WO1999012678A1 - Vorrichtung zum elektromagnetischen rühren einer metallschmelze - Google Patents

Vorrichtung zum elektromagnetischen rühren einer metallschmelze Download PDF

Info

Publication number
WO1999012678A1
WO1999012678A1 PCT/EP1998/005522 EP9805522W WO9912678A1 WO 1999012678 A1 WO1999012678 A1 WO 1999012678A1 EP 9805522 W EP9805522 W EP 9805522W WO 9912678 A1 WO9912678 A1 WO 9912678A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
housing
longitudinal axis
coils
induction
molten metal
Prior art date
Application number
PCT/EP1998/005522
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Robert JÜRGENS
Original Assignee
Elotherm Gmbh
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Elotherm Gmbh filed Critical Elotherm Gmbh
Publication of WO1999012678A1 publication Critical patent/WO1999012678A1/de

Links

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22D—CASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
    • B22D11/00—Continuous casting of metals, i.e. casting in indefinite lengths
    • B22D11/10—Supplying or treating molten metal
    • B22D11/11—Treating the molten metal
    • B22D11/114—Treating the molten metal by using agitating or vibrating means
    • B22D11/115—Treating the molten metal by using agitating or vibrating means by using magnetic fields

Definitions

  • the invention relates to a device for electromagnetic stirring of a molten metal, in particular an aluminum alloy melt, with a housing into which the molten metal can be poured in the liquid state and which leaves the molten metal poured into the housing in the at least partially solidified state, and with a first. fed with a multi-phase current
  • Induction device which generates a first electromagnetic field traveling along the longitudinal axis of the housing.
  • Such a device is known, for example, from European patent EP 0 439 981 B1, the German translation of which has received the number DE 690 12 090 T2.
  • Thixotropic metal alloys which are in particular aluminum alloys, have a primary phase that has a globulitic structure.
  • This structure is produced by electromagnetically stirring the molten metal before it solidifies.
  • the molten metal is stirred in a housing which generally has a heat-insulated warm section in the region of its pouring opening and a cooled cold section adjoining it in the direction of its outlet opening.
  • the molten metal is liquid, while in the cold section it solidifies starting with the surfaces adjacent to the wall of the housing in such a way that the Metal as a dimensionally stable body due to the solidification of its outer skin can be removed from the housing in one continuous operation.
  • Liquid metal melt is still present inside the bolt over a certain length section, the solidification front, on which the liquid metal melt adjoins the already solidified metal, having a tulip-shaped profile on average.
  • the liquid metal is set in motion by the electromagnetic stirring of the molten metal.
  • This movement of the melt means that particles solidifying on the solidification front, so-called “dendrites", are sheared off from the solidified metal.
  • the sheared particles are transported back into the liquid area of the melt by the movement of the melt, where they partially melt again.
  • This removal of material prevents dendrites of excessively large diameter from forming on the solidification front.
  • the most uniform temperature distribution in the area of the solidification front should be achieved by exchanging the hot and cold melt in order to obtain a solidified metal which has a homogeneous, uniform structure.
  • the induction device In the known device described in EP 0 439 981 B1, the induction device generates an electromagnetic field which travels parallel to the longitudinal axis of the mold. Due to the forces acting on the molten metal due to the electromagnetic field, the molten metal is moved in a transverse movement along the longitudinal axis of the housing. Depending on the The direction of propagation of the electromagnetic field is, for example, a flow that flows in the area of the housing walls in the direction of the solidification front. This flow is deflected on the solidification front to the longitudinal axis of the housing, the desired effect of shearing off the dendrites occurring.
  • stirring devices which bring about a transverse movement of the melt
  • stirring devices are used which generate a rotational movement of the melt by means of an electromagnetic rotating field.
  • Such devices are described, for example, in German patent DE 30 06 618 C2 and German patent DE 30 06 588 C2.
  • Such a stirrer rotates the melt at a high speed around the longitudinal axis of the housing, in particular in the area adjacent to the wall surfaces of the housing, as a result of which a relatively high shear rate can be achieved on the solidification front.
  • it has been found that such a stirring process does not suffice
  • the object of the invention is to provide a device with which, with a sufficient exchange of materials, an equally sufficient homogenization of the temperature profile in a thixotropic metal melt can be achieved.
  • a device of the type mentioned at the outset which is characterized by a second induction device fed with a multiphase current, which superimposes a second electromagnetic field on the first electromagnetic field and rotates about the longitudinal axis of the housing.
  • two electromagnetic fields superimposed on one another act simultaneously on the melt poured into the housing of the device, namely one which propagates essentially axially parallel to the longitudinal axis of the housing and one which rotates about the longitudinal axis. Due to this superposition of the electromagnetic fields, an electromagnetic force acts on the melt, by means of which the melt is set in motion which follows a helical, "helicoidal" movement path. The axis around which around this trajectory, coincides essentially with the longitudinal axis of the housing. The speed of the melt is greatest at its outer edges assigned to the walls of the housing. In this way, the moving melt has such a high peripheral speed that large amounts of dendrites are sheared off in the area of the solidification front.
  • the still fluid, moving melt flows in the axial direction against the solidification front / there, as in the device described at the beginning, it is deflected and flows back, forming a cycle, in the center of the melt along the axis of the housing.
  • This deflection and backflow of the melt leads to a more uniform temperature profile in the area of the solidification front.
  • the device according to the invention not only achieves a high material exchange, but also the temperature distribution in the region of the solidification front desired for the creation of a high-quality structure.
  • a particularly preferred embodiment of the invention is characterized by at least one control device which is connected to at least one of the induction devices and by means of which the working frequency and / or the strength of the current of the relevant induction device can be varied.
  • a control device makes it possible, by an additional or alternative variation of the Working frequency and the current directly affect the flow velocity in the edge area of the stirrer housing and on the solidification front. For example, a lowering of the working frequency in the central area of the melt leads to a narrowing of the channel through which the melt flows back from the solidification front. In this way, the backflow is slowed down and, as a result, both the rate of material exchange between the cold and warm zone of the housing and the rate at which temperature exchange takes place in the area of the solidification front are reduced. Due to a change in the field amplitude associated with the change in the current, the slip, ie the wake, is between the
  • Circumferential speed of the electromagnetic field and the melt adjustable In this way, the shear forces acting on the dendrites in the area of the solidification front can be adjusted.
  • Induction device generated field can be changed directly.
  • the induction devices can also be connected together with a single control device.
  • the common control device can also be influenced by a suitable choice of working frequency and current strength in the circumferential and in the axial direction acting part of the force acting on the molten metal.
  • a practical embodiment of the invention is characterized in that the induction means comprise a plurality of coils which are assigned to the phases of a three phase supply in groups such that the coils of one group are connected in series, and in that both the phase sequence, as well as the winding direction is ⁇ successive Coils of a group alternate.
  • the first induction device comprises a plurality of coils which are wound essentially axially parallel to the longitudinal axis of the housing and are arranged at equal angular intervals around the longitudinal axis
  • the second induction device comprises an equal number of coils which are arranged around the housing in planes arranged normal to the longitudinal axis of the housing and at equal axial distances from one another.
  • FIG. 1 shows a device for stirring one of a
  • Figure 2 shows the inner housing of the device in sections in a longitudinal section.
  • Fig. 4 shows the device with the currents set in it in cross section.
  • the inventive device for stirring a molten metal M is equipped with an inner, cylindrical housing 1, which is made of non-magnetic steel.
  • the housing 1 comprises an interior 2, in which the molten metal M is filled via a filling opening 1 a which is not associated with a tundish.
  • the interior 2 is subdivided into a warm section lb adjoining the filling opening la and a cold section ld assigned to the outlet opening lc. In the area of the warm section 1b, the housing 1 has a low thermal conductivity, while cooling is provided in the cold section 1d.
  • the metal melt M initially remains flowable after it has been filled into the interior 2 and is cooled to such an extent before it emerges from the outlet opening 1c that a metal bolt B with thixotropic properties can be removed as a solid body from the device in a continuous process.
  • the solidification of the molten metal M goes from that of the housing wall le associated edge regions R of the melt M, while the metal melt M initially remains flowable in the region of its center assigned to the longitudinal axis L of the housing 1.
  • a solidification front E is thus formed in the area of the cold section 1d, which has a tulip-shaped profile in cross section.
  • annular grooves 3,4,5,6,7,8 are formed at equal distances from one another.
  • a solenoid 9, 10, 11, 12, 13, 14, which are isolated from the housing wall le by suitable means.
  • each of the electrical sheets has a central opening which is adapted to the dimensions and the cross-sectional shape of the housing 1 with the cylindrical coils 9-14 and which receives the housing 1 when the laminated core 15 is placed on the housing 1.
  • each electrical sheet is equipped with six teeth arranged at equal angular intervals, which, starting from a peripheral section, point in the direction of the opening of the electrical sheets. The teeth of the individual electrical sheets together form the teeth 16 of the sheet stack 15 facing the housing 1 in the direction of the housing 1, with each of them having a block coil 17, 18, 19, 20 extending parallel to the longitudinal axis L of the housing 1 , 21,22 is wound.
  • An outer, made of non-magnetic steel housing 23 protects the coil assemblies, the housing 1 and other devices of the device against external influences, not shown and explained here.
  • each solenoid coil 9-14, six block coils 17-22 Of the total of twelve coils (six solenoid coils 9-14, six block coils 17-22) of the device, four are combined to form a group S 17 S 2 or S 3 .
  • the group S 1, the solenoids 9 and 12 and the block coils 17 and 20, the group S 2, the solenoids 10 and 13 and the block coils 18 and 21 and the group S 3, the solenoids 11 and 14 and the block coils 19 and 22 are assigned .
  • Each group S, S 2 , S 3 is each with a phase L 1; L 2 , L 3 coupled to a three-phase supply, not shown.
  • the coils 9, 12, 17, 20 assigned to the groups S 1 , S 2 , S 3 ; 10, 13, 18, 21 and TI, 14, 19, 22 are each connected in series.
  • both the phase sequence and the winding direction of successive coils 9, 12, 17, 20; 10, 13, 18, 21 and 11, 14, 19, 22 of a group S 1 # S 2 , S 3 This results in the following coil sequence:
  • Phase L x (Z9) + (B20) +; Star point phase L 2 : (Z10) - (B21) +; Star point phase L 3 : (CLOSE) + (B22) -; Neutral point
  • each phase L lf L 2 , L 3 flows through the according to the coil sequence explained above Coils 9, 12, 17, 20; 10, 13, 18, 21 and 11, 14, 19, 22 of the group S 1 , S 2 , S 3 which is assigned to the respective phase h 1 , L 2 , L 3 .
  • a traveling field is created, the local amplitude maximum of which runs helically ("helicoidally") in the edge region R of the melt adjacent to the housing wall 2.
  • the speed v at which the traveling field reproduces is given by the equation
  • d diameter of the interior la
  • ⁇ cyl pole part of the solenoid coils
  • f working frequency
  • the force K generated by the traveling field W in the molten metal M causes a macro flow A of the molten metal M which winds helically around the longitudinal axis L of the housing 1 in the edge region R.
  • the velocity component of the macro flow A is greater than the component aligned parallel to the longitudinal axis L.
  • a volume unit M v of the molten metal M therefore follows the macro flow A several times around the longitudinal axis L until it reaches the solidification front E.
  • the macro flow A is deflected at the solidification front E so that it flows along the solidification front E. Due to the high peripheral speed, dendrites forming on the solidification front E are sheared off. In the area of the center coinciding with the longitudinal axis L of the housing 1 of the molten metal M there is then a backflow A r , which flows along the longitudinal axis L in the direction of the filling opening la. In the area of the filling opening la, the return flow A r changes again into the helical macro flow A, so that a closed circuit is formed.
  • the depth of penetration of the electromagnetic field into the molten metal M can be set by selecting a specific working frequency. At a low frequency, this depth of penetration is greater than at a high one. If, for example, a low working frequency is set, the portion of the metal melt M which moves with the macro flow A becomes larger due to the greater penetration depth. Accordingly, the cross section available for the return flow A r is reduced in the center of the molten metal M, so that the flow rate of the return flow A r decreases. This in turn has the consequence that the velocity component of the macro flow A directed in the axial direction and thus the slope of the helical path of movement of the macro flow A also decreases.
  • Velocity component of the macro flow A can be influenced by a change in the amplitude of the current, since the slip between the field wave and the macro flow A is directly influenced by a change in the current amplitude. Raising the current, for example, reduces the slip, so that increasing the current increases the peripheral speed of the macro flow A.

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum elektromagnetischen Rühen einer Metallschmelze (M), insbesondere einer Aluminium-Legierung-Schmelze, mit einem Gehäuse (1), in welches die Metallschmelze (M) im flüssigen Zustand einfüllbar ist und welches die in das Gehäuse (1) eingegossene Metallschmelze (M) im zumindest teilweise erstarrten Zustand verläßt, und mit einer ersten mit einem mehrphasigen Strom gespeisten Induktionseinrichtung, welche ein erstes entlang der Längsachse (L) des Gehäuses (1) wanderndes elektromagnetisches Feld erzeugt. Bei einer erfindungsgemäßen Vorrichtung dieser Art ist für einen ausreichenden Materialaustausch und eine ebenso ausreichende Vergleichmäßigung des Temperaturverlaufs in einer thixotropen Metallschmelze eine zweite mit einem mehrphasigen Strom gespeiste Induktionseinrichtung vorgesehen, welche dem ersten elektromagnetischen Feld ein zweites elektromagnetisches Feld überlagert, das um die Längsachse (L) des Gehäuses (1) rotiert.

Description

Vorrichtung zum elektromagnetischen Rühren einer Metallschmelze
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum elektromagnetischen Rühren einer Metallschmelze, insbesondere einer Aluminium-Legierung-Schmelze, mit einem Gehäuse, in welches die Metallschmelze im flüssigen Zustand einfüllbar ist und welches die in das Gehäuse eingegossene Metallschmelze im zumindest teilweise erstarrten Zustand verläßt, und mit einer ersten .mit einem mehrphasigen Strom gespeisten
Induktionseinrichtüng, welche ein erstes entlang der Längsachse des Gehäuses wanderndes elektromagnetisches Feld erzeugt. Eine derartige Vorrichtung ist beispielsweise aus der europäischen Patentschrift EP 0 439 981 Bl bekannt, deren deutsche Übersetzung die Nummer DE 690 12 090 T2 erhalten hat.
Thixotrope Metallegierungen, bei denen es sich insbesondere um Aluminium-Legierungen handelt, haben eine Primärphase, die eine globulitische Struktur aufweist. Diese Struktur wird hergestellt, indem die noch flüssige Metallschmelze vor dem Erstarren elektromagnetisch gerührt wird. Das Rühren der Metallschmelze erfolgt dabei in einem Gehäuse, das in der Regel im Bereich seiner Eingießöffnung einen wärmeisolierten Warmabschnitt und einen in Richtung seiner Austrittsöffnung sich daran anschließenden, gekühlten Kaltabschnitt aufweist. Im Warmabschnitt ist die Metallschmelze flüssig, während sie im Kaltabschnitt beginnend mit den an die Wandung des Gehäuses angrenzenden Flächen derart erstarrt, daß das Metall als aufgrund der Erstarrung seiner Außenhaut formstabiler Körper in einem kontinuierlich durchgeführten Arbeitsgang aus dem Gehäuse abgezogen werden kann. Im Inneren des Bolzens liegt über einen bestimmten Längenabschnitt noch flüssige Metallschmelze vor, wobei die Erstarrungsfront, an der die flüssige Metallschmelze an das schon erstarrte Metall angrenzt, im Schnitt einen tulpenförmigen Verlauf aufweist.
Durch das elektromagnetische Rühren der Metallschmelze wird das flüssige Metall in Bewegung versetzt. Diese Bewegung der Schmelze führt dazu, daß an der Erstarrungsfront im Erstarren begriffene Partikel, sog. "Dendriten", von dem erstarrten Metall abgeschert werden. Die abgescherten Partikel werden durch die Bewegung der Schmelze in den flüssigen Bereich der Schmelze zurücktransportiert, wo sie teilweise erneut aufschmelzen. Durch diesen Materialabtrag wird verhindert, daß sich an der Erstarrungsfront Dendriten von übermäßig großem Durchmesser bilden. Darüber hinaus soll durch Materialaustausch von heißer und kalter Schmelze eine möglichst gleichmäßige Temperaturverteilung im Bereich der Erstarrungsfront erreicht werden, um ein erstarrtes Metall zu erhalten, welches eine möglichst homogene, gleichförmige Struktur besitzt.
Bei der bekannten, in der EP 0 439 981 Bl beschriebenen Vorrichtung erzeugt die Induktionseinrichtung ein elektromagnetisches Feld, welches parallel zur Längsachse der Form wandert . Aufgrund der durch das elektromagnetische Feld auf die Metallschmelze einwirkenden Kräfte wird die Schmelze in einer transversalen Bewegung entlang der Längsachse des Gehäuses bewegt . In Abhängigkeit von der Fortpflanzungsrichtung des elektromagnetischen Feldes stellt sich dabei beispielsweise eine Strömung ein, die im Bereich der Gehäusewände in Richtung der Erstarrungsfront strömt . Diese Strömung wird an der Erstarrungsfront zur Längsachse des Gehäuses umgelenkt, wobei der gewünschte Effekt des Abscherens der Dendriten eintritt . Die so umgelenkte Strömung strömt im zentralen Kernbereich der Schmelze entlang der Längsachse des Gehäuses in Richtung der Gehäuse-Eingießöffnung zurück, und zwar entgegengesetzt zu der Strömung im Bereich der Gehäusewände. Auf diese Weise entsteht ein Kreislauf, der dazu führt, daß immer wieder an der Erstarrungsfront abgeschertes Material zurück in den wärmeren Bereich des Gehäuses transportiert und dort aufgeschmolzen wird.
In der Praxis hat 'sich gezeigt, daß mit der voranstehend beschriebenen Rührmethode zwar eine Vergleichmäßigung des Temperaturverlaufs im Bereich der Erstarrungsfront erreicht wird, daß aber die Strömungsgeschwindigkeit der Schmelze nicht ausreicht, um Dendriten mit sehr kleinem Durchmesser abzuscheren. Dies ist selbst dann der Fall, wenn, wie in der europäischen Patentschrift EP 0 351 327 Bl vorgeschlagen, die Zeit, innerhalb der ein Übergang von der heißen Zone zur kalten Zone des Gehäuses stattfindet, auf < 1 Sekunde beschränkt wird.
Alternativ zu den voranstehend erläuterten, eine transversale Bewegung der Schmelze bewirkenden Rührvorrichtungen werden Vorrichtungen zum Rühren eingesetzt, die eine Rotationsbewegung der Schmelze durch ein elektromagnetisches Drehfeld erzeugen. Derartige Vorrichtungen sind beispielsweise in der deutschen Patentschrift DE 30 06 618 C2 und der deutschen Patentschrift DE 30 06 588 C2 beschrieben. Beim Einsatz eines derartigen Rührers rotiert die Schmelze insbesondere in den an die Wandflächen des Gehäuses angrenzenden Bereich mit einer hohen Geschwindigkeit um die Längsachse des Gehäuses, wodurch eine relativ hohe Abscherrate an der Erstarrungsfront erzielt werden kann. Es ist jedoch festgestellt worden, daß sich bei einem derartigen Rührvorgang keine ausreichende
Vergleichmäßigung der Kornverteilung über den Querschnitt einstellt, um die geforderten hohen Qualitäten des erstarrten Metallwerkstoffs sicher zu erreichen.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Vorrichtung zu schaffen, mit der sich bei einem ausreichenden Materialaustausch eine ebenso ausreichende Vergleichmäßigung des Temperaturverlaufs in einer thixotropen Metallschmelze bewerkstelligen läßt.
Diese Aufgabe wird durch eine Vorrichtung der eingangs genannten Art gelöst, welche durch eine zweite mit einem mehrphasigen Strom gespeiste Induktionseinrichtung gekennzeichnet ist, die dem ersten elektromagnetischen Feld ein zweites elektromagnetisches Feld überlagert, das um die Längsachse des Gehäuses rotiert.
Erfindungsgemäß wirken zwei einander überlagerte elektromagnetische Felder gleichzeitig auf die in das Gehäuse der Vorrichtung eingefüllte Schmelze ein, und zwar eines, welches sich im wesentlichen achsparallel zur Längsachse des Gehäuses fortpflanzt und eines, welches um die Längsachse rotiert. Aufgrund dieser Überlagerung der elektromagnetischen Felder wirkt auf die Schmelze eine elektromagnetische Kraft ein, durch welche die Schmelze in eine Bewegung versetzt wird, die einer wendeiförmigen, "helikoidalen" Bewegungsbahn folgt. Die Achse, um die herum diese Bewegungsbahn sich windet, fällt im wesentlichen mit der Längsachse des Gehäuses zusammen. Dabei ist die Geschwindigkeit der Schmelze an ihren äußeren, den Wänden des Gehäuses zugeordneten Rändern am größten. Auf diese Weise hat die bewegte Schmelze eine so hohe Umfangsgeschwindigkeit, daß im Bereich der Erstrarrungsfront in großen Mengen sich dort bildende Dendriten abgeschert werden.
Da die der Schmelze aufgezwungene Bewegung jedoch nicht nur auf eine Rotationsbewegung beschränkt ist, sondern gleichzeitig auch eine transversale Bewegungskomponente vorhanden ist, strömt die noch flüssige, bewegte Schmelze in achsialer Richtung gegen die Erstarrungsfront/ Dort wird sie, wie bei der eingangs beschriebenen Vorrichtung, umgelenkt und strömt, einen Kreislauf ausbildend, im Zentrum der Schmelze längs der Achse des Gehäuses zurück. Dieses Umlenken und Rückströmen der Schmelze führt zu einer Vergleichmäßigung des Temperaturverlaufs im Bereich der Erstarrungsfront . Auf diese Weise wird mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung nicht nur ein hoher Materialaustausch, sondern auch die für das Entstehen eines hochwertigen Gefüges gewünschte Temperaturverteilung im Bereich der Erstarrungsfront erreicht .
Eine besonders bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung ist durch mindestens eine Steuereinrichtung gekennzeichnet, welche mit mindestens einer der Induktionseinrichtungen verbunden ist und mittels derer die Arbeitsfrequenz und/oder die Stärke des Stroms der betreffenden Induktionseinrichtung variierbar ist. Eine solche Steuereinrichtung ermöglicht es, durch eine ergänzend oder alternativ durchgeführte Variation der Arbeitsfrequenz und des Stroms die Strömungsgeschwindigkeit im Randbereich des Rührergehäuses und an der Erstarrungsfront direkt zu beeinflussen. So führt beispielsweise ein Absenken der Arbeitsfrequenz im Zentrumsbereich der Schmelze zu einer Verengung des Kanals, über den die Schmelze von der Erstarrungsfront zurückströmt. Auf diese Weise wird der Rückstrom abgebremst und damit einhergehend sowohl die Geschwindigkeit des Materialaustauschs zwischen der kalten und warmen Zone des Gehäuses als auch die Geschwindigkeit vermindert, mit der ein Temperaturaustausch im Bereich der Erstarrungsfront stattfindet. Durch eine mit der Veränderung des Stromes einhergehenden Veränderung der Feldamplitude ist der Schlupf, d.h. der Nachlauf, zwischen der
Umfangsgeschwindigkeit des elektromagnetischen Feldes und der Schmelze einstellbar. Auf diese Weise lassen sich die auf die Dendriten im Bereich der Erstarrungsfront einwirkenden Scherkräfte einstellen.
Grundsätzlich ist es möglich, jeder Induktionseinrichtung jeweils eine Steuereinrichtung zuzuordnen. Dies ermöglicht die unabhängige Steuerung von Strom und Frequenz jeder Induktionseinrichtung, so daß die Charakteristik des von der jeweiligen
Induktionseinrichtung erzeugten Feldes direkt verändert werden kann.
Alternativ und bevorzugter Weise können die Induktionseinrichtungen jedoch auch gemeinsam mit einer einzigen Steuereinrichtung verbunden sein. Bei einer derartigen Verkopplung der Induktionseinrichtungen ist auf einfache und kostengünstige Weise sichergestellt, daß die Einstellungen von beispielsweise Frequenz und Strom beider Induktionseinrichtungen stets in der im Hinblick auf die gewünschte Bewegung der Schmelze günstigsten Weise aufeinander abgestimmt sind. Über die gemeinsame Steuereinrichtung kann ebenfalls durch eine geeignete Wahl von Arbeitsfrequenz und Stromstärke der in Umfangsund der in Achsrichtung wirkende Teil der auf die Metallschmelze einwirkenden Kraft beeinflußt werden.
Eine praxisgerechte Ausgestaltung der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß die Induktionseinrichtungen eine Mehrzahl von Spulen aufweisen, welche in Gruppen den Phasen einer Drehstromversorgung zugeordnet sind, daß die Spulen einer Gruppe in Reihe geschaltet sind, und daß sowohl die Phasenfolge als auch der Wickelsinn dar¬ aufeinanderfolgenden Spulen einer Gruppe alterniert.
Im Hinblick auf eine einfache Herstellbarkeit ist es günstig, wenn die erste Induktionseinrichtung eine Mehrzahl von im wesentlichen achsparallel zu der Längsachse des Gehäuses gewickelten und in gleichen Winkelabständen um die Längsachse verteilt angeordneten Spulen umfaßt und wenn die zweite Induktionseinrichtung eine gleiche Anzahl von Spulen umfaßt, die in normal zur Längsachse des Gehäuses angeordneten und in gleichen achsialen Abständen voneinander beabstandeten Ebenen um das Gehäuse gewickelt sind.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand einer ein Ausführungsbeispiel darstellenden Zeichnung näher erläutert. Es zeigen in schematischer Ansicht: Fig. 1 eine Vorrichtung zum Rühren einer aus einer
Aluminium-Legierung bestehenden Metallschmelze im Querschnitt ;
Fig. 2 das innere Gehäuse der Vorrichtung ausschnittsweise in einem Längsschnitt;
Fig. 3 die Verschaltung der in der Vorrichtung eingesetzten Spulen;
Fig. 4 die Vorrichtung mit den sich in ihr einstellenden Strömungen im Querschnitt .
Die erfindungsgemäße Vorrichtung zum Rühren einer Metallschmelze M ist mit einem inneren, zylinderförmigen Gehäuse 1 ausgestattet, welches aus unmagnetischem Stahl hergestellt ist. Das Gehäuse 1 umfaßt einen Innenraum 2, in welchen die Metallschmelze M über eine einem nicht gezeigten Tundish zugeordnete Einfüllöffnung la eingefüllt wird. Der Innenraum 2 ist in einen sich an die Einfüllöffnung la anschließenden Warmabschnitt lb und einen der Austrittsöffnung lc zugeordneten Kaltabschnitt ld unterteilt. Im Bereich des Warmabschnitts lb weist das Gehäuse 1 eine geringe Wärmeleitfähigkeit auf, während im Kaltabschnitt ld eine Kühlung vorgesehen ist. Auf diese Weise bleibt die Metallschmelze M nach ihrem Einfüllen in den Innenraum 2 zunächst fließfähig und wird vor ihrem Austritt aus der Austrittsöffnung lc so weit abgekühlt, daß ein Metallbolzen B mit thixotropen Eigenschaften als fester Körper in einem kontinuierlichen Vorgang aus der Vorrichtung abgezogen werden kann. Dabei geht das Erstarren der Metallschmelze M von den der Gehäusewand le zugeordneten Randbereichen R der Schmelze M aus, während die Metallschmelze M im Bereich ihres der Längsachse L des Gehäuses 1 zugeordneten Zentrums zunächst fließfähig bleibt. Es bildet sich so im Bereich des Kaltabschnitts ld eine Erstarrungsfront E, die einen im Querschnitt tulpenförmigen Verlauf aufweist.
Auf der Außenseite der Gehäusewand le sind in gleichen Abständen zueinander beabstandet sechs Ringnuten 3,4,5,6,7,8 eingeformt. In jeder der Ringnuten 3-8 liegt jeweils eine Zylinderspule 9,10,11,12,13,14 ein, welche gegenüber der Gehäusewand le durch geeignete Mittel isoliert sind.
Auf das Gehäuse 1 aufgesetzt ist ein Blechpaket 15, welches aus einer Vielzahl von miteinander verklebten, im einzelnen nicht dargestellten Elektroblechen gebildet ist. Jedes der Elektrobleche weist hierzu eine zentrale, den Abmessungen und der Querschnittsform des Gehäuses 1 mit den Zylinderspulen 9-14 angepaßte Öffnung auf, welche bei auf das Gehäuse 1 aufgesetztem Blechpaket 15 das Gehäuse 1 aufnimmt. Zusätzlich ist jedes Elektroblech mit sechs in gleichen Winkelabständen angeordneten Zähnen ausgestattet, welche ausgehend von einem Umfangsabschnitt in Richtung der Öffnung der Elektrobleche weisen. Die Zähne der einzelnen Elektrobleche bilden gemeinsam die bei auf das Gehäuse 1 aufgesetztem Blechpaket 15 in Richtung des Gehäuses 1 weisenden Zähne 16 des Blechpakets 15, auf denen jeweils eine sich achsparallel zur Längsachse L des Gehäuses 1 sich erstreckende Blockspule 17,18,19,20,21,22 gewickelt ist.
Ein äußeres, aus unmagnetischem Stahl gefertigtes Gehäuse 23 schützt die Spulenanordnungen, das Gehäuse 1 und die sonstigen, hier nicht gezeigten und erläuterten Einrichtungen der Vorrichtung gegen äußere Einflüsse.
Von den insgesamt zwölf Spulen (sechs Zylinderspulen 9- 14, sechs Blockspulen 17-22) der Vorrichtung sind jeweils vier zu einer Gruppe S17 S2 bzw. S3 zusammengefaßt. So sind der Gruppe S1 die Zylinderspulen 9 und 12 und die Blockspulen 17 und 20, der Gruppe S2 die Zylinderspulen 10 und 13 und die Blockspulen 18 und 21 und der Gruppe S3 die Zylinderspulen 11 und 14 und die Blockspulen 19 und 22 zugeordnet. Jede Gruppe S , S2, S3 ist mit jeweils einer Phase L1; L2, L3 einer weiter nicht dargestellten Drehstromversorgung verkoppelt .
Die den Gruppen Slf, S2, S3 zugeordneten Spulen 9,12,17,20; 10,13,18,21 bzw. TI, 14, 19, 22 sind jeweils in Reihe geschaltet. Um ein gleichförmiges Drehfeld erzeugen zu können, alternieren sowohl die Phasenfolge als auch der Wickelsinn aufeinander folgender Spulen 9,12,17,20; 10,13,18,21 bzw. 11,14,19,22 einer Gruppe S1# S2, S3. Es ergibt sich somit folgende Spulenfolge:
Phase Lx : ( Z9) + (B20)+; Sternpunkt Phase L2 : (Z10) - (B21)+; Sternpunkt Phase L3 : (ZU) +
Figure imgf000012_0001
(B22)-; Sternpunkt
wobei mit Z9-Z14 die Zylinderspulen 9-14, mit B17-B22 die Blockspulen 17 bis 22, mit + der äußere und mit - der innere Anschluß des jeweiligen Wickels der Spulen 9- 14,17-22 bezeichnet sind. Eine Feldrichtungsumkehr erfolgt durch Vertauschen der Phasen Lλ und L3.
Der elektrische Strom jeder Phase Llf L2, L3 durchfließt entsprechend der voranstehend erläuterten Spulenfolge die Spulen 9,12,17,20; 10,13,18,21 bzw. 11,14,19,22 derjenigen Gruppe S1 , S2, S3, die der jeweiligen Phase h1 , L2, L3 zugeordnet ist. Durch die Überlagerung der elektromagnetischen Felder aller Spulen 9-14; 17-22 entsteht dabei ein Wanderfeld, dessen örtliches Amplitudenmaximum in dem an die Gehäusewand 2 angrenzenden Randbereich R der Schmelze wendeiförmig ( "helikoidal") verläuft. Die Geschwindigkeit v, mit der sich das Wanderfeld fortpflanzt, ergibt sich aus der Gleichung
v = ö2 •d2+ δyl
mit d = Durchmesser des Innenraums la; τzyl = Polteiluμg der Zylinderspulen; f = Arbeitsfrequenz.
Die von dem Wanderfeld W in der Metallschmelze M erzeugte Kraft K bewirkt eine Makroströmung A der Metallschmelze M, die sich im Randbereich R wendeiförmig um die Längsachse L des Gehäuses 1 windet . Die in Umfangsrichtung des Gehäuses 1 gerichtete
Geschwindigkeitskomponente der Makroströmung A ist größer als die achsparallel zur Längsachse L ausgerichtete Komponente. Eine Volumeneinheit Mv der Metallschmelze M läuft daher der Makroströmung A folgend mehrfach um die Längsachse L, bis sie die Erstarrungsfront E erreicht.
An der Erstarrungsfront E wird die Makroströmung A umgelenkt, so daß sie entlang der Erstarrungsfront E strömt . Dabei werden aufgrund der hohen Umfangsgeschwindigkeit sich an der Erstarrungsfront E bildende Dendrite abgeschert . Im Bereich des mit der Längsachse L des Gehäuses 1 zusammenfallenden Zentrums der Metallschmelze M kommt es dann zu einer Rückströmung Ar, welche entlang der Längsachse L in Richtung der Einfüllöffnung la strömt. Im Bereich der Einfüllöffnung la geht die Rückströmung Ar wieder in die wendeiförmige Makroströmung A über, so daß ein geschlossener Kreislauf gebildet ist.
Durch die Wahl einer bestimmten Arbeitsfrequenz kann die Eindringtiefe des elektromagnetischen Feldes in die Metallschmelze M eingestellt werden. Bei einer niedrigen Frequenz ist diese Eindringtiefe größer als bei einer hohen. Wird beispielsweise eine niedrige Arbeitsfrequenz eingestellt, so wird aufgrund der größeren Eindringtiefe der mit der Makroströmung A bewegte Anteil der Metallschmelze M größer. Dementsprechend ist der für die Rückströmung Ar zur Verfügung stehende Querschnitt im Zentrum der Metallschmelze M verringert, so daß die Fließgeschwindigkeit der Rückströmung Ar abnimmt. Dies wiederum hat zur Folge, daß auch die in Achsrichtung gerichtete Geschwindigkeitskomponente der Makroströmung A und damit die Steigung der wendeiförmigen Bewegungsbahn der Makroströmung A abnimmt .
Die in Umfangsrichtung gerichtete
Geschwindigkeitskomponente der Makroströmung A kann durch eine Veränderung der Amplitude des Stroms beeinflußt werden, da durch eine Veränderung der Stromamplitude der Schlupf zwischen der Feldwelle und der Makroströmung A direkt beeinflußt wird. Ein Anheben des Stromes verringert beispielsweise den Schlupf, so daß durch eine Erhöhung des Stromes eine Erhöhung der Umfangsgeschwindigkeit der Makroströmung A erreicht wird.

Claims

P A T E N T A N S P R Ü C H E
Vorrichtung zum elektromagnetischen Rühren einer Metallschmelze (M) , insbesondere einer Aluminium- Legierung-Schmelze, mit einem Gehäuse (1) , in welches die Metallschmelze (M) im flüssigen Zustand einfüllbar ist und welches die in das Gehäuse (1) eingegossene Metallschmelze (M) im zumindest teilweise erstarrten Zustand verläßt, und mit einer ersten mit einem mehrphasigen Strom gespeisten Induktionseinrichtung, welche ein erstes entlang der Längsachse (L) des Gehäuses (1) wanderndes elektromagnetisches Feld erzeugt, g e k e n n z e i c h n e t d u r c h eine zweite mit einem mehrphasigen Strom gespeiste Induktionseinrichtung, welche dem ersten elektromagnetischen Feld ein zweites elektromagnetisches Feld überlagert, das um die Längsachse (L) des Gehäuses (1) rotiert.
Vorrichtung nach Anspruch 1, g e k e n n z e i c h n e t d u r c h mindestens eine Steuereinrichtung, welche mit mindestens einer der Induktionseinrichtungen verbunden ist und mittels derer die Arbeitsfrequenz und/oder die Stärke des Stroms der betreffenden Induktionseinrichtung variierbar ist. Vorrichtung nach Anspruch 2 , d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, d a ß jeder Induktionseinrichtung jeweils eine Steuereinrichtung zugeordnet ist.
4. Vorrichtung nach Anspruch 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, d a ß die Induktionseinrichtungen gemeinsam mit einer einzigen Steuereinrichtung verbunden sind.
Vorrichtung nach einem der voranstehenden Ansprüche, d a d u r c h ' g e k e n n z e i c h n e t,
daß die Induktionseinrichtungen eine Mehrzahl von Spulen (9, 10 , 11, 12 , 13 , 14 ; 17 , 18 , 19, 20 , 21 , 22) aufweisen, welche in Gruppen (S1,S2,S3) den Phasen (L1,L2,L3) einer Drehstromversorgung zugeordnet sind,
daß die Spulen (9-14; 17-22) jeweils einer Gruppe (S1,S2,S3) in Reihe geschaltet sind, und
daß sowohl die Phasenfolge als auch der Wickelsinn der aufeinanderfolgenden Spulen (9-14 ; 17-22) einer Gruppe (S1,S2,S3) alterniert. Vorrichtung nach einem der voranstehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t,
daß die erste Induktionseinrichtung eine Mehrzahl von im wesentlichen achsparallel zu der Längsachse des Gehäuses (1) gewickelten und in gleichen Winkelabständen um die Längsachse verteilt angeordneten Spulen (9-14) umfaßt und
daß die zweite Induktionseinrichtung eine Mehrzahl von Spulen (17-22) umfaßt, die in normal zur Längsachse (L) des Gehäuses (1) angeordneten und in gleichen achsialen Abständen voneinander beabstandeten Ebenen um das Gehäuse (1) gewickelt sind.
PCT/EP1998/005522 1997-09-05 1998-09-01 Vorrichtung zum elektromagnetischen rühren einer metallschmelze WO1999012678A1 (de)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE19738821.3 1997-09-05
DE1997138821 DE19738821A1 (de) 1997-09-05 1997-09-05 Vorrichtung zum elektromagnetischen Rühren einer Metallschmelze

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO1999012678A1 true WO1999012678A1 (de) 1999-03-18

Family

ID=7841281

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/EP1998/005522 WO1999012678A1 (de) 1997-09-05 1998-09-01 Vorrichtung zum elektromagnetischen rühren einer metallschmelze

Country Status (2)

Country Link
DE (1) DE19738821A1 (de)
WO (1) WO1999012678A1 (de)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2004058433A2 (en) * 2002-12-16 2004-07-15 Dardik Irving I Systems and methods of electromagnetic influence on electroconducting continuum
CN100421838C (zh) * 2002-12-16 2008-10-01 欧文·I·达迪克 控制类铁金属和有色金属锭和铸锭的晶体结构的方法

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6402367B1 (en) * 2000-06-01 2002-06-11 Aemp Corporation Method and apparatus for magnetically stirring a thixotropic metal slurry

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4321958A (en) * 1979-01-30 1982-03-30 Cem Compagnie Electro-Mecanique Electromagnetic inductor for generating a helical field
DE3128056A1 (de) * 1981-07-16 1983-02-03 Mannesmann AG, 4000 Düsseldorf Verfahren zur foerderung der keimbildung beim abkuehlen metallischer schmelzen, insbesondere von stahlschmelzen
US4877079A (en) * 1987-10-09 1989-10-31 Westinghouse Electric Corp. Counterflow electromagnetic stirring method and apparatus for continuous casting
DE19533577C1 (de) * 1995-08-29 1996-10-24 Mannesmann Ag Elektromagnetische Einrichtung für eine Stranggießkokille

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE1803473A1 (de) * 1968-10-17 1970-05-21 Demag Ag Verfahren und Einrichtung zum Metall-,insbesondere Stahl-Stranggiessen
SE8001285L (sv) * 1979-02-26 1980-08-27 Itt Anordning for framstellning av tixotropa metalluppslamningar
SE8001284L (sv) * 1979-02-26 1980-08-27 Itt Sett och anordning for att framstella tixotropa metalluppslamningar
FR2656552B1 (fr) * 1990-01-04 1995-01-13 Pechiney Aluminium Procede de fabrication de produits metalliques thixotropes par coulee continue avec brassage electromagnetique en courant polyphase.
DE19542211B4 (de) * 1995-11-13 2005-09-01 Sms Demag Ag Elektromagnetische Rühreinrichtung für eine Brammenstranggießkokille

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4321958A (en) * 1979-01-30 1982-03-30 Cem Compagnie Electro-Mecanique Electromagnetic inductor for generating a helical field
DE3128056A1 (de) * 1981-07-16 1983-02-03 Mannesmann AG, 4000 Düsseldorf Verfahren zur foerderung der keimbildung beim abkuehlen metallischer schmelzen, insbesondere von stahlschmelzen
US4877079A (en) * 1987-10-09 1989-10-31 Westinghouse Electric Corp. Counterflow electromagnetic stirring method and apparatus for continuous casting
DE19533577C1 (de) * 1995-08-29 1996-10-24 Mannesmann Ag Elektromagnetische Einrichtung für eine Stranggießkokille

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2004058433A2 (en) * 2002-12-16 2004-07-15 Dardik Irving I Systems and methods of electromagnetic influence on electroconducting continuum
WO2004058433A3 (en) * 2002-12-16 2005-05-19 Irving I Dardik Systems and methods of electromagnetic influence on electroconducting continuum
US7350559B2 (en) 2002-12-16 2008-04-01 Energetics Technologies, Llc Systems and methods of electromagnetic influence on electroconducting continuum
US7381238B2 (en) 2002-12-16 2008-06-03 Energetics Technologies, L.L.C. System and method of electromagnetic influence on electroconducting continuum
CN100421838C (zh) * 2002-12-16 2008-10-01 欧文·I·达迪克 控制类铁金属和有色金属锭和铸锭的晶体结构的方法
US7449143B2 (en) 2002-12-16 2008-11-11 Energetics Technologies, L.L.C. Systems and methods of electromagnetic influence on electroconducting continuum
US7675959B2 (en) 2002-12-16 2010-03-09 Energetics Technologies, Llc Systems and methods of electromagnetic influence on electroconducting continuum

Also Published As

Publication number Publication date
DE19738821A1 (de) 1999-03-11

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE60111943T2 (de) Vorrichtung zum magnetischen rühren einer thixotropen metallschmelze
CH665369A5 (de) Verfahren zur regelung des durchflusses einer metallschmelze beim stranggiessen, und eine vorrichtung zur durchfuehrung des verfahrens.
DE1296747B (de) Vorrichtung zur Zufuhr einer metallischen Schmelze aus einem Vorratsbehaelter
DE2731238A1 (de) Verfahren und vorrichtung zum kontinuierlichen vergiessen insbesondere von stahl unter einwirkung eines magnetischen wanderfeldes
DE2726623A1 (de) Elektromagnetische einrichtung zur rotation einer metallschmelze
WO2007093213A1 (de) Verfahren zum induktiven erwärmen eines werkstücks
DE2803503C2 (de) Zwei- oder mehrphasiger Umrührer
DE2548798C3 (de) Magnetische Antriebsvorrichtung für die berührungslose Übertragung eines Drehmomentes bzw. einer in ihrer Richtung wechselnden Längskraft durch eine gas- und flüssigkeitsdichte Trennwand hindurch
DE3022682A1 (de) Verfahren zur herstellung eines die feste phase und die fluessige phase einer metallegierung enthaltenden gemisches, und vorrichtung zur durchfuehrung dieses verfahrens
DE3049353C2 (de) Verfahren zum Stranggießen und Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens
DE3122155C2 (de)
DE3530231C2 (de)
WO1999012678A1 (de) Vorrichtung zum elektromagnetischen rühren einer metallschmelze
EP0028761B1 (de) Verfahren zum Umrühren beim Stranggiessen
DE3807347C2 (de)
EP1427553B1 (de) Verfahren sowie eine vorrichtung zur herstellung eines metallbandes an einer rollen-bandgiessmaschine
DE60100707T2 (de) Vorrichtung zur beschickung von flüssigem metall in eine stranggusskokille und verfahren zu deren verwendung
EP3433038B1 (de) Einen metallstrang partiell umgreifende rührspule
DE2911842A1 (de) Verfahren zum umruehren beim stranggiessen
DE2115208A1 (de) Verfahren zum Herstellen von Strangguß aus Stahl und anderen Metallen und Vornch tung zur Ausübung des Verfahrens
EP0008376B2 (de) Verfahren zum Stranggiessen von Metall in eine Kokille und Einwirkung eines elektromagnetischen Feldes
DE4140723A1 (de) Fuer einen schmelztiegel mit keramikfreiem auslass zum ableiten eines schmelzstrahles bestimmte spule
DE2143866A1 (de) Verfahren zur Herstellung eines D auerm agnet Werkstoffes
WO2005042186A1 (de) Vorrichtung und verfahren zum elektromagnetischen rühren oder bremsen von metallguss, insbesondere stahlstrangguss
DE2731239A1 (de) Verfahren zum kontinuierlichen vergiessen insbesondere von stahl unter einwirkung eines magnetischen wanderfeldes

Legal Events

Date Code Title Description
AK Designated states

Kind code of ref document: A1

Designated state(s): BR CA JP US

AL Designated countries for regional patents

Kind code of ref document: A1

Designated state(s): AT BE CH CY DE DK ES FI FR GB GR IE IT LU MC NL PT SE

121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application
DFPE Request for preliminary examination filed prior to expiration of 19th month from priority date (pct application filed before 20040101)
WA Withdrawal of international application
NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: CA