SE512692C2 - Metod och anordning för kontinuerlig gjutning - Google Patents

Description

tum-rn» ...tu tianu-nnuhainii 512 692 värmet vid menisken. Gjutpulvret tillförs ofta kontinuerligt vid smältans övre yta i kokillen under gjutning, som ett i huvudsak fritt flytande partikelforrnigt pulver i fast tillstånd. Sarn- mansättningen av ett gjutpulver bestäms av ändamålet. Därigenom kommer pulvret att smälta med önskad hastighet och Smörjning kommer att tillhandahållas med önskad hastighet för att säkerställa smörjningen. Ett alltför tjockt lager Smörjmedel mellan kokillen och gjutsträngen kommer också att påverka stelningsbetingelsema och ytkvaliteten på ett oönskat sätt, och därför behöver värmeförhållandena vid menisken kontrolleras. För mindre strängar och icke- fenítiska material används olja, vanligtvis vegetabilisk olja, eller fett som Smörjmedel. Obe- roende av vilken typ av Smörjmedel som används bör det företrädesvis matas in i gränsytan sträng/kokill med en jämn hastighet för att bilda en tunn jämn film i gränsytan för att undvika ytdefekter som orsakas av klibbníng mellan kokillen och strängen. En för tjock film kan ge upphov till en ojämn yta och stör vänneförhållandena.

Värmeförluster och globala värmeförhållanden vid menisken styrs framför allt av det sekun- därflöde som bildas i kokillen. Användning av induktiva HF-värmare för att påverka värme- förhållandena vid den övre änden diskuteras t.ex. i US-A-5 375 648 och i den tidigare, ej ännu publicerade svenska patentansökningen nr SE9703 892-1. Höga värmeförluster kompenseras av ett tillskott av värme till den övre ytan, endera genom ett kontrollerat uppåtriktat flöde av het smälta, eller med hjälp av en värmare, enär menisken i annat fall kan börja stelna. En sådan stelning kommer att på ett betydande sätt störa gjutprocessen och försämra kvaliteten hos den gjutna produkten i de flesta avseenden.

En induktiv HF-värmare anordnad vid den övre änden av en kokill tillhandahåller organ för att förbättra förmågan att styra metallens temperatur vid smältans övre yta, menisken, och för att samtidigt alstra sarnrnanpressande krafter som verkar för att separera smältan och kokillen, och minskar därigenom risken för klibbning, minskar märken från oscillation och erbjuder allmänt bättre betingelser för Smörjning av kokillen. Den förbättrade smöijningen tillskrivs framför allt de sammanpressande krafter som verkar för att separera smältan från kokillen.

Den induktiva värmaren kan ha en enfas- eller flerfasutforrnning. Företrädesvis appliceras ett hö gfrekvent alternerande magnetfält. De sammanpressande krafter som alstras av magnet- fältet minskar trycket mellan kokillens vägg och smältan, varigenom förhållandena för smörj- ning förbättras avsevärt. Den gjutna strängens ytkvalitet förbättras och gjutningshastigheten kan ökas utan att äventyra ytkvaliteten. Företrädesvis appliceras oscillation för att säkerställa att den gjutna strängen utträder ur formen. Dock bildas normalt mindre ytdefekter, så kallade oscillationsmärken, på den gjutna strängen vid kontakt mellan kokillen och strängen när skin- net bildas. Dessa oscillationsmärken påverkar också den gjutna strängens struktur då inneslut- ningar ofta finns i närheten av dem. Då de samrnanpressande krafterna verkar för att separera smältan från kokillen kommer de att minimera kontakten mellan smältan och kokillen under 512 692 den initiala stelningen av huden och förbättrar tillförseln av Smörjmedel vilket ytterligare för- bättrar den gjutna strängens ytkvalitet. Således anser man att användning av vid menisken an- ordnade flervarviga spolar vilka matas med HF växelström tillhandahåller medel för att eliminera, eller åtminstone väsentligen minska oscillationsmärken och därigenom förbättra ytkvaliteten, den inre strukturen, renheten och också produktiviteten.

SAMMANFATTNING AV UPPFINNINGEN Det är ett syfte med föreliggande uppfinning att anvisa en metod för kontinuerlig gjutning av en metallgjutämne, vari förhållandena för den initiala stelningen av den gjutna metallen i ko- killen förbättras, och i synnerhet förbättras förhållandena för Smörjning av kokillen. I synner- het är det ett syfie med föreliggande uppfinning att styra det högfrekventa magnetfält som appliceras för att verka på smältan vid formens övre ände, så att de alstrade sammanpressande kraftema som verkar för att separera smältan från kokillen säkerställer en stabil tillförsel av smörjmedel till gränsytan mellan kokillen och gjutämnet, samt bildade av en smörjñlm i gränsytan. Därigenom kan ytdefekter såsom inre oscillationsmärken och defekter eller produktivitetsproblem Sammanhörande med dem i huvudsak elimineras eller åtminstone minskas på ett betydande sätt. Detta åstadkoms medelst föreliggande uppfinning, vilken i enlighet med en aspekt anvisar en metod för kontinuerlig eller halvkontinuerlig gjutning av metall i enlighet med ingressen till krav 1, vilken metod kärmetecknas av särdragen i kravets 1 kännetecknande del. Vidareutvecklingar av metoden kännetecknas av särdragen i de beroende kraven 2 till 13.

Det är vidare ett syfie med föreliggande uppfinning att anvisa en anordning för kontinuerlig gjutning innefattande en kyld kokill för kontinuerlig gjutning, oscillationsorgan, en flervarvig induktiv spole som matas med en högfiekvent växelström samt en matningsenhet med strömstyrdon för alstring och styrning av det högfrekventa magnetfält som appliceras att verka på smältan vid den övre änden av kokillen.

Särskilt skall gjutanordningen innefatta organ för att styra den växelström som tillförs till anordningen för alstring av det högfrekventa magnetfältet så att gjutförhållandena och drift- parametrarna optimeras för att åstadkomma kvalitetsförbätningar och/eller produktivitetsför- bättringar. Särskilt skall gjutanordningen förses med organ så att de krafter som verkar på smältan och rörelser eller strömmar i smältan styrs så att oscillationsmärkena väsentligen kan elimineras eller åtminstone minskas på ett betydande sätt. Det är vidare ett syfie med förelig- gande uppfinning att anvisa en anordning för kontinuerlig gjutning som säkerställer bra och kontrollerade vänneförhållanden, strömningsförhållanden, smörjningsförhållanden samt all- männa betingelser vid den övre änden av formen, för att därigenom uppnå betydande förbät- tringar med avseende på kvaliteten och produktiviteten. Detta åstadkoms med en anordning 512 692 för kontinuerlig gjutning av metall i enlighet med ytterligare en aspekt av föreliggande upp- ñnning, vilken anvisar en anordning för kontinuerlig eller halvkontinuerlig gjutning av metall i enlighet med ingressen till kravet 14, vilken kännetecknas av de i kravets 14 kännetecknande del angivna särdragen. Vidareutvecklingar av anordningen kännetecknas av särdragen i de beroende kraven 15 till 22.

Eliminering eller betydande minskning av oscillationsmärken förbättrar ytterligare gjutstrukturen och avlägsnande av inneslutningar då inneslutningar och/eller defekter stängs in vid oscillationsmärkena.

BESKRIVNING AV UPPFINNTNGEN En metod för kontinuerlig eller halvkontinuerlig gjutning av metall, vari - het smälta tillförs till en kyld kokill för kontinuerlig gjutning, - srnältan kyls och formas till ett åtminstone delvis stelnat gjutämne då den passerar genom kokillen, och - ett högfrekvent magnetfält med en basfrekvens av från 50 Hz eller mer appliceras att verka på smältan vid den övre änden av kokillen användande en induktiv spole så att värme utveck- las i smältan och samrnanpressande krañer verkar för att separera smältan från kokillväggen alstras, varvid en ström tillhandahålls från en matningsenhet till spolen för alstring av det hög- frekventa magnetfältet, varvid metoden i enlighet med föreliggande uppfinning utförs på ett sätt i vilket den tillförda strömmen styrs på ett pulserat arnplitudmodulerat sätt med en arnpli- tudmodulerad moduleringsfiekvens på 10 Hz eller mindre, varvid i huvudsak maxamplitud av den arnplitudrnodulerade strömmen uppnås inom en stigtid motsvarande 1 cykel av basfrekvensen eller mindre vid början av en puls. Denna minimerade stigtid för strömamplituden vid början av varje pulscykel till full amplitud är essentiell i åstadkommande av önskad styrning av de sarnmanpressande krafter som verkar för att minska trycket mellan kokillväggen och smältan vid den övre änden av kokillen. Härigenom förbättras förhållandena för Smörjning avsevärt och de kan vidare styras av den arnplitudrnodulerade strömmatningen.

Detta erbjuder möjlighet till förbättringar av den gjutna strängens ytkvalitet och också till ökad gjutningshastighet utan att riskera ytkvaliteten. Företrädesvis minimeras stigtiden så att väsentligen full amplitud av den arnplitudrnodulerade strömmen åstadkoms inom en stigtid motsvarande 1/4 (0,25) cykel av basfrekvensen eller mindre vid början av en puls.

Vid utövande av metoden enligt föreliggande uppfinníng är det att föredra att tillhandahålla en högfrekvent ström med en basfrekvens av fiån 50 till 1000 Hz och att styra denna ström som tillhandahålls från en matningsenhet till den induktiva spolen på ett pulserat, arnplitudmodu- lerat sätt med en amplitudmoduleringsfrekvens av från 0,1 till 10 Hz. Företrädesvis tillhanda- hålls en högfrekvent ström med en basfrekvens av omkring 200 Hz. Den högfrekventa ström- 512 692 mens arbetscykel kan varieras från 0 till 100 % av moduleringsfrekvensperioden.

I enlighet med en föredragen utföringsform av föreliggande uppfinning matas den pulserade strömmen i en i huvudsak rektangulär form vari utströrnmen varierar mellan två nivåer.

Utströmmen kan då tillhandahållas på ett till-från-sätt, vari utströmmen i från-periodema i huvudsak är noll. Som ett altemativ matas den pulserade strömmen på ett i huvudsak rektangulärt sätt mellan två strömamplitudnivåer, vari utströmmen vid båda nivåerna är skild från noll.

I enlighet med ytterligare en utföringsform minimeras också tidsperioden för strömampli- tudens fall vid slutet av en puls till en tid som motsvarar 1 cykel av basfrekvensen av den högfrekventa strömmen eller mindre, och företrädesvis till en tid motsvarande 1/4 (0,25) cykel av basfrekvensen av den högfrekventa strömmen eller mindre. _ Vanligtvis oscilleras kokillen under gjutning, och då metoden enligt föreliggande uppfinning utförs i en sådan oscillerad form är det ofta fördelaktigt att anta en föredragen utföringsforrn av föreliggande uppfinning i vilket den pulserade moduleringsfrekvensen av den amplitud- modulerade strömmen är associerad med kokillens oscillationsfrekvens, så att variationema i de sammanpressande krafterna koordineras med kokillens oscillation.

Strömmen pulseras då i enlighet med en föredragen utföringsforrn med en modulationsfrek- vens i samma storleksordning som oscillationsfrekvensen, men den pulserade frekvensen och oscillationsfiekvensen kan också associeras på vilket som helst lärnpligt sätt som genererar en styrning av de sarnmanpressande krafier som verkar för att minska trycket mellan kokillväg- gen och smältan vid kokillens övre ände.

En lämplig anordning för att utöva en metod för kontinuerlig eller halvkontinuerlig gjutning av metall enligt föreliggande uppfinning innefattar - en kyld kokill för kontinuerlig gjutning, - organ för tillförsel av het smälta till kokillen, - organ för uttagning och/eller mottagning av ett gjutämne som formats i kokillen från densamma, - en induktiv spole anordnad vid den övre änden av kokillen för att då den matas med högfrekvent elektrisk växelström alstra ett högfrekvent magnetfält som skall verka på smältan i kokillen, varvid värme utvecklas i smältan och sarnrnanpressande som krafter verkar för att separera smältan från kokillens vägg alstras, och - en matningsenhet med strömstyrdon för matning av en högfrekvent elektrisk växelström med en basfrekvens av 50 Hz eller mer till den índuktiva spolen, vari strömstyrdonet i enlig- 512 692 het med föreliggande uppfinning vidare innefattar moduleringsorgan för modulering och styr- ning av den tillförda strömmen på ett pulserat, amplitudmodulerat sätt med en modulerings- frekvens på 10 Hz eller mindre, varvid väsentligen maxamplitud av den amplitudmodulerade strömmen uppnås inom en stigtid vid början av en puls motsvarande 1 cykel av basfrekvensen eller mindre.

Strömstyrdonet innefattar organ vilket beroende på stränggjutningsmaskiner och gjutvariabler anpassas, - för till-från-modulering av spolbelastningsströmmen som matas till spolen, - för modulering av spolbelastningsströmmen som matas till spolen mellan två godtyckliga strömnivåer, - för modulering av vågformens enveloppforrn med godtyckligt periodiskt vågforrnsmönster såsom sinusformat, triangulärt eller trapetsoidformat modulationsenvelopp av spolbelastningsströmmen som matas till spolen, - för programmerbar godtycklig alstring av modulationsvågformsmönster för spolbelastningsströmmen som matas till spolen. l enlighet med en utföringsforrn innefattar strömstyrdonet en omvandlare med en Seriereso- nanskrets med moduleringsorgan för tillhandahållande av en ström med ett amplitudmodu- leringsmönster som uppvisar en i huvudsak rektangulär vågkonfiguration. Företrädesvis är moduleringsorganet anordnat att tillhandahålla en ström med ett amplitudmoduleringsmönster som uppvisar en i huvudsak rektangulär vågkonfiguration med från-perioder som alternerar med till-perioder i en matningsfrekvens, vari från- och till-perioderna innefattar ett flertal cykler av basfrekvensen av den arnplitudmodulerade ström som tillhandahålls till den induktiva spolen.

Serieresonanskretsen som används i en föredragen utföringsforrn innefattar vanligtvis en släcktyristor (eng. quench thyristor) parallellt med en DC glättriingsreaktor, varvid tyristorn, i rektangulär fiån-till-mod är anordnad att; - styra spärmingen med vilken Serieresonanskretsen matas vid änden av varje moduleringsperiod till en optimal nivå, och - hålla kvar energin i glättningsrealctorn under från-perioden i varje moduleringscykel, för att därefter släppa energin till en inverteringskrets vid början av nästa till-moduleringsperiod.

Dessa två funktioner är kritiska för erhållande av en näst intill perfekt rektangulär främre kant av modulexingsenveloppforrnen av omvandlarens utström, vilken i sin tur är nödvändig för optimal yt- och metallografïsk mikrostrulctur av den kontinuerligt gjutna slutprodukten. l enlighet med en altemativ utföringsfonn är moduleringsorganen anordnade att tillhandahålla 512 692 en ström med ett moduleringsmönster som uppvisar en i huvudsak rektangulär vågkonfigura- tion som varierar mellan två nivåer, varvid strömmens amplitud hålls i huvudsak konstant vid dessa två nivåer under tidsperioder som innefattar ett flertal hela cykler av basfrekvensen av den amplitudmodulerade ström som tillhandahålls till den induktiva spolen.

KORT BESKRIVNING AV RITNINGARNA I det följande kommer uppfinningen att beskrivas i närmare detalj och exemplifieras medelst föredragna utföringsfonner med hänvisning till de medföljande ritningarna; Figur l Figur 2 Figur 3 Figur 4 Figur s Figur 6 Figur 7 visar ett snitt längs gjutriktriingen genom den övre änden av en kokill för kontinuerlig gjutning av metall med en anordning för alstring av ett elektromagnetiskt fält anordnad vid den övre änden av kokillen; visar en serieresonanskrets som ingår i en matningsenhet som används för styrning av strömtillförseln till den flervarviga spolen i enlighet med en utföringsforrn av föreliggande uppfinning; är en representation av en typisk resonant spolbelastningsström av den serieresonanskrets som används i en anordning i enlighet med en föredragen utföringsform av föreliggande uppfinning; är en representation av en typisk spolbelastningsström under drifi av en anordning i enlighet med en föredragen utföringsfonn av föreliggande uppfinning då den arbetar i den särskilda rektangulära till-fi-ån- moduleringsmoden med snabb stigtid användande den särskilda släcktyristom; visar spolbelastningsströmmen under drifi av en anordning enligt föreliggande uppfinning då den arbetar i rektangulär pulsmoduleringsmod med två nivåer; är spolbelastningsströmmen under drift av en anordning enligt en föredragen utföringsfonn av föreliggande uppfinning då den arbetar i sinusmodulerings- mod; är spolbelastningsströmmen under drift av en anordning enligt en föredragen utföringsfonn av föreliggande uppfinning då den arbetar i triangelmodulerings- mod. . m. mi. .ii u mlnll a-a-m-um-I at.. .rm :hill i . l ii 512 692 BESKRIVNING AV FÖREDRAGNA UTFÖRINGSFORMER Anordningen för kontinuerlig gjutning av metall som visas i figur 1 innefattar en kokill 22 för kontinuerlig gjutning. En kokill för kontinuerlig gjutning är öppen i båda ändarna i gjutrikt- ningen och försedd med kylorgan, varvid kokillen företrädesvis innefattar ett system av inre hålrum eller kanaler i vilka ett kylrnedel strömmar under drift, samt organ för att säkerställa att det formade gjutämnet 20 kontinuerlig utträder ur kokillen. Till den kylda kokillen 22 tillförs kontinuerligt en primärsuöm av het smälta, den heta metallen 21 kyls och ett gjutämrie formas i kokillen 22. Kokillen 22 är vanligtvis en vattenkyld kopparform. Kokillen 22 och eventuella stödbalkar innefattar ej visade inre hålrum eller kanaler i vilka vatten strömmar under gjutning. Under gjutning tillförs en primärström av het smälta till kokillen 22. När metallen passerar genom kokillen 22 kyls den och stelnar, varvid ett gjutärrme 20 bildas. Då gjutämnet 20 lärnnar kokillen 22 innefattar den ett stelnat, sj älvbärande skal kring en kvar- varande residualsmälta 21. Allmänt kan sägas att ytförhållandena och naturligtvis också gjut- strukturen i hög grad är beroende av betingelsema för den initiala stelningen. Även metallens renhetsgrad är beroende av förhållandena vid den övre änden av kokillen, d.v.s. de platser vid vilka metallen börjar stehia samt förhållandena vid gränsytan kokill/sträng samt vid menisken.

För att styra värmeförhållandena vid kokillens 22 övre ände samt smörjningsförhållandena har en anordning för alstring av ett högfrekvent magnetfält, Lex. en induktiv spole 24, 25 anordnats vid denna övre ände i nivå med den övre ytan av smältan i kokillen, menisken 26.

Spolen 24 som visas i figur 1 är anordnad på utsidan av kokillen 22 och det högfrekventa alternerande magnetfältet som alstras av spolen 24 måste penetrera kokillen 22 och in i smältan. Den induktiva spolen 24 kan vara en enfas- eller flerfasspole. När det högfrekventa magnetfältet appliceras att verka på smältan 21 utvecklas värme i smältan så att temperaturen i smältan intill menisken 26 kan styras. Samtidigt utvecklas sarnrnanpressande krafter som verkar på smältan av det högfrekventa alternerande fältet. De sammanpressande krafterna minskar trycket mellan kokillen 22 och smältan 21 och förbättrar således förhållandena för Smörjning på ett betydande sätt. Förbättringar som erhålls vid gjutning enligt föreliggande uppfinning hänför sig till många olika kvalitets- och produktivitetsaspekter såsom; Värmeeffektivitet; Mer mekaniskt stabil kokill; Renhet; Ytkvalitet; Kontrollerad gjutstruktur; Minskade drifistopp; och Möjligheter att förbättra gjuthastighet och/eller minska oscillation. 512 692 I enlighet med en fördragen utföringsform av föreliggande uppfinning tillhandahålls en omvandlare med en seríeresonanskrets för alstring av en växelström som kan amplitud- eller pulsmoduleras på ett sätt sådant att stígtider till full amplitud i storleksordningen av 1/4 cykel av den naturliga resonansfrekvensen av serieresonanskretsen som används i anordningen enligt föreliggande uppfinning kan erhållas, och för att underlätta metoden enligt föreliggande uppfinning.

Med hänvisning till figur 2 presenteras ett schematiskt diagram av den specialkonñgurerade serieresonanta omvandlaren som används enligt föreliggande uppfinning. Med hänvisning till de element som visas i detta diagram kommer arbetsprincipema att beskrivas. Den elektriska effektkällan, vanligtvis en trefas växelspärming (AC-spänning) med lämplig rnärkeffekt an- sluts till lilcniktare 1. Likriktaren omvandlar AC till en proportionell likspänning (DC-spän- ning). DC-spänningen appliceras via en glätmingsreaktor på anoden av inverteringstyristorn 3. Även om en tyristor visas kan annan lämplig switch såsom en transistor, IGBT, IGCT etc användas. En diod 4 är antiparallellt kopplad till tyristom. En seriekopplad belastningsreso- nanskrets bestående av kodensator 5 och induktionsspole 6 är kopplad över inverteringsty- ristom 3. Ett särskilt särdrag hos inverteraren är släcktyristom 7 som är parallellkopplad med glättningsreaktorn 2.

Funktionen hos serieresonansomvandlaren kommer nu att beskrivas.

Vid applikation av nyttospänning på likriktarens 1 ingångar, genereras en proportionell lik- spänning på likriktarens utgångar. Den serieresonanta kondensatom 5 är initialt i urladdat tillstånd. En ström strömmar sedan genom glättningsrealaorn 2 följande en sinusformad kontur tills kondensatorn 5 är fulladdad. Den energi som finns lagrad i reaktorn 2 laddas ur in i kondensatom 5, i enlighet med sambandet 1/2*L*I2= 1/2*c*v2 Detta resulterar i en lagrad spänningsnivå över kondensatom 5 som är ungefär två gånger den nominella DC-spänningen vid likriktarens 1 utgångar. Denna spänning kommer att dras ned till den nominella DC-spänningsnivån på likriktaren genom dämpningsdiod 8 (eng. snubberdiode) och ledas in i resistor 18, vilkens värde bestämmer urladdningens tidskonstant.

I huvudsak tillhandahålls två arbetsmoder. I till-från-pulsmoduleringsmod används en pulsstyrsignalgenerator 10 med variabel drificykel. Utsignalen har oberoende varierbar cykeltid och repetitionstakt. Repetitionstakten kan också styras av extern triggeringång ll som är länkad till mekanismen för longitudinell oscillation av kokillen för kontinuerlig 512 692 10 gjutning. Denna länk medger önskad synkronisering av kokillens rörelse och moduleringen av utströmmen från omvandlaren, för processoptimenng enligt vad som tidigare beskrivits.

Utsignalen från modulationspulsgeneratom appliceras på en tändpulsgenerator 17, vilken alstrar lämpliga signaler enligt vad som erfordras för tillförlitlig tändning av inverterings- tyiistorn.

När tändpulsen appliceras över tyristoms styre börjar denna att leda och ström strömmar från likriktaren 1 genom reaktom 2 in i tyristom 3. Likströmmen ökar linjärt genom reaktorn 2 i en takt som styrs av dess induktans. Samtidigt laddar serieresonanskondensatorn 5 ur genom induktom 6 in i tyristom 3 vilket på resonant sätt producerar en resonant halvsinus- strömkontur genom tyristom. Strömmen ökar sinusformat till ett toppvärde som bestäms av induktionsspolens 6 impedans och den initiala pålagda spänningen över kondensatorn 5.

Strömmen ringer sedan på resonant sätt av mot noll. Kort efier att strömmen genom tyristorn 3 passerat genom noll kommunterar tyristorn till ett icke ledande tillstånd. Dock fortsätter strömmen att ringa ut i negativ riktning på ett resonant sätt genom ledning genom den antiparallella dioden 4. Under den tid som dioden 4 leder, fortsätter likströmmen genom reaktorn 2 att öka och subtraheras från strömmen genom dioden 4. Den resonanta strömmen genom dioden 4 ringer sedan resonant av mot nollgenomgången. Kort efter att den passerat noll växlar dioden 4 till från-tillstånd. Vid denna punkt laddas den energi som byggts upp i reaktom 2 ur till serieresonanskondensatom 5, och spänningen över denna börjar att öka.

Under denna process, då spänningen över reaktorn 2 stiger till en nivå som motsvarar spänningströskeldetektoms 9 inställda värde, levereras en tändpuls till släcktyristorn 7 som effektivt kortsluter reaktorns 2 anslutningar, och förhindrar spänningen över denna att stiga över den förinställda nivån. En altemativ mekanism för att trigga släcktyristom 7 är en variabel fördröjningsgenerator 19 som kan alstra en tändpuls via en tändpulsgenerator 16 vid en styrd tidsfördröjning från bakkanten av den till-från-modulerande pulsgeneratorn 10 med variabel drificykel. Endera kan fördröjningsorgan ll eller spänningsjärnföringsorgan 9, eller en kombination av båda, användas i syfie att på lämpligt sätt styra släcktyristoms 7 tändpunkt.

Släcktyristom 7 begränsar spänningen över serieresonanskondensatom 5 till en förbestärnd optimal nivå för att säkerställa att nästa ökande modulationsenveloppkant har den mest möj- liga kvadratiska modulationsenveloppen av aktuell vågforrn. Sarntidigt innestänger den energi som lagrats i reaktom, under en maximal tidsperiod motsvarande (L/R) tidskonstanten av släcktyristorn i kombination med reaktom 2. Denna tid kan vara upp till flera sekunder beroende på reaktoms 2 induktans. Innestängandet av energi i reaktorn 2 ger ytterligare en stabiliserande effekt på den frärnre kanten av den aktuella modulationsenveloppforrnen, och bidrar till åstadkommandet av ett nära nog perfekt rektanguläit modulationsenveloppmönster. 512 692 11 Vid slutet av varje modulationsenvelopp passerar likströmmen genom noll och återvinningen av energi från diodema i likriktaren 1 uppträder i form av en spänningstransient med hög energi som leds genom dioden 8 in i kondensatorn 12, varefier dess energi förloras i resistorn 18. Utan denna egenskap skulle potentiellt skadliga transienta spänningsnivåer läggas på över likriktaren då strömmen går genom noll.

Utan släcktyristororganet och tillhörande styrorgan som beskrivits ovan skulle den främre kanten av modulationsenveloppmönstret ha en dämpad sinusforrnad kontur överlagrad över den rektangulära modulationsenveloppen, vilket skulle kunna vara skadligt för den kontinuerligt gjutna slutproduktens ytegenskaper.

Den beskrivna oscillerande processen upprepas med den programmerade tändfrekvenstakten, vilken vanligtvis är en fast frekvens som ej är högre än 80 procent av den naturliga resonans- frekvensen hos den seriekopplade belastningslcretsen. Medeleffekten och -strömmen till belastningskretsen styrs genom variation av denna tändfrekvens över ett intervall av omkring 10 till 1 i förhållande till dess maxvärde medelst spänningen till frekvensomvandlaren 13 i kombination med en effektbörvärdespotentiometer 14 som tillhandahåller en varierbar styrspänning till styrsignalsingången till frekvensomvandlaren 13.

Som ett altemativ till till-från-modulationen med särskilt snabb stigtid och styrorgan för rektangulär envelopp såsom ovan beskrivits, kan modulering av omvandlarens utström i enlighet med annan periodisk eller godtycklig vågfonn åstadkommas med hjälp av applikation av en önskad styrsignal från utgången från signalgeneratom 15 för modulationsenvelopp till den styrbara likriktarens 1 styringång. Kontinuerligt variabel amplitudrnodulering enligt sinusforrnad, triangulär eller trapetsoidformad 2-nivåpuls, och godtyckliga mönster med för-inställd repetitionstakt eller en takt som bestäms av yttre triggerinput från mekanismen för längsgående oscillation av kokillen kan erhållas enligt önskemål för optimering av ytkvaliteten eller den metallografiska mikrostrukturen hos den kontinuerligt gjutna slutprodukten.

Typiska i drifi användbara vågformer associerade till spolens belastningsström under drift för den serieresonansomvandlare som används i olika utföringsfonner av anordningen för kontinuerlig gjutning enligt föreliggande uppfinning visas i figurerna 3 till och med 7.

Figur 3 visar en typisk spolbelastningsström under drifi i en utfözingsform som använder en serieresonansomvandlare såsom ovan beskriven.

Figur 4 visar en typisk spolbelastningsström under drift i en uttöringsforrn som använder en l llllllll 512 692 serieresonansomvandlare som kännetecknas av den särskilda snabba stigtiden, rektangulär till-från-moduleringsmod användande den särskilda släcktyristorn.

Figur 5 visar en typisk spobelastningsström i en alternativ utfóringsforrn användande en serieresonansomvandlare som kännetecknas av den rektangulära pulsmoduleringsmoden med två nivåer.

Figur 6 visar en typisk spolbelastningsström under driñ i en ytterligare utföringsfonn som använder en serieresonansomvandlare som kännetecknas av den sinusforrnade moduleringsmoden.

Figur 7 visar en typisk spolbelastningsström under drifi i ännu en utfóringsfonn användande en serieresonansomvandlare som kännetecknas av den triangulära moduleringsmoden.

Claims (22)

512 692 PATENTKRAV

1. l. Metod för kontinuerlig eller halvkontinuerlig gjutning av metall, vari - het smälta tillförs till en kyld kokill för kontinuerlig gjutning; - smältan kyls och formas till ett åtminstone delvis stelnat giutärnne då den passerar genom kokillen, och - ett högfrekvent magnetfält med en basfrekvens på från 50 Hz eller mer appliceras att verka på smältan vid den övre änden av kokillen användande en induktiv spole så att värme utveck- las i smältan och sarnrnanpressande krafter som verkar for att separera smältan från kokillväg- gen alstras, varvid en ström tillhandahålls från en matningsenhet till spolen for alstrande av det högfrekventa magnetfáltet, kännetecknad av att den tillforda strömmen styrs på ett pul- serat arnplitudrnodulerat sätt med en amplitudmodulerad moduleringsfrekvens på 10 Hz eller mindre, varvid i huvudsak maxamplitud av den arnplitudmodulerade strömmen uppnås inom en stigtid motsvarande 1 cykel av basfrekvensen eller mindre vid början av en puls.

2. Metod för kontinuerlig gjutning enligt krav 1, kännetecknad av att väsentligen maxampli- tud av den arnplitudmodulerade strömmen uppnås inom en stigtid motsvarande 1/4 (O,25) cykel av basfrekvensen eller mindre vid början av en puls.

3. Metod for kontinuerlig gjutning enligt krav I eller 2, kännetecknad av att strömmen pulseras med en moduleringsfrekvens av från 0,1 till 10 Hz.

4. Metod for kontinuerlig gjutning enligt något av kraven 1 till 3, kännetecknad av att den högfrekventa strömmens drificykel kan varieras från 0 till 100% av modulationsfrekvensens period.

5. Metod for kontinuerlig gjutning enligt något av föregående krav, kännetecknad av att den högfrekventa strömmen matas med en basfrekvens av från 50 till 1000 Hz.

6. Metod for kontinuerlig gjutning enligt krav 5, kännetecknar! av att den högfrekventa strömmen tillhandahålls med en basfrekvens av omkring 200 Hz.

7. Metod for kontinuerlig gjutning enligt något av föregående krav, kännetecknad av att den pulserade strömmen tillhandahålls på ett i huvudsak rektangulärt sätt där amplituden varieras mellan två strömnivåer. »till i i »mh-i . ...a-MM i Mimmi» 512 692 l4

8. Metod för kontinuerlig gjutning enligt lcrav 7, kännetecknad av att den pulserade ström- men tillhandahålls på ett i huvudsak rektangulärt från-till-sätt, vari utströmmen under från- perioderna i huvudsak är noll.

9. Metod för kontinuerlig gjutning enligt krav 7, kännetecknad av att den pulserade ström- men tillhandahålls på ett i huvudsak rektangulärt sätt, där amplituden varieras mellan två strömamplitudnivåer, vari utströmmen vid båda nivåerna är skild från noll.

10. Metod för kontinuerlig gjutning enligt krav 7, 8 eller 9, kännetecknad av att tidsperioden för strömamplitudens fall vid slutet av en puls är minimerad till en tid som motsvarar l cykel av den högfrekventa strömmens basfrekvens eller mindre.

11. Metod for kontinuerlig gjutning enligt krav 10, kännetecknad av att tidsperioden för strömamplitudens fall i slutet av en puls är minimerad till en tid som motsvarar l/4 (0,25) cykel av den högfrekventa strömmens basfrekvens eller mindre.

12. Metod for kontinuerlig gjutning enligt något av föregående krav, kännetecknad av att kokillen oscilleras och att den pulserade moduleringsfrekvensen av den amplitudrnodulerade strömmen är associerad med frekvensen av kokillens oscillation, så att variationer i de samrnanpressande kraftema koordineras med kokillens oscillation.

13. Metod för kontinuerlig gjutning enligt lcrav 12, kännetecknad av att strömmen pulseras med en moduleringsfrekvens som äri samma storleksordning som oscillationsfrekvensen.

14. Anordning for utförande av en metod för kontinuerlig eller halvkontinuerlig gjutning av metall enligt något av föregående krav, innefattande - en kyld kokill för kontinuerlig gjutning, - organ för att tillföra het smälta till kokillen, ~ organ for uttagning och/eller mottagning av ett gjutet ämne som formats i kokillen, från densamrna, - en induktiv spole anordnad vid den övre änden av kokillen for att då den matas med högfrekvent elektrisk växelström alstra ett högfrekvent magnetfält att verka på smältan i kokillen, varvid värme utvecklas i smältan och sammanpressande som krafter verkar for att separera smältan från kokillväggen alstras, och - en matningsenhet med strömstyrdon för matning av en högfrekvent elektrisk växelström med en basfrekvens av 50 Hz eller mer till den induktiva spolen, kännetecknad av att strömstyrdonet i enlighet med föreliggande uppfinning vidare innefattar moduleringsorgan for modulering och styrning av den tillforda strömmen på ett pulserat, amplitudmodulerat sätt 512 692 15 med en moduleringsfrekvens på 10 Hz eller mindre, varvid i maxamplitud av den amplitud- modulerade strömmen uppnås inom en stigtid vid början av en puls motsvarande l cykel av basfrekvensen eller mindre.

15. Anordning enligt krav 14, kännetecknad av att strömstyrdonet innefattar modulerings- organ avpassade för från-till-modulering av spolbelastningsströmmen som tillförs till spolen.

16. Anordning enligt krav 14, kännetecknad av att strömstyrdonet innefattar modulerings- organ avpassade för modulering mellan två strömnivåer av spobelastningsströmrnen som tillförs till spolen.

17. Anordning enligt krav 14, kännetecknad av att strömstyrdonet innefattar modulerings- organ avpassade för enveloppforrner av moduleringsvågforrnen med ett periodiskt vågforms- mönster såsom sinusfonnade, tniangulära eller trapetsoidfonnade modulationsenveloppen av spolbelastningsströmmen som tillförs till spolen.

18. Anordning enligt något av kraven 14 till 17, kännetecknad av att strömstyrdonet innefat- tar moduleringsorgan avpassade för en pro grammerbar godtycklig generering av ett modu- leringsvågforrnsmönster för spolbelastningsströmmen som tillförs till spolen.

19. Anordning enligt krav 18, kännetecknad av att strömstyrdonet innefattar en omvandlare med en serieresonanskrets med moduleringsorgan för tillhandahållande av en ström med ett amplitudmoduleringsmönster som uppvisar en i huvudsak rektangulär vågkonfiguration

20. Anordning enligt krav 19, kännetecknad av moduleringsorgan anordnade för tillhanda- hållande av en ström med ett amplitudmoduleringsmönster som i huvudsak uppvisar en rek- tangulär vågkonñguration med från-perioder som alternerar med till-perioder med en mat- ningsfrekvens, vari från- och till-perioderna innefattar ett flertal cykler av basfiekvensen av den amplitudmodulerade ström som matas till den induktiva spolen.

21. Anordning enligt krav 20, kännetecknad av att serieresonanskretsen innefattar en släck- tyristor parallellkopplad med en DC-glättningsreaktor, av att tyristom, i rektangulär från-till- moduleringsmod är anordnad att; - styra spänningen med vilken serieresonanskondensatom matas vid slutet av varje moduleringsperiod till en optimal nivå, och - stänga inne energin som är lagrad i glättningsreaktom under från-perioden inom varje modu- leringscykel, varvid energin släpps in i en inverteringskrets vid början av nästföljande till- moduleringsperiod. 512 692 16

22. Anordning enligt krav 18, kännetecknar! av moduleringsorgan anordnade för tillhanda- hållande av en ström med ett moduleringsmönster som uppvisar en i huvudsak rektangulär vågkonfigliration som varierar mellan två nivåer, av att strörnamplituden hålls i huvudsak konstant vid dessa två nivåer under tidsperioder som motsvarar ett flertal fullständiga cykler av basfiekvensen av den amplitudmodulerade ström som matas till den induktiva spolen.