kokille die magnetischen Kräfte den metallostatischen Druck der Schmelze oberhalb der Erstarrungsfront kompensieren müssen. Deshalb ist eine vollständige Beherrschung der Kühlung, insbesondere während der Startphase, unerlässlich. Die Absenkgeschwindigkeit und die Kühlung einer bestimmten Legierung und Barrendimensionierung müssen zeitabhängig optimalisiert werden.The starting phase is very important in magnetic field casting because the solidification front in a narrow height range of the mold of about 10 mm. This is necessary because at an EMC mold the magnetic forces the metallostatic Compensate for melt pressure above the solidification front have to. That is why complete control is required cooling, especially during the start-up phase, essential. The lowering speed and the cooling a certain alloy and ingot dimensions be optimized based on time.
Die Barrenfusskrümmung und lokale Rissbildung können weitgehend eliminiert werden, wenn die Schockwirkung und die Intensität des Kühlwassers gesenkt werden können:
- Mit der Verwendung von kohlendioxidhaltigem Kühlwasser kann die Kühlintensität um einen Faktor bis etwa 5 gesenkt werden. Die Verwendung von CO2-haltigem Kühlwasser bringt jedoch auch Nachteile mit sich. Das Kohlendioxid muss in Druckflaschen abgefüllt, transportiert und gelagert werden. Weiter muss CO2-haltiges Kühlwasser bis kurz vor dem Austritt unter hohem Druck gehalten werden, was konstruktiv und werkstoffmässig zu einem höheren Aufwand führt.
- Nach einer weiteren Variante wird wenigstens während der Startphase des Giessens pulsierend Kühlwasser aufgespritzt. Dieses Verfahren hat sich beispielsweise beim Giessen der meisten Aluminiumlegierungen bewährt, bei harten Legierungen können jedoch Haarrisse entstehen.
- With the use of carbon dioxide-containing cooling water, the cooling intensity can be reduced by a factor of up to about 5. However, the use of CO 2 -containing cooling water also has disadvantages. The carbon dioxide has to be filled, transported and stored in pressure bottles. Furthermore, CO 2 -containing cooling water has to be kept under high pressure until shortly before the outlet, which leads to higher expenditure in terms of construction and materials.
- According to a further variant, cooling water is pulsed on at least during the starting phase of the casting. This method has proven itself, for example, when casting most aluminum alloys, but hairline cracks can occur with hard alloys.
Die nach unten keilförmig ausgebildete elektromagnetische Abschirmung bekannter Kokillen für EMC-Giessmaschinen erfüllt gleichzeitig zwei Funktionen:
- Das aus nichtrostendem Stahl, insbesondere INOX, bestehende Material der Abschirmung absorbiert die den Strang formenden elektromagnetischen Kräfte in gleichem Masse zunehmend, wie das Material zunimmt. Dies führt zu einer zusätzlichen Erwärmung.
- Die polierte Aussenfläche einer Abschrägung der Abschirmung wirkt zugleich als Leitfläche für das Kühlwasser, wobei auf der Leitfläche vorerst ein Kühlwasserfilm, dann ein auf den Strang aufspritzender Wasservorhang gebildet wird. Als Nebenwirkung wird die elektromagnetische Abschirmung durch das auftreffende Wasser gekühlt. INOX beispielsweise ist ein ausgesprochen schlechter thermischer Leiter.
- The shielding material made of stainless steel, in particular INOX, increasingly absorbs the electromagnetic forces that form the strand to the same extent as the material increases. This leads to additional warming.
- The polished outer surface of a bevel of the shield also acts as a guide surface for the cooling water, a cooling water film being formed first on the guide surface, then a water curtain spraying onto the strand. As a side effect, the electromagnetic shield is cooled by the water that hits it. INOX, for example, is an extremely poor thermal conductor.
Daraus ergeben sich für bekannte EMC-Kokille einige Probleme:
- Auf der polierten Aussenseite der elektromagnetischen Abschirmung, der Leitfläche, lagert sich Kalk ab und führt zu einer ungenügenden Filmbildung durch das Kühlwasser und zu schwachen Kühlung der Abschirmung. Da diese Kühlung hinreichend sein muss, sind aufwendige Unterhaltskosten unumgänglich.
- Die elektromagnetische Abschirmung ist starr an der Kokille befestigt, die Lage der Leitfläche kann also nicht verändert werden.
- Die Bestandteile der Kokille bestehen aus Aluminium, Eisen und Kupfer, was zu Korrosionsproblemen führt.
- Lime deposits on the polished outside of the electromagnetic shield, the guiding surface, and leads to insufficient film formation by the cooling water and weak cooling of the shield. Since this cooling must be sufficient, expensive maintenance costs are unavoidable.
- The electromagnetic shield is rigidly attached to the mold, so the position of the guide surface cannot be changed.
- The components of the mold consist of aluminum, iron and copper, which leads to corrosion problems.
Eine Giessmaschine der eingangs genannten Art ist aus der EP-A-0229589 bekannt. Ein ggf. vertikal verschiebbarer Gegenschirm ist innengekühlt. Das zur Innenkühlung verwendete Kühlwasser tritt durch Kühlmitteldurchlässe aus dem Gegenschirm aus und wird auf den Strang geleitet. Durch die Verschiebung des Gegenschirms verändert sich auch die Auftreffhöhe dieser zusätzlich auf den Strang geleiteten Kühlmittelstrahlen. Die Hauptmenge des Kühlmittels wird über eine an der Abschirmung ausgebildete Leitfläche auf den Strang gelenkt. Die Menge des auf den Strang aufgebrachten Kühlmittels kann hierbei über dielektrische Zwischenstücke bzw. Kühlmittelschikanen reguliert werden.A casting machine of the type mentioned at the outset is known from EP-A-0229589 known. A vertically displaceable counter screen is cooled inside. The one used for internal cooling Cooling water emerges from the counter screen through coolant passages and is directed to the strand. By the shift of the counter screen also changes the impact height this additionally coolant jets directed onto the strand. The bulk of the coolant is passed through a the shield trained guide surface directed to the strand. The amount of coolant applied to the strand can in this case via dielectric intermediate pieces or Coolant chicanes are regulated.
Die EP-A-0372947 offenbart eine konventionelle Stranggiesskokille mit einer schwenkbaren Ablenkeinrichtung für das Kühlmittel zur Veränderung der Auftreffhöhe des Kühlmittels auf dem Strang. EP-A-0372947 discloses a conventional continuous casting mold with a swivel deflector for the Coolant for changing the impact height of the coolant on the strand.
Die Erfinder haben sich die Aufgabe gestellt, eine Giessmaschine der eingangs genannten Art zu schaffen, welche dank einfacherer Gestaltung und geringeren Verlusten an elektromagnetischer Energie der Kokillen sowohl in bezug auf die Herstellungs- als auch auf die Betriebskosten wirtschaftlicher ist. Die Kokille soll im Auftragen von Kühlwasser flexibel sein und mit einem Verfahren gekühlt werden, das schonender als bisherige angewendet werden kann.The inventors set themselves the task of a casting machine of the type mentioned at the beginning, which thanks simpler design and less electromagnetic losses Energy of the molds in relation to both Manufacturing and operating costs more economical is. The mold should be flexible in the application of cooling water and be cooled with a process that is more gentle can be applied as previous.
In bezug auf die Giessmaschine wird die Aufgabe erfindungsgemäss gelöst durch die Merkmale von Anspruch 1. Spezielle und weiterbildende Ausführungsformen der Giessmaschine sind Gegenstand von abhängigen Patentansprüchen.With regard to the casting machine, the object is achieved according to the invention solved by the features of claim 1. Special and continuing education Embodiments of the casting machine are the subject of dependent claims.
Nach einer besonders vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung besteht das Kokillengehäuse aus einem zweckmässig etwa 3 mm dicken Lochblech. Dies bedeutet gegenüber dem bekannten Stand der Technik in ökonomischer und technischer Hinsicht einen gewaltigen Fortschritt, die teuren metallischen Formteile, welche massiv ausgebildet sind und in der Regel aus Aluminium bestehen, können durch ein Blechgehäuse aus nichtrostendem Stahl, dem gleichem Material wie die Abschirmung, hergestellt sein. Wegen der grossen Mengen durchgesetzten Kühlmediums können Formteile aus Kunststoff in das Blechgehäuse eingesetzt werden, was bearbeitungstechnisch und auch kostenmässig gewaltige Vorteile bringt. Ausserdem werden die vorstehend erwähnten Korrosionsprobleme restlos beseitigt.According to a particularly advantageous embodiment of the invention the mold housing consists of a expediently about 3 mm thick perforated plate. This means compared to the known State of the art in economic and technical In terms of a huge advance, the expensive metallic Moldings, which are solid and in the Usually made of aluminum, can be through a sheet metal housing made of stainless steel, the same material as the shield, be made. Because of the large amounts enforced Cooling medium can plastic molded parts in the Sheet metal housings are used, which is machining technology and also brings huge advantages in terms of costs. Moreover the corrosion problems mentioned above become completely eliminated.
Weitere Vorteile des abgekanteten Kokillengehäuses liegen darin, dass der Verlust an elektromagnetischer Energie geringer ist und der weitgehend einstückigen Ausführungsform keine Dichtungsprobleme auftreten.Further advantages of the chamfered mold housing are in that the loss of electromagnetic energy is less is and the largely one-piece embodiment no sealing problems occur.
Die erfindungsgemäss aus einem isolierenden Material bestehende Leitfläche für das Kühlwasser der Kokille ist vorzugsweise die Oberfläche einer separat und zweckmässig auswechselbar eingesetzten Ablenkplatte. Die dauernde intensive Kühlung erlaubt eine Herstellung aus Kunststoff, was ebenfalls eine bearbeitungstechnisch einfache und überaus billige Ausführungsform ist. Bevorzugt ist die Ablenkplatte verschieb- und/oder schwenkbar. Die Ablenkplatte kann in ihrer Position mit an sich bekannten Mitteln eingestellt werden. Das in unveränderbarer Richtung auftreffende Kühlwasser kann so in einem bestimmten Winkelbereich umgelenkt werden. Mit andern Worten ist die Auftreffhöhe des an dieser Leitfläche gebildeten, auf den Strang gespritzten Wasservorhangs einstellbar, beispielsweise über einen Bereich von 5 bis 20 mm bei nicht verstellbarer Kokillenhöhe.The one consisting of an insulating material according to the invention Guide surface for the cooling water of the mold is preferred the surface of a separately and appropriately replaceable used baffle. The constant intense Cooling allows production from plastic, which is also a technically simple and extremely cheap Embodiment is. The baffle is preferred slidable and / or pivotable. The baffle can be in their position adjusted by means known per se will. The cooling water hitting in an unchangeable direction can be redirected in a certain angular range will. In other words, the impact height is on this Guide surface formed, sprayed on the strand curtain adjustable, for example over a range of 5 to 20 mm with non-adjustable mold height.
Dies bedeutet gegenüber der Ablenkung des Kühlwassers an einer Leitfläche der magnetischen Abschirmung, welche starr montiert ist, einen bedeutenden Fortschritt. Der kühlende Wasserschleier kann mit einfachen Mitteln dort aufgebracht werden, wo er wirklich eine optimale Wirkung entfalten kann.This means compared to the deflection of the cooling water a guide surface of the magnetic shield, which is rigid is a significant advance. The cooling one Water curtains can be applied there with simple means where it can really have an optimal effect.
Die gleichmässige Ausbildung eines Wasserfilms auf der Leitfläche der Ablenkplatte kann noch dadurch verbessert werden, dass längslaufende Rillen ausgebildet sind. Unter längslaufend wird hier die Fliessrichtung des Kühlwassers verstanden.The uniform formation of a water film on the guide surface the baffle can be improved that longitudinal grooves are formed. Under longitudinal the direction of flow of the cooling water is understood here.
Harte Aluminiumlegierungen beispielsweise werden mit niedriger Absenkgeschwindigkeit gegossen, dabei wird entsprechend weniger Kühlwasser gebraucht. Im Gegensatz zum Auftreffen von viel Wasser mit verhältnismässig hohem Druck auf der Leitfläche, wo ein weitgehend gleichmässiger Wasserfilm gebildet wird, trifft das Wasser bei geringeren Kühlmittelmengen mit zu niedrigem Druck auf die Leitfläche auf, das Kühlwasser läuft ohne Filmbildung ab und kann an den ohnehin schon empfindlicheren Strängen keine optimale Kühlwirkung entfalten. In der Kokille kann deshalb unter der Ablenkplatte bzw. unter dem austretenden Kühlwasser eine Tragplatte ausgebildet sein, welche im Vergleich zur Ablenkplatte länger ausgebildet ist, also näher zum Strang führt.Hard aluminum alloys, for example, become lower Lowering speed is poured, doing so less cooling water needed. In contrast to the impact a lot of water with a relatively high pressure the guiding surface, where a largely even water film is formed, the water hits with smaller amounts of coolant with too little pressure on the guide surface Cooling water runs off without film formation and can on the anyway even sensitive strands do not have an optimal cooling effect unfold. In the mold can therefore under the baffle or a support plate under the emerging cooling water be formed, which is longer compared to the baffle is trained, i.e. leads closer to the strand.
Das Kühlwasser wird auf die Tragplatte gespritzt, bei geringerem Druck wird die Leitfläche der Ablenkplatte wenig oder nicht benetzt. Die der Ablenkplatte zugewandte Oberfläche der aus dem gleichen Material wie die Ablenkplatte ausgebildeten Tragplatte ist ebenfalls als Leitfläche für Kühlwasser ausgebildet. Diese vorzugsweise wie die Ablenkplatte auswechselbare Tragplatte ist ebenfalls vorzugsweise verschieb- und/oder schwenkbar, zweckmässig mit dem gleichen Antriebsorganen wie die Ablenkplatte. Nur mit einer beweglichen Tragplatte kann das Niveau des auf den Strang auftreffenden Kühlwasservorhangs variiert werden.The cooling water is sprayed onto the support plate, with less The baffle of the baffle becomes little or no pressure not wetted. The surface facing the baffle the one made of the same material as the baffle Support plate is also used as a guide surface for cooling water educated. This is preferably interchangeable like the baffle Carrier plate is also preferably displaceable and / or swiveling, expediently with the same Drive elements such as the baffle. Only with a moving one Carrier plate can be the level of the hitting the strand Cooling water curtain can be varied.
Bei empfindlichen Metallsträngen kann die Tragplatte Löcher oder Schlitze zur Ableitung von Kühlwasser aufweisen. Weil das derart abgeleitete Kühlwasser nie auf den heissen Strang trifft, kann so der Kühleffekt weiter vermindert werden.The support plate can have holes in sensitive metal strands or have slots for draining cooling water. Because the cooling water discharged in this way never on the hot strand hits, the cooling effect can be further reduced.
Obwohl die Ablenk- und die Tragplatte wenigstens teilweise zwischen dem Induktor und der elektromagnetischen Abschirmung angeordnet sind, können sich diese nicht durch die elektromagnetische Einwirkung erhitzen, sie bestehen aus einem isolierenden Material, vorzugsweise aus Kunststoff, beispielsweise Polyäthylen oder Polypropylen. In jedem Fall ist die Kalkbildung wesentlich geringer als auf einer Leitfläche einer Abschirmung bisher bekannter Bauart.Although the deflection and the support plate at least partially between the inductor and the electromagnetic shield are arranged, they can not by the electromagnetic Heat exposure, they consist of one insulating material, preferably made of plastic, for example Polyethylene or polypropylene. In any case the limescale formation is significantly lower than on a guide surface a previously known type of shielding.
Im aktiven Bereich des Induktors ist ein U- oder V-förmig umgebogenes, von Kühlwasser durchflossenes, also innengekühltes Abschirmblech angeordnet, welches wie der ausserhalb des aktiven Bereichs des Induktors liegende Abschirmungskörper bevorzugt aus nichtrostendem Stahl besteht. Die vorzugsweise aus etwa 1 bis 2 mm dickem, INOX-Blechen bestehende, seitlich verschlossene Abschirmung wirkt nur als funktioneller Teil, wenn eine Einlage oder Beschichtung aus einem elektromagnetisch besser abschirmenden Material angeordnet ist. Sonst hat das gebogene Blech aus rostfreiem Stahl eine reine Schutz- und Trägerfunktion.In the active area of the inductor is U-shaped or V-shaped bent, through which cooling water flows, i.e. internally cooled Shielding plate arranged, which like the outside of the active area of the inductor preferably consists of stainless steel. The preferred consisting of approximately 1 to 2 mm thick, INOX sheets, shielding closed on the side only acts as functional Part if an insert or coating is made a better electromagnetic shielding material is. Otherwise the bent sheet is made of stainless steel a pure protective and carrier function.
Bekannte Abschirmungen von EMC-Kokillen sind auch im untersten Bereich massiv ausgebildet, sie verlaufen wie erwähnt keilförmig. Dadurch wird mit grossem Materialaufwand und mit Aussenkühlung eine von unten nach oben zunehmende Abschirmung erreicht, wie dies den Erfordernissen beim EMC-Stranggiessen entspricht.Known shields from EMC molds are also in the lowest Massively formed area, they run as mentioned wedge-shaped. As a result, with a large amount of material and External cooling is a shield that increases from bottom to top achieved how this meets the requirements of EMC continuous casting corresponds.
Nach der erfindungsgemässen Ausführungsform der Kokille schwächt eine Einlage oder Beschichtung im U- oder V-förmigen Teil der Abschirmung die elektromagnetische Einwirkung des Induktors in nach oben verlaufender Richtung zunehmend ab. Diese schrittweise oder kontinuierlich zunehmende elektromagnetische Abschirmung wird beispielsweise durch folgende Massnahmen erreicht:
- Das U- oder V-förmig umzubiegende Blech aus nichtrostendem Stahl wird bevorzugt mit Silber oder Kupfer beschichtet und dann mit dieser Schicht nach innen umgebogen. Das Beschichten erfolgt mit üblichen Verfahren, beispielsweise galvanisch, chemischer Abscheidung aus der Gasphase, Aufspritzen, Abscheidung aus einem Plasma.
- Das U- oder V-förmige Blech wird nach dem Umbiegen entsprechend beschichtet.
- Wenigstens eine Folie oder ein Blech aus Silber, Kupfer oder Messing, wird in das U- oder V-förmige Blech eingelegt. Diese Folie oder dieses Blech kann umgebogen, gefaltet oder mehrschichtig ausgebildet sein, wobei eine Abstufung oder eine kontinuierliche Dickenveränderung in der Weise erfolgt, dass die Abschirmung von unten nach oben stufenweise oder kontinuierlich zunimmt.
- The U or V-shaped sheet of stainless steel to be bent is preferably coated with silver or copper and then bent inwards with this layer. Coating is carried out using customary methods, for example galvanic, chemical deposition from the gas phase, spraying, deposition from a plasma.
- The U-shaped or V-shaped sheet is coated accordingly after the bending.
- At least one foil or sheet made of silver, copper or brass is placed in the U- or V-shaped sheet. This film or sheet can be bent, folded or multilayered, with a gradation or a continuous change in thickness in such a way that the shield increases step by step or continuously from bottom to top.
Durch die Einlage einer Folie oder eines Blechs einerseits oder eine Beschichtung andrerseits aus einem der erwähnten Metalle kann die Abschirmung gegenüber dem gebogenen Stahlblech vervielfacht werden, je nach Material und Dicke um einen Faktor von mehreren Hundert.By inserting a foil or sheet on the one hand or a coating on the other hand from one of the mentioned Metals can shield against the bent steel sheet can be multiplied by depending on the material and thickness a factor of several hundred.
Eine Einlage oder Beschichtung aus Silber ist zweckmässig 0,05 bis 0,2 mm dick, aus Kupfer 0,2 bis 0,4 mm und aus Messing 0,5 bis 2 mm, entsprechend dem spezifischen Absorptionsvermögen, wobei die Dicke dieser Schicht kontinuierlich oder stufenweise von unten nach oben zunehmen kann.A silver insert or coating is advisable 0.05 to 0.2 mm thick, made of copper 0.2 to 0.4 mm and made of brass 0.5 to 2 mm, according to the specific absorbency, the thickness of this layer being continuous or can gradually increase from bottom to top.
In bezug auf das Verfahren zum Kühlen eines Stranges in einer Giessmaschine, in welcher das Kühlwasser in spitzem Winkel auf eine Leitfläche gespritzt, ein regelmässiger Wasserfilm gebildet und auf den Strang gespritzt wird, zeichnet sich die erfindungsgemässe Lösung der Aufgabe dadurch aus, dass die wasserbeaufschlagte Leitfläche kontinuierlich in einem vorgegebenen Rhythmus hin und her verschoben und/oder geschwenkt und dadurch der Wasservorhang auf dem Strang über eine bestimmte Höhe auf und ab bewegt wird. Spezielle und weiterbildende Ausführungsformen des Verfahrens sind Gegenstand von abhängigen Patentansprüchen.With regard to the method of cooling a strand in one Casting machine in which the cooling water at an acute angle sprayed onto a guide surface, a regular film of water is formed and sprayed onto the strand, the stands out Solution of the task according to the invention characterized in that the water-loaded guide surface continuously in a predetermined Rhythm shifted back and forth and / or panned and thereby the Water curtain on the strand over a certain height is moved up and down. Special and continuing education Embodiments of the method are the subject of dependent claims.
Mit dem erfindungsgemässen Verfahren können die Vorteile einer pulsierenden Wasserkühlung ausgenützt und verbessert werden, indem der verhältnismässig harte Uebergang von "Kühlen" zu "Nichtkühlen" in stark gemilderter Form kontinuierlich auftritt. So können auch bei empfindlichen Legierungen, wie beispielsweise harten Aluminiumlegierungen, Haarrisse vermieden werden.With the method according to the invention, the advantages exploited and improved pulsating water cooling by making the relatively hard transition from "cooling" to "non-cooling" continuously in a strongly tempered form occurs. So even with sensitive alloys, such as hard aluminum alloys, hairline cracks be avoided.
In bezug auf den zeitlichen Ablauf wird die wasserbeaufschlagte Leitfläche vorzugsweise sinusförmig bewegt, insbesondere mit einer Zeitperiode von 1 bis 3 sec pro Halbwelle. Dabei vollzieht der Wasservorhang auf dem Strang vorzugsweise eine Auf- und Abwärtsbewegung von 5 bis 20 mm. In an sich bekannter Weise erfolgt die Bewegung der wasserbeaufschlagten Leitfläche vorzugsweise mit pneumatischem, hydraulischem oder elektromagnetischem Antrieb, von einem Microprozessor gesteuert.In terms of timing, the water is applied Guide surface preferably moved sinusoidally, in particular with a time period of 1 to 3 seconds per half wave. The curtain of water on the line is preferred an up and down movement of 5 to 20 mm. In itself in a known manner, the movement of the water-loaded takes place Guide surface preferably with pneumatic, hydraulic or electromagnetic drive, from a microprocessor controlled.
Das Kühlwasser wird zweckmässig mit gleichbleibendem, im Bereich 0,01 bis 0,5 bar liegendem Druck aufgespritzt, beginnend mit dem Absenken des Anfahrbodens, was etwa 0 bis 3 min nach dem Giessbeginn entspricht. Weil insbesondere die Anfahrphase kritisch ist, kann das Bewegen der wasserbeaufschlagten Leitfläche, während in der Praxis meist 3 bis 7 min, fortgesetzt werden. Selbstverständlich wird das Bewegen der Leitfläche nur eingestellt, wenn dies die Empfindlichkeit der Legierung zulässt. The cooling water is expedient with constant, in Sprayed in the range of 0.01 to 0.5 bar, beginning with the lowering of the approach floor, which is about 0 to 3 min after the start of pouring. Because especially the Starting phase is critical, moving the water-loaded Guide surface, while in practice mostly 3 to 7 min. Of course, moving the guide surface only set if this is sensitivity of the alloy.
Der Strang kann während des Kühlens elektromagnetisch vibriert werden, insbesondere kontinuierlich.The strand can be electromagnetic during cooling be vibrated, especially continuously.
Die mit der Erfindung erreichten Vorteile können wie folgt zusammengefasst werden:
- Durch eine vom Magnetfeld nicht erwärmte, wasserbeaufschlagte Leitfläche wird die Abscheidung von Kalk auf der polierten Oberfläche der Abschirmung vermieden und dadurch die Unterhaltskosten entsprechend herabgesetzt.
- Durch eine einstellbare wasserbeaufschlagte Leitfläche kann das Niveau des Kühlwasservorhangs auf den Strang eingestellt werden.
- Wenigstens in der Anfahrphase und/oder bei empfindlichen Legierungen kann der Wasservorhang in einem einstellbaren Rhythmus gehoben und gesenkt werden. Die Pulswasserkühlung wird verfeinert, indem die Schockwirkung der plötzlichen Wasserzugabe eliminiert und dauernd Kühlwasser auf den Strang geführt wird. Dadurch entstehen keine kurzzeitigen Ueberhitzungen.
- Die Zugabe von CO2, welche beim EMC-Stranggiessen üblich ist, entfällt.
- Durch die Ausbildung eines abgekanteten Kokillengehäuses aus nichtrostendem Stahlblech, dem gleichen Material wie die elektromagnetische Abschirmung, entfallen Korrosionsprobleme.
- The deposition of lime on the polished surface of the shield is avoided by a guide surface that is not warmed by the magnetic field and the maintenance costs are reduced accordingly.
- The level of the cooling water curtain can be adjusted to the strand by means of an adjustable water-bearing guide surface.
- At least in the start-up phase and / or with sensitive alloys, the water curtain can be raised and lowered in an adjustable rhythm. Pulse water cooling is refined by eliminating the shock effect of the sudden addition of water and continuously supplying cooling water to the line. As a result, there are no short-term overheating.
- The addition of CO 2 , which is common in continuous EMC casting, is eliminated.
- Corrosion problems are eliminated by forming a bent mold housing made of stainless steel, the same material as the electromagnetic shielding.
Die erfindungsgemässe Ausgestaltung des Kokillengehäuses als aus einem Blech, insbesondere aus einem Lochblech aus nichtrostendem Stahl, ist an sich nicht zwangsläufig an die Leitfläche für das Kühlwasser und die innengekühlte Abschirmung gebunden, ebensowenig diejenige des aktiven Bereichs der elektromagnetischen Abschirmung in Form eines U- oder V-förmig umgebogenen Blechs aus nichtrostendem Stahl mit einer Einlage oder Beschichtung.The inventive design of the mold housing than from a sheet, especially from a Perforated sheet made of stainless steel is not inevitable to the guide surface for the cooling water and the internally cooled Shield bound, just as little as that of the active Area of electromagnetic shielding in the form of a U or V-shaped sheet made of stainless steel an insert or coating.
Die Erfindung wird anhand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen, welche auch Gegenstand von abhängigen Patentansprüchen sind, näher erläutert. Es zeigen schematisch:
- - Fig. 1
- eine den Stand der Technik darstellende, in eine Giessmaschine eingesetzte EMC-Kokille,
- - Fig. 2
- eine Teilansicht eines Lochblechs für ein Kokillengehäuse,
- - Fig. 3
- einen Schnitt durch eine Kokille in Längsrichtung des Stranges,
- - Fig. 4
- eine Variante von Fig. 3,
- - Fig. 5
- den aktiven Teil einer elektromagnetischen Abschirmung,
- - Fig. 6
- einen Teilschnitt durch einen Schenkel einer Fig. 5 entsprechenden elektromagnetischen Abschirmung,
- - Fig. 7
- ein Einlageblech für eine elektromagnetische Abschirmung, und
- - Fig. 8
- eine Variante gemäss Fig. 7.
- - Fig. 1
- an EMC mold which represents the prior art and is inserted in a casting machine,
- - Fig. 2
- a partial view of a perforated plate for a mold housing,
- - Fig. 3
- a section through a mold in the longitudinal direction of the strand,
- - Fig. 4
- a variant of Fig. 3,
- - Fig. 5
- the active part of an electromagnetic shield,
- - Fig. 6
- 5 shows a partial section through one leg of an electromagnetic shield corresponding to FIG. 5,
- - Fig. 7
- an insert for electromagnetic shielding, and
- - Fig. 8
- a variant according to FIG. 7.
Fig. 1 zeigt ein an sich bekanntes Grundprinzip einer Giessmaschine
zum vertikalen Magnetfeld-Strangguss. Eine Giessmaschine
kann eine oder mehrere Kokillen 10 umfassen.Fig. 1 shows a known basic principle of a casting machine
for vertical magnetic field continuous casting. A casting machine
may comprise one or
Ein Induktor 12 für ein Mittelfrequenz-Starkstromsystem
erzeugt ein Magnetfeld und dadurch
jene Kraft im Strang 14, welche verhindert, dass das gegossene
Metall die Kokilleninnenwand 16 berührt.An
Eine keilförmige elektromagnetische Abschirmung 18 schirmt
den Induktor 12 teilweise ab und verkleinert dadurch das Magnetfeld
in Aufwärtsrichtung. Schliesslich bestimmt die Abschirmung
18 die Zone, in welcher das Kühlwasser 20 in Form
eines Kühlwasservorhangs 22 auf den Strang 14 spritzt.A wedge-shaped
Ein Anfahrboden 24 ist auf einem nicht sichtbaren Giesstisch
montiert. Der Anfahrboden 24 formt während der Startphase
den Fuss 26 des Gussstranges 14 und stützt diesen während der
ganzen Giessphase.A start-up
Dieses Grundprinzip des Magnetfeld-Stranggiessens gemäss
Fig. 1 wird erfindungsgemäss bezüglich der Leitfläche 28 für
das Kühlwasser 20, des aktiven Bereichs 30 der elektromagnetischen
Abschirmung 18 und des geformten, massiv ausgebildeten
Kokillengehäuses 32 verbessert, im übrigen jedoch im
wesentlichen unverändert beibehalten.This basic principle of continuous magnetic field casting according to
1 is according to the invention with respect to the
In Fig. 2 ist ein etwa 3 mm dickes nichtrostendes Stahlblech 34
(INOX) zur Herstellung eines Kokillengehäuses 32
dargestellt. Das
Stahlblech 34 umfasst bereits in regelmässigen Abständen a
von etwa 10 mm angebrachte Löcher 36 mit einem Durchmesser
von etwa 3 mm, welche später dem Austritt des Kühlwassers
dienen.2 is an approximately 3 mm thick stainless steel sheet 34
(INOX) for producing a
Die in Fig. 3 dargestellte Kokille 10 einer Giessmaschine
umfasst ein Kokillengehäuse 32 aus
einem nichtrostendem Stahlblech 34. Der gebildete Innenraum ist
mit Kühlwasser 20 gefüllt und mit einem Wasserverteilerblock
38 aus Kunststoff versehen. Eine elektromagnetische Abschirmung
18 aus nichtrostendem Stahl hat zwei Innennuten 42 zum
Einstecken von stirnseitigen Kanten
des Kokillengehäuses 32. Das Kokillengehäuse 32 und der Wasserverteilerblock
38 aus Kunststoff werden von einem Bolzen 44
durchgriffen, an welchem eine Schraube 46 in der elektromagnetischen
Abschirmung 40 angreift und den Wasserverteilerblock
38 und damit das Kokillengehäuse 32 festzieht.The
Der Wasserverteilerblock 38 weist eine verhältnismässig
tiefe Nut 50 auf, von welcher in regelmässigen Abständen a
(Fig. 2) Kühlwasserkanäle 52 ausgebildet sind, welche in ein
Loch 36 im Stahlblech 34 münden. Die Richtung des austretenden
Kühlwassers 20 wird durch die Richtung der Kühlwasserkanäle
52 bestimmt.The
Durch Lösen der Schrauben 46 kann die elektromagnetische
Abschirmung 18 und nach dem Entfernen des Bolzens 44 auch der
Wasserverteilerblock 38 entfernt bzw. ausgewechselt werden.By loosening the
Ueber eine angeschraubte Klammer 54 und eine Abkantung 56
sind zwei miteinander verzahnte, geformte Kunststoffblöcke
58, 60 mit dem Kokillengehäuse 22 verbunden.Via a screwed-on
Der Induktor 12, im vorliegenden Fall aus Kupfer, ist
mit dem Kunststoffblock 58 unter Zwischenlage einer temperaturbeständigen
Isolationsschicht 62
verschraubt, welcher im vorliegenden
Fall aus Kupfer besteht.The
In einer Aussparung des Kunststoffblocks 60 ist der Anstell-und
Bewegungsmechanismus einer Ablenkplatte 66 aus Kunststoff
für das Kühlwasser 20 angeordnet. Ein aufblasbarer
Balg 68 verschiebt druckabhängig eine Dichtungsscheibe 70
mit einer eine entsprechende Bohrung im Kunststoffblock 60
und der Abkantung 56 durchgreifenden Schubstange 72. An dieser
Schubstange 72 ist die Ablenkplatte 66 gelenkig verbunden.
Mit einer ebenfalls an der Schubstange 72 befestigten
Feder 74 wird die Ablenkplatte 66 gegen das U-förmig gebogene
Abschirmblech 76 der elektromagnetischen Abschirmung 18
geschwenkt. Die elektromagnetische Abschirmvorrichtung 18
ist mindestens im Bereich des U-förmigen Abschirmblechs 76
mit Wasser 78 innengekühlt, weil das Kühlwasser 20 für den
Strang 14 nicht in Aussenkontakt mit der elektromagnetischen
Abschirmung 18, insbesondere dem Abschirmblech 76, tritt.In a recess of the
Mit einem Druck von beispielsweise 0,5 bar aus den Kühlwasserkanälen
52 austretend, trifft das Kühlwasser 20 in einem
spitzen Winkel auf der Leitfläche 80 der Ablenkplatte 66 auf,
fliesst unter Bildung eines Wasserfilms entlang dieser Leitfläche,
bildet beim Ablösen von der Ablenkplatte einen homogenen
Kühlwasservorhang 22, welcher seinerseits den zu kühlenden
Strang 14 beaufschlagt.With a pressure of, for example, 0.5 bar from the cooling water channels
Leaving 52, the cooling
In Fig. 3 ist die Ablenkplatte 66 in zwei Extrempositionen
gezeichnet. Der Wasservorhang kann innerhalb einer Höhe h
von 5 bis 20 mm, insbesondere 5 bis 10 mm, in jeder einstellbaren
Position auf den Strang 14 auftreten. Damit ist die
Kokille 10 auch bei starrer elektromagnetischer Abschirmung
sehr flexibel. Der Wasservorhang kann jedoch auch kontinuierlich
gehoben und gesenkt werden, beispielsweise in Form
einer sinusförmigen Bewegung.3, the
In der Kokille 10 gemäss Fig. 4 ist anstelle der Ablenkplatte
66 eine ebenfalls mit der Schubstange 72 schwenkbar verbundene
Tragplatte 82 angeordnet. Diese Tragplatte 82 aus
Kunststoff dient der Verteilung von mit geringem Druck ausfliessendem
Kühlwasser 20, beispielsweise mit weniger als
0,05 bar. Das Kühlwasser erreicht die Leitfläche 80 der Ablenkplatte
66 nicht. Damit das als Film auf der Leitfläche 84
der Tragplatte 82 abfliessende Kühlwasser 20 den Strang 14
erreicht, ist die Tragplatte 82 länger als die Ablenkplatte
66 ausgebildet und reicht bis in den näheren Bereich des
Stranges 14.4 instead of the
In der Tragplatte 82 sind Löcher 86 oder Schlitze ausgebildet,
damit ein Teil des Kühlwassers abgeleitet werden kann,
ohne dass es den Strang 14 erreicht.
Im Abschirmblech 76 ist ein Einlageblech 88 aus Kupfer eingeklemmt,
welches einen hohen Absorptionsgrad für das vom Induktor
12 erzeugte Magnetfeld hat. Im oberen Bereich sind
zwei Kupferbleche durch Löten, Nieten oder Kleben miteinander
verbunden, wodurch in diesem Bereich stärker abgeschirmt
wird. An
Auf dem Wasserverteilerblock 38 ist ein Flansch 90 mit einer
Eintrittsöffnung 92 für das Kühlwasser 20 befestigt, beispielsweise
mit Schrauben. Dadurch wird eine grosse Kammer
93 und eine mit der Nut 50 im Wasserverteilerblock 38 identische
kleine Kammer für das Kühlwasser 20 gebildet. Mit dem
Flansch 90 kann das Kühlwasser 20 ruhiger in die Kühlwasserkanäle
52 eingeführt werden.On the
Fig. 5 zeigt ein Detail bezüglich der aktiven Zone der Abschirmung
18, welche durch das U-förmig gebogene, am Abschirmungskörper
befestigte Abschirmblech 76 gebildet wird.
Auf den beiden Schenkeln des Abschirmblechs 76 sind 0,3 mm
dicke Beschichtungen 94 aus Kupfer aufgebracht, welche unterschiedlich
lang sind. Dadurch entsteht eine abgestuft
wirksame elektromagnetische Abschirmung, welche - wie in
konventionellen Ausführungsformen - oben stärker ist als
unten.Figure 5 shows a detail regarding the active zone of the
Eine Variante ist in Fig. 6 dargestellt. Auf einem Teil des
Abschirmblechs 76 ist eine von unten nach oben dicker werdende
Beschichtung 94 aufgebracht, welche einen von unten nach
oben kontinuierlich zunehmenden Abschirmungseffekt erzeugt.A variant is shown in Fig. 6. On part of the
In Fig. 7 ist ein oben bis zur Längsmitte umgebogenes Einlageblech
88 für ein U- oder V-förmig abgebogenes Abschirmblech
76 (Fig. 3, 4). Die Wirkung bezüglich der elektromagnetischen
Abschirmung ist äquivalent zu Fig. 5.In Fig. 7 is an insert sheet bent up to the
In Fig. 8 sind zwei aufeinanderliegende, umgebogene Einlagebleche
88 gezeigt, welche verglichen mit Fig. 7 eine feinere
Abstufung ergeben.In Fig. 8 are two superimposed,
Claims (13)
- Casting machine comprising at least one water-cooled mould (10) for the continuous casting of a vertical bar (14) in the magnetic field of an inductor (12) partially screened off from above by an electromagnetic screen (18, 76), cooling-water conduits (52) directed on to the bar (14) at an acute angle via at least one guide surface (28, 80, 84) in order to form a water film and one withdrawable starting base (24) per mould (10), characterised in that the guide surface/s (80, 84) consisting of an electrically insulating material can be displaced and/or pivoted in order to vary the height (h) at which the cooling water (20) strikes the bar (14) and the electromagnetic screen (18, 76) is internally cooled
- Casting machine according to claim 1, characterised in that the mould housing (32) consists of a perforated sheet of stainless steel with welded side walls.
- Casting machine according to claim 2, characterised in that end edges of the mould housing (32) are inserted into corresponding internal grooves (42) in the screen (18) and the mould housing is screwed on to the screen, preferably by means of an inserted moulded water-distributing block (38), the cooling-water conduits (52) for the cooling water (20) being formed in the water-distributing block (38) preferably consisting of plastic.
- Casting machine according to one of claims 1 to 3, characterised in that the guide surface (80) is the surface of a displaceable and/or pivotable deflecting plate (66).
- Casting machine according to claim 4, characterised in that the exchangeable deflecting plate (66) consists of plastic and its guide surface (80) has grooves preferably guiding the cooling water in the direction of the cooling-water conduits (52).
- Casting machine according to claim 4 or claim 5, characterised in that a supporting plate (82) which is also displaceable and/or pivotable and comprises the guide surface (84) is provided instead of or below the deflecting plate (66).
- Casting machine according to claim 6, characterised in that the supporting plate (82) has holes (86) or slots for draining off cooling water (20).
- Casting machine according to one of claims 1 to 7, characterised in that the electromagnetic screen (18) is a screening sheet (76) bent into a U-shape or a V-shape in the active region of the inductor, traversed by water (78) and preferably made of stainless steel 1 to 2 mm thick, an insert (88) or coating (94) in the U-shaped or V-shaped part increasingly weakening the magnetic action of the inductor (12) in the upwardly extending direction.
- Casting machine according to claim 8, characterised in that an inserted sheet (88) becoming thicker stepwise or continuously from the bottom to the top or a layer (94) becoming thicker from the bottom to the top is arranged on the screening sheet (76).
- Casting machine according to claim 8 or claim 9, characterised in that the insert (88) or coating (94) consists of silver, preferably 0.05 to 0.2 mm thick, copper, preferably 02 to 0.4 mm thick, or brass, preferably 0.5 - 2 mm thick.
- Method of cooling a bar (14) in a casting machine according to one of claims 1 to 10, in which the cooling water (20) is sprayed on to a guide surface (80, 84) at an acute angle, a uniform water film is formed and is sprayed on to the bar (14) as a water curtain (22), characterised in that the guide surface (80, 84) to which water is applied is displaced and/or pivoted to and fro continuously at a predetermined rhythm, the water curtain (22) thereby being moved up and down on the bar (14) over a height (h).
- Method according to claim 11, characterised in that the guide surface (80, 84) to which water is applied is moved sinusoidally, preferably at an interval of 1 to 3 sec per half-wave, moving the water curtain (22) up and don on the bar (14) over a height (h) of 5 to 20 mm, preferably 5 to 10 mm.
- Method according to claim 11 or claim 12, characterised in that the guide surface (80, 84) is preferably moved in a program-controlled manner by a pneumatic, hydraulic or electromagnetic drive.
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