DE102007059919A1

DE102007059919A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Vergleichsmäßigen des Erstarrungsvorganges eines insbesondere beim Strang- oder Bandgießen erzeugten schmelzflüssigen Metalles

Info

Publication number: DE102007059919A1
Application number: DE102007059919A
Authority: DE
Inventors: Hans-Jürgen SCHEMEIT; Jörg BAUSCH; Jochen Dr. Wans
Original assignee: SMS Demag AG
Current assignee: SMS Siemag AG
Priority date: 2007-11-26
Filing date: 2007-11-26
Publication date: 2009-05-28
Also published as: EP2219805A1; CA2705222A1; JP2011504418A; RU2458759C2; WO2009068232A1; RU2010126206A; UA97034C2; CA2705222C; CN101873902A; TW200932401A; KR20100080841A; ZA201002933B; US20100282432A1

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Vergleichmäßigen des Erstarrungsvorganges eines insbesondere beim Strang- oder Bandgießen erzeugten schmelzflüssigen Metalls 10, wobei das schmelzflüssige Metall 10 einem insbesondere elektromagnetischen Rührvorgang unterzogen wird und wobei stromauf der Stelle des insbesondere elektromagnetischen Rührens ein Magnetfeld an das dort befindliche Metall angelegt wird. Es ist dabei erfindungsgemäß vorgesehen, dass während des Erstarrungsvorganges wenigstens ein elektromagnetisches Feld an die bereits äußerlich zum Strang erstarrten Bereiche 11 des schmelzflüssigen Metalls 10 angelegt wird. Die Erfindung bezieht sich außerdem auf eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Vergleichmäßigen des Erstarrungsvorganges eines insbesondere beim Strang- oder Bandgießen erzeugten schmelzflüssigen Metalles, wobei das schmelzflüssige Metall einem insbesondere elektromagnetischen Rührvorgang unterzogen wird und wobei stromauf der Stelle des insbesondere elektromagnetischen Rührens ein Magnetfeld an das dort befindliche Metall angelegt wird. Die Erfindung bezieht sich außerdem auf eine Vorrichtung zum Durchführung dieses Verfahrens.
Grundsätzlich herrscht während des Erstarrungsvorganges z. B. auf dem gekühlten, mitlaufenden Transportband auf der Unterseite des Gussbandes in der Regel eine größere Wärmeabfuhr als auf der Oberseite und den Schmalseiten. Infolgedessen bildet sich ein inhomogenes Temperaturprofil über den Querschnitt des Gussbandes aus, das im weiteren Abkühlvorgang Spannungen im Band verursacht, die zum Verwerfen des Bandes führen können. Damit ist der Kontakt des Gussbandes auf dem Transportband vor allem in Breitenrichtung nicht konstant und die Wärmeabfuhr aus dem Gussband über die Breite inhomogen, was wiederum zu einer inhomogenen Erstarrungsstruktur führt.
Aus dem Stand der Technik sind in diesem Zusammenhang verschiedene Verfahren und Vorrichtungen bekannt mit einem elektromagnetischen Rühren im Bereich flüssiger Stahlschmelzen, es sei dazu beispielhaft auf die folgenden Druckschriften verwiesen:
Die US 4 933 005 bezieht sich auf ein Induktionsrührverfahren, bei welchem geschmolzenes Metall elektromagnetisch mit einer normalerweise im geschmolzenen Metall Turbulenz erzeugenden Intensität gerührt wird und stromauf der Stelle des elektromagnetischen Rührens an das geschmolzene Metall ein statisches Magnetfeld mit einer Intensität angelegt wird, die zumindest ausreicht, die Turbulenz an der erwähnten Stelle auf das Kleinstmaß zu verringern.
Das beschriebene Verfahren ist darauf gerichtet, Anwendungen des Induktionsrührens dort zu verbessern, wo, wie unter anderem beim Rühren in der Form beim Stranggießen und beim elektromagnetischen Rühren in Pfannen oder anderen Behältern, eine freie Oberfläche existiert und Oberflächenstörungen und Verformungen im Meniskus auf ein Mindestmaß verringert werden sollen.
Die JP 06182502 A bezieht sich auf eine Stranggussvorrichtung vom Einzel-Metall-Band-Typ, es wird dabei zur Vermeidung eines Verwerfens eines schmelzflüssigen Metallbereiches und zum Erhalten eines Metallbandes mit einer flachen Oberfläche ohne Rauhigkeiten vorgeschlagen, eine elektromagnetische Bremse über dem schmelzflüssigen Metallbereich anzuordnen, und zwar an der Ziehseite des Metallbandes ebenso wie ein Abstechen des schmelzflüssigen Metallbereich an dieser Stelle. Zum Zeitpunkt des Abstechens des schmelzflüssigen Metalles von einem Gießbehälter auf das Metallband wird ein Verwerfen erzeugt durch den Abstechstrom des schmelzflüssigen Metalles auf die Oberfläche des schmelzflüssigen Metallbereiches. Um dieses Verwerfen zu vermeiden, wird eine elektromagnetische Bremse über dem schmelzflüssigen Metallbereich angeordnet, und zwar an der Ziehseite des Metallbandes ebenso wie am Abstechpunkt des schmelzflüssigen Metalles. Durch diese Vorrichtung wird ein Verwerfen verhindert in Richtung des Metallbandes von der elektromagnetischen Bremse aus gesehen, und ein flaches schmelzflüssiges Metall geformt. Dadurch wird, weil die erstarrte Schale geformt wird ohne ein Verwerfen auf dem schmelzflüssigen Metallbereich, eine flache Oberflächenform auf der Oberfläche der erstarrten Schale erzielt und zwar ohne Rauhigkeiten.
Bezüglich dieser beiden Druckschriften lässt sich aber insgesamt festhalten, dass mit den daraus bekannten Verfahren bzw. Vorrichtungen die oben beschriebenen Probleme ebenfalls nicht verhindert werden können.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die bekannten Verfahren bzw. Vorrichtungen unter Beibehaltung der bisherigen Vorteile in der Weise zu verbessern bzw. weiterzuentwickeln, dass die genannten Nachteile vermieden werden, wobei insbesondere eine Optimierung der Formgenauigkeit des Strangs, eine bessere Steuerung der metallurgischen Länge sowie eine bessere Anpassung der Gießgeschwindigkeit erreicht werden soll.
Die Aufgabe wird bezüglich des Verfahrens erfindungsgemäß dadurch gelöst, das während des Erstarrungsvorganges wenigstens ein elektromagnetisches Feld an die bereits äußerlich zum Strang erstarrten Bereiche des schmelzflüssigen Metalles angelegt wird. Es wird dadurch auf einfache Weise durch das Einwirken eines elektronmagnetischen Feldes auf die bereits äußerlich zum Strang erstarrte Schmelze das natürlich entstehende Temperaturprofil im noch flüssigen Kern homogenisiert. Durch die gleichmäßige Verteilung der Energie im liquiden Kern besteht immer die höchst mögliche Temperatur an der Innenseite der Strangschale. Das Dickenwachstum der Schale wird infolge dessen verzögert, wobei der Wärmeabfluss zunimmt. Aufgrund des nun höheren Wärmeabflusses wird das Gießband schneller durcherstarren. Insgesamt wird durch die Erzeugung eines gleich mäßigen Temperaturfeldes über den Querschnitt des flüssigen Kerns die Strangschale zu Beginn des Rührens wieder etwas aufgeheizt und somit ihr Dickenwachstum verzögert, so dass die nun länger warm bleibende und dünner bleibende Schale erst später mechanische Eigenschaften annimmt. Sie liegt dadurch längere Zeit flach auf dem kühlenden Transportband und führt gleichmäßiger die Wärme ab, was zur Verringerung der inneren Spannungen und eines möglichen Hochwölbens der Ränder führt.
Bei der bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens ist vorgesehen, dass das elektromagnetische Feld an die bereits äußerlich zum Strang erstarrten Bereiche im Wesentlichen an der Unterseite des schmelzflüssigen Metalles angelegt wird. An dieser Stelle herrscht in der Regel eine größere Wärmeabfuhr als auf der Oberseite und den Schmalseiten.
Nach einem weiteren und bezüglich des Verfahrens letzten Merkmal des erfindungsgemäßen Verfahrens ist vorgesehen, dass die Position des elektromagnetischen Rührvorganges in Gießrichtung angepasst wird.
Die der Erfindung zu Grunde liegende Aufgabe wird bezüglich der Vorrichtung erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass eine Vorrichtung zum Anlegen wenigstens eines elektromagnetischen Feldes während des Erstarrungsvorganges an die bereits äußerlich zum Strang erstarrten Bereiche des schmelzflüssigen Metalles ausgebildet ist. Bezüglich der sich dabei ergebenden Vorteile wird zur Vermeidung von Wiederholungen auf die beschriebenen Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens verwiesen.
Bei der bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist vorgesehen, dass die Vorrichtung zum Anlegen wenigstens eines elektromagnetischen Feldes an die bereits äußerlich zum Strang erstarrten Bereiche im wesentlichen an der Unterseite des schmelzflüssigen Metalles ausgebildet ist.
Nach einem letzten Merkmal der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist vorgesehen, dass die Position des elektromagnetischen Rührvorganges in Gießrichtung anpassbar ausgebildet ist.
Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen und aus der nachfolgenden Beschreibung, in der die in den Figuren der dargestellte Ausführungsform der Erfindung näher erläutert wird. Dabei sind neben den oben angeführten Kombinationen von Merkmalen auch Merkmale allein oder in anderen Kombinationen erfindungswesentlich. Es zeigen:
1 eine schematische Darstellung des Temperaturverlaufes in dem schmelzflüssigen Metall und der Strangschale unter Anwendung des erfindungsgmäßen Verfahrens im Vergleich zum Stand der Technik,
2 eine vergrößerte Darstellung des linken Teilbereiches der 1, und
3 eine schematische Darstellung der Erstarrungsstrecken des schmelzflüssigen Metalles in der Gießrichtung gesehen.
Das erfindungsgemäße Verfahren dient zum Vergleichmäßigen des Erstarrungsvorganges eines insbesondere beim Strang- oder Bandgießen erzeugten, in den Fig. generell mit 10 bezeichneten schmelzflüssigen Metalles. Dabei wird das schmelzflüssige Metall 10 einem hier elektromagnetischen Rührvorgang unterzogen und stromauf der Stelle des elektromagnetischen Rührens wird ein Magnetfeld an das dort befindliche Metall angelegt wird. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren ist dabei vorgesehen, dass während des Erstarrungsvorganges wenigstens ein elektromagnetisches Feld an die bereits äußerlich zum Strang erstarrten Bereiche 11 des schmelzflüssigen Metalles 10 angelegt wird.
Durch diese erfindungsgemäße Ausbildung ergeben sich die zuvor beschriebenen Vorteile. Dazu zählt insbesondere, dass durch die Erzeugung eines gleichmäßigen Temperaturfeldes über den Querschnitt des flüssigen Kerns die Strangschale 12 zu Beginn des Rührens wieder etwas aufgeheizt und somit ihr Dickenwachstum verzögert wird, so dass die nun länger warm bleibende und dünner bleibende Schale 12 erst später mechanische Eigenschaften annimmt. Sie liegt dadurch längere Zeit flach auf einem kühlenden Transportband auf und führt gleichmäßiger die Wärme an das Transportband ab, was zur Verringerung der inneren Spannungen und eines möglichen Hochwölbens der Ränder führt. Es ist dazu in den 1 und 2 der Temperaturverlauf in dem schmelzflüssigen Metall 10 und der Strangschale 12 unter Anwendung des erfindungsgmäßen Verfahrens im Vergleich zum Stand der Technik schematisch dargestellt. Dabei ist zu erkennen, dass der erstarrte Bereich 11 des Metalles 10 und somit die Dicke d₂ der Strangschale 12 wesentlich dicker als der erstarrte Bereich 13 des Metalles 10 bei verzögerter Erstarrung und somit die Dicke d₁ der Strangschale 12 in diesem Fall ist, siehe die 1 und 2. Weiterhin dargestellt ist der Temperaturverlauf in dem schmelzflüssigen Metall 10 und der Strangschale 12, wobei die Temperatur ϑ_{mit Rührer} die Temperatur mit Rührvorgang und die Temperatur ϑ_{ohne Rührer} Rührer die Temperatur ohne Rührvorgang bezeichnet. Es ist zu erkennen, dass die Temperatur ohne Rührvorgang deutlich stärker ansteigt und schließlich sich auf höherem Niveau befindet als die Temperatur mit Rührvorgang.
Bei der bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens ist dabei vorgesehen, dass das elektromagnetische Feld an die bereits äußerlich zum Strang erstarrten Bereiche 11 im wesentlichen an der Unterseite des schmelzflüssigen Metalles 10 angelegt wird. Weiterhin kann vorgesehen sein, dass die Position des elektromagnetischen Rührvorganges in Gießrichtung angepasst wird.
In der 3 sind außerdem die Erstarrungsstrecken des schmelzflüssigen Metalles 10 in der mit dem Pfeil A angedeuteten Gießrichtung gesehen dargestellt. Es ist dabei die Erstarrungsstrecke E_N die normale Erstarrungsstrecke und die Erstarrungsstrecke E_V die verkürzte Erstarrungsstrecke beim Rühren. Die sich dabei ergebende Verkürzung der Erstarrungstrecke ist von der Länge der Rührstrecke abhängig.
Die vorliegende Erfindung bezieht sich außerdem auf eine in den Fig. selbst nicht dargestellte Vorrichtung zum Durchführen des Verfahrens insbesondere eines elektromagnetischen Rührvorganges an dem schmelzflüssigen Metall 10. Die Vorrichtung ist ausgebildet zum Anlegen wenigstens eines elektromagnetischen Feldes während des Erstarrungsvorganges an die bereits äußerlich zum Strang erstarrten Bereiche 11 des schmelzflüssigen Metalles 10, vorzugsweise an der Unterseite des schmelzflüssigen Metalles 10. Weiterhin kann vorgesehen sein, dass die Position des elektromagnetischen Rührvorganges in Gießrichtung anpassbar ausgebildet ist.

10: schmelzflüssiges Metall
11: erstarrter Bereich (von 10)
12: Strangschale
13: erstarrter Bereich bei verzögerter Erstarrung
A: Gießrichtung
E_N: normale Erstarrungstrecke
E_V: verkürzte Erstarrungsstrecke

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

- US 4933005 [0003]
- JP 06182502 A [0005]

Claims

Verfahren zum Vergleichmäßigen des Erstarrungsvorganges eines insbesondere beim Strang- oder Bandgießen erzeugten schmelzflüssigen Metalles (10), wobei das schmelzflüssige Metall (10) einem insbesondere elektromagnetischen Rührvorgang unterzogen wird und wobei stromauf der Stelle des insbesondere elektromagnetischen Rührens ein Magnetfeld an das dort befindliche Metall angelegt wird, dadurch gekennzeichnet, dass während des Erstarrungsvorganges wenigstens ein elektromagnetisches Feld an die bereits äußerlich zum Strang erstarrten Bereiche (11) des schmelzflüssigen Metalles (10) angelegt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das elektromagnetische Feld an die bereits äußerlich zum Strang erstarrten Bereiche (11) im Wesentlichen an der Unterseite des schmelzflüssigen Metalles (10) angelegt wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Position des elektromagnetischen Rührvorganges in Gießrichtung angepasst wird.
Vorrichtung zum Vergleichmäßigen des Erstarrungsvorganges eines insbesondere beim Strang- oder Bandgießen erzeugten schmelzflüssigen Metalles (10), mit Mitteln zur Durchführung insbesondere eines elektromagnetischen Rührvorganges an dem schmelzflüssigen Metall (10) und mit Mitteln zum Anlegen eines Magnetfeldes an das stromauf der Stelle des insbesondere elektromagnetischen Rührens befindliche Metall, dadurch gekennzeichnet, dass eine Vorrichtung zum Anlegen wenigstens eines elektromagnetischen Feldes während des Erstarrungsvorganges an die bereits äußerlich zum Strang erstarrten Bereiche (11) des schmelzflüssigen Metalles (10) ausgebildet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung zum Anlegen wenigstens eines elektromagnetischen Feldes an die bereits äußerlich zum Strang erstarrten Bereiche (11) im Wesentlichen an der Unterseite des schmelzflüssigen Metalles (10) ausgebildet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Position des elektromagnetischen Rührvorganges in Gießrichtung anpassbar ausgebildet ist.