NO784059L - Induktor for elektromagnetisk strengstoepekokille - Google Patents

Description

Induktor for elektromagnetisk strengstopekokille.

Foreliggende oppfinnelse angår en induktor for en elektromagnetisk strengstopekokille.

Vertikal strengstoping av metaller i elektromagnetisk vekselfelt med middels frekvens beror på at det på et element av den flytende sone av stopestykkets sideflate utoves en pondero-motorisk (elektrodynamisk) kraft Kg/ som er rettet motsatt og er av samme storrelse som den metallostatiske kraft K som utoves på vedkommende element. Likevekten mellom disse to krefter tvinger det flytende metall inn i den onskede form, hvori metallet derpå storkner.

Hvis man i stedet for disse krefter betrakter de trykk p som virker på et element av sideflaten F, så kan den nevnte likevekt beskrives på folgende måte: for beregning av det metallostatiske trykk går man ut fra at det på et vilkårlig rettet veggelement av en væske virker samme trykk som i det tilgrensende horisontale skikt av væsken, og at trykkforskjellen mellom to horisontale skikt med innbyrdes avstand h beloper seg til:

hvor ^ er tettheten av den homogene væske og g er tyngdeakselerasjonen.

Tar man videre hensyn til at pm = 0 ved overflaten av en metallsmelte, så er det hydrostatiske eller metallostatiske trykk pm på et veggelement i metallsmelten i avstand h fra overflaten bestemt ved:

Det elektromagnetiske trykk pg som virker på et veggelement med ..samme flateinnhold og i samme avstand h fra smelteoverflaten beloper seg imidlertid til:

hvor k er en proporsjonalitetsfaktor som tar hensyn til systemets geometri, metallsmeltens magnetiske og elektriske egenskaper samt frekvensen av den vekselstrom som frembringer magnetfeltet. Den likevekt mellom metallostatisk og elektromagnetisk trykk som er grunnlaget for vertikal strengstopning, må derfor i hvert punkt av metallsmeltens sideflate tilfredsstille betingelsen:

Ved teknikkens foreliggende stilling oppfylles denne

betingelse ved at det i det homogene magnetfelt H mellom induktorens ledersloyfe. og metallsmelten anbringes en elektromagnetisk skjerm, hvis tverrsnitt utvides i retning oppover, således at magnetfeltet H ved smelteoverflaten avtar i vertikal retning oppover i samme grad som det metallostatiske trykk. Sådanne skjermer fremstilles av et ikke magnetisk metall, hvis elektriske egenskaper er valgt i samsvar med den anvendte vekselstromfrekvens. Således ble skjermen ved en drivende vekselstromsekvens på 1000 - 3000 Hz for magnetfeltet fremstilt av ikke magnetisk stål med hoy spesifikk motstand, samt ved en vekselstromsekvens på 50 - 1000 Hz fremstilt av aluminium, kobber eller bronselegering (DE-OS 1.960.707). Konstruksjon av

sådanne elektromagnetiske skjermer er imidlertid tids- og arbeids-krevende, samt vanskelig å beregne og tilvirke ved . kompliserte kokilleformer. I tillegg til dette må en del av den innforte energi i magnetfeltet H bortfdres fra skjermen i form av varme. Dette fordrer således i tillegg en spesiell avkjoling av skjermen og forer til en forhoyning av stope-prosessens samlede driftsomkostninger.

For påvirkning av magnetfeltet ved vertikal elektromagnetisk strengstopning var det således et formål for foreliggende oppfinnelse å konstruere en anordning som tillot å frembringe et s_ådant elektromagnetisk trykk i den flytende sone av metallstrengen at dette trykk kompenserte det lineært tiltagende metallostatiske trykk i vertikal retning, samtidig som de nevnte ulemper ved elektromagnetiske avskjerminger kunne overvinnes, idet sådanne skjermanordninger eventuelt helt kunne utelates.

Dette formål ble oppnådd i henhold til oppfinnelsen ved en induktor for elektromagnetisk strengstopekokille ved anordning av en metallisk ledersloyfe med avsmalnende tverrsnitt i vertikal retning oppover samt kjolekanalsysterner som på den ene side tjener til kjoling av ledersloyfen og på den annen side tjener til kjoling av metallstrengen i kokillen.

Oppfinnelsen benytter seg av det forhold at den lokale magnetiske feltstyrke H^., h i avstanden h fra smelteoverf laten avhenger av den lokale stromstyrke J, som hersker på dette sted i den induktor som frembringer magnetfeltet. Hvis man forut-setter at strømtettheten er jevnt fordelt over hele ledertverrsnittet, så kan den onskede virkning oppnås ved at tverrsnittsbredden av induktorens ledersloyfe og dermed den lokale stromstyrke forandres med den vertikale avstand h. For å kompensere det lineært stigende metallostatiske trykk pm med tiltagende vertikalavstand h fra smelteoverflaten, må ledertverrsnittets bredde okes i avhengighet av denne verdi h.

Ved den vanlige anvendelse av vekselstrommer med middels frekvens er imidlertid stromtettheten ikke overalt den samme i lederens indre, men avtar på grunn av skinneffekten innover i ledertverrsnittet. For frembringelse av magnetfeltet H veier således de deler som ligger ved eller nær lederens overflate mer enn de indre deler av lederen. For således å oppnå et elektrodynamisk trykk pQ = k J 2 som tiltar lineært med avstanden h fra væskeoverflaten og således kompenserer det metallostatiske trykk p . må derfor ledertverrsnittets bredde q tilta raskere enn proporsjonalt.

For bedre forståelse av oppfinnelsen skal nå tre utforelses-éksempler bli beskrevet under henvisning til de vedfbyde tegninger, hvorpå: Fig. 1 viser et tverrsnitt gjennom en induktors ledersloyfe med trinnvis forandret lederbredde, Fig. 2 viser et tverrsnitt gjennom en induktors ledersloyfe med kontinuerlig forandret lederbredde, og

Fig. 3 viser et tverrsnitt gjennom en induktors ledersloyfe,

med adskilte kjolekanalsystemer for henholdsvis metallstrengen og ledersloyfen.

I alle tre figurer er det vist en induktor, bestående av en ledersloyfe 1 samt kjolekanalsysternene 4 og 7, samt den metallstreng som formes ved hjelp av indukfcorens magnetiske felt og utgjores av en flytende sone 9, og en storknet sone 10. Ved hjelp av ledersloyfen 1 som oppviser e.t sluttet grunnriss frembringes omkring det smeltede metall som er fort inn i strengformningssonen, et elektromagnetisk vekselfelt som ved overflaten av det flytende metall utover et elektromagnetisk trykk p og.den ponderomotoriske kraft K , som er rettet innover i metallsmelten og bidrar til å forme denne. Herved oppnår metallet en forut bestemt form og tverrsnittsmasse, som er bestemt av stromstyrken.i ledersloyfen i avstand h fra metall- overflaten. På sideflaten av den metallsoyle som formes av det elektromagnetiske felt, tilfores et flytende kjolemiddel ved hjelp av et kjolekanalsystem, hvilket har til folge at metallet krystalliseres i det elektromagnetiske felts virkningsområde og ved sin videre bevegelse fullstendig storkner og derved danner en stopestreng. Kjolekanalsystemet i de viste anordninger i fig. 1 og 2 oppviser herunder en hovedledning 4 hvorfra kjolemidlet 5 gjennom en åpning 6 trer inn i en annen ledning 7 som står i umiddelbar forbindelse med ledersloyfen 1 samt til slutt strommer ut av induktoren 1 gjennom åpningen 8 og treffer sideflaten av strengen 9, 10 i forut bestemt hoyde. I den anordning som er vist i fig. 3 er imidlertid de to kjblekanalsystemer 4 og 7 innbyrdes adskilt og har innbyrdes uavhengig kjolemiddeltilforsel.

Strengens tverrsnittsform, som skal tilsvare forut bestemte verdier, avhenger i ovenfor angitt måte av p , og den strom J, som flyter gjennom induktoren 1 i hoyden h, samt av det metallostatiske trykk pm^i samme avstand h fra strengens overflate... Den elektromagnetiske induktors ledersloyfe 1

oppviser derfor et tverrsnitt hvis bredde avtar i vertikal retning oppover og således med avtagende avstand fra overflaten av den metallsmelte som skal behandles. Denne avtagende bredde kan oppnås ved en kontinuerlig uttagning i ledersloyfen (fig. 2). Av tilvirkningstekniske grunner foretrekkes imidlertid ofte en trinnvis avtrapning av ledertverrsnittets bredde (fig. 1). Herunder kan forholdet mellom storste og minste horisontalmål

for ledersloyfen f.eks. ligge mellom 3:1 og 20:1, idet ledersloyfens storste horisontalmål ikke overskrider 1/3 av dens vertikalmål. Det har herunder vist seg praktisk å anvende et forhold mellom storste vertikalmål og -storste horisontalmål for ledertverrsnittet på minst 3:1. Hvis det anvendes en vekselspenning med frekvens 2500 Hz, tilvirkes ledersloyfen fortrinnsvis av en aluminiumlegering, som inneholder hoyst 1,3 vekt% silisium og hoyst 1,0 vekt% magnesium. For beregning av ledertverrsnittets avtagende bredde ble det herunder antatt at stromtettheten hadde avtatt til 37% av overflateverdien ved en.inntrengningsdybde

på 1,9 mm.

En ytterligere konstruksjonsmulighet foreligger ved at kjolemiddel sys ternene for henholdsvis metallstrengen og induktorens ledersloyfe innbyrdes adskilles (fig. 3). Ved en sådan anordning oppviser ledersloyfen 1 som forovrig er utformet i samsvar med fig. 1 eller 2 et innesluttet kjolekanalsystem utfort i samme konstruksjonsmaterial med fortrinnsvis rektangalformet, femkantet eller tilnærmet kvadratisk tverrsnitt. På oversiden av denne ledersloyfe 1 anbringes et adskilt kjolekanalsystem 4 for avkjoling av metallstrengen 9, 10, idet dette kanalsystem også kan oppvise et rektangelformet eller kvadratisk tverrsnitt 5 og være festet uavhengig av ledersloyfen 1 samt forsynt med egen tilforsel av kjolemiddel. Dette kjolekanalsystem 4 oppviser i sin indre sidevegg åpninger 6, hvorfra det.kan rettes en kjolemiddelstråle 11 nedover, mot metallstrengen 9, 10. Denne anordning oppviser den fordel at de to kjblekanalsystemer 5 og 7 kan monteres, justeres, utveksles og naturligvis repareres uavhengig av hverandre, samtidig som kjolemiddeltilforselen pr. tidsenhet for de to systemer kan velges forskjellig og i samsvar med den foreliggende stopetekniske prosess.

For mekanisk stabilisering av anordningen i fig. 1 og 2 har det vist seg fordelaktig å forbinde ledersloyfen 1 med kjolekanalsystemet ved hjelp av tilsvarende utformede mellomstykker 2 og 3 av isolerende material, fortrinnsvis et skiktmaterial eller et material av herdbart klebemiddel. De forskjellige stykker kan da forbindes med hverandre enten ved hjelp av et egnet herdbart klebemiddel eller ved anvendelse av skruer eller bolter av isolerende material.... Kjolekanal systemet oppviser herunder to hovedledninger 4 og 7 som er innbyrdes forbundet gjennom åpninger 6. Kjolemidlet strommer forst inn i hovedledningen 4, kommer så gjennom åpningen 6 inn i ledningen 7 som står i direkte kontakt med ledersloyfen 1 og forlater denne ledning gjennom åpningen 8, for å ledes mot metallstrengen. Forholdet mellom tverrsnittene av de to kjolemiddelledninger 4 og 7 ligger herunder fortrinnsvis mellom 2: 1 og 20:1, og ledningen 4 har av tilvirkningstekniske grunner fortrinnsvis rektangulært tverrsnitt, men kan i visse tilfeller hensiktsmessig også ha et annet tverrsnitt, f.eks. sirkelrundt tverrsnitt.

Ved industriell utforelse oppviste de tilvirkede stopebarrer

under anvendelse av induktorer i henhold til fig. 1 og 2 fullstendig glatte sideflater ved tilstrekkelig konstant verdi av den påtrykte vekselspenning. Under anvendelse av induktorer i henhold til oppfinnelsen og fravær av de konstuktivt kompliserte elektromagnetiske skjermer kunne tilvirknings-omkostningene for en strengstopekokille for magnetstop nedsettes med 50%, samtidig som de elektriske energiomkostninger under varig drift kunne senkes med 20%.

Claims (18)

1. Induktor for elektromagnetisk strengstopekokille, karakterisert ved at det er anordnet en metallisk ledersloyfe (1) med avsmalnende tverrsnitt i vertikal retning oppover samt kjolekanalsystemer som på den ene side tjener til kjoling av ledersloyfen og på den annen side tjener til kjoling av metallstrengen (9,10) i kokillen.

2. Induktor som angitt i krav 1, karakterisert ved at den metalliske ledersloyfe (1) og kjolekanalsystemet står i forbindelse med hverandre ved hjelp av elektrisk isolerende mellomstykker (2,3).

3. Induktor som angitt i krav 1, karakterisért ved at kjolekanalsysternet (7) for ledersloyfen og kjolekanalsysternet (4) for metallstrengen (9,10) er anordnet innbyrdes adskilt, og det sistnevnte system dessuten adskilt fra ledersloyfen (1).

4. Induktor som angitt i krav 1, karakterisert ved at ledersloyfens tverrsnitt avtar raskere enn en kvadratrotfunksjon og langsommere enn en eksponensialfunksjon.

5. Induktor som angitt i krav 1 og 4, karakterisert ved at det avsmalnende tverrsnitt er oppnådd ved hjelp av en kontinuerlig uttagning.

6. Induktor som angitt i krav 1 og 4, karakterisert ved at det avsmalnende tverrsnitt er oppnådd tilnærmet ved hjelp av enkelte trinn.

7. Induktor som angitt i krav 1, karakterisert ved at forholdet mellom leder-slpyfens vertikalmål og storste horisontalmål er minst 3:1.

8. Induktor som angitt i krav 1, karakterisert ved at forholdet mellom ledersloyfens storste og minste horisontalmål ligger mellom 3:1 og 20:1.

9. Induktor som angitt i krav 1, karakterisert ved at ledersloyfens storste horisontalmål ikke overskrider 1/3 av sloyfens vertikalmål.

10. Induktor som angitt i krav 1, karakterisert ved at den påtrykte vekselspenning har en frekvens på 500 - 5000 Hz, og ledersloyfen er utfort i en aluminiumlegering, som inneholder hoyst 1,3 vekt% silisium og hoyst 1,0 vekt% magnesium.

11. Induktor som angitt i krav 1, karakterisert ved at forholdet mellom tverrsnittet av kjolemiddelledningen (4) og tverrsnittet av kjolemiddelledningen (7) er fra 2:1 til 20:1.

12. Induktor som angitt i krav 1, karakterisert ved at den- ringformede kjoleledning oppviser Iwadratisfc. tverrsoitt.

13. Xadaktor so® angitt 1 Jarav 1, karakterisert ved at den ringforaads Icjdlesniddøl-ledning (4) oppviser rundt tverrsnitt.

14. Induktor som angitt i krav 2, Ts. a r a k t e r. i © ert ved at lederslovfeis (i), saollosa- ' © tvfclcene (2,3) og kj8XealddalledriiiigeEi (4) er ianbyrdes' aaisman-

15. iB duktor som angitt i krav 2, 2s arak teri ssrt ved at ledørclSyfen (1), iaøllora-stvkkaae (2,3) og kJSleirdd&alledRingan (4) er iasibyrdeø earaaeftfdyet vad hjelp av skruer.

16. Induktor som angitt i Jsrav 2, karakterisert ved at i£j61e)sattal sys teiast oppviser en riagledniag (4),og et frulrom (7), som er innbyrdes forbasadat gjenaom en åpnlog, (6)# mans kjdloraiddel sprintas cot siatall-øtrøagaB (10) gjetmora on åpniag (8).

17. Induktor soa angitt i fcrav 3, Is. a r a k t e r i s e r t ved at ledersldyfea (l) og Itjdle&anals^ stetnet (7) or utfort i.easæne koostruksjQE sroatQ rlal.

18. Induktor som angitt i Icrav 3, karakt © r i ø « r t ved at Jtjdlékanalsvøteiaet <4) for ffistailstrsagesj (9,10) Xaogs sin indre sidevegg opjsvisor åpnisager hvorfra kjdleEiiddsl avgis sot caatalløtrengen (9» 10) i skrått nedoverrettede stråler (11).