CH627956A5 - Elektromagnetische mehrphasige ruehrvorrichtung an einer stranggiessmaschine. - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine elektromagnetische mehrphasige Rührvorrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Ein Giessstrang kann dadurch gerührt werden, indem die Schmelze in Längs- oder in Querrichtung zum Strang beschleunigt wird. Es ist auch möglich, die Schmelze in einem Winkel zwischen diesen beiden Richtungen zu beschleunigen. Normalerweise werden in Längsrichtung zum Strang wirkende Rührvorrichtungen verwendet oder die Schmelze wird in einem rotierenden Feld beschleunigt, wofür eine in Querrichtung wirkende Rührvorrichtung verwendet wird, die nach dem Prinzip des Stators eines Motors arbeitet.

In einer Stranggiessmaschine wird geschmolzenes Metall in eine wassergekühlte Kokille abgegossen, wobei der erstarrende Strang nach unten durch die Kokille herausgezogen wird.

Wenn der Strang die Kokille verlässt, besteht er aus einer dünnen, erstarrten Schale und einem flüssigen Kern. Nachdem der Giessstrang die Kokille verlassen hat, wird er normalerweise in einer Sekundärkühlzone mit Wasser bespritzt, wobei die erstarrende Schale so lange an Dicke zunimmt, bis der ganze Strang erstarrt ist. Während des Erstarrungsverlaufes ist es erwünscht, den noch flüssigen Kern rühren zu können, um unter anderem Seigerungsphänomenen und Rissbildungen wie auch der Bildung von grossen Poren und Hohlräumen, insbesondere Lunkern, entgegenzuwirken.

Eine bekannte Anordnung hierfür weist eine in Querrichtung zum Strang wirkende Rührvorrichtung auf, die auch als runde Rührvorrichtung bezeichnet wird, durch welche die Schmelze um die Mittellinie des Stranges in einer rechtwinklig zur Transportrichtung des Stranges liegenden Ebene bewegt wird. Eine solche Rotation der Schmelze wird durch ein rotierendes magnetisches Feld in einer Ebene erzeugt. Eine solche Rührvorrichtung ist häufig im Prinzip wie ein zweipoliger dreiphasiger Stator eines Motors ausgebildet, welcher den Strang umgibt.

Eine Stranggiessmaschine weist jedoch in den meisten Fällen in mechanischer Hinsicht einen aus Rohren gebildeten Rahmen auf. In diesen Rohren sind oftmals Stützrollen befestigt, welche den Strang führen. Die Rohre und die Stützrollen sind mechanisch in eine Anzahl von Segmenten aufgeteilt, welche bei der Wartung ausgetauscht und durch Reservesegmente ersetzt werden können. Ein solcher Aufbau erleichtert die mechanische Wartung einer solchen Maschine erheblich, jedoch stellt ein solcher Rahmen ein Hindernis beim Einbauen einer Rührvorrichtung dar.

Eine rotierend wirkende Rührvorrichtung kann entweder zwischen den Rohren der Stranggiessmaschine und dem Strang eingebaut werden. Es ist aber auch möglich, die Rührvorrichtung derart anzuordnen, dass sie sowohl die Rohre als auch den Strang umgibt. Wenn die Rührvorrichtung zwischen den Rohren und dem Strang angeordnet ist, muss sie aus Platzmangel besonders klein ausgeführt werden und sich ausserdem so nahe am Strang befinden, dass die Wasserkühlung dadurch erschwert wird. Ist die Rührvorrichtung jedoch so angeordnet, dass sie sowohl die Rohre als auch den Strang umgibt, dann ist ihr Wirkungsgrad infolge des grossen Abstandes vom Strang nur noch sehr gering. Bei beiden Anordnungen können Probleme auftreten, wenn dasjenige Segment ausgetauscht werden soll, in welchem die Rührvorrichtung angeordnet ist. Ferner ist es erschwert, solche Arten von Rührvorrichtungen verschiedenen Querschnittsabmessungen des Stranges anzupassen. Diese Schwierigkeit ist noch grösser, wenn der Strang keinen quadratischen Querschnitt aufweist.

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, eine Rührvorrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, welche sich leicht einbauen lässt und trotzdem einen guten Wirkungsgrad gewährleistet.

Die Lösung der gestellten Aufgabe gelingt erfindungsge-mäss durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale.

Durch das Zusammenwirken der einzelnen Teile der Rührvorrichtung entsteht ein rotierendes magnetisches Feld in der Schmelze, welches die Schmelze zu einem rotierenden Fluss veranlasst. Das Prinzip einer solchen Rührvorrichtung entspricht dem einer zweipoligen Rührvorrichtung. Die Teile der Rührvorrichtung können so angeordnet sein, dass einerseits die Segmente leicht auswechselbar sind und anderseits ein hoher Wirkungsgrad beim Rühren erzielbar ist. Durch die Rotation der Schmelze lassen sich die bei einer laminaren Strömung auftretenden Unausgeglichenheiten vermeiden.

Durch die Aufteilung der Rührvorrichtung in mehrere Teile ergibt sich die Möglichkeit, dass diese Teile in idealer Weise an den zur Verfügung stehenden Raum durch entsprechende Ausgestaltung angepasst werden können. Eine solche Anpassung betrifft insbesondere die Anzahl Lagen in den Wicklungen und die Polteilung.

An Hand der Zeichnungen werden Ausführungsbeispiele des Erfindungsgegenstandes näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Ansicht einer aus mehreren Teilen bestehenden Rührvorrichtung um einen quadratischen Giessstrang,

Fig. 2 eine Ausführung ähnlich derjenigen nach der Fig. 1, jedoch mit einer anderen Einteilung der Phasen,

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Fig. 3 eine Anordnung eines Teiles der Rührvorrichtung an einem Stützrohr einer Stranggiessmaschine,

Fig. 4 eine alternative Ausführungsform, bei welcher der Eisenkern eines Teils der Rührvorrichtung innerhalb der Stützrohre angeordnet ist,

Fig. 5 eine Variante nach der Fig. 4,

Fig. 6 eine weitere Ausführungsform, bei welcher die einzelnen Teile der Rührvorrichtung um die Stützrohre herum angeordnet sind, und

Fig. 7 eine weitere Variante, bei der die Teile der Rührvorrichtung in Richtung zum Giessstrang verschiebbar angeordnet sind.

In der Fig. 1 ist ein stranggegossener Rohling 1 dargestellt, dessen innerer Teil 2 noch nicht erstarrt ist. Zum Rühren dieser noch flüssigen Schmelze des inneren Teils 2 dient eine den Strang 1 umgebende Rührvorrichtung, welche Phasenwicklungen T—R; R-S, S-T; T-R; R-S, S-T aufweist. Die Bezeichnungen R, S, T betreffen die drei Phasen eines Dreiphasennetzes. Jede der vier Teile der Rührvorrichtung weist einen Eisenkern 4 auf. Der zwei Wicklungen R-S, S-T aufweisende Teil der Rührvorrichtung wirkt beispielsweise mit dem nur eine Wicklung T—R aufweisenden Teil der Rührvorrichtung zusammen.

Die mit den Phasenbezeichnungen genannten Wicklungen sind jeweils um die aus Blechen geschichteten Eisenkerne 4 herum angeordnet. Jeweils zwei sich einander gegenüberliegende Teile der Rührvorrichtung weisen je zwei Wicklungen auf, während die beiden übrigen, sich einander gegenüberliegenden Teile nur je eine Wicklung aufweisen. Die einzelnen Teile der Rührvorrichtung können in Abweichung von den in den Fig. 1 und 2 dargestellten Spulen auch Formspulen aufweisen. Um nach aussen gerichtete magnetische Streufelder zu vermeiden bzw. zu verringern, können gemäss Fig. 2 Dämpfungsbleche 6 an jedem Eisenkern 4 angeordnet werden. Die Stützrohre der Stranggiessmaschine sind mit 3 bezeichnet.

In der Fig. 3 ist ein geschichteter Eisenkern 5 zwischen jeweils zwei im Winkel zueinander stehenden Eisenkernen 4 angeordnet, welcher den magnetischen Fluss an den Stützrohren 3 vorbeiführt, so dass um den Strang 1 herum ein vollständig geschlossener magnetischer Kreis entsteht.

Der in den Fig. 1 und 3 dargestellte, jeweils zwischen zwei Wicklungen liegende Eisenkern 5 dient nicht nur zum vollständigen Schliessen des magnetischen Kreises, sondern er kann auch jeweils als gegen den Strang 1 gerichteter magnetischer Nutenzahn ausgebildet sein. Diese die vier Stützrohre 3 umschliessenden Eisenkerne 5 können gleichzeitig dazu ausgebildet sein, um die Teile der Rührvorrichtung an den Stützrohren 3 zu befestigen, siehe Fig. 3.

Die in der Fig. 2 dargestellten vier Teile der Rührvorrichtung weisen jeweils nur eine einzige Wicklung auf. Diese vier Wicklungen sind den folgenden Phasenanschlüssen zugeordnet: R-O, S-O, O-R, O-S. Aus dieser Aufstellung geht hervor, dass jede Wicklung mit einer Phase des entsprechenden Netzes und dem mit O bezeichneten Nulleiter verbunden ist. Die vier Teile bilden somit gesamthaft die Rührvorrichtung. Aus der Aufstellung der Phasen ist ersichtlich, dass die in der Fig. 2 dargestellte Rührvorrichtung zum Anschluss an ein Zweiphasennetz bestimmt ist. Die in der Fig. 1 dargestellte Rührvorrichtung ist hingegen zum Anschluss an ein Dreiphasennetz bestimmt.

Das in der Fig. 3 dargestellte Stützrohr 3 kann auch von einem anderen als einem geschichteten Eisenkern 5 umgeben sein.

Die in der Fig. 4 dargestellten, den Giessstrang 1 umgebenden Eisenkerne 4 sind an ihren Enden abgeschrägt, so dass sie innerhalb der Stützrohre 3 angeordnet werden können. Die Spulen wurden zur vereinfachten Darstellung in dieser Figur weggelassen.

In der Fig. 5 ist eine Variante zur Fig. 4 dargestellt, bei der die Eisenkerne 4 ebenfalls innerhalb der Stützrohre 3 angeordnet sind, jedoch derart, dass zwischen den Eisenkernen 4 und dem Strang 1 grössere Zwischenräume vorhanden sind als bei der Ausführung nach der Fig. 4. Lediglich an den den Stützrohren 3 benachbart angeordneten Stossstellen zwischen den Eisenkernen 4 ist der Abstand etwa gleich gross wie bei der Ausführung nach der Fig. 4. Die grösseren Zwischenräume nach der Fig. 5 gestatten die Unterbringung von Düsen 7, durch welche ein Kühlmittel auf den Giessstrang 1 gesprüht werden kann. Obwohl in der Fig. 5 nur eine Düse 7 dargestellt ist, werden in der Praxis mehrere solcher Düsen angeordnet sein. Demnach gestattet eine Ausführung nach der Fig. 5, dass die durch die Düsen 7 erfolgende Sekundärkühlung möglichst an keiner Stelle unterbrochen wird. Eine Ausführung nach der Fig. 4 ist hingegen dann vorteilhaft, wenn die Eisenkerne 4 in einem möglichst geringen Abstand zum Giessstrang 1 angeordnet sein sollen.

Eine Rührvorrichtung mit allzu grosser Rührkraft verursacht sogenannte «weisse Streifen» in dem erstarrten Strang. Es kann daher vorteilhaft sein, die Rührwirkung nicht nur auf eine Ebene im Querschnitt des Stranges zu beschränken, sondern diese in Längsrichtung auszudehnen. Für eine solche Ausdehnung in Längsrichtung gibt es auch noch eine andere Begründung, auf die jedoch an anderer Stelle näher eingegangen werden soll.

Wenn vier oder mehr Teile einer Rührvorrichtung entlang einer den Strang 1 umgebenden Wendellinie in einem Winkel von beispielsweise 90° zueinander versetzt angeordnet werden, dann wird im Strang ein rotierendes und sich dabei in Längsrichtung fortsetzendes magnetisches Feld erzeugt. Die sich in Längsrichtung fortsetzende Bewegung kann dabei mit der Bewegungsrichtung verlaufen. Der flüssige Teil 2 des Stranges, also der Kern, wird dabei einer korkenzieherähnlichen Bewegung ausgesetzt. Durch eine solche Anordnung kann also die Wirkung von mehreren ebenen Rührvorrichtungen über eine in Längsrichtung verlaufende Strecke verteilt werden, wodurch sich unter anderem die erwähnten «weissen Streifen» zumindest teilweise vermeiden lassen.

Mehrere verschiedene Rührvorrichtungen, die in unterschiedlichen Abständen von der Kokille angeordnet sind und die eine Effektentwicklung aufweisen, die der Dicke des erstarrten äusseren Teils des Strangs 1 am jeweiligen Montageort angepasst sind, können ebenfalls eine gewünschte Verteilung des Rühreffektes ergeben.

Die beschriebene Rührvorrichtung weist gegenüber den bekannten, ein rotierendes Feld erzeugenden statorartigen Rührvorrichtungen die nachfolgend aufgezählten Vorteile auf:

— Der Grösse der Eisenkerne und der Anzahl Lagen der Wicklungen steht bei der Anordnung bedeutend mehr Spielraum zur Verfügung.

— Die mechanische Montage in der Stranggiessmaschine lässt sich wesentlich vereinfachen.

- Die Rührvorrichtung lässt sich leichter verschiedenartigen Querschnitten des Stranges anpassen, indem deren Teile zueinander versetzt werden können.

— Die Rührvorrichtung lässt sich auch an Stränge mit nicht quadratischem Querschnitt anpassen.

- Der Zwischenraum zwischen den Teilen der Rührvorrichtung kann einen magnetischen Leiter, beispielsweise einen geschichteten Eisenkern, aufweisen, der wie ein magnetischer Nutenzahn ausgeführt sein kann. Ein solcher Nutenzahn behindert die Besprühung der ebenen Flächen des Stranges nicht.

- Die Rührwirkung lässt sich durch wendelartig angeordnete Teile der Rührvorrichtung auf die ganze Länge eines Stranges verteilen.

Die Fig. 6 zeigt eine zweiphasige Rührvorrichtung mit vier

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Eisenkernen 14, denen je eine Spule zugeordnet ist. Die vier Spulen sind nach folgendem Schema zum Anschluss an die zwei Phasen vorgesehen: R-O, S-O, O-R, O-S. Es ist auch möglich, diese Rührvorrichtung dreiphasig auszubilden. Die Eisenkerne 14 umgeben einen Giessstrang 111, dessen Inneres 12 noch flüssig ist. Die vier Teile der Rührvorrichtung können an den Stützrohren 13 der Stranggiessmaschine befestigt sein. Die vier Teile der Rührvorrichtung weisen im dargestellten Ausführungsbeispiel nach der Fig. 6 je eine Wicklung auf, können aber auch zur Aufnahme von zwei Wicklungen vorgesehen sein und werden demnach an eine bzw. zwei Phasen angeschlossen. Jedes der vier Teile einer Rührvorrichtung kann deshalb für sich allein kein Drehfeld und demnach auch keine Rührwirkung erzeugen. Erst durch das Zusammenwirken mehrerer Teile der Rührvorrichtung entsteht ein die Rührwirkung verursachendes Drehfeld. Der resultierende magnetische Huss entspricht also dem Drehfeld, welches von einem normalen zweipoligen Stator eines Motors mit ausgeprägten Polen erzielt wird. Die Wirkung ist demnach beispielsweise mit derjenigen einer Synchron- oder Asynchronmaschine vergleichbar.

Aus der Fig. 6 geht ferner hervor, dass die Eisenkerne 14 ausgeprägte Pole 16,17,18 und 19 aufweisen, auf denen je eine der genannten Wicklungen angeordnet ist. Bei den die ausgeprägten Pole aufweisenden Eisenkernen handelt es sich um geschichtete Eisenkerne.

Die Fig. 7 zeigt eine spezielle Ausführungsform, die an der Seite der Stützrohre 13 für die Stranggiessmaschine angeordnet ist. Die Stützrohre 13 sind von magnetischen Leitern 15 umgeben, zwischen denen jeweils die Eisenkerne 14 für die Teile 24, 25, 26 und 27 angeordnet sind. Die die Pole aufweisenden Eisenkerne 14 sind zwischen den magnetischen Leitern 15 in Richtung zum Giessstrang 11 hin verschiebbar angeordnet, damit der Fluss des auf den Giessstrang 11 wirkenden Magnetfeldes und seine Eindringtiefe einstellbar sind.

Die in der Fig. 7 dargestellten, die Stützrohre 13 umgebenden magnetischen Leiter 15 ermöglichen einen besseren ma-s gnetischen Fluss als ein Luftspalt zwischen je zwei einander benachbarten Eisenkernen 14. Es ist auch eine Ausführung möglich, bei der an den Stützrohren 13 eine Befestigung für die einzelnen Teile der Rührvorrichtung vorgesehen ist. Der Luftspalt zwischen zwei einander benachbarten Eisenkernen io 14 kann auch gemäss Fig. 6 relativ klein gehalten werden.

Um die Rührwirkung besser zu verteilen, ist es auch möglich, mehr als vier Teile zum Aufbau einer Rührvorrichtung zu verwenden, indem diese Teile in Längsrichtung um den Giessstrang ein Wendel bilden. Es können auch mehrere in ver-15 schiedenen Abständen von der Kokille angeordnete Teile einer Rührvorrichtung das gewünschte Resultat ergeben, insbesondere dann, wenn die Rührkraft an die Dicke der bereits erstarrten Aussenwand des Giessstranges angepasst wird.

Wie aus der vorstehenden Beschreibung hervorgeht, ist die 20 Rührvorrichtung aus mehreren Teilen oder Segmenten zusammengesetzt, welche den Strang gemeinsam umgeben. Jedes der Segmente weist mindestens eine Phasenwicklung auf, die zum Anschluss an einen Wechselstrom bestimmt ist, dessen Phasenzahl mindestens um eins geringer ist als die gesamte 25 Phasenzahl der Rührvorrichtung. Die Segmente können den Strang in einer Ebene umgeben, sie können aber auch einer den Strang wendeiförmig umgebenden Linie entsprechend angeordnet sein. Obwohl in den dargestellten Ausführungsbeispielen jeweils vier Segmente angegeben sind, kann deren An-30 zahl auch grösser oder kleiner sein. Bei der wendeiförmigen Anordnung sollen mindestens vier Segmente vorgesehen werden.

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1 Blatt Zeichnungen

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1. Elektromagnetische mehrphasige Rührvorrichtung an einer Stranggiessmaschine, zum Rühren der Schmelze im Innern (2,12) des austretenden Stranges (1,11), wobei die Rührvorrichtung den austretenden Strang (1, 11) umgibt, dadurch gekennzeichnet, dass die Rührvorrichtung aus mehreren Segmenten (4,14) zusammengesetzt ist, welche die Bahn des austretenden Stranges (1,11) derart gemeinsam umgeben,

dass jedes Segment (4,14) einer anderen Seite des Stranges (1, 11) benachbart ist und mindestens eine Phasenwicklung (T—R, R—S, S-T, O—R, O—S, S-O, R—O) aufweist, wobei die Phasenwicklungen derart mit einer Wechselstromquelle verbindbar sind, dass die Segmente (4,14) gemeinsam ein magnetisches Drehfeld im Strang erzeugen, wobei die Phasenzahl der Wechselstromquelle mindestens um eins geringer ist als die gesamte Anzahl der Phasenwicklungen der Rührvorrichtung.

2. Rührvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Segmente Eisenkerne (4,14) aufweisen, die zur Bildung eines die Bahn des Stranges umgebenden magnetischen Pfades zusammengesetzt sind.

3. Rührvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Anzahl der Segmente mindestens vier beträgt und die Segmente entlang einer wendeiförmigen Linie um die Bahn des Stranges herum angeordnet sind, und dass deren Eisenkerne zusammen einen wendeiförmigen magnetischen Pfad bilden.

4. Rührvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen jeweils zwei einander benachbarten Eisenkernen (4,14), den Eisenkernen angepasste, magnetisch leitende Körper (5) angeordnet sind.

5. Rührvorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die magnetisch leitenden Körper (5) an Stützrohren (3,13) der Giessmaschine befestigt sind.

6. Rührvorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die magnetisch leitenden Körper (5) Aussparungen für die Stützrohre (3,13) aufweisen.

7. Rührvorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass alle oder einige der Segmente mit Dämpfungsblechen (6) zur Abschirmung von magnetischen Streufeldern versehen sind.