WO1993006956A1 - Elektromagnetische vorrichtung zum steuern und regeln des durchflusses von schmelzflüssigem metall - Google Patents

Elektromagnetische vorrichtung zum steuern und regeln des durchflusses von schmelzflüssigem metall Download PDF

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WO1993006956A1
WO1993006956A1 PCT/DE1992/000813 DE9200813W WO9306956A1 WO 1993006956 A1 WO1993006956 A1 WO 1993006956A1 DE 9200813 W DE9200813 W DE 9200813W WO 9306956 A1 WO9306956 A1 WO 9306956A1
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WO
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intermediate space
molten metal
nozzle arrangement
induction coil
regulating
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Application number
PCT/DE1992/000813
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English (en)
French (fr)
Inventor
Lothar Kallien
Gregor LÜNEBACH
Original Assignee
Otto Junker Gmbh
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Publication date
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Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22DCASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
    • B22D39/00Equipment for supplying molten metal in rations
    • B22D39/003Equipment for supplying molten metal in rations using electromagnetic field

Definitions

  • the invention relates to an electromagnetic device for controlling and regulating the flow of molten metal with a nozzle arrangement which has an intermediate space which is connected via a feed channel to a container outlet or container outlet channel containing molten metal, and has an outlet channel extending from the bottom of the intermediate space, wherein the nozzle arrangement is surrounded by a cylindrical induction coil.
  • EP-OS 0 298 373 describes, for example, an electromagnetic device for monitoring the flow of a metal melt through a nozzle arrangement which is surrounded by an induction coil connected in a single phase.
  • the nozzle arrangement consisting of electrically non-conductive, heat-resistant material has a first nozzle zone. in which the eddy currents generated by the axial magnetic field of the induction coil can flow in the metal melt, and an underlying second nozzle zone connected to the first nozzle zone, in which the eddy currents in the metal melt are suppressed.
  • This pre-level effect is achieved by, for example, inserting a ceramic core body with racially extending webs into the nozzle tube, which richer, for example, from the lower nozzle area to the middle nozzle height and are supported against the inner wall of the nozzle tube.
  • This known electromagnetic device for regulating the flow of molten metal has the disadvantage that it requires high powers to produce the constricting effect in the molten metal.
  • this known device for regulating the flow rate of molten metal is only suitable in a certain limited range, such as e.g. for continuous casting during continuous casting. For batch casting of metals, in which the intermittent complete interruption of the pouring jet is essential, this device is either not usable at all or requires such high electrical power that its use seems uneconomical.
  • a nozzle arrangement is known in such a way that the molten metal is first supplied to an intermediate space via a feed channel and then leaves the nozzle arrangement via an outlet channel.
  • the supply duct is arranged eccentrically in the outer region of the intermediate space, the outlet duct, however, in the central region.
  • the space is surrounded by an induction coil, which is connected to a multi-phase power supply and generates a rotating magnetic field within the space.
  • the metal melt located in the intermediate space is set in rotating motion, as a result of which a higher pressure is built up at the level of the feed channel due to the centrifugal force of the rotating melt. This counteracts the influx of molten metal through the feed channel.
  • This device is suitable for batch casting of metals! hardly suitable, since very high electrical powers would be required to completely suppress the outflow of molten metal through the outlet channel.
  • the present invention is therefore based on the object of designing an electromagnetic device of the type mentioned at the outset so that its use is possible both in batchwise and in continuous casting of metal melts, the desired control or regulating effect being achieved with the aid of relatively low electrical powers can be.
  • the feed channel of the nozzle arrangement opens from above into the central region of the intermediate space: that one or more outlet channels are provided in the edge region of the intermediate space and that the induction coil is connected to a single-phase power supply and a dynamic or Duo-stationary axial magnetic field generated within the nozzle arrangement.
  • the measure according to the invention of guiding the molten metal into a space or constriction space via a centrally arranged feed channel and allowing it to flow out from there via an outlet channel or a plurality of outlet channels at the periphery of the space means that the radially acting forces of the axially directed magnetic field of the induction coil become the constriction of the pouring jet is used in a region of the nozzle arrangement in which the magnetic field has the greatest energy density.
  • the electromagnetic device according to the invention can also be designed so that the space has a: circular, elliptical or oval cross section perpendicular to the feed channel and the outlet channel.
  • the electromagnetic device according to the invention can also be designed such that the feed channel opens out in the case of a circular design of the intermediate space in the middle of the intermediate space and in the case of an elliptical or oval design in the middle of the largest circle conceivable therein. Due to the constriction effect of the axial magnetic field due to the interaction with the inductively generated eddy currents in the molten metal, an essentially rotationally symmetrical molten metal body is produced.
  • the electromagnetic device according to the invention can also be designed so that the outlet channel or the outlet channels the Ouerterrorismsfläcne of a circle, an ellipse, a circular section, a Kreisabschmttss. of a circular ring piece or a circular angle cutouts.
  • the production of the different cross-sectional areas requires a very different technical effort, different outlet channel shapes allow different controllability or control parkability of the melt flow.
  • the electromagnetic device according to the invention can also be designed such that the outlet channel is arranged in the region of the smallest bending radius in the case of an elliptical and oval cross section of the intermediate space.
  • the electromagnetic device according to the invention can further be designed such that the outlet channel is surrounded at its mouth into the intermediate space by an upwardly projecting collar, above which a junction opening remains free.
  • This collar can vary radially in width and can also be designed wider than the outlet channel.
  • Two levels are thus formed at the bottom of the space: a deep, essentially round level, in the middle of which is the feed channel, and a higher level, which is formed by the top of the collar.
  • the outlet channel is located on the edge of the higher level of the intermediate space facing away from the supply channel. This creates two areas with different heights in the gap. The transition between these two levels at the bottom of the space can be sudden or gradual, and the ratio of the heights of these two areas can be greater than 1: 3.
  • This embodiment of the device according to the invention now has the effect that the eddy currents induced tangentially at the edge of the intermediate space are concentrated in the flatter area around the outlet channel and therefore the melt is only pushed away from the outlet channel, but is not forced inward in the entire intermediate space.
  • the melt takes up a larger area in the intermediate space, as a result of which the magnetic coupling with the exciting coil is improved, and thus ultimately the efficiency of the entire device.
  • the collar allows the Device this is fully effective, since the gap can fill up to the collar height with melt without the valve dripping. After that, however, the constriction effect is already fully effective.
  • the electromagnetic device according to the invention can also be designed so that the center of the height of the induction coil is approximately in the center plane of the space or below. This ensures optimal magnetic coupling between the coil and the melt in the gap. If the center of the coil is located slightly below the center plane of the gap, the force field induced in the melt has, in addition to its radial shape, an axial, upward-facing component that can compensate for the gravitational forces of the melt in the gap so that the radial ins Interior of the gap pushed back melt surface is formed almost vertically in its edge regions. This counteracts the tendency of the device according to the invention to drip.
  • the electromagnetic device according to the invention can also be designed such that the nozzle arrangement is made of electrically non-conductive, heat-resistant material. This eliminates eddy currents induced by the magnetic field in the nozzle itself, which would cause power losses in terms of magnetic energy. It is understood a priori that the nozzle arrangement consists of heat-resistant material.
  • the electromagnetic device according to the invention can also be designed such that the nozzle arrangement forms, together with the induction coil, a structural unit which can be connected via a flange device to the container outlet or container outlet channel containing the molten metal.
  • the compact design of the nozzle arrangement and induction coil significantly simplifies the assembly of the nozzle ar the container outlet containing the molten metal or Container outlet channel. This means that the entire nozzle can be easily replaced in the event of damage, without having to put up with longer downtimes.
  • the electromagnetic device according to the invention can also be designed such that the nozzle arrangement is arranged detachably from the cylindrical induction coil. In this embodiment, the nozzle arrangement can be easily replaced without having to remove the induction coil.
  • the induction coil is electrically connected to a power, control and regulating device which has means for detecting the bath level above the container outlet containing the molten metal.
  • the electrical energy supplied to the induction coil can be dependent on the melt pool level in the melting vessel DZW. Regulate in the run of the melting vessel so that the same amount of melt always flows through the outlet channel and thus an exact dosage of the melt to be poured is possible.
  • the nozzle arrangement, induction coil and power, control and regulating device sc are designed so that solidified metal in the nozzle arrangement can be melted by the induction coil.
  • Fig. 1 is an axial sectional view of the invention
  • FIG. 2 shows an axial section of a further embodiment of the invention, but with two outlet channels
  • FIG. 4 shows a simplified basic drawing of the nozzle arrangement according to the invention corresponding to FIG. 1 to explain FIGS. 3a-d and FIG. 6,
  • Fig. 5 shows a potting furnace with a nozzle arrangement according to the invention and a control and regulating device for the automatic casting operation and
  • Fig. 6 shows a section through the arrangement accordingly
  • the electromagnetic device 1 for controlling and regulating the flow of molten metal has, according to FIG. 1, a nozzle arrangement 2 made of refractory, electrically non-conductive material, which is surrounded by an induction coil 3 connected in one phase to an electrical power source (not shown).
  • Nozzle arrangement 2 and induction coil 3 are connected via a flange device 4 from below with a furnace bottom 5 of a container outlet 6 containing the molten metal releasably connected.
  • the fl connecting device 4 consists of several separate, electrically insulated elements and the furnace base 5 in the area of the magnetic field of the induction coil 3 is made of non-metallic material.
  • the nozzle arrangement 2 has a feed channel 7, which is aligned with a container outlet channel 8 of the container outlet 6 and opens into the middle of a space 9 or constriction space. At the edge of this space 9, the upper end of an outlet channel 10 opens out, which has a lower outlet opening 11.
  • the outlet channel 10 is surrounded at its mouth into the intermediate space 9 by an upwardly projecting collar 12, above which a junction opening 13 remains free.
  • a casting mold 14 with a pouring funnel 15 and a cavity 16 is located below the outlet opening 10.
  • the device shown in FIG. 2 differs from the embodiment according to FIG. 1 in that there are two outlet channels 10 'and 10' 'which open into the intermediate space 9' on opposite sides.
  • outlet channel 10 of the nozzle arrangement 2 shows different embodiments of the outlet channel 10 of the nozzle arrangement 2, where the outlet channel 17 in FIG. 3a is an elliptical, outlet channel 18 in FIG 3d has a circular cross-section.
  • view A in FIG. 4 one looks in the areas between the lines a and b on the respective collar tops, in the areas between b and c on transitions between the collar tops and interstice floors located outside the collar areas.
  • FIG. 4 shows a principle representation of the nozzle device according to the invention with induction additionally drawn coil 21. This illustration is only used to explain FIGS. 3a-d and FIG. 6.
  • the electromagnetic device 1 for controlling and regulating the flow of molten metal according to the invention is mounted on the container outlet 6, via which molten metal is poured into the casting mold 14 in metered quantities.
  • the metal bath level 25 in the container outlet 6 is detected via a float arrangement.
  • the detection of the molten bath surface or the furnace contents can also be carried out by other known devices, such as scales, lasers, styli, etc.
  • the electrical power for completely suppressing the metal flow or for regulating a specific flow rate can be calculated as a function of the metal level 25 via a power, control and regulating device 26 known per se.
  • FIG. 6 corresponding to FIGS. 3a-d, a further special embodiment of the outlet channel 27 of the nozzle arrangement 2 is shown, in which the nozzle arrangement 2, the intermediate space 9 and the induction coil (not shown here) have an oval cross-sectional shape.
  • the only outlet channel 27 opens into the part of the intermediate space 9 with the smallest bending radius.

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Abstract

Elektromagnetische Vorrichtung (1) zum Steuern und Regeln des Durchflusses von schmelzflüssigem Metall. Bekannte elektromagnetische Vorrichtungen zum Regeln des Durchflusses von Metallschmelze sind entweder nur für eine Regulierung der Durchflußmenge in einem bestimmten begrenzten Bereich geeignet oder erfordern aber sehr hohe elektrische Leistungen, um ein absatzweises Gießen zu ermöglichen. Die erfindungsgemäße Vorrichtung (1) hingegen ermöglicht ein absatzweises als auch kontinuierliches Gießen bei relativ geringem Stromverbrauch. Bei dieser Vorrichtung wird die Metallschmelze über einen zentral angeordneten Zufuhrkanal (7) einem Zwischenraum (9) zugeführt und strömt von dort über einen Auslaßkanal oder mehrere Auslaßkanäle (10) an der Peripherie des Zwischenraums (9) aus, wobei die radial wirkenden Kräfte des axial gerichteten Magnetfeldes einer Induktionsspule (3) eine Einschnürung der im Zwischenraum (9) befindlichen Metallschmelze bewirken und damit eine betriebssichere Steuerung und Unterbrechung des Schmelzflusses ermöglichen. Die elektromagnetische Vorrichtung (1) läßt sich über eine Flanschvorrichtung (4) an einen die Metallschmelze enthaltendn Behälterauslauf (6) montieren und mit bekannten Leistungs-, Steuer- und Regeleinrichtungen (26) betreiben.

Description

ELEKTROMAGNETISCHE VORRICHTUNG ZUM STEUERN UND REGELN DES DURCHFLUSSES VON SCHMELZFLÜSSIGEM METALL
Beschreibung
Die Erfindung betrifft eine elektromagnetische Vorrichtung zum Steuern und Regeln des Durchflusses von schmelzflüssigern Metall mit einer Düsenanordnung, die einen Zwischenraum aufweist, welcher über einen Zufuhrkanal mit einem Metallschmelze enthaltenden Behälterauslauf bzw. Behälterauslaufkanal verbunden ist, und einen vom Boden des Zwischenraums ausgehenden Auslaßkanal hat, wobei die Düsenanordnung von einer zylindrischen Induktionsspule umgeben ist.
Elektromagnetische Vorrichtungen zum Regeln des Durchflusses von schmelzflüssigem Metall sind im Grundsatz bekannt. Die EP-OS 0 298 373 beschreibt beispielsweise eine elektromagnetische Vorπcntung zum überwachen des Durchflusses einer Metallschmelze durch eine Düsenanordnung, die mit einer einphasig angeschlossenen Induktionsspule umgeben ist. Die aus elektrisch nicht leitendem hitzebeständigen Material Destehende Düsenanordnung weist eine erste Düsenzone aur. in welcher die durch das axiale Magnetfeld der Induktionsspule in der Metallschmelze erzeugten Wirbelströme fließen können, und eine darunter liegende, mit der ersten Düsenzone verbundene zweite Düsenzone, in welcher die Wirbelströme in der Metallschmelze unterdrückt werden. Diese vorpescnπebene Wirkung vn rd dadurch erreicht, daß beispielsweise in das Düsenrohr ein keramischer Kernkόrper mit racial sich erstreckenden Stegen eingesetzt ist, die etwa vom unteren Düsenbereich bis in die mittlere Düsenhöhe reicher und sich gegen die Innenwand des Düsenrohrs abstützen.
Durch diese Maßnanme wird im axial gerichteten Magnetfeld eine radiale Komponente erzeugt, die wiederum in der die Düse durchströmenden Metal lscnmeize eine axiale Kraft be wirkt. Dadurch kann die Metallströmung in der Düse gedrosselt oder verstärkt werden.
Diese bekannte elektromagnetische Vorrichtung zum Regeln des Durchflusses von Metallschmelze weist den Nachteil auf, daß sie zur Erzeugung der Einschnürwirkung in der Metallschmelze hohe Leistungen erfordert. Zudem ist diese bekannte Vorrichtung zur Regulierung der Durchflußmenge von Metallschmelze lediglich in einem bestimmten begrenzten Bereich geeignet, wie z.B. für das kontinuierliche Gießen beim Strangguß. Für ein absatzweises Gießen von Metallen, wobei das zeitweise völlige Unterbrechen des Gießstrahls unabdingbar ist, ist diese Vorrichtung entweder gar nicht einsetzbar oder erfordert so hohe elektrische Leistungen, daß ihr Einsatz dafür unwirtschaftlich erscheint.
Aus der EP-OS 0 157 334 ist eine Düsenanordnung in der Weise bekannt, daß die Metallschmelze über einen Zufuhrkanal zunächst einem Zwischenraum zugeführt wird und im AnSchluß daran über einen Auslaßkanal die Düsenanordnung verläßt. Hierbei ist der Zufuhrkanal im Außenbereich des Zwischenraums exzentrisch angeordnet, der Auslaßkanal dagegen im zentralen Bereich. Weiterhin ist der Zwischenraum von einer Induktionsspule umgeben, die an eine mehrphasige Stromversorgung angescnlossen ist und ein rotierendes Magnetfeld innerhalb des Zwischenraums erzeugt. Dadurch wird die im Zwischenraum befindliche Metallschmelze in rotierende Bewegung versetzt, wodurch in Höhe des Zufuhrkanals aufgrund der Zentrifugalkraft der rotierenden Schmelze ein höherer Druck aufgebaut wird. Dieser wirkt damit dem Zufluß von Metallschmelze über den Zufuhrkanal entgegen.
Diese Vorrichtung ist für ein apsatzweises Gießen von Metallen wen! kaum geeignet, da sehr hohe elektrische Leistungen erforderlich wären, um den Abfluß von Metallschmelze durch den Auslaßkanal vollständig zu unterdrücken. Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine elektromagnetische Vorrichtung der eingangs erwähnten Art so auszubilden, daß ihr Einsatz sowohl beim absatzweisen als auch beim kontinuierlichen Gießen von Metal Ischmelzen möglich wird, wobei der gewünschte Steuerungs- oder Regelungseffekt mit Hilfe relativ geringer elektrischer Leistungen bewirkt werden kann.
Dies wird gemäß der vorliegenden Erfindung dadurch erreicht, daß der Zufuhrkanal der Düsenanordnung von oben her in den zentralen Bereich des Zwischenraums einmündet: daß ein oder mehrere Auslaßkanäle im Randbereich des Zwischenraums vorgesehen sind und daß die Induktionsspule an eine einphasige Stromversorgung angeschlossen ist und ein dynamisches oder duasistationäres axiales Magnetfeld innerhalb der Düsenanordnung erzeugt.
Durch die erfindungsgemäße Maßnahme, die Metallschmelze über einen zentral angeordneten Zufuhrkanal in einen Zwischenraum bzw. Einschnürraum zu führen und von dort über einen Auslaßkanal oder mehrere Auslaßkanäle an der Peripnerie des Zwischenraums ausströmen zu lassen, werden die radial wirkenden Kräfte des axial gerichteten Magnetfeldes der Induktionsspule für die Einscnnürung des Gießstrahis ausgenutzt, und zwar in einem Bereich der Düsenanordnung, in dem das Magnetfeld die größte Energiedichte aufweist. Diese Maßnahme ist wesentlich vorteilhafter und wirtschartlicher als beispielsweise die Maßnahmen gemäß den bereits Dekannten Vorrichtungen, da mit dieser Erfindung der Gießstrahl ohne weiteres völlig eingeschnürt werden kann, ohne daß ein Nachtropfen der Schmelze in Kauf genommen werden muß.
Die erfindungsgemäße elektromagnetische Vorrichtung kann ferner so ausgebildet sein, daß der Zwischenraum einer: kreisförmigen, elliptischen ooer ovalen Querschnitt senkrecht zum Zufunrkanal und zum Auslaßkanal aufweist. Die erfindungsgemäße elektromagnetische Vorrichtung kann ferner so ausgebildet sein, daß der Zufuhrkanal bei kreisförmiger Ausbildung des Zwischenraums in der Mitte des Zwischenraums und bei elliptischer oder ovaler Ausbildung in der Mitte des größten darin denkbaren Kreises einmündet. Aufgrund des Einschnüreffektes des axialen Magnetfeldes durch die Wechselwirkung mit den induktiv erzeugten Wirbelströmen in der Metallschmelze wird ein im wesentlichen rotationssymmetrischer Metallschmelzekörper erzeugt. Aufgrund der Einschnürung baut sich an der Einmündung des Zufuhrkanals zum Zwischenraum ein Gegendruck auf, der ein weiteres Einströmen von Metallschmelze in den Zwischenraum vollständig verhindert. Dieser Effekt ist nur dann voll wirksam, wenn sich der Zufuhrkanal innerhalb der in das Innere des Zwischenraums radial zurückgedrängten Schmelzeoberfläche befindet.
Die erfindungsgemäße elektromagnetische Vorrichtung kann ferner so ausgebildet sein, daß der Auslaßkanal bzw. die Auslaßkanäle die Ouerschnittsfläcne eines Kreises, einer Ellipse, eines Kreisausschnittes, eines Kreisabschmttss. eines Kreisringstückes oder eines Kreiswinkel ausschnitten aufweist bzw. aufweisen. Die Herstellung der verschiedenen- Querschmttsflachen bedarf eines jeweils sehr unterschiedlichen technischen Aufwandes, verschiedene Auslaßkanal formen erlauben eine unterschiedliche Regelbarkeit ooer Steuerparkeit des Schmelzstromes.
Die erfindungsgemäße elektromagnetische Vorrichtung kann ferner so ausgebildet sein, daß der Auslaßkanal bei elliptischem und ovalem Querschnitt des Zwischenraums jeweils im Bereich des Kleinsten Biegeradius angeordnet ist. Durch Anordnung oes Zufuhrkanals in der Mitte des Zwiscnenraums dei, elliptiscner oder ovaler Ausführung desselben und glelchzeitiger Anordnung des Auslaßkanals des Zwischenraums jeweils im Bereich des kleinsten Biegeradius wird erreicht, daß aufgrund der Rotätionssymmetrie der um den Mittelpunkt der Einmündung des Zufuhrkanals angeordneten MetalIschmelze eine zeitweise völlige Unterbrechung des Gießstrahls möglich ist bei einem relativ geringen Aufwand an elektrischer Leistung. Die erfindungsgemäße elektromagnetische Vorrichtung kann weiter so ausgebildet sein, daß der Auslaßkanal an seiner Mündung in den Zwischenraum von einem nach oben vorstehenden Kragen umgeben ist, über dem eine Einmündungsöffnung freibleibt. Dieser Kragen kann radial in der Breite variieren und außerdem breiter als der Auslaßkanal ausgelegt sein. Es werden also zwei Ebenen am Boden des Zwischenraums gebildet: Eine tiefliegende, im wesentlichen runde Ebene, in deren Mitte sich der Zufuhrκanal befindet, und eine höher liegende Ebene, die von der Oberseite des Kragens gebildet ist. Hierbei befindet sich der Auslaßkanal am dem Zufuhrkanal abgewandten Rand der höher liegenden Ebene des Zwischenraums. Es entstehen somit im Zwischenraum zwei Bereiche mit unterschiedlicher Höhe. Der Übergang zwischen diesen beiden Ebenen am Boden des Zwischenraums kann sprunghaft oder allmählich erfolgen, wobei das Verhältnis der Höhen dieser beiden Bereiche größer als 1:3 werden kann. Diese Ausbildungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung bewirkt nun, daß die tangential am Rand des Zwischenraums induzierten Wirbelströme in dem flacheren Bereich um den Auslaßkanal herum konzentriert sind und daher die Schmelze nur vom Auslaßkanal weggedrängt, nicht aber im gesamten Zwischenraum nach innen gedrängt wird. Dadurcn nimmt die Schmelze eine größere Fläche im Zwischenraum ein, wodurch die magnetische Kopplung mit der erregenden Spule verbessert wird und damit letztlich auch der Wirkungsgrad der gesamten Vorπcntung. Darüberhinaus wird bei einer Anordnung mit Kragen erreicht, daß im Bereich außerhalb des Kragens aufgrund der größeren Höhe des Zwischenraums der elektrische Widerstand der Schmelze sinkt, wodurch sich die zum Betrieb der Vorrichtung notwendige elektrische Leistung entscneidend reduziert. Hiermit werden ebenso Temperaturscnwankungen in der Schmelze minimiert. Ferner ermöglicht der Kragen, daß auch bei einer ersten Inbetriebnahme der Vorrichtung diese voll wirksam ist, da sich zunächst der Zwischenraum bis zur Kragenhöhe mit Schmelze füllen kann, ohne daß das Ventil tropft. Danach aber wird der Einschnüreffekt bereits voll wirksam.
Die erfindungsgemäße elektromagnetische Vorrichtung kann weiter so ausgebildet sein, daß die Mitte der Höhe der Induktionsspule etwa in der Mittel ebene des Zwischenraums oder darunter liegt. Dadurch wird eine optimale magnetische Kopplung zwischen der Spule und der Schmelze im Zwischenraum gewährleistet. Befindet sich nun die Mitte der Spule etwas unterhalb der Mittelebene des Zwischenraums, so hat das in der Schmelze induzierte Kraftfeld neben seiner radialen Ausprägung eine axiale, nach oben gerichtete Komponente, die die Gravitationskräfte der im Zwischenraum befindlichen Schmelze so kompensieren kann, daß die radial ins Innere des Zwischenraums zurückgedrängte Schmelzoberfläche in ihren Randbereichen nahezu senkrecht ausgebildet wird. Dies wirkt einer Tropfneigung der erfindungsgemäßen Vorrichtung entgegen.
Die erfindungsgemäße elektromagnetische Vorrichtung kann ferner so ausgebildet sein, daß die Düsenanordnung aus elektrisch nichtleitendem hitzebeständigem Material Desteht. Dadurch werden durch das Magnetfeld induzierte Wirbelströme in der Düse selbst ausgeschlossen, welche Leistungsverluste bezüglich der magnetischen Energie verursachen würden. Daß die Düsenanordnung aus hitzebeständigem Material besteht, versteht sich a priori.
Die erfindungsgemäße elektromagnetische Vorrichtung kann ferner so ausgebildet sein, daß die Düsenanordnung zusammen mit der Induktionsspule eine Baueinheit bildet, die über eine Flanschvorrichtung mit dem die Metallschmelze enthal- tenden Behälterauslauf ooer Behälterauslaufkanal verbindbar ist. Die kompakte Bauweise von Düsenanordnung und Induktionsspule erleichtert wesentlich die Montage der Düse ar den die Metallschmelze enthaltenden Behälterauslauf bzw. Behälterauslaufkanal. Damit läßt sich die gesamte Düse im Schadensfall leicht auswechseln, ohne daß längere Ausfallzeiten in Kauf genommen werden müssen. Die erfindungsgemäße elektromagnetische Vorrichtung kann ferner so ausgebildet sein, daß daß die Düsenanordnung von der zylindrischen Induktionsspule lösbar angeordnet ist. In dieser Ausführung läßt sich die Düsenanordnung leicht austauschen, ohne die Induktionsspule abnehmen zu müssen. Im allgemeinen kann davon ausgegangen werden, daß ein Austausch der Düsenanordnung häufiger erfolgen wird als ein Austausch der Induktionsspule, sei es, daß die Düse verstopft ist oder beispielsweise der stark mechanisch beanspruchte vorstehende Kragen an der Mündung des Auslaßkanals im Zwischenraum abgenutzt wäre.
Bei der erfindungsgemäßen elektromagnetischen Vorrichtung kann ferner vorgesehen sein, daß die Induktionsspule mit einer Leistungs-, Steuer- und Regeleinrichtung elektrisch verbunden ist, welche Mittel hat zur Erfassung des Badstandes über dem die Metallschmelze enthaltenden Behälterauslauf. Auf diese Weise läßt sich beispielsweise die der Induktionsspule zugeführte elektrische Energie in Abhängigkeit vom Schmelzbadspiegel im Schmelzgefäß DZW. im Aus lauf des Scnmelzgefäßes so regeln, daß durch den Auslaßkanal stets die gleiche Schmelzmenge hindurchfließt und damit eine genaue Dosierung der abzugießenden Schmelze möglicn wird. Schließlich kann bei der erfindungsgemäßen elektromagnetischen Vorrichtung vorgesehen sein, daß Düsenanordnung, Induktionsspule und Leistungs-, Steuer- und Regeleinrichtung sc ausgelegt sind, daß in σer Düsenanordnung erstarrtes Metall durch die Induktionsspule aufgeschmolzen werden kann. Hierdurch kann z.B. eine erkaltete Düsenanordnung mit in ihr befindlicher fester Schmelze wieder in Betriec genommen werden oder sich während oes Betriebs gebildete feste Schmelze wieder beseitigen. Im folgenden Teil der Beschreibung werden anhand von Zeichnungen verschiedene Ausführungsbeispiele der Erfindung vorgestellt. Im einzelnen zeigen
Fig. 1 ein axiales Schnittbild der erfindungsgemäßen
Vorrichtung mit einer unter einem Auslaßkanal angeordneten Gießform, Fig. 2 einen axialen Schnitt einer weiteren Ausführungsform der Erfindung, jedoch mit zwei Auslaßkanälen,
Fig. 3a-d in Aufsicht einen horizontalen Schnitt entsprechend Linie A-A in Fig. 4 mit verschiedenen Ausführungen (3a-d) des Auslaßkanals,
Fig. 4 eine vereinfachte Prinzipzeichnung der erfindungsgemäßen Düsenanordnung entsprechend Fig. 1 zur Erläuterung der Fig. 3a-d sowie Fig. 6,
Fig. 5 einen Vergießofen mit erfindungsgemäßer Düsenanordnung und einer Steuer- und RegelVorrichtung für den automatischen Gießbetrieb sowie
Fig. 6 einen Schnitt durch die Anordnung entsprechend
Fig. 3a-d bei ovaler Ausführung des Zwischenraums. Die erfindungsgemäße elektromagnetische Vorrichtung 1 zum Steuern und Regeln des Durchflusses von schmelzflüssigem Metall weist gemäß Fig. 1 eine Düsenanordnung 2 aus feuerfestem elektrisch nicht leitendem Material auf, die von einer einphasig mit einer elektrischen Stromquelle (nicht dargestellt) verbundenen Induktionsspule 3 umgeben ist. Dusenanordnung 2 und Induktionsspule 3 sind über eine Flanschvorrichtung 4 von unten her mit einem Ofenboden 5 eines die Metallschmelze enthaltenden Behälterauslaufs 6 lösbar verbunden. Um einer möglichen Wirbelstrombildung vorzubeugen , besteht di e F l anschvorri chtung 4 aus mehreren getrennten, elektrisch isolierten Elementen und der Ofenboden 5 im Bereich des Magnetfeldes der Induktionsspule 3 aus nichtmetallischem Werkstoff.
Die Düsenanordnung 2 hat einen Zufuhrkanal 7, der mit einem Behälterauslaufkanal 8 des Behälterauslaufs 6 fluchtet und in der Mitte eines Zwischenraums 9 bzw. Einschnürraums mündet. Am Rande dieses Zwischenraums 9 mündet das obere Ende eines Auslaßkanals 10, der eine untere Auslaßöffnung 11 hat. Der Auslaßkanal 10 ist an seiner Mündung in den Zwischenraum 9 von einem nach oben vorstehenden Kragen 12 umgeben, über dem eine Einmündungsöffnung 13 freibleibt.
Unterhalb der Auslaßöffnung 10 befindet sich eine Gießform 14 mit Eingußtrichter 15 und Hohlraum 16.
Die in Fig. 2 dargestellte Vorrichtung unterscheidet sich von der Ausführungsform gemäß Fig. 1 dadurch, daß hier zwei Auslaßkanäle 10' und 10'' vorhanden sind, die an entgegengesetzten Seiten in den Zwischenraum 9' münden.
In Fig. 3a-d sind unterschiedliche Ausführungsformen des Auslaßkanals 10 der Düsenanordnung 2 dargestellt, wooei Auslaßkanal 17 in Fig. 3a einen kreiswinkelausschnittförmigen, Auslaßkanal 18 in Fig. 3b einen elliptischen, Auslaßkanal 19 in Fig. 3c einen kreisringstückförrmgen und schließlich Auslaßkanal 20 in Fig. 3d einen kreisabschnittförmigen Querschnitt besitzt. Entsprechend Aufsicht A in Fig. 4 blickt man in den Bereichen zwischen den Linien a und b auf jeweilige Kragenoberseiten, in den Bereicnen zwischen b und c auf Übergange zwischen kragenooer- seiten und außerhalb der Kragenbereiche befindliche Zwischenraumböden.
Fig. 4 zeigt eine Prin∑ipdarstellung der erfindungsgemäßer, Düsenvorrichtung mit ∑usätzlich eingezeichneter Induktions spule 21. Diese Darstellung dient lediglich zur Erläuterung der Fig. 3a-d sowie Fig. 6.
In Fig. 5 ist nun ein Vergießofen 22 abgebildet, welcher über eine Druckleitung 23 mit Druckgas beaufschlagt wird, wodurch über einen Gießkanal 24 schmelzflüssiges Metall in den Behälterauslauf 6 gefördert werden kann. An dem Behälterauslauf 6 ist die elektromagnetische Vorrichtung 1 zum Steuern und Regeln des Durchflusses von schmelzflüssigem Metall gemäß der Erfindung montiert, über die in dosierten Mengen schmelzflüssiges Metall in die Gießform 14 abgegossen wird.
Der MetalIbadspiegel 25 im Behälterauslauf 6 wird über eine Schwimmeranordnung erfaßt. Die Erfassung der Schmelzbadoberfläche bzw. des Ofemnhaltes kann auch durch andere bekannte Vorrichtungen, wie Waage, Laser, Taststifte usw. durchgeführt werden. über eine an sich bekannte Leistungs-, Steuer- und Regeleinrichtung 26 kann die elektrische Leistung zur vollständigen Unterdrückung des Metallflusses oder zur Regelung einer bestimmten Durchflußmenge in Abhängigkeit vom Metallspiegel 25 berechnet werden.
Schließlich ist in Fig. 6 entsprechend den Fig. 3a-d eine weitere spezielle Ausführungsform des Auslaßkanals 27 der Düsenanordnung 2 dargestellt, bei der die Düsenanordnung 2, der Zwischenraum 9 sowie die Induktionsspule (hier nicht dargestellt) eine ovale Querschnittsform aufweisen. Der einzige Auslaßkanal 27 mündet in diesem Fall in den Teil des Zwischenraums 9 mit dem kleinsten Biegeradius.

Claims

Ansprüche
1. Elektromagnetische Vorrichtung zum Steuern und Regeln des Durchflusses von schmelzflüssigem Metall mit einer Düsenanordnung, die einen Zwischenraum aufweist, welcher über einen Zufuhrkanal mit einem Metallschmelze enthaltenden Behälterauslauf bzw. Behälterauslaufkanal verbunden ist, und einen vom Boden des Zwischenraums ausgehenden Auslaßkanal hat, wobei die Düsenanordnung von einer zylindrischen Induktionsspule umgeben ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Zufuhrkanal (7) der Düsenanordnung (2) von oben her in den zentralen Bereich des Zwischenraums (9) einmündet; daß ein oder mehrere Auslaßkanäle (10) im Randbereich des Zwischenraums (9) vorgesehen sind und daß die Induktionsspule (3) an eine einphasige Stromversorgung angeschlossen ist und ein dynamisches oder quasistationäres axiales Magnetfeld innerhalb der Düsenanordnung (2) erzeugt.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Zwischenraum (9) einen kreisförmigen, elliptischen oder ovalen Querschnitt senkrecht zum Zufuhrkanal (7) und zum Auslaßkanal (10) aufweist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Zufuhrkanal (7) bei kreisförmiger Ausbildung des Zwischenraums (9) in der Mitte des Zwischenraums (9) und bei elliptischer oder ovaler Ausbildung in der Mitte des größten darin denkbaren Kreises einmündet.
4. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Auslaßkanal bzw. die Auslaßkanäle (10) die Querschnittsfläche eines Kreises, einer Ellipse, eines Kreisausschnittes, eines Kreisabschnittes, eines Kreisringstückes oder eines Kreiswinkelausschnittes aufweist bzw. aufweisen.
5. Vorrichtung nach den Ansprüchen 2 bis 4, dadurch gekennzei chnet , daß der Ausl aßkanal ( 10 ) bei el l i ptischem und ovalem Querschnitt des Zwischenraums (9) jeweils im Bereich des kleinsten Biegeradius angeordnet ist.
6. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Auslaßkanal (10) an seiner Mündung in den Zwischenraum (9) von einem nach oben vorstehenden Kragen (12) umgeben ist. über dem eine Einmündungsöffnung (13) frei bleibt.
7. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Mitte der Höhe der Induktionsspule (3) etwa in der Mittelebene des Zwischenraums (9) oder darunter liegt.
8. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Düsenanordnung (2) aus elektrisch nichtleitendem hitzebeständigem Material besteht.
9. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Düsenanordnung (2) zusammen mit der Induktionsspule (3) eine Baueinheit bildet, die über eine Flanschvorrichtung (4) mit dem die Metallschmelze enthaltenden Behälterauslauf (6) oder Behälterauslaufkanal (8) verbindbar ist.
10. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüehe, dadurch gekennzeichnet, daß die Düsenanordnung (2) von der Induktionsspule (3) lösbar angeordnet ist.
11. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Induktionsspule (3) mit einer Leistungs-, Steuer- und Regeleinrichtung (26) elektrisch verbunden ist, welche Mittel hat zur Erfassung des Badstandes über dem die Metallschmelze enthaltenden Behälterauslauf (6).
12. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß Düsenanordnung (2), Induktionsspule (3) und Leistungs-, Steuer- und Regeleinrichtung (26) so ausgelegt sind, daß in der Düsenanordnung (2) erstarrtes Metall durch die Induktionsspule (3) aufgeschmolzen werden kann.
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