DE69032562T2

DE69032562T2 - Seitliche begrenzung für eine metallschmelze durch horizontalalternierende magnetfelde

Info

Publication number: DE69032562T2
Application number: DE69032562T
Authority: DE
Inventors: Walter F. Palos Park Il 60464 Praeg
Original assignee: Arch Development Corp
Current assignee: Arch Development Corp
Priority date: 1988-11-17
Filing date: 1990-06-07
Publication date: 1999-01-21
Anticipated expiration: 2010-06-08
Also published as: JPH07115135B2; JPH06503035A; DE69032562T3; EP0531286B2; DE69032562D1; NO304140B1; EP0531286A1; AU655403B2; EP0531286B1; RU2087248C1; UA24014C2; NO924661D0; AU5842690A; NO924661L; WO1991018696A1; KR960015335B1; US5385201A; BR9008029A; KR930700238A; US4936374A

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein das Gießen von Metallblechen gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1 bzw. 45. Sie ist besonders auf das vertikale Gießen von Metallblechen zwischen sich gegenläufig drehenden Walzen gerichtet.
Die Stahlherstellung nimmt eine zentrale, wirtschaftliche Rolle ein, und stellt einen beträchtlichen Anteil des Engergieverbrauchs vieler industrialisierter Nationen dar. Der Hauptteil der Stahlherstellungsvorgänge schließt die Erzeugung von Stahlplatten und Stahlblechen ein. Die gegenwärtige Stahlwalzpraxis erzeugt typischerweise dünne Stahlbleche, indem flüssiger Stahl in eine Form gegossen wird, woraufhin der flüssige Stahl bei der Berührung der kalten Formoberfläche erstarrt. Der erstarrte Stahl verläßt die Form entweder als ein Barren oder als ein fortlaufender Block, nachdem er typischerweise durch Wasser gekühlt worden ist, das innerhalb der Formwand während eines Erstarrungsvorgangs umläuft. In beiden Fällen ist der fester Stahl relativ dick, z. B. 13.5 cm (6 Zoll) oder größer und muß nachfolgend verarbeitet werden, um die Dicke auf den erwünschten Wert zu verringern und die metallurgischen Eigenschaften zu verbessern. Der formgebildete Stahl ist üblicherweise durch eine Oberfläche gekennzeichnet, die durch Fehler aufgerauht ist, wie kalte Falten, Seigerung, heiße Tropfen und Ähnliches, die hauptsächlich von der Berührung zwischen der Form und der erstarrenden Metallhaut herrühren. Des weiteren zeigt der derart gegossene Stahlbarren oder das Blech auch häufig eine beträchtliche Legierungstrennung in seinem Oberflächenbereich aufgrund des anfänglichen Abkühlens der Metalloberfläche aus der unmittelbaren Anwendung eines Kühlmittels. Nachfolgende Bearbeitungsschritte, wie Walzen, Extrudieren, Schmieden und Ähnliches, verlangen üblicherweise das Abziehen des Barrens oder des Blechs vor der Bearbeitung, um Oberflächenfehler sowie den Legierungsfehlerbereich nahe seiner Oberfläche zu entfernen. Diese zusätzlichen Schritte erhöhen natürlich die Komplexität und die Kosten der Stahlproduktion.
Eine Verringerung der Stahlblechdicke wird durch ein Walzwerk erreicht, das sehr kapital intensiv ist und große Energiemengen verbraucht. Der Walzvorgang trägt deshalb wesentlich zu den Kosten des Stahlbleches bei. Bei einer typischen Einrichtung muß ein 25,4 cm (10 Zoll) dicker Stahlblock durch zumindest zehn Walzmaschinen bearbeitet werden, um seine Dicke zu verringern. Das Walzwerk kann sich soweit wie über eine halbe Meile erstrecken und soviel wie 500 Millionen Dollar Kosten.
Verglichen mit der gegenwärtigen Praxis könnte eine große Verringerung der Gesamtkosten von Stahlblech und der Energie, die für seine Erzeugung verlangt wird, erreicht werden, wenn die Bleche nahezu zu ihrer Endform gegossen werden könnten, d. h. zu einer Form und Größe, die das endgültige erwünschte Erzeugnis stark annähern. Dies würde den Walzvorgang verringern und würde große Energieeinsparungen ergeben. Es gibt mehrere, sich gegenwärtig in Entwicklung befindende Technologien, die versuchen, diese Vorteile zu erreichen, indem Stahlbleche bei dem Gießverfahren gebildet werden.
Eine von der Stahlindustrie in Betracht gezogene Methode, um die Verarbeitung zu verringern, schließt das Walzengießen von Stahlblechen ein, dieses Verfahren wurde ursprünglich von H. Bessemer vor 100 Jahren erdacht, wie es in den britischen Patenten Nr. 11,317 (1847) und 49,053 (1857) und in einer Veröffentlichung des Iron and Steel Institute, U. K. (Oktober 1991) beschrieben ist. Dieses Walzgießverfahren erzeugt Stahlbleche, indem geschmolzener Stahl zwischen sich gegenläufig drehende Doppelwalzen gegossen wird. Die Walzen sind mit einem Spalt beabstandet. Die Drehung der Walzen zwingt das geschmolzene Metall durch den Spalt zwischen den Walzen. Mechanische Abdichtungen sind notwendig, um das geschmolzene Metall an den Rändern der Walzen zu halten. Die Walzen sind aus einem Metall mit hoher Wärmeleitfähigkeit, wie Kupfer oder Kupferlegierungen, hergestellt und wassergekühlt, um die Haut des geschmolzenen Metalls zu verfestigen, bevor es den Spalt zwischen den Walzen verläßt. Das Metall verläßt die Walzen in der Form eines Bandes oder Bleches. Dieses Blech kann weiter durch Wasser oder andere geeignete Mittel durch Strahlen gekühlt werden. Dieses Verfahren weist den Nachteil auf, daß die mechanischen Dichtungen, die verwendet werden, das geschmolzene Metall an den Walzenrändern zu halten, in physikalischer Berührung mit den sich drehenden Walzen und dem geschmolzenen Metall sind und deshalb Wasser, Lecken, Verstopfen, Abkühlen und großen Wärmegradienten ausgesetzt sind. Des weiteren kann eine Berührung zwischen den mechanischen Abdichtungen und dem erstarrendem Metall Ungleichmäßigkeiten entlang der Rändern der Bleche bewirken, die auf diese Weise gegossen worden sind, wodurch die Vorteile des Walzverfahrens gemindert werden.
Diese Nachteile werden durch die Konstruktion des japanischen Patents Nr. 62-104653 überwunden, das allgemein eine Vorrichtung zum Einschließen des geschmolzenen Metalls offenbart, die eine Begrenzungseinrichtung umfaßt, die eine offene Seite aufweist und einen Magneten, der beim Einsatz ein hauptsächlich horizontales Magnetfeld erzeugt, wobei sich der genannte Magnet nahe der offenen Seite der Begrenzungseinrichtung befindet und Magnetpole einschließt, die nahe der offenen Seite der Begrenzungseinrichtung angeordnet sind.
Gemäß einem Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung, wie sie beansprucht ist, ist die vorgenannte allgemein geoffenbarte Vorrichtung zum Einschließen geschmolzenen Metalls dadurch gekennzeichnet, daß das Feld, das durch den genannten Magnet erzeugt wird, ein magnetisches Wechselfeld ist, das beim Einsatz Wirbelströme in einer dünnen Schicht der Oberfläche des geschmolzenen Metalls hervorruft, die mit dem Magnetfeld wechselwirken, das eine Kraft erzeugt, die das geschmolzene Metall innerhalb der Begrenzungseinrichtung enthalten kann, und daß der Magnet des weiteren einen Kern enthält, der die genannten Pole verbindet, und eine Wicklung, die den Kern umschließt, wobei die Wicklung auf eine Stromquelle reagiert, so daß ein magnetisches Wechselfeld zwischen den genannten Polen und parallel zur offenen Seite der Begrenzungseinrichtung erzeugt werden kann, so daß das geschmolzene Metall in der Begrenzungseinrichtung eingeschlossen werden kann.
Das japanische Patent Nr. 62-104653 offenbart des weiteren ein Verfahren, kontinuierlich Metallbleche zu gießen, das die Schritte umfaßt, geschmolzenes Metall zwischen sich gegenläufig drehende Walzen einzubringen und das geschmolzene Metall an den Rändern der sich gegenläufig drehenden Walzen durch eine elektromagnetische Kraft einzuschließen.
Gemäß einem anderen Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung, wie sie beansprucht ist, ist das vorgenannte allgemein geoffenbarte Verfahren dadurch gekennzeichnet, daß die elektromagnetische Kraft durch ein horizontales, magnetisches Wechselfeld erzeugt wird, das Wirbelströme induziert, die im wesentlichen vertikal ausgerichtete Schleifen in dem geschmolzenen Metall umfassen, wodurch ein festes Metallblech von diesen Walzen gegossen werden kann.
Die vorliegende Erfindung hat gegenüber der Vorrichtung und dem Verfahren, die in JP- 62-104653 geoffenbart sind, den Vorteil, daß sie ein Magnetfeld liefert, das maßgeschneidert werden kann, die durch die Schwerkraft und die Walzen hergerufenen Kräfte, selbst bei ferromagnetischen Walzen, auszugleichen. Des weiteren konzentriert die vorliegende Erfindung die elektromotiven Kräfte in der Seitenwand der geschmolzenen Metallmenge, wodurch die verschwendete Energie bei Anwendung eines magnetischen Gleichfeldes vermieden wird, und Änderungen des Kontaktwiderstands zwischen den Walzen und dem Behälter des geschmolzenen Metalls die Seitenwandverunreinigung nicht beeinflussen.
Die vorliegende Erfindung hat auch den Vorteil, daß die Kosten und die Komplexität beim Gießen dünner Bleche verringert wird und Metallerzeugnisse mit guten metallurgischen Eigenschaften und Oberflächeneigenschaften erzeugt werden können, wenn sie die Gießvorrichtung verlassen. Zusätzlich wird die elektromagnetische Erwärmung des geschmolzenen und des festen Metalls minimiert.
Damit die Erfindung gut verstanden wird, werden nun einige ihrer Ausführungsformen beschrieben, die in bespielhafterweise gegeben werden, wobei auf die beigefügten Zeichnungen Bezug genommen wird, in denen:
Fig. 1a eine vordere Schnittansicht der vorliegenden Erfindung ist;
Fig. 1b eine Schnittansicht eines Segments der Walze 1a ist;
Fig. 2 eine Ansicht entlang der Schnittlinie 2-2' der Fig. 1a ist;
Fig. 3 eine Ansicht entlang der Schnittlinie 3-3' der Fig. 1a ist;
Fig. 4 eine Schnittansicht des Kerns ist, wie er entlang der Schnittlinie 4-4' der Fig. 2 gezeigt ist;
Fig. 5 eine perspektivische Ansicht des Magneten und der Spule dieser Ausführungsform der Erfindung ist;
Fig. 6 eine perspektivische Ansicht einer anderen Ausführungsform des Magneten und der Spule dieser Erfindung ist;
Fig. 7 eine Schnittansicht des Joches ist, wie es in Fig. 6 gezeigt ist;
Fig. 8 eine perspektivische Ansicht einer anderen Ausführungsform des Magnetkerns dieser Erfindung ist;
Fig. 9 eine vordere, vertikale Schnittansicht einer anderen Ausführungsform dieser Erfindung ist;
Fig. 10 eine vertikale, vordere Schnittansicht einer noch anderen Ausführungsform des Magneten dieser Erfindung und einer Seitenansicht der Walzen ist;
Fig. 11 eine horizontale Schnittansicht einer anderen Ausführungsform dieser Erfindung ist;
Fig. 12a eine Vorderansicht eines Abschnitts einer anderen Ausführungsform des Walzenrandes dieser Erfindung ist;
Fig. 12b eine Draufsicht auf die Ausführungsform des Walzenrandes dieser Erfindung ist, wie er in Fig. 12a gezeigt ist;
Fig. 13a eine Ansicht eines Abschnitts einer Walze ist, die eine andere Ausführungsform des Walzenrandes dieser Erfindung entlang der Linie 13b-13b' der Fig. 10 zeigt;
Fig. 13b eine Schnittansicht entlang der Linie 13b-13b' der Fig. 10 ist;
Fig. 14 eine Seitenansicht einer anderen Ausführungsform dieser Erfindung ist;
Fig. 15a eine Seitenansicht einer noch anderen Ausführungsform dieser Erfindung ist; und
Fig. 15b eine horizontale Ansicht entlang der Linie 15b-15b' der Fig. 15a ist.
Die verschiedenen Ausführungsformen der Erfindung, die unten beschrieben sind, überwinden die Probleme des Walzengießens durch eine neuartige Konstruktion, die die elektromagnetische Begrenzung des flüssigen Metalls an den Walzenrändern statt mechanischer Abdichtungen zeigt, wodurch die mit mechanischen Dichtungen verbundenen Probleme überwunden werden. Die beschriebenen Ausführungsformen liefern ein geformtes, horizontales, magnetisches Wechselfeld, um eine Menge an geschmolzenem Metall zwischen den Zylinderflächen eines Walzenpaares einzuschließen, wenn das geschmolzene Metall zu einem dünnen, vertikalen Blech durch die gegenläufige Drehung der Walzen gegossen wird, die das geschmolzene Metall zwischen sie hindurchzwingt. Das horizontale, magnetische Wechselfeld der vorliegenden Erfindung kann auch verwendet werden, den Fluß des geschmolzenen Metalls von Wehren oder Öffnungen anderer Geometrien zu verhindern oder zu regulieren. De Druck p, der durch den geschmolzenen Metallvorrat ausgeübt wird, besteht im wesentlichen aus einem ferrostatischen Druck ph und einen Druck pr, der durch die Walzen über das erstarrende Metall eingebracht wird, das gegossen werden soll
p = ph + pr (1)
Der magnetische Druck pm, der durch das horizontale, magnetische Wechselfeld B ausgeübt wird, muß den Druck von dem oberen Ende des Metallvorrats in den Bereich ausgleichen, wo sich die Metallbahn ausreichend dick verfestig hat, um dem Druck zu widerstehen. Der magnetische Druck ist gegeben durch
pm = B²/2 u&sub0; (2)
wo die Konstante u&sub0; die Permeabilität der freien Raumes ist.
Der ferrostatische Druck ph, der von der geschmolzenen Metallmenge ausgeübt wird, nimmt linear mit der zunehmenden Abwärtsentfernung h von der Oberfläche des Vorrats zu
Ph = g ρ h (3)
wo ρ die Dichte des Metalls und g die Schwerkraftbeschleunigung ist. Das magnetische Feld, das benötigt wird, den ferrostatischen Druck zu begrenzen, kann gefunden werden, indem der magnetische und der ferrostatische Druck gleichgesetzt werden
B = (2u&sub0;gρh)1/2 = kh1/2 (4)
Für den Stahlguß ist k ungefähr 450, wenn h in cm und B in Gauß gemessen werden.
Der durch die Walze hervorgerufene Druck pr hängt von den Eigenschaften des Metalls ab, das gegossen wird, dem Walzendurchmesser und der Geschwindigkeit und der Dikke des Metallbandes oder Blechs, das gegossen wird. In dem Fall von Stahlblechen wird abgeschätzt, das p, viele Male größer als der hydrostatische Druck ph sein kann.
Die Frequenz des gewählten magnetischen Wechselfeldes ist so niedrig wie praktisch konsistent mit dem Abstand zwischen den Walzen und dem Abstand zwischen den Walzenenden, typischerweise zwischen 39 Hz und 16.000 Hz.
Fig. 1a zeigt eine Querschnittsansicht der Walzengießvorrichtung der vorliegenden Erfindung. Ein Paar Walzen 10a und 10b (gemeinsam als Walzen 10 bezeichnet) sind parallel und nahe zueinander und liegen in einer horizontalen Ebene, so daß ein geschmolzenes Metall 12 zwischen ihnen oberhalb des Punktes gehalten werden kann, wo die Walzen am nahesten beieinander sind. Die Walzen 10 sind durch einen Spalt d (in Fig. 2 gezeigt) getrennt. Die gegenläufige Drehung der Walzen 10a und 10b (in Richtung der gezeigten Pfeile 11a und 11b) zwingt, wobei mit dem Eigengewicht gearbeitet wird, das geschmolzene Metall 12 dazu, durch den Spalt d zwischen den Walzen 10 und aus dem unteren Teil herauszufließen.
Magnetpole 16a und 16b, die auf beiden Seiten des Spalts d zwischen den Walzen 10a und 10b angeordnet sind, erzeugen ein magnetisches Wechselfeld, das eine elektromagnetische Einwärtskraft ausübt, die verhindert, daß geschmolzene Flüssigkeit 12 aus den Seiten an den Rändern der Walzen 10a und 10b herausfließt. Diese ganze Anmeldung durchgehend wird auf eine Einschließung an einem Ende eines Walzenpaares Bezug genommen. Es versteht sich, daß die Einschließung geschmolzenen Metalls zwischen einem Paar sich gegenläufig drehender Walzen, wie es durch die vorliegende Erfindung vorgesehen ist, an beiden Enden des Walzenpaares verwendet wird.
Die Walzen 10 schließen eine Kühleinrichtung ein, um das geschmolzene Metall durch Leitung, wenn es zwischen den Walzen 10 hindurchläuft, zu kühlen und dadurch zum Erstarren zu bringen. Erneut auf Fig. 1b bezugnehmend kann die Kühleinrichtung eine Mehrzahl wassergekühlter Umlaufkanäle 13 umfassen, die sich innerhalb der Oberflächenwand der Walze befinden. Es wird erneut auf Fig. 1a Bezug genommen, wobei das Metall, nachdem es aus den Walzen 10 austritt, zu einem Blech 18 erstarrt ist, das eine Dicke gleich dem Spalt d zwischen den Walzen 10 aufweist. Strahlen 22, die sich unterhalb der Walzen befinden, kühlen das gegossene Metallblech weiter ab, indem ein Kühlmittel (wie Wasser oder Luft) auf es gesprüht wird. Das gegossene Metallblech wird geführt, abgestützt und von den Walzen durch mechanische Führungen 23 fortgetragen.
Bezugnehmend auf Fig. 2 ist dort eine horizontale Schnittansicht der Erfindung entlang der Schnittlinie 2-2' der Fig. 1a gezeigt. Die Fig. 2 zeigt die Anordnung der Magnetpole in bezug auf die Walzen. Die Walzen 10a und 10b sind durch einen Spalt d getrennt, durch den das Metall 18, das gegossen wird, hindurchgehen kann. Der Magnet 24 besteht aus einem Joch 26 und Polen 16a und 16b. Spulen 28a und 28b sind um den Magneten herumgewickelt. Die Spulen 28a und 28b führen einen elektrischen Strom, der von einer Wechselstromquelle zugeführt wird, wodurch der Magnet 24 magnetisiert wird und ein Magnetfeld zwischen den Polen 16a und 16b hervorruft. Die Hauptteile der Magnetpole 16a und 16b befinden sich innerhalb der äußeren Randbereiche 30a und 30b der Walzen. Die Magnetpole 16a und 16b sind ortsfest und radial von den Walzen 10a und 10b durch einen Raumabstand getrennt, der groß genug ist, eine freie Drehung der Walzen 10 zuzulassen. Die Pole 16 erstrecken sich axial über eine kurze Strecke in die Enden der Walzen 10.
Die Zylinderflächen der Walzen 16 weisen einen Mittelabschnitt 32 auf, der mit dem geschmolzenen Metall in Berührung kommt. Die Mittelabschnitte 32 sind aus einem Material konstruiert, das eine große Wärmeleitfähigkeit aufweist, so daß eine Kühleinrichtung, die in Verbindung mit den Walzen verwendet wird, Wärme von dem geschmolzenen Metall entfernen kann, wodurch das Gießverfahren erleichtert wird. Bei der vorliegenden Erfindung umfaßt die in Verbindung mit den Walzen verwendete Kühleinrichtung wassergekühlte Kanäle 13 im Inneren der Walzen 10, wie es in Fig. 1b gezeigt ist. Bei dieser Ausführungsform sind die Mittelabschnitte 32 der Walzen 10 aus einer Kupferlegierung hergestellt.
Die Walzen 10 weisen auch Außenränder 34a und 34b auf, die Fortsetzungen der Mittelabschnitte 32 der Walzen 10 bilden. Die Ränder 34 befinden sich in dem Bereich zwischen den Magnetpolen 16. Die Pole 16 erzeugen ein Magnetfeld, das durch die Ränder 34 der Walzen 10 bei dieser Ausführungsform eindringt. Deshalb müssen bei dieser Ausführungsform die Ränder 34 aus einem Material hergestellt sein, das für den Durchgang eines Magnetfeldes geeignet ist. Bei dieser Ausführungsform der vorliegenden Erfindung sind die Ränder aus rostfreiem Stahl hergestellt.
Der spezifische Widerstand von rostfreiem Stahl (ungefähr 75 Mikroohm-cm bei Raumtemperatur) paßt gut zu dem spezifischen Widerstand des geschmolzenen Stahls (ungefähr 140 Mikroohm-cm); deshalb kann der horizontale Magnetfluß beide Metalle durchdringen. Aufgrund von Wirbelströmen in dem geschmolzenen Metall fällt das Feld exponentiell ab, wenn der axiale Abstand z von dem Rand der Menge zunimmt. Deshalb ist eine Magnetkraft F&sub1; an dem Rand der Menge größer als die entgegengesetzt gerichtete Kraft F&sub2; weiter innerhalb der Menge, wie es in Fig. 3 gezeigt ist, wodurch sich eine Nettoeinschließkraft F
Als Ergebnis kann das geschmolzene Metall zwischen den Walzen begrenzt werden.
Es wird erneut auf Fig. 2 Bezug genommen, wobei die Randbereiche 30 der Walzen 10 gekrümmt und an ihren inneren Abschnitten konisch sind, um die Magnetpole 16 aufzunehmen. Ähnlich sind die Pole 16 allgemein an die Form des äußeren Bereiches der Walzen 10 angepaßt. Eine Abschirmung 33 umschließt das Joch 26 und Abschnitte der Pole 16 mit Ausnahme der Polenden. Das Joch 26 kann ein geschichteter Kern sein. Die Abschirmung 33 umschließt den Kern 26, ohne eine elektrisch kurzgeschlossene Windung zu bilden, wie es durch die Fig. 4 dargestellt ist. Die Abschirmung 33 kann durch zwei U-Kanäle 33a und 33b gebildet werden, die aus Kupferblech hergestellt und voneinander durch wenigstens einen Zwischenraum 35 getrennt sind. Die Abschirmung 33 sollte aus einem Material mit geringem spezifischen Widerstand hergestellt werden, um eine Übertragung eines Magnetfeldes durch eine Wirbelstromabschirmung zu verhindern und dadurch dazu dienen, eine Flußleckage zu verringern, die Formung des Magnetfeldes zu verstärken und den Wirkungsgrad der Schaltung zu verbessern. Die Abschirmung 33 kann auch als eine Wärmeabschirmung für den Magneten dienen und kann für diesen Zweck wassergekühlt sein. Ein Material mit geringem spezifischen Widerstand und hoher Wärmeleitfähigkeit, wie Kupfer oder Kupferlegierung, ist zur Verwendung als Abschirmung 33 ideal.
Es wird auf Fig. 3 Bezug genommen, in der ein horizontaler Querschnitt der vorliegenden Erfindung gezeigt ist, wenn entlang der Schnittlinie 3-3' der Fig. 1a betrachtet wird. Die Fig. 3 zeigt einen Schnitt zwischen den Walzen an einem Punkt, der vertikal von der horizontalen Achse der Walzen 10 verschoben ist. Fig. 3 zeigt die Begrenzung des geschmolzenen Metalls 12 durch die Walzen 10 und die Wechselwirkung des Magnetfeldes B und die Wirbelströme i. Die Fig. 3 zeigt Walzen 10 mit einem Mittelabschnitt 32 und Rändern 34. In der Fig. 3 ist auch der Magnet 24 gezeigt, die ein Joch 26, Pole 16, eine Spule 28 und eine Abschirmung 33 aufweist.
Fig. 3 zeigt auch das geschmolzene Metall 12, das zwischen den Enden der Walzen 10 durch das Magnetfeld B (als unterbrochene Linie gezeigt) zwischen den Polen 16 zurückgehalten ist. Das Magnetfeld B bewirkt Wirbelströme i in dem geschmolzenen Metall, die durch aus der Seite austretende Pfeilköpfe und in die Seite eintretende Pfeilschwänze angegeben sind, und eine sich ergebende, elektromagnetische Kraft F, die in Richtung zu dem Inneren der Menge gerichtet ist, um das geschmolzene Metall zu begrenzen. Die Begrenzungskräfte F bestehen wegen der Wechselwirkung des horizon talen Feldes B mit den Wirbelströmen i in dem geschmolzenen Metall, die in dem geschmolzenen Metall durch das Magnetfeld B induziert werden.
Bei der vorliegenden Erfindung kann eine Anzahl unterschiedlicher Magnet- und Spulengeometrien zur Anpassung an besondere Anforderungen des Gießverfahrens verwendet werden. Fig. 5 ist eine perspektivische Ansicht des Magneten 24 und der Spule 28, wie sie in Fig. 1-4 gezeigt sind. Der Magnet weist ein geschichtetes Joch 26 und Pole 16a und 16b auf. Die Pole 16b sind bogenförmig und können mit der Form der Innenabschnitte der Walzen 10 übereinstimmen. Die Spule umfaßt ein Spulenpaar 28a und 28b, die geschichtete Kernabschnitte 40a und 40b des Magneten 24 umschließen. Die Spulen 28 sind mit einer Wechselstromversorgung 36 verbunden, die einen Wechselstrom Is liefert, der den Magnet 24 erregt. Das Spulenpaar kann mit der Stromquelle in Reihe oder parallel in Abhängigkeit von Konstruktionsüberlegungen verbunden sein. Der Einfachheit halber ist die Wirbelstromabschirmung um den Magnet herum nicht gezeigt.
Eine andere Ausführungsform von Magnet und Spule ist in Fig. 6 gezeigt. Bei dieser Ausführungsform weist der Magnet 42 einen quadratförmigen Kern 44 auf, der die Pole 46a und 46b verbindet. Die Pole 46a und 46b haben bei dieser Ausführungsform geformte Polflächen 48a und 48b, aber quadratische Rückseiten 50, um zu der quadratischen Form des Kerns 44 zu passen. Wie es durch die aufgeschnittene Ansicht des Pols 46b dargestellt ist, umschließt eine isolierte Kupferabschirmung 51 den Kern, um den Leckfluß zu verringern. Ein Spalt 52 in der Abschirmung 51 verhindert, daß die Abschirmung eine Kurzschlußwindung um den Magnetkern herum ist. Die Spule 60 schließt den Kern 44 und die Abschirmung 51 ein. Bei dieser Ausführungsform ist die Spule 60 eine Spule mit einer einzelnen Lage statt eines Spulenpaars, wie bei der vorhergehenden Ausführungsform. Die Spule 60 ist mit einer Wechselstromversorgung 36 verbunden, die einen Wechselstrom Is liefert, der den Magnet 42 erregt. Der Leckfluß könnte weiter verringert werden, indem die Spule 60 mit einer Kupferabschirmung 53a und 53b umschlossen wird, wie es in Fig. 7 gezeigt ist. Diese zusätzliche Abschirmung 53a und 53b würde die Querschnittsfläche verringern, die in dem Luftraum für den Leckfluß um die Spulenwindungen herum verfügbar ist, und dadurch einen solchen Leckfluß verringern. Bei einer noch anderen Ausführungsform könnte die innere Ab schirmung 51 weggelassen und die Kern- und Spulenvorrichtung nur von einer äußeren Abschirmung 53 umschlossen sein.
Fig. 8 zeigt eine andere Abänderung des Magneten, der bei der vorliegenden Erfindung verwendet wird. Bei dieser Ausführungsform weist der Magnet 54 einen allgemein abgeschnittenen, trapezförmigen Kern mit rechteckigen, flachen Seiten 55 auf, die das trapezförmige Joch 56 mit den Polen 57a und 57b verbinden. Ähnlich der Magnetkonstruktionen in Fig. 5 kann dieser Magnet den Vorteil aufweisen, daß er einfacher zu konstruieren ist.
Eine weitere Abänderung bei dem Magneten ist in Fig. 9 gezeigt. In Fig. 9 wird eine geschmolzene Flüssigkeit 12 zu einem Blech 18 zwischen Walzen 10 gegossen. Wie bei den vorhergehenden Ausführungsformen schließen die Magnetpole 59a und 59b das geschlossene Metall an den Rändern der Walzen 10 ein. Bei dieser Ausführungsform sind die Magnetpole 59 lagemäßig einstellbar. Die Pole 59a und 59b können abgeschrägt sein und bewegt werden, daß sie näher bei den Walzenrändern oder weiter von ihnen entfernt sind. Dieses Merkmal ermöglicht die Einstellung des Magnetfeldes. Wie es in Fig. 9 gezeigt ist, sind die oberen Teile der Pole 59 weiter von den Walzenrändern im Vergleich zu dem unteren Teil der Pole fortbewegt worden. Wie es durch die unterbrochenen Linien gezeigt ist, die das Magnetfeld B in Fig. 9 darstellen, wobei die oberen Enden der Pole 59 weiter beabstandet sind, kann das Magnetfeld relativ stark nahe dem unteren Ende und schwächer an dem höheren Ende verglichen mit der in Fig. 1a gezeigten Polausgestaltung gemacht werden. Diese Einstellbarkeit kann zum Gießen von Metallblechen unterschiedlicher Dicke verwendet werden, wo unterschiedliche Einschließungskräfte notwendig sein mögen.
Fig. 10 zeigt eine noch andere Abänderung des Magneten der vorliegenden Erfindung. Diese Abänderung bietet die höchste Flexibilität von jeder der bisher gezeigten Konstruktionen. (Fig. 10 zeigt nur einen Magnetpol; es versteht sich, daß ein identischer Pol in Gegenüberlage dieses Pols in der anderen Walze angeordnet würde.)
In Fig. 10 ist jeder Magnetpol in drei einzelne, getrennte Magnetelemente 61a, 61b und 61c unterteilt. Jedes dieser Elemente ist ein unabhängiger Magnet, die Kerne 62, Erregungsspulen 63 und Wirbelstromabschirmungen 33 umfaßt, die ihre entsprechenden Spulen und Kerne mit Ausnahme eines Luftspalts umschließen, der verhindert, daß die Abschirmungen eine Kurzschlußwindung werden, wie es in Fig. 4 oder 7 gezeigt ist. Das Magnetelement 61a umfaßt den oberen Bereich der Seitenwand der geschmolzenen Metallmenge 12, das Element 61b umfaßt die Mitte der Seitenwand der Menge und das Element 61c umfaßt den unteren Bereich der Seitenwandmenge.
Bei dieser Ausführungsform wird jedes einzelne, getrennte Magnetelement einzeln gesteuert und mit individuellen Strömen Isa Isb und Isc versorgt. Diese drei Magnetelemente können von einer einzigen Wechselstromenergiequelle 64 oder von drei einzelnen Stromquellen erregt werden. Bei einer einzelnen Stromquelle würden zwei veränderliche Drosselspulen in Reihe mit den Spulen von zwei der drei Magnetelemente verbunden, damit die Magnetfelder der drei Magnetelemente unabhängig eingestellt werden können; die Zeitkonstante (L/R) der Drosselspulen wird ausgelegt, daß sie die gleiche Zeitkonstante wie die der Magnete ist, damit der von den drei unabhängigen Magneten erzeugte Fluß in Phase ist. Bei drei unabhängigen Stromquellen muß darauf geachtet werden, daß die drei Quellen die richtige Phasenbeziehung aufweisen. Weil jedes Element einzeln eingestellt werden kann, gibt es ebenfalls ein hohes Maß an Einstellbarkeit des gesamten Magnetfeldes. Diese Einstellbarkeit kann verwendet werden, den Betrieb bei unterschiedlichen Bedingungen zu optimieren, wie bei unterschiedlichen Blechdichten, unterschiedlichen, geschmolzenen Metallen oder Legierungen, unterschiedlichen Temperaturbedingungen, beim Anfahren und beim Beenden.
Rückkopplungsschleifen können Sensoren 65 verwenden, um die Lage des oberen, des mittleren und des unteren Abschnitts der elektromagnetisch begrenzten Seitenwand zu überwachen. Irgendeine Abweichung von einer gegenwärtigen Lage erzeugt ein Fehlersignal, das nach einer geeigneten Verstärkung die den entsprechenden Magnetelementen zugeführte Energie ändert, um die gegenwärtige Begrenzungslage des entsprechenden Seitenwandbereiches wieder herzustellen. Diese Sensoren können die Form einzelner Bündel (Strahlen) annehmen, die parallel zu der Seitenwand von einer Seite übertragen und von einem Empfänger auf der anderen Seite erfaßt werden (wobei das Bündel unterbrochen wird, wenn sich die Seitenwand näher zu dem Magneten bewegt). Alternativ können die Sensoren die Form einzelner Bündel annehmen, die normal zu der Seitenwand übertragen werden und deren Reflexion von der Oberflächen der Seitenwand von einem Empfänger erfaßt und verwendet wird, die Lage der Seitenwand zu bestimmen. Die Sensoren können die Form veränderlicher Kapazitäten annehmen, wobei der überwachte Seitenwandbereich eine Elektrode des Kondensators und die andere eine geeignete Elektrode ist, die in einem festen Abstand und parallel zu der Seitenwand angebracht ist. Bei einer noch weiteren Alternative kann der Sensor die Form einer Impedanzmessung der magnetischen Erregung annehmen, die sich mit der Flußverbindung zwischen dem Magneten und dem flüssigen Metall des entsprechenden Seitenwandbereiches ändert.
Eine noch weitere Ausführungsform der Magnetkonstruktion ist in Fig. 11 gezeigt. Fig. 11 zeigt eine horizontale Schnittansicht eines Endes eines Walzenpaares. Bei dieser Ausführungsform sind die Poleinrichtungen 66a und 66b ringförmig und innerhalb der Walzen 10a und 10b hinter dem Rand 34a bzw. 34b enthalten und an ihnen befestigt. Demgemäß drehen sich die Pole 66 mit den Rändern 34 und den Walzen 10. Der Abschnitt 68 der Abschirmung 69 befindet sich zwischen den Kernabschnitten 72a und 72b und nahe dem Bereich, wo das Gießen stattfindet. Die Pole 66a und 66b sind ringförmig und aus einem ferromagnetischen Material hergestellt. Die Spule 60 magnetisiert das Joch 70 und die Magnetarme 72a und 72b wie bei den vorhergehenden Ausführungsformen. Wirbelstromabschirmungen 69 und 79 schließen den Magnetfluß zu dem Joch 70, den Magnetarmen 72 und den Polen 66 (Verringerung des Leckflusse) ein, wie es beschrieben wurde. Abschirmungen 69 und 79 können auch Wärmeabschirmungen oder Kühleinrichtungen einschließen, um die Spulen oder den Magnet zu schützen. Die Pole werden, obgleich sie von den Magnetarmen 72a und 72b getrennt sind und sich mit den Walzen 10a und 10b drehen, durch ihre große Nähe zu den Armen 72a und 72b über relativ enge Zwischenräume magnetisiert. Diese Ausführungsform hat den Vorteil, daß die Pole so nahe wie physikalisch möglich, das heißt innerhalb der Ränder, angeordnet werden können. Diese Konstruktion vereinfacht die Form des Magnetjochs und erlaubt die Verwndung unterschiedlicher Magnetjoche und Spulen, wenn der Aufbau aus Walzen 10 und Polen 66 verwendet wird; Bleche unterschiedlicher Dicke zu gießen.
Das Gießen von Blechen, das heißt 0,4 Zoll dick würde eine leistungsstärkere Magnetvorrichtung als das Gießen 0,04 Zoll dicker Bleche verwenden.
Wie es vorhergehend beschrieben und in den Fig. 2, 3 und 11 gezeigt worden ist, dringt das Magnetfeld durch den äußeren Randbereich der Walzen hindurch, um das ge schmolzene Metall einzuschließen. Die vorliegende Erfindung kann auch ohne einen besonderen Randbereich ausgeführt werden, vorausgesetzt, es wird ein geeignetes Material für die Walzen verwendet, wie Keramik, das eine Durchdringung des Magnetfeldes ohne die Erzeugung von Wirbelströmen in den Walzen ermöglicht. Jeoch liefert bei der bevorzugten Ausführungsform die Verwendung eines Randbereiches an den Walzen die Formung des Magnetfeldes, indem ein gut definierter Übergang von dem Bereich eines hohen Magnetflusses nahe dem Rand der Walzen zu einem Bereich geringen Magnetflusses weiter entfernt von dem Rand der Walzen hergestellt wird. Die Formung des Magnetfeldes auf diese Weise liefert die Vorteile einer besseren Steuerung des Magnetfeldes, das die Seitenwand der geschmolzenen Metallmenge umfaßt.
Die vorliegende Erfindung stellt die Formung des Magnetfeldes bereit, indem ein Material mit einem geringen spezifischen Widerstand, wie Kupfer oder Kupferlegierung, für den Hauptbereich der Walze und ein Material mit einem höheren, spezifischen Widerstand für den Randbereich verwendet wird. Das Kupfer oder die Kupferlegierung, die für den Hauptbereich verwendet wird, verhindert wirksam die Durchdringung des Magnetfeldes (mit Ausnahme einer kleinen, vernachlässigbaren obersten Schicht an der über fläche) und kühlt gleichzeitig das geschmolzene Metall wirksam, so daß es erstarrt.
Bei dem Randbereich der Walze ist es wesentlich, eine Eindringung des Magnetfeldes zu erlauben, um die Seitenwand des geschmolzenen Metalls zwischen den zwei Walzenoberflächen einzuschließen. Die vorliegende Erfindung umfaßt mehrere, unterschiedliche Ausführungsformen des Randbereiches, die konstruiert sind, eine Eindringung des Magnetfeldes zu erlauben. Bei einer Ausführungsform wird dies erreicht, indem ein Rand, der aus einem Material mit einem viel höheren, spezifischen Widerstand, wie rostfreier Stahl, hergestellt ist, mit den Rändern der Kupferwalzen verbunden wird. Die Fig. 2, 3 und 11 zeigen Ränder 34 dieser Art aus rostfreiem Stahl. Die Ränder aus rostfreiem Stahl können mit den Kupferwalzen durch Hartlöten, Bolzenverbindung oder andere geeignete Verfahren verbunden werden. Zusätzlich dazu, die Eindringung des Magnetfeldes zu erlauben, liefern die Ränder aus rostfreiem Stahl eine glatte Oberfläche für die Gießoberfläche in dem Fall, daß das geschmolzene Teil an dem Rand angreift
Eine andere Ausführungsform des Randabschnitts ist in Fig. 12a und 12b gezeigt. Die Walze 80 ist aus einem Material mit geringem spezifischen Widerstand, wie Kupfer, hergestellt. An den Rändern über den Umfang der Walzen findet sich eine Mehrzahl durch die Walze hindurchgehende Schlitze 82. Die Schlitze 82 erstrecken sich über eine kurze Strecke s in axialer Richtung der Walze. Die Schlitze 82 erlauben den Magnetfluß in dem Randbereich oder den Rändern der Walzen, der durch die Schlitze festgelegt ist. Obgleich die Schlitze leer gelassen werden können, wird bevorzugt, daß die Schlitze mit einem Material eines relativ hohen, spezifischen Widerstands, wie Keramik oder rostfreier Stahl, gefüllt werden, das an den Seiten der Schlitze isoliert ist, oder mit einem Material hoher magnetischer Permeabilität gefüllt werden. Alternativ kann der Schlitz mit Blechen hoher Permeabilität gefüllt werden, die voneinander und von den Seiten der Schlitze isoliert sind. Die Schlitze leerzulassen, würde verlangen, daß das Magnetfeld so geformt wird, daß das geschmolzene Metall von den Schlitzen während der ganzen Zeit fortgehalten wird. Die Schlitze zu füllen, liefert eine glatte Oberfläche in dem Fall, daß das geschmolzene Metall an einem Teil des Randes während des Gießvorgangs angreift. Die Schlitzabmessungen können auf der Grundlage der Anwendung bestimmt werden. Ein Vorteil der Konstruktion mit geschlitzem Kupferrand ist, daß er einen niedrigen Reluktanzweg für den Magnetfluß darstellt, d. h., die Schlitze, die mit Material hoher Permeabilität oder mit Luft gefüllt sind, wodurch ein magnetisches Wechselfeld hoher Frequenz ermöglicht wird. Zum Beispiel kann, während die Walzenkonstruktion mit Rändern aus rostfreiem Stahl bei relativ niedrigen Frequenzen, z. B. bis 500 Hz, arbeiten kann, die Walzenkonstruktion mit geschlitzten Rändern bei einem viel weiteren Frequenzbereich arbeiten, z. B. bis zu mindestens 16 kHz.
Andere Ausführungsformen des Randbereiches sind in den Fig. 13a und 13b gezeigt. Fig. 13b ist ein horizontaler Querschnitt entlang der Linie 13b-13b' der Fig. 10. Die wassergekühlten Walzen 10 sind aus einem Material hohen Wärmeleitvermögens, wie Kupfer, hergestellt. An den Rändern und über den Umfang der Walzen befinden sich eine oder mehrere, ringförmige Fortsetzungen 91 der Walzen 10. Zwischen diesen ringförmigen Fortsetzungen 91 sind ähnliche ringförmige Elemente 92 angeordnet, die aus Kupfer hergestellt sind. Diese Ringe 91 und 92 sind voneinander isoliert und an den Walzen 10 mit Bolzen 93 befestigt. Die Bolzen 93 sind gegenüber den Ringen isoliert, um einen elektrischen Kontakt zwischen den einzelnen Ringen und zwischen den Ringen und der Walze zu verhindern. Die ringförmigen Fortsetzungen 91 dienen dem glei chen Zweck wie die Schlitze 82 bei der vorhergehenden Ausführungsform, d. h., das Magnetfeld in den Einschließungsbereich zu übertragen. Die Fortsetzungen 91 können aus ähnlichen Materialien wie die Schlitze 82 hergestellt sein. Die Fortsetzungen 91 können aus einem Isoliermaterial, wie Keramik, hergestellt werden, das einen hohen spezifischen Widerstand und eine relativ geringe Permeabilität und deshalb keine Wirbelströme aufweist. Die Fortsetzungen 91 können aus einem nichtmagnetischen Metall mit hohem spezifischen Widerstand, wie rostfreiem Stahl hergestellt werden, der auch eine relativ niedrige Permeabilität aber eine größere Wärmeleitfähigkeit als Keramik aufweist. Alternativ können die Fortsetzungen 91 aus einem magnetischen Material, wie Siliciumstahl, hergestellt werden, das eine hohe, magnetische Permeabilität und eine zweckmäßige Wärmeleitfähigkeit aufweist. Bei einem Material mit hoher Permeabilität werden die ringförmigen Fortsetzungen selbst magnetisiert. Dünne isolierte Bleche aus einem ferromagnetischen Material könnten verwendet werden. Bei ringförmigen Fortsetzungen aus rostfreiem Stahl oder aus einem ferromagnetischen Material sollte jeder Ring von benachbarten Kupferringen isoliert sein. Der Wechselfluß, der von dem Magnetpol austritt, dringt in die Walze durch die Ringe 91 und durch die Oberflächentiefe der Kupferringe 92 ein. Ein Teil dieses Flusses induziert Wechselströme in dem geschmolzenen Metall 12 zwischen den Walzen. Die Wechselwirkung zwischen dem Fluß und den Wechselströmen in dem geschmolzenen Metall schließt die Seitenwand der geschmolzenen Metallmenge zwischen den Walzen ein, wie es vorhergehend beschrieben worden ist. Die Dicke der ringförmigen Fortsetzungen 91, die Anzahl der ringförmigen Fortsetzungen, das ringförmige Fortsetzungsmaterial und der Magnet werden konstruiert, damit sie die Seitenwände der geschmolzenen Menge zwischen den Walzen begrenzen. Wenn die ringförmige Fortsetzung aus einem magnetischen Material hoher Permeabilität hergestellt wird, ist der elektromagnetische Begrenzungskreis am wirksamsten. In diesem Fall wird die Reluktanz des magnetischen Kreises hauptsächlich durch die Reluktanz des geschmolzenen Metalls 12 und durch den kleinen Luftspalt 94 zwischen den Ringen 91 und dem Magnetpol 61c bestimmt; alle anderen Konstruktionen weisen größere Luftspalte und einen sich ergebenden größeren Leckfluß auf.
Eine andere Ausführungsform dieser Erfindung ist in Fig. 14 gezeigt. Diese Ausführungsform der Erfindung kann verwendet werden, wo die Bedingungen der Art sind, daß der Rand des gegossenen Metallbleches zu der Zeit, wenn es zwischen den Walzen austritt, nicht vollständig erstarrt ist. Dieser Zustand kann aus einer Anzahl Gründe auf treten, die durch das Gießverfahren bestimmt sind, wieder Notwendigkeit hoher Magnetfelder relativ hoher Frequenz, die eine große Wirbelstromerwärmung der Ränder des gegossenen Metalls ergeben, einer unzureichenden Kühlwirkung der Walzen nahe den Rändern, dicker Abmessungen des gegossenen Blechs oder einre Kombination dieser oder anderer Faktoren. Die Fig. 14 zeigt die Walzen 10 und das geschmolzene Metall 12 wie bei den vorhergehenden Ausführungsformen. Die Fig. 14 zeigt auch Pole 95a und 95b, die sich unterhalb der Mittellinie der Walzen 10 erstrecken. Dies hat die Wirkung, auch das Magnetfeld unterhalb der Mittellinie der Walzen auszudehnen, wodurch die elektromagnetische Einschließung der Ränder ausgedehnt wird.
An dem flüssigen Rand des Bleches hervorgerufene Radkräfte verschwinden, wenn das Blech die Walzen verläßt. Es wirken nur Eigengewichtskräfte auf die noch geschmolzenen Ränder, die durch eine Gasströmung oder durch Besprühen mit Wasser gekühlt werden können. Die Magnetkräfte zwischen den Polen 95 nehmen ab, wenn sich das Blech weiter von den Walzen fortbewegt; dies ist mit der Erstarrung des Randes verträglich, wenn sich das Blech abwärtsbewegt. Jedoch kann, wenn der Rand des Bleches nahe dem Ende des Magnetfeldes zwischen den Polen 95 nicht vollständig erstarrt ist, eine weitere Einschließung der noch geschmolzenen Ränder des Bleches durch einen zusätzlichen Magnet mit Polen 96a und 96b vorgesehen werden, die das Magnetfeld auf gut unterhalb der Walzen 10 ausdehnen, bis das Blech ausreichend hart ist, um von mechanischen Führungen 23 gehalten zu werden.
Eine andere Ausführungsform dieser Erfindung ist in Fig. 15a und 15b gezeigt. Diese Ausführungsform stellt eine Kombination einer magnetischen und mechanischen Vorrichtung dar, um ein geschmolzenes Metall an den Rändern eines Walzengießsystems zu begrenzen. Wie es oben erwähnt worden ist, war die Schwierigkeit, mechanische Abdichtungen zu verwenden, um geschmolzenes Metall an den Rändern gegenläufiger Gießwalzen einzuschließen, daß die Mischung aus dem geschmolzenen und dem erstarrten Metall in Kombination mit der Drehung der Walzen um die mechanischen Abdichtungen herum verstopfen würde. Wie es oben beschrieben worden ist, zeigt die vorliegende Erfindung, wie ein Magnetfeld verwendet werden kann, um die Seitenwände des geschmolzenen Metalls zu umfassen. Die vorliegende Erfindung verwendet vorteilhaft eine mechanische Abdichtung und ein Magnetfeld. Wie bei den vorhergehenden Ausführungsformen enthalten Walzen 10 und Pole 16 ein geschmolzenes Metall 12. Die vorliegende Ausführungsform schließt auch eine mechanische Sperre 100 ein, die zwischen den Polen 16a und 16b angeordnet ist. Die mechanische Sperre 100 ist so geformt, daß sie das geschmolzene Metall in dem Bereich einschließt, wo es eine geringe Wahrscheinlichkeit der Verstopfung oder Verformung des gegossenen Bleches gibt, d. h. von den Erstarrungswirkungen der Walzen entfernt. Wie es in Fig. 15a und 15b gezeigt ist, ist die mechanische Sperre 100 von den Walzen 10 entfernt beabstandet. Gerade in den Bereichen nahe den Walzen 10 erstarrt das Metall und ist die Wahrscheinlichkeit einer Verstopfung am größten. Die magnetische Einschließung mit den Polen 16 wird verwendet, das geschmolzene und erstarrte Metall in den Zwischenräumen zwischen der mechanischen Sperre 100 und den Walzen 10 einzuschließen. Die mechanische Sperre 100 kann aus einem ferromagnetischen Material 101 hergestellt werden, so daß sie einen Weg geringer Reluktanz für den Fluß zwischen den Polen 16 liefert. Die Seite der Sperre, die zu der geschmolzenen Metallmenge weist, kann aus einer Schicht aus Hochtemperaturkeramik 102 hergestellt werden, die eine wassergekühlte Wärmeabschirmung 103 vor dem Material hoher Permeabilität überdeckt, das aus Stahlblechen oder aus Hochtemperaturferrit hergestellt werden kann. Diese Ausführungsform hat den Vorteil, weniger Energie als die vorhergehenden Ausführungsformen zu verlangen, weil sich das Magnetfeld entlang dem geschmolzenen Metall nur über die Zwischenräume zwischen den Walzen 16 und der mechanischen Sperre 100 erstreckt. Auch gibt es, weil das Volumen an geschmolzenem Metall, das von dem Magnetfeld eingeschlossen ist, kleiner ist, eine geringere Erwärmung des geschmolzenen Metalls aufgrund von Wirbelströmen. Verschiedene mechanische Sperrenformen können konstruiert werden, um die Flußdichte geeignet für verschiedene Gießanforderungen zu formen.

Claims

1. Vorrichtung zum Einschließen von geschmolzenem Metall (12), die eine Einschließeinrichtung (10a, 10b) mit einer offenen Seite sowie einen Magneten (24; 42; 54) umfaßt, der in Funktion ein vorwiegend horizontales Magnetfeld erzeugt, wobei der Magnet (24; 42; 54) an die offene Seite der Einschließeinrichtung angrenzend angeordnet ist und Magnetpole (16a, 16b; 46a, 46b; 57a, 57b; 59a, 59b; 66a, 66b; 95a, 95b) enthält, die an die offene Seite der Einschließeinrichtung (10a, 10b) angrenzend angeordnet sind; dadurch gekennzeichnet, daß das von dem Magneten (24; 42; 54) erzeugte Magnetfeld ein wechselndes Magnetfeld ist, das in Funktion Ströme in einer dünnen Schicht der Oberfläche des geschmolzenen Metalls (12) induziert, die mit dem Magnetfeld zusammenwirken und eine Kraft erzeugen, die das geschmolzene Metall (12) in der Einschließeinrichtung (10, 10b) einschließt; und dadurch, daß der Magnet (24; 42; 54) des weiteren einen Kern (26; 44; 55; 72) enthält, der die Pole (16a, 16b; 46a, 46b; 57a, 57b; 59a, 59b; 66a, 66b; 95a, 95b) verbindet, und eine Wicklung (28a, 28b; 60), die den Kern (26; 44; 55; 72) umschließt, wobei die Wicklung (28a, 28b; 60) auf eine Stromquelle anspricht, so daß ein wechselndes Magnetfeld zwischen den Polen (16a, 16b; 46a, 46b; 57a, 57b; 59a, 59b; 66a, 66b; 95a, 95b) und parallel zur offenen Seite der Einschließeinrichtung (10a, 10b) erzeugt werden kann, so daß das geschmolzene Metall (12) in der Einschließeinrichtung (10a, 10b) eingeschlossen werden kann.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Einschließeinrichtung ein Paar Walzen (10a, 10b) umfaßt, die in einer horizontalen Ebene parallel zueinander sind und aneinandergrenzen, und wobei des weiteren die Walzen (10a, 10b) durch einen Spalt voneinander getrennt sind, so daß gegenläufige Drehung der Walzen (10a, 10b) das Fließen des geschmolzenen Metalls (12) durch den Spalt zwischen den Walzen (10a, 10b) erzwingen kann.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, wobei sich die Magnetpole (16a, 16b; 46a, 46b; 57a, 57b; 59a, 59b; 66a, 66b; 95a, 95b) im wesentlichen axial in die Enden des Paars Walzen (10a, 10b) hineinerstrecken.

4. Vorrichtung nach Anspruch 2 oder Anspruch 3, wobei jede der Walzen (10a, 10b) einen Mittelabschnitt (32) und einen Randabschnitt (34) enthält.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, wobei die Mittelabschnitte (32a, 32b) der Walzen (10a, 10b) einen spezifischen Widerstand haben, der niedriger ist als der der Randabschnitte (34a, 34b), so daß ein Magnetfeld des Magneten (24; 42; 54) über den Mittelabschnitt (32a, 32b) weniger durchgelassen wird als durch den Randabschnitt (34a, 34b).

6. Vorrichtung nach Anspruch 4 oder Anspruch 5, wobei sich die Randabschnitte (34a, 34b) der Walzen (10a, 10b) zwischen den Magnetpolen (16a, 16b; 46a, 46b; 57a, 57b; 59a, 59b; 66a, 66b; 95a, 95b) befinden.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 6, wobei Mittelabschnitte (32a, 32b) der Walzen (10a, 10b) Oberflächen aus Kupfer oder einer Kupferlegierung haben.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 7, wobei die Randabschnitte (34a, 34b) der Walzen (10a, 10b) aus rostfreiem Stahl bestehen.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 8, wobei die Randabschnitte (34a, 34b) der Walzen (10a, 10b) Schlitze aufweisen, die um den Umfang des Randabschnitts (34a, 34b) herum beabstandet sind, wobei die Schlitze (82) eine niedrigere Reluktanz gegenüber wechselndem magnetischen Fluß haben als der Mittelabschnitt (32a, 32b) der Walzen (10a, 10b), so daß der Magnet (24, 42; 54) ein Magnetfeld zwischen den Randabschnitten (34a, 34b) erzeugen kann.

10. Vorrichtung nach Anspruch 9, wobei die Schlitze (82) mit einem keramischen Material gefüllt sind.

11. Vorrichtung nach Anspruch 9, wobei die Schlitze (82) ein Material mit hohem spezifischem Widerstand enthalten und das Material mit hohem spezifischem Widerstand gegenüber dem zweiten der Schlitze (82) isoliert ist.

12. Vorrichtung nach Anspruch 9 oder 11, wobei die Schlitze (82) rostfreien Stahl enthalten.

13. Vorrichtung nach Anspruch 9, wobei die Schlitze (82) mit Blechpaketen aus einem hochpermeablen Metall gefüllt sind, wobei die Blechpakete gegeneinander und gegenüber den Seiten der Schlitze (82) isoliert sind, so daß das in den Schlitzen (82) enthaltene hochpermeable Metall von den Magneten (24; 42; 54) magnetisiert werden kann.

14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 6, wobei die Randabschnitte (34a, 34b) aus einer Vielzahl von Randbügeln (91) aus einem Material bestehen, das niedrigere Reluktanz gegenüber wechselndem Magnetfluß aufweist als der Mittelabschnitt (32a, 32b) der Walzen (10a, 10b), wobei jeder der Vielzahl von Randbügeln (91) von einem benachbarten Randbügel (91) durch einen Bügel aus Material (92) getrennt ist, das eine höhere Reluktanz gegenüber wechselndem Magnetfluß aufweist.

15. Vorrichtung nach Anspruch 14, wobei die Vielzahl von Randbügeln (91) aus keramischem Material besteht.

16. Vorrichtung nach Anspruch 14, wobei die Vielzahl von Randbügeln (91) aus einem Material mit hohem spezifischem Widerstand besteht und die Vielzahl von Randbügeln (91) gegenüber benachbarten Bügeln (91) und dem Mittelabschnitt (32a, 32b) isoliert ist.

17. Vorrichtung nach Anspruch 14 oder 16, wobei die Vielzahl von Randbügeln (91) aus rostfreiem Stahl besteht.

18. Vorrichtung nach Anspruch 14, wobei die Vielzahl von Randbügeln (91) aus einem hochpermeablen Metall besteht und die Vielzahl von Randbügeln (91) gegenüber benachbarten Bügeln (91) und dem Mittelabschnitt (32a, 32b) isoliert ist, so daß das hochpermeable Metall durch den Magneten (24; 42; 54) magnetisiert werden kann.

19. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 18, die des weiteren eine Walzenkühleinrichtung (13) enthält, die die Oberflächen der Walzen (10a, 10b) kühlt, so daß das geschmolzene Metall (12), das mit den Walzen (10a, 10b) in Kontakt kommt, dazu neigt, sich zu verfestigen.

20. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Magnetpole (59a, 59b) verstellbar sind, so daß die Form des Magnetfeldes zwischen den Magnetpolen (59a, 59b) verändert werden kann.

21. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Magnetpole (59a, 59b) beweglich sind, so daß die Form des Magnetfeldes zwischen den Magnetpolen (59a, 59b) verändert werden kann.

22. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Magnetpole (59a, 59b) aus einer Vielzahl isolierter Segmente (61a, 61b, 61c) bestehen, wobei jedes der Vielzahl isolierter Segmente (61a, 61b, 61c) hinsichtlich der Magnetfeldstärke unabhängig reguliert werden kann, so daß die Form des gesamten Magnetfeldes zwischen den Magnetpolen verändert werden kann.

23. Vorrichtung nach Anspruch 2 oder einem der Ansprüche 3 bis 22, wenn abhängig von Anspruch 2, die des weiteren eine Sensoreinrichtung (65) umfaßt, die so aufgebaut ist, daß sie die Dimensionen bzw. die Position eines Metallbades (12) überwachen kann, das zwischen die Walzen (10a, 10b) gegossen wird.

24. Vorrichtung nach Anspruch 23, wobei die Feldstärke der Magnetpole in Reaktion auf die Sensoreinrichtung (65) reguliert werden kann.

25. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 18, wobei die Magnetpole (66a, 66b) bügelförmig sind und fest an den Innenseiten der Walzen (10a, 10b) innerhalb der Ränder (34a, 34b) angebracht sind, und wobei die Magnetpole (66a, 66b) des weiteren in der Nähe des Kerns (72) ausgerichtet sind, jedoch ohne ihn zu berühren, so daß die Magnetpole (66a, 66b) von dem Kern magnetisiert werden können.

26. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der Kern (26; 55) trapezartig geformt ist.

27. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 25, wobei der Kern (44) quadratisch geformt ist.

28. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Wicklung (28a, 28b) aus einem Paar Wicklungen (28a, 28b) besteht, die den Kern (26; 44; 55; 72) an Verlängerungen umgeben, die mit den Magnetpolen verbunden sind.

29. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, die des weiteren eine erste Wirbelstromabschirmung (51) enthält, die den Kern (72) bis auf einen Spalt (52) umschließt, um zu verhindern, daß die erste Wirbelstromabschirmung (51) eine kurzgeschlossene Windung bildet.

30. Vorrichtung nach Anspruch 29, wobei die erste Wirbelstromabschirmung (51) aus einem Metall mit niedrigem spezifischen Widerstand besteht.

31. Vorrichtung nach Anspruch 30, wobei die erste Wirbelstromabschirmung (51) aus einem Metall besteht, das aus einer Gruppe ausgewählt wird, die aus Kupfer, Kupferlegierung und Aluminium besteht.

32. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 29 bis 31, wobei die erste Wirbelstromabschirmung (51) auch die Wicklung umschließt.

33. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, die des weiteren eine zweite Wirbelstromabschirmung (53) enthält, die den Kern (44) und die Wicklung (60) bis auf einen Spalt umschließt, um zu verhindern, daß die zweite Wirbelstromabschirmung eine kurzgeschlossene Wicklung bildet.

34. Vorrichtung nach Anspruch 33, wobei die zweite Wirbelstromabschirmung (53) aus einem Metall mit niedrigem spezifischen Widerstand besteht.

35. Vorrichtung nach Anspruch 34, wobei die zweite Wirbelstromabschirmung aus einem Metall besteht, das aus einer Gruppe ausgewählt wird, die aus Kupfer, Kupferlegierung und Aluminium besteht.

36. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 29 bis 35, wobei die Wirbelstromabschirmung (51, 53), des weiteren eine Kühleinrichtung enthält.

37. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 7, die des weiteren einen Steg (100) enthält, der sich zwischen den Magnetpolen (16a, 16b) befindet und von den Walzen (10a, 10b) getrennt ist, so daß der Steg (100) im Zusammenwirken mit einem Magnetfeld zwischen den Magnetpolen (16a, 16b) ein geschmolzenes Metall zwischen den Walzen (10a; 10b) einschließen kann.

38. Vorrichtung nach Anspruch 37, wobei der Steg (100) aus einem ferromagnetischen Material (101) besteht.

39. Vorrichtung nach Anspruch 38, die des weiteren eine Schicht aus Hochtemperaturkeramik (102) enthält, die an dem Steg (100) auf der Seite des Stegs (100) angebracht ist, auf der geschmolzenes Metall gehalten werden kann.

40. Vorrichtung nach Anspruch 39, die des weiteren eine flüssigkeitsgekühlte Wärmeabschirmung (103) enthält, die sich zwischen dem Steg (100) und der Schicht aus Hochtemperaturkeramik (102) befindet.

41. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 7, die des weiteren einen zusätzlichen Magneten (96) mit Polen (96a, 96b) auf beiden Seiten des Spaltes zwischen den Spalten (10a, 10b) enthält, so daß der zusätzliche Magnet mit dem Magnet zusammenwirken kann, um geschmolzenes Metall zwischen den Polen des Magneten (95a, 95b) und des zusätzlichen Magneten (96a, 96b) einzuschließen.

42. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 7, die des weiteren eine Bandkühleinrichtung enthält, die sich zwischen den Walzen befindet, wobei die Bandkühleinrichtung ein Band aus Gußmetall kühlen kann, wenn das Band aus den Walzen austritt.

43. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüchen, wobei das wechselnde Magnetfeld zwischen 30 Hz und 16000 Hz arbeitet.

44. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüchen, die des weiteren eine Führungseinrichtung (23) enthält, die sich unter den Walzen (10a, 10b) befindet, wobei die Führungseinrichtung (23) ein Gußmetallband (18) aufnehmen kann, das aus den Walzen (10a, 10b) austritt.

45. Verfahren zum Stranggießen von Bändern aus Metall, das die Schritte des Hindurchdrückens von geschmolzenem Metall (12) zwischen sich gegenläufig drehenden Walzen (10) und des Einschließens des geschmolzenen Metalls (12) an den Rändern der sich gegenläufig drehenden Walzen (10) mit einer elektromagnetischen Kraft umfaßt, dadurch gekennzeichnet, daß die elektromagnetische Kraft durch ein horizontales wechselndes Magnetfeld erzeugt wird, das Wirbelströme induziert, die im wesentlichen vertikal ausgerichtete Schleifen in dem geschmolzenen Metall umfassen, so daß ein festes Metallband aus den Walzen (10) stranggegossen werden kann.

46. Verfahren nach Anspruch 45, das des weiteren den Schritt des Abkühlens des geschmolzenen Metalls (12) mit einer Kühleinrichtung einschließt, die sich innerhalb der Walzen (10) befindet.

47. Verfahren nach Anspruch 45 oder 46, wobei das horizontale wechselnde Magnetfeld bei einer Frequenz zwischen 30 Hz und 16000 Hz betrieben wird.

48. Verfahren nach Anspruch 45 bis 47, das des weiteren den Schritt des Abkühlens des Bandes aus Metall nach dem Austreten des Metallbandes aus den Walzen (10) einschließt.

49. Verfahren nach einem der Ansprüche 45 bis 48, das des weiteren den Schritt des Einschließens des Metallbandes mit einem zweiten Magneten (24), der sich unterhalb der Walzen (10) befindet, nach dem Austreten des Bandes aus den Walzen (10) einschließt.