LU87074A1 - Verfahren und vorrichtung zur kontinuierlichen herstellung von metallprodukten - Google Patents

Description

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VERFAHREN UND VORRICHTUNG ZUR KONTINUIERLICHEN HERSTELLUNG VON METALLPRODUKTEN

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur kontinuierlichen Herstellung von Metallprodukten durch 5 direktes Einwirken auf einen flüssigen Metallstrang mit den Zentrifugalkräften eines rotierenden Induktionsfeldes, welche das flüssige Metall innerhalb einer rotationssymmetrischen Begrenzungswand in rotierende Bewegung setzt. Die Erfindung betrifft ebenfalls eine Vorrichtung 10 zum Ausüben dieses Verfahrens.

Aus der FR-Ps-2352612 ist es bekannt, Rohre dadurch herzustellen, dass flüssiges Metall in einem induktiven Drehfeld in einer zylindrischen, gekühlten Kokille zu einem Rohr geformt wird und anschliessend kontinuierlich 15 aus dieser Kokille herausgezogen wird. Bei diesem Verfahren wird das flüssige Metall in einem zylindrischen Gefäss oder Rohrstutzen induktiv in Drehung gebracht, damit der Oberflächenminiskus sich parabolförmig verformt. Der Aussenrand dieses Miniskus wird durch Ab-20 kühlung erstarrt und die Rohrbildung erfolgt dadurch, dass das rohrförmige erstarrende Metall kontinuierlich herausgezogen wird. Dieses Verfahren ist aber auf die Herstellung dickwandiger Rohre begrenzt, da sonst die Rohre in der Erstarrungszone durch die Ziehkraft zer-25 reissen würden. Aus denselben Gründen kann die Rohrbildung nur verhältnismässig langsam erfolgen, so dass die Verwendbarkeit oder zumindest die Wirtschaftlichkeit dieses Verfahrens fragwürdig ist.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe 30 zugrunde, ein Verfahren zu schaffen mit welchem Metallprodukte insbesondere Rohre, Bleche, Bänder usw. beliebiger Wandstärke kontinuierlich hergestellt werden können, und mit welchem wesentlich schneller gearbeitet werden kann als mit bekannten Verfahren.

35 Zur Lösung dieser Aufgabe wird ein Verfahren vorge schlagen welches die Merkmale gemäss dem Hauptanspruch aufweist.

Die Vorrichtung zur Ausübung dieses Verfahrens weist - 2 - die Merkmale gemäss Anspruch 6 auf.

Weitere Ausbildungen der Erfindung befinden sich in Unteransprüchen.

Im Gegensatz zu den bekannten Verfahren, werden die 5 Metallprodukte nicht durch das Herausziehen des erstarrenden Metalls gebildet, sondern durch die Verfilmung des Metalls entlang der trichterförmigen Leitfläche unter der Schleuderwirkung der Zentrifugalkräfte eines wesentlich schneller drehenden Induktionsfeldes. 10 Als besonders wichtig hat sich nämlich herausgestellt die Induktionsfelder mit Frequenzen von über 65 Hz zu erzeugen. Dabei können je nach der Frequenz des Drehfeldes und der Ausziehgeschwindigkeit Metallprodukte beliebiger Wandstärke gebildet werden. Die Zerreiss-15 gefahr der erstarrenden Metallschicht besteht bei dem erf indungsgemässen Verfahren nicht mehr, weil das flüssige Metall kontinuierlich in dünnen schnell erstarrenden Metallfilmen an und/oder auf die bereits, zumindest teilweise, erstarrte Metallschicht nachge-20 schleudert wird.

Im Gegensatz zu bekannten Verfahren, wo die Stärke des Miniskusrandes die Wandstärke des erzeugten Rohres regelt, wird die Wandstärke der Metallprodukte nach dem vorliegenden Verfahren durch die überlagernde Erstarrung 25 dünner, schnell erstarrender Metallfilme erzeugt.

Da das Verfahren nach der Erfindung sehr hohe Zentrifugalkräfte einsetzt, wenigstens was das zu zentrifugierende Metall betrifft, so dass die Schwerkraft praktisch vernachlässigt werden kann, kann die Vor-30 richtung sowohl horizontal als auch vertikal fallend oder vertikal steigend eingesetzt werden, wobei allerdings die vertikal steigende Ausführung die meisten Vorteile bietet.

Die Kombination der Erzeugung eines progressiv 35 dünner werdenden rotierenden Films entlang einer sich in einem Induktionsfeld befindlichen Leitfläche mit anschliessender Kühlung dieses Metallfilms in Gegenwart einer Schlackenschicht und eines vorzugsweise silika- I ι - 3 - tischen oder metallischen Schmierfilms zwischen Metallfilm und Kokillenwand führen zu einer hervorragenden Oberflächenbeschaffenheit der erzeugten Rohre mit einem sehr hohen Reinheitsgrad und, dank der 5 Schmierung, zu einem leichten Abziehen der Rohre aus der Kokille. Ausserdem können nach Aufschlitzen der Rohre Bleche oder Bänder erzeugt werden.

Es ist bereits vorgeschlagen worden, beim Stranggiessen oder beim mechanischen Zentrifugiergiessen mit 10 flüssigen Schlacken zu arbeiten, wobei das Metall durch die Schlacken gegossen wird, beziehungsweise die Schlacken das Metallbad abdecken. Demgegenüber unterscheidet sich das Verfahren dieser Erfindung dadurch, dass das Metall zwischen Reinigungsschlacke und Leit-15 fläche hochgeschleudert wird und so durch die Reibung zwischen drehendem Metallfilm und in diesem Falle stationärem Schlackenbad zu einer hervorragenden Oberflächenbeschaffenheit und einem sonst unerreichbaren Reinheitsgrad des erzeugten Produktes führt.

20 Es wurde ebenfalls bereits vorgeschlagen bei mechanischer Zentrifugation mit Metall- oder Glasfilmen zwischen Kokillenwand und Strang zu schmieren. Auch in diesem Falle besteht ein wesentlicher Unterschied zwischen mechanischer Zentrifugation und elektro-25 magnetischer Verfilmung, weil bei dem erfindungsgemässen Verfahren die Möglichkeit geschaffen wird, die Schmiermittel zwischen Kokillwand und drehendem Metallfilm leicht einzu bringen und zu verteilen, was bei einer mechanischen Zentrifugation nur mit grossem Aufwand 30 betrieben werden kann.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand einiger Ausführungsbeispiele näher beschrieben. Es zeigen :

Figur 1 eine schematische Ansicht einer ersten Ausführungsform einer erfindungsgemässen Vorrichtung; 35 Figur 2 eine schematische Ansicht einer Aus führungsform zur Erzeugung von Metallprodukten grösseren Querschnitts;

Figur 3 eine schematische Ansicht einer Aus-

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- 4 - führungsform mit drehender Leitfläche;

Figur 4 eine schematische Ansicht einer Ausführungsform mit fallendem Durchlauf des flüssigen Metalls 5 Fig 4a und Fig 4b zwei verschiedene Ausführungs beispiele zum Einspeisen des flüssigen Metalls in die Leitfläche der Ausführungsform gemäss Figur 4 und

Figur 5 einen Querschnitt durch eine Kokille zur Erzeugung dünnwandiger Bleche oder Bänder.

10 In dem Ausführungsbeispiel gemäss Figur 1 fliesst das flüssige Metall 8 aus einem nicht aufgezeichneten Ofen oder Pfanne in einen Schenkel 12 eines kommunizierenden Röhrensystems 10 dessen anderer Schenkel 14 in einen Induktorraum emporsteigt. Das System 10 wird vor-15 zugsweise mittels Widerständen 16 aufgeheizt. Die Einspeisung des flüssigen Metalls in den Schenkel 12 wird vorzugsweise so durchgeführt dass das Metall in dem entgegengesetzten Schenkel 1 4 permanent ein konstantes Niveau erreicht.

20 Etwas oberhalb des mit 20 bezeichneten Metall- spiegels befindet sich eine trichterförmige Leitfläche 22 dessen Halsstück 22a die Verlängerung des Schenkels 14 bildet. Um das Halsstück 22a der Leitfläche 22 ist ein erster Induktor oder Induktorsatz 24 angeordnet welcher 25 mit einer Frequenz von etwa 75 Hz gespeist wird, während ein zweiter Induktor oder Induktorsatz 26 um den divergierenden Teil der Leitfläche 22 angeordnet ist und mit einer Frequenz von etwa 200 Hz gespeist wird. Der Metallspiegel wird im Halsstück 22a parabolisch verformt 30 und anschliessend durch die Induktoren 26 entlang der Leitfläche 22 zu einem progressiv dünner werdenden kontinuierlichen kegelförmigen dünnen Film 28 zentrifugal geschleudert. Dieser Film 28 gelangt anschliessend an die zylindrische oder leicht konische Innenwand einer 35 wassergekühlten Kokille 30 in welcher der nun zylindrisch verformte Metallfilm progressif abgekühlt wird und erstarrt und anschliessend rohrförmig aus der Kokille unter Einwirkung weiterer Spritzdüsen 32 herausgezogen wird.

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Bei sehr dünnflüssigen Metallen beziehungsweise bei Metallen welche in einem breiten Erstarrungsintervall erstarren ist es angebracht, die Steighöhe des Metalls in der Kokille durch helikoxdale und eventuell drehbar 5 angeordnete nach unten wirkende Induktoren 27 um die Längsachse der Kokille zu begrenzen. Diese Induktoren können mit niedrigeren Frequenzen zum Beispiel 10 Hz betrieben werden falls die Kokille aus elektrisch leitfähigem Metall besteht.

10 Gemäss einem bevorzugten Merkmal der Erfindung ist die Leitfläche 22 bis in das Gebiet der Erstarrung in der Kokille 30 mit einer sehr dünnflüssigen, eventuell schaumigen, Schlacke 34 gefüllt. Die Verfilmung des Metallfilms unter der Wirkung der zentrifugalen 15 Schleuderkraft erfolgt demgemäss zwischen dem Schlackenkegel und der Leitfläche 22.

Ein in einem eventuell beheizten Behälter 36 befindliches Schmiermittel fliesst über eine Leitung 38 in eine am Oberrand der Leitfläche 22 vorgesehene 20 Ringleitung 40. Aus dieser Ringleitung 40 gelangt das Schmiermittel über einen kontinuierlichen Schlitz oder durch eine Vielzahl von Öffnungen zwischen den Metallfilm und die Kokillenwand. Die Leitfläche 22 ist zu diesem Zweck derart ausgelegt, dass ihre Verlängerung etwas über 25 dem unteren Rand der Kokille 30 in letztere einmündet, derart dass aufgrund der Zentrifugation des Metallfilms ein leichter relativer Unterdrück entsteht, welcher den Schmiermittelfilm, der gegebenenfalls einen Überdruck aufweisen kann, gut zwischen Metallfilm und Kokillenwand 30 verteilt. Das Schmiermittel kann ein bekanntes herkömmliches organisches Schmiermittel sein. Es wird jedoch in den meisten Fällen vorgezogen aus Qualitätsgründen der Oberfläche als Schmiermittel flüssige Schlacke wie zum Beispiel Silikatschlacke (Glas) oder ein 35 niedrig schmelzendes Metall, wie zum Beispiel Blei zu benutzen.

Oberhalb der in Figur 1 gezeigten Vorrichtung befindet sich eine nicht abgebildete, an sich bekannte - 6 - ÄbziehVorrichtung um das erstarrte Rohr herauszuziehen.

Das Rohr kann ebenfalls vor der vollständigen Erstarrung vertikal oder spiralförmig aufgeschlitzt werden und so als Band weiterverarbeitet werden.

5 Die in Figur 1 gezeigte Vorrichtung könnte ebenfalls unmittelbar aus einem Ofen oder aus einer Pfanne gespeist werden in dem das mit den Induktoren versehene Halsstück der Leitfläche nach unten verlängert wird um das Metallbad zu erreichen, welches durch einen leichten 10 Überdruck in das Halsstück hinaufgedrückt wird.

Es wäre ebenfalls möglich die gesamte Vorrichtung in eine leicht vertikale Oszillation zu versetzen wie es in den meisten Stranggussanlagen üblich ist.

Die Vorrichtung gemäss Figur 2 arbeitet nach dem-15 selben Prinzip wie in Figur 1. Da jedoch in dieser Anlage Rohre grösseren Querschnitts hergestellt werden und die Leitfläche 22 entsprechend grösser gestaltet ist, ist an dieser Leitfläche eine Mehrzahl stärkerer Induktoren 42, 44, 46 vorgesehen. Die Induktoren 24 20 werden wie vorher mit 75 Hz betrieben, wobei die Induktoren 42, 44, 46 ebenfalls mit 200 Hz betrieben werden können. In vielen Fällen jedoch ist es angebracht, die Induktoren 42, 44, 46 progressiv schneller zu betreiben, zum Beispiel mit 100, beziehungweise 200, 25 beziehungsweise 400 Hz.

In diesem Ausführungsbeispiel ist der Oberteil der Leitfläche ausserdem auf der Höhe der Induktoren 46 mit einem zylindrischen Zwischenstück versehen dessen Durchmesser etwas kleiner ist als der Innendurchmesser 30 der Kokille 30 um den Zugang des Schmiermittels aus der Ringleitung 40 zwischen den Metallfilm und die Kokillenwand zu erleichtern.

In dem Ausführungsbeispiel gemäss Figur 3 ist die trichterförmige Leitfläche 52 drehbar auf einem Kugel-35 lager 54 aufgehängt und mit einem nicht gezeigten Antrieb verbunden. In dieser Ausführungsform kann die Leitfläche natürlich nicht fest mit dem Rohrschenkel verbunden sein. Statt dessen ragt dieser Rohrschenkel durch die ' l - 7 -

Halsöffnung in die Leitfläche hinein und besitzt innerhalb der Leitfläche 52 eine trichter- oder trompetenförmige Erweiterung 14a über welche das Metall auf die Innenwand der Leitfläche aufgeschleudert wird. In dieser 5 Ausführungsform muss allerdings auf den Schlackenkegel verzichtet werden.

Die wassergekühlte Kokille der Figuren 1 und 2 ist in dem Ausführungbeispiel gemäss Figur 3 durch eine an sich bekannte Wickelbandkokille 56 ersetzt worden. Es 10 handelt sich hier um ein endloses Metallband 58 welches einerseits spiralförmig um das erstarrende Rohr aufgewickelt ist und andererseits über eine Umlenkrolle 60 geleitet wird und kontinuierlich über das Rohr auf-und abgewickelt wird; dieses Band 58 wird mit Hilfe einer 15 Vorrichtung, zum Beispiel mit den Wasserdüsen 32, dauernd abgekühlt.

Die in Figur 4 dargestellte Anlage arbeitet fallend mit einer von oben nach unten divergierenden trichterförmigen Leitfläche 62. Das flüssige Metall wird über 20 eine schräg und schief (siehe ebenfalls Figur 4a) gestellte Düse an die Innenwand des zylindrischen Halsstücks 62a der Leitfläche 62 geleitet. Das flüssige Metall wird anschliessend über die an der Aussenseite der Leitfläche 62 angeordneten Induktoren welche mit 25 steigenden Frequenzen beaufschlagt werden, zu einem immer dünner werdenden Film verformt um anschliessend in der wassergekühlten Kokille 66 zu einem Rohr zu erstarren. Über die Ringleitung 68 wird ebenfalls wie vorher ein Schmiermittel eingespeist. In dieser Ausführung nach 30 Figur 4 muss notgedrungenerweise auf die Schlackenbehandlung verzichtet werden.

Anstatt das flüssige Metall über eine Düse 64 in den Trichterhals einzuspeisen, kann, wie in Figur 4b dargestellt, das flüssige Metall in einem mit Induktoren 72 35 versehenen Pfannenauslauf 70 vorgeschleudert und über einen trichterförmigen Ansatz 74 an den zylinderförmigen Halsteil 62a der Leitfläche zentrifugiert werden.

Die in Figur 5 dargestellte Vorrichtung - 8 - unterscheidet sich von den vorher beschriebenen Vorrichtungen durch die Gestaltung der Kokille. Die im Querschnitt gezeigte Kokille besteht aus einem zylinderförmigen oder leicht konischen Innenmantel 80 welcher 5 vorzugsweise aus Kupfer besteht und mit einem äusseren Blechmantel 82 aus rostfreiem Stahl eine ringförmige Kammer 84 bildet. In dieser Kammer 84 wird über den Einlauf 86 und den Auslauf 88 eine Kühlmittelzirkulation aufrechterhalten.

10 Die Kammer 84 ist jedoch entlang einem Kreissektor welcher in Figur 5 übertrieben dargestellt ist und in Wirklichkeit grössenordnungsgemäss etwa 1 - 3° beträgt, unterbrochen. Der Innenmantel 80 weist in diesem Sektor einen Zwischenteil 90 aus feuerfestem und thermisch 15 leitfähigem Material auf. An der Aussen Seite dieses Zwischenteils 90 befindet sich eine Wider stands- oder Induktionsheizung 92. Dieser geheizte Zwischenteil 90 führt dazu, dass das entlang dem Innenmantel 80 verfilmte Metall an dieser Stelle nicht erstarrt, so dass das 20 Rohr an dieser Stelle offen bleiben und mit Leichtigkeit ein Band spannungsfrei aus der Kokille herausgezogen werden kann.

Claims (18)

1. Verfahren zur kontinuierlichen Herstellung von Metallprodukten durch direktes Einwirken auf einen flüssigen Metallstrang mit den Zentrifugalkräften eines 5 rotierenden Induktionsfeldes, welche das flüssige Metall innerhalb einer rotationssymmetrischen Begrenzungswand in rotierende Bewegung setzen, dadurch gekennzeichnet, dass die Zentrifugalkräfte dazu ausgenützt werden, das Metall in Form eines progressiv dünner werdenden rotierenden 10 Films entlang einer sich im Induktionsfeld befindlichen divergierenden rotations symmetrischen Leitfläche kegelförmig auszudehnen und dass dieser kegelförmige Film anschliessend in einer Kokille rohrförmig abgekühlt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekenn- 15 zeichnet dass die Induktoren mit einer Frequenz von mehr als 65 Hz betrieben werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet dass die Wandstärke der Metallprodukte durch die überlagernde Erstarrung dünner, schnell erstarrender 20 Metallfilme geregelt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Verfilmung des Metalls steigend ausgeführt wird.

5. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekenn-25 zeichnet, dass die Verfilmung des Metalls fallend ausgeführt wird.

6. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Verfilmung des Metalls horizontal ausgeführt wird.

7. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekenn zeichnet, dass die divergierende Leitfläche bis in das Gebiet der Erstarrung des Metallfilms mit dünnflüssiger Schlacke gefüllt ist, wobei der rotierende Film sich um diese Schlacke ausbreitet.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 - 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Aussenfläche des Metallfilms im Gebiet der Erstarrung mit einem Schmiermittel beaufschlagt wird. r » - 10 -

9. Vorrichtung zur Ausübung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 - 8, bestehend aus einer Zentrifugiervorrichtung mit elektromagnetischen Induktoren zur Drehung des flüssigen Metalls, dadurch gekennzeichnet 5 dass die Zentrifugiervorrichtung aus einer rotationssymmetrischen trichterförmigen Leitfläche (22, 52, 62) besteht welche sich zwischen einer Zufuhrleitung von flüssigem Metall und einer etwa zylindrischen Kokille (30, 56, 66) ausdehnt und an dessen Aussenflâche der oder 10 die Induktoren angeordnet sind.

10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Kokille (30, 66) aus einer ringförmigen wassergekühlten Kammer besteht.

11. Vorrichtung nach Anspruch 9, gekennzeichnet 15 durch eine am Aussenrand der Leitfläche (22, 52, 62) vorgesehene Ringleitung ( 40 , 68 ) zur Einführung von Schmiermittel zwischen den Metallfilm und die Innenwand der Kokille.

12. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekenn-20 zeichnet, dass sie vertikal mit steigender Rohrbildung angeordnet ist.

13. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass sie vertikal mit fallender Rohrbildung angeordnet ist.

14. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekenn zeichnet, dass entlang der trichterförmigen Leitfläche mehrere Induktoren zwischen dem Halsstück und dem Aussenrand angeordnet sind und dass diese Induktoren mit gleicher Frequenz oder mit dem Durchmesser der Leitflache 30 entsprechend steigenden Frequenzen betrieben werden.

15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9-14, gekennzeichnet durch in Durchlaufrichtung hinter der Kokille angeordnete Sprühdüsen (32).

16. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekenn-35 zeichnet, dass die Leitfläche 52 drehbar um die Symmetrieachse angeordnet ist und dass die Kokille aus einer gekühlten Wickelbandkokille 56 besteht.

17. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9-15, * I - 11 - dadurch gekennzeichnet, dass die Kokille vertikal durch ein beheiztes Segment (90) unterbrochen ist.

18. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9-15, gekennzeichnet durch in der oder um die Kokille (30, 56, 5 66) angeordnete, die Fortbewegung des Metalls bremsende, Induktoren.