DE3016044A1

DE3016044A1 - Zweiteilige abschirmung fuer die formsteuerung beim elektromagnetischen giessen

Info

Publication number: DE3016044A1
Application number: DE19803016044
Authority: DE
Inventors: Gerhart K Gaule; Derek E Tyler; John C Yarwood; Ik Y Yun
Original assignee: Olin Corp
Current assignee: Olin Corp
Priority date: 1979-05-30
Filing date: 1980-04-25
Publication date: 1980-12-11
Also published as: SE8002253L; JPS55158853A; US4265294A; CA1137272A

Description

Zweiteilige Abschirmung für die Formsteuerung beim elektromagnetischen Gießen

Die vorliegende Erfindung betrifft eine verbesserte Abschirmung für die Formsteuerung beim elektromagnetischen Gießen von Metallen und Legierungen. Die Erfindung betrifft auch eine zweiteilige Abschirmung variabler Impedanz, die sich sehr leicht vor oder während eines elektromagnetischen Gießvorgangs verstellen läßt. Das elektromagnetische Gießen von Metallen und Legierungen ist seit vielen Jahren bekannt und im Einsatz.

Bekannte elektromagnetische Gießvorrichtungen weisen eine dreiteilige Form aus einer wassergekühlten Spule, einer nichtmagnetischen Abschirmung und einer Sammelleitung auf, um Kühlwasser auf den sich bildenden Knüppeln aufzubringen; vergleiche beispielsweise die US-PS 3 467 166. Dabei wird die Schmelze ohne direkte Berührung zwischen der Schmelze und einem Bestandteil der Form in der Sollform gehalten. Die Verfestigung der Schmelze erfolgt durch direktes Aufbringen von Wasser aus der Kühlleitung auf den Knüppelmantel·

Aus der Literatur auf dem Gebiet des elektromagnetischen Formhaltens ("containment") und Gießens von geschmolzenem Metall ist die Verwendung eines magnetischen Wechselfelds aus einer

030050/0651

Spule bekannt, das elektromagnetischen Druck in der Schmelze erzeugt, so daß die Schmelze in einer gewünschten Form gehalten wird. Diese Veröffentlichungen haben den elektromagnetischen Druck gesteuert zu erzeugen, um den veränderlichen metallostatischen Druck mittels nichtmagnetischer Abschirmungen ausgleichen zu können; vergl. beispielsweise die US-PSn 3 646 988, 3-773 101, 3 605 865, 3 985 179, 3 467 166, 3 741 280, 4 004 031, 3 702 155 und 3 735 799. Diese Abschirmungen schwächen das von der Spule erzeugte Magnetfeld so, daß in der Flüssigkeit vertikale oder fast vertikale Seitenwände insbesondere in der Nähe der Fest/Flüssiggrenzfläche beibehalten werden. Diese Abschirmungen befinden sich normalerweise über der Flüssig/Festgrenzfläche und zwischen der Spule und der Metallschmelze. Dabei werden Ströme in die Abschirmung in einem Ausmaß induziert, das von der elektrischen Impedanz der Abschirmung abhängt; diese selbst läßt sich als Gegenspule betrachten.

Die vorgenannten Druckschriften offenbaren verschiedene Anordnungen der Spule und der Abschirmung, um die erforderliche Formsteuerung zu erzielen und eine Steuerung der Verfestigung des Knüppels zu erreichen. Beispielsweise ist bekannt, die Abschirmung mit nach oben zunehmender Dicke auszuführen, so daß in größerer Höhe über der Flüssig/Festgrenzfläche stärker abgeschirmt wird. Weiterhin ist bekannt, die Abschirmung in einer Vertikalebene zu verschieben, so daß man eine variable Induktivität erhält und eine Feineinstellung der Knüppelgestalt - insbesondere am Meniskus der Schmelze möglich wird (US-Patent 3 605 865).

Ein Nachteil der Abschirmsteuerung nach der US-PS 3 605 865 ist jedoch, daß eine Verschiebung der Abschirmung während des- Gießvorgangs sich schädlich auf die Verfestigung des

030050/0651

Knüppels auswirkt - insbesondere wenn die Abschirmung dazu
dient, den Kühlwasserstrom auf die sich verfestigende Knüppeloberfläche zu lenken, da bei einer Verschiebung der Abschirmung auch der Auftreffort des Kühlmittelstroms und damit die Flüssig/Festgrenzfläche sichverschiebt.

Die US-PS 4 135 568 zeigt eine andere Art einer Abschirmung zur Verwendung beim elektromagnetischen Gießen; sie besteht aus Segmentstreifen, die zu einer rohrförmigen segmentierten Abschirmung zusammengesetzt sind.

Hinsichtlich der Werkstoffe für derartige Abschirmungen lehrt die US-PS 3 605 865,daß diese frequenzabhängig sind. Kupfer oder Aluminium ist als bei Frequenzen von 50 bis 500 Hz, nichtmagnetischer Stahl bei Frequenzen von 1000 bis 2500 hZ brauchbar angegeben.

Die vorliegende Erfindung überwindet die oben erläuterten
Schwierigkeiten und schafft eine sehr günstige Einrichtung, um die Impedanz einer nichtmagnetischen Abschirmung zu ändern, die beim elektromagnetischen Vergießen von Metallen
und Legierungen zur Knüppelformsteuerung eingesetzt wird.

Die vorliegende Erfindung betrifft zweiteilige Abschirmungen variabler Impedanz zur Formsteuerung beim elektromagnetischen Gießen von Metallen und Legierungen. Insbesondere wird eine Abschirmung mit einer ersten und einer zweiten Schleife verwendet, um das von der Spule der elektromagnetischen Gießanordnung erzeugte Magnetfeld so zu schwächen, daß in der Metall- bzw. Legierungsschmelze vertikale bzw. fast vertikale Seitenwände aufrechterhalten werden.

ΤΓ3 0050/0651

Nach einem Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine verbesserte zweiteilige Abschirmung angegeben, die eine Hauptschleif e, die zwischen der Schmelze, die gerade vergossen wird, und der elektromagnetischen Spule liegt, und eine daran befestigte Hilfsschleife aufweist, die außerhalb der elektromagnetischen Gießzone liegt. Mit einer solchen Hilfsschleife lassen sich höhere Impedanzwerte für die Abschirmung erreichen, während man an der Gießstation einen Abschirmteil mit Standard-Querschnitt beibehält. Weiterhin erlaubt eine solche Hilfsschleife die Verwendung bestimmter wünschenwerter Werkstoffe - beispielsweise Kupfer und Aluminium - für die Abschirmung, wo derartige Werkstoffe bisher bei den zum elektromagnetischen Gießen typischen angewandten Frequenzen nicht wirkungsvoll eingesetzt werden konnte.

Nach einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft diese eine verbesserte zweiteilige Abschirmung variabler Im-. pedanz, bei der die Hilfsschleife der Abschirmung ganz oder teilweise kurzgeschlossen werden kann, so daß man die Gesamt impedanz der Abschirmung ändern kann, ohne die Lage oder die Gestalt der Hauptschleife der Abschirmung relativ zum zu gießenden Knüppel ändern zu müssen.

Nach einer bevorzugten Ausführungsform ist eine Kurzschlußstange verstellbar über die zwei Schenkel der Hilfsschleife der Abschirmung gelegt, durch deren Verschieben man die Gesamtimpedanz der Abschirmung verstellen kann.

Nach einer zweiten bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist eine Vielzahl von Kurzschlußleitungen vorgesehen, die über die beiden Schenkel der Hilfsschleife der Abschirmung verlaufen. Die Kurzschlußleitungen sind mit elektrischen Schaltern versehen, die sich wahlweise schließen und öffnen lassen, um die Impedanz der Abschirmung zu verändern.

030050/06 51

Nach einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist eine Vielzahl von Widerständen oder blindwiderstandsbehafteten
Spulen in Reihe um die Hilfsschleife der Abschirmung herumgelegt. Parallel zu den einzelnen Widerständen oder Spulen liegen Kurzschlußschalter, mit denen einzelne Widerstände
oder Spulen kurzgeschlossen werden können, um die Impedanz der Abschirmung nach Wunsch zu verändern.

Nach einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist eine Vielzahl von zusätzlichen Schleifen in Reihe um die Hilfsschleifen der Abschirmung herum angeordnet. Ein Kurzschlußschalter ist über jede zusätzliche Schleife gelegt, so daß sie kurzgeschlossen werden können, um die Impedanz der Abschirmung beliebig zu verändern.

Es ist daher ein Ziel der vorliegenden Erfindung, ein verbessertes Verfahren sowie eine Anordnung zum elektromagnetischen Gießen von Metallen und Legierungen anzugeben.

Es ist ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung, eine
verbesserte Abschirmung zum Schwächen des von der Spule in einer elektromagnetischen Gießanordnung erzeugten Magnetfeldes anzugeben.

Es ist ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung, Mittel zum Vergrößern und/oder Verändern der Impedanz einer nichtmagnetischen Abschirmung zur Knüppelformsteuerungbeim elektromagnetischen Gießen anzugeben, wobei diese Steuerung ohne Ändern der Geometrie oder der Lage der Hauptschleife der Abschirmung möglich sein soll, die an der Gießstation der elektromagnetischen Gießanordnung und um diese herum verläuft.

030050/0651

Die Erfindung soll nun anhand der beigefügten Zeichnungen ausführlich beschrieben werden.

Fig. 1 ist eine schematisierte Darstellung einer elektromagnetischen Gießanordnung nach dem Stand der Technik;

Fig. 2 ist eine schematisierte Darstellung einer elektromagnetischen Gießanordnung und zeigt den Haupt- und Hilfsteil einer zweiteiligen Abschirmung nach der vorliegenden Erfindung;

Fig. 3 ist eine Draufsicht der in Fig. 2 gezeigten Abschirmung;

Fig. 4 ist eine Draufsicht einer zweiteiligen Abschirmung variabler Impedanz nach einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, bei der ein Hilfsabschirmteil aus zwei Schenkeln und einer verschiebbaren KurzschlußStange gebildet ist?

Fig. 5 ist eine Draufsicht einer zweiteiligen Abschirmung variabler Impedanz nach einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung und zeigt einen Hilfsabschirmungsteil mit zwei Schenkeln und einer Vielzahl fester Kurζschlußquerstangen;

Fig. 6 ist ein Schnitt auf der Ebene 6-6 der Fig. 4;

Fig. 7 ist eine schematisierte Darstellung einer zweiteiligen Abschirmung variabler Impedanz nach einer weiteren Ausführungsform der Er-

030050/0651

findung und zeigt einen Hilfsteil der Abschirmung aus einer Reihe einzeln kurzschließbarer Widerstände bzw. widerstandsbehafteter Elemente;

Fig. 8 ist eine schematisierte Darstellung einer zweiteiligen Abschirmung variabler Impedanz nach einer weiteren Ausführungsform der Erfindung und zeigt einen Hilfsteil der Abschirmung aus einer Serie einzeln kurzschließbarer zusätzlicher Schleifen.

Die Fig. 1 zeigt eine elektromagnetische Gießanordnung nach dem Stand der Technik. Dabei besteht die elekromagnetische Gußform 10 aus einer wassergekühlten Spule 11, einer Kühlmittelleitung 12, die Kühlwasser auf die ümfangsflache 13 des Gießlings C aufbringt, sowie einer nichtmagnetischen Abschirmung 14. Die zu gießende Schmelze wird kontinuierlich in die Form 10 während eines Gießvorgangs mit einem Trog 15 und einem Ablaufrohr 16 sowie einer herkömmlichen Schmelzkopf steuerung eingeführt. Die Spule 11 wird mit Wechselstrom aus einer Leistungsquelle 17 und einer Steuerung 18 erregt.

Der Wechselstrom in der Spule 11 erzeugt ein Magnetfeld, unter dem in Wechselwirkung mit dem Schmelzenkopf 19 dort Wirbelströme entstehen, die ihrerseits mit dem Magnetfeld reagieren und Kräfte erzeugen, die magnetischen Druck auf dem Schmelzenkopf 19 ausüben derart, daß dieser in sich zusammengehalten wird und zu einem Knüppel des gewünschten Querschnitts abkühlt,

Während des Gießens besteht zwischen dem Schmelzenkopf 19 und der Spule 11 ein Luftspalt (d). Der Schmelzenkopf 19 hat die gleiche allgemeine Gestalt wie die Spule 11, so daß man die gewünschte Querschnittsgestalt des Knüppels erhält. Die

03005 0/0651

Spule kann beliebig gestaltet (auch kreisrund oder rechteckig) sein, um den gewünschten Querschnitt des Knüppels C zu erreichen.

Der Zweck der nichtmagnetischen Abschirmung 14 ist, den magnetischen Druck feineinzustellen und auf den hydrostatischen Druck des Schmelzenkopfes 19 abzustimmen. Die Abschirmung 14 kann ein separates Element sein, wie gezeigt, oder kann, falls erwünscht, auch als einheitlicher Teil des Kühlmittelverteilers vorliegen.

Anfänglich wird ein herkömmlicher Stempel 21 mit einem Bodenblock 22 in der magnetisch wirksamen Zone der Form 10 gehalten, damit Schmelze in die Form zu Beginn des Gießvorgangs eingegossen werden kann. Dann zieht man den Stempel 21 und den Block 22 gleichmäßig mit der gewünschten Gießgeschwindigkeit nach unten ab.

Das Verfestigen der Schmelze, die magnetisch in der Form festgehalten wird, erfolgt durch unmittelbares Aufbringen von Wasser aus dem Kühlmittelverteiler 12 auf die Knüppelfläche 13. In der in Fig. 1 gezeigten Ausführungsform nach dem Stand der Technik wird das Wasser innerhalb des Umrisses der Spule 11 auf die Knüppelfläche 13 aufgebracht. Normalerweise kann man das Wasser auf die KnüppeIflache 13 beliebig über, in oder unter der Spule 11 aufbringen.

Die vorliegende Erfindung betrifft nun die Steuerung der Induktivität der Abschirmung in einer elektromagnetischen Gießvorrichtung, ohne die Abschirmung relativ zur Spule verschieben und ohne die Abschirmung auswechseln zu müssen. Die vorliegende Erfindung betrifft weiterhin eine Abschirmungsgeometrie, die die Verwendung von Werkstoffen mit geringem spezifischen Widerstand wie Kupfer oder Aluminium bei Frequenzen

erlaubt, die höher liegen, als bisher zum elektromagnetischen Gießen als praktisch anwendbar gefunden wurden. Die Impedanzeinstellung sowie die Verwendung von Werkstoffen wie Kupfer und Aluminium bei typischen Arbeitsfrequenzen des elektromagnetischen Gießens lassen sich nach der vorliegenden Erfindung mit einer Abschirmung erreichen, die einen Haupt- und einen Hilfsteil aufweist, und indem man eine solche Abschirmung so einsetzt, daß nur der Hauptteil sich an der elektromagnetischen Gießzone befindet.

Wie aus dem Stand der Technik bekannt, haben die nichtmagnetischen Abschirmungen normalerweise eine feste Geometrie und liegen über der Flüssig/Festgrenzfläche zwischen der Spule und der Schmelze und wirken auf das von der Spule erzeugte Magnetfeld abschwächend. In die Abschirmung werden Ströme nach Maßgabe ihrer elektrischen Impedanz induziert. Diese Ströme schirmen und schwächen das Feld an der Schmelzenoberfläche ab.

In die Impedanz der Abschirmung gehen sowohl ihr Widerstand als auch ihre Induktivität ein. Die Induktivität hängt von den Luftspalten zwischen der Spule und der Abschirmung und dem Knüppel ab, der Widerstand von der Geometrie und dem spezifischen Widerstand der Abschirmung.

Bei einer bestimmten Frequenz (f) ist die Impedanz (Z) gegeben durch die Gleichung

2 2 Z= V R + X

mit X = Blindwiderstand = 2TTfL der Abschirmung, R = Wirkwiderstand der Abschirmung, L = Induktivität.

03005 0/0651

Wie die obige Formel zeigt, ändert sich für eine bestimmte Frequenz X mit L linear. Da X typischerweise um eine Größenordnung größer als R ist, läßt das System sich als Blindsystem - im Gegensatz zu einem Wirksystem - betrachten. Folglich ändert man die Impedanz vorzugsweise durch Ändern der Induktivität L, nicht des Widerstands R, und dies erreicht man auf einfache Weise, indem man den von der Abschirmung 30 umfaßten Luftspalt ändert.

Die Fig. 2 zeigt nun·schematisiert eine elektromagnetische Gießvorrichtung ähnlich der in Fig. 1 gezeigten Anordnung des Standes der Technik, und zwar mit einer zweiteiligen Abschirmung 30 nach der vorliegenden Erfindung anstelle der Abschirmung 14 des Standes der Technik. Dabei besteht die Abschirmung 30 aus einer Hauptschleife 32, die am Schmelzenkopf 19 um diesen herum innerhalb der Spule 11 verläuft, sowie einer Hilfsschleife 36 auf, die vom Bereich der Gießstation abgesetzt liegt. Die Haupt- und die Hilfsschleife 32, 36 der Abschirmung sind über einen Verbindungsteil 34 miteinander verbunden, der mit einer Isolierung 37 versehen ist, um ein Kurzschließen der Abschirmung 30 insgesamt zu verhindern (vergl. Fig. 3). Die Isolation 37 kann typischerweise aus einem wärmehärtenden temperaturbeständigen Kunststoff wie mit Glasfasern verstärktem Phenolharz oder glasfaserverstärktem Silikonmaterial bestehen.

Die Abschirmung 30 kann extern gekühlt sein, ist jedoch.vorzugsweise mit Schlauchansätzen 38 versehen, über die ein Kühlmittel wie Wasser in Kanälen 33 innerhalb der Abschirmung eingeleitet wird.

Die Abschirmung 30 kann aus Rohrmaterial aufgebaut sein. In diesem Fall sieht man eine Wandungskonstruktion 39 zwischen

03005 Q/06B1

den Schlauchanschlüssen 38 vor, um den Umlauf des Kühlmittels um die Abschirmung 30 herum zu unterstützen.

Die Abschirmung wirkt als stromabsorbierendes elektrisches Element; das Ausmaß, zu dem es Strom aufnimmt, hängt von seiner elektrischen Impedanz Z ab. Typischerweise tragen zur Impedanz Z der Abschirmung 30 deren Widerstand R und - stärker - deren Induktivität L bei. Nach der vorliegenden Erfindung sieht man eine Abschirmung 30 vor, die sich so verhält, als ob zwischen dem sich bildenden Schmelzenkopf 19 und der Abschirmung ein größerer Luftspalt vorliegt, indem man an die Abschirmung eine Hilfsschleife 36 ansetzt. Damit erhöht man sowohl den Widerstand R als auch die Induktivität L der Abschirmung 30.

Nach einem Aspekt der vorliegenden Erfindung sieht man eine vorherrschend induktive bzw. blindwiderstandsbehaftete Hilfsschleife der Abschirmung vor. Durch Erhöhen der Induktivität L erreicht man einengeringeren Leistungsverbrauch als durch Erhöhen des Widerstands, will man die Impedanz der Abschirmung gleichermaßen erhöhen.

Da der Abschirmungsstromkreis vorherrschend reaktiv ist, erhält man eine bessere Steuerung der Impedanz, indem man auf die Induktivität anstelle des Widerstands einwirkt.

Im Betrieb wird die Abschirmung 30 vorzugsweise gekühlt, da bei einem Temperaturanstieg der Abschirmung auch ihr Widerstand und damit ihre Impedanz ansteigen. Zu diesem Zweck kann man ein Kühlmittel wie Wasser durch Kanäle in der Abschirmung schicken, ein Kühlmittel auf die Abschirmung sprühen oder die Hilfsschleife 36 der Abschirmung in ein nichtleitfähiges Bad - beispielsweise aus öl - einsetzt.

03005 0/0651

Wie sich aus den Fig. 2 und 3 ergibt, kann man die Höhe (h) der Abschirmung und/oder den von der Hilfsschleife umfaßten Bereich 31 veränderlich vorsehen, um das von der Abschirmung 30 umfaßte Luftvolumen zu verändern.

Die beim elektromagnetischen Gießen eingesetzten Frequenzen liegen typischerweise im Bereich von.1 bis 10 kHz. Die beim elektromagnetischen Gießen verwendeten Abschirmungen müssen ihrem Wesen nach infolge ihres Eigenwiderstands und ihrer
Dicke halbdurchlässig sein, um das Magnetfeld zu dämpfen,
nicht aber zu unterdrücken. Folglich verwendet man üblicherweise nichtrostenden Stahl oder einen Werkstoff mit ähnlichem Eigenwiderstand. Dieser Werkstoff ergibt die erforderliche Halbdurchlässigkeit wenn man ihn mit vernünftigen technischen Abmessungen einsetzt - beispielsweise einer Dicke
in der Größenordnung von 5mm. In der Tat baut man solche Abschirmungen aus einem Werkstoff in einer Dicke, die bei der gewünschten Arbeitsfrequenz eine Eindringtiefe oder weniger beträgt.

Wie in der US-PS 3 605 865 erörtert, waren Abschirmungen aus Werkstoffen mit niedrigem Eigenwiderstand wie Aluminium und Kupfer bisher nur möglich, wenn man sie bei niedrigen Frequenzen einsetzte - beispielsweise 50 bis 500 Hz.

Die Tabelle I gibt berechnete Näherungswerte für die. Eindringtiefe O von nichtrostendem Stahl der Normart 304 sowie Kupfer bei Frequenzen von 50 Hz bis 100 kHz an.

0 30 050/0651

	Tabelle I	J_{304 (mB)}
Frequenz	O _Cu(mm)	60,0
50 Hz	9,2	19,0
500 Hz	2,9	13,4
1 kHz	2,1	7,7
3 kHz	1,2	4,2
10 kHz	0,7	1,3
100 kHz	0,2

Berechnet nach der Beziehung O = 500 (0/f)¹' /_ m/

mit O = spezifischer Widerstand (Ohm.m) f = Frequenz (Hz)

<? _n = 1,7 χ 10"⁸Ohm.m ^__n>l = 72 χ 1θ"⁸ Ohm.m Cu ^{= 5}°(¹'^7f) ¹^ O₃₀₄ = 50(72/f) ¹⁷^Im

Wie in Tabelle I ersichtlich, ließ sich vor der vorliegenden Erfindung Kupfer nicht bei mittelhohen Frequenzen einsetzen, da es nur 0,5 bis 2 mm dick und damit zu dünn und konstruktiv zu schwach wäre. Nichtrostender Stahl war hier weit praktischer, wobei die Eindringtiefe über diesen Frequenzbereich zwischen · 4 und 13 mm lag. Bei unter 500 Hz ist Kupfer zweckmäßiger; seine Eindringtiefen liegen dort im Bereich 3-9 mm. Nichtrostender Stahl wäre von geringerem Wert, da er wegen seiner Eindringtiefe, · die hier zwischen 20 und 60 mm liegt, zu transparent wäre.

Indem man jedoch eine Hilfsschleife entsprechend der vorliegenden Erfindung verwendet, kann man die Induktivität L der

0 3005~0/065Γ~ "" "

Abschirmung künstlich erhöhen, so daß man Kupfer oder Aluminium im mittleren Frequenzbereich von 1 bis 10 kHz für die Abschirmung im elektromagnetischen Gießen verwenden kann. Die erhöhte Induktivität L der Abschirmung verringert den in sie induzierten Strom, so daß die Kupfer- oder Aluminiumabschirmung halbdurchlässig wird. Da die Abschirmung nun dicker (typischerweise 3-10 mm) ist, kann man Kupfer oder Aluminium auch ohne konstruktive Einbußen einsetzen. Ohne eine Hilfsschleife würde man mit Kupfer oder Aluminium, das dick genug sein müßte, um eine ausreichende Festigkeit zu erreichen, in der Abschirmung einen so hohen Strom erhalten, daß der Schmelzenkopf 19 vollständig gegen die Spule abgeschirmt werden würde.

Die Verwendung eines Werkstoffs niedrigen Eigenwiderstands • für die Abschirmung ist sehr erwünscht, da der Eigenwiderstand von Kupfer erheblich niedriger als der von beispiels-■ weise nichtrostendem Stahl und damit auch der Widerstand der Abschirmung geringer ist. Mit geringerem Widerstand der Abschirmung erhält man niedrigere LeistungsVerluste im System, d.h. die Verlustwirkleistung sinkt. Nach der vorliegenden Erfindung erhöht die Hilfsschleife 36 hauptsächlich den Blindanteil der von der Abschirmung dargestellten Last, den Wirkanteil aber nur gering. Während die Impedanz der Abschirmung durch Erhöhen sowohl des Widerstands als auch der Induktiv!- tat oder beider erhöht werden kann, erhöht man bevorzugt die Induktivität, da der Aufwand geringer ist.

Es ist natürlich möglich, eine Abschirmung aus mehr als einem Werkstoff aufzubauen - beispielsweise aus einer Hauptschleife 32 aus beispielsweise nichtrostendem Stahl und einer Hilfsschleife 36 aus Kupfer. Ein solches System hat eine etwas höhere Verlustleistung als bei einer vollständig aus Kupfer

0 300 50/0651

J U ι! ο U 4 A

bestehenden Abschirmung; unter bestimmten Umständen kann ein solcher Aufbau jedoch erwünscht sein.

In einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist eine zweiteilige Abschirmung vorgesehen, deren Induktivität und damit Impedanz sich während des elektromagnetischen Gießens verändern lassen, so daß man eine Knüppelformsteuerung ohne Verschieben der Hauptschleife der Abschirmung in der Gießzone erhält. Die veränderliche Impedanz der Abschirmung erreicht man dabei mit einem verstellbaren Kurzschluß in der Hilfsschleife, den man verschieben kann, um den von der Abschirmung umfaßten Luftspalt und damit deren Induktivität zu verändern, wie die Fig. 4 und 6 zeigen.

Die Fig. 4 und 5 zeigen eine Doppelschleifenabschirmung 40 variabler Impedanz mit einer Hauptschleife 42 und einer Hilfsschleife 44. Die Hilfsschleife 44 hat zwei Schenkel 46 sowie eine quer über diese verlaufenden Kurzschlußstange Der Verbindungsteil 43 ist mit der Isolierung 45 versehen, die ein Kurzschließen der Abschirmschleifen verhindert. Schlauchanschlüsse 51 sind vorgesehen, um ein Kühlmittel in interne Kanäle 52 einzuführen, die durch Teile der Hilfsschleife 44 und der Hauptschleife 42 verlaufen.

Die Kurzschlußstange 48 wird mit den Knöpfen 54 auf den Durchgangsbolzen 55 fest auf die Schenkel 46 gedrückt. Ein guter elektrischer Kontakt ist zwischen der Kurzschlußstange 48 und den Schenkeln 46 mittels der Feder 57 aufrechterhalten, die auf die Unterseite der Knöpfe 54 und die Oberseite der Kurzschlußstange 48 drücken. Halteelemente 56 der Durchgangsbolzen 55 verhindern, daß die Kurzschlußstange 48 versehentlich von den Schenkeln 46 entfernt wird. Durch Herunterdrücken der Knöpfe 54 läßt die Kurzschlußstange 48 sich leicht auf

030050/0651

den Schenkeln 46 verschieben, wobei die Durchgangsbolzen 55 in den Schlitzen 58 laufen. Auf diese Weise läßt die Impedanz der Abschirmung 40 und damit das Ausmaß ihrer Abschirmwirkung sich verändern/ um eine Feineinstellung der Knüppelgestalt zu erreichen. *"

Normalerweise war bei den elektromagnetischen Gießvorrichtungen nach dem Stand der Technik die einzige Methode des Einsatzes von Abschirmungen, um den in den Schmelzenkopf 19 induzierten Strom zu ändern, die Abschirmung in der Gießstation vertikal zu verschieben. Mit der zweiteiligen Abschirmung veränderlicher Impedanz nach den Fig. 4 und 6 kann man die Impedanz der Abschirmung 40 verändern,so daß man eine Steuerung des Luftspalts im Abschirmteil der Form erhält, ohne den Gießvorgang ansonsten zu stören. Die Abschirmung nach der vorliegenden Erfindung hat eine Hauptschleife fester Geometrie und mit festem Ort in bzw. an der Gießzone, während eine Hilfsschleife von der Gießzone abgesetzt vorgesehen ist, um die Schaltungsgeometrie und damit den Luftspalt zu verändern, so daß dieser eine Änderung der Abschirminduktivität ohne Verschieben der Hauptschleife der Abschirmung in der Gießzone bewirkt.

Die Fig. 5 zeigt eine zweiteilige Abschirmung 60 variabler Impedanz, bei der eine Vielzahl von Kurzschlußstangen sich einzeln zuschalten lassen, antatt daß man eine einzige Kurzschlußstange verschiebt. In dieser Ausführungsform steht eine Vielzahl von Kurzschlußstangen 61 von den Schenkeln 46 der Hilfsschleife 44 vor. Die Impedanz der Abschirmung 46 läßt sich dann verändern, indem man die Schalter 64 wahlweise umlegt, so daß der von der Abschirmung 60 eingeschlossene Luftspalt verändert'wird. .

030050/0651

Ansonsten ist die Abschirmung 60 die gleiche wie die Abschirmung 40 der Fig. 4. Schließt man mehr als einen Schalter 64, bestimmt die kürzeste Schleifenkreislänge die Impedanz der Abschirmung 60 insgesamt.

Die Fig. 7 zeigt schematisiert eine weitere Ausführungsform einer zweiteiligen Abschirmung mit veränderbarer Impedanz nach der vorliegenden Erfindung. Wie sich aus der Fig. 7 ergibt, besteht die Abschirmung 70 aus der Hauptschleife 77 und einer Hilfsschleife 78. Die Widerstände 71, 72, 73, 74 und 75 sind in Reihe entlang der Hilfsschleife 78 angeordnet und lassen sich mit den Schaltern 76 wahlweise kurzschließen. Die Impedanz der Abschirmung 70 bestimtm sich aus dem von der Haupt- und der Hilfsschleife 77, 78 umfaßten Luftspalt sowie aus dem Widerstand des Stromkreises. Durch wahlweises Betätigen der Schalter 76 lassen sich die Widerstände 71 bis 75 in die Schaltung in verschiedenen Kombinationen einfügen, so daß die Impedanz der Abschirmung 70 sich ändert. Der Widerstandswert der Widerstände 71 bis 75 kann in Vielfachen voneinander, gleich oder kombiniert gewählt werden. Weiterhin kann man einen oder mehrere der Widerstände 72 durch blindwiderstandsbehaftete Spulen ersetzen.

Die Fig. 8 ist eine schematisierte Darstellung einer weiteren Ausführungsform einer zweiteiligen Abschirmung veränderbarer Impedanz. Wie.in Fig. 8 ersichtlich, besteht die Abschirmung 80 aus der Hauptschleife 87 und der Hilfsschleife 88. Die Hilfsschleifenteile 81, 82, 83 sind nacheinander um die Hilfsschleife 88 herum angeordnet und lassen sich mit den Schaltern 84 kurzschließen. Die Impedanz der Abschirmung 80 kann verändert werden, indem man die Schalter 84 wahlweise umlegt,

030 0 5 0/0651

60

so daß man den Luftspalt verändert, den die Abschirmung 80 umfaßt, und somit auch deren Impedanz. In einer bevorzugten Ausführungsform können die mit 91, 92, 93 bezeichneten, von den Hilfsschleifenteilen 81, 82, 83 umfaßten Luftvolumina typischerweise Vielfache des von der Hilfsschleife 88 umfaßten Luftvolumens 98 sein, wenn alle Schalter 84 geschlossen sind. Das Volumen 91 wäre also typischerweise gleich dem Volumen 98, während das Volumen 9.2 das Doppelte des Volumens 91, das Volumen 93 das Dreifache des Volumens 91. wäre.

Die Fig. 7 und 8 zeigen weiterhin die Kurzschlußschalter 76', 84', mit denen man die Hilfsschleifen 78 bzw. 88 insgesamt kurzschließen kann, wenn für das Gießen nur die Hauptschleifen 77, 87 verwendet werden sollen.

Während die bevorzugten Ausführungsformen der Abschirmung nach der vorliegenden Erfindung mit einer Haupt- und einer Hilfsschleife dargestellt sind, die über eine vereinheitlichte Gesamtkonstruktion miteinanderverbunden sind, ist es einzusehen, daß man eine Hilfsschleife oder eine Einrichtung zum Ändern der Gesamtimpedanz der Abschirmung auch an der Hauptschleife durch Hartlöten oder Schweißen, mit Befestigern oder sonstwie festlegen kann.

030050/0651

L e e rs e i t

Claims

427 North Shamrock Street, East Alton, Illinois 62024, V. St. A. Patentansp rü c h e

1. Vorrichtung zum elektromagnetischen Formgeben geschmolzener Metalle oder Legierungen zu .Gußstücken gewünschter Gestalt mit Mitteln, die eine Gießzone erstellen, die die Metalloder Legierungsschmelze aufnimmt und in der diese elektromagnetisch zu der gewünschten Gestalt geformt wird, wobei die Aufnahme- und Formgebungseinrichtung eine Spule zum Erzeugen eines Magnetfeldes sowie Mittel zum Schwächen desselben aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zum Dämpfen des Magnetfeldes eine nichtmagnetische zweiteilige Abschirmung ist, die eine Hauptschleife einer ersten Impedanz an der Spule und in der Gieß zone sowie eine von der Spule abgesetzte und außerhalb der Gießzone liegende Hilfsschleife einer zweiten Impedanz aufweist, wobei der zweite Teil mit dem ersten Teil

03 0 0 50/0651

3O16O44

verbunden ist, so daß die Gesamtimpedanz der zweiteiligen Abschirmung größer als die erste Impedanz ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Hilfsschleife zwei Schenkel sowie eine bewegbare Kurzschlußeinrichtung aufweist, die die Schenkel überbrückt, so daß die Impedanz der Hilfsschleife und damit die Gesamtimpedanz der Abschirmung sich verändern lassen, indem man die Kurzschlußeinrichtung entlang der Schenkel verschiebt.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Hilfsschleife wahlweise eine oder mehrere widerstandsbehaftete Elemente sowie Mittel aufweist, um wahlweise eine oder mehrere widerstandsbehaftete Elemente in die Hilfsschleife einzuschalten, so daß die Impedanz der Hilfsschleife und damit die Gesamtimpedanz der Abschirmung sich verändern lassen, indem man wahlweise die Elemente in den Abschirmkreis einschaltet.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Hilfsschleife wahlweise eine oder mehrere blindwiderstandsbehaftete Spulen sowie Mittel enthält, um wahlweise eine oder mehrere derselben in die Hilfsschleife einzuschalten, so daß die Impedanz der Hilfsschleife und somit auch die Gesamtimpedanz der Abschirmung sich verändern lassen, indem . man wahlweise die Spulen in den Abschirmkreis einschaltet.

5. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Abschirmung mit internen Kanälen versehen ist, durch die ein Kühlmittel strömen kann.

6. Vorrichtung zum elektromagnetischen Formgeben geschmolzener Metalle oder Legierungen zu Gußstücken gewünschter Gestalt

030050/0651

mit Mitteln, die eine elektromagnetische Gießzone zur Aufnahme und zum elektromagnetischen Formen der Schmelze oder Legierung zu der gewünschten Gestalt aufbauen, Mitteln zum Erzeugen eines Magnetfeldes sowie Mitteln mit einer ersten Impedanz zum Dämpfen des Magnetfeldes, gekennzeichnet durch von der Gießzone abgesetzte Mittel, die mit der Schwächungseinrichtung verbunden sind, um die erste Impedanz zu ändern, ohne dabei auch die Geometrie oder Lage der Schwächungseinrichtung zu verändern.

7. Verfahren zum elektromagnetischen Formgeben einer Metalloder Legierungsschmelze zu.Knüppelngewünschter Gestalt, dadurch gekennzeichnet, daß man eine Gießzone mit einem stromaufwärt igen und einem stromabwärtigen Teil ausbildet, eine Spule um diese Zone herumlegt, eine zweiteilige Abschirmung mit einer eine erste Impedanz aufweisenden ersten Schleife und einer an die erste angeschlossenen, eine zweite Impedanz aufweisenden zweiten Schleife vorsieht und die erste Schleife an der Spule zum stromaufwärtigen Teil der Gießzone hin, die zweite Schleife aber von der Spule abgesetzt und außerhalb der Gieß zone anordnet, daß man einen Strom durch die Spuleschickt, um in der Gieß zone ein elektromagnetisches Feld zu erzeugen, daß man Metall- oder Legierungsschmelze in die Gießzone gießt und das elektromagnetische Feld mittels der zweiteiligen Abschirmung so abschwächt, daß sich während der Verfestigung des Knüppels die gewünschte Formgebung ergibt.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß mandie zweite Schleife mit Mitteln versieht, um die Impedanz der zweiten Schleife und damit die Gesamtimpedanz der zweiteiligen Abschirmung einzustellen.

03005 0/0651

9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß man einstellt, bevor man die Metall- oder Legierungsschmelze gießt.

10. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß man einstellt und das Magnetfeld abschwächt, während man die Schmelze gießt.

11. Verfahren zur elektromagnetischen Formgebung von Metalloder Legierungsschmelzen zu gegossenen Knüppeln gewünschter Gestalt, wobei man die Metall- oder Legierungsschmelze in eine Gießzone gibt, die von einer Spule und mindestens einem Teil einer nichtmagnetischen Abschirmung gebildet wird, die Spule ein elektromagnetisches Feld in der Gießzone aufbaut und die Abschirmung das elektromagnetische Feld abschwächt, dadurch gekennzeichnet, daß man die Impedanz der Abschirmung während des Gießens ändert, ohne die Geometrie oder die Lage des in der Gießzone befindlichen Teils der Abschirmung zu ändern.

12. Nichtmagnetische zweiteilige Abschirmung für das elektromagnetische Gießen von Metall— und Legierungsschmelzen, dadurch gekennzeichnet, daß die Abschirmung einen ersten Teil einer ersten Impedanz und einen zweiten Teil einer zweiten Impedanz aufweist, der abgesetzt vom ersten Teil verläuft, wobei der zweite Teil mit dem ersten Teil verbunden ist, so daß die Gesamtimpedanz der Abschirmung größer als die Impedanz des ersten Teils ist.

13. Abschirmung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Teil eine Hauptschleife, die einen ersten Luftraum umfaßt, und der zweite Teil eine Hilfsschleife sind, die einen zweiten Luftraum umfaßt.

030050/0651