DE102004044539B4

DE102004044539B4 - Einrichtung zum Bewegen von elektrisch leitenden flüssigen Medien

Info

Publication number: DE102004044539B4
Application number: DE102004044539A
Authority: DE
Inventors: Petr A. Nikrityuk; Roger Grundmann; Kerstin Eckert
Original assignee: Technische Universitaet Dresden
Current assignee: Technische Universitaet Dresden
Priority date: 2004-09-10
Filing date: 2004-09-10
Publication date: 2008-08-28
Anticipated expiration: 2024-09-11
Also published as: DE102004044539A1

Abstract

Einrichtung (1) zum Bewegen von elektrisch leitenden flüssigen Medien mit einem ruhenden Magnetfeld B und einem Strom j, der von einer Stromquelle (17) geliefert und über Elektroden (4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11) dem Medium (2) zugeführt wird, wobei zumindest Komponenten von Magnetfeld B und Strom j senkrecht zueinander stehen und eine Lorentz-Kraft F erzeugen, die zur Bewegung des Mediums (2) führt, folgende Bestandteile enthaltend:
– Ein Isolatorrohr (3), in dem das elektrisch leitende flüssige Medium (2) strömt,
– mindestens zwei sich radial gegenüberliegende Elektrodenpaare (4, 5 und 8, 9; 6, 7 und 10, 11) von länglichen Katoden (4, 6, 8, 10) und Anoden (5, 7, 9, 11), wobei die Elektrodenpaare (4, 5; 6, 7; 8, 9; 10, 11) zentralsymmetrisch in der Rohrwand des Isolatorrohrs (3) angeordnet sind,
– Magnetspulen (12, 13, 14, 15), die außerhalb des Isolatorrohrs (3) und sich gegenüberliegend, zwischen den Katoden...

Description

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zum Bewegen von elektrisch leitenden flüssigen Medien mit einem ruhenden Magnetfeld und einem Strom, der von einer Stromquelle geliefert und über Elektroden dem Medium zugeführt wird, wobei zumindest Komponenten von Magnetfeld und Strom senkrecht zueinander stehen und eine Lorentz-Kraft erzeugen, die zur Bewegung des Mediums führt.
Bei herkömmlichen Einrichtungen zum Bewegen von elektrisch leitenden flüssigen Medien, insbesondere bei elektromagnetischen Pumpenanlagen wird die Kraftwirkung eines Magnetfeldes auf einen stromdurchflossenen Leiter zum Pumpen flüssiger Metalle ausgenutzt. Der elektrische Leiter ist hierbei das flüssige Metall selbst.
Die Arten der elektromagnetischen Pumpen können in zwei Gruppen eingeteilt werden.
Bei der einen Gruppe bewegt sich das Magnetfeld und induziert dabei den Strom, ähnlich wie bei einem Asynchronmotor, in dem elektrisch leitenden flüssigen Medium selbst.
Bei der anderen Gruppe, der auch die Erfindung zuzuordnen ist, ruht das Magnetfeld und der zum Pumpen notwendige Strom wird von einer außerhalb liegenden Stromquelle geliefert und über Elektroden dem flüssigen Medium zu- und abgeführt.
Die erzwungene Bewegung eines elektrisch leitenden flüssigen Mediums ist in der Druckschrift „The Electrodynamics of Fluids", Verlag John Wiley & Sons, 1966 beschrieben. Die erzwungene Bewegung durch sich schneidende konstante elektrische und magnetische Felder werden in verschiedenen Geräten und Anlagen genutzt.
Eine Einrichtung zur Flussregelung einer Schmelze ist in der Druckschrift EP 0207 526 B1 beschrieben. Die Einrichtung besitzt einen Raum für eine Flussbahn für Schmelze, der dort angeordnet ist, wo sich ein Magnetfeld und ein elektrischer Strom senkrecht schneiden, während die Flussbahn für die Schmelze sowohl das Magnetfeld als auch den elektrischen Strom senkrecht schneiden, wobei das Material, dessen elektrischer Widerstand sich mit einer Temperaturänderung der Schmelze ändert, in einer Bahn des elektrischen Stroms angebracht ist und/oder das Material, dessen magnetische Kraft sich mit einer Temperaturänderung der Schmelze ändert, in wenigstens einer der Einrichtung zur Erzeugung des Magnetfeldes und einer Bahn des Magnetfeldes angebracht ist. Die Magnete sind in einem Rohrkanal eingebaut.
Ein Problem besteht darin, dass sich im zentralen Bereich des Rohrkanals die länglichen Magnete befinden, die den Metallfluss bremsen. Im Fall der äußeren Anwendung von Magneten ist ein ferromagnetischer Teil in dem Rohrkanal platziert. Die Schmelze bewegt sich im zylindrischen Kanal und schneidet senkrecht das Magnetfeld. Der erzeugte azimutale elektrische Strom wirkt mit dem Magnetfeld und bremst das flüssige Metall.
Eine Einrichtung zum Bewegen eines elektrisch leitenden flüssigen Mediums in Form einer Druckpumpe ist in den Druckschriften EP 0 453 567 B1 und EP 0 500 970 B1 beschrieben, die mit einer rohrförmigen supraleitenden Magnetspule, einem wendelförmigen Druckrohr, das in den hohlen Innenraum der supraleitenden Magnetspule eingesetzt ist, versehen ist und eine Einlass- bzw. eine Auslassöffnung bzw. an einem Einlass bzw. einem Auslass in Richtung der Mittellängsachse an jeweils einer Seite eine Magnetspule aufweist. Die Druckpumpe besitzt außerdem zwei Elektroden, und zwar eine Anode und eine Katode, wobei die Elektroden die Wendelform des Druckrohrs besitzen und wobei die Anode fortlaufend an einer inneren Seitenwand des Druckrohrs und in deren Innerem befestigt und die Katode fortlaufend an einer gegenüberliegenden, dem Elektromagneten zugewandten Seitenwand und in dem Inneren des Druckrohrs angeordnet ist.
Die Druckpumpe hat eine spirale Form mit einem rechtwinkligen Querschnitt. Ein Paar Elektroden wird in das hohle Innere der supraleitenden Magnetspule eingefügt. Die Anode und die Katode sind kontinuierlich auf gegensätzlichen Seiten des rechtwinkligen Kanals angeordnet.
Ein Problem besteht darin, dass der Ausgang des Kanals rechtwinklig ist. Deshalb ist die Wirbelbildung des flüssigen Mediums im rechtwinkligen Kanal sehr hoch.
Eine elektromagnetische Pumpe für ein elektrisch leitfähiges flüssiges Medium ist in der Druckschrift DE 33 04 624 beschrieben. Die Pumpe weist Kanäle auf, in denen das flüssige Medium bewegt und über Elektroden kontaktiert wird, eine erste, an die Elektroden angeschlossene Gleichstromquelle und einen Elektromagneten, der durch die Kanäle ein Magnetfeld ausbildet, das eine zum Stromfluss senkrechte Komponente aufweist. Die Wicklungen des Elektromagneten bestehen aus einem Material, das bei tiefen Temperaturen supraleitend wird, so dass die Wicklungen auf eine Temperatur gekühlt werden, bei der sie supraleitend sind und dass eine zweite Stromquelle an die Wicklungen angeschlossen ist und einen Erregerstrom liefert.
Ein Problem besteht darin, dass der Kanal für das flüssige Medium, das durch die Anlage gepumpt wird, nur einen rechtwinkligen Querschnitt hat. Die Elektroden sind zueinander gegenüberliegend. Es ist keine Wirbelbildung vorhanden.
Eine magnetohydrodynamische Pumpe mit kreisförmigen Ankerzweigen ist in der Druckschrift JP 01264560 A beschrieben, wobei ein ringförmiger Raum vorhanden ist, der zwischen zwei rost freien Stahlrohren – einem Innenrohr und einem Außenrohr – ausgebildet ist und sektorartige Formen von unterschiedlichem Durchmesser hat, die konzentrisch und mittig verbunden sind. Der ringförmige Raum ist umfangsseitig unterteilt in eine Mehrzahl von Teilräumen, die Flüssigkeits-Durchgänge bilden. Die leitfähige Flüssigkeit wird eingefüllt in Durchgänge und in Relais. Die Elemente sind auf der Oberfläche des Rohres zur Ausbildung peripherer Wandungen der Relais und äußerer Joche angeordnet, zu denen jeweils ein inneres Joch und gewickelte Spulen im Inneren und Äußeren des Raumes, der in den Rohren gebildet ist, angeordnet sind.
Durch das Innenrohr fließt keine Flüssigkeit, sondern die Flüssigkeit fließt nur in koaxialer Richtung durch die Teilräume, die von zwei Stahlrohren unterschiedlichem Durchmesser gebildet werden, zwischen denen die Flüssigkeit transportiert wird. Der Einsatz von zwei Stahlrohren stellt einen großen Materialaufwand dar.
Eine hydraulische Pumpe ist in der Druckschrift JP 05316714 A beschrieben, in der ein Transport von leitfähigem hydraulischem Öl mittels einer elektromagnetischen Kraft zur Verarbeitung des Öls erfolgen soll. Dabei sind

– ein Paar von Elektroden gegenüberliegend in einem Pumpengehäuse zur Ausbildung eines Öl-Durchgangs angeordnet, in dem leitfähiges hydraulisches Öl fließt, was einen Stromdurchgang hauptsächlich senkrecht zum Öldurchgang ausbildet, und
– eine elektromagnetische Spule vorhanden, wobei ein das Magnetfeld erzeugendes Mittel aus dem Gehäuse Magnetfelder erzeugt, die hauptsächlich senkrecht sowohl zum Öl als auch zum Stromdurchgang gerichtet sind. Deshalb wird das Öl durch eine elektromagnetische Kraft geführt, die gemäß der Flemingschen Linkshandregel erzeugt wird, um die Transportrichtung des Öls oder um den Förderdruck oder den Flussdurchsatz in Bezug auf die Polarität der angelegten Spannung frei zu variieren, wobei eine hohe Antriebseffektivität vom niedrigen Druck zu hohem Druck erzeugt werden soll.

Das durch das im Rohrgehäuse fließende elektrisch leitende Öl fließt in axialer Richtung durch das Rohr. Die Elektroden sind zum Rohrgehäuse isoliert.
Ein Problem besteht darin, dass durch die Anlage der Elektroden der volle Querschnitt des Rohres für den Öltransport nicht genutzt wird. Im Gegenteil, die innerhalb des Rohres befindlichen Elektroden und die Isolation wirken bremsend auf den Durchfluss des Öls.
Eine magnetohydrodynamische (MHD)-Pumpe bzw. -Mischpumpe zur Mikrobearbeitung ist in der Druckschrift US 6 146 103 A beschrieben, der ein Mikrosensor, wobei die Elektroden mit Mikrokanälen eingeschlossen sind, sowie ein Magnet zur Erzeugung von Magnetfeldern, die senkrecht sowohl zur elektrischen Stromrichtung als auch zur Strömungsrichtung der Flüssigkeit gerichtet sind, zugeordnet sind. Der Magnet kann auch mikroarbeitend sein und in eine Mikropumpe integriert werden. Die MHD-Mikropumpe kann eine kontinuierliche, umkehrbare Strömung und einen leicht steuer- oder regelbaren Flussdurchsatz erzeugen. Die Strömung kann durch Umkehrung der elektrischen Stromrichtung oder durch Umkehrung des Magnetfeldes umgekehrt werden. Durch eine Versetzung der Elektroden kann eine vermischende Verwirbelung von zwei Flüssigkeiten in einem Gehäuse erzeugt werden.
In der MHD-Pumpe ist eine axiale Strömungsrichtung der Flüssigkeit in einem querschnittsmäßig viereckigen Kanal vorgesehen. Es sind auch zum Durchgangsgehäuse versetzte oder variierbare Elektroden vorhanden, die auch längs der Axialachse versetzt sein können.
Ein Problem besteht darin, dass durch Anordnung des magnetischen Feldes und die Versetzung längs der Axialachse eine die axiale Strömung vermindernde Verwirbelung, aber dafür eine starke Vermischung von zwei verschiedenen und elektrisch leitenden Flüssigkeiten erfolgt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Einrichtung zum Bewegen von elektrisch leitenden flüssigen Medien anzugeben, die derart geeignet aufgebaut ist, dass die Turbulenzen im Kanal verringert werden und die Strömung derart ausgebildet ist, dass der Wärmeübergang zwischen dem Medium und der Kanalwandung verbessert wird.
Die Aufgabe wird mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Die Einrichtung zum Bewegen von elektrisch leitenden flüssigen Medien mit einem ruhenden Magnetfeld B und einem Strom j, der von einer Stromquelle geliefert und über Elektroden dem Medium zugeführt wird, wobei zumindest Komponenten von Magnetfeld B und Strom j senkrecht zueinander stehen und eine Lorentz-Kraft F erzeugen, die zur Bewegung des Mediums führt,
enthält gemäß Patentanspruch 1 folgende Bestandteile:

– Ein Isolatorrohr, in dem das elektrisch leitende flüssige Medium strömt,
– mindestens zwei sich radial gegenüberliegende Elektrodenpaare von länglichen Katoden und Anoden, wobei die Elektroden paare zentralsymmetrisch in der Rohrwand des Isolatorrohrs angeordnet sind,
– Magnetspulen, die außerhalb des Isolatorrohrs und sich gegenüberliegend, zwischen den Katoden und den Anoden eines Elektrodenpaares angeordnet sind, wobei die Magnetspulenanzahl der Elektrodenpaaranzahl entspricht und

_r

_z

_θ

Die Elektrodenpaare und die Magnetspulenpaare sind einander zugeordnet.
Die Katoden und Anoden sind im Wesentlichen länglich ausgebildet und auf dem Isolatorrohr parallel zueinander gerichtet azimutal angeordnet.
Die Elektrodenpaare sind mit einer Stromversorgungseinheit über elektrische Versorgungsleitungen verbunden.
Die Magnetspulen stehen mit einer Stromversorgungseinheit über energetische Versorgungsleitungen in Verbindung.
Das Isolatorrohr kann an zwei Metallrohre jeweils stirnseitig angeschlossen sein, wobei sich wahlweise jeweils zwischen den Anschlüssen Übergangselemente, insbesondere Thermoisolator-Scheiben befinden.
Im Bereich der Katoden und Anoden sind das Magnetfeld B_r, die Stromkomponente j_θ und die zugehörige Lorentz-Kraft F_z in axialer Richtung vorhanden, wobei die Stromkomponente j_θ jeweils von der Anode zur Katode im flüssigen Medium verläuft.
Das radiale Magnetfeld B_r – die Magnetflussdichte – ist durch die gleichpolige Gegenüberstellung (entweder Südpol oder Nordpol) der Magnetspulen bedingt radial bezogen auf das Zentrum gerichtet.
Zur Verbesserung der Wärmeübertragung zwischen dem flüssigen Medium und dem Isolatorrohr ist die spiralförmige Fortbewegung des flüssigen Mediums im zylindrischen Isolatorrohr vorhanden, die darauf basiert, dass die zu einem Elektrodenpaar gehörenden Anoden und Katoden zueinander in axialer Richtung versetzt sind.
Die Katoden sind gegenüber den Anoden um die Verschiebung v in Strömungsrichtung des Mediums versetzt, wobei die Magnetspulenpaare sich mit ihrem Südpol S bzw. Nordpol N gegenüberstehen. Stehen sich die Magnetspulen mit ihrem Nordpol jeweils gegenüber, so wird bei gleicher Anordnung der Elektrodenpaare eine Strömung in die andere Richtung der Rohrlängsachse herbeigeführt. Durch gleichzeitigen Wechsel der sich gegenüberliegenden Pole von Südpol zu Nordpol oder umgekehrt kann die Bewegungsrichtung des flüssigen Mediums somit umgekehrt werden.
Die Einrichtung zum Bewegen von elektrisch leitenden flüssigen Medien kann in einer Kühlanlage vorhanden und/oder mit einem Kühler über Metallrohre in Verbindung stehen, in dem das Kühlmittel strömt und der Kühler wahlweise mittels einer Anschlusshülse am Metallrohr befestigt ist.
Eine spiralförmige Mediumbewegung in Strömungsrichtung ist durch die verschobenen Elektroden unter dem Einfluss der beiden gleichpolig (entweder Südpol oder Nordpol) gegenüberliegend angeordneten Magnetspulen vorhanden.
Im Folgenden wird die Funktionsweise der erfindungsgemäßen Einrichtung zum Bewegen von elektrisch leitenden flüssigen Medien ohne und mit Versetzung der Katoden gegenüber den Anoden in den jeweiligen Elektrodenpaaren näher erläutert. Im Isolatorrohr befindet sich das elektrisch leitende flüssige Medium. Es fließt ein azimutaler elektrischer Strom j_θ zwischen den Anoden und den nicht versetzten Katoden, so dass durch die Wechselwirkung mit dem radial gerichteten Magnetfeld B_r eine axiale Lorentz-Kraft F_z auf das flüssige Medium wirkt, das durch das Isolatorrohr bewegt, insbesondere gepumpt wird. Obwohl mindestens zwei Elektrodenpaare für eine zweckmäßige Strömungserzeugung erforderlich sind, sind die Anoden und die Katoden derselben derart angeordnet, dass von einer Anode eines Elektrodenpaares jeweils ein Strom zur Katode des benachbarten Elektrodenpaares innerhalb des flüssigen Mediums fließt. Da die jeweiligen Magnetfelder zwischen Anode und Katode gleich welcher Nachbarschaft im Wesentlichen in radialer Richtung gerichtet sind, wird eine Lorentz-Kraft F_z längs der z-gerichteten Isolatorrohrachse erhalten. Die Lorentz-Kraft F_z ist vom Zentrum bis zur Isolatorrohrwandung in Abhängigkeit vom Radius stetig steigend ausgebildet.
Infolge der erfindungsgemäßen Versetzung der Katode gegenüber der Anode innerhalb eines Elektrodenpaares gibt es jeweils einen versetzungsgeneigten Strom mit einer axialen Stromkomponente j_z.
Die Wechselwirkung zwischen dem Strom j_z und dem Magnetfeld B_r erzeugt somit eine azimutale, in Umfangsrichtung gerichtete Komponente der Lorentz-Kraft F_θ = j_zB_r, so dass das gepumpte flüssige Medium gleichzeitig in eine Drehbewegung, in eine Rührbewegung versetzt wird, die in Zusammensetzung der Komponenten F_z und F_θ eine spiralförmige Strömung erzeugt.
Die Erfindung eröffnet die Möglichkeit, dass in der rohrförmigen Ausführung der Einrichtung eine Bewegung für den Transport des Mediums in Form einer elektrisch-magnetischen Pumpe erzeugt und gleichzeitig durch die Drehbewegung des Mediums eine Rührwirkung ermöglicht wird, die insbesondere die Wandung des Isolatorrohres derart intensiv berührt, dass zusätzlich eine intensive Wärmeübertragung gewährleistet ist.
Die erfindungsgemäße Einrichtung kann als Einsatz, Aufsatz und/oder Nachsatz in Anlagen integriert sein, in denen elektrisch leitendes flüssiges Medium gefördert, transportiert, rotiert, gepumpt und/oder angetrieben werden soll und somit im Allgemeinen bewegt wird.
Die erfindungsgemäße Einrichtung ist beispielsweise in einer Stranggießanlage in Verbindung mit einer Kühlvorrichtung oder in Kühlanlagen der Kernenergietechnik, in denen elektrisch leitendes flüssiges Metall als Wärmetransportmedium dient, einsetzbar.
Weiterbildungen und detaillierte Ausbildungen der Erfindung sind in weiteren Unteransprüchen angegeben.
Die Erfindung wird anhand mehrerer Ausführungsbeispiele mittels mehrerer Zeichnungen näher erläutert.
Es zeigen:
1 eine schematische perspektivische Darstellung der Einrichtung zum Bewegen von elektrisch leitenden flüssigen Medien zwischen zwei angeschlossenen Metallrohren,
2 eine schematische Darstellung der Einrichtung in Draufsicht mit Katoden, die gegenüber den Anoden in Längsachsenrichtung versetzt sind, und die zugehörige Lorentz-Kraft-Komponenten-Darstellung in 2a,
3 eine schematische Darstellung der Einrichtung in Querschnitt mit den Darstellungen der Lorentz-Kraft F_z in 3a und in 3b an unterschiedlichen Positionen im Rohrinneren mit in das Isolatorrohr ragenden und konvex gekrümmten Elektroden,
4 eine schematische relative Verteilung der Lorentz-Kraft in radialer Richtung zwischen der z-Achse des Isolatorrohrs beim Radius r = 0 und der Wandung des Isolatorrohrs,
5 eine schematische Darstellung der Einrichtung in Querschnitt nach 3 mit glatt an der Isolatorrohrinnenwandung abschließenden Elektroden,
6 eine schematische Seitenansicht einer Einrichtung mit spiralförmiger Strömungsbewegung zwischen zwei beidseitig angeschlossenen Metallrohren einschließlich eines auf einem Metallrohr angebrachten Kühlers einer Kühlanlage,
7 eine Verteilung der Geschwindigkeiten im Isolatorrohr für die Einrichtung nach 3 für die azimutale Geschwindigkeit in 7a und der meridionalen Geschwindigkeit in 7b in Vertikalabschnitten, berechnet mit den Daten: ρ = 6000 kgm^–3; σ = 3·10⁶ AV^–1m^–1; μ = 2·10^–3 Nsm^–2; B = 1 T; Δφ = 5·10^–3 V und F_θ = 0,05 F_z.
8 eine schematische Darstellung des Aufbaus einer Stranggießanlage einschließlich der Einrichtung im Längsschnitt,
9 eine schematische Darstellung einer Einrichtung in einer Stranggießanlage im Querschnitt längs der Linie A-A in 8 gemäß einer Einrichtung nach 3 und
10 eine Verteilung der Geschwindigkeiten beim Stranggießen eines Metalls mit einer Verteilung der azimutalen Geschwindigkeit in 10a und einer Verteilung der meridionalen Geschwindigkeit in 10b, berechnet mit den Daten: ρ = 7000 kgm^–3; σ = 3·10⁶ AV^–1m^–1; μ = 2·10^–3 Nsm^–2; B = 1 T; Δφ = 5·10^–3 V.
Die Bezugszeichen werden für Teile mit gleichen Funktionen weitgehend durchgehend beibehalten.
Im Folgenden werden die 1, 2 und 3 gemeinsam betrachtet. In 1 ist in einer schematischen Darstellung eine erfindungsgemäße Einrichtung 1 zum Bewegen von elektrisch leitenden flüssigen Medien 2 gezeigt, die folgende Bestandteile enthält:

– Ein Isolatorrohr 3, in dem das elektrisch leitende flüssige Medium 2 strömen kann,
– mindestens zwei sich radial gegenüberliegende Elektrodenpaare 4, 5 und 8, 9 sowie 6, 7 und 10, 11 von länglichen Katoden 4, 6, 8, 10 und Anoden 5, 7, 9, 11, wobei die Elektrodenpaare 4, 5; 6, 7; 8, 9; 10, 11 zentralsymmetrisch in der Rohrwand des Isolatorrohrs 3 angeordnet sind,
– Magnetspulen 12, 13, 14, 15, die außerhalb des Isolatorrohrs 3 sich gegenüberliegend, zwischen den Katoden 4, 6, 8, 10 und den Anoden 5, 7, 9, 11, eines Elektrodenpaares 4, 5; 6, 7; 8, 9; 10, 11 angeordnet sind, wobei die Magnetspulenanzahl der Elektrodenpaaranzahl entspricht und

12

13

14

15

3

_r

Vorzugsweise sind die Katoden 4, 6, 8, 10 und Anoden 5, 7, 9, 11 länglich mit rundem Abschluss ausgebildet, die in dem Isolatorrohr 3 azimutal angeordnet sind. Das Isolatorrohr 3 weist eine z-Längsachse 16 auf.
Vorzugsweise ragen alle Elektroden 4 bis 11 in radialer Richtung über die Innenwandung des Isolatorrohres 3 nach innen hinaus und bilden eine im Querschnitt konvex gekrümmte Oberfläche 42.
Die Elektrodenpaare 4, 5; 6, 7; 8, 9; 10, 11 sind mit einer Stromversorgungseinheit 17 über elektrische Versorgungsleitungen 18, 19 verbunden.
Ebenso stehen die Magnetspulen 12 bis 15 mit einer Stromversorgungseinheit 20 über energetische Versorgungsleitungen 21 in Verbindung.
Die Elektrodenpaare 4, 5; 8, 9 und 6, 7; 10, 11 und die Magnetspulenpaare 12, 13 und 14, 15 sind einander zugeordnet.
In 1 ist das Isolatorrohr 3 an zwei Metallrohre 22, 23 jeweils stirnseitig angeschlossen. Jeweils zwischen den Anschlüssen können sich Übergangselemente, insbesondere Thermoisolator-Scheiben 24, 25 befinden.
In 3a sind in einem Auszug im Bereich der Anode 5 und der rechtsseitigen Katode 4 das Magnetfeld B_r, die Stromkomponente je und die zugehörige Lorentz-Kraft F_z in Längsachsenrichtung 16 gezeigt. Die Stromkomponente j_θ verläuft von der Anode 5 zur rechtsseitigen Katode 4 im flüssigen Medium 2. Das radiale Magnetfeld B_r – die Magnetflussdichte – ist durch die gleichpolige Gegenüberstellungen – den Südpol – der beiden Magnetspulen 12, 13 und 14, 15 bedingt und infolge der Abstoßungsfunktion radial vom Zentrum weg gerichtet. Die Lorentz-Kraft F_z ist in Längsachsenrichtung 16 des Isolatorrohres 3 gerichtet.
In 3b sind an einer anderen Stelle des Behälterinnenraums ebenfalls in einem Auszug im Bereich der Anode 5 und der linksseitigen Katode 10 wie auch an den anderen Stellen das Magnetfeld B_r, die Stromkomponente je und die zugehörige Lorentz-Kraft F_z in axialer Richtung 16 gezeigt. Die Stromkomponente j_θ verläuft von der Anode 5 zur Katode 10 im flüssigen Medium 2. Das radiale Magnetfeld B_r ist durch die gleichpolige Gegenüberstellung – den Südpol – der beiden Magnetspulenpaare 12, 13 und 14, 15 bedingt und durch die Abstoßungsfunktion radial vom Zentrum 16 weg gerichtet. Die Lorentz-Kraft F_z ist auch in Längsachsenrichtung 16 in Strömungsrichtung gerichtet.
Im Folgenden wird die Funktionsweise der erfindungsgemäßen Einrichtung 1 zum Bewegen eines elektrisch leitenden flüssigen Mediums 2 erläutert:
Die Anzahl der Elektrodenpaare hängt vom Leistungsbedarf ab. Je kleiner der Abstand a zwischen einer Katode, z. B. 4 und einer Anode, z. B. 5 ist, desto größer ist der elektrische Strom j und zugleich die Leistung der Einrichtung 1. Die Magnetspulen 13 bis 15 erzeugen ein radiales magnetisches Feld B_r. Wenn das flüssige Medium 2 sich im Isolatorrohr 3 befindet, entstehen elektrische Ströme j_θ in azimutaler Richtung zwischen den Katoden 4, 6, 8, 10 und den Anoden 5, 7, 9, 11.
Dabei wird eine axiale Lorentz-Kraft F_z = – j_θB_r erzeugt durch die Wechselwirkung zwischen dem azimutal elektrischen Strom je σ(E_θ + u_z·B_r – u_r·B_z), der in dem flüssigen Medium 2 zwischen den Katoden und den Anoden fließt, und dem extern radialen magnetischen Feld B_r, wie in den 3a und 3b gezeigt ist.
In 4 ist eine schematische relative Verteilung der Lorentz-Kraft F/F₀ in radialer Richtung zwischen der z-Achse des Isolatorrohrs 3 beim Radius r = 0 und der Wandung des Isolatorrohrs 3 dargestellt. Im Bereich des Radius Null ist die Lorentz-Kraft F sehr gering, während sie an den Wandungen des Rohres 3 am höchsten ist.
Zur Erläuterung der Funktionsweise der Einrichtung zum Bewegen von elektrisch leitenden flüssigen Medien sowie zur Berechnung der Verteilungen von Strömen, Potenzialen und Geschwindigkeiten im Medium 2 sind im Folgenden die Navier-Stokes-Gleichungen dargestellt:
Die Lorentz-Kraft F →L ist ein Vektorprodukt der elektrischen Stromdichte j → und der magnetischen Induktion B →: F →L = j → × B →. (3)
Die Projektionen der Lorentz-Kraft F →L auf die zylindrischen Achsen haben die folgende Form: FLr = jθBz – jzBθ, (4) FLθ = jzBr – jrBz, (5) FLz = jrBθ – jθBr. (6)
Um die Stromdichte zu berechnen, wird das Ohmsche Gesetz benutzt: j → = σ(E → + u → × B →). (7)
Die Projektionen der elektrischen Stromdichte auf die zylindrischen Achsen haben die folgende Form: jr = σ(Er + uθBz – uzBθ), (8) jθ = σ(Eθ + uzBr – urBz) (9) jz = σ(Ez + urBθ – uθBr). (10)
Hier u_r, u_θ, u_z sind die Geschwindigkeiten in radialen, azimutalen→ und axialen Richtungen; μ ist die dynamische Viskosität.
Wenn das flüssige Medium 2 im Rohr 3 vorhanden ist, entsteht der elektrische Strom in azimutaler Richtung zwischen Katode und Anode. Die axiale Lorentz-Kraft F_Lz = –j_θB_r wird durch die Wechselwirkung zwischen dem azimutal elektrischen Strom j_θ = σ(E_θ + u_zB_r – u_rB_z), der in dem flüssigen Medium 2 zwischen Katode und Anode fliesst, und dem externen radialen Magnetfeld B_r erzeugt.
Um die neben der axialen Bewegung noch eine Drehbewegung zu erhalten, sind die Katoden relativ zu den Anoden in axialer Richtung in Strömungsrichtung verschoben (2). In diesem Fall entsteht eine axiale Komponente des elektrischen Stromes j_z. Die Wechselwirkung zwischen j_z und B_r erzeugt die azimutale Komponente der Lorentz-Kraft F_Lθ = j_zB_r.
Zweckmäßig ist deshalb auch eine Abschätzung der entstehenden Stromwärme in dem elektrisch leitenden flüssigen Medium:
Falls die Geschwindigkeit im Vergleich zum Wärmetransport durch die thermische Leitfähigkeit gering ist, hat die eindimensionale Energiegleichung die folgende Form:
wobei der erste Term den Wärmetransport und der zweite Term die Wärmeerzeugung durch den elektrischen Strom definieren.
Nach der Integration durch den Radius r entsteht:
wobei Δθ_K-A – der Winkel zwischen der Katode und der Anode ist.
Falls angenommen wird, dass die maximale Temperaturdifferenz zwischen der Katode und der Anode auf der Rohroberfläche weniger als ein Grad Celsius sein soll, wird Folgendes erhalten:
Falls auch angenommen wird, dass
ist, wird erhalten:
wobei Δφ – die Potentialdifferenz zwischen der Katode und der Anode; R – der Rohrradius; λ – der Koeffizient der Wärmeleitfähigkeit; σ – der Koeffizient der Leitfähigkeit Wenn es erforderlich ist, das flüssige Medium aufzuheizen, muss die elektrische Spannung mindestens sein:
Für die flüssigen Metalle beträgt die Potenzialdifferenz zwischen der Katode und der Anode Δφ etwa 10^–3 V.
Die angegebenen Gleichungen dienen zur Berechnung und Ausbildung der in den Figuren dargestellten Verteilungen der Ströme, Potenziale und Geschwindigkeiten.
In 2 sind eine schematische Darstellung der Einrichtung 1 in Draufsicht mit Katoden 4 und 10, die gegenüber den Anoden 5 und 7 in Längsachsenrichtung 16 versetzt sind, und die zugehörige Lorentz-Kraft-Komponenten-Darstellung F_z und F_θ in 2a gezeigt.
Um auch die Wärmeübertragung zwischen dem flüssigen Medium 2 und dem Isolatorrohr 3 zu verbessern, sind zur Erzeugung einer spiralförmigen Fortbewegung des flüssigen Mediums 2 im zylindrischen Isolatorrohr 3, wie in 2 gezeigt ist, die zu einem Elektrodenpaar gehörenden Anode 5 und Katode 4 zueinander in axialer Richtung 16 versetzt, wobei die Katoden 4, 10 zu den Anoden 5, 7 in die vorgegebene Strömungsrichtung 31 des flüssigen Mediums 2 derart verschoben versetzt sind, dass jeweils eine axiale Komponente des elektrischen Stroms j_z entsteht. Die Wechselwirkung zwischen dem axialen Strom j_z und dem radialen Magnetfeld B_r erzeugt die azimutale Komponente der Lorentz-Kraft F_θ = j_zB_r. Dabei überlagern sich die axiale Lorentz-Kraft F_z und die azimutale Komponente der Lorentz-Kraft F_θ zu einer Resultierenden, die eine spirale Fortbewegung des flüssigen Mediums 2 im Isolatorrohr 3 hervorruft.
Um die Mediumdrehbewegung in axialer z-Richtung 16 insgesamt zu erhalten, sind die Katoden 4, 6, 8, 10 relativ zu den jeweils zugehörigen Anoden 5, 7, 9, 11 in axialer Richtung 16 in Strömungsrichtung 31 um die Verschiebung v versetzt, wie in 2 gezeigt ist.
Bei einer spiralförmigen Bewegung des flüssigen Mediums 2 ist es zweckmäßiger, die Elektroden 5 bis 11 der Oberfläche der glatten Innenwandung des Isolatorrohrs 3 anzupassen, wie in Abwandlung der Einrichtung 1 in 5 gezeigt ist.
Als Anwendungsbeispiel für eine spiralförmige Fortbewegung mit eingeschlossener verbesserter Wärmeübertragung kann die erfindungsgemäße Einrichtung 1 in einer Kühlanlage 26, wie in 6 in einer schematischen Seitenansicht gezeigt ist, eingesetzt werden. Die Einrichtung 1 mit den beiden angeschlossenen Metallrohren 22, 23 nach den 1, 2 und 5 ist in der Kühlanlage 26 von einem Kühler 27 umgeben, in dem das Kühlmittel 28 strömt. Der Kühler 27 kann mittels einer Anschlusshülse 29 am Metallrohr 23 befestigt sein. Die spiralförmige Mediumbewegung 30 als Summe der beiden azimutalen und axialen Lorentz-Kräfte F_θ, F_z wird in Strömungsrichtung 31 stellvertretend für alle durch die dargestellten und versetzten Elektroden 4, 5, 7, 10 und unter dem Einfluss der beiden gleichpolig – Südpol – gegenüberliegend angeordneten Magnetspulen 14 und 15 erzeugt.
In 7 ist eine Verteilung der Geschwindigkeiten im Isolatorrohr 3 für die Einrichtung 1 in der Kühlanlage 26 nach 6 für die azimutale Geschwindigkeit in 7a und der meridionalen Geschwindigkeit in 7b in Vertikalabschnitten mit folgenden Daten dargestellt:
folgenden Daten angewendet:
Die erfindungsgemäße Einrichtung 1 kann auch in Stranggießanlagen eingesetzt werden. Dabei werden die 8, 9 und 10 ge meinsam betrachtet, die eine Stranggießanlage 32 in mehreren Ansichten darstellen.
Die Stranggießanlage 32 weist in 8 im Wesentlichen ein gehaltertes Isolatorrohr 3 als Aufsatz auf, an das sich eine Kühlmittel 34 enthaltende Kühlvorrichtung 33 als Untersatz anschließt, und kann wahlweise eine freie Oberfläche 37 aufweisen. Zwischen dem Isolatorrohr 3 und der nachgesetzten Kühlvorrichtung 33 kann ein vorzugsweise rastender Thermoisolatorring 35 vorgesehen sein. Ebenso kann das Isolatorrohr 3 einschließlich des Thermoisolatorrings 35 von einem zusätzlichen Thermoisolationsmantel 45 umgeben sein. Die aufgesetzte Einrichtung 1 und die untersetzte Kühlvorrichtung 33 bilden im Wesentlichen den Kokillenbehälter 43. Die in 9 gezeigte Einrichtung 1 wird im Wesentlichen aus 5 unter Hinzufügung der Kühlvorrichtung 33 übernommen. Die Elektrodenpaare 4, 5; 8, 9 und 6, 7; 10, 11 und Magnetspulenpaare 12, 13 und 14, 15 sind auch hier gleichermaßen ausgebildet. Zusätzlich können, wie in 5 in einer schematischen Seitenansicht gezeigt ist, zusätzlich noch zur Erzeugung einer spiralförmigen Bewegung im Sumpf bzw. in der noch flüssigen Phase der Schmelze 2 zwei zueinander versetzte Elektrodenpaare, wie unter anderem die Katode 6 und die Anode 7 bzw. die Anode 9 und die Katode 8 entsprechend der 9 eingesetzt sein. Der Eintrag der Schmelze 2 in den Kokillen-Behälter 43 kann in einer seitlichen Eintragsrichtung 38 aus der Eintrags-Düse 36 erfolgen. Zur spiralen Bewegung mit ihrem azimutalen Bewegungsanteil 39 kommt, wie in 8 gezeigt ist, auch noch die meridionale Wirbelbildung 40 hinzu, so dass durch die spiralförmige Bewegung ein metallstrukturverbessertes Kornwachstum in der Erstarrungsmasse 41 gegenüber dem herkömmlichen qualitätsgeringeren Spitzkristallwachstum gefördert werden kann.
Der aus dem Kokillenbehälter 43 der Stranggießanlage 32 gezogene Strang 41 besteht während des Durchlaufes durch die Kühlvorrichtung 33 aus einer bereits erstarrten, allmählich dicker werdenden Schale und einem dementsprechend schwindenden, noch schmelzflüssigen Sumpf. Zur Erzielung eines gleichmässigen Gefüge und zur gleichmässigen Verteilung von Seigerungen über den Strangquerschnitt wird die noch flüssige Schmelze 2 somit elektromagnetisch umgerührt. Zum diesem Zweck sind die Katoden 4, 6 und Anoden 9, 7 innerhalb des der Einrichtung 1 angeordnet, dass der erzeugte elektrische Strom j senkrecht zum Magnetfeld B fließt. Die entstehende Lorentz-Kraft F wirkt in azimutale und meridionale Richtungen. Die Verhältnisse zwischen den azimutalen und meridionalen Kräften können durch die Verschiebung zwischen den Anoden 7, 9 und den Katoden 4, 6 stellvertretend eingestellt werden.
Die elektromagnetische Kräfte werden in beide Richtungen – senkrecht und parallel – zur Gießachse 44 (16) erzeugt, um eine grössere Gleichmäßigkeit des erstarrten Metalls 2 zu erhalten und zwar um die Makrosegregationen zu vermeiden.
Ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung ist es auch, die Qualität der inneren und äußeren Struktur der stranggegossenen Metalle zu verbessern.
Die Stranggießanlage 32 wird als Kombination von zwei Prinzipien des Umrührens beim Stranggießen dargestellt:
Rotations – "rotary" Umrühren und
Translations – "up and down" Umrühren.
Das Verfahren besteht darin, dass die Doppelkonvektion der Schmelze 2, und zwar der azimutalen Drehbewegung sowie der axialen Bewegung, durch die radialen Magnetfelder und die azimutalen elektrischen Ströme erzeugt wird.
In den herkömmlichen Aufbauten einer Stranggießanlage beginnt die Abkühlung der Schmelze 2 unmittelbar von der oberen Kante der Kokille aus.
Im Vergleich zum herkömmlichen Aufbau einer Stranggießanlage wird mit der aufgesetzten erfindungsgemäßen Einrichtung 1 die Kühlstrecke für die Schmelze 2 in dem Kokillenbehälter 43 dem Isolatorrohr 3 nachgeordnet versetzt. Damit erfolgt eine Erstarrung der Schmelze 2 aus deren vollständiger Bewegung, aber in verzögerter Weise und zwar in einem Abstand, der für die Anlage 32 notwendig ist, um die Schmelze 2 anzutreiben.
Beim vorhandenen flüssigen Metall 2 im aufgesetzten Kokillenisolatorrohr 3 fließt der Strom zwischen den Katoden und den Nachbaranoden in azimutale Richtung. Dabei fließt der Strom in Gegenrichtung links von der Katode im Vergleich zur rechten Seite von der Katode (9).
Da das Magnetfeld zwischen der Katode und der Linksanode sich in Gegenrichtung zum Magnetfeld zwischen der Katode und der Rechtsanode befindet, hat die Lorentz-Kraft, F_z = –j_θB_r, zwischen jeder Katode und jeder Anode die gleiche Richtung entlang der Achse. Eine angenäherte Verteilung der Lorentz-Kraft entlang des Radius kann wie in der 4 angegeben werden.
Infolge der Versetzung der Katoden bezüglich der Anoden gibt es die Axialkomponente des Stroms j_z, die beim Zusammenwirken mit B_r die Azimutalkomponente der Lorentz-Kraft F_θ = j_zB_r erzeugt. Diese Kraft treibt die Drehbewegung des flüssigen Metalls 2 an. Das Beispiel des Feldes von den Geschwindigkeiten ist in der 10 gezeigt.
In 10 sind die azimutale Geschwindigkeitsverteilung 10a und die meridionale Geschwindigkeitsverteilung 10b in einer Zahlenmodellierung dargestellt. 10a zeigt im Be reich nahe der Isolatorrohrwandung eine hohe azimutale Geschwindigkeit bezüglich des -„rotary"-Umrührens. 10b zeigt die gegensätzliche Wirbelbildung einmal im oberen Teil oberhalb der Kühlvorrichtung 33 und im unteren Teil bezüglich des -„up and down"-Umrührens mit Kühlung im Stranggießbehälter 43 nach den 8 und 9, wobei die gegensätzliche Wirbelausbildung abhängig von der Stärke des fließenden Stromes j und der Intensität des eingesetzten Magnetfeldes B sind. Die Zahlenmodellierung basiert auf folgenden Daten: F_z = F_θ, ρ = 7000 kgm^–3; σ = 3·10⁶ AV^–1m^–1; μ = 2·10^–3 Nsm^–2; B = 0,1 T; Δφ = 5·10^–3 V als Potenzialdifferenz zwischen Katode und Anode.

1: Einrichtung
2: elektrisch leitendes flüssiges Medium
3: Isolatorrohr
4: erste Katode
5: erste Anode
6: zweite Katode
7: zweite Anode
8: dritte Katode
9: dritte Anode
10: vierte Katode
11: vierte Anode
12: erste Magnetspule
13: zweite Magnetspule
14: dritte Magnetspule
15: vierte Magnetspule
16: Längsachse
17: erste Stromversorgungseinheit
18: erste Versorgungsleitungen
19: zweite Versorgungsleitungen
20: zweite Stromversorgungseinheit
21: energetische Versorgungsleitungen
22: erstes Metallrohr
23: zweites Metallrohr
24: erstes Übergangselement
25: zweites Übergangselement
26: Kühlanlage
27: Kühler
28: Kühlmittel
29: Anschlusshülse
30: spiralförmige Bewegungsrichtung
31: Strömungsrichtung
32: Stranggießanlage
33: Kühlvorrichtung
34: Kühlmittel
35: Thermoisolatorring
36: Eintrags-Düse
37: freie Oberfläche
38: Eintragsrichtung
39: azimutale Rotationsrichtung
40: meridionale Wirbelrichtung
41: Erstarrungsmasse-Strang
42: Oberfläche
43: Kokillenbehälter
44: Gießachse
45: Thermoisolationsmantel
F_z: axiale Lorentz-Kraft
F_r: radiale Lorentz-Kraft
F_θ: azimutale Lorentz-Kraft
B_r: radiale Komponente der Magnetflussdichte
B_z: axiale Komponente der Magnetflussdichte
j_z: axiale Komponente der Stromdichte
jθ: azimutale Komponente der Stromdichte
u_z: axiale Geschwindigkeit
u_r: radiale Geschwindigkeit
u_θ: azimutale Geschwindigkeit
ρ: Mediumsdichte
σ: Leitfähigkeit
μ: dynamische Viskosität
Δφ: Potenzialdifferenz

Claims

Einrichtung (1) zum Bewegen von elektrisch leitenden flüssigen Medien mit einem ruhenden Magnetfeld B und einem Strom j, der von einer Stromquelle (17) geliefert und über Elektroden (4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11) dem Medium (2) zugeführt wird, wobei zumindest Komponenten von Magnetfeld B und Strom j senkrecht zueinander stehen und eine Lorentz-Kraft F erzeugen, die zur Bewegung des Mediums (2) führt, folgende Bestandteile enthaltend: – Ein Isolatorrohr (3), in dem das elektrisch leitende flüssige Medium (2) strömt, – mindestens zwei sich radial gegenüberliegende Elektrodenpaare (4, 5 und 8, 9; 6, 7 und 10, 11) von länglichen Katoden (4, 6, 8, 10) und Anoden (5, 7, 9, 11), wobei die Elektrodenpaare (4, 5; 6, 7; 8, 9; 10, 11) zentralsymmetrisch in der Rohrwand des Isolatorrohrs (3) angeordnet sind, – Magnetspulen (12, 13, 14, 15), die außerhalb des Isolatorrohrs (3) und sich gegenüberliegend, zwischen den Katoden (4, 6, 8, 10) und den Anoden (5, 7, 9, 11) eines Elektrodenpaares (4, 5; 6, 7; 8, 9; 10, 11) angeordnet sind, wobei die Magnetspulenanzahl der Elektrodenpaaranzahl entspricht und wobei die sich radial gegenüberliegenden Magnetspulen (12, 13, 14, 15) gleichpolig zugewandt außerhalb des Isolatorrohrs (3) angeordnet sind und ein radiales Magnetfeld Br erzeugen und wobei die zu einem Elektrodenpaar (4, 5; 6, 7; 8, 9; 10, 11) gehörenden Anoden (5, 7, 9, 11) und Katoden (4, 6, 8, 10) zueinander in axialer Richtung (16) derart um eine Verschiebung v versetzt sind, dass jeweils eine axiale Komponente des elektrischen Stroms j_z entsteht, wobei sich die axiale Lorentz-Kraft F_z und die azimutale Komponente der Lorentz-Kraft F_θ zu einer Resultierenden überlagern, die eine spiralförmige Fortbewegung des flüssigen Mediums (2) im Isolatorrohr (3) hervorruft.
Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektrodenpaare (4, 5; 8, 9) und (6, 7; 10, 11) und die Magnetspulenpaare (12, 13) und (14, 15) einander zugeordnet sind.
Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Katoden (4, 6, 8, 10) und Anoden (5, 7, 9, 11) länglich ausgebildet sind und auf dem Isolatorrohr (3) parallel zueinander gerichtet azimutal angeordnet sind.
Einrichtung nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektroden (4 bis 11) in radialer Richtung über die Innenwandung des Isolatorrohres (3) nach innen gerichtet hinaus und eine im Querschnitt konvex gekrümmte Oberfläche (42) bilden.
Einrichtung nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektroden (4 bis 11) mit der Innenwandung des Isolatorrohres (3) bei der spiralförmigen Fortbewegung des elektrisch leitenden flüssigen Mediums (2) eine glatte Oberfläche (42) bilden.
Einrichtung nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektrodenpaare (4, 5; 6, 7; 8, 9; 10, 11) mit einer Stromversorgungseinheit (17) über elektrische Versorgungsleitungen (18, 19) verbunden sind.
Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Magnetspulen (12 bis 15) mit einer Stromversorgungseinheit (20) über energetische Versorgungsleitungen (21) in Verbindung stehen.
Einrichtung nach einem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass das Isolatorrohr (3) an zwei Metallrohre (22, 23) jeweils stirnseitig angeschlossen ist, wobei sich wahlweise jeweils zwischen den Anschlüssen Übergangselemente befinden.
Einrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Übergangselemente Thermoisolator-Scheiben (24, 25) sind.
Einrichtung nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im Bereich der Katoden (4, 6, 8, 10) und Anoden (5, 7, 9, 11) das Magnetfeld B_r, die Stromkomponente j_θ und die zugehörige Lorentz-Kraft F_z in axialer Richtung (16) vorhanden sind, wobei die Stromkomponente je jeweils von der Anode (5, 7, 9, 11) zur Katode (4, 6, 8, 10) im flüssigen Medium (2) verläuft.
Einrichtung nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das radiale Magnetfeld B_r durch die gleichpolige Gegenüberstellung (Südpol oder Nordpol) der Magnetspulen (12 bis 15) bedingt radial vom Zentrum (16) weg gerichtet ist.
Einrichtung nach Anspruch 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass sie in einer Kühlanlage (26) vorhanden ist und/oder mit einem Kühler (27) in Verbindung steht, in dem das Kühlmittel (28) strömt und der Kühler (27) wahlweise mittels einer Anschlusshülse (29) an einem angeschlossenen Metallrohr (23) befestigt ist.
Einrichtung nach Ansprüchen 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass sie in Stranggießanlagen (32) eingesetzt ist.
Einrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass in der Stranggießanlage (32) im Wesentlichen ein gehaltertes Isolatorrohr (3) als Aufsatz, an das sich eine Kühlmittel (34) enthaltende Kühlvorrichtung (33) als Untersatz anschließt und das wahlweise von einem Deckel (37) verschlossen ist, vorhanden ist, wobei zwischen dem Isolatorrohr (3) und der Kühlvorrichtung (33) wahlweise ein Thermoisolatorring (35) vorgesehen ist und wobei die Elektrodenpaare (4, 5; 8, 9) und (6, 7; 10, 11) und die Magnetspulenpaare (12, 13) und (14, 15) einander zugeordnet sind.
Einrichtung nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass zur Erzeugung einer spiralförmigen Bewegung im Sumpf bzw. in der noch flüssigen Phase des Mediums (2) mindestens zwei zueinander bezüglich Katode gegenüber Anode axial versetzte Elektrodenpaare (4, 5; 8, 9) und (6, 7; 10, 11) sowie zugeordnete Magnetspulenpaare (12, 13; 14, 15) eingesetzt sind.
Einrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass das Isolatorrohr (3) einschließlich des Thermoisolatorrings (35) von einem zusätzlichen Thermoisolationsmantel (45) umgeben ist.
Einrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass sie als Aufsatz und die untersetzt angeschlossene Kühlvorrichtung (33) im Wesentlichen den Kokillenbehälter (43) bilden.
Einrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass eine Eintrags-Düse (38) für die Schmelze (2) in das Isolatorrohr (3) hineinreicht, dort endet sowie mindestens eine seitliche Austragsöffnung besitzt.
Einrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die spiralförmige Bewegung mit ihrem azimutalen Bewegungsanteil (39) von einer meridionalen Wirbelbildung (40) begleitet ist, so dass durch die spiralförmige Bewegung ein Kornwachstum erreichbar ist.
Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Verhältnisse zwischen den azimutalen und meridionalen Lorentz-Kräften durch die vorgegebene Versetzung zwischen den Anoden (5, 7, 9, 11) und den Katoden (4, 6, 8, 19) einstellbar ist.
Einrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlvorrichtung (33) für die Schmelze (2) in dem Kokillenbehälter (43) in Folge nach dem Isolatorrohr (3) derart versetzt ist, dass eine Erstarrung der Schmelze (2) aus deren Bewegung in verzögerter Weise in Bereich der Kühlvorrichtung (33) erfolgt.