DE1296747B

DE1296747B - Vorrichtung zur Zufuhr einer metallischen Schmelze aus einem Vorratsbehaelter

Info

Publication number: DE1296747B
Application number: DEI24316A
Authority: DE
Original assignee: Institut de Recherches de la Siderurgie Francaise IRSID
Current assignee: Institut de Recherches de la Siderurgie Francaise IRSID
Priority date: 1962-09-04
Filing date: 1963-08-26
Publication date: 1969-06-04
Also published as: AT239983B; FR1340276A; GB993086A; BE636387A; NL297120A; US3263283A

Description

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Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung gefüllt halten kann, und womit man den sich gezur Zufuhr einer metallischen Schmelze aus einem wohnlich im oberen Teil des Produktes während des Vorratsbehälter über einen horizontalen Kanal aus Erstarrens bildenden Hohlraum oder Lunker verhitzebeständigem Material in eine horizontale meiden oder zumindest weitgehend verkleinern kann. Stranggießkokille. 5 Ein weiterer Vorteil des Druckes in der Gieß-

Das kontinuierliche Gießen flüssiger Metalle weist kokille besteht darin, daß der Wärmeaustausch zwientsprechend seinem Prinzip zahlreiche Vorteile sehen dem Metall und den Wänden der Gießkokille gegenüber dem herkömmlichen Kokillenguß auf und verbessert wird, und daß das Erstarren erleichtert ist bereits seit Jahren Gegenstand zahlreicher Unter- wird.

suchungen, und zwar auf dem Gebiet des Vertikal- io Man könnte hier einwenden, daß ein Gießen unter als auch auf dem Gebiet des Horizontalgusses. Druck mit den entsprechenden Vorteilen theoretisch

Wenn auch der kontinuierliche Vertikalguß auf auch dadurch erreicht werden könnte, daß flußaufzahlreiche Arten durchgeführt worden ist, so weist wärts der Gießkokille eine Säule aus flüssigem Metall er doch einige Schwierigkeiten auf, von denen die von großer Höhe angeordnet wird; dies ist jedoch schwerwiegendste in der vertikalen Abmessung 15 aus mehreren Gründen undurchführbar. Um beibesteht, spielsweise Drücke von 10 kg/cm² zu erreichen, wie

Der diesen Nachteil nicht aufweisende kontinuier- sie mit magnetischen Pumpen erreichbar sind, müßte liehe Horizontalguß stößt auf bestimmte Schwierig- man über Einrichtungen von beachtlicher Höhe verkeiten, die insbesondere von der horizontalen Lage fügen, und zwar mindestens bis zu 15 m für Stahlguß des Barrens während des Erstarrens des Metalles 20 und noch höhere für die leichteren Metalle. Man herrühren. würde dadurch den Hauptvorteil verlieren, den das

Zum einen ist es schwierig, bei horizontaler Stel- kontinuierliche horizontale Gießen gegenüber dem lung des Barrens sicherzustellen, daß der von der klassischen Vertikalguß bietet. Außerdem würden Zusammenziehung des Metalles während des Erstar- sicher unüberwindliche Schwierigkeiten beim Flüsrens herrührende Lunker mit flüssigem Metall ge- 25 sighalten so hoher Metallsäulen auftreten; dies gilt speist wird. Weiterhin bildet sich dieser Lunker insbesondere für Stahl. Offenbar wäre es dann besser, nicht auf der Achse des Barrens, sondern er ist viel- zum gebräuchlichen Vertikalguß zurückzukehren, bei mehr in den oberen Barrenteil verschoben. Zudem dem der größte Teil der Apparathöhe durch das bildet sich im allgemeinen eine gewisse Unsymmetrie erstarrte Metall bedingt ist.

beim Entmischen und Absetzen der Verunrei- 30 . Magnetische Pumpen sind bereits bekannt; sie nigungen. sind auf einem anderen technischen Gebiet als auf

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die dem der Erfindung bereits in Gebrauch; beispiels-Zufuhr der Schmelze in die Stranggießkokille sowie weise als Umwälzpumpen für flüssige Metalle mit deren Erstarrung zu verbessern. niedrigem Schmelzpunkt, wie z. B. Natrium, die als

Zur Lösung dieser Aufgabe ist gemäß der Erfin- 35 Kühlflüssigkeiten bei bestimmten Kernreaktortypen dung vorgesehen, daß bei einer Vorrichtung zur verwendet werden. Es gibt zwei Arten von magne-Zufuhr der Schmelze aus einem Vorratsbehälter über tischen Pumpen, und es ist in Hinblick auf das Prineinen horizontalen Kanal aus hitzebeständigem zip der Erfindung gleichgültig, ob Einrichtungen der Material in eine horizontale Stranggießkokille eine einen Art, der anderen, oder einer noch zu entmagnetische Pumpe um den Kanal angeordnet ist. 40 wickelnden angewandt werden.

Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Er- Bei den Einrichtungen der ersten Gruppe läßt man

findung ist dabei vorgesehen, daß der Kanal einen einen starken Strom in Querrichtung in der Ader aus spaltförmigen Durchgangsquerschnitt in Form eines flüssigem Metall fließen, wobei eine Stelle der Ader Rechtecks mit geringer Höhe aufweist. in einem starken magnetischen Feld liegt, dessen

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung 45 Kraftlinien normal zu den elektrischen Stromfäden der Erfindung ist vorgesehen, daß die magnetische und zur Achse der Metallader sind; dadurch wird auf Pumpe aus dreiphasig zusammengeschalteten ver- die Metallader parallel zu ihrer Achse eine Kraft setzten Reihen-Wellen-Wicklungen gebildet ist. ausgeübt. Wenn ein magnetisches Gleichfeld vorliegt,

Es ist möglich die magnetische Pumpwirkung da- wie es durch einen Magneten oder durch eine gleichdurch zu erzeugen, daß man einen elektrischen so strom-durchflossene Spule erzeugt wird, dann wird Strom quer durch die Ader des flüssigen Metalls der das Metall durchsetzende Strom ebenfalls ein beim horizontalen Ausfließen schickt und in dem _ Gleichstrom sein. Es kann auch Wechselstrom und man ein Magnetfeld im wesentlichen senkreefff zur ein Wechselstiömmägnetfeld gleicher Frequenz an-Richtung des genannten elektrischen Stroms und zur gewendet werden, wobei natürlich in diesem Falle Ausflußrichtung des Metalls anlegt. 55 die Phasen in solcher Beziehung zueinander stehen

Die magnetische Pumpwirkung kann aber auch müssen, daß die mittlere, auf das Metall ausgeübte durch mindestens ein das flüssige Metall durchset- Kraft in der erwünschten Richtung ihr Maximum zendes Magnetfeld erzeugt werden, welches sich in hat. Für Metalle mit niedrigem Schmelzpunkt sind Richtung des ausfließenden flüssigen Metalls ver- diese Pumpeinrichtungen unter der Voraussetzung schiebt. Ferner ist es möglich, die auf das flüssige 60 geeignet, daß ein Material von guter elektrischer Metall ausgeübte Magnetkraft entsprechend ihrer Leitfähigkeit, das ausreichend hitzebeständig ist und Füllhöhe des Metalls im Vorratsbehälter zu regeln. nicht vom flüssigen Metall angegriffen wird, für die

Man sieht daraus, daß das Verfahren bei den Kontakte zum Stromdurchgang in der Ader gefun-Schwierigkeiten, die man bei den bis heute gebrauch- den wird. Dabei handelt es sich um ein oft schwierig liehen Verfahren zum kontinuierlichen horizontalen 65 zu lösendes Problem.

Gießen kennt, Abhilfe schaffen kann. Das flüssige Bei den Einrichtungen der zweiten Gruppe erzeu-

Metall wird in der Gießkokille ständig unter Druck gen von entsprechenden Wechselströmen durchflosgehalten, wodurch man diese Gießkokille stets gut sene Wicklungen magnetische Felder, die in der

fyletallader Induktionsströme entstehen lassen. Die Rückwirkung dieser Ströme auf die induzierendeh Felder erzeugt pumpende Kräfte, wenn die induzierten Ströme in geeigneter Weise gerichtet sind.

Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung eines Aüsführungsbeispiels an Hand der Zeichnung. Es zeigt

Fi g. 1 einen vereinfachten Längsschnitt einer Einrichtung zum kontinuierlichen horizontalen Gießen gemäß der Erfindung,

F i g. 2 eine schematische Darstellung der elektromagnetischen Pumpeinrichtung.

In F ί g. 1 sieht man den das flüssige Metall 2 enthaltenden Vorratsbehälter 1 von üblicher Bauart, der aus einer Stahlumhüllung 3 und einer hitzebeständigen Auskleidung 4 besteht. Der Vorratsbehälter wird in nicht gezeigter, herkömmlicher Weise durch Gießen aus einer Pfanne mit flüssigem Metall gespeißt. Am unteren Teil der senkrechten Wand 6 »0 dos Vorratsbehälters 1 ist in einer entsprechenden konischen Öffnung ein in das Innere des Vorratsbehälter hineinführendes Mundstück 7 eingelassen, und zwar in der für Gießöffnungen üblichen Weise.

Aiii Ausgang des Vorratsbehälters wird der Druck «5 auf das sich frei durch die Öffnung 7 ergießende flüssige Metall durch eine weiter unten zu beschreibende elektromagnetische Pumpeinrichtung 8 erhöht. Das Metall durchfließt diese Einrichtung 8 in einem hitzebeständigen Kanal 9 hohen Widerstands und stark abgeflachten rechteckigen Querschnitts, der beispielsweise aus gesinterter oder schamottierter Tonerde, Zirkonerde oder aus einer Mischung der beiden besteht. Der Vorratsbehälter 1 und die Pumpeinrichtung 8 sind dicht über eine hitzebeständige Zuleitung 10 kreisförmigen Querschnitts verbunden, die in einem zylindrischen Stahlrohr 11 untergebracht ist, das mittels nicht gezeigten Bolzen durch Flansche

12 befestigt ist.

Die elektromagnetische Pumpeinrichtung ist für einen Durchsatz von 50 t/h flüssigen Stahl unter einem maximalen Druck von 10 kg/cm² ausgelegt. Das unter Druck stehende Metall tritt in eine wasserumlaufgekühlte horizontale Stranggießkokille 13 ein, mit welcher sie über eine in einem gleichfalls zylindrischen metallischen Rohr 15 gehalterte hitzebeständige zylindrische Leitung 14 verbunden ist. Das Rohr 15 ist mit einer Doppelwand ausgestattet und wird durch Wasserumlauf mittels der Röhre 16 a und 16 b gekühlt. Dieses Rohr 15 ist mit der Pumpeinrichtung durch einen Flansch 17 verbunden. Zwischen dem Rohr 15 und der Stranggießkokille

13 befindet sich eine mit einem Ringkanal 19 versehene Ringscheibe 18; der Ringkanal mündet in den Gießkanal durch am ganzen Umfang verteilte kleine öffnungen 20, um die Einführung eines Schmiermittels entlang den Wänden der Gußform zu ermöglichen. Das unter Druck durch die Röhre 21 eingespeiste Schmiermittel kann aus dem bekannten Rüböl bestehen, dem eventuell pulverisierter Graphit in Suspension beigemengt ist.

Die Stranggießkokille 13 von kreisförmigem Querschnitt besteht aus Kupfer und wird mittels einer Ummantelung 22 wassergekühlt, die mit einem elastischen gewellten Teil 23 versehen ist, um die Ausdehnungsunterschiede zwischen Stranggießkokille und Ummantelung auszugleichen. Die Ummantelung 22 ist mittels runder Flansche 24 a und 246 und »ezeigtef Bolzen an der Stranggießkokille 13 befestigt; sie ist auf diese Weise leicht abnehmbar, Um die Stranggießkokille nach dem Verschleiß austauschen zu köniieh.

Wähjend das Metall durch die Kokille läuft, gibt es seine Wärme an die Wändo der Kokille 13 ab, so daß es erstarrt und in Fortii eines Barrens 26 mit kreisförrriigem Querschnitt aus der Kokille austritt. Die Führung und Regelung der Äbzüggeschwindigkeit des Steffens erfolgt durch zwei gerillte Rollen 26 a und 26 b.

Die gesamte Vorrichtung zum kontinuierlichen Gießen¹ rollt Über z#ei Rollen 28 α und 286 auf eitiem Metällgesteil ΪΪ; auf diese Weise kann sich der Aufbau bezüglich des Vorrätsbehälters i rollend bewegen, umso ohne für das Verhalten des Materials nachteilige Beanspruchungen die Sich im Betrieb ergebend&i Dehnungen auszugleichen, die über die Länge der Vorrichtung iÖ riüri erreifcnen können.

im folgeiideh vtfird die Arbeitsweise der elektromägrietischen Pumpeinrichtutig 8 mehr ins Einzelne gehend tesbnrietien.

In F i g. I sieht dian den hitzebeständigeri Durchflußkanal 9, in weicHeiii das Metall fließt. Oberhalb und Ünteffiälfe dieses bürchflüßkahals sind senkrecht zur Achse der Gießrichtühg des Mfetälls horizontale Leiterstäbe 29 angebracht, die in entsprechenden Nuten in den geblätterten Magnetpolen (nicht gezeigt in Fig. 1) untergebracht sind; deren aktive Oberflächen sind bei 30a und 306 in Fig. 2 sichtbar. Diese Stäbe sind in F i g. 2 besser zu sehen, in der die unteren und oberen Stäbe in der Draufsicht getrennt gezeigt sind. Normalerweise müßten die zwei Teile der F i g. 2 aufeinanderliegen.

Die Stäbe 29 sind entsprechend dem Schema der F i g. 2 elektrisch so verbunden, daß sie analog zu denen eines Induktionsmotors eine dreiphasig zusammengeschaltete versetzte Reihen-Wellen-Wicklung bilden; sie werden bei A, B und C aus einem elektrischen Dreiphasennetz gespeist. Die Darstellung ist ähnlich, wie wenn man den Stator eines Dreiphasensynchronmotors in eine Ebene abwickelt. Das Drehfeld eines solchen Asynchronmotors wird also hier ersetzt durch ein zur Ebene der F i g. 2 senkrecht »gleitendes« Feld, das sich parallel zu sich selbst und zur Achse des hitzebeständigen Durchflußkanals verschiebt. Dieses gleitende Feld induziert im Metall Ströme, auf die es Elementarkräfte ausübt, die das Metall im Richtungssinne der Verschiebung des Feldes mitnehmen.

Um die größtmögliche Magnetfeldstärke zu erhalten, ist die vertikale Dicke des Durchflußkanals so klein wie möglich gehalten. Das flüssige Metall strömt hier in Form einer Schicht von etwa 1 cm Dicke und 20 cm Breite.

Beim vorliegenden Ausführungsbeispiel ist die Einrichtung 8 für einen maximalen Durchsatz von 50 t/h flüssigen Stahl bei einem Druck von etwa 10 kg/cm² ausgelegt. Zu diesem Zweck enthält sie 60 Leiterstäbe 29 oberhalb des Durchflußkanals 9 und ebensoviel unter diesem, die von Strom mit etwa 300 Ampere durchflossen werden. Die aufgenommene Leistung liegt in der Größenordnung von 150 bis 200 kW.

Das bei 31 aus der Einrichtung 8 austretende flüssige Metall tritt dann unter Druck in die Stranggießkokille 13 ein, wo es an den Wänden zu erstarren beginnt. Der vom flüssigen Metall auf die sich bil-

dende Außenhaut des erstarrten Metalls wirkende Druck sucht diese in Berührung mit der Wand der Stranggießkokille zu halten, wodurch das Auftreten von Ablösungen und die daraus sich ergebende Verzögerung des Wärmeaustausches begrenzt wird. In gleicher Weise wird der Lunker, der sich immer während des Abkühlens eines Blocks oder Barrens auf Grund der Zusammenziehung des Metalls zu bilden sucht, wenn die äußere Wand bereits erstarrt ist, vermöge des Druckes dauernd mit flüssigem Metall gespeist; es kann sich also kein Lunker bilden.

Um die Berührung zwischen dem erstarrten Barren und der Stranggießkokille zu fördern, kann man dieser eine leicht, in der Größenordnung von beispielsweise 1"⁰Io, konisch zusammenlaufende Form geben.

Die den Barren 25 abziehenden Rollen 26 A, 26B werden in bekannter Weise mit regulierbarer konstanter Drehzahl von einem Elektromotor angetrieben, was aber nicht zur Erfindung gehört. Im all- ao gemeinen ist es nicht notwendig, auf den Barren eine starke Abzugskraft auszuüben, da zum Herausziehen des Barrens der angewandte Druck ausreicht. Die Rollen 26^4, 26 B gewährleisten einen regelmäßigen Barrenvorschub, in dem sie entweder einen leichten Zug ausüben oder umgekehrt diesen etwas zurückhalten. Die Einrichtung gemäß der Erfindung ist besonders vorteilhaft für das Gießen von Teilen mit kleinen Querschnitten, denn sie gestatten eine beachtliche Erhöhung der Gießgeschwindigkeit im Vergleich zu bekannten Verfahren. Der bei diesem Ausführungsbeispiel erwähnte Druck von 10 kg/cm² hat keine einschränkende Bedeutung, die Vorteile der Erfindung können sehr wohl auch mit anderen Drücken erreicht werden, insbesondere mit schwächeren Drücken bei anderen Arbeitsbedingungen.

Claims

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zur Zufuhr einer metallischen Schmelze aus einem Vorratsbehälter über einen horizontalen Kanal aus hitzebeständigem Material in eine horizontale Stranggießkokille, dadurch gekennzeichnet, daß eine magnetische Pumpe (8) um den Kanal (9) angeordnet ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kanal (9) einen spaltförmigen Durchgangsquerschnitt in Form eines Rechtecks mit geringer Höhe aufweist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die magnetische Pumpe aus dreiphasigen zusammengeschalteten versetzten Reihen-Wellen-Wicklungen gebildet ist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen