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Technisches Gebiet
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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum kontinuierlichen
oder semikontinuierlichen Gießen
von Metall, die eine Form mit einer Anzahl von Formelementen, welche
zusammen eine Gießform
bilden, die angepasst ist ein flüssiges
Metall aufzunehmen, umfasst, eine Formstützstruktur, welche die Form
umgibt und sie mechanisch stützt, und
eine Induktionsspule, welche nahe an der Form angeordnet ist, um
den Kontaktdruck bzw. Anpressdruck zwischen der Schmelze und der
Form zu verringern. Die Vorrichtung wird vorteilhaft bei einem kontinuierlichen
Gießen
von Metall oder von Metalllegierungen verwendet, um ein längliches
Gussstück, einen
sogenannten Gussstrang bzw. Formgussstrang zu bilden.
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Stand der Technik
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Beim
kontinuierlichen oder semikontinuierlichen Gießen von Metallen und Metalllegierungen wird
eine heiße
Schmelze einer gekühlten
Form zugeführt,
die für
ein kontinuierliches Gießen
bestimmt ist, das heißt
eine Form, die an beiden Enden in der Gießrichtung offen ist. Die Form
wird normalerweise mit Wasser gekühlt und von einer Stützstruktur
umgeben und gestützt.
Die Stützstruktur
umfasst üblicherweise
Stützträger oder
Stützplatten,
die mit inneren Öffnungen
oder Kanälen
für ein
Kühlmittel,
wie Wasser, bereitgestellt sind. Die Schmelze wird der Form zugeführt, wodurch
das Metall erstarrt bzw. fest wird und ein Gussstrang gebildet wird,
wenn es durch eine Gießform
tritt. Tritt der Gussstrang aus der Form aus, umfasst er eine erstarrte,
selbst-stützende
Hülle um
eine verbleibende Schmelze.
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Um
zu verhindern, dass der Gussstrang an die Wandung der Form anhaftet,
wird der Form einer oszillierenden Bewegung erteilt. Um weiter zu
verhindern, dass sich die erstarrte, selbst-stützende Hülle an die Wandung der Form
anhaftet, wird der oberen Oberfläche
der Schmelze in der Form üblicherweise ein
Schmierstoff zugeführt.
Durch die Oszillationen entstehen auf der Oberfläche des Gussstrangs sogenannte
Oszillations-Markierungen. Sollte sich die erstarrte Oberflächenschicht
an die Form anhaften, äußert sich
dies in beachtlichen Oberflächenmängeln und
in bestimmten Fällen
als ein Aufreißen
der erstarrten Oberflächenschicht.
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Ein
bekannter Weg, um das Auftreten von Oszillationsmarkierungen auf
dem Gussstrang zu verhindern besteht darin, elektromagnetisches
Gießen
(electromagnetic casting) zu verwenden. Bei einem elektromagnetischen
Gießen
erzeugt ein Wechselstromfeld Kräfte,
die wirken um die Schmelze und die Form zu trennen, und um somit
den Kontaktdruck zwischen der Schmelze und der Form zu verringern. Aufgrund
dieser trennenden Kräfte
wird das Risiko eines Haften und das Risiko von Oszillationsmarkierungen
verringert. Ferner werden verbesserte Bedingungen zum Schmieren
der Form geleistet. Auf diese Weise kann die Oberflächenfeinheit
des fertigen Gussstücks
verbessert werden.
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Das
Wechselstromfeld, das bei einem elektromagnetischen Gießen benötigt wird,
wird von einer Spule erhalten, die an dem oberen Ende der Form angeordnet
ist. Diese Spule kann eine oder mehrere Phasen aufweisen. Vorzugsweise
wird ein hochfrequentes, magnetisches Wechselfeld angewendet. Üblicherweise
wird die induktive Spule mit einem Wechselstrom mit einer Grundfrequenz
von 50 Hz oder mehr gespeist. Für
Brammen (slabs) liegt die Frequenz vorzugsweise in dem Intervall
von 50-1000 Hz, wobei jedoch höhere
Frequenzen möglich
sind. Die durch das hochfrequente Magnetfeld erzeugten Druckkräfte verringern
den Druck zwischen der Formwandung und der Schmelze, wodurch die
Bedingungen zum Schmieren beachtlich verbessert werden. Die Oberflächenqualität des Gussstrangs wird
verbessert und die Gießgeschwindigkeit
kann erhöht
werden, ohne die Oberflächenqualität zu gefährden. Ein
Nachteil, der im Zusammenhang mit elektromagnetischem Gießen aufgetreten
ist, ist, dass die induzierten bzw. hervorgerufenen Leistungsverluste
sehr groß werden.
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Eine
typische Form zum Gießen
von großen Gussstücken umfasst
vier aus Kupfer oder einer Kupferlegierung hergestellte Platten,
die zusammen eine Gießform
bilden. Diese Platten werden durch eine Stützstruktur von Platten und/oder
Balken bzw. Trägern
gestützt.
Um die induktiven Leistungsverluste zu verringern, ist es bekannt
in dieser Stützstruktur nicht
rostenden Stahl zu verwenden, wobei die Leistungsverluste jedoch
noch signifikant sind.
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Das
schwedische Patentdokument Nr. 512691 offenbart
eine Vorrichtung zum Gießen
von Metall, bei der die in den Stützbalken und Stützplatten
der Form induzierte Leistung verringert ist, was wiederum dazu führt, dass
die gesamten induzierten Leistungsverluste verringert werden. Die
offenbarte Vorrichtung umfasst eine Form, eine an dem oberen Ende
der Form angeordnete Induktionsspule und eine die Form mechanisch
stützende
Formstützstruktur.
Die Form umfasst eine Anzahl von Formelementen, die mittels Unterteilungen
getrennt sind, wobei jede eine elektrisch isolierende Barriere umfasst.
Jedes Formelement ist mit einer entsprechenden mechanischen Stützform assoziiert,
die Strukturteile und einen elektrischen Leiter mit einer elektrischen
Leitfahigkeit stützt,
die größer ist
als die elektrische Leitfähigkeit
der Stützstruktur.
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Der
elektrische Leiter ist nahe an dem Formstützstrukturteil auf der Seite
des Formstützstrukturteils
angeordnet, die von der Form weg weist. Die Barrieren in den Unterteilungen
durchbrechen die Stromwege für
die elektrischen Ströme,
die durch das Magnetfeld in der Form induziert werden, wodurch das
Eindringen der Schmelze durch das Magnetfeld unterstützt wird
und die Induktionsleistungsverluste in der Form minimiert werden.
Der elektrische Leiter stellt eine(n) vorteilhafte(n) Rückleitung bzw. – weg für den Strom
bereit, der durch das hochfrequente Magnetfeld induziert wird, so
dass die induzierten Leistungsverluste in der Stützstruktur minimiert werden.
Anerkanntermaßen
verringert diese Formanordnung die induzierten Leistungsverluste, jedoch
sind die induzierten Leistungsverluste noch zu hoch.
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Zusammenfassung der Erfindung
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Die
Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Vorrichtung
zum kontinuierlichen oder semikontinuierlichen Gießen von
Metall bereitzustellen, die durch Verwendung von elektromagnetischem
Gießen
die Bedingungen für
das anfängliche Erstarren
des Guss strangs verbessert und die geringe induzierte Leistungsverluste
zeigt.
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Diese
Aufgabe wird durch die Vorrichtung erzielt, die im einleitenden
Teil der Beschreibung beschrieben ist, welche dadurch gekennzeichnet
ist, dass mindestens eines der Formelemente in mindestens einen
ersten und einen zweiten Teil aufgeteilt bzw. geteilt ist, die so
angeordnet sind, dass sie elektrisch voneinander isoliert sind,
wobei der erste Formelementteil bezüglich der Gießrichtung
vor dem zweiten Formelementteil angeordnet ist und die Induktionsspule
nahe an dem ersten Formelementteil angeordnet ist.
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Eine
Analyse der durch die Spule induzierten Ströme hat gezeigt, dass der an
der Außenseite
der Form induzierte Strom in einem Band gleich vor der Spule konzentriert
ist, während
der induzierte Strom an der Innenseite der Form im Wesentlichen
gleichmäßig entlang
der Höhe
der gesamten Form verteilt ist. Diese gleichmäßige Verteilung des Stroms
in der vertikalen Richtung auf der Innenseite der Form führt zu dem
Magnetfeld in dem Raum, der zwischen der Form und der Schmelze gebildet
wird, wobei es von der unteren Kante der Form bis zur Oberfläche der Schmelze,
dem sogenannten Meniskus, im Wesentlichen konstant ist. Damit wird
der elektromagnetische Druck über
die gesamte Höhe
der Form im Wesentlichen konstant. Eine derartige Verteilung des Stroms
wird aus zwei Gründen
ineffizient: erstens, weil lediglich der elektromagnetische Druck
in dem Bereich, der am nächsten
unter dem Meniskus ist, verwendet werden kann, und zweitens, weil
der elektromagnetische Druck umgekehrt proportional zur Ausbreitung
des Stroms in der vertikalen Richtung ist. Dies impliziert, dass,
je höher
die Form ist, der elektromagnetische Druck umso kleiner wird. Gegenwärtig geht
der Trend dahin, die Länge
der Form zu erhöhen,
was bedeutet, dass die Wirkung des Magnetfelds verringert wird.
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Indem
die Form vertikal in mindestens zwei Teile geteilt wird, die elektrisch
voneinander isoliert sind, und die induktive Spule nahe an dem einen
der Formteile angeordnet ist, kann die Ausbreitung des induzierten
Stroms in der vertikalen Richtung auf der Innenseite der Form auf
einen Bereich um den Meniskus begrenzt werden, wobei folglich die
induzierten Leistungsverluste verringert werden. Eine Verbesserung
der Wirksamkeit wird selbst dann erreicht, wenn eines oder ein paar
der Formelemente geteilt werden. Ein Vorteil der vorliegenden Erfindung
besteht darin, dass der elektromagnetische Druck der gleiche bleibt,
ungeachtet der Länge
der Form.
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Gemäß einer
bevorzugten, erfindungsgemäßen Ausführungsform
sind die ersten und zweiten Formelementteile beabstandet voneinander
angeordnet, so dass eine Lücke
zwischen ihnen gebildet wird, und die Lücke im Wesentlichen quer zur
Gießrichtung
angeordnet ist. Das Formelement wird durch eine Lücke geteilt,
die verhindert, dass die induzierten Ströme den unteren Teil des Formelements
erreichen. Die Lücke
wird zweckmäßigerweise
mit einem isolierenden Material gefüllt, sie kann jedoch ebenfalls
mit Luft gefüllt
sein.
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Gemäß einer
weiteren bevorzugten, erfindungsgemäßen Ausführungsform ist die Lücke in einer
Entfernung von der unteren Kante der Spule angeordnet, die kleiner
als 15 cm ist. Mit dieser Anordnung, und unter der Voraussetzung,
dass die Spule im Wesentlichen auf einer Höhe mit dem Meniskus angeordnet
ist, wird ein konzentriertes Magnetfeld, und somit stark nach innen
gerichtete Kräfte,
auf die Schmelze ausgeübt,
wo es tatsächlich
benötigt
wird, dass heißt
in der Nähe
des Meniskus.
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Gemäß einer
erfindungsgemäßen Ausführungsform
stellt das geteilte Formelement zumindest eine Seite der Gießform dar
und die Lücke
ist so angeordnet, dass die Position der Lücke in Bezug auf die Spule
entlang der Seite der Form variiert. Anstelle einer rein horizontalen
Lücke,
kann die Position der Lücke
in der vertikalen Richtung variieren. Auf diese Weise ist es, zumindest
bis zu einem gewissen Grad, möglich
die Verteilung des elektromagnetischen Drucks auf die Schmelze entlang
der Seiten der Form zu steuern.
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Gemäß einer
erfindungsgemäßen Ausfühbrungsform
weist die Lücke
in einem Schnitt durch bzw. quer zu ihre(r) Längsachse eine unregelmäßige Form
auf, um eine Verriegelung in seitlicher Richtung der ersten und
der zweiten Formelementteile miteinander zu erreichen. Gemäß einer
weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsform
ist die Lücke
in einem Schnitt durch ihre Längsachse
so angeordnet, dass sie in Bezug auf eine Ebene, die quer zur Gießrichtung
verläuft,
geneigt ist. Eine der Aufgaben der Form besteht darin, den Gussstrang
zu halten bzw. zurückzuhalten,
wobei somit die Formelemente manchmal großen, nach außen gerichteten
Kräften ausgesetzt
sind. Um zu verhindern, dass die Formelementteile auseinander gleiten,
wird die Lücke
im Querschnitt durch die Dicke bzw. Stärke der Form zweckmäßigerweise
mit einer schiefen bzw. schrägen
oder unregelmäßigen Form
gebildet, oder mit Schlitzen gebildet, um die Formelementteile aneinander
zu verriegeln.
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Gemäß einer
weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsform
umfasst die Form vier Formelemente in der Form von Formplatten,
wobei zwei der Formplatten die langen Seiten der Gießform darstellen,
und die anderen beiden Formplatten die kurzen Seiten der Gießform darstellen,
und wobei mindestens die zwei Formplatten, welche die langen Seiten der
Gießform
darstellen, in die ersten und zweiten Formelementteile geteilt sind.
Vorzugsweise bestehen die beiden Formplatten, welche die kurzen
Seiten der Gießform
darstellen, jeweils aus einem zusammenhängenden Teil. Werden lediglich
die langen Seiten der Form geteilt, während die beiden kurzen Seiten
ungeteilt bleiben, hat dies den Vorteil, dass die Form, wenn zwei
Seiten ungeteilt sind, die vorstehend aufgeführten nach außen gerichteten
Kräfte
in einer besseren Art und Weise bewältigt, während zur gleichen Zeit die
Verbesserung der Wirksamkeit nahezu so groß ist, wie wenn alle Seiten
geteilt sind.
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Gemäß einer
zusätzlichen
erfindungsgemäßen Ausführungsform
umfasst die Formstützstruktur eine
Anzahl von Formstützelementen,
die jeweils so angeordnet sind, dass sie eines der Formelemente stützen, wobei
das Formstützelement,
welches zum Stützen
des geteilten Formelements angeordnet ist, auf die gleiche Weise
wie das Formelement in einen ersten und einen zweiten Formstützteil aufgeteilt
ist, elektrisch voneinander isoliert, wobei der erste Formstützteil so
angeordnet ist, dass er den ersten Formelementteil stützt und
der zweite Formstützteil
so angeordnet ist, dass er den zweiten Formelementteil stützt. Die
durch die Spule induzierten Ströme
werden nicht nur in den Formelementen induziert, sondern ebenfalls
in der umgebenden Stützstruktur.
Um die induzierten Leistungsverluste weiter zu verringern, wird
die umgebende Stützstruktur
ebenfalls auf die gleiche Weise wie die Form geteilt.
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Gemäß einer
weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsform
umfasst die Formstützstruktur
eine Anzahl von Formstützteilen,
die jeweils so angeordnet sind, dass sie irgendeinen der Formelementteile stützen, wobei
der Formstützteil,
der so angeordnet ist, dass er den geteilten Formelementteil stützt, aus einem
zusammenhängenden
Teil besteht, welches sowohl den oberen als auch den unteren Formelementteil
stützt.
Dadurch dass lediglich das Formelement und nicht das die Formelementteile
stützende Formstützelement
aufgeteilt wird, wird in der Form eine bessere mechanische Stabilität erreicht.
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Gemäß einer
weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsform
ist das geteilte Formelement in mindestens drei Teile geteilt, wobei
der dritte Formelementteil bezüglich
der Gießrichtung
vor dem ersten Formelementteil angeordnet ist und elektrisch von dem
ersten Formelementteil isoliert ist. Die dritten und ersten Formelementteile
sind zweckmäßigerweise
beabstandet voneinander angeordnet, so dass sie eine Lücke zwischen
sich bilden, und so dass die Lücke
im Wesentlichen transversal bzw. quergerichtet bzw. quer zur Gießrichtung
angeordnet ist. Dadurch dass eine dritte Aufteilung in dem oberen
Teil der Form eingeführt
wird, wird die Ausbreitung des induzierten Stroms in der vertikalen
Richtung weiter auf den Bereich um den Meniskus begrenzt. Diese
zweite Lücke
kann, wie vorstehend für
die erste Lücke
beschrieben wurde, verschiedenartig geformt sein.
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Gemäß einer
zusätzlichen
erfindungsgemäßen Ausführungsform
sind die Formelemente so angeordnet, dass sie elektrisch voneinander
isoliert sind, und auf der Seite der Formstützstruktur, die von der Form
weg weist, ist ein elektrischer Leiter mit einer höheren elektrischen
Leitfähigkeit
als die elektrische Leitfähigkeit
der Stützstruktur
angeordnet. Um die Leistungsverluste weiter zu verringern, kann
die geteilte Form gemäß der Erfindung
mit einem elektrischen Leiter bereitgestellt werden, der an der
Außenseite
der Stützstruktur
angeordnet ist. Der elektrische Leiter stellt eine vorteilhafte
Rückleitung
für den Strom
dar und minimiert somit die induzierten Leistungsverluste in der
Stützstruktur.
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Kurze Beschreibung der Abbildungen
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Die
vorliegende Erfindung wird jetzt mittels verschiedener Ausführungsformen,
die als Beispiele beschrieben sind, und unter Bezugnahme auf die
angefügten
Abbildungen erklärt.
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1 ist
ein Schnitt entlang der Gießrichtung
durch eine Vorrichtung zum kontinuierlichen Gießen gemäß einer ersten erfindungsgemäßen Ausführungsform.
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2 ist
ein Schnitt A-A quer zur Gießrichtung
durch die Vorrichtung von 1.
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3 ist
ein Schnitt entlang der Gießrichtung
durch eine Vorrichtung zum kontinuierlichen Gießen gemäß einer zweiten erfindungsgemäßen Ausführungsform.
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4a–4b zeigen
alternative Ausführungsformen
einer Lücke
zwischen Formelementteilen in einem Querschnitt quer zur Dicke der
Form.
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5 zeigt
eine alternative Ausführungsform
der Lücke,
wobei die Lücke
so angeordnet ist, dass die Position der Lücke in Bezug auf das obere Ende
der Form entlang der Seite der Form variiert.
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6 ist
ein Schnitt entlang der Gießrichtung
durch eine Vorrichtung zum kontinuierlichen Gießen gemäß einer dritten erfindungsgemäßen Ausführungsform.
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7 und 8 zeigen
weitere Ausführungsformen
für eine
erfindungsgemäße Vorrichtung zum
Gießen.
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Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen
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Eine
Form zum kontinuierlichen Gießen
ist an beiden Enden in Gießrichtung
offen und umfasst Mittel, die sicherstellen, dass der gebildete
Gussstrang die Form kontinuierlich verlässt. Die Form wird kontinuierlich
mit einem Fluss von heißem,
geschmolzenen Metall versorgt. Während
die Schmelze durch die Form tritt, wird sie gekühlt und erstarrt zumindest
teilweise, wodurch ein Gussstrang gebildet wird.
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1 und 2 zeigen
eine Vorrichtung zum kontinuierlichen Gießen von Metall. Die Vorrichtung
umfasst eine Form, die eine Anzahl von Formelementen 1, 2, 3 und 4 umfasst,
die zusammen eine Gießform
bilden, die angeordnet ist ein flüssiges Metall 6 aufzunehmen.
Die Formelemente 1 bis 4 sind als Platten gebildet
und werden im folgenden als Formplatten bezeichnet. Eine Formplatte
ist normalerweise aus Kupfer oder einer auf Kupfer basierenden Legierung
hergestellt, die mit einer Beschichtung auf der inneren Oberfläche bereitgestellt
werden kann, die während
des Betriebs der Schmelze zugewandt ist. Die Formplatten 1 und 2 sind
ebenfalls zueinander zugewandt und stellen kurze Seiten in der Gießform dar.
Ferner zeigen die Formplatten eine hohe thermische und elektrische
Leitfähigkeit.
Die Kühlplatten
werden mit Kühlkanälen bereitgestellt (nicht
gezeigt).
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Jede
der Formplatten 1 und 2, die lange Seiten in der
Gießform
darstellen, ist in zwei Teile aufgeteilt bzw. geteilt, einen ersten
Formelementteil 1a, 2a und einen zweiten Formelementteil 1b, 2b.
Der erste Formelementteil 1a, 2a ist in Bezug
auf die Gießrichtung
betrachtet vor dem zweiten Formelementteil 1b, 2b angeordnet.
Die ersten Formelementteile 1a, 2a sind so angeordnet,
dass sie von den zweiten Formelementteilen 1b, 2b elektrisch
isoliert sind. Die ersten Formelementteile 1a, 2a sind
vorzugsweise auf einer Höhe
bzw. einem Niveau mit der oberen Oberfläche der Schmelze, den Meniskus 22,
angeordnet.
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Das
erste Formelementteil 1a ist in einer Entfernung von und über dem
zweiten Formelementteil 1b derart angeordnet, dass zwischen
den Formelementteilen eine Lücke 8a gebildet
wird. Das erste Formelementteil 2a ist auf eine entsprechende
Weise in einer Entfernung von und über dem zweiten Formelementteil 2b angeordnet,
so dass dazwischen eine Lücke 8b gebildet
wird. Die Lücken 8a, 8b sind im
Wesentlichen transversal zur Gießrichtung angeordnet. Während eines
kontinuierlichen Gießens
ist die Gießrichtung
vorzugsweise vertikal, was bedeutet, dass die Lücke vorzugsweise horizontal
angeordnet ist. Die Lücken 8a, 8b sind
vorzugsweise mit einem isolierenden Material, beispielsweise Glasfaserverstärktes Epoxidharz,
gefüllt,
jedoch kann die Lücke
ebenfalls eine Luftlücke
sein.
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Die
Formplatten 3, 4, die kurze Seiten in der Gießform darstellen,
können
entweder, in der gleichen Weise wie die Formplatten 1, 2,
in ein erstes und ein zweites Formelementteil geteilt sein, oder jede
der Formplatten 3, 4 kann aus einem einzigen zusammenhängenden
Teil bestehen. Üblicherweise ist
das Höhen/Breiten-Verhältnis für die kurzen
Seiten derart, dass eine Aufteilung der Formplatten 3, 4 lediglich
eine geringfügige
Verbesserung der Wirksamkeit bereitstellt. Im Hinblick auf die Festigkeit bzw.
Stärke
ist es daher besser, lediglich die Formplatten 1, 2,
welche die langen Seiten darstellen, zu teilen.
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Die
Form ist durch eine Formstützstruktur umgeben,
welche die Form mechanisch stützt.
Die Formstützstruktur
umfasst eine Anzahl von Formstützelementen 10, 11, 12, 13 in
der Form von Formstützplatten,
die jeweils angeordnet sind eine der Formplatten 1, 2, 3, 4 zu
stützen.
Die Formstützplatten 10, 11, 12, 13 sind üblicherweise
aus Stahlträgern
hergestellt und umfassen innere Kanäle oder Öffnungen bzw. Aussparungen
für ein
fließendes
Kühlmittel,
wie Wasser. Die Formplatten 1, 2, 3, 4 mit
den entsprechenden Formstützplatten 10, 11, 12, 13 sind
so angeordnet, dass sie mit Hilfe von Unterteilungen 15, 16, 17, 18 elektrisch
voneinander isoliert sind. Die Formstützplatten 10, 11, 12, 13 werden
vorzugsweise aus nicht rostendem bzw. rostfreiem Stahl hergestellt,
um die induzierten Leistungsverluste zu minimieren.
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Die
Formplatten 1, 2, 3, 4 und die
Formstützplatten 10, 11, 12, 13 werden
von einer Induktionsspule 20 umgeben. Die Spule 20 ist
vorzugsweise an dem oberen Ende der Form auf einer Höhe mit dem Meniskus 22 angeordnet.
Die Spule 20 ist so angeordnet, dass sie ein hochfrequentes
magnetisches Wechselfeld erzeugt und anwendet, das während eines
Gießens
in dem oberen Ende der Form auf die Schmelze 6 wirkt. Das
Magnetfeld erzeugt wiederum Druckkräfte auf die Schmelze, welche
dadurch den Druck zwischen den Formplatten 1, 2, 3, 4 und
der Schmelze 6 verringern. Zum Gießen von Brammen (slabs) liegt
die Frequenz des Magnetfelds vorzugsweise in dem Intervall von 50-1000
Hz, wobei jedoch höhere
Frequenzen möglich
sind. Die Spule 20 ist üblicherweise
eine einphasige Spule und weist ein Ausmaß in der Gießrichtung
von ungefähr
15 cm auf. Um eine verbesserte Wirkung zu erzielen, sollten die Lücken 8a, 8b mit
einer Entfernung h von der unteren Kante der Spule angeordnet sein,
die kleiner als 15 cm ist. Um das elektromagnetische Feld weiter
zu konzentrieren, und um somit die Wirksamkeit zu erhöhen, ist
es vorteilhaft die Spulen mit einer Entfernung h von der unteren
Kante der Spule anzuordnen, die kleiner als 10 cm ist.
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Wie
aus 1 klar wird, werden die Formstützplatten 10, 11 auf
der Außenseite
der Formplatten derart angeordnet, dass sie sich sowohl entlang des
ersten 1a, 1b als auch des zweiten 2a, 2b Formelementteils
erstrecken. Die Formstützplatten 10, 11 machen
einen elektrischen Kontakt mit den ersten Formelementteilen 1a, 2a.
Die Formstützplatten 10, 11 und
die zweiten Formelementteile 1b, 2b sind voneinander
elektrisch isoliert angeordnet. Somit sind die Formplatten 1, 2 geteilt,
während
die Stützplatten ungeteilt
sind, um eine bessere mechanische Festigkeit bereitzustellen.
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3 zeigt
eine alternative Ausführungsform
einer Vorrichtung zum kontinuierlichen Gießen von Metall. Es sollte beachtet
werden, dass die Komponenten mit einer entsprechenden Struktur und Funktion
in allen Ausführungsform
mit den gleichen Bezugszeichen versehen sind. Die Vorrichtung in 3 unterscheidet
sich von der Vorrichtung in 1 dadurch,
dass die Formstützplatten 30, 31,
die angeordnet sind die geteilten Formplatten 1, 2 zu stützen, in
der gleichen Weise wie die Formplatten 1, 2 in
einen ersten Formstützteil 30a, 31a und
einen zweiten Formstützteil 30b, 31b geteilt
sind, die elektrisch voneinander isoliert sind. Der erste Formstützteil 30a, 31a ist
angeordnet, um den ersten Formelementteil 1a, 2a zu
stützen,
und der zweite Formstützteil 30b, 31b ist
angeordnet, um den zweiten Formelementteil 1b, 2b zu
stützen.
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Der
erste Formstützteil 30a ist
entlang des gesamten Formelementteils 1a angeordnet und
der Formstützteil 30b ist
entlang der gesamten Länge des
Formelementteils 1b angeordnet. Der Formstützteil 30a und
der Formelementteil 1a bilden zusammen eine erste Einheit
und der Formstützteil 30b und der
Formelementteil 1b bilden eine zweite Einheit, wobei die
Einheiten beabstandet voneinander angeordnet sind, so dass zwischen
ihnen eine Lücke 35 gebildet
wird. Die Lücke 35 ist
im Wesentlichen transversal zur Gießrichtung angeordnet. Die Formelementteile 2a, 2b und
die Formstützteile 31a, 31b werden
in entsprechender Weise angeordnet.
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In
den vorstehend aufgeführten
Ausführungsformen
waren die Lücken 8a, 8b, 35 im
Wesentlichen horizontal in einem Schnitt quer zu ihren eigenen Längsachsen.
Um die mechanische Festigkeit zu verbessern, kann die Lücke beispielsweise wie
in den 4a und 4b gezeigt
gebildet werden. In 4a ist eine Lücke 40 gezeigt,
die in Bezug auf die horizontale Ebene geneigt ist. Eine derartige geneigte
Lücke nimmt
von der Schmelze nach außen gerichtete
Kräfte
auf, die in einer trennenden Weise auf die Formelementteile wirken. 4b zeigt
eine Lücke 41,
die mit einem Schlitz bereitgestellt ist, um den ersten Formelementteil 2a und
den entsprechenden Formstützteil 31a an
den zweiten Formelementteil 2b und den entsprechenden Formstützteil 31b zu verriegeln.
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Wie
in 5 gezeigt, ist es ebenfalls möglich, dass die Position der
Lücke in
der vertikalen Richtung entlang der Seite der Form variieren kann. 5 zeigt
eine Lücke 43 zwischen
den Formelementteilen 2a, 2b, wobei die Position
der Lücke
entlang der Seite der Form, in der Figur in der z-Richtung, in Bezug
auf die untere Seite der Form variiert. Auf diese Weise ist es möglich die
Verteilung des elektromagnetischen Drucks auf die Schmelze entlang
der Seite der Form zu variieren.
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Mittels
eines 3D FEM-Programms wurden Berechnungen der Leistung durchgeführt zum
Lösen von
elektromagnetischen Feldproblemen in einer Vorrichtung, die zum
kontinuierlichen Gießen
mit der Strangabmessung von 2000 × 250 mm bestimmt ist und eine
Formhöhe
von 700 mm aufweist, gemäß der in 3 gezeigten
erfindungsgemäßen Ausführungsform.
Die Berechnungen haben gezeigt, dass bei gleichem elektromagnetischen
Druck auf die Schmelze an dem Meniskus die gesamte Wirkleistung,
verglichen mit einer ungeteilten Form, um ungefähr 44 % verringert wird. Gleichzeitig
wird die Blindleistung um ungefähr
47 % verringert. Für
eine Vorrichtung zum Gießen
gemäß der in 1 gezeigten Ausführungsform
sind die entsprechenden Kennzahlen 25 % bzw. 28 % für die gesamte
Wirkleistung und die Blindleistung.
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Um
die Ausbreitung des induzierten Stroms in der vertikalen Richtung
auf den Bereich um den Meniskus weiter zu begrenzen, können die
Formplatten in mehr als zwei Teile geteilt werden. 6 zeigt eine
Ausführungsform,
in der mindestens zwei der Formplatten 50, 51 jeweils
in drei Formelementteile geteilt sind, einen ersten Formelementteil 50a, 51a, einen
zweiten Formelementteil 50b, 51b und einen dritten
Formelementteil 50c, 51c. Der dritte Formelementteil 50c, 51c ist,
in Bezug auf die Gießrichtung betrachtet,
vor dem ersten Formelementteil 50a, 51a angeordnet.
Die Formelementteile 50a, 50b, 50c sind
voneinander beabstandet und elektrisch isoliert angeordnet, so dass
zwei Lücken 55, 56 gebildet werden.
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Somit
umfasst die Formplatte 50 zwei Lücken 55, 56,
die im Wesentlichen transversal zur Gießrichtung angeordnet sind.
Im Fall einer vertikalen Gießrichtung,
sind die Lücken
im Wesentlichen horizontal angeordnet. Die erste Lücke 55 ist
oberhalb des Meniskus 22 angeordnet und die zweite Lücke 56 ist
unterhalb des Meniskus 22 angeordnet. Auf diese Weise wird
die Ausbreitung des induzierten Stroms sowohl nach oben als auch
nach unten auf den Bereich um den Meniskus 22 begrenzt.
In der in 6 gezeigten Ausführungsform
erstrecken sich die Formstützplatten 10, 11 entlang
aller der drei Formelementteile 50a, 50b, 50c, 51a, 51b, 51c. 7 zeigt
eine alternative Ausführungsform,
bei der die Formstützplatten 60 in
drei Formstützteile 60a, 60b, 60c aufgeteilt
sind. Die Formstützteile 60a, 60b, 60c bilden
zusammen mit den Formelementteilen 50a, 50b, 50c Einheiten,
die, in der Gießrichtung
betrachtet, eine nach der anderen angeordnet und voneinander beabstandet
sind, so dass zwischen ihnen Lücken 65, 66 gebildet
werden.
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Eine
erfindungsgemäße Gießvorrichtung kann
zweckmäßigerweise
mit einem elektrischen Leiter bereitgestellt werden, der nahe der
Formstützstruktur
angeordnet ist. Elektrische Leiter 70, 71 mit einer
höheren
elektrischen Leitfähigkeit
als die elektrische Leitfahigkeit der Stützstruktur werden nahe der
ersten Formstützteile 30a, 31a auf
der Seite angeordnet, die von der Form weg weist. Die elektrischen
Leiter 70, 71 stellen vorteilhafte Rückleitungen für den Strom
breit, der durch das hochfrequente Magnetfeld induziert wird, so
dass die induzierten Leistungsverluste in der Stützstruktur minimiert werden.
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Die
Erfindung ist nicht auf die gezeigten Ausführungsformen beschränkt, sondern
kann im Umfang der folgenden Ansprüche variiert und modifiziert werden.
So kann beispielsweise die Induktorspule durch mehrere Induktorspulen
ersetzt werden.