SE515793C2 - Anordning för kontinuerlig gjutning av metall - Google Patents

Description

2 genom en kanal som styr smältan till kokillen. För gjutning av stål är de två först nämnda alternativen mest använda medan det tredje alternativet hu- vudsakligen används för att gjuta icke-järnhaltiga legeringar t.ex. koppar- och aluminiumbaserade legeringar. Allmänt gäller att ytegenskaperna och självklart också gjutstrukturen i hög grad är beroende av villkoren vid initial stelning. Men även metallrenhet kommer att bero på villkoren i den övre än- den av kokillen, dvs. på platser vid vilka metallen börjar stelna.

Villkoren för initial stelning är beroende av ett antal faktorer som påverkar varandra på ett komplext sätt, t.ex.; - metallflödet i den övre delen av kokillen; - smörjningen mellan kokillen och smältan/gjutsträngen; - värrneförluster och det totala värmetillståndet vid menisken; - värmetillståndet och värmeavledningen vid fronten av stelningen; - och vibrationer, om det finns några, i kokillen.

Metallflödet i de ej stelnade delarna av gjutsträngen kan delas upp i ett pri- märflöde i form av strålar med het smälta som kommer in i kokillen och ett sekundärt flödesmönster som framkallas i kokillen. När de primära strålarna kommer in i kokillen kommer de att samverka med smältan och den delvis stelnade strängen i kokillen och/ eller det magnetiska fält som läggs på för att bromsa och dela upp de primära strålarna och styra det sekundära flö- desmönstret eller det som läggs på för att röra smältan i kokillen. Det se- kundära flödet och i synnerhet mängden av flödet uppåt till menisken och hastigheten för detta flöde kommer att påverka värmetillstånden vid menis- ken, ytkvalitén, gjutstrukturen och också metallens renhet.

Ett Smörjmedel, t.ex. ett glas eller en glasforrnande komposition eller olja matas kontinuerligt till den övre ytan av smältan i kokillen. Smörjmedlet ut- nyttjas i många syften, bl.a. kommer det att förhindra att skinnet av gjut- strängen som först frarnkallas fastnar på kokillväggen. Normal vidhäftning mellan vibrationer visar så kallade vibrationsmärken. Skulle det stelnade skinnet fastna eller vidhäfta mera allvarligt på kokillen kommer detta att lfl n) gm ~4 \O (ut 3 framgå som allvarliga ytdefekter och i vissa fall som rispor i det först stelna- de skinnet. För gjutning av stålstrångar med stor dimension är smörjmedlet till övervägande del ett så kallat gjutpulver innefattande glasfrarnställande föreningar som kommer att smälta av värmen vid menisken. Gjutpulvret till- sätts ofta kontinuerligt vid den övre ytan av smältan i kokillen under ut- ning, som ett i huvudsak fast, fritt flytande partikelpulver. Sammansättning- en av ett gjutpulver är skräddarsytt. Därmed kommer pulvret att smälta vid en önskad takt och smöijning kommer att tillhandahållas vid den önskade takten för att säkerställa Smörjning. Ett för tjockt lager av Smörjmedel mel- lan kokillen och gjutsträngen kommer också att påverka stelningsvillkoren och ytkvalitén på ett oönskat sätt. Sålunda måste värmetillstånden vid me- nisken styras.

Värmeförluster och de totala värmetillstånden vid menisken kan påverkas genom värmeisolering som tillhandahålles av vissa gjutpulver. Emellertid styrs värmetillståndet vid menisken i huvudsak av det sekundära flödet i kokillen. Det är också känt att installera värmare, i synnerhet induktions- värmare, angränsande till menisken. Användningen av värmare kommer att beskrivas i större detalj nedan. Om höga Värmeförluster ej kompenseras ge- nom en tillförsel av värme kan den övre ytan börja stelna, vilket förorsakar allvarliga störningar i gjutprocessen och förstör kvalitén hos gjutprodukten ur de flesta aspekterna. På grund av detta är det sålunda också fördelaktigt med en noggrant styrd värmesituation vid menisken.

Värmevillkoren och värmeavledning vid fronten av stelningen styrs i huvud- sak av flödesmönstret i kokillen. Flödesmönstret kan påverkas genom has- tigheten hos smältan som kommer in i kokillen genom de primära strålarna, gjuthastigheten, överhettningen av den heta smältan som matas till kokillen, kokillegenskapema etc.. Eftersom tillständen vid stelningsfronten är beroen- de av värmetillstånden vid den övre änden av kokillen är det också ur denna synpunkt fördelaktigt med en noggrant styrd värmesituation vid menisken. m nå m -a ~o m 4 Vibrationer läggs primärt på för att säkerställa att gjutsträngen lämnar ko- killen. Mindre ytdefekter, så kallade vibrationsmärken formas emellertid normalt på gjutsträngen. Dessa vibrationsmärken påverkar också struktu- ren för gjutsträngen eftersom inneslutningar ofta är fångade vid dessa. Det är också känt att tryckkrafter som alstras genom ett högfrekvent elektro- magnetiskt fält kommer att verka för att separera smältan från kokillen.

Kontaken mellan smältan och kokillen under initial stelning av skinnet kommer sålunda att minimeras och matningen av Smörjmedel kommer att förbättras vilket vidare förbättrar ytkvalitén hos gjutsträngen. Genom ovan- stående är det tydligt att användning av en induktionsvärmare vid menisken ger fördelar eftersom den minskar kontakt mellan smältan och kokillen in- nan och vid initial stelning och förbättrar villkoren för en styrd matning av kokillsmörjmedel. Som en extra fördel ger användningen av en induktions- värmare vid den övre änden av kokillen möjligheter med vilka betydelsen av vibrationerna minskas.

Genom ovanstående är det tydligt att det är fördelaktigt att arrangera en in- duktionsvärmare vid den övre änden av en kontinuerlig kokill. Den kommer att tillhandahålla förbättrade villkor för att bibehålla och styra temperaturen för metallen vid den övre ytan av smältan, menisken, så att den är tillräckligt hög under gjutning samtidigt som den minskar risken för fastklibbning, minskar vibrationsmärken och tillhandahåller förbättrade villkor för kokill- smörjning. Det är känt att arrangera en sådan induktionsvärmare angrän- sande till menisken för att tillhandahålla den önskade styrningen av tempe- raturen av smältan och tillhandahålla de tryckkrafter som verkar för att se- parera smältan från kokillen. Induktionsvärmaren kan vara av enfas- eller flerfaskonstruktion. Företrädesvis läggs ett högfrekvent magnetiskt växelfält pä. Medelst tryckkrafterna som alstras av det högfrekventa magnetiska fältet minskar trycket mellan kokillväggen och smältan, varvid villkoren för smög'- ning förbättras avsevärt. Ytkvalitén för gíutsträngen kan därvidlag förbättras och gjuthastigheten kan ökas utan att riskera ytkvalitén samtidigt som be- tydelsen av vibrationer reduceras. Induktionsvärmaren kan om så önskas kombineras med andra elektromagnetiska anordningar som verkar på m .nl m -e ~o m 5 smältan i gjutsträngen eller på kokillen t.ex. en elektromagnetisk broms sä- som beskrivits ovan, men induktionsvärmaren kan också appliceras obero- ende. US-A-5 375 648 beskriver vidare hur en högfrekvent induktionsvärrna- re skall arrangeras vid den övre änden av kokillen. Denna värmare kan självklart användas självständigt eller i kombination med andra medel för att styra värmesituationen för kokillen. Det har föreslagits att arrangera induk- tionsvärmaren inom kokillen precis ovanför menisken, men en spole vid denna position utsätts för negativa tillstånd och skadas sålunda enkelt. Det är därför föredraget att arrangera induktionsvärmaren utanför kokillen vid den övre änden av kokillen. Eftersom kokillen på grund av flera anledningar företrädesvis är tillverkad av koppar, som har en hög ledningsförmäga, måste emellertid åtgärder vidtas för att minska virvelströmsförluster i kokil- len och därmed säkerställa att det elektromagnetiska fältet penetrerar ko- killen och effektivt värmer upp metallen i kokillen. Det är också känt att en minskning av frekvensen hos det magnetiska fältet eller en minskning av tjockleken hos kokillskivorna kommer att öka penetrationen, men ingen av dessa metoder är attraktiv. En minskad frekvens kommer att inducera rörel- ser eller oönskade flöden i metallen, vilka rörelser kommer att störa den fö- redragna stabila flödessituationen i smältan vid menisken. En minskad väggtjocklek kommer att försämra de mekaniska egenskaperna hos kokillen med risk att kokillen skadas, vilket slutligen kan förorsaka metallpenetrering in till de interna kanalerna eller håligheterna i kokillskivorna där kylmedlet, t.ex. vatten, flödar. En sådan kontakt mellan kylmedel och het smälta är sannolikt skadlig och gjutningen mäste avbrytas för reparation. Det har vi- dare föreslagits att byta ut kopparkokillen med en kokill tillverkad av ett material som uppvisar en lägre elektriskt ledningsförmäga, t.ex. en Ni-Cr-Fe eller en Ni-Cr-Co legering.

Det mest accepterade sättet att öka penetreringen av ett högfrekvent magne- tiskt fält genom en kokill och in i smältan är att använda en kokill som är slittad i utningsriktningen vid den övre änden av kokillen, dvs. i nivå med den högfrekventa induktionsvärmaren. En sådan kokillkonfiguration är känd som en slittad kokill degel. Den slittade kokillen kommer att minska 6 virvelströmsförlusterna och ökad värmeeffektiviteten eftersom strömbanorna för de elektriska strömmarna som induceras i kokillen av de pålagda mag- netiska fältet skärs. För att åstadkomma den önskade ökningen i vârmeef- fektivitet krävs ett stort antal slittar. Sålunda görs ofta en kompromiss där antalet slittar hålls vid en rimlig nivå och kompenseras med en ökning i storleken och mårkeffekten hos värmaren. En ökningen i märkeffekten hos värmaren uppträder typiskt som en ökning i antalet lindningar av värmar- spolen. Däividlag säkerställs att en tillräcklig mängd värme matas till smäl- tan, emellertid på bekostnad av låg värmeeffektivitet.

UPPFINNINGENS SYFTE Ett syfte enligt uppfinningen är att tillhandahålla en anordning för kontinu- erlig gjutning av metall, innefattade en kontinuerlig kokill och en högfre- kvent induktionsvärmare vid den övre änden av kokillen, vilken ges förbätt- rade villkor för den initiala stelningen av gjutmetallen i kokillen. Företrädes- vis uppvisar anordningen en ökad värmeeffektivitet, så att när metall gjuts bibehålls temperaturen för metallen vid den övre ytan av smältan, menisken, tillräckligt hög utan risk att skada stödorganen och andra kokílldelar som kan ta skada av överhettning och som innefattas i anordningen. Anordning- en skall vidare alstra tryckkrafter som verkar för att separera smältan från kokillen, varvid vibrationsmärken i huvudsak elimineras eller minskar på- tagligt och de totala förutsättningarna för en god och jämn matning av kokillsmörjning förbättras. Elimineringen av eller den påtagliga minskningen av vibrationsmärken förbättrar vidare gjutstrukturen och avlägsnandet av inneslutningar, eftersom inneslutningar och/ eller defekter är inneslutna vid vibrationsmärkena.

Ett annat syfte är att tillhandahålla en anordning med minskade virvel- strömsförluster i kokillskivorna så att värmeeffektiviteten ökar. Därvidlag tillhandahålles en anordning innefattande en induktionsvårrnare med mins- kad storlek och effekt så att kokillskivorna och alla stödramar och kokillde- (TI -ul (ft w m' (N 7 lar som innefattas in den kontinuerliga gjutanordningen ej skadas genom överhettning.

Ett ytterligare syfte med den föreliggande uppñnningen är att tillhandahålla en kontinuerlig gjutanordning med en högfrekvent induktionsvärmare som drivs vid en tillräckligt hög frekvens. Med en tillräckligt hög frekvens undviks rörelser t.ex. turbulens och andra oönskades flödesfenomen vid menisken och de önskvärda tryckkrafterna som verkar för att separera smältan från kokillen alstras. Därvidlag tillhandahälles goda värme-, flödes-, smörjnings- och övergripande villkor vid den övre änden av kokillen.

Ett ytterligare syfte är att tillhandahålla en kontinuerlig gjutanordning som säkerställer; goda smörjningsvillkor, som kännetecknas av ett stabilt och jämnt matat smörjningsmedel, mellan smältan/kokillen respektive gjutsträngen/kokillen; bra styrning av värmetillständen vid menisken och under initial stelning, varvid frysning av menisken eller framkallning av en s.k. däckel, dvs. att metallen vid menisken börjar stelna undviks; bra villkor för en ren metall, dvs. ett flöde vid menisken som i huvudsak är fritt från störningar så att inget kokillpulver eller liknande dras ner i metal- len och fastnar i gjutprodukten utan att gas, oxid eller andra partikeloren- heter i metaller tillåts flyta till ytan där de tas omhand av kokillpulvret; och sålunda uppnår avsevärda förbättringar med avseende på kvalitén och pro- duktiviteten.

SAMMANFATTNING AV UPPFINNINGEN För att uppnå detta föreslår den föreliggande uppfinningen en anordning för kontinuerlig eller delvis kontinuerlig gjutning av metall enligt ingressen av patentkrav 1, vilken kännetecknas av särdragen i den kännetecknande delen av patentkrav 1. Anordningen innefattar en kyld kokill och en flervarvslindad spole som induktionsvärmare arrangerad vid den övre änden av kokillen. In- duktionsvärmarspolen är enligt den föreliggande uppfinningen arrangerad 8 som en integrerad del av kokillen. Företrädesvis omges och stöds kokillen av en struktur med stödbalkar. Dessa balkar innefattar ett system med inre håligheter och/ eller kanaler som matar kokillen med ett kylmedel, t.ex. vat- ten. Kanalerna i stödbalkarna är anslutna till kanalerna i kokillen, genom vilka kylmedlet flödar under gjutning.

Enligt en utföringsform som företrädesvis används för gjutning av strängar med större storlek, t.ex. slabs eller blooms, innefattar kokillen kokillskivor, företrädesvis fyra kokillskivor. Kokillskivorna är arrangerade för att forma en i huvudsak rektangulär kokill och enligt denna utföringsform av den förelig- gande uppfinningen är induktionsvärmarspolen, eller en del av induktions- vârmarspolen arrangerad som en integrerad del av en kokillskiva. I denna integrerat arrangerade värmarspole elimineras, i motsats till en värmarspole som är arrangerad utanför kokillen, i huvudsak virvelströmsförlusterna. De minskar åtminstone påtagligt men några förluster kan fortfarande inträffa som ett resultat av virvelströmmar inducerade i de mest angränsande kokill- delarna, dvs. delar av kokillen i mekanisk kontakt med spolen. För att mins- ka dessa minimala förluster kan ett fåtal slittar skäras i dessa delar av ko- killen, varvid sådana slittar skall oríenteras i gjutningsriktningen. Eftersom förlusterna minskar påtagligt och värmeeffektiviteten ökar påtagligt kan storleken och märkeffekten för värmaren minskas. Detta kommer ofta visa sig som en minskning i antal varv hos den integrerade värmarspolen enligt den föreliggande uppfinningen i jämförelse med en värmarspole enligt känd teknik för samma storlek på kokill. Eftersom märkeffekten minskas minskar även risken påtagligt att skada kokillen och varje stödbalk genom överhett- ning. Kokillen kommer också att vara mer mekaniskt stabil eftersom i hu- vudsak alla slittar elimineras. Även behovet att överväga den elektriska led- ningsförmågan hos kokillskivorna elimineras och kokillskivorna kan väljas primärt baserat på mekaniska och värmeegenskaper. Eftersom förlusterna minskar kan elektromagnetiska fält med högre frekvens användas varigenom värmeeffektiviteten kan förbättras ytterligare. (11 .ß <7! wa '~O w Induktionsvärmaren som flervarvsspole innefattar företrädesvis en lednings- lindning där lindningen, åtminstone till del, är täckt med en elektrisk isole- ring. Den elektriska isoleringen behövs för att separera och elektriskt isolera varje varv i spolen från varje annat varv och också för att separera och elekt- riskt isolera spolledaren från andra angränsande kokilldelar och från den metalliska smältan i kokillen och därmed påtagligt minska eller i huvudsak eliminera kortslutningar eller läckströmmar mellan varven. Sålunda är enligt en utföringsforrn den elektriska isoleringen arrangerad mellan varje varv och utanpå de två yttersta varven av spolen. En elektrisk isolering är företrädes- vis också arrangerad mellan induktíonsvärmarspolen och smältan som finns i kokillen. Under vissa omständigheter räcker det med endast smörjmedlet för att säkerställa elektrisk isolering mellan spolen och smältan, under för- utsättning att det glaslíknande smörjmedlet är elektriskt isolerande och att det är närvarnade över hela kontaktytan mellan smälta och spole. Den elekt- riska isoleringen skall vara kapabel att arbeta vid de höga temperaturer som råder vid den övre änden av kokillen. Den innefattar därför företrädesvis oorganiska isoleringsmaterial valda ur följande grupp av material, en oxid, en silikat t.ex. ett glas eller ett naturligt eller tillverkat flingmaterial, en nitrid eller en kombination av dessa. Den elektriska isoleringen skall företrädesvis också vara kapabel att motstå kemiska attacker från samverkan med den metalliska smältan eller smörjjmedlet. En elektrisk isolering innefattande glimmer har visat sig vara lämplig och så har också en beläggning som läggs på ledare genom flamsprutning och innefattanden oxid, en silikat eller glas- formande material, en nitrid, eller en blandning av något eller några av des- sa material. En isolering innefattande glimmer är kommersiellt tillgänglig i många former, t.ex. band, ark, garn etc. som kan lindas eller formas på andra sätt runt ledaren eller införas mellan lindningama. Enligt en utfö- ringsform är värmarspolen separerad från smältan i kokillen genom en tunn avdelning t.ex. en beläggning, en folie eller liknande som läggs på insidan av kokillen i nivå med den isolerade induktiva flervarvsvärmarspolen för att minska värme- och de kemiska kraven på den elektriska isoleringen som väljs så att de elektriska egenskaperna kan ges en mer betydelsefull roll vid fastställandet av en lämplig isolering eller isoleringsbeläggning. En sådan CPI I. 01 M1 w-D (nl 10 separation läggs på insidan av kokillen i nivå med isoleringen av den induk- tiva flervanrsvärmarspolen. En beläggning som läggs på den isolerade in- duktionsvärmarspolen läggs lämpligtvis på genom flamsprutning. lnduktionsvärmarspolen innefattar företrädesvis en rörledare med en ihålig inre hålighet arrangerad som en flödeskanal för ett kylmedel. Självklart är den föreliggande uppfinningen också applicerbar för anordningar där induk- tionsvärmaren kyls indirekt genom kokillkylmedel.

För att säkerställa ett stabilt flödesmönster i de icke-stelnade delarna av gjutsträngen och i synnerhet vid menisken kombineras den högfrekventa in- duktionsvärmaren med en ytterligare anordning som alstrar ett elektromag- netiskt fält, t.ex. en omrörare eller en elektromagnetisk broms. Det högfre- kventa elektromagnetiska fältet som läggs på av värmaren framkallar värme och tryckkrafter som verkar på smältan vid menisken, men för att säker- ställa de goda effekterna av detta är det oftast fördelaktigt att kombinera värmaren med andra elektromagnetiska anordningar som säkerställer ett stabilt och styrt flöde i de icke-stelnade delarna av gjutsträngen. Appliceran- det av en eller flera elektromagnetiska bromsar som lägger på ett eller flera statiska eller periodiska lågfrekventa magnetiska fält kommer att säkerställa att ett inkommande primärt flöde av het smälta bromsas och delas upp och kommer också att verka för att stabilisera flödet vid ytan av smältan. De magnetiska bromsarna kan arrangeras för att lägga på magnetiska fält vid en eller flera nivåer arrangerade en efter en i gjutriktningen, och med varie- rande konfiguration för de magnetiska fälten över gjutsträngens bredd. En kombination av en sådan magnetisk broms med åtminstone ett högfrekvent magnetiskt uppvärmningsfält som framkallar tryckkrafter som verkar på den stabila yta och/ eller värme i dessa delar av smältan tillhandahåller avsevär- da förbättringar vad anbelangar kvalitén och produktionsdriften i förhållan- det till känd kontinuerlig eller delvis kontinuerlig gjutning. Också kombina- tionen med en induktionsvärmare enligt den föreliggande uppfinningen och en magnetisk omrörare som lägger på ett altemerande magnetiskt rörelsefält som inducerar en stabil flödescirkulation i kokillen är fördelaktig.

UI u) (h -1 sO th! ll En mera styrd temperaturfördelning i de icke-stelnade delarna av gjut- strängen och i synnerhet vid menisken erhålles med en kontinuerlig gjutan- ordning enligt den föreliggande uppfinningen. På detta sätt förbättras både kvalitén, uttryckt t.ex. som gjutningsstruktur och / eller antalet inneslut- ningar och produktiviteten, uttryckt som tillgänglighet, utbyte och /eller gjutningshastighet eftersom en säker och pålitlig gjutprocess kan vidmakt- hållas.

När det inkommandet flödet med het smälta matas till kokillen framkallas ett sekundärt flöde i de icke-stelnade delarna av strängen. Oberoende av el- ler hur detta sekundära flöde styrs säkerställer användningen av en anord- ning enligt den föreliggande uppfinningen en stabil och styrd värmesituation vid menisken varvid en frusen menisk undviks. Samtidigt verkar tryckkrafter på smältan för att separera den från kokillen, varvid kontakten smäl- ta/ kokillen i området av initial stelning minskar och villkoren för en stabil och tillräcklig matning av varje kokillsmörjrnedel förbättras. Temperatur- styrningen som tillhandahålles genom den föreliggande uppfinningen skyd- dar mot en frusen menisk eller en däckel. En fullständig eller delvis stelning av menisken medför ett allvarligt produktionsdriftsproblem som ofta resulte- rar i ett produktionsstopp. En delvis frysning återspeglas även om den är ringa i kvalitén hos gjutsträngen i form av ytdefekter. Ytkvalitén påverkas i negativ riktning också genom en minskad temperatur vid menisken eftersom detta leder till lägre takt av smältning av gjutpulver som matas till den övre ytan av smältan och därför ger dåligt skydd mot smältan/gjutsträngen, un- der dess passage genom kokillen, och vidhäftning till de inre väggarna av kokillen. Vidhäftning till kokillen resulterar i ytdefekter och i värsta fall till att det stelnade självbärande skalet rivs sönder. Ett sönderrivet skal kan i värsta fall leda till ett genombrott genom skalet sä att smälta rinner ut över gjutsträngen, nedåt i kokillen, varvid giutprocessen måste avbrytas och ett tidskrävande arbete initieras för att rengöra gjutmaskinen från metall som flyter ut innan den kan startas om. Tryckkrafterna som alstras av den hög- m må en -.: \o (N .. m: 12 frekventa värmaren för att verka på smältan och separera den från kokillen tillhandahåller en påtaglig förbättring i ytkvalitén eftersom den; minskar kontakten smälta/ kokill vid platsen för den initiala forrnningen av det stelnande skalet och därmed reducerar storleken på och antalet vibra- tionsmärken; förbättrar matningen av kokillsmörj medel som ger en övergripande förbätt- ring av ytkvalitén.

KORT BESKRIVNING AV RITNINGARNA Uppfinningen kommer att beskrivas i detalj nedan och exempliñeras medelst en föredragen utföringsform med hänvisning till de bifogade ritningarna; Fig. 1 visar ett snitt längs gjutningsriktningen genom den övre änden av en anordning för kontinuerlig gjutning enligt känd teknik med en induktions- värmare anordnad vid den övre änden av kokillen; Fig. lb visar ett tvärsnitt tvärt mot gjutningsriktningen för samma kokill; Fig. 2 visar ett tvärsnitt längs gjutningsriktningen genom den övre änden av en anordning för kontinuerlig gjutning enligt en utföringsform av den förelig- gande uppfinningen med en induktionsvärmare arrangerad som en integre- rad del av kokillen i den övre änden av kokillen; och Fig. 3 visar ett tvärsnitt längs gjutningsriktningen för en anordning enligt ytterligare en utföringsform av den föreliggande uppfinningen där induk- tionsvärmaren har kompletterats med en elektromagnetisk broms.

BESKRIVNING AV FÖREDRAGNA UTFÖRINGSFORMER Anordningarna för kontinuerlig gjutning av metall som visas i Fig. la, lb, 2 och 2 innefattar alla en kontinuerlig kokill 12. En kontinuerlig kokill är öp- pen i båda ändarna i gjutningsriktningen och arrangerad med kylorgan, fö- reträdesvis innefattar kokillen ett system av inre håligheter eller kanaler i vilka ett kylmedel flödar under drift och organ för att säkerställa att- den formade gjutsträngen kontinuerligt lämnar kokillen. Den kylda kokillen ma- tas kontinuerligt med ett primärt flöde av het smälta, varvid den heta smäl- (H -Û (V1 ~.:| \D (hl 13 tan kyls och en gjutsträng 11 formas i kokillen 12. Kokillen 12 är vanligtvis en vattenkyld kopparkokill. Kokillen omges och stöds företrädesvis av en struktur med stödbalkar 30 såsom visas i Fig. 3. Kokillen och alla stödbal- kar 30 innefattar inre håligheter eller kanaler, ej visade, i vilka vatten, flödar under gjutning. Under gjutning matas ett primärt flöde av het smälta till ko- killen 12. Smältan matas till kokillen 12 antingen medelst en fri utstråle, ett gjutrör som öppnar sig under den övre ytan 16 av smältan som finns i ko- killen, ett nedsänkt inloppsmunstycke 31 såsom visas i Fig. 3 eller genom en kanal eller ett system av matningskanaler eller rännor som styr smältan till kokillen 12. Vid gjutning av stål är de två förstnämnda alternativen domine- rande medan det tredje alternativet i huvudsak används för att gjuta icke- järnhaltiga legeringar t.ex. koppar och aluminiumbaserade legeringar t.ex. i form av extruderade billets. När metallen passerar genom kokillen 12 kyls den och stelnar varvid en gjutsträng 10 formas. När gjutsträngen 10 lämnar kokillen innefattar den ett stelnat, självbärande ytskal kring en kvarvarande restsmälta. Allmänt gäller att yttillstånden och självklart också gjutstruktu- ren i hög grad är beroende av villkoren vid den initiala stelningen. Men också metallrenheten kommer att bero på tillstånden i den övre änden av kokillen, dvs. de platser vid vilken metallen börjar stelna. Styrningen av värmesitua- tionen vid den övre änden av kokillen 12 är i alla ñgurer en högfrekvent in- duktionsvärmare 14, 15 arrangerad vid den övre änden, vid en nivå med den övre ytan av smältan i kokillen, menisken 16.

Värmaren 14 enligt känd teknik, såsom visas i Fig. la och lb är arrangerad utanför kokillen 12 och det högfrekventa magnetiska fältet som alstras av värmaren 14 mäste penetrera kokillen 14 och in i smältan. För att minska virvelströmsförlustema i kokillen 12 och förbättra vårmeeffektiviteten hos kokillen 12 är den slittad i gjutningsriktningen i nivå med värmaren 14.

Slittarna a, b, c, d, e, f, g, h, i, j, k, 1, m, n, o, p visas bäst i Fig. lb. I motsats till detta är värmaren 14 enligt den föreliggande uppfinningen inkluderad som en integrerad del i kokillen såsom visas i Fig. 2 och 3. Härgenom elimi- neras i huvudsak virvelströmsförlustema eller reduceras åtminstone påtag- ligt eftersom vissa förluster fortfarande kan inträffa som ett resultat av 14 strömvirvlar inducerade i de mest angränsande delarna, dvs. de delar av ko- killen i mekaniskt kontakt med spolen. För att minska dessa minimala för- luster är ett fåtal slittar skurna i dessa delar av kokillen, varvid sådana slit- tar skall vara orienterade i gjutningsriktningen. Eftersom förlusterna är på- tagligt reducerade och värmeeffektiviteten är påtagligt förbättrad kan storle- ken och märkeffekten för värmaren 15 minskas. Detta kommer oftast visa sig som en minskning av lindningsvarven av värmarspolen 15. Eftersom märkeffekten minskar är risken för att skada kokillen 12 och stödbalkarna 30 genom överhettning påtagligt reducerad. Kokillen 12 kommer också att vara mekaniskt mer stabil eftersom i huvudsak alla slittar har eliminerats eller som i utföringsformen där åtgärder har vidtagits för att ytterligare redu- cera virvelströmsförlusterna i kokillen är antalet slittar påtagligt reducerade.

Också behovet av att ta hänsyn till den elektriska ledningsförmågan hos ko- killen 12 elimineras och kokillen 12 kan väljas baserat primärt på mekanis- ka och värmeegenskaper. Eftersom förlusterna är reducerade kan elektro- magnetiska fält med en högre frekvens användas, varvid värmeeffektiviteten förbättras ytterligare. Induktionsvärmaren 15 kan vara en enfas eller flerfas- värmare. När det högfrekventa alternerande magnetiska fältet läggs på för att verka på smältan framkallas värme i smältan så att temperaturen för smältan angränsande till menisken 16 kan styras. Samtidigt framkallas tryckkrafter som verkar på smältan genom det högfrekventa altemerande fältet. Tryckkrafterna reducerar trycket mellan kokillen 12 och smältan och förbättrar sålunda villkoren för Smörjning påtagligt. Förbättringar i förhål- lande till anordningar enligt känd teknik för kontinuerlig eller delvis konti- nuerlig gjutning, vilka innefattar externa och separat arrangerade induk- tionsvärmare, erhålles när utföringsforrnen som visas i Fig. 2 används och avser många kvalité- och produktivitetsaspekter t.ex.; - värmeeffektivitet; - en mekaniskt mer stabil kokill; - renhet; - ytkvalité; - styrd giutstuktur; - minskad stilleståndstid; och (fl så (71 u: \O (N 15 - åtgärder för att öka gjuthastigheten och / eller minska vibration.

För att ytterligare förbättra kvalitén hos gjutprodukten och / eller produktivi- teten är anordningen enligt några av utföringsformerna i den föreliggande uppfinningen kompletterad med andra elektromagnetiska anordningar t.ex. en elektromagnetisk kokillomrörare eller en elektromagnetisk broms. En så- dan utföringsforrn är inkluderad som ett exempel och visas i Fig. 3. Själv- klart kan föreliggande uppfinningen användas med eller utan en sådan yt- terligare elektromagnetisk anordning och i alla kombinationer med en eller flera anordningar av denna typ eller andra anordningar eller åtgärder som anpassats för att öka styrningen av flödet och/ eller värmesituationen i gjut- strängen 10 under stelning och i synnerhet under den initiala stelningen vid den övre änden av kokillen. En elektromagnetisk broms är arrangerad för att lägga på statiska eller periodiska lågfrekventa magnetiska fält för att verka på de icke stelnade delarna av gjutsträngen 10 och bromsar och delar följ- aktligen upp smältan som flödar in i kokillen 12 och förhindrar det primära flödet för den heta smältan, som vanligtvis innehåller icke-metalliska par- tiklar, från att penetrera djupt ned i gjutsträngen 10 och styra flödet i de icke stelnande delarna av strängen 10. Bromsen innefattar magnetiska poler som kan vara permanentmagneter eller, såsom visas i Fig. 3, induktions- spolar. De magnetiska fälten enligt den utföringsform som visas i Fig. 3 läggs på vid en nivå nedströms i förhållande till munstyckesöppningarna. Den fö- religgande uppfinningen är självklart applicerbar även på elektromagnetiska anordningar anordnade på andra sätt, inkluderande anordningar som inne- fattar elektromagnetiska bromsar som läggs på för att verka i två eller flera nivåer, varvid nivåerna är arrangerade en efter en i gjutningsriktningen.

Spolarna matas med likström eller en periodisk lågfrekvent växelström. Varje pol innefattar en kärna 24 som hör till en lindning 25. Företrädesvis är varje lindning 24 arrangerad runt en käma 24. En magnetisk återkopplingsbana 26 är arrangerad för att forma en eller flera slutna magnetiska kretsar. Varje sluten magnetisk krets innefattar åtminstone en eller flera kärnor 24, en el- ler flera återkopplingsbanor 26 och det magnetiska fältet läggs på över ko- killen 12. Ett första statiskt eller periodiskt lågfrekvent magnetiskt fält läggs 16 på i nivå med eller nedströms i förhållande till munstyckesöppningen genom vilken det primära flödet av het smälta matas för att bromsa och dela upp det inkommande primära flödet av het smälta, varvid risken för att slagg dras in i smältan reduceras samtidigt som bra villkor skapas för separation av icke-metalliska partiklar. Som en konsekvens därav framkallas ett se- kundärt flöde som visar en mer eller mindre styrd cirkulation eller flödes- mönster i de icke stelnande delarna av gjutsträngen 10. Ett andra statiskt eller periodiskt lågfrekvent magnetiskt fält läggs på uppströms i förhållande till det första fältet vid en nivå mellan munstyckesöppningarna och menis- ken för att styra och stabilisera det andra flödet och för att bland annat sä- kerställa en tillräcklig värmematning till menisken 16. För att förhindra att menisken 16 stelnar krävs det att en tillräcklig mängd med het smälta flödar uppåt till och längs menisken 16. Detta flöde mäste emellertid begränsas så att det inte blir så starkt att gjutningspulver och andra icke-metalliska par- tiklar löper risken att dras ned in i och fångas i smältan. För att säkerställa att en tillräcklig mängd med värme matas till smältan angränsande till me- nisken 16 utan den oönskade risken att icke-metalliska partiklar dras ned in i smältan kompletteras enligt den föreliggande uppfinningen de statiska magnetiska fälten med en induktionsvärmare 15 arrangerad som en integre- rad del av den över änden av kokillen 12 i nivå med menisken 16. Induk- tionsvärmaren 15 kan vara en enfas- eller flerfasvärmare. När det högfre- kventa altemerade magnetiska fältet läggs på för att verka på smältan fram- kallas värme i smältan så att temperaturen för smältan angränsande till menisken 16 kan styras. Samtidigt framkallas tryckkrafter som verkar på smältan. Tryckkrafterna reducerar trycket mellan väggen av kokillen 12 och smältan och förbättrar sålunda villkoren för Smörjning påtagligt. Kombina- tionen av den elektromagnetiska bromsen 20 och induktionsvärrnaren 15 som är integrerat arrangerad med kokillen säkerställer de fördelaktiga re- sultaten för värmaren 15 eftersom den kommer att verka på en smälta som uppvisar ett stabilt och styrt flödesmönster i de icke stelnande delarna av gjutsträngen och i synnerhet vid menisken 16. Kombinationen av bromsen 20 och värmaren 15 som enligt den föreliggande uppfinningen är arrangerad som en integrerad del av den övre änden av kokillen 12 tillhandahåller en lfl IIIIÛ (Ü wa *Û (14 , , , , , . . . n 17 bättre ytkvalité hos gjutstrângen 10 och en förbättrad styrning av den initi- ala stelningen och gjutstrukturen och en möjlighet att öka gjutningshastig- heten utan att äventyra kvalitén hos gjutprodukten.

Claims (14)

PATENTKRAV

1. En anordning för kontinuerlig eller delvis kontinuerlig gjutning av metall innefattande en kyld kokill (12) och en induktiv flervarvsvärmarspole arrangerad vid den övre änden av kokillen, varvid induktionsvärmarspolen (15) är arrangerad som en integrerad del av kokillen, kännetecknar! av att induktionsvärmarspolen (15) är elektriskt isolerad från smältan som kokillen innehåller.

2. En kontinuerlig gjutanordning enligt patentkrav 1, kännetecknad av att kokillen innefattar kokillskivor arrangerade för att forma en i huvudsak rektangulär kokill och att induktionsvärmarspolen (15) eller en del av in- duktionsvärmarspolen är arrangerad som en integrerade del av en kokillski- Va.

3. En kontinuerlig gjutanordning enligt patentkrav 1 eller 2, känne- tecknad av att den induktiva flervarvsvärmarspolen (15) innefattar en lindad ledare som åtminstone till del är täckt med en elektrisk isolering.

4. En kontinuerlig gjutanordning enligt patentkrav 3, kännetecknar! av att den elektriskt isoleringen är arrangerad mellan varje varv för att separera och elektriskt isolera dessa från varandra och utanpå de två yttersta varven av spolen för att separera och elektriskt isolera spolen från angränsande kokilldelar.

5. En kontinuerlig gjutanordning enligt något av patentkraven 3-4, kännetecknad av att den elektriska isoleringen är kapabel att arbeta vid höga temperaturer och innefattar material valda ur följande grupp av mate- rial, en oxid, en silikat t.ex. ett glas eller ett naturligt eller tillverkat flingma- terial, en nitrid eller en kombination av dessa. 19

6. En kontinuerlig gjutanordning enligt patentkrav 5, kännetecknad av att den elektriska isoleringen innefattar ett naturlig silikatmaterial, t.ex. glimmer.

7. En kontinuerlig gjutanordning enligt patentkrav 5, kännetecknad av att den elektriska isoleringen innefattar en beläggning som lagts på ledaren genom flamsprutning.

8. En kontinuerlig gjutanordning enligt något av föregående patentkrav, kännetecknad av att induktionsvärmarspolen (15) innefattar en rörledare med en ihålig inre hålighet arrangerad som en flödeskanal för ett kylmedel.

9. En kontinuerlig gjutanordning enligt något av föregående patentkrav, kännetecknad av att värmarspolen (15) är separerad från smältan i kokillen genom en tunn avdelning t.ex. en beläggning, en folie eller liknande som är pålagd på insidan av kokillen i nivå med den isolerade induktiva fler- varvsvärmarspolen.

10. En kontinuerlig gjutanordning enligt patentkrav 9, kännetecknad av att en beläggning är pålagd genom flamsprutning på insidan av kokillen i nivå med den isolerade induktiva flervarvsvärmarspolen.

11. ll. En kontinuerlig gjutanordning enligt något av föregående patentkrav, kännetecknad av att en ytterligare elektromagnetisk anordning är arrange- rad för att lägga på åtminstone ett elektromagnetiskt fält för att styra flö- desmönstret i de icke stelnade delama av strängen.

12. En kontinuerlig gjutanordning enligt patentkrav 11, kännetecknad av att en elektromagnetisk broms är arrangerad för att lägga på åtminstone ett statiskt eller ett periodiskt lågfrekvent elektromagnetiskt fält för att verka i vägen för ett inkommande primärt flöde av het smälta som matas till kokil- len så att det primära flödet bromsas och delas upp och för att styra det se- 20 kundära flödesmönstret som framkallas i de icke stelnade delarna av sträng- en.

13. En kontinuerlig gjutanordning enligt patentkrav 11 eller 12, känne- tecknad av att två eller flera elektromagnetiska bromsar är arrangerade för att lägga på statiska eller periodiska lågfrekventa elektromagnetiska fält för att verka på en eller flera nivåer arrangerade efter varandra i gjutningsrikt- ningen.

14. En kontinuerlig gjutanordning enligt patentkrav 11, 12 eller 13 kän- netecknad av att en elektromagnetisk omrörare är arrangerad för att lägga på åtminstone ett alternerande elektromagnetiskt rörelsefält för att verka på smältan i kokillen och inducera ett cirkulerande flödesmönster i de icke stelnande delarna av gjutstrången.