DE69809398T2

DE69809398T2 - Verfahren und vorrichtung zum elektromagnetischen eindämmen schmelzflüssiger metalle

Info

Publication number: DE69809398T2
Application number: DE69809398T
Authority: DE
Inventors: Jagan Bhamidipati
Original assignee: Alcoa Inc
Current assignee: Howmet Aerospace Inc
Priority date: 1997-02-20
Filing date: 1998-02-12
Publication date: 2003-06-12
Anticipated expiration: 2018-02-13
Also published as: EP0964759B1; DE69809398D1; AU6266198A; US20040050530A1; WO1998036861A1; EP0964759A1

Description

Gebiet der Technik

Die vorliegende Erfindung betrifft den Strangguss von Metallen und im Besonderen die elektromagnetische Eindämmung von geschmolzenem Metall bzw. von schmelzflüssigem Metall in einem Doppelgurt-Gießsystem.

Stand der Technik

Der Strangguss dünner Metallstreifen wird gemäß dem Stand der Technik nur mit eingeschränktem Erfolg eingesetzt. Frühere Techniken für den Strangguss von Metallstreifen sind auf eine verhältnismäßig geringe Anzahl von Legierungen beschränkt. Diesbezüglich konnte festgestellt werden, dass eine Erhöhung des Legierungsanteils verschiedener Metalle, wie etwa einer Aluminiumlegierung, zu einer Verschlechterung der Oberflächenbeschaffenheit des so gegossenen Streifens führt.
Ein gemäß dem Stand der Technik verwendeter Ansatz zum Gießen von Metallstreifen ist im Fach heute als Doppelwalzen- Gießanlage bekannt. Derartige Vorrichtungen weisen eine Quelle von schmelzflüssigem Metall auf, das dem Raum zwischen einem Paar gegenlaufender, innen gekühlter Walzen zugeführt wird. Somit verfestigt sich das schmelzflüssige Metall, wenn es in Berührung mit den Walzen gelangt, so dass ein gegossener Metallstreifen gebildet wird; wobei die Walzen ferner eine Druckkraft auf das schmelzflüssige Metall ausüben und unmittelbar nach dem Erstarren eine Wärmereduzierung der Gusslegierung bewirken. Derartige Doppelwalzen-Gießanlagen kommen kommerziell beim Gießen von Metallstreifen in großem Umfang zum Einsatz. Sie weisen jedoch einige größere Nachteile auf, die eine Folge der Tatsache sind, dass der Ausstoß bzw. die Ausbringung derartiger Gießanlagen deutlich niedriger ist als der anderer Techniken zum Gießen von Streifen. Darüber hinaus sieht der Doppelwalzenguss beim Gießen von Aluminium mit hoher Reinheit (z. B. Folie) zwar eine gute Oberflächenbeschaffenheit vor, allerdings leidet diese Technik beim Gießen von Aluminium mit einem hohen Legierungsanteil unter den Nachteilen einer unzureichenden Oberflächenbeschaffenheit. Darüber hinaus leiden Doppelwalzen- Gießanlagen auch unter dem Problem der Mittelliniensegregation der Legierung aufgrund der Verformung während der Verfestigung.
Bei einer weiteren herkömmlichen Technik handelt es sich um das Dünnbandgießen von Metallen und im Besonderen von Aluminium mit Hilfe einer Doppelgurt-Dünnbandgusstechnik, wobei zwei Endlosgurte bzw. Endlosbänder benachbart positioniert werden, so dass eine sich bewegende Formzone zwischen ihnen definiert wird. Das Kühlen der Bänder wird kennzeichnenderweise dadurch bewirkt, dass die Seite des Sands, die entgegengesetzt zu der Seite angeordnet ist, welche das schmelzflüssige Metall berührt, eine Berührung mit einem Kühlfluid aufweist. Derartige Doppelgurt- Dünnbandgussvorrichtungen weisen gegenüber Doppelwalzen- Gießvorrichtungen den Vorteil auf, dass sie eine signifikante Ausbringung von gegossenem Metall vorsehen. Aufgrund der Tatsache, dass das Kühlen kennzeichnenderweise dadurch bewirkt wird, dass ein Kühlfluid eine Seite des Sands berührt, während sich schmelzflüssiges Metall oder ein heißer, gegossener Metallstreifen in Kontakt mit der anderen Seite des Sands befindet, führen diese Gießsysteme zu hohen Temperaturgradienten über die Dicke des Sands. Diese dynamisch instabilen Wärmegradienten bewirken eine Verzerrung des Sands, so dass in der Folge weder das obere noch das untere Band im Wesentlichen flach ist. Daraus resultiert, dass das auf diese Weise erzeugte Produkt Bereiche mit Segregation und Porosität aufweist.
Gemäß den Beschreibungen in den U.S. Patenten US-A-5.515.908 und US-A-5.564.491 konnten erhebliche Verbesserungen beim Dünnbandguss von Metallen erreicht werden. In diesen Patenten werden ein deutlich verbessertes Verfahren und eine wesentlich verbesserte Vorrichtung zum Dünnbandgießen von Metallen unter Verwendung einer Doppelgurttechnik beschrieben, wobei zwei Endlosgurte eingesetzt werden, die nebeneinander positioniert sind, so dass dazwischen eine Formzone definiert wird. An einem Ende der Vorrichtung verläuft das Band bzw. der Gurt über eine Eintritts-Riemenscheibe, die eine, gekrümmte Oberfläche aufweist, wenn jeder Gurt über die Eintritts- Riemenscheiben verläuft. Das schmelzflüssige Metall wird gemäß der Offenbarung in dem U.S. Patent US-A-5.515.908 der gekrümmten Oberfläche beider Gurte bzw. Bänder in der Formzone zu dem Zeitpunkt zugeführt, wenn die Bänder von den Riemenscheiben getragen werden, über die sie transportiert werden, so dass eine anfängliche Verdrehung der Gurte verhindert wird, wenn diesen das schmelzflüssige Metall zugeführt wird. Danach wird der gegossene Metallstreifen zwischen den Gurten bzw. Bändern transportiert und durch das untere Band gestützt, wodurch sowohl das schmelzflüssige Metall als auch der heiße gegossene Streifen Wärme auf die Bänder übertragen. Diese Wärme wird danach von den Bändern zu einem Zeitpunkt entzogen, wenn die Bänder sich nicht in Kontakt mit dem schmelzflüssigen Metall oder dem heißen gegossenen Metallstreifen befinden, so dass die hohen Temperaturgradienten, die den Stand der Technik bislang vor Probleme gestellt haben, verhindert, minimiert oder beseitigt werden. Weitere Verbesserungen der in US-A-5.515.908 beschriebenen Techniken werden in US-A-5.564.491 offenbart, worin ein System zur Regelung des Abstands zwischen den Eintritts-Riemenscheiben vorgesehen wird, wobei die Eintritts- Riemenscheiben eine Druckkraft auf den im Wesentlichen erstarrten gegossenen Streifen an dem Spalt der Eintritts- Riemenscheiben ausüben, wobei die Druckkraft ausreicht, um eine Elongation des gegossenen Streifens zu bewirken, so dass sichergestellt wird, dass der gegossene Streifen in der Bewegungsrichtung komprimiert wird, nachdem er aus dem Spalt austritt, so dass die Rissbildung in dem gegossenen Streifen so gering wie möglich gehalten wird.
Die vorstehend beschriebenen Techniken für den Dünnbandguss sowie andere Techniken für den Dünnbandguss erfordern den Einsatz eines Eindämmungssystems, so dass das schmelzflüssige Metall in dem Zwischenraum zwischen den Walzen der Gießanlage gehalten werden. Bislang werden in dem Gießsystem mechanische Kantendämme zur Eindämmung des schmelzflüssigen Metalls verwendet. Bei einem der Hauptvorteile des in den vorstehenden Patenten beschriebenen Systems für den Dünnbandguss handelt es sich um die Tatsache, dass das System mit außerordentlich hohen Geschwindigkeiten betrieben werden kann. Dies hat jedoch zur Folge, dass die bislang eingesetzten mechanischen Kantendämme eine kurze Lebensdauer aufweisen. Sie neigen aufgrund der Erosion des heißen Metalls, das mit hohen Geschwindigkeiten fließt und die mechanischen Kantendämme berührt, zu einer sehr schnellen Abnutzung. Darüber hinaus sehen die mechanischen Kantendämme Stellen für die Bildung von Schalen bzw. Pfannenresten vor, die abgeschert werden können und somit in den Guss eindringen, so dass dies zu einer unerwünschten metallurgischen Mikrostruktur führt.
Elektromagnetische Kantendämme kommen gemäß dem Stand der Technik beim Dünnbandgießen von Metallen wie etwa Aluminium in Doppelwalzen-Gießanlagen zum Einsatz. Diese Systeme werden allgemein in eine von zwei unterschiedlichen Systemkategorien eingeordnet. Bei der ersten Kategorie handelt es sich um Systeme, bei denen eine Kombination aus Magneteinheit und eine Wechselstromspule zum Einsatz kommt, so dass Eindämmungskräfte erzeugt werden. Die Systeme der anderen Kategorie basieren einzig und allein auf einer Wechselstromspule, um die Eindämmungskräfte zu erzeugen.
Bei dem Magnetsystem kommt ein Magnetelement zum Einsatz, das ein Joch oder einen Kern umfast, der zwei Polflächen auf beiden Seiten des Zwischenraums verbindet, an denen das schmelzflüssige Metall eingedämmt wird. Das Magnetelement besteht aus einem ferromagnetischen Material und ist über die gegebene Länge des Jochs von einer Wechselstrom führenden Spule umgeben. Der durch den Stromfluss in der Spule erzeugte Magnetfluss wird über das Joch zu den Polen des Magneten übertragen, und wenn die Flusslinien durch das schmelzflüssige Metall verlaufen, so bewirken sie den Fluss induzierter Ströme in dem schmelzflüssigen Metall. Die Interaktion zwischen dem angelegten Feld und den induzierten Strömen erzeugt Eindämmungskräfte an der Metalloberfläche in dem Zwischenraum.
In derartigen Systemen ist ein Teil des Magnetelements kennzeichnenderweise mit einer elektrisch leitfähigen Abschirmung überzogen, welche ein Austreten des Flusses in eine von dem Zwischenraum wegführende Richtung so gering wie möglich hält. Derartige magnetische Einschlusssysteme weisen den Vorteil auf, dass der Einschlussstrom im Vergleich zu Systemen, die nur eine Induktionsspule verwenden, nicht so hoch ist. Wenn ein stärkeres Magnetfeld benötigt wird, so dass dies durch eine Verringerung der Fläche der Polflächen mit dem gleichen Stromwert erreicht werden kann. Derartige Systeme sind allerdings auch mit Nachteilen verbunden. Diese Systeme weisen kennzeichnenderweise einen unzureichenden Wirkungsgrad im Betrieb auf, und zwar aufgrund von Kernverlusten und Verlusten durch magnetische Hysterese, wenn dem magnetischen Material ein Wechselstrom zugeführt wird. Zusätzlich werden hohe Wärmemengen erzeugt, die wiederum Kühlsysteme erforderlich machen, um eine Beschädigung des magnetischen Systems zu verhindern.
Bei einem Einschlusssystem mit Induktionsspule kommt kennzeichnenderweise ein geformter Induktor zum Einsatz, der dicht an dem Zwischenraum angeordnet ist, in dem das schmelzflüssige Metall aufgenommen wird. Der in dem Induktor fließende Wechselstrom erzeugt induzierte Ströme in dem schmelzflüssigen Metall sowie ein zeitabhängig schwankendes Magnetfeld auf der Oberfläche des schmelzflüssigen Metalls. Die Interaktion zwischen Strom und Magnetfeld sieht die Einschlusskräfte vor. Die Konstruktion derartiger Systeme mit Induktionsspule ist im Allgemeinen einfacher als die Konstruktion von magnetischen Systemen. Die Systeme mit Induktionsspule weisen allerdings Einschränkungen in Bezug auf den maximal möglichen metallostatischen Kopf auf, der unterstützt werden kann. Der Grund dafür sind die erforderlichen besonders hohen Induktorströme, um die erforderlichen Einschlusskräfte vorzusehen, und die hohen Ströme werden von besonders hoher Wärme begleitet, die wiederum den Verfestigungsprozess behindert oder verzögert.
Ein derartiges magnetisches Einschlusssystem wird in US-A- 4.936.374 offenbart. Darin wird ein magnetisches Einschlusssystem zur Unterstützung von schmelzflüssigem Metall in dem Zwischenraum zwischen den Walzen einer vertikalen Doppelwalzen-Gießanlage veranschaulicht. Andere elektromagnetische Einschlusssysteme werden in den folgenden Patenten offenbart: US-A-4.974.661, US-A-4.986.339, US-A- 5.197.534, IJS-A-5.385.201 und US-A-5.487.421. Jedes der in den vorstehenden Patenten offenbarten Systeme betrifft ein elektromagnetisches Einschlusssystem zur Verwendung in Verbindung mit einer Doppelwalzen-Gießanlage im Gegensatz zu einer Doppelgurt-Gießanlage. Somit müssen die Einschluss- bzw. Eindämmungskräfte lediglich groß genug sein, um den metallostatischen Kopf in dem Speicher des schmelzflüssigen Aluminiums oberhalb des Spalts zwischen den beiden Walzen des Doppelwalzen-Gießsystems zu unterstützen. Im Gegensatz dazu weisen die Doppelgurt-Gießanlagen der in IJS-A-5.515.908 und US-A-5.564.491 beschriebenen Art verschiedenartige Einschluss- bzw. Eindämmungsprobleme aufgrund ihrer einzigartigen Konfiguration auf. Zum Beispiel müssen die elektromagnetischen Kanteneindämmungssysteme zur Verwendung in US-A-5.515.908 und US-A-5.564.491 in der Lage sein, das einzigartige Problem zu Lösen, das aus dem Quetschdruck entsteht, der durch die Bänder resultiert, die in einer allgemein horizontalen Ebene positioniert sind. Somit besteht Bedarf zum Vorsehen elektromagnetischer Einschlusssysteme, die in Verbindung mit Doppelgurt-Gießsystemen der Art verwendet werden können, die in den vorstehenden Patenten beschrieben wird.
Der vorliegenden Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, eine alternative Technik für den Kanteneinschluss vorzusehen, welche die vorstehenden Nachteile überwindet.
Der vorliegenden Erfindung liegt die genauere Aufgabe zugrunde, eine Technik für den elektromagnetischen Kanteneinschluss vorzusehen, so dass ein Einschluss erzeugt wird, der keinen körperlichen bzw. physischen Kontakt zwischen dem schmelzförmigen Metall und dem Einschlusselement umfasst.
Der vorliegenden Erfindung liegt die weitere Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur Verwendung beim Dünnbandgießen von geschmolzenem bzw. schmelzförmigem Metall unter Verwendung eines Paares von Endlosbändern vorzusehen, ausgestattet mit einer Kanteneinschlussvorrichtung, so dass wirksam ein Kanteneinschluss des schmelzförmigen Metalls vorgesehen wird.
Vorgesehen ist gemäß der vorliegenden Erfindung eine Vorrichtung gemäß den selbständigen Ansprüchen 1 und 25, auf die nachstehend Bezug genommen wird.
Bevorzugte und optionale Merkmale der Erfindung sind in den Unteransprüchen 2 bis 24 und 26 bis 45 definiert, auf die ebenfalls Bezug genommen wird.
Vorgesehen ist gemäß der vorliegenden Erfindung ferner ein Verfahren gemäß dem gegenständlichen Anspruch 46, auf den ebenfalls Bezug genommen wird.
Die Aufteilung der Ansprüche 1, 25 und 46 in vorkennzeichnende und kennzeichnende Teile basiert auf US-A-5.515.908, wobei darauf bereits verwiesen worden ist.
Der Gedanke der vorliegenden Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum elektromagnetischen Kanteneinschluss zur Verwendung beim Dünnbandgießen von schmelzflüssigem bzw. geschmolzenem Metall durch ein Gießband, vorzugsweise in Paaren von Endlosbändern. Bei der Ausführung der vorliegenden Erfindung kann ein Paar von Endlosbändern nebeneinander positioniert werden, so dass dazwischen eine Formzone definiert wird. Jedes Band kann über eine Eintritts- Riemenscheibe verlaufen und definiert eine gekrümmte Oberfläche auf dem Band, welche schmelzflüssiges Metall aufnehmen kann. Die Vorrichtung kann ferner eine Einrichtung für die Zufuhr von schmelzflüssigem Metall an die gekrümmten Oberflächen jedes der Bänder aufweisen, wobei das schmelzflüssige Metall an jeder der lateralen Kanten der Bänder durch eine elektromagnetische Vorrichtung eingeschlossen wird, die vorzugsweise auf jeder Seite der Bänder angrenzend an die Formzone positioniert ist. Die elektromagnetische Vorrichtung dient somit zum elektromagnetischen Einschluss des schmelzflüssigen Metalls in der Formzone in Kontakt mit den gekrümmten Oberflächen.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung weist ein Magnetelement auf, das einen ersten Pol und einen zweiten Pol aufweist sowie eine Induktionsspule, die um einen Kernabschnitt des Magnetelements gewickelt ist, wodurch magnetische Kraftlinien von einem Pol zu dem anderen übergehen. Das Magnetelement ist neben einer lateralen Kante des Bands in dem Bereich der Formzone angeordnet, so dass es die oberen und unteren Polflächen ermöglichen, dass die magnetischen Kraftlinien durch die laterale Kante des Bands verlaufen, so dass Einschlusskräfte an der Kante des Bands erzeugt werden, so dass das schmelzflüssige Metall in der Formzone gehalten wird.
Für eine bevorzugte Ausführung der Vorrichtung konnte festgestellt werden, dass durch die Positionierung des Magnetelements neben den Kanten jedes Bands eines Paars von oberen und unteren ferromagnetischen Bändern in der Formzone die magnetischen Kraftlinien von den Polen des Magnetelements von den ferromagnetischen oberen und unteren Bändern angezogen werden, wobei dies dazu dient, dass die Eindämmungs- bzw. Einschlusskräfte auf das schmelzflüssige Metall konzentriert werden, das zwischen den oberen und unteren Bändern n der Formzone gehalten wird. Die Anziehung durch das ferromagnetische Element, das heißt die magnetischen Bänder, dient somit dazu, die Energie und somit die Einschlusskräfte zu richten und zu konservieren, wobei diese Kräfte auf das flüssige Metall in der Formzone an den Kanten des Bands konzentriert werden.
Im Gegensatz dazu treten bei den dem Stand der Technik entsprechenden elektromagnetischen Kanteneinschlussvorrichtungen mit Doppelwalzen-Gießanlagen kennzeichnenderweise wesentliche Energieverluste auf, da der Magnetfluss auf die Walze verteilt wird. Bei dieser bevorzugten Ausführung der vorliegenden Erfindung dienen die aus einem magnetischen Metall ausgebildeten Bänder dazu, die magnetischen Kraftlinien auf die Kante der Bänder zu fokussieren, so dass ausreichende Einschlusskräfte sichergestellt werden, ohne dass ein wesentlicher Energieverlust auftritt.
Gemäß bevorzugten Aspekten der vorliegenden Erfindung können die Polflächen folgendes aufweisen: (1) einen positiven Winkel im Verhältnis zu der Horizontalen, so dass der Zwischenraum zwischen den Polflächen an der Außenkante jeder Polfläche größer ist als an der Innenkante jeder Polfläche; (2) keinen Winkel im Verhältnis zu der Horizontalen, so dass der Zwischenraum zwischen den Polflächen an den Außenkanten jeder Polfläche mit dem Zwischenraum an den Innenkanten jeder Polfläche übereinstimmt; (3) einen negativen Winkel im Verhältnis zu der Horizontalen, so dass der Zwischenraum zwischen den Polflächen an der Außenkante jeder Polfläche kleiner ist als an der Innenkante jeder Polfläche; oder (4) eine Kombination aus den vorstehenden Möglichkeiten. Die Konfiguration der Polflächen sollte so ausgewählt werden, dass ein starkes Magnetfeld und ein steiler Gradient des Magnetfelds an jeder Polfläche erzeugt werden.
In einigen Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung ist vor dem elektromagnetischen Kantendamm ein mechanischer Kantendamm angeordnet, so dass beide Dämme das schmelzflüssige Metall in der Formzone einschließen. In anderen Ausführungsbeispielen ist der elektromagnetische Kantendamm erweitert, so dass der mechanische Kantendamm vollständig ersetzt wird.
Gemäß der vorliegenden Erfindung kann das die Polflächen aufweisende Magnetelement aus miteinander verbundenen Schichten ausgebildet werden, wobei die Schichten mechanisch zusammengehalten werden, oder wobei ein fester Kern vorgesehen ist, der zur Bildung des Zwischenraums zwischen den Polflächen zerschnitten wird. Darüber hinaus kann das Magnetelement so gebildet werden, dass die oberen und unteren Hälften des Elements entfernbar angebracht sind, um die Reparatur und Wartung des Einschlusssystems zu erleichtern.
Nachstehend werden Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung beispielhaft in Bezug auf die Zeichnungen beschrieben. In den Zeichnungen zeigen:
Fig. 1 eine Seitenansicht im Aufriss einer Doppelgurt- Gießanlage mit einer elektromagnetischen Kantendammvorrichtung;
Fig. 2 eine Schnittansicht entlang den Linien 2-2 aus Fig. 1;
Fig. 3 eine Schnittansicht der elektromagnetischen Kantendammvorrichtung aus Fig. 2, wobei der Weg der magnetischen Kraftlinien im Verhältnis zu den Gurten bzw. Bändern der Gießanlage und des dazwischen angeordneten schmelzflüssigen Metalls veranschaulicht wird;
Fig. 4 eine Perspektivansicht eines Magnetelements, das sich zur Verwendung in einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung eignet;
Fig. 5 eine Schnittansicht einer elektromagnetischen Kanteneinschlussvorrichtung gemäß einem anderen Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
Fig. 6 eine Schnittansicht eines weiteren Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung, wobei der Einsatz profilierter Gurte bzw. Bänder veranschaulicht wird;
Fig. 7 eine Perspektivansicht eines alternativen Ausführungsbeispiels, wobei ein Magnetelement mit gestuften Polflächen veranschaulicht wird;
Fig. 8 eine der Fig. 3 ähnliche Querschnittsansicht eines weiteren Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung unter Verwendung von Kühlkanälen in der Kernwicklung;
die Fig. 9, 10, 11 und 12 verschiedene Polflächenwinkel und Ausrichtungen in verschiedenen Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung;
Fig. 13 ein weiteres Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, wobei ein mechanischer Kantendamm in Verbindung mit einem elektromagnetischen Kantendamm verwendet wird;
Fig. 14 eine feste Struktur, aus der ein Magnetelement zur Verwendung in einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung gebildet werden kann;
Fig. 15 ein weiteres Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, wobei ein Magnetelement ein geteiltes Kerndesign aufweist; und
Fig. 16 ein weiteres Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, wobei ein Magnetelement zwei Bereiche aufweist.
In den Abbildungen aus den Fig. 1 und 2 der Zeichnungen ist die Vorrichtung gemäß der Ausführung der vorliegenden Erfindung insgesamt veranschaulicht, wobei eine Dünnbandgießanlage dargestellt ist, welche die Konzepte aus US-A-5.515.908 und US-A-5.564.491 verwendet, wobei die Gießanlage mit einer erfindungsgemäßen Kanteneinschlussvorrichtung ausgestattet ist. Gemäß der Abbildung weist die Vorrichtung ein Paar von Endlosbändern 10 und 12 auf, die von einer oberen Riemenscheibe 14 und einer unteren Riemenscheibe 16 getragen werden. Der Fachmann erkennt, dass die Bänder durch zusätzliche Riemenscheiben ähnlich gestützt bzw. getragen werden, wie diese in den vorstehenden Patenten offenbart werden, wobei diese Riemenscheiben zur Vereinfachung in den vorliegenden Zeichnungen nicht dargestellt sind. Die Riemenscheiben sind ausreichend hitzebeständig, wobei eine der Riemenscheiben jedes Paares durch eine geeignete Motoreinrichtung angetrieben wird, die ebenfalls aus Gründen der Vereinfachung in den Zeichnungen nicht dargestellt sind. Bei jedem Band 10 und 12 handelt es sich um ein Endlosband, das vorzugsweise aus einem magnetischen Metall ausgebildet ist, das mit dem gegossenen Metall ein geringes oder kein Reaktionsvermögen aufweist. Wie dies für den Fachmann offensichtlich ist, kann eine. Vielzahl geeigneter Metalllegierungen eingesetzt werden, einschließlich Bändern aus Stahl.
Wie dies in der Abbildung aus Fig. 1 dargestellt ist, sind die Riemenscheiben 14 und 16 übereinander angeordnet, wobei die Bänder 10 und 12, die über die Riemenscheiben verlaufen, eine gekrümmte Oberfläche 18 und 20 definieren, wenn die Bänder 10 und 12 entsprechend über die Riemenscheiben 14 und 16 verlaufen. Somit definieren die Bänder und im Besonderen die gekrümmte Oberfläche 18 und 20 dazwischen eine Formzone, wobei dazwischen ein minimaler Zwischenraum vorgesehen ist, der so bemessen ist, dass er der gewünschten Dicke des zu gießenden Metallstreifens entspricht. Für den Fachmann ist es offensichtlich, dass die Dicke des gegossenen Metallstreifens durch die Abmessungen des Spalts zwischen den Bändern 10 und 12 bestimmt wird, die entlang einer Linie durch die Achse der Riemenscheiben 14 und 16, die senkrecht zu den Bändern 10 und 12 verläuft, über die Riemenscheiben 14 und 16 verlaufen.
Gemäß der Offenbarung in US-A-5.564.491 ist es manchmal wünschenswert, eine Vorrichtung vorzusehen, welche die relativen Positionen der Riemenscheiben 14 und 16 starr fixiert, wobei dies in der Abbildung aus Fig. 1 aus Gründen der Vereinfachung nicht dargestellt ist. Wie dies in dem vorstehenden Patent beschrieben ist, kann es sich bei einer Einrichtung zur Fixierung der relativen Positionen der Riemenscheiben um ein Spannungselement handeln, das entweder fest oder verstellbar ist, wie etwa ein Spannschloss, ein Lagerblock oder ein Hydraulikzylinder gemäß der Offenbarung in US-A-5.564.491. Gemäß der Beschreibung in diesem Patent dient die Einrichtung zur Regelung des Abstands zwischen den Eintritts-Riemenscheiben 14 und 16 dazu, eine Druckkraft auf den im Wesentlichen erstarrten Gussstreifen an dem Spalt zwischen den Riemenscheiben 14 und 16 auszuüben, um eine Elongation des Streifens zu bewirken, so dass der gegossene Streifen nach dem Austreten aus dem Spalt in die Bewegungsrichtung komprimiert wird, um die Rissbildung des gegossenen Streifens bzw. Dünnbands so gering wie möglich zu halten.
Das zu gießende schmelzflüssige Metall wird der Formzone über eine geeignete Metall-Zufuhreinrichtung 22 wie etwa eine Gießwanne zugeführt, wobei die Breite der Einrichtung im Wesentlichen der Breite des schmaleren Bands der Bänder 10 und 12 entspricht. Wie dies für den Fachmann offensichtlich ist, handelt es sich bei einer Gießwanne um eine herkömmliche Einrichtung für die Zufuhr von schmelzflüssigem Metall an die Dünnband-Gießanlagen.
Somit fließt das schmelzflüssige Metall in die zwischen der gekrümmten Oberfläche 18 und 20 der Bänder 10 und 12 entsprechend definierte Formzone, wobei es im Wesentlichen horizontal von der Gießwanne so verläuft, dass es die Formzone zwischen den gekrümmten Oberflächen 18 und 20 füllt. Wie dies in US-A-5.515.908 beschrieben ist, beginnt das schmelzflüssige Metall sich zu verfestigen und ist im Wesentlichen an der Stelle verfestigt, an der der gegossene Streifen den Spalt der Riemenscheiben 14 und 16 erreicht. Wie dies in US-A-5.515.908 beschrieben ist, fließt das schmelzflüssige Metall im Wesentlichen horizontal, so dass ein Strömungsfluss von schmelzflüssigem Metall an die Formzone vorgesehen wird, wo es sich in Kontakt mit der entsprechenden gekrümmten Oberfläche 18 und 20 der Bänder 10 und 12 befindet, wenn diese Bänder um die Riemenscheiben 14 und 16 verlaufen. Dies dient dazu, die Verzerrung der Bänder einzuschränken und einen besseren thermischen Kontakt zwischen dem schmelzflüssigen Metall und jedem der Bänder aufrecht zu erhalten, sowie die Beschaffenheit der oberen und unteren Oberflächen des gegossenen Streifens zu verbessern.
Gemäß den erfinderischen Gedanken ist die Gießvorrichtung mit einem Paar von elektromagnetischen Kantendämmen 24 und 26 ausgestattet, die unmittelbar neben der Formzone positioniert sind, die durch die gekrümmte Oberfläche 18 und 20 an jeder lateralen Kante der Bänder 10 und 12 definiert ist, wie dies in der Abbildung aus Fig. 2 dargestellt ist. Der elektrische Strom an den elektromagnetischen Kantendamm wird durch elektrische Zuleitungen 26 zugeführt, wie dies in der Abbildung aus Fig. 1 dargestellt ist.
Die Einzelheiten der elektromagnetischen Kantendammvorrichtung sind in der Abbildung aus Fig. 3 der Zeichnungen genau dargestellt. Dabei handelt es sich um eine Schnittansicht der Kantendammvorrichtung 24 aus der Abbildung aus Fig. 2. Bei einer bevorzugten Ausführung der Erfindung handelt es sich bei der elektromagnetischen Kanteneinschlussvorrichtung, die bei der Ausführung der Erfindung eingesetzt wird, um ein magnetisches Einschlusssystem, wie dies bereits vorstehend im Text beschrieben worden ist, und wobei das System ein allgemein C-förmiges Magnetelement 30 aufweist, wie dies in der Abbildung aus Fig. 3 dargestellt ist. Das Magnetelement 30 weist somit einen Kern 32 mit einem oberen Arm oder Pol 34 sowie einen unteren Arm oder Pol 36 auf, die sich von dem Element erstrecken, so dass ein allgemein O-förmiger Querschnitt definiert wird. Wie dies in der Abbildung aus Fig. 3 dargestellt ist, ist eine Induktionsspulenwicklung 38, die sich aus einer Mehrzahl von Windungen zusammensetzt, um den Kern 32 des Magnetelements 30 gewickelt. Wie dies ebenfalls in der Abbildung aus Fig. 3 dargestellt ist, endet der obere Arm 34 in einer Polfläche 42, wobei der untere Arm 36 in einer Polfläche 44 endet, die entsprechend neben den Bändern 10 und 12 angeordnet sind, wobei das schmelzflüssige Metall 46 dazwischen gehalten wird. Die Polflächen 42 und 44 definieren somit eine Oberfläche, von der durch das Magnetelement 30 mit dessen Induktionsspule 38 erzeugte magnetische Kraftlinien von einer der Polflächen 42 zu der anderen Polfläche 44 verlaufen, wie dies durch die magnetischen Kraftlinien 48 aus der Abbildung aus Fig. 3 dargestellt ist. Für die Ausführung der vorliegenden Erfindung ist es nicht wichtig, ob die magnetischen Kraftlinien von der oberen Polfläche 42 zu der unteren Polfläche 44 oder anders herum verlaufen.
Bei einer Ausführung der vorliegenden Erfindung wird das Magnetelement 30 aus einem ferromagnetischen Material ausgebildet, wie etwa Siliziumstahl, und wobei das Element aus einem ganzen Stück eines derartigen ferromagnetischen Materials gebildet werden kann. Alternativ kann das Magnetelement 30 aus einer Reihe laminierter Elemente gebildet werden, die durch Bearbeitung unter Verwendung mechanischer Einrichtungen aneinander angebracht werden, wie etwa durch einen Klebstoff oder eine ähnliche Einrichtung, so dass die gewünschte Konfiguration erzeugt wird. Häufig wird der Einsatz von Schichtstoffen bevorzugt, da Schichtstoffe den Fluss der Linien in dem Magnetelement gleichmäßiger verteilen und Verluste durch die Sättigung des Magnetelements reduzieren. Darüber hinaus wird die als Wärme verteilte elektrische Energie bei einem Magnetelement aus einem laminierten ferromagnetischen Material gleichmäßiger verteilt und kann leichter entzogen werden, im Besonderen dann, wenn der Klebstoff zum Zusammenhalten der laminierten Elemente eine gute Wärmeleitfähigkeit aufweist.
Das Magnetelement 30 ist von einer äußeren Abschirmung 50 umgeben, die vorzugsweise aus einem Material und am besten aus einem Metall mit einer strukturellen Steifheit und besonders hohen elektrischen und thermischen Leitfähigkeiten hergestellt. Besonders gute Ergebnisse werden erzielt, wenn die äußere Abschirmung 50 aus Kupfer hergestellt wird, wobei auch andere Metalle wie etwa Silber und Gold verwendet werden können. Die hohe elektrische Leitfähigkeit der äußeren Abschirmung 50 unterstützt das Halten der magnetischen Kraftlinien innerhalb des Magnetelements, während die gute Wärmeleitfähigkeit die Verteilung von Wärme von der Vorrichtung insgesamt unterstützt. Für den Fachmann ist es erkennbar, dass die äußere Abschirmung 50 mit darin vorgesehenen Kühlkanälen oder daran hartgelöteten Rohrleitungen vorgesehen werden kann, um Kühlfluid durch oder an die Oberfläche der äußeren Abschirmung zu verteilen, um den Entzug der durch das elektromagnetische Feld erzeugten Wärme weiter zu unterstützen. Zum Beispiel kann ein Einlass 52 dazu eingesetzt werden, ein Kühlfluid durch die äußere Abschirmung zur Entfernung aus einer Auslassöffnung 54 zu leiten, wenn eine zusätzliche Kühlfähigkeit erforderlich ist, wie dies in der Abbildung aus Fig. 3 dargestellt ist. Das Kühlfluid kann somit durch eine Rohrleitung in der äußeren Abschirmung geleitet werden, um die durch das elektromagnetische Feld erzeugte Wärme zu entfernen.
Der bei der Ausführung der vorliegenden Erfindung verwendete elektromagnetische Kantendamm weist ferner eine innere Abschirmung 56 auf, die so bemessen ist, dass sie in die C- förmige Konfiguration des Magnetelements 30 passt, wie dies in der Abbildung aus Fig. 3 dargestellt ist. Die innere Abschirmung 56 dient auch dazu, die durch die Spule 38 des Magnetelements 30 erzeugten magnetischen Kraftlinien einzudämmen, wodurch sichergestellt wird, dass die magnetischen Kraftlinien in dem Magnetelement 30 gehalten werden. Darüber hinaus ist es möglich und manchmal auch wünschenswert, in der inneren Abschirmung eine Leitungseinrichtung für den Durchgang eines Kühlfluids dort hindurch vorzusehen, wenn es wünschenswert ist, die Wärmeausbreitung von dem Magneten zu erhöhen. Ferner kann auch auf die innere Abschirmung verzichtet werden; im Besonderen dann, wenn kornorientierte Siliziumstahl-Schichtstoffe verwendet werden, bei denen ein Fluss der Feldlinien in den Schichtstoffen bevorzugt wird.
Das Verhältnis zwischen der elektromagnetischen Kanteneinschlussvorrichtung und den Bändern ist auch in der Abbildung aus Fig. 3 der Zeichnungen dargestellt. Darin ist ersichtlich, dass das obere Band 10 und das untere Band 12 eine Formzone definieren, wobei das geschmolzene bzw. schmelzflüssige Metall 46 dazwischen angeordnet ist. Die lateralen Kanten der Bändern 10 und 12 sind in Nachbarschaft zu der inneren Abschirmung angeordnet, so dass die aus der oberen Polfläche 42 oder der unteren Polfläche 44 austretenden magnetischen Kraftlinien durch die oberen und unteren Bänder 10 und 12 sowie das schmelzflüssige Metall 46 verlaufen. Die Magnetfeldleitungen erzeugen somit die Einschlusskraft, die es verhindert, dass schmelzflüssiges Metall entsprechend über die Kanten der oberen und unteren Bänder 10 und 12 austritt.
Wie dies vorstehend bereits beschrieben worden ist, weisen die bei der Ausführung der vorliegenden Erfindung verwendeten Bänder ferromagnetische Eigenschaften auf, was bewirkt, dass sie selbst Flusslinien anziehen und dadurch Feldverluste zwischen den Polen 42 und 44 reduzieren. Dies wiederum maximiert das in dem Raum zwischen den Bändern verfügbare Feld. Die magnetische Eigenschaft der Bänder minimiert ferner den Gradient des Magnetfelds, wodurch der erzeugbare magnetische Druck verringert wird. In Übereinstimmung mit der bevorzugten Ausführung der vorliegenden Erfindung ist die Ausführung eines Magnetfelds mit hohem Gradient an dem Band für die Erzeugung eines ausreichenden magnetischen Drucks wichtig, nachdem sich der Feldgradient durch die magnetische Beschaffenheit der Bänder reduzieren konnte. Für die Erzeugung des gewünschten hohen Magnetfeldgradient an den Bändern wird eine Ausrichtung der Pole in einem Winkel im Verhältnis zu den Bändern bevorzugt. Die in der Abbildung aus Fig. 3 veranschaulichten Kraftlinien veranschaulichen die Effekte der Bänder bei der Modifizierung der Feldlinienverteilung in der Umgebung des Formzwischenraums.
Die genaue Platzierung der lateralen Kanten der Bänder im Verhältnis zu dem elektromagnetischen Damm ist für die Ausführung der vorliegenden Erfindung nicht von entscheidender Bedeutung und somit veränderlich. Allgemein ist eine Positionierung der lateralen Kanten der Bänder 10 und 12 ausreichend, so dass die meisten wenn nicht alle magnetischen Kraftlinien im Wesentlichen sofort durch die Bänder 10 und 12 verlaufen. Dies stellt sicher, dass Einschlusskräfte in ausreichendem Ausmaß erzeugt werden, um zu verhindern, dass das schmelzflüssige Metall angrenzend an die elektromagnetische Einschlussvorrichtung über die lateralen Kanten des Bands austritt.
Die Konfiguration eines Ausführungsbeispiels des Magnetelements 30 ist in der Abbildung aus Fig. 4 der Zeichnungen dargestellt, mit einem Basisabschnitt oder Kern 32, um den die Spule gewickelt ist, wobei die Spulenwicklung in der Abbildung aus Fig. 4 aus Gründen der Vereinfachung nicht dargestellt ist. Das Magnetelement 30 weist ferner entsprechende obere und untere Arme bzw. Pole 34 und 36 auf, die integral mit dem Kern 32 ausgebildet sind, und zwar unabhängig davon, ob es sich bei dem Magnetelement 30 um ein durchgehendes Metallstück oder um eine Schichtkonstruktion handelt, wie dies vorstehend im Text beschrieben worden ist. In den Vorderkanten der Arme bzw. Pole 34 und 36 sind die Polflächen 42 und 44 ausgebildet.
Das Magnetelement 30 wird vorzugsweise aus einem ferromagnetischen Material wie etwa Siliziumstahl hergestellt. Das Magnetelement 30 kann aus Schichten gebildet werden, die miteinander verbunden werden, aus mechanisch zusammengehaltenen Schichten oder aus einem festen Kern. In einigen Fällen wird der Einsatz von Schichtstoffen bevorzugt, da diese eine einheitlichere Verteilung der Flusslinien in dem Magnetelement und weniger Verluste durch Sättigung vorsehen. Wenn der Schichtstoff eine gute Wärmeleitfähigkeit aufweist, wird die Wärme gleichmäßiger verteilt und kann leichter entfernt bzw. entzogen werden. In einigen Fällen ist es besser, die Schichten mechanisch zusammenzuhalten.
Wie dies in der Abbildung aus Fig. 4 dargestellt ist, weisen die Polflächen 42 und 44 eine Krümmung auf, die im Wesentlichen der Krümmung der Bänder 10 und 12 angrenzend an die elektromagnetische Einschlussvorrichtung entspricht. Es konnte festgestellt werden, dass die besten Ergebnisse allgemein dann erzielt werden, wenn die Polflächen eine gebogene oder gekrümmte Konfiguration aufweisen, so dass ein konstanter Abstand zwischen den Bändern 10 und 12 aufrechterhalten bleibt, während diese um die entsprechend zugeordneten Riemenscheiben und die Polflächen selbst verlaufen.
Wie dies in der Abbildung aus Fig. 4 dargestellt ist, weisen die Polflächen des Magnetelements 30 eine im Wesentlichen glatte Oberfläche auf, die der Krümmung der Bänder entspricht, die um die entsprechenden Eintritts-Riemenscheiben verlaufen. Der Fachmann erkennt, dass es aber auch möglich und teilweise aus wirtschaftlichen Aspekten bezüglich der Herstellung gar wünschenswert ist, eine glatte, gekrümmte Oberfläche näherungsweise durch eine Oberfläche zu realisieren, die aus einer Reihe stufenweise angeordneter Elemente gebildet wird. Ein Magnetelement, das derartige abgestufte Polflächen verwendet, ist in der Abbildung aus Fig. 7 der Zeichnungen dargestellt.
Wie dies in der Abbildung dargestellt ist, werden die Polflächen 42 und 44 aus einer Reihe einzelner, im Wesentlichen rechteckiger Flächen 45 gebildet, die näherungsweise den glatten, gekrümmten Polflächen gemäß der Abbildung aus Fig. 4 entsprechen. Der Fachmann wird erkennen, dass der Einsatz der gestuften Polflächen einen eindeutigen Vorteil in Bezug auf die Wirtschaftlichkeit der Fertigung des Magnetelements 30 vorsieht. Wie dies in dieser Abbildung dargestellt ist, kann der Kern 32 mit einer Kühlleitung 47 ausgestattet sein, die sich durch den Kern erstreckt; auf diese Weise kann ein Kühlfluid durch die Kühlleitung 47 geleitet werden, um die Ausbreitung der durch das elektromagnetische Feld erzeugten Wärme zu unterstützen.
In dem bevorzugten Ausführungsbeispiel gemäß der Abbildung aus Fig. 3 kann die Positionierung der lateralen Kanten der Bänder 10 und 12 im Verhältnis zu den Polflächen 42 und 44 bequem durch den Einsatz von Riemenscheiben 14 und 16 mit einer Bandeingriffsoberfläche 58 geregelt werden, die im Vergleich zu dem Rest der Riemenscheibe 14 eine axial reduzierte Breite aufweist. Auf diese Weise können die Bänder 10 und 12 dichter an der elektromagnetischen Einschlussvorrichtung positioniert werden, indem die Bänder so bemessen werden, dass sie sich über die das Band stützende Oberfläche 58 der Riemenscheiben 14 und 16 erstrecken, wie dies in der Abbildung aus Fig. 3 dargestellt ist. In einem alternativen Ausführungsbeispiel wird es gemäß der Abbildung aus Fig. 5 teilweise bevorzugt, einen ringförmigen Kupferring 60 zwischen den Riemenscheiben 14 und 16 und der elektromagnetischen Einschlussvorrichtung vorzusehen. Der Kupferring modifiziert das Magnetfeld in der Umgebung der Formzone, so dass es verhindert wird, dass die magnetischen Kraftlinien in die Rollen 14 und 16 eintreten.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung gemäß der Abbildung aus Fig. 6 ist es teilweise wünschenswert, die Bänder 10 und 12 mit den entsprechenden Lippen 62 und 64 zu konfigurieren. Diese Lippen können auf einfache Weise dadurch gebildet werden, dass die Dicke der lateralen Kanten 66 und 68 der entsprechenden Bänder 10 und 12 vergrößert wird, um eine Lippenfläche mit größerer Banddicke an den lateralen Kanten der Bänder vorzusehen. Das Vorsehen der Bänder mit einer größeren Dicke in Richtung der lateralen Kanten verbessert die Magnetfeldstärke sowie den Feldverteilungsbereich zwischen den Bändern 10 und 12, wodurch die Einschlusskräfte nahe der Formzone maximiert werden, wie dies in der Abbildung aus Fig. 6 dargestellt ist.
Für die Entwicklung der bei der Ausführung der vorliegenden Erfindung eingesetzten elektromagnetischen Einschlussvorrichtung können eine Mehrzahl verschiedener Techniken für die Ausbreitung der Wärme verwendet werden, die durch das elektromagnetische Feld erzeugt wird. In dem Ausführungsbeispiel aus der Abbildung aus Fig. 3 können die Kernwicklungen 40 um den Kern 32 gemäß der Abbildung aus Fig. 3 aus festem Metall wie etwa Kupferdraht erzeugt werden. Alternativ können die Wicklungen 40 gemäß der Abbildung aus Fig. 8 aus einem ringförmigen Leiter gebildet werden, durch den sich eine zentrale Öffnung 41 erstreckt. Somit kann gekühltes Wasser durch die zentrale Öffnung der Wicklungen 40 geleitet werden, um die Ausbreitung der durch das elektromagnetische Feld erzeugten Wärme zu unterstützen.
Die Abbildungen aus den Fig. 9, 10, 11 und 12 veranschaulichen verschiedene Polflächenwinkel und -ausrichtungen in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung. Die Abbildung aus Fig. 9 veranschaulicht einen Querschnitt eines Magnetelements 30, wobei die Polflächen 42 und 44 einen positiven Winkel im Verhältnis zu der Horizontalen aufweisen. Der positive Winkel bedeutet, dass der Zwischenraum 43 zwischen den Polflächen mit zunehmendem Abstand zu dem Kern größer wird, d. h. der Zwischenraum 43 zwischen den Polflächen ist an der Außenkante jeder Polfläche größer als an der Innenkante jeder Polfläche. Der Winkel der Polflächen sollte so ausgewählt werden, dass an der Polfläche ein starkes Magnetfeld und ein steiler Magnetfeldgradient erzeugt wird. Eine Polfläche kann jeden gewünschten Winkel im Verhältnis zu der Horizontalen aufweisen, wie etwa 5, 10, 15, 20, 25 oder 30 Grad. Der Fachmann wird erkennen, dass die Stärke des Felds über den Zwischenraum mit zunehmendem Zwischenraum 43 zwischen den Polflächen abnimmt. Daraus resultiert, dass die durch das Magnetelement aus Fig. 9 erzeugten Einschlusskräfte an der Innenkante jeder Polfläche stärker sind als an der Außenkante jeder Polfläche.
Die Abbildung aus Fig. 10 veranschaulicht einen Querschnitt eines Magnetelements 30, wobei die Polflächen 42 und 44 im Verhältnis zu der Horizontalen keinen Winkel aufweisen. Der nicht vorhandene Winkel bedeutet, dass der Zwischenraum 43 zwischen den Polflächen an der Innenkante jeder Polfläche und an der Außenkante jeder Polfläche identisch ist. Daraus resultiert, dass das durch das Magnetelement gemäß der Abbildung aus Fig. 10 erzeugte Magnetfeld über jede Polfläche verhältnismäßig gleichmäßig bzw. einheitlich ist.
Die Abbildung aus Fig. 11 veranschaulicht einen Querschnitt eines Magnetelements 30, wobei die Polflächen 42 und 44 einen negativen Winkel im Verhältnis zu der Horizontalen aufweisen. Der negative Winkel bedeutet, dass der Zwischenraum 43 zwischen den Polflächen an der Außenkante jedes Pols kleiner ist als an der Innenkante jeder Polfläche. Daraus resultiert, dass die durch das Magnetelement gemäß der Abbildung aus Fig. 11 erzeugten Einschlusskräfte an der Außenkante jeder Polfläche stärker sind als an der Innenkante jeder Polfläche.
Die Abbildung aus Fig. 12 veranschaulicht einen Querschnitt eines Magnetelements 30 mit einer umgekehrten Winkelkonfiguration. Die Polflächen 42 und 44 sind teilweise parallel und teilweise nicht parallel. Der Innenbereich der Polflächen 42 und 44 weist einen negativen Winkel im Verhältnis zu der Horizontalen auf. Das in der Abbildung aus Fig. 12 dargestellte Magnetelement und das Magnetelement aus der Abbildung aus Fig. 11 führen beide zu einem schmaleren Streifen als das Magnetelement aus der Abbildung aus Fig. 9.
Wenn das in der Abbildung aus Fig. 9 dargestellte Magnetelement zum Einschließen von schmelzflüssigem Metall verwendet wird, so sind die Magnetkräfte an der äußersten Kante des Sands am größten. Wenn die in den Abbildungen aus den Fig. 11 oder 12 dargestellten Magnetelemente zum Einschließen von schmelzflüssigem Metall verwendet werden, sind die Magnetkräfte weiter bandeinwärts am größten. Daraus resultiert, dass die Streifenbreite beim Einsatz von Magneten mit einer Konstruktion gemäß den Abbildungen der Fig. 11 und 12 im Vergleich zu den Konstruktionen aus den Abbildungen der Fig. 9 und 10 geringer wäre.
Die Abbildung aus Fig. 13 veranschaulicht ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, wobei ein mechanischer Kantendamm 55 in Verbindung mit einem elektromagnetischen Kantendamm mit einem Magnetelement 30 verwendet wird. Der mechanische Kantendamm 55 ist vor dem Magnetelement 30 angeordnet. Der mechanische Kantendamm 55 kann vollständig ersetzt werden. Wie dies bereits vorstehend im Text erwähnt worden ist, sollte der elektromagnetische Kantendamm jedoch eine Krümmung zur Spiegelung der gekrümmten Oberfläche der Bänder, aufweisen. Wenn die Polflächen 42 und 44 auseinandergehen, um die gekrümmte Oberfläche der Bänder widerzuspiegeln, so wird der Zwischenraum 43 zwischen den Polflächen größer und die Stärke des Magnetfelds in dem Zwischenraum nimmt ab. Aus diesem Grund wird der mechanische Kantendamm 55 in Verbindung mit dem erweiterten Magnetelement 30 an der Stelle verwendet, an der das Magnetfeld am schwächsten ist. Der abgebildete mechanische Kantendamm 55 sollte im Idealfall eine keramikfreie Oberfläche aufweisen und ein magnetisches Material umfassen, so dass die Reluktanz an der Mündung der Formzone reduziert wird. Ein Keramikwerkstoff kann ebenfalls für die Herstellung des mechanischen Kantendamms 55 verwendet werden, wenn die Verfahrensbedingungen den Einsatz eines metallischen Werkstoffs verhindern.
Die Abbildung aus Fig. 14 veranschaulicht eine feste Struktur 70, aus der ein erfindungsgemäßes Magnetelement 30 gebildet werden kann. Wie dies bereits vorstehend im Text erwähnt worden ist, kann das Magnetelement 30 aus miteinander verbundenen Schichten, aus verschraubten Schichten oder aus einem festen Kern gebildet werden, der so zugeschnitten wird, dass der Zwischenraum zwischen den Polflächen gebildet wird. Der Fachmann erkennt, dass Ströme in den einzelnen Schichtstoffen induziert werden können, und dass die Ströme zu der Erzeugung von Wärme führen können. Aus diesem Grund kann es von Vorteil sein, das Magnetelement aus einem festen Kern zu schneiden. Wenn zum Beispiel ein Siliziumstahlblech in eine Rennbahn-ähnliche Form 70 gewickelt wird, welche der äußeren Form des Magneten 30 entspricht, können die Polflächen 42 und 44 aus dem Block 70 gebildet werden, indem ein Metallstück 71 aus dem Bereich entfernt wird, in dem sich der Zwischenraum zwischen den Polflächen befinden sollte. Siehe dazu den offenen Bereich oder Zwischenraum aus Fig. 15. Dieses Verfahren zur Herstellung des Magnetelements 30 ist normalerweise preisgünstiger als andere Fertigungsverfahren. Noch bedeutender ist die Tatsache, dass bei einem besonders dünnen Siliziumstahl (mit einer Dicke von ungefähr 1 Milliinch) durch dieses Verfahren die in der Stapelkonstruktion induzierte Wärme minimiert und das Abkühlen des Magnetelements 30 erleichtert wird.
Die Abbildungen aus den Fig. 15 und 16 veranschaulichen ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, wobei ein Magnetelement 30 eine geteilte Kernkonstruktion aufweist. Der Fachmann erkennt, dass die Isolierung um die Induktionsspule 40 mit dem Einsatz des Einschlusssystems an Qualität verliert und letztlich ausgetauscht werden muss. In herkömmlichen Systemen wird die Spule 40 ausgetauscht, indem der Magnet 30 von der Bandgießanlage entfernt, die Spule 40 zerschnitten, die Spule 40 entfernt und eine neue Spule (nicht abgebildet) um den Magneten 30 gewickelt wird. Ferner muss der ganze Magnet 30 ersetzt werden, wenn der Magnet 30 durch eines der Endlosbänder beschädigt wird.
Gemäß dem in der Abbildung aus Fig. 15 dargestellten Ausführungsbeispiel weist das Magnetelement 30 eine geteilte Kernkonstruktion auf, wobei das Magnetelement 30 einen oberen Bereich 81 und/oder einen unteren Bereich 82 aufweist, der entfernbar an dem zentralen Bereich 80 angebracht ist, so dass das C-förmige Magnetelement 30 gebildet wird. Somit ist es ganz erheblich, einfacher, die Induktionsspule 40 auszuwechseln. Wenn der obere Bereich 81 oder der untere Bereich 82 von dem zentralen Bereich 80 entfernt wird, ist es möglich, die Induktionsspule 81 zu entfernen und eine neue, vorgewickelte Spule (nicht abgebildet) einzuführen. Wenn der obere Bereich 81 oder der untere Bereich 82 ferner durch eines der Bänder beschädigt wird, so ist es nicht erforderlich, den ganzen Magneten 30 auszuwechseln. Die oberen und unteren Bereiche 81 und 82 können dadurch ersetzt werden, dass ein neuer oberer oder unterer Bereich (nicht abgebildet) mit dem zentralen Bereich 80 verbunden wird.
In dem Ausführungsbeispiel aus der Abbildung aus Fig. 16 weist das Magnetelement 30 eine geteilte Kernkonstruktion auf, wobei das Magnetelement 30 aus Schichtstoffen gebildet wird und einen oberen Bereich 83 und/oder einen unteren Bereich 84 aufweist, die so angebracht werden, dass ein C-förmiges Magnetelement 30 gebildet wird. Der Austausch der Induktionsspule ist bei dieser Konstruktion einfacher; das Magnetelement wird zuerst demontiert und danach wird eine neue, vorgewickelte Spule vor der erneuten Montage des Magnetelements eingeführt. Wenn der obere Bereich 33 oder der untere Bereich 34 durch eines der Bänder beschädigt wird, so muss nicht der ganze Magnet 30 ausgetauscht werden, wie dies bereits vorstehend im Text beschrieben worden ist. Die beschädigte Hälfte des Magnetelements kann durch Verbinden eines neuen oberen 83 oder unteren Bereichs 84 ersetzt werden. Die oberen 83 und unteren 84 Bereiche werden mechanisch zusammengehalten, so dass die zweckmäßige Ausrichtung aufrechterhalten wird. Zum Beispiel werden Bolzen bzw. Schrauben 85, 86 verwendet, um die Schichtstoffe jeder Hälfte zusammenzuhalten. Danach werden Platten 87 an jedem Ende an den beiden Bolzen bzw. Schrauben 85, 36 angebracht, um die beiden Bereiche zusammenzuhalten. Bevorzugt wird die Herstellung der Bolzen bzw. Schrauben und Platten aus einem nichtmagnetischen Material, vorzugsweise Edelstahl.
Hiermit wird festgestellt, dass verschiedene Abänderungen und Modifikationen bezüglich der Einzelheiten der Konstruktion und der Verwendung möglich sind, ohne dabei von dem in den folgenden Ansprüchen definierten Umfang der Erfindung abzuweichen.

Claims

1. Vorrichtung zum Bandgießen von geschmolzenem Metall, wobei die Vorrichtung ein Gießband (10, 12) und eine Kanteneinschließungsvorrichtung aufweist;

dadurch gekennzeichnet, dass die Kanteneinschließungsvorrichtung folgendes umfasst:

ein Magnetelement (30) mit einem ersten Pol (34), einer ersten Polfläche (42), einem zweiten Pol (36) und einer zweiten Polfläche (44); und

einer Spule (38), die magnetische Kraftlinien (48) in dem Magnetelement erzeugt, wenn der Spule Strom zugeführt wird, wobei die magnetischen Kraftlinien (48) von der ersten Polfläche (42) durch eine Kante des Gießbands (10, 12) zu der zweiten Polfläche (44) verlaufen.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, mit einer äußeren Abschirmung (50), welche das Magnetelement (30) umgibt, so dass die magnetischen Kraftlinien (48) in dem Magnetelement eingeschlossen werden.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, mit einer inneren Abschirmung (56), die in dem Magnetelement (30) positioniert ist, so dass die magnetischen Kraftlinien (48) in dem Magnetelement eingeschlossen werden.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei das Magnetelement (30) einen Kühldurchgang (52, 54; 47) zum Kühlen des Magnetelements aufweist.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die erste Polfläche (42) nicht parallel zu der zweiten Polfläche (44) ist.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die erste Polfläche (42) parallel zu der zweiten Polfläche (44) ist.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die erste Polfläche (42) und die zweite Polfläche (44) eine erste entgegengesetzte Oberfläche aufweisen, die zueinander parallel sind, und eine zweite entgegengesetzte Oberfläche, die zueinander nicht parallel sind.

8. Vorrichtung nach Anspruch 5, wobei der Abstand (43) zwischen der ersten Polfläche (42) und der zweiten Polfläche (44) an einer Außenkante jeder Polfläche größer ist als an einer Innenkante jeder Polfläche.

9. Vorrichtung nach Anspruch 5, wobei der Abstand (43) zwischen der ersten Polfläche (42) und der zweiten Polfläche (44) an der Innenkante jeder Polfläche größer ist als an einer Außenkante jeder Polfläche.

10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei das Magnetelement (30) aus einem ferromagnetischen Material aus einem Stapel verbundener Elemente gebildet wird.

11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei das Magnetelement (30) aus einem ferromagnetischen Material aus einer Mehrzahl von Abschnitten (83, 84) gebildet wird, die mechanisch zusammengehalten (85, 86, 87) werden.

12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei das Magnetelement (30) aus einem festen Kern aus einem ferromagnetischen Material gebildet wird.

13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, wobei der erste Pol (34) und/oder der zweite Pol (36) entfernbar an dem Magnetelement (30) angebracht ist, um den Austausch der Spule zu erleichtern.

14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, wobei die Polflächen (42, 44) nicht glatt sind.

15. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, mit zwei Bändern (10, 12), die das geschmolzene Metall (46) dazwischen formen.

16. Vorrichtung nach Anspruch 15, wobei die magnetischen Kraftlinien (48) im Einsatz das geschmolzene Metall (46) in einem Kantenbereich zwischen den beiden Bändern (10, 12) einschließen.

17. Vorrichtung nach Anspruch 15 oder 16, wobei die beiden Bänder (10, 12) einen gekrümmten Bereich und einen geradlinigen Bereich aufweisen.

18. Vorrichtung nach Anspruch 17, mit einer Riemenscheibe (14, 16), die den gekrümmten Bereich definiert, und mit einer zwischen dem Magnetelement (30) und der Riemenscheibe positionierten Abschirmung (60) zur Abschirmung der Riemenscheibe vor den magnetischen Kraftlinien.

19. Vorrichtung nach Anspruch 17 oder 18, wobei die magnetischen Kraftlinien (48) das geschmolzene Metall (46) in einem Bereich zwischen dem gekrümmten Bereich der beiden Bänder (10, 12) einschließen.

20. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 17 bis 19, wobei die Bänder (10, 12) einen gekrümmten Bereich (18, 20) in einem Zwischenraum zwischen der ersten Polfläche (42) und der zweiten Polfläche (44) aufweisen.

21. Vorrichtung nach Anspruch 20, wobei die erste Polfläche (42) und die zweite Polfläche (44) entlang des gekrümmten Bereichs einen zunehmenden Zwischenabstand aufweisen.

22. Vorrichtung nach Anspruch 20 oder 21, wobei ein mechanischer Kantendamm (55) in einem Bereich entlang der Bänder angeordnet ist, in dem ein Zwischenraum zwischen der ersten Polfläche und der zweiten Polfläche maximal ist.

23. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 15 bis 22, wobei jedes Band (10, 12) eine Kante aufweist, die in einem Bereich zwischen der ersten Polfläche (42) und der zweiten Polfläche (44) verläuft.

24. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 15 bis 23, wobei die Bänder eine Dicke (62, 64) aufweisen, die in Richtung einer Außenkante (66, 58) der Bänder zunimmt.

25. Vorrichtung zum Stranggießen von geschmolzenem Metall, wobei die Vorrichtung folgendes umfasst:

(a) ein Paar von Endlosbändern aus Metall (10, 12), die angrenzend aneinander positioniert sind, so dass eine Formzone dazwischen definiert wird, wobei jedes Band über eine Eintritts-Riemenscheibe (14, 16) verläuft, so dass eine gekrümmte Oberfläche (18, 20) definiert wird, die darauf geschmolzenes Metall (46) aufnehmen kann;

(b) eine Einrichtung (22) für die Zufuhr von geschmolzenem Metall zu den gekrümmten Oberflächen (18, 20) jedes der Bänder (10, 12), um diesen geschmolzenes Metall zuzuführen; und

(c) eine entsprechende Kanteneinschlussvorrichtung, die an jeder Seite der Formzone positioniert ist, um das geschmolzene Metall (46) in der Formzone in Kontakt mit den gekrümmten Oberflächen zu halten; dadurch gekennzeichnet, dass:

jede Kanteneinschlussvorrichtung eine Magnetkammer (30) mit einem oberen Pol (34) und einem unteren Pol (36) aufweist, wobei eine Induktionsspule (38) um ein Teilstück (32) des Magnetelements gewickelt ist, um magnetische Kraftlinien (48) zu erzeugen, die von einem der oberen und unteren Pole zu dem anderen Pol verlaufen, wobei das Magnetelement derart positioniert ist, dass die oberen und untere Pole die magnetischen Kraftlinien durch die Kanten jedes Bands (10, 12) drücken, so dass an den Kanten der Bänder Einschlusskräfte erzeugt werden, so dass das geschmolzene Metall dazwischen gehalten wird.

26. Vorrichtung nach Anspruch 25, mit einer äußeren Abschirmung (50), die um das Magnetelement (30) herum positioniert ist, so dass die magnetischen Kraftlinien (48) in dem Magnetelement eingeschlossen werden.

27. Vorrichtung nach Anspruch 25 oder 26, mit einer in dem Magnetelement positionierten inneren Abschirmung (56) zum Einschließen der magnetischen Kraftlinien (48) in dem Magnetelement.

28. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 25 bis 27, wobei das Magnetelement (30) eine allgemein C-förmige Konfiguration aufweist, mit einem Kernteilstück (32) und parallelen, integralen und sich von dem Teilstück erstreckenden Polen (34, 36).

29. Vorrichtung nach Anspruch 28, wobei die Pole (34, 36) des Magnetelements (30) in Polflächen (42, 44) enden, die angrenzend an die Endlosbänder positioniert sind, wodurch die magnetischen Kraftlinien von einer der Polflächen durch die Bänder und zu der anderen Polfläche verlaufen, so dass Einschlusskräfte für das geschmolzene Metall erzeugt werden, das in der Formzone zwischen den Endlosbändern gehalten wird.

30. Vorrichtung nach Anspruch 29, wobei die Polflächen (42, 44) angrenzend an die Endlosbänder und in einem Winkel zu diesen positioniert sind, um einen Verlauf des Magnetflusses an den lateralen Kanten der Endlosbänder zu gewährleisten.

31. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 25 bis 30, wobei die Induktionsspule (38) um den Kern des Magnetelements gewickelt ist.

32. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 25 bis 31, mit einer Abschirmungseinrichtung (60), die zwischen dem Magnetelement und den Eintritts-Riemenscheiben positioniert ist, um die Eintritts-Riemenscheiben vor magnetischen Kraftlinien abzuschirmen.

33. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 25 bis 32, wobei die Bänder (10, 12) jeweils eine Lippe (62, 64) aufweisen, die durch die allmählich zunehmende Dicke der Bänder an ihren lateralen Kanten (66, 68) angrenzend an die Kanteneinschlussvorrichtung gebildet werden, wobei die genannten Lippen dazu dienen, die Stärke und die Verteilung der magnetischen Kraftlinien zum Einschließen von flüssigem Metall zwischen den Bändern zu modifizieren.

34. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 25 bis 33, wobei das Magnetelement (30) aus einem ferromagnetischen Material aus einer Reihe aneinander befestigter, laminierter Elemente gebildet wird.

35. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 25 bis 33, wobei das Magnetelement (30) aus einem ferromagnetischen Material aus einem Stapel verbundener Elemente gebildet wird.

36. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 25 bis 33, wobei das Magnetelement (30) aus einem ferromagnetischen Material aus einer Mehrzahl von Abschnitten (83, 84) gebildet wird, die mechanisch zusammengehalten (85, 86, 87) werden.

37. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 25 bis 36, wobei das Magnetelement (30) aus einem festen Kern eines ferromagnetischen Materials gebildet wird.

38. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 25 bis 37, wobei die Polflächen (42, 44) parallel sind.

39. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 25 bis 37, wobei die Polflächen (42, 44) nicht parallel sind.

40. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 25 bis 37, wobei die Polflächen (42, 44) jeweils eine erste entgegengesetzte Oberfläche aufweisen, die parallel zueinander sind, und eine zweite entgegengesetzte Oberfläche, die nicht zueinander parallel sind.

41. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 25 bis 37, wobei der Zwischenabstand zwischen den Polflächen (42, 44) an der Außenkante jeder Polfläche größer ist als an der Innenkante jeder Polfläche.

42. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 25 bis 37, wobei der Zwischenabstand zwischen den Polflächen (42, 44) an der Innenkante jeder Polfläche größer ist als an der Außenkante jeder Polfläche.

43. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 25 bis 42, mit einem mechanischen Kantendamm (55), der in einem Bereich entlang der Bänder positioniert ist, in dem die magnetischen Kraftlinien am schwächsten sind.

44. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 25 bis 43, wobei entweder die obere (83) oder die untere (84) Hälfte des Magnetelements entfernbar ist, um den Austausch der Induktionsspule (32) zu erleichtern.

45. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 25 bis 44, wobei die Polflächen (42, 44) nicht glatt sind.

46. Verfahren zum Einschließen von geschmolzenem Metall (46) zwischen zwei Bändern 810, 12) in einem Stranggusssystem, wobei das genannte Verfahren die folgenden Schritte umfasst:

Zuführen des geschmolzenen Metalls in eine Formzone an einem oberen Ende der Bänder;

Verfestigen des geschmolzenen Metalls in Streifen zwischen den Bändern, und Befördern des Streifens zwischen den Bändern in eine Abwärtsrichtung; und

Einschließen von geschmolzenem Metall an lateralen Kanten der Bänder in der Formzone;

dadurch gekennzeichnet, dass:

das Einschließen des geschmolzenen Metalls durch Wickeln einer Spule (38) um ein Magnetelement (30) mit einer oberen Polfläche (42) und einer unteren Polfläche (44) erfolgt;

das Magnetelement derart positioniert wird, dass die obere Polfläche und die untere Polfläche eine laterale Kante jedes Sands (10, 12) überlagern; und

der Spule elektrischer Strom zugeführt wird, um magnetische Kraftlinien zu erzeugen, welche das geschmolzene Metall einschließen.