DE60317475T2

DE60317475T2 - Vorrichtung zum giessen von metall

Info

Publication number: DE60317475T2
Application number: DE60317475T
Authority: DE
Inventors: Nils Jacobson; Erik Svensson
Original assignee: ABB AB
Current assignee: ABB AB
Priority date: 2002-01-24
Filing date: 2003-01-16
Publication date: 2008-02-28
Anticipated expiration: 2023-01-17
Also published as: SE519519C2; ATE378126T1; CN1642676A; EP1483073B1; EP1483073A1; US7121324B2; SE0200188L; CN1309507C; SE0200188D0; DE60317475D1; JP2005515076A; WO2003061877A1; US20050155739A1

Description

Technisches Gebiet
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.
Stand der Technik
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
Zusammenfassung der Erfindung
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
Kurze Beschreibung der Abbildungen
Die vorliegende Erfindung wird jetzt mittels verschiedener Ausführungsformen, die als Beispiele beschrieben sind, und unter Bezugnahme auf die angefügten Abbildungen erklärt.
1 ist ein Schnitt entlang der Gießrichtung durch eine Vorrichtung zum kontinuierlichen Gießen gemäß einer ersten erfindungsgemäßen Ausführungsform.
2 ist ein Schnitt A-A quer zur Gießrichtung durch die Vorrichtung von 1.
3 ist ein Schnitt entlang der Gießrichtung durch eine Vorrichtung zum kontinuierlichen Gießen gemäß einer zweiten erfindungsgemäßen Ausführungsform.
4a–4b zeigen alternative Ausführungsformen einer Lücke zwischen Formelementteilen in einem Querschnitt quer zur Dicke der Form.
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.
6 ist ein Schnitt entlang der Gießrichtung durch eine Vorrichtung zum kontinuierlichen Gießen gemäß einer dritten erfindungsgemäßen Ausführungsform.
7 und 8 zeigen weitere Ausführungsformen für eine erfindungsgemäße Vorrichtung zum Gießen.
Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen
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.
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).
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.

Claims

Vorrichtung zum kontinuierlichen und semikontinuierlichen Gießen von Metall, umfassend eine Form mit einer Anzahl von Formelementen (1, 2, 3, 4, 50, 51), welche zusammen eine Gießform bilden, die angepasst ist, ein flüssiges Metall (6) aufzunehmen, eine Formstützstruktur (10, 11, 12, 13, 30, 31, 60), welche die Form umgibt und sie mechanisch stützt, und eine Induktionsspule (20), welche nahe an der Form angeordnet ist, um den Kontaktdruck zwischen der Schmelze und der Form zu verringern, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eines der Formelemente in mindestens einen ersten (1a, 2a, 50a, 51a) und einen zweiten (1b, 2b, 50b, 51b) Teil aufgeteilt 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 (1a, 2a, 50a, 51a) angeordnet ist.
Vorrichtung zum Gießen von Metall nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der erste (1a, 2a, 50a, 51a) und der zweite (1b, 2b, 50b, 51b) Formelementteil beabstandet voneinander angeordnet sind, so dass sie eine Lücke (8a, 8b, 35, 40, 41, 43, 56, 66) zwischen sich bilden, und dass die Lücke im wesentlichen quer zur Gießrichtung angeordnet ist.
Vorrichtung zum Gießen von Metall nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Lücke (8a, 8b, 35, 40, 41, 43, 56, 66) mit einem isolierenden Material gefüllt ist.
Vorrichtung zum Gießen von Metall nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Lücke (8a, 8b, 35, 40, 41, 43, 56, 66) in einer Entfernung von der unteren Kante der Spule (20) angeordnet ist, die kleiner als 15 cm ist.
Vorrichtung zum Gießen von Metall nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das geteilte Formelement zumindest eine Seite der Gießform darstellt und dass die Lücke (43) so angeordnet ist, dass die Position der Lücke in Bezug auf die Spule entlang der Seite der Form variiert.
Vorrichtung zum Gießen von Metall nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Lücke (40, 41) in einem Schnitt durch ihre Langsachse eine unregelmäßige Form aufweist, um eine Verriegelung in seitlicher Richtung des ersten und des zweiten Formelementteils miteinander zu erreichen.
Vorrichtung zum Gießen von Metall nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Lücke in einem Schnitt durch ihre Längsachse so angeordnet ist, dass sie in Bezug auf eine Ebene, die quer zur Gießrichtung verläuft, geneigt ist (40).
Vorrichtung zum Gießen von Metall nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Form vier Formelemente in der Form von Formplatten (1, 2, 3, 4) umfasst, wobei zwei der Formplatten (1, 2) die langen Seiten der Gießform darstellen, und die anderen beiden Formplatten (3, 4) die kurzen Seiten der Gießform darstellen, und dass mindestens die zwei Formplatten, welche die langen Seiten (1, 2) der Gießform darstellen, in die ersten und zweiten Formelementteile geteilt sind.
Vorrichtung zum Gießen von Metall nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass jede der beiden Formplatten, welche die kurzen Seiten (3, 4) der Gießform darstellen, aus einem zusammenhängenden Teil besteht.
Vorrichtung zum Gießen von Metall nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Formstützstruktur eine Anzahl von Formstützelementen (30, 60) umfasst, die jeweils so angeordnet sind, dass sie irgend eines der Formelemente (1, 50) stützen, dadurch gekennzeichnet, dass das Formstützelement, welches zum Stützen des geteilten Formelements eingerichtet ist, auf die gleiche Weise wie das Formelement in einen ersten (30a, 60a) und einen zweiten (30b, 60b) Formstützteil aufgeteilt ist, elektrisch voneinander isoliert, wobei der erste Formstützteil (30a, 60a) so eingerichtet ist, dass er den ersten Formelementteil (1a, 50a) stützt und der zweite Formstützteil (30b, 60b) so angeordnet ist, dass er den zweiten Formelementteil (1b, 50b) stützt.
Vorrichtung zum Gießen von Metall nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei die Formstützstruktur eine Anzahl von Formstützteilen umfasst, die jeweils so angeordnet sind, dass sie irgendeinen der Formelementteile stützen, dadurch gekennzeichnet, dass der Formstützteil (10, 11), der so angeordnet ist, dass er das geteilte Formelement (1, 2, 50, 51) stützt, aus einem zusammenhängenden Teil besteht, welches sowohl den oberen (1a, 2a, 50a, 51a) als auch den unteren (1b, 2b, 50b, 51b) Formelementteil stützt.
Vorrichtung zum Gießen von Metall nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das geteilte Formelement (50, 51) in mindestens drei Teile (50a, 50b, 50c, 51a, 51b, 51c) geteilt ist, wobei der dritte Formelementteil (50c, 51c) bezüglich der Gießrichtung vor dem ersten Formelementteil (50a, 51a) angeordnet ist und elektrisch von dem ersten Formelementteil isoliert ist.
Vorrichtung zum Gießen von Metall nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass der dritte (50c) und der erste (50a) Formelementteil beabstandet voneinander angeordnet sind, so dass sie eine Lücke (55) zwischen sich bilden, und dass die Lücke im wesentlichen quer zur Gießrichtung angeordnet ist.
Vorrichtung zum Gießen von Metall nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Formstützstruktur eine Anzahl von Formstützteilen (30, 31) umfasst, die jeweils so angeordnet sind, dass sie irgendeinen der Formelementteile (1a, 1b, 2a, 2b) stützen, dadurch gekennzeichnet, dass die Formelemente (1, 2, 3, 4) so angeordnet sind, dass sie elektrisch voneinander isoliert sind, und dass ein elektrischer Leiter (70, 71) mit einer höheren elektrischen Leitfähigkeit als die elektrische Leitfähigkeit der Stützstruktur auf der Seite der Formstützstruktur angeordnet ist, die von der Form weg weist.