SE516635C2 - Anordning för stränggjutning av metallmaterial - Google Patents

Description

25 30 35 516 635 det känt att använda ett arrangemang som benämns elektromag- netisk gjutning (EMC). Elektromagnetisk gjutning innebär att man påför ett varierande magnetfält till smältan i gjutfor- men. Genom förekomsten av det varierande magnetfältet i smältan utsätts smältan för en kraftverkan soul är riktad inåt gjutformen. Kontakttrycket mellan smältan och gjutfor- mens väggyta minskar och en förbättrad ytfinheten hos det färdiggjutna metallmaterialet kan därmed erhållas. I samband med en kontinuerlig gjutprocess är det även känt att använda ett annat arrangemang som benämns elektromagnetisk broms (EMBR). En sådan elektromagnetisk broms innefattar ok och poler som anordnas runt gjutformen. Oket och polerna är kon- struerade av ett massivt magnetiskt stål. Spolar är anordna- de runt polerna. Spolarna är inrättade att matas med lik- ström så att det i luftgapet nællan två poler bildas ett statiskt magnetfält som påföres det smälta metallmaterialet i gjutformen. Ett sådant statiskt magnetfält bromsar det smälta materialets rörelser i gjutformen. Härigenom minskar risken för att skadliga inneslutningar uppstår i det färdiga gjutämnet i form av, exempelvis, slagg och gaser.

Närvaron av den elektromagnetiska bromsens massiva poler av magnetiskt material i omedelbar närhet av den med växelström matade spolen leder dock till en påverkan av det varierande magnetfältets storlek och utbredning. Enligt beräkningar kan flödestätheten hos det varierande magnetfältet vid en närva- ro av sådana massiva poler minska med ca 23% i smältan.

Dessutom blir de massiva polerna hos den elektromagnetiska bromsen utsatta för en induktiv uppvärmning av det varieran- de magnetfältet. Polerna behöver därför kylas.

SAMANFATTNING AV UPPFINNINGEN Syftet med föreliggande uppfinning är att tillhandahålla en anordning för kontinuerlig eller halvkontinuerlig gjutning av ett metallmaterial som medger användning av både elektro- 10 15 20 25 30 35 516 635 magnetisk gjutning och en elektromagnetisk broms utan att någon av dessa arrangemang inverkar negativt på det andra arrangemangets funktion.

Detta syfte uppnås med anordningen av det inledningsvis nämnda slaget, vilken kännetecknas av att nämnda poler inne- fattar åtminstone ett parti med ett flertal materialskikt som är elektriskt isolerade från varandra. Genom att polerna innefattar åtminstone ett sådant parti, som kan vara lamine- rat, åstadkoms en avsevärt mindre inverkan av polerna på det varierande magnetfältets storlek och utbredning. Dessutom medför en laminering av de massiva polerna att de inte på samma sätt blir utsatta för induktiv uppvärmning av det va- rierande magnetfältet. virvel- Det beror pà att de s.k. strömsförlusterna är avsevärt lägre i ett laminerat material än i ett massivt material. Ingen särskild kylutrustning be- höver därför användas för att kyla de laminerade polerna utan kylning genom självkonvektion är vanligtvis fullt till- räcklig för att förhindra att polerna uppnår en alltför hög temperatur.

Enligt en föredragen utföringsform av föreliggande uppfin- ning innefattar nämnda materialskikt elektrostàl. Olika ty- per av elektrostål är möjliga att använda men med fördel an- vänds ett kisellegerat elektrostål med en hög resistivitet.

Den höga resistiviteten påverkar det varierande magnetfäl- tets inträngningsdjup på ett gynnsamt sätt. Materialskikten Med fördel har nämnda materialskikt en tjocklek i området 0,25-0,5 mm. behöver därför inte göras alltför tunna.

Enligt en annan föredragen utföringsform av föreliggande uppfinning innefattar nämnda parti hos polen en del av polen som är belägen närmast det första arrangemangets spole. I regel anordnas polerna på utsidan av spolen som alstrar det varierande magnetfältet. Den del av polerna som är belägna närmast spolen utsätts av den anledningen för det kraftigas- 10 15 20 25 30 35 516 635 te varierande magnetfältet och bör således i första hand la- mineras. De laminerade skiktens tjocklek kan väljas med hän- syn till magnetfältets s.k. inträngningsdjup i polmateria- let. Inträngningsdjupet kan beräknas med kännedom om magnet- fältets frekvens och polmaterialets resistivitet och permea- bilitet. Med fördel innefattar var och en av nämnda skikt ett plattformigt element som har två väsentligen plana sido- ytor som har en sträckning i ett plan som är väsentligen vinkelrät mot strömriktningen i den närmast belägna delen av spolen. Därmed erhålls en sådan orientering av skikten så att en ndnimal fältförträngning erhålls av det varierande nmgnetfältet och polens inverkan på det varierande magnet- fältet blir väsentligen försumbar.

Enligt en annan föredragen utföringsform av föreliggande uppfinning är det första arrangemangets spole och åtminstone en av det andra arrangemangets poler anordnade i kontakt med varandra. Härvid erhålls en kompakt anordning. Samtidigt er- hålls ett relativt litet luftgap mellan polernas mot var- andra anordnade ändytor. Ett litet luftgap mellan polernas ändytor leder till att en ndndre tillförsel av elektrisk energi krävs för att upprätta ett erforderligt statiskt mag- netfält som påverkar smältan i gjutformen. För att ytterli- gare minska luftgapet mellan polernas mot varandra liggande ändytor kan åtminstone en pol innefatta en urtagning som är inrättad att mottaga nämnda spole. En ytterligare kompakt enhet erhålls därmed. Spolen och polerna utgör här med för- del en integrerad del.

Enligt en annan föredragen utföringsform av föreliggande uppfinning innefattar det andra arrangemanget på var och en av nämnda motsatta sidor åtminstone en pol, vilka poler har en sträckning längs väsentligen hela gjutformens bredd och ett ok som förbinder nämnda poler med varandra. Med ett så- dant arrangemang erhålls åtminstone ett statiskt eller peri- odiskt lågfrekvent magnetfält som, täcker hela gjutformens 10 15 20 25 30 35 516 635 bredd. Enligt en alternativ utföringsform kan det andra ar- rangemanget innefatta på var och en av nämnda motsatta sidor åtminstone två poler och ok som förbinder de polerna som är anordnade på samma sida om gjutformen med varandra. Härvid erhålls åtminstone två lokala statiska eller periodiskt låg- frekventa magnetfält som kan vara placerade på lämpliga ställen utmed gjutformens bredd. Enligt en ytterligare al- ternativ utföringsform av det andra arrangemanget kan nämnda två poler som är anordnade på samma sida om gjutformen ha en sträckning längs väsentligen hela gjutformens bredd och vara anordnade på olika nivåer i förhållande till gjutformen.

Härvid àstadkoms två parallella statiska eller> periodiskt lågfrekventa magnetfält som var och en täcker hela gjutfor- mens bredd. Tillförsel av det smälta materialet bör i detta fall ske på en nivå mellan de två magnetfälten.

Enligt en annan föredragen utföringsform av föreliggande uppfinning innefattar det andra arrangemanget runt var och en av nämnda poler sig sträckande spolar som är inrättade att matas med likström eller lågfrekvent växelström. Därmed kan magnetiska poler bildas som alstrar ett statiskt eller periodiskt lågfrekvent magnetfält av en lämplig storlek så att en effektiv bromsning av smältans rörelser i gjutformen erhålls. organ som tillför det smälta metallmaterialet på ett lämp- Med fördel innefattar nämnda medel ett rörformigt ligt ställe i gjutformen. Alternativt kan nämnda medel inne- fatta en skänkel medelst vilken det smälta metallmaterialet hälls ned i gjutformen. Det gjutna metallmaterialet innefat- tar med fördel stål, vilket är ett material som med framgång kan gjutas kontinuerligt med anordningen enligt uppfinning- en. 10 15 20 25 30 35 516 635 KORT BESKRIVNING AV RITNINGARNA I det följande beskrivs såsom exempel föredragna utförings- former av uppfinningen med hänvisning till bifogade ritning- ar, pà vilka: Fig 1 visar ett tvärsnitt ovanifrån av en första utföringsform av en anordningen enligt föreliggande uppfinningen, Fig 2 visar anordningen i Fig 1 sedd i en snittvy från sidan, Fig 3 visar ett tvärsnitt ovanifrån av en andra utföringsform av föreliggande uppfinningen, Fig 4 visar anordningen i Fig 3 sedd i en snittvy från sidan, Fig 5 visar ett tvärsnitt ovanifrån av en tredje utföringsform av föreliggande uppfinningen och Fig 6 visar anordningen i Fig 5 sedd i en snittvy från sidan DETALJERAD BESKRIVNING AV FÖREDRAGNA UTFÖRINGSFORMER AV FÖ- RELIGGANDE UPPFINNING I Fig 1 och 2 visas en anordning som är avsedd för en konti- nuerlig eller halvkontinuerlig gjutningsprocess av ett långsträckt gjutämne ln Gjutämnet 1. är ett nætallmaterial som, exempelvis, är stål. Anordningen innefattar en gjutform i form av en kokill 2. Kokillen 2 uppvisar ett gjututrymme som har en övre öppning vid vilken ett smält metallmaterial är inrättat att tillföras och en nedre öppning vid vilken det stelnade metallmaterialet är inrättat att matas ut kon- tinuerligt som ett gjutämne 1. Kokillens 2 gjututrymme be- gränsas av två långa sidväggar och två korta sidväggar. Var och en av de långa och korta sidoväggarna innefattar en in- vändig platta 3 och en utvändig stödplatta 4. Den invändiga plattan 3 består vanligtvis av koppar eller en kopparbaserad n av.. 10 15 20 25 30 35 516 635 legering. Den invändiga plattan 3 uppvisar därmed goda vär- meledande och elektriskt ledande egenskaper. Den yttre stöd- plattan 4 är med fördel tillverkade av stålbalkar. Åtminsto- ne en av plattorna 3, 4 innefattar interna kanaler för ett strömmande kylmedium som, exempelvis, är vatten. Kylkanaler- na är dock inte visade i figurerna. Isoleringsmaterial 5 är applicerat i samtliga skarvar mellan kokillens 2 långa och korta sidoväggar. Anordningen innefattar ett rörformigt or- gan 6 som är inrättat att leda det smälta metallmaterialet genom kokillens 2 övre öppning till gjututrymmet i kokillen 2. Det rörformiga organet 6 innefattar vid en nedre ände två radiella öppningar som är så anordnade att det smälta me- tallmaterialet erhåller en huvudsaklig rörelseriktning utåt från det rörformiga organet 6 mot kokillens 2 korta sidoväg- gar.

Anordningen innefattar ett första arrangemang för att möj- liggöra en s.k. elektromagnetisk gjutning (EMC) av metallma- terialet i kokillen 2. spole 7 som har en sträckning runt kokillen 2 vid ett omrâde Det första arrangemang innefattar en som innehåller smält metallmaterial. Genom att mata spolen 7 som sträcker sig runt kokillen 2 med växelström så alstras ett varierande magnetfält runt spolen 7. Med fördel tillförs växelström i frekvensområdet 50-l0O0Hz. Det härvid runt spo- len 7 alstrade varierande magnetfältet pàförs det smälta me- tallmaterialet i kokillen 2. Det påförda varierande magnet- fältet åstadkommer en kraftverkan på smältan som är riktad inåt i kokillen 2 så att trycket mellan smältan och kokil- lens 2 inre kontaktyta minskar. Det låga kontakttrycket mel- lan smältan och kokillens 2 väggyta har en positiv verkan på gjutämnets ytfinhet.

Anordningen innefattar även ett andra arrangemang som möj- s.k. (EMBR) smälta metallmaterialets rörelser i. kokillen 2. liggör en elektromagnetisk bromsning av det Det andra arrangemang innefattar två magnetiska poler 8 som är anord- l0 15 20 25 30 35 516 635 nad på motsatta sidor om kokillen 2 vid ett område som är inrättat att innefatta smält nætallmaterial. Polerna 8 är anordnade på utsidan av spolen 7 och de har en sträckning längs väsentligen hela kokillens 2 bredd. Ett ok 9 som har en sträckning runt kokillen 2 förbinder polerna 8 med var- andra. Runt var och en av polerna 8 är en spole 10 anordnad.

Spolen 10 är inrättad att matas med likström eller en låg- frekvent växelströnl så att ett statiskt eller periodiskt lågfrekvent magnetfält bildas mellan polerna 8. I detta fall består polerna 8 av ett enda laminerat parti ll som innefat- tar av ett flertal tunna plåtelement som har en rektangulär form. Plàtelementen är anordnade i rader så att ett plåtele- mentens plana sidoytor anligger mot andra angränsande plåt- Plåtelementen är elektriskt isolerade elements sidoytor. från varandra. Plåtelementens sidoytor har en sträckning i ett plan som är vinkelrät mot strömriktningen i den närmast belägna delen av spolen 7 runt vilken det varierande magnet- fältet alstras. Plàtelementen innefattar med fördel ett ki- sellegerat elektrostål med hög resistivitet.

När spolarna 10 matas med likström eller en lågfrekvent väx- elström bildas i luftgapet mellan polernas 8 mot varandra liggande ändytor ett statiskt eller periodiskt lågfrekvent magnetfält. Genom polernas 8 lângsträckta utformning längs kokillens långa sidor pàförs här ett statiskt eller lågfre- Ett sådant magnetfält bromsar smältans rörelser så att en jämnare has- kvent magnetfält längs hela kokillens 2 bredd. tighetsfördelning erhålls i hela smältan i kokillens 2 gjut- utrymme. Därmed minskar risken för att inneslutningar bildas under smältans stelningsprocess i kokillen 2.

Det varierande magnetfältet som pàförs smältan medelst spo- len 7 reduceras dock avsevärt i storlek och utbredning ifall en konventionell elektromagnetisk broms med nmssiva poler appliceras i omedelbar närhet av spolen 7. Enligt teoretiska beräkningar som utförts kan flödestätheten hos det varieran- 10 15 20 25 30 35 516 635 de magnetfältet vid närvaro av en sådan massiv pol minska med ca 23%. Dessutom blir de massiva polerna hos den elek- tromagnetiska bromsen utsatta för en induktiv uppvärmning av det varierande magnetfältet. Polerna behöver därför aktivt kylas. Med föreliggande anordning löses detta problem genom att polerna 8 innefattar åtminstone ett laminerat parti ll, d.v.s. ett parti som består av ett flertal vid varandra i rad anordnade plåtelement som är elektriskt isolerade från varandra. Plåtelementen har med fördel en tjocklek i stor- leksordningen 0,25-0,5 mm. I plåtelement av den tjockleken uppkommer mycket små virvelströmkretsar då plåtelementen ut- sätts för ett varierande magnetfält. Av den anledningen värms laminerade poler 8 inte upp lika mycket som massiva poler när de utsätts för ett varierande magnetfält. För la- minerade poler 8 är en kylning genom självkonvektion oftast fullt tillräcklig för att polerna inte ska uppnå en alltför hög temperatur. I en laminerad pol 8 sker dessutom inte sam- ma fältförträngning som i en massiv pol när den utsätts för ett varierande magnetfält. Därmed påverkas det varierande magnetfältet som alstras av spolen 7 endast obetydligt av närvaron av en laminerad pol 8. Dock bör polerna 8 vara la- minerade så att plåtelementens sidoytor har en sträckning som är väsentligen parallell med det från spolen 7 alstrade varierande .magnetfältets utbredningsriktning, d.v.s. sido- ytorna bör vara anordnade vinkelrät mot strömriktningen I i den närmast belägna delen av spolen 7.

I Fig 3 och 4 visas en andra utföringsform av uppfinningen.

I detta fall utgör det laminerade partiet ll endast en del av polen 8. Det laminerade partiet ll är den del av polen 8 som är belägen närmast spolen 7 och således den del av polen 8 som är utsatt för det kraftigaste varierande magnetfältet.

I många fall är det fullt tillräckligt att laminera endast ett sådant parti ll hos polerna 8. Det andra arrangemanget innefattar här fyra poler 8. Två poler 8 är anordnade på var sida om kokillen 2. Ett ok 9 förbinder de två polerna 8 som 10 15 20 25 30 35 516 635 10 är anordnade på samma sida om kokillen 2 med varandra. De på samma sida anordnade polerna 8 är belägna på olika nivåer i förhållande till kokillen 2 och har var och en en sträckning längs väsentligen hela kokillens 2 bredd. Spolar 10 är an- ordnade runt var och en av polerna 8. Genom att mata spolar- na 10 med likström eller lågfrekvent växelström alstras i detta fall två parallella statiska eller periodiskt lågfre- kventa magnetfält på olika nivåer i kokillen 2. Magnetfälten är inrättade att sträcka sig genom det område i kokillen 2 som innefattar smält metallmaterial. Tillförseln av det smälta metallmaterialet till kokillen 2 sker här med fördel på en nivå mellan de två parallella magnetfälten.

I Fig 5 och 6 visas en tredje utföringsform av uppfinningen.

I detta fall innefattar hela polerna 8 ett laminerat parti 11. Polerna 8 är försedda med urtagningar 12 som är inrättad att mottaga spolen 7. Polerna 8 och spolen 7 utgör här en integrerad del. Anordningen blir därmed kompakt och kräver därmed ett relativt litet utrymme. Dessutom erhålls ett mindre luftgap mellan polernas 8 ändytor än vid de ovan be- skrivna utföringsformerna. Av den anledningen behöver inte lika mycket elektrisk energi tillföras till spolarna 10 för att åstadkomma ett för gjutprocessen erforderligt magnetfält i luftgapet. Det andra arrangemanget innefattar här fyra po- ler 8. Två poler 8 är anordnade på var sida om kokillen 2.

Ett ok 9 förbinder de två polerna 8 som är anordnade på sam- ma sida om kokillen 2 med varandra. De två polerna 8 som är anordnade på samma sida är belägna på samma nivå och de har en sträckning längs en del av kokillens 2 bredd. Spolar 10 är anordnade runt var och en av polerna 8. Genom att mata spolarna 10 med likström eller lågfrekvent växelström alst- ras i detta fall två parallella statiska eller periodiskt lågfrekventa magnetfält som är belägna på samma nivå i för- hållande till kokillen 2. 516 635 ll Föreliggande uppfinning är på intet sätt begränsad till de ovan på ritningarna beskrivna utföringsformerna utan kan mo- difieras fritt inom patentkravens ramar. Exempelvis, så kan de på ritningarna visade olika typerna av elektromagnetiska bromsar kombineras fritt med de visade alternativa laminera- de utförandena av polerna.

Claims (15)

ono- .- 10 15 20 25 30 35 516 635 12 Patentkrav

1. Anordning för kontinuerlig eller halvkontinuerlig gjut- ning av ett metallmaterial, varvid anordningen innefattar en gjutform (2) som medger gjutning av metallmaterialet till en önskad form, medel (6) för tillförsel av smält metallmateri- al till gjutformen (2), ett första arrangemang som innefat- tar en spole (7) som har en sträckning runt gjutformen (2) i ett gjutområde som är inrättat att innefatta smält metallma- terial och vilken spolen (7) är inrättad att matas med väx- elström så att ett varierande magnetfält alstras och påförs det smälta metallmaterialet i gjutformen (2) och ett andra arrangemang som innefattar åtminstone två magnetiska poler (8) vilka är anordnade på motsatta sidor om gjutformen (2) och vilka poler (8) är inrättade att tillföra ett statiskt eller periodiskt lågfrekvent magnetfält till det smälta me- tallmaterialet i gjutomràdet, kännetecknad av att nämnda po- ler (8) innefattar åtminstone ett parti (ll) som innefattar ett flertal materialskikt som är elektriskt isolerade från varandra.

2. Anordning enligt krav 1, kännetecknad av att nämnda mate- rialskikt innefattar elektrostål.

3. Anordning enligt krav 2, kännetecknad av att nämnda mate- rialskikt innefattar kisellegerat elektrostål med hög resis- tivitet.

4. Anordning enligt något av föregående krav, kännetecknad av att nämnda materialskikt har en tjocklek i området 0,25- 0,5 mm.

5. Anordning enligt något av föregående krav, kännetecknad av att nämnda parti (ll) hos polen (8) innefattar en del av polen (8) som är belägen närmast det första arrangemangets spole (7). s 10 l5 20 25 30 35 516 635 13

6. Anordning enligt något av föregående krav, kännetecknad av att var och en av nämnda materialskikt innefattar platt- formiga element som har två väsentligen plana sidoytor vilka har en sträckning i ett plan som är väsentligen vinkelrät mot strömriktningen (I) i den närmast belägna delen av spo- len (7).

7. Anordning enligt något av föregående krav, kännetecknad av att det första arrangemangets spole (7) och åtminstone en av det andra arrangemangets poler (8) är anordnade i kontakt med varandra.

8. Anordning enligt krav 7, kännetecknad av att åtminstone en pol (8) innefattar en urtagning (12) som är inrättad att mottaga nämnda spole (7).

9. Anordning enligt något av föregående krav, kännetecknad av att det andra arrangemanget innefattar på var och en av nämnda motsatta sidor åtminstone en pol (8), vilka poler (8) har en sträckning längs väsentligen hela gjutformens bredd och ett ok (9) som förbinder nämnda poler (8) med varandra.

10. Anordning enligt något av kraven 1-8, kännetecknad av att det andra arrangemanget innefattar på var och en av nämnda motsatta sidor åtminstone två poler (8) och ok (9) som förbinder polerna (8) som är belägna på samma sida om gjutformen (2) med varandra.

11. ll. Anordning enligt krav 10, kännetecknad av att nämnda po- ler (8) som är anordnade på samma sida om gjutformen (2) har en sträckning längs väsentligen hela gjutformens (2) bredd och de är anordnade på olika nivåer i förhållande till gjut- formen (2). 10 15 516 635 14

12. Anordning enligt något av föregående krav, kännetecknad av att det andra arrangemanget innefattar runt var och en av nämnda poler (8) sig sträckande spolar (10) som är inrättade att matas med likström eller lågfrekvent växelström.

13. Anordning enligt något av föregående krav, kännetecknad av att nämnda medel för tillförsel av det smälta metallmate- rialet innefattar ett rörformigt organ (6) som tillför det smälta metallmaterialet i gjutformen.

14. Anordning enligt något av föregående krav, kännetecknad av att det gjutna metallmaterialet innefattar stål.

15. Användning av en anordning enligt något av de föregående patentkraven 1-14 för kontinuerlig eller halvkontinuerlig gjutning av ett metallmaterial.