Regulierbare elektromagnetische Stranggiesskokille

Abstract

 Regulierbare elektromagnetische Stranggiesskokille zur Herstellung von Stranggussbarren unterschiedlicher Abmessungen mit einem absenkbaren Boden mit festen Abmessungen und einem Kokillenrahmen (62) mit einem Paar gegenüberliegender stationärer Seitenwände (20) sowie einem Paar gegenüberliegender, in ihrem Abstand regulierbarer Stirnwände (10), wobei die Seiten- und Stirnwände zusammen die Kokillenöffnung (12) bilden, und die Wände jeweils aus einem Induktorteil mit Induktionsschleife (70) und einer Abschirmung (28) bestehen. Der Kokillenrahmen weist zumindest eine an den anliegenden Seitenwänden verschiebbar gelagerte Stirnwand auf, wobei die Induktorschleifen sowie die Abschirmungen der einzelnen Wände über flexible elektrische Leiter zu geschlossenen Schleifen verbunden sind.
Die Position der verschiebbaren Stirnwände ist zu jedem Zeitpunkt mittels einer Positionsmesseinrichtung (50) bestimmbar und die Positionierung jeder verschiebbaren Stirnwand erfolgt durch einen mittels einer Steuereinheit regulierbaren Antrieb (30,32,34,40), wobei der Abstand der Kokillen-Stirnwände im Verlaufe des Stranggiessprozesses im Zusammenwirken mit der Absenkung des Kokillenbodens programmgesteuert derart geregelt wird, dass die Querschnittsabmessungen des entstehenden Metallschmelzestranges kontinuierlich oder schrittweise an die Abmessungen des gewünschten Stranggussbarrens angeglichen werden.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft eine regulierbare elektromagnetische Stranggiesskokille zur Herstellung von Stranggussbarren unterschiedlicher Abmessungen, bei welcher ein elektromagnetischer Induktor die Querschnittsabmessungen des Metallschmelzestranges bestimmt und die Kokille einen absenkbaren Boden und einen Kokillenrahmen mit einem Paar gegenüberliegender stationärer Seitenwände sowie einem Paar gegenüberliegender, in ihrem Abstand regulierbarer Stirnwände enthält, wobei die Seiten- und Stirnwände zusammen die Kokillenöffnung bilden, und die Wände jeweils aus einem Induktorteil mit Induktionsschleife und einer Abschirmung bestehen. Die Erfindung betrifft weiter ein Verfahren zur Durchführung des Stranggiessprozesses mit der erfindungsgemäss regulierbaren elektromagnetischen Kokille.

[0002] Stranggiesskokillen dienen zum Giessen von flüssigem Metall aus einer Giesspfanne oder dergleichen in eine Gussform, wobei sich Werkstücke mit Voll- oder Hohlquerschnitt erzeugen lassen. Konventionelle Giessvorrichtungen zum Stranggiessen von Metallen zur Herstellung von Barren oder Bolzen als Vormaterial für deren Weiterverarbeitung durch beispielsweise Strangpressen oder Walzen bestehen aus einer wassergekühlten Kokille, d.h. einer üblicherweise oben offenen Gussform, mit parallelen Wänden und anfänglich dicht schliessendem, jedoch absenkbarem Boden, wobei die Kokillenwände üblicherweise hohl ausgebildet sind und mit Wasser gekühlt werden. Wird die Metallschmelze in die Kokille eingegossen, so erstarrt diese Schmelze rasch an Wandungen und Boden der Kokille, so dass sich ein Napf, dessen Inhalt noch flüssig ist, bildet. Während dem Stranggiessen wird dann der Kokillenboden abgesenkt und gleichzeitig wird immer soviel Metallschmelze in die Kokille nachgefüllt, dass der Pegel der in der Kokille befindlichen Schmelze konstant bleibt. Auf diese Weise wächst der Strang oder Barren nach unten, wobei dieser allseitig mit einem Kühlmittel, wie üblicherweise Wasser, besprüht und somit kontrolliert abgekühlt wird.

[0003] Das Korngefüge der erstarrten Metallschmelze hängt u.a. von der Abkühlgeschwindigkeit ab, so dass sich beim Stranggiessen je nach Art des Abkühlverfahrens in der Randzone und im Kern des Barrens ein unterschiedliches Korngefüge einstellt, wobei für die Herstellung von Strangpress- und Walzprodukten feinkörnige Legierungen vorteilhaft sind. Beim herkömmlichen Stranggiessen von beispielsweise Aluminiumbarren mit konventionellen Kokillen bildet sich üblicherweise eine 2 bis 5 mm breite grobkörnige Randzone.

[0004] Beim konventionellen Giessen von metallenen Walzbarren und anderen derartigen Gussstücken verwendet man für jede Barrenbreite und -dicke eine besondere Kokille, was insbesondere dann wirtschaftlich ungünstig ins Gewicht fällt, wenn nur wenige Gussstücke einer bestimmten Abmessung benötigt werden.

[0005] Um diese Nachteile wenigstens teilweise zu beheben, wurde in der Deutschen Auslegeschrift 1 059 626 zur Herstellung von Gussstücken mit länglichem Querschnitt eine Kokille aus einem geschlossenen Ring mit parallelen Seiten- und Stirnwänden vorgeschlagen, bei der mindestens eine Stirnwand innerhalb des geschlossenen Ringes verstellbar ist. Die für die Herstellung bestimmter Barrenbreiten notwendige Einstellung der Kokillenöffnung mittels der verstellbaren Stirnwände muss dabei vorgängig zum Stranggiessprozess vorgenommen werden, wobei darauf geachtet werden muss, dass die Kokille in ihrem gesamten Umfang dicht verschlossen ist.

[0006] Eine andere Art von Stranggiesskokillen stellen die elektromagnetischen Stranggiesskokillen (EMC-Kokillen) dar. Dabei tritt an Stelle der oben beschriebenen, gekühlten Kokille eine Leiterschleife (Induktor), an welche eine konstante hochfrequente Wechselspannung angelegt wird, die einen entsprechenden elektrischen Leiterstrom hervorruft. Dieser Leiterstrom erzeugt ein Magnetfeld mit einer magnetischen Feldstärke, dessen vertikale Komponente H_y, d.h. die Komponente in Richtung der Kokillenachse, in der beim Giessvorgang durch den Hohlraum des Induktors hindurchtretenden Metallschmelze einen Wirbelstrom induziert, der in entgegengesetzter Richtung zum Leiterstrom im Induktor fliesst. Aus der Wechselwirkung zwischen H_y und dem induzierten Wirbelstrom resultiert eine Kraft, welche in das Zentrum der Schmelze gerichtet ist und deren Betrag der Stromstärke des Wirbelstromes als auch der magnetischen Felsstärke H_y proportional ist. Dieser Kraft entspricht ein sogenannter elektromagnetischer Druck. Das Gleichgewicht zwischen diesem und dem metallostatischen Druck in der Schmelze bestimmt Form und Abmessung des gegossenen Stranges.

[0007] Das Prinzip der elektromagnetischen Stranggiesskokille beruht somit darauf, dass ein starker durch die Leiterschleife des Induktors fliessender Strom ein starkes Magnetfeld erzeugt, welches seinerseits Wirbelströme in der Schmelze bewirkt, so dass durch die Wechselwirkung zwischen Magnetfeld und Wirbelströmen die Schmelze zusammengehalten wird. Bei derartigen elektromagnetischen Stranggiesskokillen wird Metallschmelze mit vorgegebener Geschwindigkeit auf einen innerhalb eines schlaufenförmigen elektrischen Induktors befindlichen Anfahrboden gegossen. Der Anfahrboden wird mit einer der Giessrate angepassten Geschwindigkeit gesenkt. Hochfrequenter Wechselstrom im Induktor erzeugt ein elektromagnetisches Kraftfeld, welches die eingeführte Metallschmelze innerhalb des Induktors horizontal in einer Form begrenzt, die im wesentlichen durch die Innenkonturen der Induktorschlaufe bestimmt wird. Durch Beaufschlagung mit einem Kühlmittel, wie beispielsweise Besprühen des Stranges mit Wasser, erfolgt eine rasche Erstarrung der oberflächennahen Schicht des sinkenden Stranges. Durch Anwendung dieser EMC-Kokillen entstehen dünne Randzonen mit feinkörnigem Gefüge. Zudem wird die Neigung zur Bildung von kleinsten Lunkern, d.h. Hohlräumen infolge ungleichmässiger Erstarrung, sowie von Seigerungen, d.h. ungleichmässige Verteilung der Legierungsbestandteile der Kristallkörner, verkleinert.

[0008] Der Aufbau einer konventionellen Stranggiesskokille unterscheidet sich somit grundlegend von dem einer elektromagnetischen Stranggiesskokille. Die Kokillle im konventionellen Fall dient der Ableitung der Schmelzwärme durch Kontakt mit der Schmelze. Im weiteren bildet sie die Gefässwand für die Schmelze und muss deshalb in ihrem gesamten Umfang dicht sein. Die elektromagnetische Kokille kommt jedoch mit der Schmelze nicht in Berührung. Sie dient der Stromführung in definierter Art und Weise und enthält üblicherweise Vorrichtungen zur zusätzlichen Beeinflussung des Magnetfeldes. EMC-Kokillen unterscheiden sich von den konventionellen also wesentlich, so dass keine Übertragungsmöglichkeiten der einzelnen Merkmale des einen Kokillenaufbaus auf den anderen bestehen.

[0009] Eine Weiterentwicklung der EMC-Kokille ist in der US-Patentschrift 3,605,865 beschrieben, bei welcher das axiale Magnetfeld mittels einer sich nach unten verjüngenden elektromagnetischen Abschirmung, bestehend aus einem Ring eines nicht-magnetischen Metalls, dessen unteres Ende sich ungefähr in der Mitte der Induktorhöhe befindet, derart eingestellt wird, dass der laterale metallostatische Druck an jedem Punkt der Schmelzensäule im wesentlichen gleich dem elektromagnetischen Druck ist und somit Querschnittsveränderungen im entstehenden Barren vermieden werden.

[0010] Durch die Verwendung eines innerhalb der elektromagnetischen Abschirmung an dessen oberen Ende positionierten und in der Höhe gegenüber der Abschirmung verstellbaren, konzentrischen Metallringes hoher elektrischer Leitfähigkeit werden in der Schmelze durch das elektromagnetische Feld des Induktors Wirbelströme erzeugt, deren magnetisches Feld dem des Induktors entgegenwirkt, so dass das resultierende Magnetfeld an der Oberfläche der Schmelzzone nur gering ist und somit an dieser Stelle starke Turbulenzen in der Schmelze, welche zu Gefügefehlern an der Barrenoberfläche führen können, vermieden werden.

[0011] Beim konventionellen Strangiessen wie beim Strangguss mit elektromagnetischen Kokillen weisen die gefertigten Barren etwas konkave Seitenflächen auf. Diese Konkavität der Barrenseitenflächen ist durch einen während dem Abkühlen der Schmelze stattfindenden Schrumpfungsprozess bedingt und tritt insbesondere auf den Flachseiten langformatiger, rechteckförmiger Walzbarren auf. Die durch den Schrumpfungsprozess resultierende konkave Krümmung der Barren-Seitenwände hängt unter anderem von deren Format, Legierung und der Giessgeschwindigkeit ab. Typische Werte für den Einzug betragen 5 bis 10 mm pro Seite für Walzbarren des Formats 300 x 1000 mm aus einer Mg-haltigen Aluminiumlegierung und bei einer Giessgeschwindigkeit von 5 bis 8 cm pro Minute. Solche Abweichungen von der Planarität der Oberfläche sind insoweit unerwünscht, als sie beim Fräsen zur Erhöhung des Abfalls führen und beim Walzen Schwierigkeiten hinsichlich des Geradelaufs der Barren bereiten.

[0012] Bei konventionellen Stranggiesskokillen werden, um der Bildung von konkaven Seitenflächen Rechnung zu tragen, die inneren Flächen der Stranggiesskokille nach aussen gewölbt ausgebildet. Die Metallschmelze verlässt durch diese Massnahme die Kokille mit nach aussen gewölbten Seitenflächen, welche dann durch das Schrumpfen eben werden. Das selbe Prinzip kann auch für EMC-Kokillen verwendet werden.

[0013] Eine andere Möglichkeit den Schrumpfungsvorgang bei mit EMC-Kokillen hergestellten Barren auszugleichen, besteht gemäss der DE-OS 28 48 808 in der Verwendung eines eine metallische Leiterschleife mit einem Hohlraum für das Durchleiten eines Kühlmittels aufweisenden Induktors, wobei die Vertikalabmessung des Induktors in der Seitenmitte ein Mehrfaches der Vertikalabmessung an dessen Ecken beträgt. Die in der DE-OS 28 48 808 vorgeschlagene Lösung macht von der Überlegung gebrauch, dass Form und Abmessung der Schmelze beim Stranggiessen im elektromagnetischen Wechselfeld -- neben der Form des Grundrisses des verwendeten Induktors -- im wesentlichen von der vertikalen Komponente H_y der in der Schmelze herrschenden magnetischen Feldstärke abhängt, welche gemäss der DE-OS 28 48 808 durch lokale Herabsetzung der Stromdichte im Induktor, d.h. vorzugsweise in der Mitte von dessen Seitenflächen, bewirkt werden kann.

[0014] Die Herstellung elektromagnetischer Stranggiesskokillen ist -- vorallem aufgrund ihrer engen Masstoleranzen -- aufwendig und kostspielig. Die zahlreichen unterschiedlichen Gussbarrenformate bringen zudem die unwirtschaftliche Notwendigkeit mit sich, eine entsprechend grosse Zahl von Kokillen auf Lager zu halten.

[0015] In der EP 0 109 357 wird eine elektromagnetische Stranggiesskokille mit veränderbarem Gussquerschnitt beschrieben, welche besondere Sperrelementen für die wahlweise Positionierung und Befestigung der Stirnwände an den Seitenwänden aufweist. Eine an den Stirnwänden angeordnete spezielle Klemmvorrichtung verbindet die jeweiligen Induktorschleifen und Abschirmungen der einzelnen Wände miteinander, so dass innerhalb der Kokille jeweils geschlossene Schleifen entstehen. Diese Klemmvorrichtung weist eine Nockenwelle auf, bei deren Drehung Kolben spezielle Kontaktelemente in Verbindung bringen. Diese Klemmeinrichtung muss für jede der beidseitigen Verbindungen zwischen Seiten- und Stirnwand gesondert eingestellt werden. Der Anpressdruck für die Kontaktelemente hängt dabei allein von der Drehung der Nockenwelle ab.

[0016] In der EP 0 156 764 wird eine elektromagnetische Stranggiesskokille beschrieben, bei welcher eine Stirnwand über lösbare Sperrbolzen an den Seitenwänden verschiebbar befestigt ist, während die jeweiligen Induktorschleifen und Abschirmungen über eine Klemmeinrichtung mit in Zylinderräumen sitzenden Kolben zu geschlossenen Schleifen verbunden sind. Die Zylinderräume stehen über Zweigleitungen bzw. Kanäle mit einer Druckkammer in Verbindung, wobei die Druckkammer mit einem Druckmittel gefüllt ist, welches durch einen Hauptkolben unter Druck setzbar ist. Durch diesen Aufbau wird eine gleichmässige Bewegung der Kolben in den Zylinderräumen sowie ein gleichmässiger Anpressdruck gewährleistet.

[0017] Bei allen heute verfügbaren elektromagnetischen Stranggiesskokillen zum Giessen von Walzbarren und anderen derartigen Gussstücken aus Metall, wie beispielsweise aus Leichtmetall, muss für jede Barrenbreite vorgängig zum Stranggiessen die Breite der Kokille von Hand eingestellt werden, was einen hohen Zeitaufwand bedingt und zudem üblicherweise zu einem längeren Unterbruch in der Fertigungslinie führt. Dies wirkt sich insbesondere dann ungünstig auf die Fertigungsdauer und die Fertigungskosten aus, wenn nur wenige Gussstücke einer bestimmten Breite benötigt werden.

[0018] Der Erfinder hat sich zum Ziel gesetzt, eine elektromagnetische Stranggiesskokille zu schaffen, welche die oben beschriebenen Nachteile vermeidet und eine Veränderung des resultierenden Gussquerschnittes ohne eine vorgängig zum Stranggiessprozess vorzunehmende manuelle Positionierung der Stirn- oder Seitenwände ermöglicht.

[0019] Aufgabe vorliegender Erfindung ist somit die Schaffung einer elektromagnetischen Stranggiesskokille, die die Herstellung von Stranggussbarren unterschiedlicher Abmessungen mit ein und derselben Kokille und ohne eine vorgängig zum Stranggiessprozess notwendige manuelle Einstellung der Kokillenöffnung erlaubt.

[0020] Erfindungsgemäss wird dies dadurch erreicht, dass der absenkbare Boden feste Abmessungen aufweist, am Kokillenrahmen zumindest eine Stirnwand an den anliegenden Seitenwänden verschiebbar gelagert ist, die Position der verschiebbaren Stirnwände zu jedem Zeitpunkt mittels einer Positionsmesseinrichtung bestimmbar ist, die Positionierung jeder verschiebbaren Stirnwand durch einen mittels einer Steuereinheit regulierbaren Antrieb erfolgt, und die Induktorschleifen sowie die Abschirmungen der einzelnen Wände über flexible elektrische Leiter zu geschlossenen Schleifen verbunden sind.

[0021] Um Gussbarren mit möglichst ebenen Seitenflächen herzustellen, werden die sich gegenüberliegenden stationären Seitenwände, welche mit den Stirnwänden zweckmässigerweise einen etwa rechten Winkel einschliessen und zusammen mit diesen Stirnwänden die Kokillenöffnung bilden, beispielsweise gemäss der EP 0 109 357 segmentiert und/oder mit einem Induktor versehen, der beispielsweise gemäss der DE-OS 28 48 808 am Seitenrand und in der Seitenmitte unterschiedliche Vertikalabmessungen aufweist.

[0022] Gemäss vorliegender Erfindung kann die Barrenbreite durch programmgesteuerte Regulierung der Kokillenöffnung bzw. des Stirnwandabstandes eingestellt werden, wobei dies durch die Positionierung entweder nur einer Stirnwand oder aber durch beispielsweise gegenläufige Verschiebung beider Stirnwände geschehen kann. Üblicherweise genügt zur Einstellung der gewünschten Barrenbreite durch die Regulierung des Abstandes zweier gegenüberliegender Stirnwände jedoch die Verschiebung nur einer Stirnwand. In der folgenden Beschreibung wird deshalb von der Einstellung einer einzigen Stirnwand pro Kokille ausgegangen, obwohl für gewisse Kokillenkonstruktionen eine gegenüber der Kokillenmitte symmetrischen und gleichzeitigen Einstellung beider Stirnwände vorteilhaft sein kann. Der vorliegende Erfindungsgegenstand umfasst jedoch die Regulierung der Kokillenöffnung durch Einstellung von nur einer Stirnwand wie auch durch gleichzeitige Einstellung beider sich gegenüberliegenden Stirnwände.

[0023] Mit einer erfindungsgemässen EMC-Kokille lässt sich der Stirnwandabstand in einem Bereich von zweckmässigerweise 10 bis 1000 mm und insbesondere von 100 bis 500 mm variieren.

[0024] Die flexiblen elektrischen Leiter dienen zur Verbindung der Induktorschleifen und Abschirmungen der einzelnen Wände, so dass eine geschlossene Induktorschleife und eine elektrisch geschlossene elektromagnetische Abschirmung gebildet wird. Die flexiblen elektrischen Leiter weisen bevorzugt eine hohe elektrische Leitfähigkeit auf und sind in ihrer Länge derart ausgebildet, dass sie die Bewegungen der Stirnwände nicht beschränken. Insbesondere werden Leiter der entsprechenden Länge aus Kupferbändern oder Kupferlitzen bevorzugt verwendet.

[0025] In einer weiter bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemässen Stranggusskokille sind die flexiblen elektrischen Leiter wenigstens teilweise als Kühlmittel-führende Leiter ausgebildet, beispielsweise in Form von flexiblen Schläuchen, auf deren Umhüllung -- beispielsweise durch einen Isolator getrennt -- der elektrische Leiter aufgebracht ist.

[0026] Der Antrieb der verschiebbaren Stirnwände kann beispielsweise durch mechanische, hydraulische, pneumatische oder elektromagnetische Mittel erfolgen. Zweckmässigerweise erfolgt das Positionieren und Festlegen jeder verschiebbaren Stirnwand über mindestens eine beispielsweise parallel zur Bewegungsrichtung der Stirnwand liegende Achswelle, wobei diese als Voll- oder Hohlprofil, oder als kolbenförmiges Element ausgebildet sein kann.

[0027] Jede verschiebbare Stirnwand wird beispielsweise über mindestens eine Achswelle gemäss einem vorgegebenen Programm positioniert. Bei Verwendung von nur einer Achswelle pro Stirnwand wird die Achswelle zweckmässigerweise mittig an der Stirnwand festgelegt. Bei Verwendung von mehreren Achswellen pro Stirnwand muss eine synchrone Bewegung aller an der Stirnwand-Bewegung beteiligten Achswellen sichergestellt werden.

[0028] Der für das Positionieren und Festlegen der Stirnwand erforderliche Schub erfolgt zweckmässigerweise durch eine mittels einem Motor angetriebenen Antriebswelle, wobei die Drehbewegung der Antriebswelle mittels einem Getriebe in einen axialen Schub in Richtung der Achswelle überführt werden kann. Werden für die Positionierung der Stirnwand mehrere Achswellen eingesetzt, oder werden mehrere erfindungsgemässe Stranggusskokillen parallel betrieben, werden -- zur Sicherstellung einer synchronen Bewegung -- die beteiligten Achswellen bevorzugt durch ein und dieselbe Antriebswelle angetrieben.

[0029] Als Getriebe kommen beispielsweise Zugmittel-, Gelenk-, Schrauben- oder Rädergetriebe in Frage. Bevorzugt werden Rädergetriebe in Form von ein- oder mehrstufigen Zahnradgetrieben eingesetzt. Diese erlauben die schlupffreie Übertragung der Drehbewegung der Antriebswelle auf die Achswelle/n in einem definierten Übersetzungsverhältnis.

[0030] Als Zahnradgetriebe eignen sich beispielsweise zylindrische Stirnräder, Kegel- oder Schneckenräder. Dabei können die zylindrischen Zahnräder gerade, schräg, pfeilförmig (Pfeilräder), oder schraubenförmig (Schraubenräder) sowie innen- oder aussenverzahnt sein. Kegelräder weisen eine kegelige Umfangsfläche mit gerader, schräger oder Bogenverzahnung auf.

[0031] Die für die Einstellung der Kokillenöffnung erforderliche Verschiebung der Stirnwand kann beispielsweise durch eine fest mit der Stirnwand verbundene Achswelle geschehen, wobei das andere Ende der Achswelle als Zahnstange ausgebildet ist, in welche -- gegebenenfalls über ein Übersetzungsgetriebe -- ein mit der Antriebswelle fest verbundenes Zahnrad eingreift.

[0032] Das Festlegen der Achswelle/n an der Stirnwand kann beispielsweise durch Verschrauben, Verklemmen, Nieten oder Schweissen geschehen. Bevorzugt werden jedoch -- zum Zwecke der einfacheren Austauschbarkeit von der Abnutzung unterworfenen Kokillenelementen -- lösbare Verbindungen eingesetzt.

[0033] Eine andere Möglichkeit für die Übertragung der Drehbewegung der Antriebswelle in eine axiale Verschiebung der Stirnwand liegt beispielsweise in der Übertragung der Drehbewegung der Antriebswelle auf die Achswelle/n durch Drehmomentübertragung mittels einem Getriebe wie beispielsweise einem Zahnradgetriebe, wobei die Antriebs- und Achswellen je ein fest mit deren Achsen verbundenes Zahnrad aufweisen. Die Drehbewegung der Achswelle/n kann dann beispielsweise mittels einem Spindelgetriebe, d.h. eine in der Stirnwand bzw. in einer Anformung der Stirnwand vorhandene Gewindebohrung, in welche die an ihrem Umfang mit einem Gewinde versehene Achswelle (Spindel) eingreift, in eine axiale Bewegung der Stirnwand überführt werden.

[0034] Die Benützung der in vorliegender Erfindung beschriebenen Kokille für die Herstellung von Stranggussbarren unterschiedlicher Abmessungen mit einem feste Abmessungen aufweisenden Kokillenboden zeitigt gegenüber den bekannten EMC-Kokillen mit üblicherweise mittels Schrauben oder dergleichen an den betreffenden Seitenwänden festgelegten Stirnwänden einen grossen Kostenvorteil, da vorgängig zum Stranggiessprozess keine manuellen Einstellungen notwendig werden und somit bei der Vornahme von Änderungen betreffend die Barrenabmessungen kein Betriebsunterbruch in der Fertigungslinie entsteht. Insbesondere wirkt sich dieser Vorteil bei mehreren parallel arbeitenden EMC-Kokillen aus, da sich alle Kokillenöffnungen gemeinsam, mittels beispielsweise ein und derselben Antriebswelle, einstellen lassen.

[0035] Zudem ermöglicht die gemäss vorliegender Erfindung ausgeführte EMC-Kokille die stufenlose Einstellung der Barrenabmessungen, während bei den bisher bekannten EMC-Kokillen mit verstellbaren Stirnwänden üblicherweise nur zwischen 3 und 5 Positionen zur Festlegung der Stirnwände zur Verfügung stehen.

[0036] Die erfindungsgemässe EMC-Kokille eignet sich zum Stranggiessen von Barren aus Metall, zweckmässigerweise aus Leichtmetall und insbesondere zur Herstellung von Stranggussbarren aus Aluminium und dessen Legierungen.

[0037] Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zum Stranggiessen von Metallbarren mittels einer elektromagnetischen Stranggiesskokille gemäss vorliegender Erfindung.

[0038] Erfindungsgemäss wird der Abstand der Kokillen-Stirnwände anfänglich derart eingestellt, dass der durch die Kokillenwände, resp. der durch das im Induktor resultierende Kraftfeld definierte Anfangsquerschnitt der Schmelzensäule im wesentlichen dem durch die Innenkonturen des absenkbaren Kokillenbodens definierten Querschnitt entspricht, und der Abstand der Kokillen-Stirnwände im Verlaufe des Stranggiessprozesses durch den mittels der Steuereinheit regulierbaren Antrieb im Zusammenwirken mit der Absenkung des Kokillenbodens programmgesteuert derart geregelt wird, dass die Querschnittsabmessungen des entstehenden Metallschmelzestranges kontinuierlich oder schrittweise an die Abmessungen des gewünschten Stranggussbarrens angeglichen werden.

[0039] Im erfindungsgemässen Verfahren wird die Metallschmelze durch das elektromagnetische Kraftfeld in ihrer räumlichen Ausdehnung auf den Innenbereich des Induktors beschränkt, so dass das erfindungsgemässe Verfahren zu keinem Zeitpunkt, und insbesondere nicht zu Beginn des Stranggiessprozesses, einen dichten Verschluss zwischen dem Kokillenrahmen und dem Kokillenboden erfordert.

[0040] Die durch die Steuereinheit bewirkte Regulierung des Stirnwandabstandes wird bevorzugt gemäss einem fest vorgegebenen Programm, einer sogenannten Sollwertkurve, zeitabhängig gesteuert.

[0041] Die Regulierung des Stirnwandabstandes erfolgt in einer weiteren bevorzugten Weise derart, dass die durch die Steuereinheit bewirkte Positionierung jeder verschiebbaren Stirnwand gemäss der Differenz aus der gemessenen zeitabhängigen Position der betreffenden Stirnwand und einem in einem Programm festgelegten, vorgegebenen zeitabhängigen Positionswert (Sollwertkurve) geschieht.

[0042] Der Querschnitt der Schmelzensäule kann zu Beginn des erfindungsgemässen Verfahrens grösser oder kleiner als der Querschnitt des herzustellenden Barrens gewählt werden. Im Verlaufe des Absenkvorganges des Kokillenbodens kann dann die Kokillenöffnung schrittweise oder kontinuierlich derart verändert werden, dass der abgekühlte Barren den gewünschten Querschnitt aufweist, wodurch zu Beginn des Stranggiessprozesses ein konischer Teil bzw. mehrere sich stufenweise folgende konische Teile geschaffen werden. Die einfach bzw. stufenförmig ausgebildeten konischen Teile können beispielsweise pyramidenstumpf- oder kegelstumpfförmige Form aufweisen.

[0043] Die Form der konischen Barrenteile ergibt sich im wesentlichen durch die Geschwindigkeit der Abstandsveränderung der Stirnwände im Zusammenwirken mit der Geschwindigkeit der Kokillenboden-Absenkung. Bevorzugt erfolgt die Verfahrenssteuerung derart, dass die Flächennormale der entstehenden konischen Barrenteile mit der Barrenachse einen minimalen spitzen Winkel von 25° einschliesst, d.h. der entsprechende Winkel der kegelstumpf- bzw. pyramidenstumpfförmigen Barrenteile beträgt zwischen 25 und 90°.

[0044] Um den Materialausschuss bei der Weiterverarbeitung der Stranggussbarren zu minimieren, beträgt die maximale Absenktiefe des Kokillenbodens bis zum Erreichen des konstanten und für die gewünschten Barrenquerschnittsabmessungen notwendigen Schmelzsäulenquerschnitts, d.h. die Höhe des pyramidenstupf- bzw. kegelstumpfförmigen Barrenteils, zweckmässigerweise weniger als 50 cm und insbesondere weniger als 30 cm.

[0045] Gegenüber den bekannten Stranggiessverfahren, bei denen die Stirnwände vorgängig zum Stranggiessen, üblicherweise mittels Schrauben, festgelegt werden müssen, ermöglicht vorliegendes erfindungsgemässes Verfahren durch die stufenlos einstellbare Kokillenöffnung die kostengünstige Herstellung von Stranggussbarren mit beliebigen, gemäss den Kundenwünschen gewählten Abmessungen.

[0046] Bezüglich der erfindungsgemässen Stranggiesskokille ergeben sich weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung aus den nachfolgenden beispielhaften Figuren.

[0047] Figur 1zeigt eine Draufsicht auf regulierbare elektromagnetische Kokillen gemäss vorliegender Erfindung.

[0048] Figur 2zeigt eine perspektivische Ansicht einer auf einer Seitenwand beweglich gelagerten und mittels einem Spindelgetriebe verstellbaren Stirnwand.

[0049] Figur 3zeigt einen Schnitt durch die Kokillenseitenwand entlang der Linie III - III nach Figur 1.

[0050] Figur 1 zeigt ein System von regulierbaren elektromagnetischen Kokillen, wobei -- der besseren Übersichtlichkeit wegen -- beispielhaft zwei entsprechende Kokillen 60 dargestellt sind. Jede Kokille 60 weist einen Kokillenrahmen 62 auf, enthaltend ein Paar gegenüberliegende Seitenwände 20 und ein Paar gegenüberliegende bewegliche Stirnwände 10, welche zusammen die Kokillenöffnung 12 bilden. Die Seiten- und Stirnwände bestehen jeweils aus einem Induktorteil mit Induktionsschleife und einer Abschirmung 28. Durch die Verbindung 18 wird die Induktionsschleife 70 der Seitenwand 20 mit einer -- nicht dargestellten -- Induktionsschleife der Stirnwand elektrisch verbunden. Die elektrische Verbindung der an der Seitenwand 20 befestigten Abschirmung 28 mit der an einer Stirnwand befestigten Abschirmung geschieht durch die Verbindung 19. Die elektrischen Verbindungen 18 und 19 werden durch flexible elektrische Leiter mit hoher elektrischer Leitfähigkeit gebildet. Zweckmässigerweise werden dazu Kupferbänder oder Kupferlitzen eingesetzt. Die Seitenwände 20 jeder Kokille 60 sind durch Profile 25 in vorbestimmtem Abstand starr miteinander verbunden. Die Stirnwände 10 sind mittels Gleitschuhen 15, die Ausnehmungen aufweisen, in welche auf der Oberfläche 21 der Seitenwände 20 befestigte Führungsschienen 16 eingreifen, verschiebbar gelagert und werden durch Achswellen 30 angetrieben. Die Achswellen sind über ein Getriebe 32 mit der gemeinsam für eine Serie von parallel arbeitenden Stranggiesskokillen 60 vorhandenen Antriebswelle 34 verbunden. Die Antriebswelle 34 wird durch einen Elektromotor 40 angetrieben, wobei die Steuerung des Elektromotors mittels einer -- nicht eingezeichneten -- Steuereinheit gemäss einem vorgegebenen Programm nach Massgabe der mit dem Positionsmessgerät 50 bestimmten Position der Stirnwand 10 geschieht.

[0051] Figur 2 stellt eine perspektivische Ansicht einer auf einer Seitenwand beweglich gelagerten und mittels einem Spindelgetriebe verstellbaren Stirnwand dar, wobei der Kokillenboden nicht dargestellt ist. Figur 2 zeigt somit beispielhaft das Prinzip eines Stirnwandantriebes. An die Stirnwand 10 ist ein Gleitschuh 15 mittels beispielsweise Schrauben oder Nieten befestigt. Der Gleitschuh 15 weist wenigstens eine Ausnehmung auf, in welche eine auf der Oberfläche 21 der Seitenwand 20 befestigte Führungsschiene 16 eingreift, so dass die Stirnwand 10 auf der Seitenwand 20 verschiebbar gelagert ist. Die Position der Stirnwand 10 wird dabei durch die Achswelle 30 festgelegt. In der beispielhaft dargestellten Ausführungsform des erfindungsgemässen Stimwandantriebes weist der Gleitschuh 15 eine weitere Ausnehmung in Form einer Gewindebohrung auf, welche von einer Gewindestange oder Spindel 36 durchsetzt wird, so dass eine von der Antriebswelle 34 über das Zahnradgetriebe 32 auf die wenigstens teilweise als Spindel 36 ausgelegte Achswelle übertragene Drehbewegung im Zusammenwirken mit der Gewindebohrung im Gleitschuh 15 zu einer schlupffreien Verschiebung der Stirnwand 10 führt.

[0052] Nach Figur 3 weist eine Seitenwand 20 der Kokille 60 einen Kokillenrahmen 62 auf, an dem mit Schrauben 66 ein Isolationskörper 64 befestigt ist. Diesem liegt eine von Schrauben 68 gehaltene Induktionsschleife 70 an, welche ein Kühlkanal 72 kühlt. Am Kokillenrahmen 62 wird mit weiteren Schrauben 74 eine elektromagnetische Abschirmung 28 angebracht, welche zur Induktionsschleife 70 einen Spalt 76 offenlässt, aus dem ein Kühlstrahl von einer Wasserkammer 80 über einen Kanal 82 auf die Oberfläche eines gegossenen -- in Figur 1 nur gestrichelt dargestellten -- Barrens 54 trifft. Die Stirnwände 10 weisen im übrigen einen ähnlichen Aufbau auf wie die Seitenwände 20.

[0053] Bei einer gemäss vorliegender Erfindung ausgeführten EMC-Kokille lässt sich mittels programmgesteuerter Positionierung der Stirnwände die Kokillenöffnung entsprechend den gewünschten Abmessungen der herzustellenden Stranggussbarren stufenlos einstellen, so dass Stranggussbarren beliebiger Abmessungen kostengünstig hergestellt werden können.

Ansprüche

1. Regulierbare elektromagnetische Stranggiesskokille zur Herstellung von Stranggussbarren unterschiedlicher Abmessungen, bei welcher ein elektromagnetischer Induktor die Querschnittsabmessungen des Metallschmelzestranges bestimmt und die Kokille einen absenkbaren Boden und einen Kokillenrahmen mit einem Paar gegenüberliegender stationärer Seitenwände sowie einem Paar gegenüberliegender, in ihrem Abstand regulierbarer Stirnwände enthält, wobei die Seiten- und Stirnwände zusammen die Kokillenöffnung bilden, und die Wände jeweils aus einem Induktorteil mit Induktionsschleife und einer Abschirmung bestehen,
dadurch gekennzeichnet, dass
der absenkbare Boden feste Abmessungen aufweist, am Kokillenrahmen zumindest eine Stirnwand an den anliegenden Seitenwänden verschiebbar gelagert ist, die Position der verschiebbaren Stirnwände zu jedem Zeitpunkt mittels einer Positionsmesseinrichtung bestimmbar ist, die Positionierung jeder verschiebbaren Stirnwand durch einen mittels einer Steuereinheit regulierbaren Antrieb erfolgt, und die Induktorschleifen sowie die Abschirmungen der einzelnen Wände über flexible elektrische Leiter zu geschlossenen Schleifen verbunden sind.

2. Kokille nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Antrieb der verschiebbaren Stirnwände durch mechanische, hydraulische, pneumatische oder elektromagnetische Mittel erfolgt.

3. Kokille nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Positionieren und Festlegen jeder verschiebbaren Stirnwand über mindestens eine parallel zur Bewegungsrichtung der Stirnwand liegende Achswelle erfolgt.

4. Kokille nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die für das Positionieren und Festlegen der Stirnwand erforderlichen Kräfte über eine durch einen Motor angetriebene Antriebswelle auf die Achswelle/n erfolgt, wobei die Drehbewegung der Antriebswelle mittels einem Getriebe in einen axialen Schub in Richtung der Achswelle/n überführt wird.

5. Kokille nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass alle für das Positionieren und Festlegen einer Stirnwand erforderlichen Achswellen synchron durch eine gemeinsame Antriebswelle angetrieben werden.

6. Kokille nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Antrieb der Stirnwände einer Vielzahl parallel betriebener Kokillen durch die selbe Antriebswelle erfolgt.

7. Verfahren zum Stranggiessen von Metallbarren mittels einer elektromagnetischen Stranggiesskokille gemäss Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, dass
der Abstand der Kokillen-Stirnwände anfänglich derart eingestellt wird, dass der durch die Kokillenwände, respektive der durch das im Induktor resultierende Kraftfeld definierte Anfangsquerschnitt der Schmelzensäule im wesentlichen dem durch die Innenkonturen des absenkbaren Kokillenbodens definierten Querschnitt entspricht, und der Abstand der Kokillen-Stirnwände im Verlaufe des Stranggiessprozesses durch den mittels der Steuereinheit regulierbaren Antrieb im Zusammenwirken mit der Absenkung des Kokillenbodens programmgesteuert derart geregelt wird, dass die Querschnittsabmessungen des entstehenden Metallschmelzestranges kontinuierlich oder schrittweise an die Abmessungen des gewünschten Stranggussbarrens angeglichen werden.

8. Verfahren gemäss Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die durch die Steuereinheit bewirkte Regulierung des Stirnwandabstandes gemäss einem fest vorgegebenen Programm zeitabhängig gesteuert wird.

9. Verfahren gemäss Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die durch die Steuereinheit bewirkte Positionierung der verschiebbaren Stirnwände gemäss der Differenz aus der gemessenen zeitabhängigen Position der betreffenden Stirnwände und einem in einem Programm festgelegten, vorgegebenen zeitabhängigen Positionswert geschieht.

10. Verfahren gemäss Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Höhe des pyramidenstupf- bzw. kegelstumpfförmigen Barrenteils zweckmässigerweise weniger als 50 cm und insbesondere weniger als 30 cm beträgt.

Zeichnung