NO304140B1 - FremgangsmÕte for kontinuerlig st°ping av metallplater, og tilsvarende anordning - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse angår kontinuerlig støping av metallplater og gjelder særlig en fremgangsmåte hvor smeltet metall som tvinges inn mellom to valser som roterer i innbyrdes motsatt retning, holdes tilbake ved ytterkantene av valsene ved hjelp av et horisontalt magnetfelt. Oppfinnelsen gjelder også en anordning for utførelse av fremgangsmåten og som omfatter oppdemningsutstyr med en åpen side og en magnet for å frembringe et hovedsakelig horisontalt magnetfelt.

Fremstilling av stål spiller en sentral økonomisk rolle og representerer en vesentlig andel av energiforbruket i mange industriland. Hovedandelen av stålfremstillingsprosesser omfatter fremstilling av stålplater og stålblikk. Nåværende stålvalsepraksis frembringer vanligvis tynne stålplater ved å helle flytende stål i en støpeform, hvorpå det flytende stål størkner ved kontakt med den kalde støpeflate. Det størknede stål forlater støpeformen enten som en barre eller som en kontinuerlig blokk etter at den er blitt nedkjølt, vanligvis ved vannsirkulasjon i støpeformens vegg under størkningsprosessen. I begge tilfeller vil det faste stål være forholdsvis tykt, f.eks. 15 cm eller mer, og må utsettes for påfølgende ytterligere behandling for å redusere tykkelsen til ønsket verdi og forbedre de metallurgiske egenskaper.

Det støpeformdannede stål er vanligvis kjennetegnet ved en overflate som er gjort ru

ved materialfeil, slik som kalde folder, utseigring, "varme tårer" og lignende som hovedsakelig skriver seg fra kontakt mellom støpeformen og det størknende metallskall.

I tillegg oppviser en stålbarre eller stålplate som støpes på denne måte, ofte betraktelig legeringsseigring i sin overflatesone på grunn av den innledende nedkjøling av metalloverflaten fra direkte påføring av et kjølemiddel. Påfølgende fremstillingstrinn, slik som valsing, ekstrudering, smiing og lignende, krever vanligvis skalpering av barren eller platen før den bearbeides, for derved å fjerne både overflatefeilene såvel som den legeringsfeilaktige sone nær overflaten. Disse tilleggsprosesser øker naturligvis vanskelighetene og omkostningene ved stålproduksjonen.

Stålplater oppnås ved hjelp av et valseverk som er meget kapitalkrevende og forbruker store energimengder. Valseprosessen bidrar således betraktelig til stålplatens pris. I et typisk produksjonsanlegg må en 25 cm tykk stålhelle bearbeides av minst ti valse-maskiner for å få sin tykkelse redusert. Valseverket kan strekke seg over så meget som 800 m og koste opp til 500 millioner dollar.

Sammenlignet med vanlig fremstillingspraksis kan åpenbart en stor reduksjon av totale omkostninger for stålplatefremstilling samt også i det påkrevede energiforbruk for fremstillingen kunne oppnås hvis platene kunne støpes i tilnærmet netto form, hvilket vil si i en form og størrelse som lå meget nær opp til det endelig tilsiktede produkt. Dette ville nedsette valseverkbearbeidelsen og ville føre til store energibesparelser. Det er flere tekniske prosesser under løpende utvikling og som forsøker å oppnå de nevnte fordeler ved å forme stålplatene allerede under støpeprosessen.

En fremgangsmåte som har vært vurdert av stålindustrien for å redusere behandlingen omfatter valsestøping av stålplater. Denne fremgangsmåte ble opprinnelig oppfunnet av H. Bessemer for mer enn hundre år siden, slik som beskrevet i britisk patentskrift nr. 11 317 (1847) og 49 053 (1857), samt i en avhandling rettet til Iron and Steel Institute i Storbritannia (oktober 1891). Denne valsestøpeprosess frembringer stålplater ved å helle smeltet stål mellom par av valser med innbyrdes motsatt omdreiningsinnretning. Valsene er da adskilt av et gap. Valsenes rotasjon driver smeltet metall gjennom gapet mellom valsene. Mekaniske tetninger er nødvendig for å holde tilbake det smeltede metall ved valsenes sidekanter. Valsene er fremstilt fra et metall med høy varmeledningsevne, slik som kobber eller kobberlegeringer, samt vannkjølt for å kunne størkne overflatehuden av det smeltede metall før det forlater gapet mellom valsene. Metallet forlater således valsene i form av en strimmel eller metallbane. Denne metallbane kan ytterligere nedkjøles ved hjelp av vann eller andre hensiktsmessige midler i form av væskestråler.

Denne fremgangsmåte har imidlertid den ulempe at de mekaniske tetninger som anvendes for å holde tilbake det smeltede metall ved valsekantene befinner seg i fysisk kontakt med både de roterende valser og det smeltede metall, og utsettes derfor for vann, lekkasje, tilstopning, nedkjøling samt store varmegradienter. Videre kan kontakt mellom de mekaniske tetninger og det størknede metall frembringe uregelmessigheter langs kantene av de plater som støpes på denne måte, og derved oppheve fordelene ved valsemetoden.

Det er derfor et formål for foreliggende oppfinnelse å frembringe en forbedret fremgangsmåte og anordning for kontinuerlig støping av tynne metallplater som etter støpingen har gode metallurgiske egenskaper og hensiktsmessig overflatekarakter og som såledesfordrer liten eller ingen påfølgende valsing. Oppfinnelsen har også til hensikt å redusere de kompliserte forhold som vanligvis forekommer ved støping av tynne materialplater og derved minske produksjonsomkostningene samtidig som det anvendes mindre energi.

Foreliggende oppfinnelse gjelder således en fremgangsmåte for kontinuerlig støping av metallplater og som omfatter et prosesstrinn hvor smeltet metall tvinges inn mellom to valser som roterer i innbyrdes motsatt retning, idet det smeltede metall holdes tilbake ved ytterkantene av valsene med innbyrdes motsatt omdreiningsretning ved hjelp av et horisontalt magnetfelt.

På denne bakgrunn av prinsipielt kjent teknikk, særlig fra publikasjonen JP 62-104 653, har da fremgangsmåten i henhold til oppfinnelsen som særtrekk at tilbakeholdelsen av det smeltede metall oppnås ved hjelp av den elektromagnetiske kraft som frembringes av et horisontalt, magnetisk vekselfelt som induserer strømmer som omfatter hovedsakelig vertikalt orienterte sløyfer i det smeltede metall, således at en fast metallplate kan støpes fra valsene.

Oppfinnelsen gjelder også en anordning for kontinuerlig støping av metallplater i samsvar med denne fremgangsmåte, idet anordningen omfatter oppdemningsutstyr med en åpen side og en magnet for å frembringe et hovedsakelig horisontalt magnetfelt. Anordningen i henhold til oppfinnelsen har som særtrekk at magneten er innrettet for å frembringe et hovedsakelig horisontalt, magnetisk vekselfelt, idet magneten har magnetiske poler anordnet nær den åpne side av oppdemningsutstyret for ved hjelp av magneten å kunne indusere virvelstrømmer i overflaten av smeltet metall, som kan samvirke med det magnetiske felt for å frembringe en kraft for å holde det smeltede metall innenfor oppdemningsutstyret.

På denne måte oppnås det at en dam av smeltet metall avgrenses mellom valsene i et valsepar, uten at det benyttes sidevegger som danner fysisk kontakt med valsene, idet dammen av smeltet metall hindres fra å flyte ut over ytterkantene av de motsatt roterende valser ved hjelp av et tilformet horisontalt magnetisk vekselfelt. Magnetfeltet kan nøye tilpasses for å oppveie gravitasjonskraften og kreftene indusert av valsene, selv når det anvendes ferromagnetiske valser, slik at det opprettes en elektromagnetisk stopper eller tetning som er i stand til å hindre eller regulere strømmen av smeltet metall i horisontal retning. De elektromotoriske krefter konsentreres i sideveggene av badet av smeltet metall, slik at man unngår å kaste bort energi slik som ved anvendelse av et

magnetisk likestrømsfelt, og det oppnås derved elektromagnetisk støping av metallplater

med minst mulig elektromagnetisk oppvarming av det smeltede og størknede metall. Med den foreliggende oppfinnelse vil dessuten variasjoner i kontaktmotstanden mellom valsene og badet av smeltet metall ikke påvirke oppdemningen ved sideveggene, hvilket ikke er tilfellet med et magnetisk likestrømsfelt.

Oppfinnelsen vil nå bli nærmere beskrevet med henvisning til de vedføyde tegninger, hvor:

Fig. 1a viser snitt gjennom en anordning i henhold til oppfinnelsen, sett forfra,

fig. 1b viser et snitt gjennom en del av valsene i fig. 1a,

fig. 2 viser et snitt langs linjen 2-2' i fig. 1a,

fig. 3 viser et snitt langs linjen 3-3' i fig. 1a,

fig. 4 viser et snitt gjennom magnetkjernen og som løper langs linjen 4-4' i fig. 2,

fig. 5 er en perspektivskisse av magneten og spolen i en utførelse av oppfinnelsen, fig. 6 er en perspektivskisse av en annen utførelse av en magnet og spole i henhold

til oppfinnelsen,

fig. 7 viser et snitt gjennom magnetåket i fig. 6,

fig. 8 er en perspektivskisse av en annen utførelse av magnetkjernen i henhold til

foreliggende oppfinnelse.

fig. 9 viser i vertikalsnitt, en annen utførelse av oppfinnelsen sett forfra,

fig. 10 viser et vertikalsnitt gjennom enda en annen utførelse av magneten i henhold

til oppfinnelsen, samt valsene sett fra siden,

fig. 11 viser et horisontalsnitt gjennom en annen utførelse av foreliggende oppfinnelse,

fig. 12a viser et utsnitt av en annen utførelse av valsenes sidekant i henhold til

oppfinnelsen, sett forfra,

fig. 12b viser den samme utførelse av valsens sidekant som i fig. 12a, sett ovenfra, fig. 13a er en skisse av et parti av en valse som har en annen utførelse av valse-kanten i henhold til oppfinnelsen,

fig. 13b viser et snitt langs linjen 13b-13b' i fig. 10,

fig. 14 viser en annen utførelse av anordningen i henhold til oppfinnelsen, sett fra

siden,

fig. 15a viser nok en annen utførelse av anordningen i henhold til oppfinnelsen, sett fra

siden, og

fig. 15b viser et horisontalt snitt langs linjen 15b-15b' i fig. 15a.

I henhold til foreliggende oppfinnelse overvinnes problemene ved valsestøping ved hjelp av en utførelse som utnytter elektromagnetisk oppdemning av det flytende metall ved valsekantene i stedet for mekaniske tetninger, således at de foreliggende problemer ved mekaniske tetninger ikke lenger foreligger. I henhold til oppfinnelsen opprettes et passende utformet horisontalt magnetisk vekselfelt for å holde tilbake en dam av smeltet metall mellom de sylinderformede overflater av et valsepar mens det smeltede metall støpes til en tynn vertikal plate med rotasjon av valsene i innbyrdes motsatt retning, hvilket driver det smeltede metall inn mellom valsene. Det horisontale magnetiske vekselfelt kan i henhold til oppfinnelsen også anvendes for å hindre eller regulere strømning av smeltet metall fra sprekker eller åpninger med andre geometriske utforminger. Det trykk p som utøves av dammen av smeltet metall utgjøres hovedsakelig av ferrostatisk trykk ph samt trykk pr som frembringes av valsene gjennom det størknende metall som skal støpes:

Det magnetiske trykk, pm, som utøves av det horisontale magnetiske vekselfelt B må balansere trykket fra oversiden av metalldammen til det område hvor det dannede overflateskall på metallet er størknet i tilstrekkelig tykkelse til å motstå trykket. Det magnetiske trykk er gitt av uttrykket:

hvor konstanten u0er permeabiliteten for fritt rom.

Det ferrostatiske trykk ph som utøves av dammen av smeltet metall øker lineært med økende avstand h i retning nedover fra dammens overflate: hvor p er metallets densitet og g er tyngdeakselerasjonen. Det magnetiske felt som kreves for å motstå det ferrostatiske trykk kan finnes ved å sette likhetstegn mellom magnetisk og ferrostatisk trykk,

For støpestål er k omtrent 450 hvis h måles i cm og B i gauss.

Det valsefrembragte trykk pr avhenger av egenskapene av det metall som støpes, valsediameteren samt hastighet og tykkelse av den metallstrimmel eller plate som støpes. Når det gjelder stålplater antas det at pr kan være mange ganger større enn det hydrostatiske tykk ph.

Frekvensen av det magnetiske vekselfelt som velges, gjøres så lav som praktisk mulig i samsvar med avstanden mellom valsene samt avstanden mellom valsenes ytterender, nemlig vanligvis mellom 39 Hz og 16.000 Hz.

Fig. 1a viser tverrsnitt av valsestøpingsutstyret i henhold til foreliggende oppfinnelse. Et par valser 10a og 10b (angitt samlet som valsene 10) er anordnet innbyrdes parallelt og nær inntil hverandre samt ligger i et horisontalt plan således at smeltet metall 12 kan avgrenses mellom dem på oversiden av det punkt hvor valsene ligger nærmest sammen. Valsene 10 er adskilt ved et gap d (vist i fig. 2). Motsatt dreieretning for valsene 10a og 10b (i den retning som er vist med pilene 11a og 11b) tvinger sammen med tyngdekraften det smeltede metall 12 til å strømme gjennom gapet d mellom valsene 10 samt ut på undersiden.

Magnetiske poler 16a og 16b som befinner seg på begge sider av gapet d mellom valsene 10a og 10b frembringer et magnetisk vekselfelt som utøver en innoverrettet magnetisk kraft, som vil hindre smeiten 12 fra å strømme ut til sidene ved ytterkantene av valsene 10a og 10b. Gjennom hele denne søknad vil det bli henvist til oppdemning ved den ene ende av et par valser. Det vil imidlertid forstås at oppdemning av smeltet metall mellom et par valser med innbyrdes motsatt omdreiningsretning i samsvar med foreliggende oppfinnelse vil bli utnyttet ved begge ytterender av et valsepar.

Valsene 10 omfatter kjøleutstyr for å kjøle ned og derved bringe metallet til å størkne ved varmeavledning mens det passerer mellom valsene 10. I fig. 1b er det vist at kjøleutstyret kan omfatte flere vannkjølte sirkulasjonskanaler 13 plassert innenfor valsenes overflate. Det skal atter henvises til fig. 1a, hvor det er vist at metallet etter at det kommer ut fra valsene 10 er størknet til en plate 18 med tykkelse lik gapet d, mellom valsene 10. Kjølestråler 22 på undersiden av valsene vil ytterligere kjøle ned den støpte metallplate ved påsprøyting av et kjølemiddel (slik som vann eller luft) på platen. Den støpte metallplate blir så ført, understøttet og bragt bort fra valsene ved hjelp av mekaniske føringer 23.

Det skal nå henvises til fig. 2, hvor det er vist et horisontalt snitt gjennom oppfinnelsesgjenstanden langs snittlinjen 2-2" i fig. 1a. Fig. 2 angir arrangementet av magnetiske

poler i forhold til valsene. Valsene 10a og 10b er adskilt av et gap d som metallet 18

i under støping kan passere gjennom. Magneten 24 omfatter et åk 26 samt poler 16a og16b. Spoler 28a og 28b er viklet rundt magneten. Spolene 28a og 28b fører elektrisk

strøm avgitt fra en vekselstrømkilde for derved å magnetisere magneten 24 og indusere et magnetisk felt mellom polene 16a og 16b. Størstedelen av de magnetiske poler 16a og 16b befinner seg innenfor ytterkantene 30a og 30b av valsene. De magnetiske poler 16a og 16b er faststående og radialt adskilt fra valsene 10a og 10b ved et tilstrekkelig stort klaringsmellomrom til å tillate fri rotasjon av valsene 10. Polene 16 strekker seg aksialt en kort avstand forbi ytterendene av valsene 10.

De sylinderformede overflater av valsene 10 har et midtparti 32 som kommer i kontakt med det smeltede metall. Dette midtparti 32 er utført i et material som har høy varmeledningsevne, således at et kjølemiddel som anvendes i sammenheng med valsene kan fjerne varme fra det smeltede metall og derved lette støpeprosessen. I foreliggende utførelse omfatter det kjøleutstyr som anvendes sammen med valsene vannkjølingskanaler 13 i det indre av valsene 10, slik som vist i fig. 1b. I denne utførelse er midtpartiene 32 av valsene 10 utført i kobberlegering.

Valsene 10 har også ytterender 34a og 34b som danner forlengelser av midtpartiene 32 av valsene 10. Ytterendene 34 befinner seg i området mellom magnetpolene 16. Polene 16 frembringer et magnetisk felt som trenger gjennom ytterendene 34 av valsene 10 i denne utførelse. I foreliggende utførelse må derfor ytterendene 34 være utført i et

material som er egnet for å slippe gjennom et magnetisk felt. I denne utførelse av oppfinnelsesgjenstanden er derfor ytterendene utført i rustfritt stål.

Motstandsevnen for rustfritt stål (omtrent 75 mikro-ohm-cm ved romtemperatur) passer i

rimelig grad sammen med motstandsevnen for smeltet stål (omtrent 140 mikro-ohm-cm), i den horisontale magnetfluks kan derfor trenge gjennom begge metaller. På grunn av virvelstrømmer i det smeltede metall vil feltet avta eksponensielt med økende aksial

avstand z fra kanten av smeltedammen. En magnetisk kraft F1på damkanten vil da være større enn den motsatt rettede kraft F2lengre inn i dammen, slik som antydet i fig.

3, hvilket fører til en netto oppdemningskraft F:

)

Som en følge av dette kan det smeltede metall holdes samlet mellom valsene.

Det skal nå atter henvises til fig. 2, hvor det er vist at ytterendene 30 av valsene 10 er utført med krumning og avsmalning på sine indre partier for å passe sammen med de magnetiske poler 16. På lignende måte er polene 16 hovedsakelig utformet på samme måte som de utvendige partier av valsene 10. En skjerm 33 omgir åket 26 og visse partier av polene 16, bortsett fra polendene. Åket 26 kan være utført som en laminert kjerne. Skjermen 33 omslutter en magnetkjerne 26 uten å danne en kortsluttet elektrisk vinding, slik som vist i fig. 4. Skjermen 33 kan være dannet av to U-formede kanaler 33a og 33b utført i kobberplater samt isolert fra hverandre ved hjelp av minst et gap 35. Skjermen 33 bør være fremstilt i et material med lav motstandsevne for å hindre gjennomtrengning av et magnetisk felt ved hjelp av virvelstrømsskjerming og kan derved tjene til å redusere flukslekkasje, for bedre forming av det magnetiske felt og øke kretsens effektivitet. Skjermen 33 kan også tjene som et varmeskjold for magneten og kan være vannkjølt for dette formål. Et material med lav motstandsevne og høy varmeledningsevne, slik som kobber eller kobberlegering, er ideelt for bruk som skjermen 33.

Det skal nå henvises til fig. 3 hvor det er vist et horisontalt tverrsnitt gjennom foreliggende oppfinnelsesgjenstand sett langs snittlinjen 3-3' i fig. 1a. Fig. 3 angir et snitt mellom valsene i et punkt som er vertikalt forskjøvet fra de horisontale akser for valsene 10. Fig. 3 viser avgrensningen av det smeltede metall 12 av valsene 10, samt samvirke mellom magnetisk felt B og virvelstrømmer i. Fig. 3 viser at valsene 10 har midtpartier 32 og ytterender 34. Også vist i fig. 3 er magneten 24 med et åk 26, poler 16, spole 28 og skjerm 33.

Den angitte fig. 3 viser også smeltet metall 12 som holdes tilbake mellom ytterendene av valsene 10 ved hjelp av det magnetiske felt B (vist ved stiplede linjer) mellom polene 16. Det magnetiske felt B frembringer virvelstrømmer i i det smeltede metall, slik som angitt ved pilspisser ut av papirplanet samt pilender inn i dette plan, samt en resulterende

elektromagnetisk kraft F rettet mot det indre av smeltedammen for å holde tilbake det smeltede metall. Oppdemningskreftene F skriver seg fra innbyrdes påvirkning mellom det horisontale felt B og virvelstrømmene i i det smeltede metall, og indusert i metallet av det magnetiske felt B.

I henhold til foreliggende oppfinnelse kan flere forskjellige geometriske former for magnet i og spole anvendes for tilpasning til forskjellige fordringer i støpeprosessen. Fig. 5 er en perspektivskisse av magneten 24 og spolen 28 som også er vist i fig. 1 - 4. Magneten har laminert åk 26 samt poler 16a og 16b. Polene 16 har velvet utforming og er tilpasset formen av de indre partier av valsene 10. Spolen omfatter et spolepar 28a og 28b som omgir partier 40a og 40b av den laminerte kjerne i magneten 24. Spolene 28 er forbundet med en vekselstrømkilde 36 som avgir en vekselstrøm ls som magnetiserer magneten 24. Spoleparet kan være koblet i serie med strømkilden eller eventuelt i innbyrdes parallell avhengig av forskjellige konstruksjonsbetraktninger. For enkelthets skyld er virvelstrømsskjermen rundt magneten ikke vist.

En annen utførelse av magnet og spole er vist i fig. 6. I denne utførelse har magneten 24 en firkantformet kjerne 44 som danner forbindelse mellom polene 46a og 46b.

Polene 46a og 46b har i denne utførelse formede polflater 48a og 48b, men firkant-formede baksider 50 for tilpasning til firkantformen av kjernen 44. Som vist ved det bortskårne parti av polen 46b, omslutter en isolert kobberskjerm kjernen for å redusere lekkasjefluksen. Et gap 52 i skjermen 51 hindrer skjermen fra å danne en kortsluttet binding omkring magnetkjernen. Spolen 60 omslutter kjernen 44 og skjermen 51. I denne utførelse er spolen 60 en enkeltlagsspole i stedet for et spolepar, slik som i den tidligere omtalte utførelse. Spolen 60 er koblet til en vekselstrømskilde 36 som avgir en vekselstrøm ls som magnetiserer magneten 42. Lekkasjefluksen kunne vært redusert ytterligere ved også å omslutte spolen 60 med en kobberskjerm 53a og 53b, slik som angitt i fig. 7. Denne ytterligere skjerm 53a og 53b ville da redusere det tverrsnitts-område som er tilgjengelig i luftrommet for lekkasjefluksen omkring spoleviklingene, for derved å redusere denne lekkasjefluks. I enda en annen utførelse kunne den indre skjerm 52 være utelatt, mens kjernen og spoleanordningen kan være omgitt bare av en ytre skjerm 53.

Fig. 8 angir en annen utførelsesvariant av den anvendte magnet i henhold til foreliggende oppfinnelse. I denne utførelse har magneten 54 en kjerne som hovedsakelig er utført som avkortet trapesoid med rektangulære flate armer 55 som forbinder det trapesoid-formede åk 56 med polene 57a og 57b. På samme måte som magnetutførelsen i fig. 5 i kan denne magnet ha den fordel av den er enkel å fremstille.

En ytterligere modifikasjon av magneten er angitt i fig. 9. I fig. 9 er det vist at en metallsmelte 12 støpes til en plate 18 mellom valsene 10. Likesom i de tidligere omtalte

utførelser sørger magnetpoler 59a og 59b for å holde tilbake det smeltede metall ved

>ytterendene av valsene 10. I denne utførelse har magnetpolene 59 innstillbar posisjon.

Polene 59a og 59b kan skråstilles og forskyves for å ligge nærmere eller fjernere fra valsekantene. Dette trekk gjør det mulig å oppnå innstilling av det magnetiske felt. Som angitt i fig. 9 er øvre del av polene 59 blitt forskjøvet lenger bort fra valsekantene sammenlignet med den nedre del av polene. Som vist ved de stiplede linjer som representerer magnetfeltet B i fig. 9, med de øvre ender av polene 59 lenger fra hverandre, kan det magnetiske felt gjøres forholdsvis sterkere nær den nedre ende samt svakere ved den øvre ende, sammenlignet med den polutførelse som er vist i fig. 1a. Denne innstillbarhet kan utnyttes for støping av metallplater av forskjellig tykkelse, hvor oppdemningskrefter av forskjellig grad kan være påkrevet.

Fig. 10 viser enda en annen utførelsesvariant av magneten i henhold til foreliggende oppfinnelse. Denne variasjon gir den største tilpasningsgrad av alle de utførelser som er vist hittil. (Fig. 10 viser bare en eneste magnetpol, og det bør forstås at en helt lik annen pol vil være plassert rett overfor denne pol ved den annen valse.)

I fig. 10 er hver magnetpol oppdelt i tre forskjellige separate magnetiske elementer 61a, 61b og 61c. Hver av disse elementer utgjør en uavhengig magnet som omfatter kjerner 62, magnetiseringsspoler 63 samt virvelstrømsskjermer 33, som omslutter hver sin tilordnede spole og kjerne bortsett fra et luftgap som hindrer skjermene fra å bli en kortsluttet vinding, slik som angitt i fig. 4 eller 7. Det magnetiske element 61a holder tilbake det øvre parti av sideveggen av den smeltede metalldam 12, elementet 61b holder tilbake midtpartier av metallsmeltens sidevegg og elementet 61c demmer opp det nedre parti av smeltedammens sidevegg.

I denne utførelse reguleres hvert enkelt magnetisk element for seg og forsynes med hver sin magnetiseringsstrøm lsa, lsbog lsc. Disse tre magnetiske elementer kan magnetiser-es fra en enkelt effektkilde 64 for vekselstrøm eller eventuelt fra tre forskjellige effektkilder. Med en enkelt effektkilde kan to variable reaktorer være koblet i serie med spolene for to av de tre magnetelementer for at de magnetiske felt for de tre magnetiske elementer kan reguleres hver for seg. Tidskonstanten (L/R) for reaktorene er valgt til å være den samme som tidskonstanten for magnetene slik at den fluks som frembringes av de tre uavhengige magneter vil være i fase. Med tre uavhengige effektkilder må det sørges for at de tre kilder har korrekt innbyrdes faseforhold. Da hvert element kan reguleres for seg, kan det oppnås en høy grad av tilpasning for det totale magnetiske felt som helhet. Denne gode innstillbarhet kan utnyttes for å optimalisere driften under forskjellige forhold, slik som ved forskjellige platetykkelser, forskjellige metallsmelter eller legeringer, forskjellige temperaturforhold, igangsetning og driftsavslutninger. Tilbakekoblingssløyfer kan utnytte følere 65 for å overvåke stillingen av øvre, midtre og nedre parti av deri elektromagnetisk avgrensede sidevegg. Ethvert avvik fra en foreliggende posisjon vil frembringe et feilsignal, som etter hensiktsmessig forsterkning vil forandre den effekt som tilføres vedkommende magnetiske element for det formål å gjenopprette den foreliggende oppdemningsstilling av vedkommende sideveggparti. Disse følere kan utgjøres av avgrensede stråler (bunter) som avgis parallelt med sideveggen fra den ene side og avføles av en mottager på den annen side (strålen blir avbrudt når sideveggen forskyves nærmere mot magneten). Alternativt kan følerne være utført som avgrensede stråler som sendes ut vinkelrett på sideveggene, idet deres refleksjon fra sideveggflaten avføles av en mottager og anvendes for å bestemme sideveggens posisjon. Følerne kan også anta form av variable kapasitanser hvor det overvåkede sideveggparti utgjør den ene elektrode i en kondensator, mens den annen er en passende elektrode som er montert i en fast avstand og parallelt med sideveggen. I

enda en annen alternativ utførelse kan følerne ha form av en impedansmåling av

i magnetens magnetisering som forandres med flukskoblingen mellom magneten og det flytende metall i vedkommende sideveggparti.

Enda en annen utførelse av magnetkonstruksjonen er angitt i fig. 11. Fig. 11 viser et

horisontalt snitt gjennom den ene ende av et valsepar. I denne utførelse er polanord-

) ningene 66a og 66b traktformet og avgrenset innenfor samt festet til valsene 10a og 10b bakenfor ytterkantene, henholdsvis 34a og 34b. Polene 66 vil følgelig rotere sammen med valsekantene 34 og valsene 10. Partiene 68 av skjermen 69 er plassert mellom kjernepartiene 72a og 72b og nær inntil det område hvor støpingen finner sted. Polene

66a og 66b er sirkelformede og utført i ferromagnetisk material. Spolen 60 magnetiserer5et åk 70 og magnetarmer 72a og 72b slik som i de tidligere omtalte utførelser. Virvelstrømsskjermer 69 og 79 avgrenser den magnetiske fluks til åket 70, magnetarmene 72 og polene 66 (reduserer lekkasjefluksen) slik som beskrevet tidligere. Skjermene 69 og 79 kan også omfatte varmeskjerming eller kjøleutstyr for å beskytte

spolen eller magneten. Skjønt polene 66a og 66b er adskilt fra magnetarmene 72a og

o 72b og roterer med valsene 10a og 10b, blir de magnetisert ved sin umiddelbare nærhet til armene 72a og 72b, over forholdsvis små gap 74a og 74b. Denne utførelse har den fordel at polene kan anbringes så nær sammen som fysisk mulig, hvilket vil si innenfor valsekantene. Denne utførelse forenkler formen av magnetåket og tillater bruk av

forskjellige magnetåk og spoler når sammenstillingen av valser 10 og poler 66 anvendes5for støping av metallplater med forskjellige tykkelser. Støping av plater som f.eks. er ca. 1 mm tykke, vil da kreve bruk av en kraftigere magnetanordning enn det som vil være tilfellet ved støping av metallblikk av 0,1 mm tykkelse.

Som beskrevet tidligere og vist i fig. 2, 3 og 11, vil magnetfeltet trenge gjennom det ytre kantparti av valsene for å avgrense det smeltede metall. Foreliggende oppfinnelse kan også utøves uten noe spesielt kantparti forutsatt at et egnet material er anvendt for valsene, slik som keramikk, hvilket tillater inntrengning av et magnetisk felt uten å frembringe virvelstrømmer i valsene. I den foretrukne utførelse gjør imidlertid anvendelse av kantpartier på valsene det mulig å oppnå hensiktsmessig utforming av det magnetiske felt ved å opprette en veldefinert overgang fra området med høy magnetisk fluks nær ytterkanten av valsene til et område med lav magnetisk fluks lengre bort fra valsekantene. En forming av det magnetiske felt på denne måten gir fordelen av bedre styring av det magnetiske felt som demmer opp sideveggen av dammen av smeltet metall.

Den foreliggende oppfinnelse gjør det mulig å forme det magnetiske felt ved å anvende et material med lav motstandsevne, slik som kobber eller kobberlegering, i hoveddelen av valsene, og et material med høyere motstandsevne for kantpartiet. Kobberet eller kobberlegeringen som anvendes i hovedpartiet vil effektivt hindre inntrengning av det magnetiske felt (bortsett fra et lite ubetydelig hudparti på overflaten) og vil samtidig effektivt nedkjøle det smeltede metall og bringe det til størkning.

I kantpartiet av valsene er det viktig å tillate inntrengning av det magnetiske felt for å avgrense sideveggen av smeltet metall mellom de to valseflater. Foreliggende oppfinnelse omfatter flere utførelser av valsekantpartiet med det formål å tillate inntrengning av det magnetiske felt. I en viss utførelse oppnås dette ved å forbinde en ytterkant utført i et material med meget høyere motstandsevne, slik som rustfritt stål, med ytterendene av kobbervalsene. Fig. 2, 3 og 11 viser rustfrie stålkanter 34 av denne art. De rustfrie stålkanter kan være forbundet med kobbervalsene ved hardlodding, bolting eller andre hensiktsmessige metoder. I tillegg til å tillate inntrengning av det magnetiske felt, oppretter de rustfrie stålkanter en glatt overflate for støpeflaten i tilfelle det smeltede metall trenger inn på kanten.

En annen utførelse av kantpartiet er vist i fig. 12a og 12b. Valsen 80 er utført i et material med lav motstandsevne slik som kobber. Ved kantene er det rundt omkretsen av valsene anordnet flere slisser 82 hele veien rundt valsen. Slissene 82 strekker seg en kort avstand s i aksial retning av valsen. Slissene 82 slipper igjennom den magnetiske fluks ved valsenes kantpartier eller ytterender, som er fastlagt av slissene. Skjønt slissene kan være tomme, er det foretrukket at de fylles med et material med forholdsvis høy motstandsevne, slik som keramikk eller rustfritt stål, som er isolert fra slissens sider, eller eventuelt fylt med et material med høy magnetisk permeabilitet. Alternativt kan slissen være fylt med lamineringer av metall med høy permeabilitet og som er isolert fra hverandre og fra sidene av slissene. Hvis slissene etterlates tomme ville dette kreve at det magnetiske felt blir formet slik at det smeltede metall hele tiden holdes borte fra slissene. Fylling av slissene gir imidlertid en glatt overflate i tilfelle det smeltede metall skulle trenge inn på deler av ytterkanten under støpeprosessen. Slissdimensjonene kan fastlegges på grunnlag av vedkommende anvendelse. En fordel ved konstruksjonen med slisset kobber er at den oppretter en bane med lav reluktans for magnetfluksen, nemlig gjennom slissene fylt med material med høy permeabilitet eller med luft, hvilket tillater magnetisk vekselfelt med høy frekvens. Mens således valsekonstruksjonen med rustfritt stål f.eks. kan arbeide ved forholdsvis lave frekvenser, f.eks. opp til 500 Hz, kan valsekonstruksjonen med slissede ytterkanter arbeide innenfor et meget høyere frekvensområde, f.eks. opp til 16 kHz.

Andre utførelser av kantpartiet er vist i fig. 13a og 13b. Fig. 13b viser et horisontalt tverrsnitt langs linjen 13b-13b' i fig. 10. De vannkjølte valser 10 er utført i material med høy varmeledningsevne, slik som kobber. Ved kantene og rundt omkretsen av valsene er det anordnet en eller flere bøyleformede forlengelser 91 av valsene 10. Mellom disse bøyleformede forlengelser 91 er det anordnet lignende bøyleformede deler 92 utført i

kobber. Disse bøyler 91 og 92 er isolert fra hverandre samt montert på valsene 10 ved hjelp av bolter 92. Boltene 92 er isolert fra bøylene for å hindre elektrisk kontakt mellom de forskjellige bøyler samt mellom bøylene og valsene. De bøyleformede forlengelser 91 tjener samme formål som slissene 82 i den tidligere omtalte utførelse, nemlig for å

overføre det magnetiske felt til oppdemningsområdet. Forlengelsene 91 kan være utført

i lignende material som slissene 82. Disse forlengelser 91 kan således være utført i

) isolerende material, slik som keramikk, med høy motstandsevne og forholdsvis lav permeabilitet og således uten virvelstrømmer. Forlengelsene 91 kan foreligge i et ikke-magnetisk metall med høy motstandsevne, slik som rustfritt stål, som også har forholdsvis lav permeabilitet, men høyere varmeledningsevne enn keramikk. Alternativt

kan forlengelsene 91 være utført i magnetisk material, slik som silisiumstål, som har høy5magnetisk permeabilitet og rimelig god varmeledningsevne. Med et material med høy permeabilitet vil de bøyleformede forlengelser selv bli magnetisert. Tynne isolerte

lamineringer av et ferromagnetisk material kan også anvendes. Med bøyleformede forlengelser av rustfritt stål eller ferromagnetisk material bør hver bøyle være isolert fra inntilliggende kobberbøyler. Vekselfluksen som utgår fra magnetpolen trenger gjennom valsene gjennom bøylene 91 og inntil huddybden av kobberbøylene 92. En del av denne fluks induserer virvelstrømmer i det smeltede metall 12 mellom valsene. Samvirket mellom fluks og virvelstrømmer i det smeltede metall demmer opp sideveggen av metallsmeltedammen mellom valsene som beskrevet tidligere. Tykkelsen av de bøyleformede forlengelser 91, antallet sådanne forlengelser, det bøyleformede forlengelsesmaterial samt magneten er utført med det formål å holde tilbake sideveggene av smeltedammen mellom valsene. Med de bøyleformede forlengelser utført i magnetisk material med høy permeabilitet, vil den elektromagnetiske oppdemningskrets virke på best mulig måte. I dette tilfelle er reluktansen av den magnetiske krets hovedsakelig bestemt av reluktansen av det smeltede metall 12 samt av det smale luftgap 94 mellom bøylene 91 og magnetpolen 61c. Alle de øvrige utførelser har meget større luftgap og følgelig større lekkasjefluks.

En annen utførelse av foreliggende oppfinnelse er vist i fig. 14. Denne utførelse kan anvendes hvor forholdene er slik at sidekanten av den støpte metallplate ikke er fullt størknet ved det tidspunkt den kommer ut fra mellomrommet mellom valsene. Denne tilstand kan opptre av forskjellige grunner fastlagt ved støpeprosessen, slik som behov for høye magnetfelt med forholdsvis høy frekvens, hvilket fører til at høye virvelstrømmer varmer opp kantene av det metall som støpes, utilstrekkelig kjølevirkning av valsene nær deres ytterender, tykke støpte platedimensjoner eller en kombinasjon av disse og andre faktorer. Fig. 14 viser valsene 10 og smeltet metall 12 slik som i tidligere utførelser. Fig. 14 viser også poler 95a og 95b som strekker seg nedenfor senterlinjene for valsene 10. Dette har den virkning at magnetfeltet også strekker seg nedenfor senterlinjen for rullene og derved utvider den elektromagnetiske oppdemning langs kantene.

Hjulfrembragte krefter på de flytende kanter av metallplaten forsvinner når platen forlater valsene. Bare tyngdekraften virker på de fremdeles smeltede kanter, som imidlertid kan nedkjøles ved hjelp av gasstrøm eller påsprøytet vann. De magnetiske felter mellom polene 95 avtar etterhvert som platen beveger seg videre fra valsene, og dette er i samsvar med at platekanten størkner etterhvert som platen beveger seg nedover. Hvis imidlertid kanten av platen ikke er helt fast i nærheten av det magnetiske felt mellom polene 95, kan ytterligere oppdemning av de fremdeles flytende kanter av platen frembringes av en ekstra magnet med poler 96a og 96b som utvider magnetfeltet godt på undersiden av valsene 10, inntil metallplaten er tilstrekkelig hard til å kunne understøttes av mekaniske føringer 23.

En annen utførelse av denne oppfinnelse er angitt i fig. 15a og 15b. Denne utførelse oppviser en kombinasjon av magnetiske og mekaniske midler for å holde tilbake smeltet metall ved ytterkantene av et valsestøpeanlegg. Som nevnt ovenfor er problemet med å bruke mekaniske tetninger for å holde tilbake smeltet metall ved sidekantene av støpevalser med innbyrdes motsatt omdreiningsretning at blandingen av smeltet og størknende metall i kombinasjon med valsenes dreiebevegelse ville samle seg opp rundt de mekaniske tetninger. Som beskrevet ovenfor viser foreliggende oppfinnelse at et magnetisk felt kan anvendes for å demme opp sideveggen av det smeltede metall. Foreliggende oppfinnelse anvender imidlertid med fordel både en mekanisk tetning og et magnetisk felt. Likesom i tidligere omtalte utførelser avgrenser valsene 10 og polene 16 et smeltet metall 12. Foreliggende oppfinnelse omfatter også en mekanisk demning 100 anordnet mellom polene 16a og 16b. Den mekaniske demning 100 er utformet slik at den vil holde tilbake smeltet metall i det område hvor det er liten sannsynlighet for sammenklumping av metall eller deformasjon av den støpte plate, nemlig i avstand fra valsenes størkningsvirkning. Som angitt i fig. 15a og 15b er den mekaniske demning 100 anordnet i avstand fra valsene 10. Det er i området nærmest valsene 10 at metallet størkner og hvor sannsynligheten for materialoppsamling er størst. Magnetisk oppdemning ved hjelp av polene 16 anvendes for å holde tilbake det smeltede og størknende metall i mellomrommene mellom den mekaniske demning 100 og valsene 10. Den mekaniske demning 100 kan være utført i et ferromagnetisk material 101, således at den utgjør en fluksbane med lav reluktans for fluksen mellom polene 16. Den side av demningen som vender mot dammen av smeltet metall kan være utført av et lag av høytemperatur-keramikk 102 som dekker et vannkjølt varmeskjold 103 foran materialet med høy permeabilitet og som kan være fremstilt av stållamineringer eller høytemperatur-ferritt. Denne utførelse har den fordel at den krever mindre energi enn de tidligere omtalte utførelser, da det magnetiske felt langs det smeltede metall bare strekker seg over gapet mellom valsene 16 og den mekaniske demning 100. Da volumet av det smeltede metall som tilbakeholdes av det magnetiske felt er mindre, vil det være mindre oppvarming av det smeltede metall på grunn av virvelstrømmer. Forskjellige mekaniske former av demningen kan utføres for å opprette passende fluksdensitet for forskjellige støpefordringer.

Claims (14)

1. Fremgangsmåte for kontinuerlig støping av metallplater og som omfatter et prosesstrinn hvor smeltet metall (12) tvinges inn mellom to valser (10) som roterer i innbyrdes motsatt retning, idet det smeltede metall (12) holdes tilbake ved ytterkantene av nevnte valser (10) med innbyrdes motsatt omdreiningsretning ved hjelp av et horisontalt magnetfelt, karakterisert vedat nevnte tilbakeholdelse av det smeltede metall (12) oppnås ved hjelp av den elektromagnetiske kraft som frembringes av et horisontalt, magnetisk vekselfelt som induserer strømmer som omfatter hovedsakelig vertikalt orienterte sløyfer i det smeltede metall, således at en fast metallplate (18) kan støpes fra nevnte valser (10).

2. Fremgangsmåte som angitt i krav 1, karakterisert vedat den omfatter et trinn hvor nevnte smeltede metall (12) nedkjøles ved hjelp av kjøleutstyr som er anordnet inne i nevnte valser (10).

3. Fremgangsmåte som angitt i krav 1 eller 2, karakterisert vedat nevnte horisontale, magnetiske vekselfelt (24) arbeider ved en frekvens av mellom 30 Hz og 16.000 Hz.

4. Fremgangsmåte som angitt i krav 2, karakterisert vedat nevnte trinn hvor det smeltede metall (12) nedkjøles, utføres etter at metallplaten har passert ut fra nevnte valser (10).

5. Fremgangsmåte som angitt i krav 2, karakterisert vedat den omfatter et prosesstrinn hvor metallet i platen, etter at den har passert ut fra nevnte valser (10), holdes tilbake ved hjelp av en annen magnet (24) anordnet på undersiden av valsene.

6. Anordning for kontinuerlig støping av metallplater i samsvar med fremgangsmåten angitt i et av de forutgående krav, idet anordningen omfatter: - oppdemningsutstyr med en åpen side, og - en magnet (24) for å frembringe et hovedsakelig horisontalt magnetfelt,karakterisert vedat nevnte magnet (24) er innrettet for å frembringe et hovedsakelig horisontalt, magnetisk vekselfelt, idet magneten har magnetiske poler (16) anordnet nær nevnte åpne side av oppdemningsutstyret for ved hjelp av magneten å kunne indusere virvelstrømmer i overflaten av smeltet metall (12), som kan samvirke med det magnetiske felt (24) for å frembringe en kraft for å holde nevnte smeltede metall innenfor nevnte oppdemningsutstyr.

7. Anordning som angitt i krav 6, karakterisert vedat nevnte magnetpoler (16) strekker seg aksialt inn i ytterendene av et par valser (10) som utgjør en del av nevnte oppdemningsutstyr, idet nevnte par valser (10) er adskilt av et gap og anordnet innbyrdes parallelt i et horisontal-plan.

8. Anordning som angitt i krav 6, karakterisert vedat nevnte oppdemningsutstyr omfatter et par valser (10) som hver har et midtparti med lavere motstandsevne enn valsens kantpartier, således at overføringen av det magnetisk felt fra magneten (24) gjennom midtpartiet er mindre enn gjennom nevnte kantpartier.

9. Anordning som angitt i krav 6, karakterisert vedat nevnte oppdemningsutstyr i tillegg til et par valser (10) også omfatter en demning (100) anordnet på en slik måte at det hovedsakelig horisontale, magnetiske vekselfelt frembragt mellom magnetens (24) poler løper parallelt med oppdemningsutstyrets åpne side og smeltet metall derved kan bli holdt inne i oppdemningsutstyret ved hjelp av det magnetiske felt og nevnte demning (100).

10. Anordning som angitt i krav 9, karakterisert vedat nevnte magnet (24) anordnet nær den åpne side av oppdemningsutstyret, har magnetiske poler (16) som strekker seg aksialt inn i ytterendene av nevnte valser (10), idet en kjerne (101) i nevnte demning (100) forbinder de magnetiske poler (16) og en spole (28, 60) omslutter kjernen (101) som er i stand til å reagere på strøm fra en kilde.

11. Anordning som angitt i krav 9, karakterisert vedat nevnte demning (100) er anordnet mellom nevnte magnetpoler (16) og i avstand fra nevnte valser (10), således at demningen (100) i samvirke med et magnetfelt mellom de magnetiske poler kan demme opp det smeltede metall (12) mellom valsene (10).

12. Anordning som angitt i krav 9, karakterisert vedat nevnte demning (100) omfatter et ferromagnetisk material (101).

13. Anordning som angitt i krav 9, karakterisert vedat et lag høytemperatur-keramikk (102) er festet til demningen (100) på i det minste den side av demningen hvor det smeltede metall (12) holdes inne.

14. Anordning som angitt i krav 13, karakterisert vedat den omfatter et væskekjølt varmeskjold (103) anordnet mellom nevnte demning (100) og laget av høytemperatur-keramikk (102).