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PATENTANSPRÜCHE
1. Verfahren zum Stranggiessen von Stahl, bei dem
Schmelze in eine Kokille gegossen, der entstehende, einen flüssigen Kern aufweisende Strang ausgezogen, in einer Füh rungsbahn geführt sowie gestützt und durch mindestens ei nen ein elektromagnetisches Wanderfeld in den Strang in duzierenden Rührer eine turbulente Strömung im flüssigen
Kern erzeugt wird, dadurch gekennzeichnet, dass die tur bulente Strömung durch unterschiedlich auf die Schmelze wirkende, von Asymmetrie in den Phasen des Wanderfeldes beeinflusste Schubkräfte erzeugt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die schwächere Schubkraft innerhalb des Wanderfeldes vor der stärkeren Schubkraft wirksam wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Asymmetrie in den Phasen des Wanderfeldes in der Anfahrphase von annähernd Null auf einen vorgegebenen Maximalwert eingestellt wird.
4. Verfahren nach Anspruch 1 mit einem quer zur Stranglängsachse wirkenden elektromagnetischen Wanderfeld, dadurch gekennzeichnet, dass durch Einstellen der Bewegungsrichtung des Wanderfeldes die aus der Asymmetrie in den Phasen resultierende, senkrecht zur Rühreroberfläche verlaufende Kraft von der dem Strang zugekehrten Rührerfläche weg wirksam wird.
Die vorliegende Erfindung behandelt ein Verfahren zum Stranggiessen von Stahl, bei dem Schmelze in eine Kokille gegossen, der entstehende, einen flüssigen Kern aufweisende Strang ausgezogen, in einer Führungsbahn geführt sowie gestützt und durch mindestens einen ein elektromagnetisches Wanderfeld in den Strang induzierenden Rührer eine turbulente Strömung im flüssigen Kern erzeugt wird.
Beim Stranggiessen von Stahl ist es bekannt, durch elektromagnetisches Rühren der Schmelze im flüssigen Kern eine Verbesserung der Qualität des gegossenen Materials mittels einer mehr oder weniger turbulenten Strömung zu erhalten. Diese Verbesserungen sind durch verschiedene Verfahren zum Aufbringen der Schubkräfte auf die Schmelze erzielt worden. Zur Erzeugung der Schubkräfte werden in vielen Fällen Wanderfelder angewendet.
Im Stahl sind Legierungs- und Begleitelemente, wie C, Si, Mn, P, S usw., enthalten, die beim Erstarren zu Seigerungen, insbesondere Zentralseigerungen, führen können. Solche Seigerungen, wie auch die Kristallstruktur, sind bekanntlich u. a. von der Höhe der Übertemperatur abhängig. Durch das elektromagnetische Rühren bzw. durch die erzeugte turbulente Strömung sollen solche Seigerungen verhindert werden. Das Erstarrungsgefüge soll derart beeinflusst werden, dass eine möglichst grosse Zone von dichter ungerichteter Kristallstruktur erhalten wird. Es hat sich aber gezeigt, dass durch die lokale starke Bewegung der Schmelze die Erstarrungsfront so beeinflusst wird, dass sich sogenannte weisse Bänder bilden. Diese weissen Bänder sind negative Seigerungen, die sich qualitätsverschlechternd auswirken können.
Nach einem bekannten Verfahren werden mit einem elektromagnetischen Wanderfeld Schubkräfte in Richtung der Stranglängsachse erzeugt, wobei die um den Strang verlaufenden Magnete zwischen den Rollenpaaren bis zum Sumpfende angeordnet sind. Die entlang des Sumpfes erzeugte Strömung bringt den gewünschten Bereich von nicht kolumnarem Gefüge und verhindert das Entstehen von massgebenden Seigerungen, insbesondere der Mittenseigerung und weissen Bändern. Eine solche Anordnung benötigt durch die Vielzahl der Magnete einen zu grossen Platz, behindert das Kühlen des Stranges und ist viel zu aufwendig.
Mit einem anderen bekannten Verfahren für Brammenformate wird versucht, diese weissen Bänder zu eliminieren, indem mit elektromagnetischen Wanderfeldern, erregt durch zwei an den Längsseiten sich gegenüber befindlichen Ma gnete, Schubkräfte auf den flüssigen Stahl aufgebracht werden. Diese Schubkräfte sollen so quer zur Stranglängsachse wirken, dass ein sanftes Anstossen der Strömung an der erstarrten Wand erzielt wird, so dass die umgelenkte Strömung innerhalb eines begrenzten Bereiches gehalten wird. Dieser begrenzte Wirkungsbereich ergibt eine ungenügende Zone von dichter, ungerichteter Kristallstruktur. Im weiteren hat sich gezeigt, dass mit diesem Verfahren die weissen Bänder nur mangelhaft eliminiert werden können, so dass durch diese Nachteile kein optimales Produkt erhalten werden kann, was sich z.
B. auf das gewalzte Produkt qualitätsmässig negativ auswirken kann.
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zu schaffen, das eine genügende Zone von dichter, ungerichteter Kristallstruktur ergibt. Das gegossene Material soll seigerungsarm sein, insbesondere in bezug auf die Zentralseigerung und weisse Bänder. Im weitern soll der Platzbedarf zur Erzeugung des magnetischen Rühreffektes klein sein.
Die Lösung dieser Aufgabe wird dadurch erreicht, dass die turbulente Strömung durch unterschiedlich auf die Schmelze wirkende, von Asymmetrie in den Phasen des Wanderfeldes beeinflusste Schubkräfte erzeugt wird.
Bei Versuchen mit einem quer zum Strang wirkenden, wandernden Magnetfeld, dessen symmetrisch gewickelte Windungen mit gleichen Stromstärken erregt wurden, zeigten die Schliffbilder weisse Bänder und eine breite Zone von Dendriten, was eine ungenügende Qualität des gegossenen Stahles erbrachte. Es hat sich jedoch gezeigt, dass bei unterschiedlich auf die Schmelze wirkenden Schubkräften innerhalb eines Wanderfeldes, hervorgerufen durch Asymmetrie in den Phasen, wie z.B. asymmetrische Wicklung der Spulen oder unterschiedliche Strombeaufschlagung, eine derartige turbulente Strömung erzeugt wurde, dass trotz hoher Übertemperatur praktisch keine weissen Bänder im Schliflbild auftraten sowie die gewünschte Zone von dichter, ungerichteter Kristallstruktur erreicht wurde, und dies ohne eine konstruktiv aufwendige Rührerapparatur.
Überraschenderweise hat es sich herausgestellt, dass die turbulente Strömung effizienter wird, wenn gemäss einer Ausführungsform der Erfindung die schwächere Schubkraft innerhalb des Wanderfeldes vor der stärkeren Schubkraft wirksam wird. Mit der damit erreichten optimaleren Durchmischung konnten metallurgisch noch bessere Gussgefüge erreicht werden.
Zu Gussbeginn verstreicht eine gewisse Zeitspanne, bevor der flüssige Kern in umlaufende Bewegung versetzt werden kann. Um dabei möglichst rasch die angestrebte turbulente Strömung erzeugen zu können, wird nach einer zusätzlichen Ausführungsform die Asymmetrie in den Phasen des Wanderfeldes in der Anfahrphase von annähernd Null auf einen vorgegebenen Maximalwert eingestellt. Damit konnte erreicht werden, dass auch der vorderste Strangabschnitt die gewünschte metallurgische Qualität aufweist.
Bei der erfindungsgemässen Betriebsweise ergibt sich auf Grund physikalischer Gesetze zusätzlich zu der in Längsrichtung des Rührers wirkenden Kraft eine zwischen Null und einem Maximum pulsierenden Querkraft. Diese überlagerte Kraft wirkt sich durch eine zusätzliche Verstärkung der Turbulenz dann vorteilhaft auf die turbulente Strömung aus, wenn gemäss einer andern Ausführungsform der Erfindung durch Einstellen der Bewegungsrichtung des Wander
feldes die aus der Asymmetrie in den Phasen resultierende, senkrecht zur Rühreroberfläche verlaufende Kraft von der dem Strang zugekehrten Rührerfläche weg wirksam wird.
Hierdurch kann eine zusätzliche Qualitätsverbesserung, insbesondere bei einseitiger Rühreranordnung, erzielt werden.
Im folgenden soll die Erfindung beispielsweise näher erläutert werden. Die beschriebenen Ergebnisse wurden mit einem auf einer Brammenstranggiessanlage installierten elektromagnetischen Rührer, wie in der DT-OS 2 720 391 beschrieben, erzielt. Die auf der Anlage gegossenen Brammen hatten ein Format von 1550 x 270 mm. Die Hauptwirkrichtung des vom Rührer erzeugten elektromagnetischen Wanderfeldes verlief quer zur Stranglängsachse. Es wurde ein 2phasiger Rührer mit symmetrisch gewickelten Spulen verwendet. Selbstverständlich können auch mehr als 2 Phasen Verwendung finden. Beide Phasen wurden mit Wechselstrom mit einer Frequenz von 2 Hz beaufschlagt, wobei die Stromstärke der einen Phasen 800 Ampere, die der anderen 1000 Ampere betrug.
In der Differenz der Stromstärken, d. h. in der Asymmetrie beider Phasen, ist die festgestellte günstige Wirkung auf die turbulente Strömung im Strangkern begründet. Durch diese Asymmetrie entstehen Schubkräfte mit unterschiedlicher Schubwirkung auf die Schmelze, d. h.
durch den häufigen, frequenzabhängigen Wechsel zwischen stärkerer und schwächerer Schubkraft wird die Turbulenz innerhalb der Strömung wesentlich erhöht. Durch die zeitliche Reihung der schwächeren vor der stärkeren Schubkraft, d. h. die mit 800 Ampere beaufschlagte Phase, wird vor derjenigen mit 1000 Ampere wirksam, kommt es in Wirkrichtung des Wanderfeldes durch die periodisch pulsierende Schubkraft zu Turbulenzerhöhungen.
Im praktischen Betrieb hat es sich an Hand von Schliffbildern gezeigt, dass bei Giessbeginn eine wesentlich längere Zeitspanne bis zum Erreichen eines qualitätsmässig einwandfreien Gussgefüges verstreicht, wenn anstelle einer annähernd symmetrischen Betriebsweise des Rührers dieser asymmetrisch betrieben wird. Es müssen nämlich, um die gewünschte Turbulenz in der Schmelze zu erzielen, zunächst im Strangkern umlaufende Strömungswalzen ausgebildet werden, in welche sodann auf Grund des Unterschiedes in den Schubkräften beider Phasen bei asymmetrischer Betriebsweise zusätzliche Turbulenzen integriert werden. Dies sieht in der Praxis so aus, dass bei Gussbeginn, bis sich ein ausreichender Sumpf im Strang ausgebildet hat, das Rühren mit nur geringem Unterschied in der Strombeaufschlagung beider Phasen, z.
B. wird Phase 1 mit 1000 und Phase 2 mit annähernd 1000 Ampere beaufschlagt, begonnen wird. Nach Ausbilden der notwendigen Strömung, d. h. nach Erreichen einer turbulenten umlaufenden Bewegung im flüssigen Kern, wird auf die schon beschriebene asymmetrische Beaufschlagung umgeschaltet. Auf diese Weise konnte der in der Qualität schlechtere, erste Teil der Bramme deutlich verkürzt werden.
Es hat sich weiterhin gezeigt, dass auch die Laufrichtung des Wanderfeldes, d. h. ob es die Bramme, an derselben Breitseite wirkend, von links nach rechts oder umgekehrt durchläuft, einen entscheidenden Einfluss auf die Gussqualität ausübt. Im bevorzugten Fall nämlich ist die aus der Asymmetrie resultierende, naturgegebene, senkrecht zur Hauptbewegungskomponente und ebenfalls senkrecht zur Strangausziehrichtung wirkende Querkraft zur Strangmitte hin wirksam und kann ihre turbulenzverstärkende Wirkung ungehindert entfalten. Bei gewissen Giessparametern kann ihre Wirkrichtung um 1800 gedreht sein, d. h. von der Strangmitte weg auf die Stranghaut zu gerichtet sein.
Bei Zusammenwirken zweier einander gegenüberliegender Rührer, z. B. bei dicken Brammen, können diese vorzugsweise so geschaltet sein, dass ihre Wanderfelder gegeneinander laufen, damit sowohl die Querkraft des einen als auch die des anderen Wanderfeldes in Strangmitte gerichtet sind.
Die oben beschriebene Asymmetrie kann selbstverständlich auch durch konstruktive Mittel, wie ungleiche Phasenwicklungen oder das Zusammenwirken mehrerer Rührersegmente mit unterschiedlicher Beaufschlagung, erreicht werden.
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PATENT CLAIMS
1. Method for the continuous casting of steel, in which
The melt is poured into a mold, the resulting strand, which has a liquid core, is drawn out, guided and supported in a guideway, and a turbulent flow in the liquid is induced by at least one electromagnetic traveling field in the strand in the inducing stirrer
Core is generated, characterized in that the turbulent flow is generated by shear forces acting differently on the melt and influenced by asymmetry in the phases of the traveling field.
2. The method according to claim 1, characterized in that the weaker thrust within the traveling field is effective before the stronger thrust.
3. The method according to claim 1, characterized in that the asymmetry in the phases of the traveling field in the starting phase is set from approximately zero to a predetermined maximum value.
4. The method according to claim 1 with a transverse to the longitudinal axis acting electromagnetic traveling field, characterized in that by adjusting the direction of movement of the traveling field, the resulting from the asymmetry in the phases, perpendicular to the stirrer surface force from the stirrer surface facing away from the strand is effective.
The present invention relates to a process for the continuous casting of steel, in which the melt is poured into a mold, the resulting strand having a liquid core is drawn out, guided in a guideway and supported, and a turbulent flow is induced by at least one stirrer which induces an electromagnetic traveling field in the strand is generated in the liquid core.
In the continuous casting of steel, it is known to improve the quality of the cast material by means of a more or less turbulent flow by electromagnetic stirring of the melt in the liquid core. These improvements have been achieved through various methods of applying the shear forces to the melt. In many cases, moving fields are used to generate the thrust.
Steel and alloying elements, such as C, Si, Mn, P, S etc., are contained in the steel, which can lead to segregation, in particular central segregation, during solidification. Such segregations, as well as the crystal structure, are known u. a. depending on the level of overtemperature. Such segregations are to be prevented by electromagnetic stirring or by the turbulent flow generated. The solidification structure should be influenced in such a way that the largest possible zone of dense undirected crystal structure is obtained. However, it has been shown that the solidification front is influenced by the strong local movement of the melt in such a way that so-called white bands form. These white bands are negative segregations that can have a negative impact on quality.
According to a known method, thrust forces are generated in the direction of the longitudinal axis of the strand with an electromagnetic traveling field, the magnets running around the strand being arranged between the pairs of rollers up to the end of the sump. The flow created along the swamp brings the desired area of non-columnar structure and prevents the occurrence of significant segregations, in particular mid-sedimentation and white bands. Such an arrangement requires too much space due to the large number of magnets, hinders the cooling of the strand and is far too complex.
Another known method for slab formats attempts to eliminate these white strips by applying shear forces to the molten steel with electromagnetic traveling fields, excited by two magnets located on the long sides opposite one another. These shear forces should act transversely to the longitudinal axis of the strand so that the flow is gently knocked against the solidified wall so that the deflected flow is kept within a limited range. This limited range of action results in an insufficient zone of dense, undirected crystal structure. Furthermore, it has been shown that with this method the white strips can only be inadequately eliminated, so that these disadvantages do not allow an optimal product to be obtained.
B. can have a negative impact on the quality of the rolled product.
It is an object of the present invention to provide a method which results in a sufficient zone of dense, undirected crystal structure. The cast material should be low-segregation, especially with regard to the central segregation and white bands. Furthermore, the space required to generate the magnetic stirring effect should be small.
This object is achieved in that the turbulent flow is generated by shear forces acting differently on the melt and influenced by asymmetry in the phases of the traveling field.
In experiments with a migrating magnetic field acting transversely to the strand, whose symmetrically wound windings were excited with the same current strengths, the micrographs showed white bands and a wide zone of dendrites, which resulted in an unsatisfactory quality of the cast steel. However, it has been shown that with different shear forces acting on the melt within a moving field, caused by asymmetry in the phases, e.g. asymmetrical winding of the coils or different current application, such a turbulent flow was generated that despite high overtemperature practically no white bands appeared in the cross-section and the desired zone of dense, undirected crystal structure was reached, and this without a structurally complex stirrer apparatus.
Surprisingly, it has been found that the turbulent flow becomes more efficient if, according to one embodiment of the invention, the weaker thrust within the traveling field takes effect before the stronger thrust. With the optimal mixing achieved in this way, even better casting structures could be achieved metallurgically.
At the start of casting, a certain amount of time passes before the liquid core can be set in orbital motion. In order to be able to generate the desired turbulent flow as quickly as possible, according to an additional embodiment, the asymmetry in the phases of the traveling field in the starting phase is set from approximately zero to a predetermined maximum value. It was thus possible to ensure that the foremost strand section also has the desired metallurgical quality.
In the operating mode according to the invention, due to physical laws, in addition to the force acting in the longitudinal direction of the stirrer, a transverse force pulsating between zero and a maximum results. This superimposed force has an advantageous effect on the turbulent flow due to an additional amplification of the turbulence if, according to another embodiment of the invention, by adjusting the direction of movement of the wander
field, the force resulting from the asymmetry in the phases and perpendicular to the stirrer surface becomes effective away from the stirrer surface facing the strand.
In this way, an additional quality improvement can be achieved, in particular in the case of a stirrer arrangement on one side.
The invention will be explained in more detail below, for example. The results described were achieved with an electromagnetic stirrer installed on a slab caster, as described in DT-OS 2 720 391. The slabs cast on the plant had a format of 1550 x 270 mm. The main direction of action of the electromagnetic traveling field generated by the stirrer was transverse to the longitudinal axis of the strand. A two-phase stirrer with symmetrically wound coils was used. Of course, more than 2 phases can also be used. Both phases were supplied with alternating current with a frequency of 2 Hz, the current strength of one phase being 800 amperes and that of the other 1000 amperes.
In the difference in current strengths, i.e. H. the asymmetry of both phases is the reason for the beneficial effect on the turbulent flow in the core. This asymmetry creates shear forces with different shear effects on the melt, i. H.
Due to the frequent, frequency-dependent change between stronger and weaker thrust, the turbulence within the flow is significantly increased. By temporally ranking the weaker before the stronger thrust, d. H. the phase loaded with 800 amperes becomes effective before that with 1000 amperes, the periodic pulsating thrust increases the turbulence in the direction of action of the traveling field.
In practical operation, it has been shown on the basis of micrographs that, at the beginning of the pouring process, a considerably longer period of time elapses until a quality-perfect casting structure is achieved if the stirrer is operated asymmetrically instead of an approximately symmetrical mode of operation. In order to achieve the desired turbulence in the melt, it is first necessary to form circumferential flow rollers in the strand core, into which additional turbulence is then integrated due to the difference in the thrust forces of the two phases in an asymmetrical mode of operation. In practice, this means that at the start of casting until a sufficient sump has formed in the strand, stirring with only a slight difference in the current applied to both phases, e.g.
B. Phase 1 is supplied with 1000 and phase 2 with approximately 1000 amperes, is started. After forming the necessary flow, i. H. after a turbulent orbiting movement in the liquid core has been reached, the system switches over to the asymmetrical loading already described. In this way, the poorer quality of the first part of the slab could be significantly shortened.
It has also been shown that the running direction of the hiking field, i. H. whether it passes through the slab, working on the same broad side, from left to right or vice versa, has a decisive influence on the casting quality. In the preferred case, namely, the natural shear force resulting from the asymmetry, acting perpendicular to the main movement component and likewise perpendicular to the direction of pulling out the strand, is effective towards the middle of the strand and can develop its turbulence-enhancing effect unhindered. With certain casting parameters, their direction of action can be rotated around 1800, i. H. from the middle of the strand towards the strand skin.
When two opposing stirrers interact, e.g. B. with thick slabs, these can preferably be switched so that their traveling fields run against each other, so that both the lateral force of one and that of the other traveling field are directed in the middle of the strand.
The asymmetry described above can of course also be achieved by constructive means, such as unequal phase windings or the interaction of several agitator segments with different loads.