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Die Erfindung bezieht sich auf eine Stranggießvorrichtung zum kontinuierlichen Gießen eines Metallstrangs mit einer Stranggießkokille, durch die geschmolzenes Metall während des Gießprozesses hindurchgeführt wird, wobei seitlich der Stranggießkokille eine Vorrichtung mit bewegbaren Elementen zum Anlegen von Magnetfeldern an die Schmelze in der Stranggießkokille angeordnet ist.
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In an sich bekannter Weise wird beim Gießen eines Metallstrangs das flüssige Metall aus einer Gießwanne oder einem Tundish einer Gießkokille zugeführt, die in der Draufsicht eine rechteckige Form aufweist. Zwischen dem Boden und der oberen Kante der Gießkokille erstrecken sich Seitenwände, die sich nach unten hin verjüngen. Die Wände bestehen üblicherweise aus einer Kupfer enthaltenden Legierung, die eine gute thermische Leitfähigkeit aufweisen und die während des Gießprozesses ständig gekühlt werden. Die Kühlung der Gießform verursacht die Erstarrung des aus ihr heraustretenden Metallstrangs, der durch das geschmolzene Metall gebildet wird. Dabei verläuft die Erstarrung von außen nach innen in das Zentrum des Strangs.
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Während des Gießens wird ein Strang gebildet, der in der Regel als Bramme bezeichnet wird. Der gekühlte und teilweise, d. h. von außen nach innen, erstarrte Strang verlässt die Gießform kontinuierlich. An einem Punkt, an dem der Strang die Kokille verlässt, weist er mindestens eine mechanisch selbsttragende erstarrte Hülle auf, die eine nicht erstarrte Mitte umgibt.
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Die Schmelze fließt über eine Gießleitung oder ein Tauchrohr aus der Gießwanne in die Gießkokille. Das Tauchrohr weist oberhalb seines unteren Randes einen Kranz von Öffnungen in seiner Mantelwand auf, aus denen die Schmelze in die Gießkokille heraustritt. Dadurch entstehen auch in der Kokille Strömungen. Ein primärer Fluss erstreckt sich abwärts in die Gießrichtung, während sich ein sekundärer Fluss von dem Bereich der Wände der Kokille aufwärts und nach innen hin wieder abwärts erstreckt. In verschiedenen Teilen des geschmolzenen Bades, welches in der Gießform existiert, treten hierbei während des Gießprozesses periodische Geschwindigkeitsschwankungen in dem Gussmaterial auf. Diese Schwankungen entstehen auch dadurch, dass die Wände der Gießform in der Regel in eine Pendelbewegung versetzt werden, um zu verhindern, dass sich erstarrtes Gussmaterial daran festsetzt. Die unregelmäßigen Bewegungen, die dadurch in dem geschmolzenen Metall verursacht werden, beinhalten unter anderem, dass Blasen, beispielsweise Argongasblasen und Fremdstoffe, in der Schmelze, beispielsweise Oxideinschlüsse von der Gussleitung und Schlacke vom Wutstrand, herunter in die Gussrichtung transportiert werden, d. h. weit in Richtung zu dem Gießstrang, der in der Gießform geformt wird. Dies führt zu Einschlüssen und Unregelmäßigkeiten im fertig erstarrten Gießstrang. Diese Probleme werden insbesondere bei hohen Gießgeschwindigkeiten erheblich.
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Dies führt auch zu unregelmäßigen Geschwindigkeiten in den Bewegungen des geschmolzenen Materials in dem Bereich der oberen Oberfläche des Bades und zu resultierenden Druckveränderungen der oberen Oberfläche sowie zu dem Risiko, dass Veränderungen der Höhe in der oberen Oberfläche vorkommen können.
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Bei hohen Gussgeschwindigkeiten führt dies zu Schlacke, die heruntergezogen wird, zu einer unebenen Schlackendicke, einer unebenen Höhendicke und zur Gefahr der Rissbildung im Gießstrang. Es besteht ebenso das Risiko von Schwingungen des geschmolzenen Materials in der Gießform, die zu einer unsymmetrischen Geschwindigkeit des Gussmaterials abwärts in der Kokille führen kann, so dass die Geschwindigkeit auf der einen Seite erheblich höher wird als die Geschwindigkeit auf der anderen Seite. Dies resultiert in einem erheblichen Abwärtstransport von Einschlüssen und Gasblasen mit einer sich infolgedessen verschlechternden Qualität der erzeugten Brammen und Gussblöcke.
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Folglich ist es für das Gießergebnis wichtig, eine Geschwindigkeit von geschmolzenem Metall abwärts in der Gießform zu erreichen, die im wesentlichen über dem gesamten Querschnitt der Gießform gleich ist, wobei dies für den primären Fluss und einen stabilen aufwärts gerichteten Fluss auf den Schmalseiten der Gießform gilt, so dass die Bewegungen des geschmolzenen Metalls in dem Bereich der oberen Oberfläche des geschmolzenen Bades rechtzeitig zu konstanten laminaren Strömungen werden und so eine einheitliche stabile Temperatur auf der oberen Oberfläche der Schmelze erreicht wird.
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Daher werden magnetische Felder an die Schmelze in der Gießform angelegt. In diesem Zusammenhang ist eine Vielzahl von verschiedenen Wegen zur Beeinflussung der Bewegung des geschmolzenen Materials durch das Anlegen eines Magnetfelds bekannt geworden. Bei der sogenannten EMBR-(= ElectroMagnetic BRake)-Technik wird ein stationäres Magnetfeld, das durch das Leiten eines Gleichstroms durch eine Spule eines Elektromagneten von der einen Seite zu einer anderen an die Schmelze in der Gießform angelegt. Dies führt dazu, dass die Bewegungen des geschmolzenen Materials gebremst werden. Hierbei lassen sich die Elektromagneten entlang der Gießform in der Nähe des Bereichs für die Zuführung des geschmolzenen Metalls oder unterhalb dieses Bereichs angeordnet werden, um den Fluss des geschmolzenen Metalls in die Abwärtsrichtung zu bremsen. Dabei wird im wesentlichen der primäre Fluss beeinflusst, um nach Möglichkeit die Geschwindigkeit dieser Bewegung über den gesamten Querschnitt der Gießform konstant zu halten und den aufwärtsgerichteten sekundären Fluss an den kurzen Seiten der Gießform zu stabilisieren. Allerdings ist es auch möglich, eine sogenannte Bremse in dem Bereich der oberen Oberfläche der Gießform anzuordnen, um die Bewegungen des geschmolzenen Metalls in diesem Bereich zu bremsen und die Oberflächenschwingungen in der Schmelze zu beseitigen.
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Andererseits ist beispielsweise aus der
US 5 197 535 ein als EMS (= Electromagnetic Stirring) (Elektromagnetisches Rühren) bezeichnetes Verfahren bekannt geworden, durch das sich ebenfalls die Bewegungen des geschmolzenen Materials in der Gießform beeinflussen lassen. Hierbei wird durch das Verbinden einer mehrphasigen Wechselspannung mit Elektromagneten entlang der Gießform ein wanderndes Magnetfeld erzeugt, welches normalerweise in dem Bereich der oberen Oberfläche angelegt wird, um die Bewegungen des geschmolzenen Materials in diesem Bereich zu beeinflussen. Dies ist insbesondere bei geringeren Gießgeschwindigkeiten von Interesse, da dann das Risiko besteht, dass die Bewegung des Gießmaterials in dem Bereich der oberen Oberfläche zu klein sein kann und dass Temperaturunterschiede, welche eine negative Auswirkung auf das Gießergebnis haben können, auftreten.
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Aus der
WO 2003 041893 A1 ist ein Gerät zum kontinuierlichen Gießen von Metallen bekannt, bei dem eine Kokille mit einem langgestreckten horizontalen Querschnitt zum Einsatz kommt, durch die das geschmolzene Metall hindurchfließt. Ein Element zum Zuführen von geschmolzenem Metall in die Schmelze, die sich bereits in der Kokille befindet, ist unterhalb der oberen Fläche der Schmelze angeordnet. Gleichzeitig ist eine Anordnung zum Anlegen von Magnetfeldern an die Schmelze in der Gießform vorgesehen. Die Anordnung weist Elemente zur Erzeugung eines stationären Magnetfelds mit veränderlicher Stärke über im wesentlichen den gesamten Querschnitt der Gießform von einer Längsseite zu der anderen Längsseite in der Nähe von oder unterhalb des Bereichs für die Zuführung des geschmolzenen Metalls auf. Außerdem sind Elemente zur Erzeugung eines veränderlichen Magnetfelds in dem Bereich der oberen Fläche vorgesehen, der in Bezug auf den Querschnitt zentral angeordnet ist und der nahe an dem Bereich zur Zuführung der Schmelze liegt. Ferner ist eine Einheit zur Steuerung der Magnetelemente der Vorrichtung vorhanden, die unabhängig voneinander Magnetfelder erzeugt, deren Form und Stärke von Gießparametern abhängt. Hierbei umfassen die Magnetelemente Magnetkerne und elektrische Leiterwicklungen, die um diese herumführen. Elektrischer Strom wird in Abhängigkeit der Gießparameter zugeführt. Durch elektrische Wechselströme verschiedener Frequenzen werden zeitlich veränderbare Magnetfelder zum Rühren des geschmolzenen Metalls erzeugt, während zusätzlich ein stationäres Magnetfeld zum Bremsen der Bewegungen in dem geschmolzenen Metall angelegt wird.
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Insbesondere ist es auch bekannt, elektromagnetische Einrichtungen unmittelbar an der Stranggießkokille zu montieren; dies bedeutet, dass die Einrichtung gemeinsam mit der Kokille oszilliert. Nachteilig an dieser Vorgehensweise ist, dass die durch die Elektromagneten verursachte Zusatzmasse mit der Kokille mitoszillieren muss. Außerdem muss eine Vielzahl von elektrischen Anschlüssen gekuppelt werden. Dies gilt ebenso für die Medienanschlüsse, beispielsweise für die Hydraulik. Für den Stand-By-Zustand der Kokille muss eine zusätzliche elektromagnetische Einrichtung vorgehalten werden, oder die elektromagnetische Einrichtung muss zeitaufwendig ummontiert werden. Schließlich hat auch die Gewichtskraft der Elektromagnete einen negativen Einfluss auf die Kokillenklemmung, d. h. auf die Kraft, mit der die Schmalseiten zwischen den Breitseiten eingeklemmt sind. Aufgrund des durch die Elektromagnete erhöhten Gewichts der Breitseitenwände besteht eine höhere Gefahr, dass sich die Kokille im Anschlussbereich zwischen den Breit- und den Schmalseiten öffnet. Es sind jedoch auch Mechanismen für Dünnbrammenanlagen bekannt, die lediglich zum Verschieben der Elektromagnete dienen.
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Es ist die Aufgabe der Erfindung, eine Stranggießvorrichtung der eingangs genannten Art derart zu verbessern, dass der Gießvorgang optimiert wird.
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Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, dass die Elemente mittels der Vorrichtung drehbar und in einer transversalen Richtung verschiebbar sind.
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Durch die Erfindung verkürzen sich die Rüstzeiten der Stranggießkokille. Gleichzeitig wird eine höhere Oszillationsdynamik in der Kokille ermöglicht, und es wird eine sichere Kokillenklemmung gewährleistet.
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Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen.
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In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Elemente elektromagnetische Spuleneinheiten sind. Diese umfassen vorzugsweise ferromagnetische Kerne zur Verstärkung der magnetischen Felder.
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Zusätzlich lassen sich die Spuleneinheiten in ihrer Höhenlage verstellen und können dadurch entsprechend des gewünschten magnetischen Einflusses auf die Schmelze eingesetzt werden. Damit sind sowohl bremsende, beschleunigende als auch rührend wirkende Einflüsse auf den Flüssigstahl möglich.
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Mit Vorteil ist auch vorgesehen, dass sich die Vorrichtung bezüglich der Stranggießkokille oder der Gießbühne als ganze verfahren lässt.
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Um eine Verfahrbarkeit mit der gewünschten Genauigkeit zu gewährleisten, werden hierfür Antriebe in Verbindung mit Hydraulikzylindern, Pneumatikzylindern, Spindelantrieben und dgl. eingesetzt. Vorzugsweise wird die Vorrichtung gegenüber der Gießbühne verschiebbar auf Schienen geführt.
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Nachstehend wird die Erfindung in einem Ausführungsbeispiel näher erläutert.
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Es zeigen:
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1 eine Vorrichtung mit einer elektromagnetischen Spuleneinheit zum Anlegen von Magnetfeldern an die Schmelze in der Stranggießkokille, die an den Stützrahmen einer Kokille herangefahren ist (Betriebsposition),
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2 die Vorrichtung gemäß 1 in der Ruheposition und
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3 die Vorrichtung gemäß 2, wobei zusätzlich die Spuleneinheit gekippt ist.
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Eine Vorrichtung 1 (1–3) zum Anlegen magnetischer Felder an eine Kokille 2 zum Gießen eines Metallstrangs umfasst eine – hier nur schematisch dargestellte – elektromagnetische Spuleneinheit 3. Diese kann ihrerseits eine Mehrzahl von jeweils einzeln bewegbaren, insbesondere drehbaren, Spulen umfassen.
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Die Vorrichtung 1 ist über Rollen 4 und eine Schiene 5, auf der sie mittels der Rollen 4 verfahrbar ist, in transversaler Richtung bewegbar gegenüber der Kokille 2 angeordnet, wobei die Spuleneinheit 3 bis an einen die Kokille 2 tragenden Rahmen 6 heranfahrbar ist. Die Vorrichtung 1 wird mittels eines hydraulischen oder pneumatischen Zylinders 7 in transversaler Richtung bewegt, der als Verschiebeantrieb fungiert. Der Antrieb der Vorrichtung 1 ist wenigstens im wesentlichen unterhalb einer Bühne 8 angeordnet. Wenn die Vorrichtung 1 aus dem Rahmen 6 herausgefahren ist, lässt sich die Kokille wechseln. Ebenso lässt sich in dieser Position auch bereits zumindest das oberste der Strangführungssegmente auswechseln.
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Die Vorrichtung 1 weist ferner einen Aufbau 9 auf, an dem die Spuleneinheit 3 aufgenommen wird. An dem Aufbau 9 ist ein beispielsweise Drehantrieb 10 angebracht, um die Spuleneinheit 3 zu verdrehen. Damit lässt sich die elektromagnetische Einrichtung aus dem Ausbaubereich der auszubauenden Strangführungssegmente herausbewegen. Der Aufbau 9 erlaubt eine im wesentlichen vertikale Verstellmöglichkeit, um die Spuleneinheit 3 in ihrer Lage zu verändern. Auch durch das Drehen der Spuleneinheit 3 nach oben mittels des Drehantriebs 10 und/oder durch die Hubbewegung wird diese aus dem Ausbaubereich der Strangführungssegmente herausbewegt. Der Drehantrieb 10 wird vorzugsweise hydraulisch betätigt. Ebenso kann auch ein gesicherter mechanischer Schraubtrieb vorgesehen sein, beispielsweise mit einem Getriebemotor oder einer Getriebe-Motor-Kombination.
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Die Erfindung ermöglicht daher den Wechsel von Bauelementen der Stranggießanlage im Bereich der Gießkokille 2 in kurzen Rüstzeiten. Gegenüber dem Stand der Technik werden weniger Medien- und Elektrokupplungen benötigt. Die oszillierenden Teile der Kokille 2 werden von zusätzlichen Massen freigehalten, da diese von der Vorrichtung 1 getragen werden. Damit wird auch eine bessere Dynamik der bei der Oszillation der Kokillenwände ermöglicht. Der Mechanismus zum Verfahren der Vorrichtung 1 lässt sich weitgehend unterhalb der Bühne 8 unterbringen.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Vorrichtung
- 2
- Kokille
- 3
- Spuleneinheit
- 4
- Rollen
- 5
- Schiene
- 6
- Rahmen
- 7
- Zylinder
- 8
- Bühne
- 9
- Aufbau
- 10
- Drehantrieb
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- US 5197535 [0009]
- WO 2003041893 A1 [0010]
