Elektromagnetische Stranggiesskokille

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft eine elektromagnetische Stranggießkokille mit einem Tragkörper für eine Induktionsspule sowie einer Kühlvorrichtung, die wenigstens eine auf die Oberfläche des Gießstranges gerichtete Kühldüse für ein flüssiges Kühlmittel aufweist.

[0002] Beim vertikalen Stranggießen von Metallen im hochfrequenten elektromagnetischen Wechselfeld hängt die Oberflächenbeschaffenheit des Produktes in entscheidender Weise davon ab, in welcher Höhe das eingesetzte flüssige Kühlmittel auf die Oberfläche des während des Absenkens erstarrenden Gießstranges auftrifft. Durch die DE-A-2202910 ist es bekannt, das flüssige Kühlmittel durch einen Schlitz als Kühldüse zum Gießstrang zu leiten. Aus dieser Kühldüse tritt das Kühlmittel in schrägem Strahl zur Oberfläche des Gießstranges aus und trifft diese in einem Winkel zu seiner Hauptachse bzw. zur Gießrichtung, der - wie auch die sog. Auftreffhöhe - für alle Gießvorgänge gleich bleibt; die festliegende Neigung jenes Schlitzes bestimmt auch die endgültige Strahlrichtung. So hat sich der Erfinder die Aufgabe gestellt, eine Stranggießkokille der eingangs erwähnten Art zu schaffen, welche mühelos eine feine Regulierung des Auftreffwinkels zwischen Kühlmittelstrahl und Gießstrangoberfläche erlaubt - und dies unabhängig von dem gegebenenfalls korrekturbedürftigen elektromagnetischen Feld der Stranggießkokille. Darüber hinaus soll vor allem bei großformatigen Strängen eine die Kühlwirkung erhöhende Differenzierung des Auftreffbereiches über die Strangseiten hin ermöglicht werden.

[0003] Zur Lösung dieser Aufgabe führt, daß der/den als Ringspait ausgebildeten Düsenöffnung/en in Strömungsrichtung des Kühlmittels ein Umlenkprofil nachgeschaltet ist, welches in die Bahn des aus dem Ringspalt austretenden Kühlmittelstrahles mit einer gekrümmten oder zur Gießrichtung geneigten auswechselbaren Prallfläche einragt.

[0004] Diese umgibt den entstehenden Gießstrang und lenkt den aus dem Ringspalt austretenden flüssigen Kühlmittelstrahl in eine andere Richtung, so daß Höhe und Winkel, unter denen das Kühlmittel auf den Gießstrang auftrifft, nachträglich verändert werden.

[0005] Es handelt sich um ein konstruktiv selbständiges - gegebenenfalls im Gleitsitz in einer Ausnehmung der Induktionsspule und/oder des Tragkörpers angebrachtes - Umlenkprofil, dank dessen Auftreffpunkt und Auftreffwinkel des Kühlmittels auf den Gießstrang ohne Rücksicht auf die Korrektur des metallostatischen Druckes im Gießstrang optimal ausgewählt werden können, ohne dabei das Magnetfeld wesentlich zu stören, was vor allem das Gießen von Speziallegierungen erlaubt.

[0006] Als besonders günstig hat sich auch erwiesen, als Prallfläche für das Kühlmittel auf dem Umlenkprofil eine auswechselbare Auflage anzubringen. Die leichte Auswechselbarkeit von Umlenkprofil oder Auflage gestattet es weiter, eine bestehende elektromagnetische Stranggießanlage mit wenigen Handgriffen für andere Gießlegierungen bzw. Absenkgeschwindigkeiten (Gießgeschwindigkeiten) umzurüsten, wozu bislang die Verwendung eines anderen Metallschirmes und die Veränderung der gesamten Kühlmitteleinleitvorrichtung erforderlich sind.

[0007] Vorteilhafterweise kann dem radialen Querschnitt des Umlenkprofiles oder der Auflage die Form eines geeigneten Kurvensegments (beispielsweise eines Parabeisegments) gegeben werden wodurch auch der Kühlmittelstrahl die Form einer derartigen Kurve annimmt und der Vorrichtung konstruktive Anwendungsmöglichkeiten erschlossen werden, die bei einem linear bzw. eben verlaufenden Kühlmittelstrahl nicht gegeben sind.

[0008] Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung bestehen das Umlenkprofil und die Auflage aus einem elektrisch isolierenden Kunststoff, vorzugsweise einem glasfaserverstärktem Epoxidkunststoff, um das magnetische Feld nicht zu beeinflussen. Auch liegt es im Rahmen der Erfindung, Umlenkprofil und/oder Auflage mittels eines metallischen Hohlprofils zu bilden. Um ein gleichmäßiges Erstarren des Gießstranges zu erreichen, k_dnn es vor allem bei großformatigen, rechteckigen Querschnitten zweckmäßig sein, den Auftreffbereich - und damit den Auftreffwinkel - auf den Gießstrang so zu verändern, daß die Schnittpunkte zwischen Kühlmittelfilm und Gießstrang nicht in einer Horizontalebene liegen. Deshalb soll erfindungsgemäß bei einer rechteckigen Stranggießkokille die Prallfläche jeder Seite so ausgebildet sein, daß sie in der Ansicht gesehen eine Wölbung mit mittigem Scheitelpunkt darstellt. Dadurch wird der Gießstrang an seinen Ecken später - das heißt: weiter unten und unter kleinerem Winkel, vorzugsweise weniger als 20° - gekühlt als im Zentrum der einzelnen Seitenflächen.

[0009] In der Zeichnung sind verschiedene Ausführungsformen des Gegenstandes der Erfindung beispielhaft dargestellt, die nachfolgend beschrieben werden; es zeigt

Fig. 1 einen Querschnitt durch einen Teil einer Stranggießkokille mit einer Kühlvorrichtung;

Fig. 2 und 3 weitere Ausführungsbeispiele zu einem Ausschnitt A der Fig. 1;

Fig. 4 eine schematisierte Schrägsicht auf ein Detail der Kühlvorrichtung;

Fig. 5 den Querschnitt durch das Detail der Fig. 4 nach deren Linie V-V.

[0010] Bei einer elektromagnetischen Stranggießkokille ist um eine Gießöffnung für einen Gießstrang 10 eine - in den dargestellten Ausführungsbeispielen von einem Hohlprofil gebildete - Induktionsspule 1 gelegt. Diese ist an einem aus isolierendem Werkstoff, vorzugsweise Kunststoff, geformten mehrteiligen Tragkörper 2, 3 gelagert, der an seiner Innenseite entsprechende Ausnehmungen zur Aufnahme der Induktionsspule 1 aufweist. Der obere Tragkörper 3 ist mit einem metallischen Deckel 4 verbunden, und begrenzt mit diesem Hohlräume für ein fließendes Kühlmittel.

[0011] Zur Anpassung des Magnetfeldes an den zunehmenden metallostatischen Druck im Gießstrang 10 dient ein elektromagnetischer Schirm, der mit dem Decket 4 durch ein Schraubgewinde verbunden ist, wobei eine einmal gewählte Lage des Schirmes 5 durch Feststellschrauben 6 fixiert werden kann. Diesem Schirm 5 ist in den Ausführungsformen nach den Fig. 1 und 2 zur Gießöffnung hin ein Mantel 7 aus feuerfestem, isolierendem Werkstoff vorgeschaltet.

[0012] An der Innenseite des oberen Tragkörpers 3 ist ein Isolierkörper 8 angebracht, der zusammen mit der Außenfläche des elektromagnetischen Schirmes 5 einen Ringspalt 13 bildet, durch den Kühlmittel auf den Gießstrang 10 gespritzt wird. Das Kühlmittel wird in den vom oberen Tragkörper 3 und seinem Deckel 4-gebildeten Hohlraum eingeleitet, durchströmt anschließend verschiedene strömungsdynamische Beruhigungselemente - beispielsweise wiedergegebene Siebplatten 9 mit Löchern 11 - sowie ein kragenartiges Wehr 12 und tritt dann durch den Ringspalt 13 in einem vorbestimmten Winkel zur Achse M des Gießstranges 10 aus, der durch die Funktion des Schirmes 5 zur Anpassung des Magnetfeldes an den metallostatischen Druck im Gießstrang gegeben ist.

[0013] In die Strömungsbahn des aus dem Ringspalt 13 austretenden Kühlmittelstrahls 14 ragt ein Umtenkprofit 15 ein, dessen eine Oberfläche als Prall- oder Auftrefffläche für den Kühlmittelstrahl ein Umlenkorgan darstellt. Dessen Nei= gungswinkel zur Gießstrangachse M wird von der zu erzielenden Umlenkung des Kühlmittelstrahls 14 bestimmt, seine Innenkontur ist der Querschnittskontur des Gießstranges 10 angepaßt. Dieses Umlenkprofil 15 wird im Gleitsitz in entsprechende Absätze oder Ausnehmungen 16 der Induktionsspule 1 oder der/des Tragkörper/s 2, 3 eingesetzt. Der Gleitsitz wird bei wechselnden Temperaturen dadurch gewährleistet, daß für die aneinanderstoßenden Werkstücke des Umlenkprofils 15 und der Induktionsspule 1 bzw. des Tragkörpers 2, 3 Werkstoffe mit vergleichbaren thermischen Ausdehnungskoeffizienten ausgewählt werden. Falls erforderlich, kann das Umlenkprofil 15 durch Anordnung von Nut und Feder zwischen Induktionsspule 1 bzw. Tragkörper 2, 3 einerseits sowie Umlenkprofil 15 anderseits vor Verdrehen um die Achse M gesichert werden; alternativ dazu kann das Umlenkprofil 15 - namentlich, wenn es aus einem dünnen metallischen Blech gefertigt ist - zwischen der Oberseite der Induktionsspule 1 einerseits und dem Tragkörper 3 bzw. Isolierkörper 8 anderseits verankert sein.

[0014] Entsprechend den verschiedenen Ausführungsarten ändert sich auch die Reihenfolge der einzelnen Schritte beim Montieren der Vorrichtung: ruht das Umlenkprofil 15 auf dem unteren Tragkörper 2, so werden zunächst diese beiden Stücke 15, 2 zusammengebaut und anschließend die Induktionsspule 1 angebracht. Ist das Umlenkprofil 15 jedoch in der Induktionsspule 1 selbst vorgesehen, so werden zunächst die Tragkörper 2, 3 mit dieser zusammengefügt, erst dann wird das Umlenkprofil 15 eingepaßt.

[0015] Ist das Umlenkprofil 15 zwischen Induktionsspule 1 und Tragkörper 3 verankert, so wird jenes zunächst auf die Oberkante der Induktionsspule 1 eingepaßt und durch das anschließende Aufsetzen von Tragkörper 3 und Isolierträger 8 fixiert.

[0016] Die Form des Querschnittes des Umlenkprofils 15 ist an sich durch dessen Funktion vorgegeben. Ob eine entsprechende Abschrägung der inneren Unterkante gemäß Fig. 2 vorgenommen wird, hängt von der Art des im Einzelfall gewählten Materials und den herrschenden geometrischen Verhältnissen in der verwendeten Stranggießanlage ab.

[0017] Eine besonders rasche Veränderung des Auftreffpunktes des KJhlmittelstrahls 14 auf den Gießstrang 10 entsprechend den wechselnden betrieblichen Aufgabenstellungen kann dadurch erzielt werden, daß nicht das Umlenkprofil 15 selbst den Kühlmittelstrahl 14 umlenkt sondern eine die Prallfläche anbietende Auflage 17, der das Umlenkprofil 15 lediglich als Unterlage dient. Die Geometrie dieser Auflage 17 kann dann entsprechend unterschiedlich gewählt werden. Hierbei können nicht nur ebene Stücke, sondern auch Kurvensegmente - wie in Fig. 3 dargestellt - verwendet und dadurch für die Vorrichtung zusätzliche Anwendungsmöglichkeiten erschlossen werden. So hat sich gezeigt, daß der Winkel zwischen dem Kühlmittelstrahl 14 und der Oberfläche des zu kühlenden Gießstranges 10 zweckmäßigerweise zwischen 8 und 50° variiert. Beim Gießen von Aluminium und dessen Legierungen in einem Wechselfeld von 2 bis 3 kHz und einer Absenkgeschwindigkeit des Gießstranges 10 von 7 cm/min haben sich Winkel zwischen 15 und 30° als optimal herausgestellt.

[0018] Um ein gleichmäßiges Erstarren eines Gießstranges 10 großformatigen rechteckigen Querschnittes zu ermöglichen, kann das Umlenkprofil 15 jeder der Vorrichtungsseiten gemäß Fig. 4, 5 in der jeweiligen Seitenansicht gesehen eine Wölbung mit mittigem Scheitelpunkt 20 aufweisen, so daß die Auftrefflinie für den Kühlmittelstrahl 14 am Gießstrang 10 in Gießrichtung zu den Seitenenden 21 hin gebogen ist.

[0019] Als Werkstoffe für das Umlenkprofil 15 bzw. die Auflage 17 kommen in erster Linie elektrisch isolierende Materialien in Frage, welche eine Temperaturbeständigkeit und einen thermischen Ausdehnungskoeffizienten aufweisen, der demjenigen der Induktionsspule 1 bzw. des Tragkörpers 2, 3 vergleichbar ist, an dem das Umlenkprofil 15 im Einzelfall sitzt. Als besonders geeignet haben sich in der betrieblichen Praxis glasfaserverstärkte Epoxidkunststoffe mit geringen hygroskopischen Eigenschaften erwiesen. Werden für das Umlenkprofil 15 metallische Werkstoffe verwendet, so darf durch sie das elektromagnetische Wechselfeld in möglichst geringem Maß gestört werden. Dieser Forderung kann entweder durch ein Umlenkprofil 15 in metallischer Hohlkonstruktion Rechnung getragen werden oder durch ein Umlenkprofil 15, bei dem nur die Auflage 17 aus einem dünnen metallischen Blech besteht.

[0020] Das Umlenkprofil 15 kann bei den verschiedenen Ausführungsformen von unterschiedlichem Querschnitt sein; so ist z. B. bei einer nicht dargestellten Ausführungsform ein Profilblech als Umlenkprofil 15 einerseits zwischen Tragkörper 3 und Induktionsspule 1 eingeklemmt und kragt unter Bildung der geneigten Prallfläche zum Gießstrang 10 hin aus.

Ansprüche

1. Elektromagnetische Stranggießkokille mit einem Tragkörper (2, 3) für eine Induktionsspule (1) sowie einer Kühlvorrichtung, die wenigstens eine auf die Oberfläche des Gießstrangs gerichtete Kühldüse (13) für ein flüssiges Kühlmittel aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß der/den als Ringspalt (13) ausgebildeten Düsenöffnung/en in Strömungsrichtung des Kühlmittels ein Umlenkprofil (15) nachgeschaltet ist, welches in die Bahn des aus dem Ringspalt austretenden Kühlmittelstrahles (14) mit einer gekrümmten oder zur Gießrichtung geneigten auswechselbaren Prallfläche einragt.

2. Kokille nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Umlenkprofil (15) im Gleitsitz in einer Ausnehmung (16) der Induktionsspule und/oder des Tragkörpers (2) angebracht ist.

3. Kokille nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine auswechselbare Auflage (17) auf dem Umlenkprofil (15), die die Prallfläche für Kühlmittel darstellt.

4. Kokille nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der radiale Querschnitt der den Kühlmittelstrahl (14) umlenkenden Prallfläche ein Kurvensegment, vorzugsweise ein Parabelstück, darstellt.

5. Kokille nach Anspruch 1 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Umlenkprofil (15) und die Auflage (17) aus einem elektrisch isolierenden Kunststoff, vorzugsweise einem glasfaserverstärkten Epoxidkunststoff, bestehen.

6. Kokille nach Anspruch 1 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Umlenkprofil (15) und/oder die Auflage (17) von einem metallischen Hohlprofil gebildet sind.

7. Kokille nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß bei einer rechteckigen Stranggußkokille die Pralifläche jeder Seite so ausgebildet ist, daß sie in der Ansicht gesehen eine Wölbung mit mittigem Scheitelpunkt (20) darstellt.

Claims

1. An electromagnetic mould for continuous casting, with a supporting frame (2, 3) for an induction coil (1) and a cooling device, which has at least one cooling nozzle (13) for a liquid coolant directed onto the surface of the strip being cast, characterized in that a deflecting section (15) is placed to placed to follow, in the direction of flow of the coolant, the nozzle opening/openings forming an annular gap (13), and projects with an exchangeable deflecting surface, curved or inclined to the direction of casting, into the path of the stream (14) of coolant emerging from the annular gap.

2. Mould according to claim 1, characterised in that the deflecting section (15) is installed with sliding fit into a recess (16) in the induction coil and/or the supporting frame (2).

3. Mould according to claim 1, characterised by an exchangeable facing (17) on the deflecting section (15), which constitutes the deflecting surface for coolant.

4. Mould according to one of claims 1 to 3, characterised in that the radial cross section of the surface deflecting the stream (14) of coolant is a segment of a curve, preferably a segment of a parabola.

5. Mould according to claim 1 and 3, characterised in that the deflecting section (15) and the facing (17) consist of an electrically insulating plastics material, preferably a glass-fibre-reinforced epoxy plastics material.

6. Mould according to claim 1 and 3, characterised in that the deflecting section (15) and/or the facing (17) are made of a metallic hollow section.

7. Mould according to at least one of claims 1 to 6, characterised in that, for a rectangular, continuous casting mould, the deflecting surface on each side is so formed that in elevation it presents an arch with a crown (20) in the middle.

Revendications

1. Lingotière de coulée continue électromagnétique, comprenant un support (2, 3) pour une bobine d'induction (1) et un dispositif de refroidissement présentant au moins une tuyère de refroidissement (13) dirigée vers la surface de la barre coulée pour un fluide de refroidissement liquide, caractérisée en ce que l'ouverture ou les ouvertures de tuyère, sous forme d'une fente annulaire (13), est ou sont suivie(s), dans le sens de l'écoulement du fluide de refroidissement, par un profilé déviateur (15) qui pénètre dans la trajectoire du jet de fluide de refroidissement (14) issu de la fente annulaire par une surface déflectrice courbe ou inclinée sur la direction de coulée, qui est interchangeable.

2. Lingotière selon la revendication 1, caractérisée en ce que le profilé déviateur (15) est disposé coulissant dans un évidement (16) de la bobine d'induction et/ou du support (2).

3. Lingotière selon la revendication 1, caractérisée en ce que la surface déflectrice pour le fluide de refroidissement est formée par un garnissage (17) interchangeable disposé sur le profilé déviateur (15).

4. Lingotière selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que la section radiale de la surface déflectrice du jet de fluide de refroidissement (14) représente un segment courbe, de préférence une partie d'une parabole.

5. Lingotière selon les revendications 1-et 3, caractérisée en ce que le profilé déviateur (15) et le garnissage (17) sont en une matière synthétique électriquement isolante, de préférence en une résine époxyde armée de fibres de verre.

6. Lingotière selon les revendications 1 et 3, caractérisée en ce que le profilé déviateur (15) et/ou garnissage (17) sont formés par un profilé métallique creux.

7. Lingotière selon au moins l'une des revendications 1 à 6, caractérisée en ce que, dans le cas d'une lingotière de coulée continue de section rectangulaire, la surface déflectrice de chaque côté forme, vue en élévation, un renflement avec un sommet (20) au milieu.

Zeichnung