DE2401145A1 - Verfahren und vorrichtung zum kontinuierlichen giessen - Google Patents

Description

Anmelderin: Firma Nippon Steel Corporation 6-3, Otemachi 2-chome,
Chiyoda, Tokio/Japan

Verfahren und Vorrichtung zum kontinuierlichen Gießen

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum kontinuierlichen Gießen,' wonach eine Metallschmelze einer Kokille zugeführt wird, in der dieselbe durch langsame Abkühlung erstarrt, wobei der Schmelzsumpf durch ein elektromagnetisches Vi'anderfeld gerührt wird, damit man einen Stranggußteil mit gleichmäßiger Erstarrungsstruktur aus im wesentlichen vollständig gleichgerichteten Kristallen erhält, und wonach der Stranggußteil im Maße der Erstarrung langsam aus der Kokille abgezogen wird. Außerdem betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens, nämlich eine Stranggußanlage.

In zahlreichen Metallschmelzen sind eine Anzahl von Zusatzelementen enthalten, wie Kohlenstoff, Silicium, Mangan, Phosphor, Schwefel, Aluminium, Nickel, Chrom. Beim Abkühlen einer Schmelze, die solche Elemente enthält, tritt eine Konzentration dieser Elemente im Schmelzsumpf beim Erstarren des Gußteils ein, weil zunächst einfache Verbindungen kristallisieren. Derjenige Teil des Gußstücks, der zuletzt erstarrt, kann die Zusatzelemente oder Verunreinigungen in größerem Anteil als die früher erstarrten Teile enthalten. Infolgedessen erstarrt dieser Teil des Gußstücks bei der niedrigsten Temperatur. Bekanntlich wird dieser Teil als Seigerungszone bezeichnet.

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Gußteile mit einer Seigerungszone haben verringerte und/oder ungleichförmig ausgerichtete mechanische Festigkeitsverteilung. Dies kann beim Schweißen zu Schwierigkeiten führen, so· daß diese Gußteile einen geringen.wirtschaftlichen Wert haben. Zur Beseitigung solcher Schwierigkeiten ist die Verwendung von Kokillen mit geschlossenem Kopf bekannt, wo eine

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zusätzliche Schmelzmenge in den Kopfteil eingefüllt wird, so daß dieser Kopfteil die Seigerungszone enthält, die danach abgetrennt wird. Dies führt jedoch zu einer geringeren Produktionsausbeute und damit zu erhöhten Herstellungskosten, was unwirtschaftlich ist. Beim Stranggießen tritt eine Seigerung senkrecht zur Abzugsrichtung des Stranggußteil-s in einem so großen Ausmaß auf, daß es schwierig ist, eine leistungsfähige Einrichtung und leistungsfähige Arbeitsbedingungen bereitzustellen, um die Seigerungszone unter denjenigen Betrag-herabzudrücken, der beim Gießen in Kokillen mit abgeschlossenem Kopf erzielbar ist.

Zur Überwindung des Problems einer verringerten Froduktionsausbeute beim Guß in Kokillen mit abgeschlossenem Kopf und des Problems der ungleichförmigen Güteverteilung in Stranggußteilen muß man also unter Anwendung von Kunstgriffen den Abkühlvorgang des Schmelzsumpfes so führen, daß die Seigerung der in der Metallschmelze enthaltenen Elemente unterdrückt wird, damit eine gleichförmige Verteilung derselben erhält. Bekannt ist hierf-ür das Rühren des Schmelzsumpfes mithilfe eine-s elektromagnetischen Rührwerks. Diese Arbeitsweise konnte jedoch bisher nicht in technischem Maßstab zur Anwendung kommen, weil eine optimale Rührkraft und ein optimales Fließdiagr.amm in Abhängigkeit von der jeweiligen Metallschmelze nicht eingehalten werden konnte. Dieses Verfahren konnte sich trotz der Tatsache nicht durchsetzen, daß es als die bestgeeignete Arbeitsweise anzusehen ist.

Es hat sich gezeigt, daß beim Erstarren von Gußstücken durch j die Anwendung eines elektromagnetischen Rührverfahrens Dendrite!

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j zerbrochen werden können. Doch ein gesteigertes Rühren zur ι

j weiteren Zerkleinerung der gebrochenen Dendrite führt zur Aus- s

J bildung von sogen. Weißfallen oder von Weißband in der Grenz- '■

! fläche zwischen der Dendritzone und den freien Kristallen. In !

Gußbrammen neigen die Weißfallen zu einer Verdickung längs !

der Schmalseite, gegen die die.' Strömung des Schmelzsumpfes j

anstößt.

Hinsichtlich des W'eißbandes oder der Weißfallen liegen noch
keine genauen Untersuchungen insbes. des Einflusses der Zu- ^: sammensetzung auf die Güte des Gußteils vor. Die Weißfallen |. sind als eine Art negativer Seigerungszone aufzufassen, in der
eine geringere Konzentration der Zusatzelemente als in anderen ^:

j Teilen vorliegt, so daß das jeweilige Gußstück keinen wirt-

\ schaftlichen Wert hat. Die Weißfallen selbst beeinträchtigen

j das Aussehen des Gußteils.

Unabhängig von der Richtung der jeweiligen Rührbewegung bilden j sich zwangsläufig Weißfallen aus, solange die Metallschmelze | strömt. Durch Versuche ließ sich zeigen, daß die Unterdrückung ! j von Weißfallenbildung durch Abwandlungen des elektromagnetischen J Rührverfahrens nicht möglich ist, wenn damit Stranggußteile
behandelt werden. Ein Rühren nach bekannten Verfahren zur ι Unterdrückung der Weißfallenbildung führt nicht einmal zu ; einer Verringerung der Dendrite, so daß nicht einmal die anfängliche Zielsetzung erreicht wird,
j

j Bei Anwendung eines elektromagnetischen Rührwerks in Verbindung!

j mit einer Stranggußanlage wird der Erregerkörper des Rühr- , werks durch die Strahlungswärme des Gußteils und die Widerstandswärme des durch die Spulen fließenden Stromes auf eine . hohe Temperatur erhitzt. Infolgedessen verformen sich die
Tragteile, so daß sich Schwierigkeiten für die Speisung der J Spulen während einer kontinuierlichen Betriebszeit ergeben. j Es erweist sich auch schwierig, den Spalt zwischen dem Gußteil i

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! 2401H5 ^:

! dem Erregerteil des Rührwerks möglichst klein zu halten, so

daß Verluste an elektromagnetischer Energie auftreten. Dadurch

· ι

ί wird die Lebensdauer der Spulen herabgesetzt. Es können auch j

! Rissi^der Oberfläche des Gußteils auftreten. j

Zur Überwindung dieser Schwierigkeiten wurde die Kühlung des ι

elektromagnetischen Rührwerks vorgeschlagen, womit der Haupt- j körper des Erregers während einer Zeitspanne nach dem Beginn

des Betriebs oder während Reparaturperioden auf Zimmertempera- |

tür oder in die Nähe der Zimmertemperatur abgekühlt wurde, |

ι danach erfolgte wieder eine Aufheizung, so daß die Aufheizung <

' und Kühlung miteinander abwechselten. Wenn man eine Wasser- j

■ kühlung als wirtschaftlichste Einrichtung für diesen Zweck i

j I

einsetzt, bleiben Wassertropfen auf der Innenwandung des Trag- I

j teils und der Oberfläche der Spulen stehen, so daß einerseits j

;

infolge einer Verschlechterung der Isolation der Spulen die
Stromzufuhr unterbrochen oder ein Spannungsabfall bewirkt wurde
und andererseits infolge der hohen Temperaturen auf den Teilen

des Rührwerks innerhalb des Tragteils eine Rostbildung ein- ;

setzte. Die Unterbrechung der Stromzufuhr bedingte ein Aus- \

setzen des elektromagnetischen Rührwerks. Der Rostansatz er- '<

forderte umfangreiche Instandhaltungsarbeiten an dem Rührwerk, ι

Der Einbau des Hauptkörpers des elektromagnetischen Rührwerks ι

j an der Stranggußanlage befindet sich an einer schwer zugang- !

j liehen, beengten Stelle, wo sich Niederschläge absetzen und ;

! wo hohe Temperaturen herrschen. Infolgedessen ist eine tägliche | Überwachung und Überholung nicht möglich, obgleich dieses an j sich notwendig wäre. ί

Ein solches elektromagnetisches Rührwerk wird normalerweise ^!

in einer entsprechenden Lage in einer gewissen Entfernung von ι

der Oberfläche des Schmelzsumpfes in der Kokille, und zwar >

in Abzugsrichtung des Gußteils angeordnet. Damit Störungen i

durch Rißbildung innerhalb des Gußteils oder durch Ausbrechen j

des Schmelzsumpfes aus der erstarrten Strangschale vermieden ι

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werden, muß man das Rührwerk ohne änderung des gegenseitigen Abstandes der Stützrollen untereinander anordnen, damit die Stützrollen in dem vorgegebenen Abstand in großer Anzahl in Abzugsrichtung den Gußteil abstützen.

Aufgabe der Erfindung ist die Bereitstellung eines Verfahrens zum kontinuierlichen Gießen, das die Herstellung von Gußteilen mit kleiner Seigerungszone und mit Unterdrückung des Dendritenwachstums erlaubt. In weiterer Zielsetzung will die Erfindung hochwertige Gußteile ohne Weißfallen bereitstellen.

Diese Aufgabe wird nach der Erfindung dadurch gelöst, daß ι der Geschwindigkeitsvektor der Hauptströmung des gerührten Metallsumpfes in einer Ebene senkrecht zur Abzugsrichtung des Stranggußteils eingestellt und daß die Gesamtströmung in dem Metallsumpf möglichst innerhalb eines begrenzten Rührbereichs

gehalten wird.

j In weiterer Zielsetzung will die Erfindung eine Stranggußan- ! lage mit einem elektromagnetischen Rührwerk bereitstellen, das

leicht und unter geringen Kosten überwacht und unterhalten j werden kann. Außerdem sollen die Betriebskosten dieses Rührj werks klein sein. Das Rührwerk soll die Arbeitsbedingungen j nicht beeinträchtigen und insbes. keine gesundheitliche Gefährdung darstellen. Das Rührwerk soll so aufgebaut sein, ! daß der gegenseitige Abstand der Stützrollen an der Strangscha-'" Ie nicht verringert wird.

J Diese Aufgabe wird nach 'der Erfindung bei einer Strangguß- ;

j anlage mit einer Kokille, daran anschließenden zahlreichen ' ι j Stützrollen zum Abzug des Stranggußteils und einem elektro- . ! magnetischen Induktionsrührwerk, das möglichst nahe an der i Oberfläche des Schmelzsumpfes des Stranggußteils angeordnet ist \ dadurch gelöst, daß die Stützrollen sowie ein Tragrahmen in J der Nähe des Induktionsrührwerks aus nichtmagnetischem Stoff !

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■

bestehen und daß das elektromagnetische Induktionsrührwerk
' einen Eisenkern mit einer Vielzahl tiefer, der Oberfläche des

Stranggußteils gegenüberstehender Nuten, sowie um den Eisenkern

j innerhalb des Fußteile der tiefen Nuten gewickelte Spulen und j ι . nicht-/ ;

ein Gehäuse aus magnetischem Stoff umfaßt, dessen Stirnteil

gegen den Stranggüßteil hin verjüngt ausgebildet ist und das
den Eisenkern und die Spulen schützt.. ;

Die Erfindung ermöglicht die Herstellung von Stranggußbrammen
hoher Güte, die eine Schicht gleichgerichteter Kristalle mit
gleichmäßiger Dicke symmetrisch zur Mittellinie der Bramme [ aufweisen.

Ausführungsformen der Erfindung werden im folgenden unter Bezugnähme auf die anliegenden Zeichnungen erläutert, in denen
j darstellen:

Fig. 1 und 2 Verteilungskurven des Kohlenstoff gehalts .

j in einer Bramme, · ;

j Fig. 3 eine Kurve zur Darstellung der Beziehung ι

zwischen dem Seigerungsgrad und der

Dendritenbildung,

Fig. 4- und 5 schaubildliche Darstellungen von !

Strömungsbildern der Rührströmung, '

Fig. 6 und 7 schaubildliche Darstellungen der jeweili- ^! gen Strömungsbilder bei C-Ebenenrührung, j

Fig. 8 eine schaubildliche Darstellung des . ΐ Strömungsbildes im Sinne der Erfindung, ₍

Fig. 9 ein Schwefelabdruck eines Stranggußbrammenquerschnitts, wo der Schmelzsumpf ; nach einem herkömmlichen Verfahren gerührt ist,

Fig. 10 ein Schwefelabdruck eines Stranggußbrammenquerschnitts , wo die Bramme nach
der Erfindung hergestellt ist,

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Fig. 11 eine elektromagnetische Rührvorrichtung nach der Erfindung zusammen mit der jeweiligen Strangschale in einem schematischen Schnitt,

Fig. 12 die grafische Beziehung zwischen der Dendritenlänge und der Zeitdauer des jeweiligen Stromdurchgangs in einer Richtung,

Fig. 13 ein Diagramm zur Erläuterung der Verzögerung der Geschwindigkeit der Schmelzenströmung infolge der Viskosität,

Fig. 14 ein Diagramm zur Darstellung der Beziehung zwischen der Geschwindigkeitsverzögerung und der jeweiligen Dauer des Stromdurchgangs in unterschiedlichen 'Richtungen,

Fig. 15 eine schematische Darstellung einer Stranggußanlage mit einem Rührwerk nach der Erfindung,

Fig. 16 eine perspektivische Ansicht des Hauptteils des elektromagnetischen Rührwerks in Fig.15»

Fig. 17 eine perspektivische Ansicht der Erregerspulen des Rührwerks nach Fig. 16,

Fig. 18 ein Blockschaltbild der elektrischen Schaltkreise des Rührwerks,

Fig. 19 eine geschnittene perspektivische Ansicht des Stranggußteils zur Erläuterung der Strömung in den Schmelzsumpf,

Fig. 20 eine teilweise geschnittene Seitenansicht einer Ausführungsform der Erfindung,

Fig. 21 einen vergrößerten Teilschnitt des Hauptkörpers des elektromagnetischen Rührwerks nach Fig. 20,

Fig. 22 einen Teilgrundschnitt des Hauptkörpers des elektromagnetischen Rührwerks nach Fig. 20,

Fig. 23 einen Querschnitt des Hauptkörpers des elektromagnetischen Rührwerks nach Fig. 20,

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Fig. 24- einen Querschnitt einer abgewandelten Aus- ; führungsform des elektromagnetischen Rühr- ι

j werks, ;

Fig. 25 einen schematischen Grundschnitt zur Erläuterung der Stromzufuhr zu den Spulen des j elektromagnetischen Rührwerks, ;

Fig. 26 eine schematische Ansicht von geteilten ;

Stützrollen im Rahmen der Erfindung, '

Fig. 27 einen Querschnitt durch eine geteilte Stützrolle im Rahmen der Erfindung, '

Fig. 28 eine Seitenansicht zu Fig. 27, [

Fig. 29 und 30 jeweils Strömungsbilder der Strömung \

in dem Schmelzsumpf, ^!

Fig. 31 und 32 jeweils Verteilungskurven des Kohlen- ; stoff-Schwefelgehaltres in Brammen, die
nach der Erfindung und ohne elektromagnetische Rührung hergestellt sind, ι

Fig. 33 Fotografien von Schwefelabdrücken in I Braimnenquerschnitten senkrecht zur Abzugs-

richtung der Brammen, ι

Fig. 34- einen vergrößerten Ausschnitt der Foto- '

grafien nach Fig. 33 '

Beim Stranggießen ist der Wärmeübergang senkrecht zur Abzugsrichtung des Gießteils weit größer als der Wärmeübergang in

Abzugsrichtung, so daß eine Seigerung in Dickenrichtung des ί

ί Gießteils auftritt. Fig. 1 zeigt ein Beispiel der Verteilungs- ί

j kurve des Kohlenstoffgehaltes in Dickenrichtung einer Strang- ■

; gußbramme aus üblichem Kohlenstoffstahl. In der Zeichnung ist :

J die Lage der Probenpunkte angegeben. Der Kohlenstoffgehalt im ! Mittelteil der Bramme, wo sich bei der Erstarrung der Schmelzsumpf befindet, beträgt 0,18 %. Dieser Wert liegt deutlich

über dem Wert von 0,10 % an anderen Stellen. Fig. 2 zeigt '

die Verteilung des Kohlenstoffgehalts in Abzugsrichtung des [

Stranggießteils, die im wesentlichen gleichbleibt. !

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In der folgenden Beschreibung ist auf eine Stahlschmelze mit zahlreichen Zusatzelementen Bezug genommen. Selbstverständlich ist die Erfindung auch bei allen anderen Metallschmelzen anwenbar. Die Größenbestimmung der Seigerungszone in einem Gußstück erfolgt nur selten durch Analyse der Bestandteile, sondern im allgemeinen durch eine Bestimmung aufgrund wahrnehmbarer Merkmale. Im folgenden wird die Seigerung mithilfe von Schwefelabdrücken bestimmt.

Im Hinblick auf die Erstarrungsstruktur wird die Seigerung als sehr groß angesehen, wenn die Dendritenbildung ansteigt und sich die Zone gleichgerichteter Kristalle zusammenzieht. Fig. zeigt die Beziehung zwischen dem Seigerungsgrad und der Fläche der Dendritenbildung in einer Ebene senkrecht zur Abzugsrichtung, die im folgenden als C-Ebene bezeichnet ist. Der
Seigerungsgrad ist dabei durch Größe und Form (ausgebreitete oder punktförmige Seigerung) im Zentrum eines Probekörpers
mithilfe eines Schwefelabdrucks abgeschätzt, womit das Flächenverhältnis der Dendritenbildung innerhalb der Gesamtfläche
dargestellt wird. Nach Fig. 3 hängt der Se'igerungsgrad etwa linear mit der Fläche der Dendritenbildung zusammen.

Wenn ein Gußstück mit einer breiteren Dendritenzone zu einem Walzerzeugnis gewalzt wird, können durch die Seigerungszone Fehler verursacht werden, etwa beim Schweißen dieser Platten und durch kleine Verwerfungen wie Wulstbildungen, insbes.
bei nichtrostendem Stahl, wenn dünne Bleche hergestellt werden. Solche Fehler aufgrund der Seigerung gehen hauptsächlich auf die Dendrite zurück. Die'Behandlungsbedingungen sind im Hinblick auf die Unterdrückung dieser Fehler untersucht worden. Beim Stranggießen ist es außerdem möglich, daß sich innerhalb des Stranggußteils bei der Erstarrung ein Temperaturgradient, ausbildet, wenn die Erstarrungsgeschwindigkeit durch zwangsweise Kühlung unter Verwendung von Kühlwasserschauern gesteigert wird. Dies kann zu einem Dendritenwachstum führen.

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j . - 10 - I

: ■ ■ j

j Deshalb ist es schwierig, das Dendritenwachsturn allein durch J ! Steuerung der Arbeitsbedingungen zu unterdrücken. j

Zur Unterdrückung des Dendritenwachstums sind verschiedene Ver- ι fahren vorgeschlagen worden, die zu einem Zerbrechen der Den- | driten unter Anwendung einer äußeren Kraft führen sollen.' Unter I diesen Verfahren ist die Verwendung elektromagnetischer Kräfte J

j am verbreitetsten. Es handelt sich dabei um das sogen, elektro- . magnetische Rührverfahren. f

Dieses Verfahren ist in zahlreichen Abwandlungen vorgeschlagen. ; Die Abwandlungen liegen in unterschiedlichen Strömunp-sbildern
der Metallschmelze, so daß das Strömungsbild als Kenngröße des ; elektromagnetischen Rührverfahrens in allen Fällen angesehen
j werden kann. Die Bemühungen gehen dahin, ein für den jeweiligen Anwendungsfall zweckmäßiges Strömungsbild zu erzeugen.

Die Strömungsbilder des gerührten ochmelz-sumpf es lassen sich i

im wesentlichen in zwei Gruppen einteilen. Die Strömungsbilder ι

der ersten Gruppe nach Fig. 4 haben den Geschwindigkeitsvektor ; der Hauptströmung parallel zur Abzugsrichtung des Gußteils
und sind als L-Ebenenrührung bezeichnet. Die andere Gruppe mit

Strömungsbildern nach Fig. 5 haben den Geschwindigkeitsvektor ;

der Hauptströmung senkrecht zur Abzugsrichtung des Gußteils

und werden als G—Ebenenrührung bezeichnet. Diese beiden Rührverfahren werden zur Erzielung einer gleichförmigen Verteilung ι der Erstarrungsstruktur durch Zerbrechen der Dendrite ange- ' j j wandt, die beim Erstarrungsvorgang der Metallschmelze gewachsen;

sind. · '■

Bei der Entwicklung der Erfindung wurden Versuche im Wasser- j tank und Versuche an Schmelzströmungen von Metallen mit niedri-I gern Schmelzpunkt durchgeführt. Weiter Versuche galten den ^! Rührverfahren, damit man die Einflüsse der verschiedenen : Strömungsmuster auf die Erstarrungsstruktur verstehen konnte. j

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Es haben sich folgende Ergebnisse herausgebildet.

Wenn bei der C-Ebenenrührung der Rührbereich ein großes Verhältnis von Breite zu Höhe von mehr als etwa 3 in einer bestimmten Richtung aufweist, und wenn vorzugsweise der Geschwindigkeitsvektor der Hauptströmung des Rührfeldes in der Ebene senkrecht zur Abzugsrichtung des Stranggußteils liegt, ergibt sich die Ausbildung von Sekundärdendriten oder Sekundär-j weißfallen nach Fig. 9 (dieses Weißband mit größerer Breite j wird auch als Weißbereich oder im Speziellen als Weißfalle '■ bezeichnet). Diese Sekundärbildungen erscheinen in der C-Ebene j

und verhindern, daß der gesamte Rührbereich in gleichgerichtete i. j !

Kristalle umgewandelt wird. Wenn das gesamte Verhältnis ■ j I

größer als 3 ist, läßt sich eine Umlaufströmung m innerhalb ; der C-Sbene gemäß Fig. 6 kaum noch erzielen, weil die Strömung I j der Metallschmelze innerhalb gewisser Grenzen parallel zur , j Breitenrichtung der Bramme verläuft und weil das bewegte Metall j j an die Schmelzschale der Schmalseite anstößt. Dadurch wird die Strömung divergent und wiederum nach unten und nach oben gemäß j Fig. 7 umgelenkt. Damit sich keine solche Strömung ausbilden ; kann, ist die wechselweise Umkehrung der Strömungsrichtung i nach entsprechenden Zeitabständen wirksam. Damit allein läßt ! sich jedoch die Ausbildung einer Seigerungszone gemäß Fig. 9 ' nicht unterdrücken. Bei Blöcken, Knüppeln oder dgl., wo das genannte Verhältnis einen Wert nahe 1 hat, kann man eine [ gleichmäßige Verteilung der Erstarrungsstruktur durch ein \ j stabiles Rührfeld in einer festen Richtung erhalten. Dieses ist| ' auch durch wechselweise Umkehrung der Strömungsrichtung möglich,

j ' j

! In einer L-Ebenenrührung kann man eine ziemlich gleichmäßige ;

j Verteilung des Rührfeldes auch bei Brammen mit großem Breiten - . Höhen-Verhältnis im Vergleich zu der C-Ebenenrührung erzielen. | Deshalb läßt sich die Ausbildung der Weißzone bei der L-Ebenen- j rührung leichter unterdrücken. Dieses Rührverfahren hat jedoch . den Nachteil, daß die Temperaturverteilung in der Strömung j der !Metallschmelze ungleichförmig wird, weil eine Vermischung '"

! -12-

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! mit der Strömung der in die Kokille eingeschütteten Metall-
! schmelze erfolgt. Vorfallem erfolgt eine Vermischung mit der

! Metallschmelze, die aus einem untergetauchten Rüssel austritt,
ι

¹ was neuerdings beim Stranggießen in zunehmendem Maße der Fall

ist. Deshalb muß die I-Ebenenrührung in einem solchen Bereich j

erfolgen, daß kein Einfluß der genannten Strömung möglich ist, ί

ι insbes. kein Einfluß, der aus einem Rüssel austretenden Metall- ' schmelze. Technische Stranggußanlagen haben eine große Anzahl

von Stützrollen in Abzugsrichtung, damit der Stranggußteil : beim Austritt aus der Kokille abgestützt wird. Die Anordnung

₍ der elektromagnetischen Erregerspulen und die stabile Er- '

I zeugung der elektromagnetischen Kraft ohne Beeinträchtigung

! dieser Abstützrollen ist nach dem Stand der Technik unmöglich. ,

• ■ i

! Das sekundäre Weißband bildet sich aufgrund des nach oben ge- ί j richteten Anteils der Strömung, der sich von der Hauptströmung
j der bewegten Metallschmelze aufgrund des Anstoßens an die

j Strangschale abspaltet. Wenn der nach oben gerichtete Anteil [ größer wird, so daß der Abstand 1 in Fig. 7 größer wird, werden
auch die sekundären Weißfallen größer. Zur Unterdrückung der

\ I

Ausbildung von sekundären Weißfallen muß der nach oben ge- ;

¹ richtete Strömungsanteil möglichst in einem schmalen Bereich ^:

^! längs der Innenfläche 2 der Strangschale 1 gehalten werden, '

j wo das Weißband auftreten kann. Man muß die Verhältnisse also ι

! ι

j so einrichten, daß der Abstand 1 in Fig. 7 verkürzt wird, indem !

j der nach unten gerichtete Strömungsanteil in der Nähe der !

! Strangschale längs der Schmalseite der Bramme in der Nähe des j

Divergenzpunktes der anstoßenden Strömung in einen nach oben j

ί gerichteten Strömungsanteil umgewandelt wird. Zwar wird !

dadurch das Weißband etwas größer, doch läßt sich die Größe ;

I leicht in einem solchen Ausmaß beherrschen, daß die Güte des '

Gußstücks nicht leidet.Für die Bildung von Sekundärdendriten j

muß man berücksichtigen, daß der Sekundärdendrit, der als | Ausdehnung des Primärdendrits aufzufassen ist, inform von

langen Nadeln gebündelt mit einem Band im Mittelteil auftritt. J

ί Derselbe kann sich bei kleiner Rührkraft leicht axisbilden, ',

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1 .-15- j

wenn die Rührkraft sehr klein wird. Der Schmelzsumpf bewegt
sich dann als Ganzes, wo die einzelnen Bereiche ihre Lage
gegenüber anderen Bereichen nicht ändern, so daß die Rühr-

wirkung ungenügend wirksam ist. Hierdurch wird Senkundärdendrit j ι

j gebildet.
! j

j Wenn andererseits die Rührkraft zunimmt, wird der anfängliche
Sekundärdendrit durch eine andere Ausprägung von Sekundärdendrit ersetzt, so daß Sekundärdendrit auch weiterhin vorhanden ist.
Dieses ist im Rahmen der Erfindung sehr wichtig. Nach'Fig. 7
verzweigt sich die Strömung der bewegten Metallschmelze in einen aufwärts gerichteten und einen abwärts gerichteten Anteil, wenn j die Strömung an die erstarrte Strangschale anstößt. Die Metall- J schmelze, die durch die nach oben gerichtete Strömung mitgeführt wird und vergleichsweise hohe Temperatur hat ,fließt dann
in der Hauptströmung der gerührten Metallschmelze nach unten.

j Da kein vollständiger Temperaturausgleich zwischen dem Metall- !

sumpf, der infolge des Umrührens eine vergleichsweise niedere j Gleichgewichtstemperatur hat, und dem von oben nach unten ge-

richteten Strömungsanteil mit vergleichsweise höherer -Temperatur; erfolgt, führt die Vermischung dieser beiden Strömungsanteile j

j zu einem Temperaturgradienten, der das Wachstum von Dendriten ι

begünstigt. Der nach unten gerichtete Strömungsanteil im An- ! stoßpunkt wird nicht so sehr wie der nach oben gerichtete

Strömungsanteil beeinflußt. Eine Schwierigkeit tritt dann auf, ,

wenn die Masse dieses Strömungsanteils so groß ist, daß sie ;

!den nach oben gerichteten Strömungsanteil beeinflußt. ■

Die Erfindung erstrebt eine gleichförmige Verteilung der Er- i s tar rungs struktur, die frei von sekundären Y/eißbändern und auch

frei von Sekundärdendriten ist. Beide Bestandteile beruhen

! auf dem nach oben gerichteten und dem nach unten gerichteten ;

Strömungsanteil, der sich bei einer C-Ebenenumrührung aus der j

Hauptströmung beim Anstoßen an die erstarrte Strangschale aus- |

bildet. Zu diesem Zweck muß der Geschwindigkeitsvektor dieser I

Hauptströmung des gerührten Metallsumpfes innerhalb der C-Ebene j

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liegen. Die Rührung muß so erfolgen, daß sich die Gesamtheit ! des bewegten Metallsumpfes innerhalb des Rührbereichs bewegt. '

ι Die Geschwindigkeit der Hauptströmung 5 in dem Metallsumpf muß j größer, bspw. mehr als zehnmal so groß wie die Geschwindigkeit j der Eirgießströmung 4 aus dem eingetauchten Rüssel 3 gemäß· j Fig. 8 gemacht werden, damit die Störung der Rührströmung durch ' die Strömung 4 vernachlässigbar ist. Eine mehr als zehnmal so ! große Rührströmung läßt sich deshalb leicht erreichen, weil
eine Rührgeschwindigkeit von 2 m/sec im T.eistungsbereich eines
üblichen Rührwerks liegt und weil die Ausgießgeschwindigkeit ^!

aus dem Rüssel entsprechend der Form des Rüssels auf jeden ge- j wünschten Vvert eingestellt werden kann. Die Ausgießgeschwindig-

j keit bei üblichen Stranggußanlagen ist auch für ;

Brammen großer Abmessungen kleiner als 0,1 m/sec. Da jedoch \ die Abzugsgeschwindigkeit der Gußteile zwischen 1/30 und 1/80 ι des genannten Wertes liegt, ist es sichert, daß der Geschwindie--¹' keitsvektor der Hauptströmung 5 des gerührten Schmelzsumpfes j

nahezu innerhalb der C-Ebene liegt. j

Sodann muß die Geschwindigkeit der Hauptströmung 5 des gerührten! Metallsumpfes so eingeengt sein, daß die Strömung des gerührten ; j Metallsumpfes nicht über die Rührzone 7 hinausreicht, die j in einem geeigneten Abstand in Abzugsrichtung des Gußteils
vorgegeben ist. Die Größe der Rührzone wird entsprechend der
zulässigen Breite der 7/eißfallen begrenzt. Die Geschwindigkeit
der Hauptströmung 5 des gerührten Metallsumpfes wird so be- ■
messen, daß die Strömung innerhalb der Rührzone 7 bleibt. Die
Eingrenzung der Strömung innerhalb der Rührzone 7 ist eine
wesentliche Bedingung zur Unterdrückung der Ausbildung von
Sekundärdendrit aufgrund einer möglichen ungleichmäßigen Temperaturverteilung in dem Schmelzsumpf. Bei Wasser mit einer
kleinen Viskosität ergibt eine große Geschwindigkeit der Ilauptströmung ein Strömungsbild 6 nach Fig. 8 inform einer Schleife,
so daß eine Einengung der Rührzone 7 schwierig ist. In einer
Metallschmelze mit großer Viskosität läßt sich die Rührzone 7

ι doch vergleichsweise einengen. Damit man in der Rührzone 7 [ zu einem gleichmäßigen Umrühren kommt, muß man auch einen sol- ! ch'en Bereich ausbilden, der durch das Rühren nicht zum Strömen j gebracht wird, nämlich eine Totzone. Ein weiterer Gesichts- i punkt ist der Abstand von der Kokille zu der Lage der Rühr- ' einrichtung. Dabei muß man die jeweilige Metallschmelze berücksichtigen, die Leistungsfähigkeit des Rührwerks und andere J Kenngrößen der Stranggußanlage. Damit man eine kleine Größe j

j der Dendriten erzielt, soll das Rühren an einer Stelle erfolgen,' wo die Strangschale noch so dünn wie möglich ist, also in der j Nähe der Kokille. Da andererseits das Rühren in der Nähe der | Kokille durch das aus dem Rüssel einströmende flüssige Metall !

; beeinflußt wird, wird damit die Bildung von Sekundärdendrit j wahrscheinlicher. Die Erfindung ermöglicht es, die Geschwindig- J keit der Hauptströmung der gerührten Metallschmelze zu erhöhen, ^

wodurch der Einfluß der eingeschütteten Metallschmelze herab- ι gesetzt wird. Damit kann das Rühren sehr nahe an der Kokille !

erfolgen. j

Im folgenden soll der Erfindungsgedanke anhand eines Ausführungsbeispiels erläutert werden. Der Gußteil ist eine Bramme ! mit 210 mm Dicke und 2050 mm Breite aus Schiffbaustahl der '

Bezeichnung 41 EK, v/elcher die Zusammensetzung 0,15 % C, j

0,80 % Mn, 0,2 % Si, Rest Eisen hat. Die Stranggußanlage hat ;

einen 10,5 R-Niederkopf. Der elektromagnetische Wanderfeld- i

j generator arbeitet mit einer Frequenz von 8 Hz. I

i' ι

j !

In dem betrachteten Beispiel erstreckte sich die Rührzone etwa '

300 mm von dem Zentrum des Wanderfeldgenerators. Ein Wander- j feldgenerator wurde einerseits in einem Abstand von 5 m von

der Kokille und unmittelbar unterhalb der Kokille angeordnet. \

Diese beiden Stellungen dienten Vergleichszwecken, damit der '

Einfluß der aus dem Rüssel ausströmenden Metallschmelze auf J

die Rührströmung in den verschiedenen Stellungen erfaßt werden j konnte. Die Richtung der Hauptströmung der umgerührten Metall- j schmelze war in zwei Strömungsrichtungen möglich, nämlich j

abwechselnd in bestimmten Zeitintervallen in einer Richtung
lind der entgegengesetzten Richtung. Bei der C—Ebenenrührung
wurde das zuvor beschriebene Strömungsbild angewandt, da es
mit der benutzten Einrichtung schwierig war, eine schleifenförmige Strömung der gerührten Stahlschmelze zu erhalten.

Aufgrund der durchgeführten Versuche beruhen unterschiedliche
Ergebnisse auf unterschiedlichen Stromkurven für den Wanderfeldgenerator. Wenn die Stromkurve einen günstigen Verlauf
hatte, brachte der Versuch Erfolg und lieferte eine Bramme mit
gleichförmiger Erstarrungsstruktur ohne Bildung von Sekundärweißfallen oder Sekundärdendrit. Fig. 10 zeigt einen Schwefelabdruck einer solchen Bramme. Der Unterschied in der Lage des
elektromagnetischen Wanderfeldgenerators führte nur zu einer
unterschiedlichen Dendritenlänge.

Im folgenden werden die Ergebnisse von Untersuchungen eines
elektromagnetischen RührVerfahrens dargestellt, das die Aus-[ bildung des Weißbandes unterdrückt und auch die Seigerungszone
! innerhalb des Gußteils bei der Erstarrung herabsetzt. Dabei
nimmt auch die dendritische Zone ab. Diese Untersuchungen
zeigen deutlich eine Möglichkeit an, die Strömung der gerührten Metallschmelze durch die Energiezufuhr zu steuern.

Fig. 11 zeigt eine Rohranordnung im Rahmen der Erfindung, wo ;

j der Schmelzsumpf eines Stranggußteils, bspw. einer Bramme !

gerührt wird. Innerhalb der bereits erstarrten Strangschale 1 !

befindet sich der noch flüssige Schmelzsumpf 8. Längs einer | Breitseite des Gußteils ist ein elektromagnetischer Rührer 9

angeordnet, der mit vielphasigem Wechselstrom gespeist wird. \

Entsprechende vielphasige Wicklungen von Spulen sind um einen ]

Eisenkern gewickelt, so daß man in einer dadurch festgelegten ,

Richtung, nämlich der Breitenrichtung der Bramme ein elektro- i

j magnetisches Wanderfeld erhält. Dieses setzt die Metallschmelze j

in einer Richtung senkrecht zur Abzugsrichtung des Gießteils J

in Bewegung. Der elektromagnetische Rührer kann auch so ange- j

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ordnet sein, daß die Strömung in gleicher Richtung wie der Abzug des Gießteils erfolgt. Die Lage des Rührers 9 ist geeignet ausgewählt unmittelbar unterhalb der Kokille und dem Endpunkt der Erstarrung des Gießteils.

Die Stromzufuhr zu dem elektromagnetischen Rührer 9 erfolgt j durch einen Strom in einer Richtung, im folgenden als positive | Ricircur-g "cezeichnet, und- sodann in ungekehrter Kiclitung. Da- ^: durch wird entsprechend die Richtung des elektromagnetischen Wanderfeldes nach Fig. 11 derart umgekehrt, daß die Stromzufuhr zunächst das elektromagnetische IVanderfeld in der Richtung R und sodann nach Umkehrung das elektromagnetische Wanderfeld in umgekehrter Richtung L erzeugt. Die Einengung j der Rührzone 7 ist sehr wirkungsvoll. Damit die Zone in der

j Nähe der Schmalseite der Strangschale 1, wo die Gesamtströmung innerhalb des Schmelzsumpfes 8 anstößt, in eine Zone einer j Trägheitsströmung umgewandelt wird, wird die Gesamtströmung des Schmelzsumpfes 8 so beeinflußt, daß sie so sanft wie möglich auf die Schmalseite der Strangschale aufstößt. Denn ! der unter dem Einfluß des Schubes der elektromagnetischen j Kraft gegen die Schmalseite des Gußteils hinströmende Schmelz- j S sumpf 8, fließt aufgrund der Trägheit in der Richtung der j ■ elektromagnetischen Kraft weiter, wenn diese Kraft bereits , j verschwunden ist, so daß die fortdauernde Strömung sanft gegen j j . I

] die Schmalseite der Strangschale 1 stößt. ;

t ι

ί ' i

j Nach Fig. 25 erzeugt die Erregung der Spulen in Richtung Up, j Zp einen Schub in Richtung R, der in ausgezogenen Linien ein- ι j gezeichnet ist und der eine Strömung des Metallsumpfes be- j ι wirkt. Sobald jedoch die Strömung in Gang gekommen ist, werden die weiteren Spulen zwischen Z_x, und U_x, nicht mehr erregt, so daß die Stahlschmelze aufgrund ihrer Trägheit in Richtung R . weiterströmt, wie dies durch gestrichelte Linien angedeutet ist. Infolgedessen tritt die Strömung innerhalb der Fläche A sanft auf die Schmalseite der Strangschale auf. ■

: Die Erregung der Spulen in Richtung U^, Z- erzeugt einen

ι Schub in Richtung L, der die in ausgezogenen Linien eingezeichnete Strömung innerhalb der Stahlschmelze bewirkt. Sobald

j sich diese Strömung ausgebildet hat, werden jedoch die weiteren!

^! Spulen zwischen Z₂ und U₂ nicht mehr erregt, so daß die Stahl- ', schmelze aufgrund' ihrer Trägheit in Richtung L weiterströmt, ' wie es durch gestrichelte Linien angedeutet'ist. Die Strömung j trifft dann innerhalb der Fläche B sanft auf die Schmalseite ' der Bramme auf. . j

Diese sanfte Anstoßen der Strömung der Stahlschmelze innerhalb ^; der Flächenbereiche A bzw. B an den Schmalseiten der Bramme . schließt ein Zerbrechen oder eine breite Divergenz der Haupt- ; strömung nach oben und nach unten aus. Infolgedessen ermög- | licht dieses Anstoßen ein Umrühren des Schmelzsumpfes innerhalb einer eingegrenzten Zone. Dabei wird in der Nähe der ' Flächenbereiche A und B im wesentlichen kein Weißband erzeugt, ι

so daß man eine Bramme hoher Qualität erhält. Wenn die Stahl- ₍

schmelze durch Erregung des oberen elektromagnetischen Rührers ; in Richtung U₂, Z₂ und des unteren elektromagnetischen Rührers ; in Richtung U^,, .Z^, in Umlauf gesetzt wird, was nach Fig. 25
durch entsprechende Verdrahtung der Spulen möglich ist, kann j man die Stahlschmelze innerhalb eines begrenzten Bereiches ! umrühren, ohne daß die Gefahr eines Ausbrechens des Schmelz- j sumpfes in den Bereichen A und B auftritt. Es fällt auch eine
breite Divergenz der Hauptströmungen der umgerührten Stahlschmelze in Fortfall. U^, U₂, Z^,, Z₂ in Fig. 25 zeigen jeweils
Anschlüsse einer Phase von Dreiphasenspulen. Der dargestellte
Rührer wird also mit dreiphasigem Wechselstrom gespeist. Der
Aufbau der Spulen für die Anwendung von dreiphasigem Wechsel-

j strom ist in Fig. 17 dargestellt, so daß eine entsprechende

Darstellung in Fig. 25 fehlt.

ί Nach den beschriebenen Verfahren kann die Stahlschmelze inner-

halb des Schmelzsumpfes 8 zu einer geradegerichteten Strömung

nach Fig. 29 oder einer ellyptischen Strömung nach Fig. 30

TÖ98447Ö62

2401H5

angelegt werden. Der Schub innerhalb des Schmelzsumpfes soll so eingestellt werden, daß die Strömung der Bedingung a ^- b χ 3 j genügt, worin a die Länge der Trägheitsströmung für den Fall einer ellyptischen Strömung ist. Für den Fall einer geraden Strömung soll die Beziehung a ^ b χ 10 erfüllt sein. Diese Festlegung des Verhältnisses zwischen Länge a der Trägheitszone und Dicke b des Schmelzsumpfes auf einen Wert von mehr als 3 beruht darauf, daß ein kleinerer Wert nicht zu einer fühlbaren 'Verwischung der Seigerung führt, so daß die Gefahr besteht, daß die Zugfestigkeit einer dicken Platte partiell merk-j lieh herabgesetzt wird, wenn dort eine Weißfalle entsteht. Die j Obergrenze des Verhältnisses zwischen der Länge a der Trag- , heitszone und der Dicke b des Schmelzsumpfes ist nicht kritisch: da sie weitgehend von der Wirksamkeit des elektromagnetischen j Rührers abhängt. Wenn dieser Wert zu hoch festgesetzt wird, j daß die Rührkraft infolge der Anordnung kurz wird, damit man | einen genügend großen Effekt über diese kurze Länge erzielt, kann man mehrere elektromagnetische Rührer in Abzugsrichtung der Bramme anordnen. Andererseits kann man auch die Länge a verkürzen und einen großen Schub anwenden, dessen Richtung häufig umgekehrt wird. Dieses ist jedoch nicht in allen Fällen zu empfehlen, weil Schwierigkeiten im Betrieb auftreten können

Wenn in Abzugsrichtung des Gußteils eine Mehrzahl elektromagnetischer Rührer angeordnet ist, muß der oberste Rührer, der. sich in der Nähe der Kokille befindet, zur Erzeugung der genannten Schubwirkung innerhalb des Metallsumpfes benutzt werden. Beim Stranggießen von Stahlbrammen kann man Brammen so hoher Qualität erhalten, daß eine Schicht gleichgerichteter Kristalle in gleichförmiger Dicke symmetrisch zur Mittellinie der Bramme bezogen auf die Dickenrichtung vorhanden ist, wenn man den Schmelzsumpf in Breitenrichtung der Bramme in einer Ebene senkrecht zur Abzugsrichtung mithilfe eines elektromagnetischen Rührwerks rührt. Dabei ist es wichtig, daß die j Strömungsgeschwindigkeit der Metallschmelze vor dem -Anstoß an I die Strangschale auf der Schmalseite der Bramme geregelt wird, ι

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2407 745 ι

Die Differenz zwischen der Temperatur der Stahlschmelze unmittelbar vor dem Eingießen in die Kokille und der Temperatur
auf der Liquiduslinie der Stahlschmelze soll vorzugsweise j kleiner als 100 °C sein. j

Fig. 12 zeigt die Ergebnisse von Versuchen über den Zusammen- I

hangjzwischen der Änderung der Dendritenlänge in der Er- ■

Starrungstruktur des Gußteils in Abhängigkeit von der Um- !

s.chaltdauer des Stromeingangs zwischen der positiven Strom- ' richtung und der umgekehrten Stromrichtung, wobei jeweils die

Zeitdauer für einen Stromeingang der jeweiligen Richtung ange- ! j geben ist. Die Zeit tp für den Stromeingang in positiver

! Richtung und die Zeit tn für den Stromeingang in umgekehrter ι

! Richtung sind normalerweise gleich groß, also tp = tn. Auf j

j der Abszisse ist in Sekunden die Zeitdauer für eine Umschalt- ,

j periode angegeben. Der Abszissenwert "20 see" bedeutet also | ! einen Stromeingang in positiver Richtung tp = 20 see, danach

i

j eine Umschaltung in entgegengesetzter Richtung während einer
Zeitdauer tn = 20 see. Nach Fig. 12 führt eine Vergrößerung , der Eingabedauer zu einem Aufschmelzen von Kristallen infolp:e j der Strömung in dem gerührten Schmelzsumpf, zu einem Auf- > brechen der Dendrite in kürzere Abstände, bis zu einem ge- ι

/keine
wissen 'A^rert der Eingangsgröße, worauf im wesentlichen Änderung !

! der Dendritenlänge erfolgt. Dieser Wert ist der kritische ;

j Punkt Tc. Aufgrund der durchgeführten Untersuchungen hat der _: ; ι

j kritische Punkt Tc nichts mit der Eingangsgröße zu tun. Er

ändert sich in Abhängigkeit von der Viskosität und der Art
des geweiligen Stahles.

Fig. 13 zeigt schematisch die Geschwindigkeitsverzögerung der
j Stahlströmung aufgrund der Viskosität der Schmelze. Auch
wenn die für die Eingangsgröße vorgeschriebene Geschwindigkeit stufenweise aufgeprägt wird, benötigt die Stahlschmelze
in Normalzustand eine Verzögerungszeit T^, bevor die Geschwindigkeit den Sollwert erreicht, weil die Viskosität

.- 21 -

dem einen Widerstand entgegengesetzt. Diese Verzögerungszeit
T_D kann mit der kritischen Zeit Tc nach S¹Ig. 12 gleich angenommen werden. In üblichen Grenzen im Hinblick auf die Stahlzusammensetzung, die Eingangsgröße und andere Faktoren liegt
die kritische Zeitdauer Tc im Bereich zwischen 5 und JO see.

Die BeZiehung zwischen der UmschaltZeitdauer der Strom-

richtungen und der Geschwindigkeitsverzögerung der Strömung |

der Stahlschmelze ist anhand der Fig. 14 erläutert. Fig. 14- a ι

gilt für den Fall, wo die Umschaltzeit^größer als die Ge- ■

schwindigkeitsverzögerung der Stahlschmelzenströmung ist. \

Fig. 14 b gilt für den Fall, wo die Umschaltzeit gleich der !

Geschwindigkeitsverzögerung der Schmelzenströmung ist. Fig. I

14 c schließlich gilt für den Fall, wo die Umschaltzeitdauer '

kürzer als die Geschwindigkeitsverzögerung der Stahlschmelzen-| strömung ist. Da sich nach Fig. 14 a die Stahlschmelze während, einer bestimmten Zeitdauer in einer festen Richtung bewegt, '< besteht die Möglichkeit, daß sich Weißfallen ausbilden. Wenn ; nach Fig. 14 c die Stromrichtung umgeschaltet wird, bevor : die Geschwindigkeit der Stahlschmelze den durch die Eingangs- j größe vorgegebenen Sollwert erreicht hat, kann das Zerbrechen ! der Dendriten fehlen, das an sich durch das Umrühren erwartet wird, Wenn nach Fig. 12 die Umschaltzeitdauer wesent- i

lieh größer als die kritische Zeitdauer Tc entsprechend der
ι ■ I

Fig. 14 a ist, werden Dendriten zerbrochen, doch eine Unter- ί drückung des Weißbandes fehlt. Wenn im Gegensatz dazu die ]

Umschaltzeitdauer wesentlich kleiner als die kritische Zeit-

dauer Tc entsprechend der Fig. 14 c ist, wird das Weißband
unterdrückt, doch die Sekundärdendritbildung läßt sich nicht
unterdrücken, weil die Eingangsgröße nur ein kleines Volumen
erfaßt.

Andererseits wird im Falle der Fig. 14 b die Metallschmelze
in demjenigen Zeitpunkt mit einem Schub in entgegengesetzter
Richtung beaufschlagt, wo die Geschwindigkeit den Sollwert
erreicht hat. Dies bedeutet eine große Rührkraft, wogegen die

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Gesamtbewegung der Stahlschmelze selbst gering ist. Die fiührwirkung in dem Bad ist also zum Zerbrechen der Dendriten und zur Unterdrückung der Ausbildung von 7/eißf allen wirksam. Daraus läßt sich schließen, daß das wirksamste Rührverfahren zur Unterdrückung von Weißfallen und zum Zerbrechen von Dendriten dasjenige ist, wonach die Umschaltzeitdauer der Stromrichtung gleich der Verzögerungszeit der Stahlschmelze aufgrund der Viskosität ist. Ein solches Rührverfahren bewirkt eine große Rührkraft, die im Zeitpunkt der Umschaltung zum Zerbrechen der Dendriten wirksam ist. Das Fehlen einer merklichen Umlaufströmung oder Gesamtströmung innerhalb der Stahlschmelze führt zu einer weitgehenden Unterdrückung von Weißfallen. Für normale Kohlenstoff- stähle und für Stähle mit sehr kleinem Kohlenstoffgehalt sind Zeitdauern tp und tn von 5 bis 30 see ausreichend.

Für die vorstehende Erläuterung war angenommen, tp = tn. Im Rahmen der Erfindung ist es auch zulässig, tp > tn zu machen, also die Zeitdauer des Stromdurchgangs ih umgekehrter Richtungkürzer als die Zeitdauer des Stromdurchgangs in positiver Richtung zu machen. Dies ist darin begründet, daß man eine ausreichende Rührkraft erhalten kann, wenn die Zeitdauer tp des Stromflusses in positiver Richtung der Geschwindigkeitverzögerung der Metallschmelzenströmung entspricht und wenn die Zeitdauer tn des Stromflusses in umgekehrter Richtung kürzer ist. Unter diesen Umständen kann man so gute Erzeugnisse erhalten, daß der nachteilige Einfluß der i/eißC allen, ■ die durch eine nicht so große Strömung in der Stahlschmelze gebildet werden, behoben wird. Wenn jedoch die Zeitdauer tn des Stromflusses in umgekehrter Richtung zu sehr verkürzt wird, überwiegt die Bildung von Vt/eißf allen, wodurch die Güte der Gußteile beeinträchtigt wird. Infolgedessen soll das Verhältnis tp/tn zwischen den Werten 1,0 und 3,0 liegen. Wenn das Verhältnis tp/tn den Wert 3 übersteigt, bilden sich */eißfallen in einem großen Ausmaß, die eine sehr starke Ver-

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schlechterung der Gußteile mit sich bringen, jedenfalls eine J stärkere Verschlechterung als zulässig ist.

Da.die Erfindung die Änderung der Stromrichtungen betrifft, sind Frequenz und Form des in dem elektromagnetischen Rührwerk benutzten Stromes vorgeschrieben; Man kann dabei auf solche Anordnungen zurückgreifen, die zum Umrühren einer Stahlschmelze im Normalzustand brauchbar sind. Ein solches Rührwerk kann beim Guß in Kokillen mit abgeschlossenem Kopf sowie beim Guß in Stranggußkokillen eingesetzt werden. Jedoch bei Stranggußkokillen lassen sich bessere Ergebnisse erwarten.

j Das Umrühren des Schmelzsumpfes nach der Erfindung bewirkt j ein Zerbrechen von Dendriten und eine Unterdrückung der Ausbildung von Weißfallen, so daß die Güte der Gußteile merklich verbessert wird.

Im Rahmen der Erfindung wird ein elektromagnetisches Wanderfeld benutzt, das durch einen vielphasigen Wechselstrom einer Frequenz von weniger als 20 Hz in einer Stellung zwischen einer Entfernung von 3 m unterhalb der Oberfläche des Metall- ! sumpfes in der Kokille und einer Entfernung von 60 % der Gesamtlänge der Stranggußanlage in Abzugsrichtung erregt wird. Dieses magnetische v/anderfeld dient zum Umrühren des Schmelzsumpfes innerhalb der erstarrten Strangschale. Unter der Gesamtlänge der Stranggußanlage ist der Abstand zwischen der Oberfläche der Kokille und der letzten Stützrolle verstanden.

Die Lage, wo der Schmelzsumpf des Gießteils gerührt wird, wird im Hinblick auf den Rühreinfluß innerhalb der Metallschmelze, - das Durchbrechen der Strangschale und den Platzbedarf des Rührwerks bestimmt.

Nach Fig. 15 ist eine solche Lage der Rührzone zwischen einem Abstand von 3 m von der Oberfläche des Schmelzsumpfes in der

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ί - 24- - j

Kokille und 60 % der Gesamtlänge der Stranggußanlage einer j

Anordmmg der Rührzone unmittelbar unterhalb der Kokille des- ;

halb vorzuziehen, weil dann nur in einem kleineren Bereich i

eine negative Seigerung erzeugt wird, was für die Verbesserung j

! der mechanischen Güte des Gußteils wichtig ist. Ein Anstieg j

ί der negativen Seigerung kann zur Ausbildung unerwünschter \

ι- Seigerungszonen führen. '

j j

I Da die Lage der Rührzone in einem Bereich sein muß, wo die i

j fcetallschmelze noch nicht erstarrt ist, muß die Rührzone ! j selbstverständlich auf dem Bereich zwischen der Oberfläche
des Schmelzsumpfes in der Kokille und dem Austritt der

j Stützrollen begrenzt sein. '

j !

i Alle Stranggußanlagen, einschließlich einer L-Typ-Anlage

i sind mit einer großen Anzahl von Stützrollen ausgestattet, ,

! die sich in geringem Abstand voneinander befinden, was für ,

die konstruktive Ausbildung des Rührwerks berücksichtigt wer- ^;

j den muß. ■ ι

Aus diesem Grund ist eine Lage zwischen der Kokille und einem
j Abstand von 3 m von derselben nicht zu empfehlen, da dann

¹ das Rührwerk schwierig zu überwachen und zu warten ist und ί

da die Möglichkeit von Durchbrüchen der Strangschale besteht, j

abgesehen von der Ausbildung einer negativen Seigerung. ί

Bei einer Lage unterhalb 60 jo der Gesamtlänge der Strangguß- !

anlage von der Oberfläche des Schmelzsumpfes in der Kokille :

aus gemessen besteht zwar keine Gefahr eines Durchbruchs, doch j

j beträgt die Dicke der erstarrten Strangschale mehr als 1/3 '

der Dicke des Gußteils. Die Viskosität des Schmelzsumpfes :

steigt infolge des Temperaturabfalls an. Infolgedessen ver- j

schlechtert sich die Rührwirkung plötzlich. Da außerdem der ^!

statische Druck der Metallschmelze mit zunehmender Entfernung !

von der Oberfläche des Metallsumpfes ansteigt, wird dann die i

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Einrichtung eines elektromagnetischen Rührwerks schwierig. !

Wenn die Rührζone sich innerhalb der Grenzen zwischen einem ι

Abstand von 3 m. von der Oberfläche des Schmelzsumpfes und ·

einem Abstand bis zu 60 -/Ό der Gesamtlänge der Stranggußanlage '

befindet, ist man im allgemeinen gegen einen Durchbruch der |

Metallschmelze durch die Strangschale geschützt. Die Dicke j der erstarrten Strangschale liegt zwischen 1/4 und 1/3 der

Dicke des Gußteils, so daß keine Gefahr eines Durchbruchs \ besteht, auch wenn eine starke Strömung der Byletallschmelze

'■ vorliegt. In diesem Bereich fällt die Temperatur der Metall- ■

schmelze ab, so daß die Viskosität höher als unmittelbar j

unterhalb der Kokille ist. Die Rührwirkung wird dadurch etwas j

j herabgesetzt. Dieser Verringerung der Rührwirkung kann man '

dadurch begegnen, indem man die Eindringtiefe der Rührkraft ,

des elektromagnetischen Rührwerks erhöht, indem man ein wirk- j sameres Strömungsmuster in der gerührten Metallschmelze anwendet, oder indem man zu anderen Maßnahmen greift.

Aus den genannten Gründen legt man die Lage des Rührwerks auf ₍

eine Stelle zwischen einem Abstand von 3 m von der Oberfläche j

des Metallsumpfes innerhalb der Kokille und einerStelle bis !

; zu 60 % der Gesamtlänge der Stranggußanlage fest. j

I- .1

j Wenn das Ziel des Rührens auf die Ausbildung einer Erstarrungs-J struktur aus gleichförmig verteilten gleichgerichteten Kri- , stallen beschränkt ist, kann das elektromagnetische Rührwerk I auch außerhalb des genannten Bereichs angeordnet werden, solang

es sich nicht zu weit auö dem genannten Bereich entfernt. j

! 7»ie bereits gesagt, steigt die Viskosität der Metallschmelze ; innerhalb des Bereichs an, so daß die Rührwirkung abnimmt. ' Diese Abnahme der Rührwirkung kann jedoch durch eine Erhöhung ■ der Sindringtiefe der elektromagnetischen Induktionswirkung I

kompensiert werden. Die Eindringtiefe der elektromagnetischen '

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2401HS !

■ -26- I

Kraft ist proportional 1/Frequenz des Erregerstromes. Je > kleiner also die Frequenz des Erregerstromes ist, umso größer ^: ist die -bindringtiefe und damit der erhaltene Rühreffekt. !

Ein herkömmliches Rührverfahren stellt die Frequenz des Er- ; regerstromes nicht in Rechnung. Diese Frequenz wird lediglich j roh auf einen wert kleiner als die Netzfrequenz (50 Hz oder 1 ι 60 Hz) festgelegt. Eine solche rohe Festlegung ist nicht zweck-i mäßig als Kenngröße für ein elektromagnetisches Rührwerk. ^!

Zur Festlegung der wirksamsten Rührfrequenz hat sich aufgrund
der durchgeführten Versuche ergeben, daß dieselbe kleiner als
20 Hz sein soll.Obgleich durch Anwendung einer noch niedrigeren Frequenz die Eindringtiefe der elektromagnetischen Kraft ver- i größert wird, setzt eine zu kleine Frequenz den Öchub zur Auslösung der Strömung in der Metallschmelze herab, so daß
eine zu starke Herabsetzung der Frequenz unzweckmäßig ist.
Infolgedessen soll die Frequenz größer als 1 Hz sein und vorzugsweise zweischen 4- und 15 Hz liegen.

Im folgenden wird eine weitere Ausführungsform der Erfindung ! zum Nachweis des günstigen Einflusses auf die Gußteile er- \ läutert. Fig. 33 zeigt ochwefelabdrücke eines Brammenquer-

i Schnitts in einer Ebene senkrecht zur Abzugsrichtung. Die ₍ obere Fotografie gehört zu einer Stranggußbramme, die ohne ι elektromagnetische Rührung hergestellt wurde; die untere
Fotografie gehört zu einer Stranggußbramme nach der Erfindung. ! Fig. 34- zeigt Teilvergrößerungen der Fotografien nach Fig. 33· I Die Gießbedingungen bei der Herstellung der Brammen waren ; folgende:

Brammengröße: Dicke 200 mm, Breite 2050 nun

Stahlzusammensetzung C 0,16 Gewichts->o,3i 0,24- Gewichts-;.?, ι Mn 0,71 Gewichts-^, T 0,018 Gewichts-%, S 0,012 Gewichts-?», j Rest Eisen und Verunreinigungen.
Die Stahlschmelze der- obigen Zusammensetzungen wird aus einem j

2A01H5 :

untergetauchten Rüssel eines Zwischenbehälters in die Kokille j geschüttet, die in sinusförmige Schwingungen versetzt war. Die ; S.tranggußanlage ist eine Vertikal-Biegeanlage mit einem i Radius von 10,4 m. Die Temperatur der Stahlschmelze in dem

Zwischenbehälter beträgt 15^2° C. Die Temperatur der Liquidus-

ο '

fläche der Stahlschmelze beträgt 1520 C. Die Ausgießtempera- | tür liegt damit um 22° C höher, so daß die Äbzugsgeschwindig- i keit des Gießteils auf 0,75 m/min eingestellt wird. |

Aus dem Zwischenbehälter wird die Stahlschmelze' zwei Stränge j

geteilt. Ein Strang der Anlage weist ein elektromagnetisches ; Rührwerk mit .einem so eingerichteten Linearmotor auf, daß

die Strömungsrichtung der Stahlschmelze alle 5 see umgekehrt !

wird. Die Stromfrequenz beträgt 8 Hz. Der andere Strang be- |

sitzt kein Rührwerk. Abgesehen von dem elektromagnetischen J

Rührwerk waren beide Stränge gleich aufgebaut. Die Rührung \

erfolgte an einer Stelle, wo der Schmelzsumpf eine Dicke von j

70 mm hatte. Die Länge der Trägheitsströmungszone wird auf j

700 mm eingestellt. Damit wird das Verhältnis zwischen diesen !

Werten 10. i

Die Fotografien der Pig. 33 und 34 zeigen, daß unter Anwendung,

einer elektromagnetischen Rührung in dem Bereich normaler !

Gießtemperatur, die als Temperatur der eingeschütteten Stahl- |

schmelze 5 bis 25 C höher als die Temperatur der Liquidus- j-

linie der Stahlschmelze ist, der Gußteil nach der Erfindung j

eine gleichgerichtete Erstarrungstruktur zeigte, die symme- ■

trisch gegenüber dem Zentrum angeordnet war. Dies gilt für !

die Vertikal-Biege-Stranggußanlage. . |

Die Dicke der gleichgerichteten Kristallschicht beträgt etwa j ein Drittel der Brammendicke. Nach der Erfindung wird die
gleichgerichtete Kristallstruktur zunächst auf der oberen
Oberfläche der Bramme gebildet, nämlich entsprechend der Ober-I seite der Fotografie. Die Stahlschmelze kann mit einer Tempera-j tür die 5 bis 40° C über der Temperatur der Iiquiduslinie j

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ι !

liegt, eingefüllt werden, so daß die Regelung der Gießtempera- j tür einfacher ist, was ebenfalls einen durch die Erfindung
bereitgestellten Vorteil darstellt. ·

In den Fig. 33 und 34 zeigen jeweils die oberen Fotografien j

Gußteile, die ohne elektromagnetische Rührung hergestellt sind.! Man erkennt jeweils im Mittelbereich ein Schwefelband. Nahe
der Oberseite der Bramme ist eine dendritische Struktur vorhanden. Die gleichgerichtete Kristallschicht macht nur etwa
1/6 der Brammendicke aus. :

j Die Fig. 31 und 32 zeigen jeweils den Seigerungsgrad des ι

! Kohlenstoff- und Schwefelgehalts in Dickenrichtung der Bramme

} und zwar jeweils für eine Bramme die mit elektromagnetischer i

j Rührung und eine Bramme die ohne elektromagnetische Rührung i

j hergestellt worden ist. Aus diesen Verteilungskurven erkennt ;

man deutlich den Einfluß der Erfindung.

Im folgenden wird in Einzelheiten ein elektromagnetisches | Rührwerk erläutert, das an einer L-Typ-Stranggußanlage zur i Herstellung von Stahlbrammen eingesetzt ist und die Anwendung
des Verfahrens der Erfindung ermöglicht. Die Stranggußanlage 11; nach Fig. 15 besitzt eine Kokille unterhalb der Auslaufrinne 13, des Zwischenbehälters 12. Eine Stahlschmelze wird aus einer ■ Gießpfanne 20 in den Zwischenbehälter 12 geschüttet und gelangt dann durch die Auslaufrinne 13 in die Kokille 14. Inner- , halb der Kokille 14 wird der Teil der Stahlschmelze, der mit j der Kokillenwandung in Berührung ist, abgekühlt und erstarrt j als dünne Strangschale,- die eine Bramme 21 mit einem Quer- | schnitt von 960 bis 2200 mm in Breitenrichtung und 180 bis ι 300 mm in Dickenrichtung begrenzt. Unterhalb der Kokille 14 : befindet sich eine Gruppe von Stützrollen 15, die in Abhängig- j keit von der Dicke der Strangschale und dem statischen Druck [

der Stahlschmelze einen unterschiedlichen Durchmesser haben, j damit ein Auseinanderdrücken der Strangschale verhindert wird.

Der Durchmesser der Stützrollen in der Nähe der Kokille -ist ! kleiner als derjenige der Stützrollen mit zunehmender Ent- | fernung von der Kokille 14. ■

Mithilfe der Stützrollen 15 wird die Bramme 21 mit einer Ge- ! schwindigk-eit zwischen 0,5 und 1,7 m/min abgezogen. Ein elektromagnetisches Induktionsrührwerk 31 befindet sich zwischen dem zweiten Segment 16 und dem dritten Segment der Gruppe von Stützrollen 15·. Dieses Rührwerk 31 befindet sich in einem Abstand von etwa 6 m unterhalb der Bodenflache der Auslaufrinne 13 des Zwischenbehälters. An dieser Stelle ist eic Paar Führungsrollen mit einem Durchmesser von 250 bis 300 mm herausgenommen und durch einen Erregerteil 32 des Rührwerks 31 ersetzt. Die Rollen 18 und 19 unmittelbar vor und hinter dem Erregerteil 32 bestehen aus nichtmagnetischem Stoff, insbesondere einem austenitischen, nichtrostenden Stahl. Dieser Stoff schließt eine Abschwächung der Rührwirkimg in der Stahlschmelze aus-, die sonst durch Absorption der elektromagnetischen Energie in solchen Teilen, insbesondere Stützrollen möglich wäre, die aus einem magnetischen Stoff bestehen.

Das Induktionsrührwerk 31 besteht hauptsächlich aus einem Erregerteil 32 und einer Stromquelle 41. Der Erregerteil 32 ist mit einem Eisenkern 33 aufgebaut, der etwa 10 bis 30 Schlitze 34 hat, in die Spulen 35» 36, 37 gewickelt sind. Ein Gehäuse aus nichtmagnetischem Stoff schließt den Eisenkern und die Spulen 35» 36, 37 ein.

Der Erregerteil 31 umfaßt zwei Baugruppen, die zu beiden Seiten der Bramme 21 angeordnet sind und dieselbe zwischen sich aufnehmen. Der Eisenkern 33 des Erregerteils erstreckt i sich über die Breite der Bramme 21. Diese Spulen 35» 36, 37 i sind auf den Eisenkern 33 in Breitenrichtung der Bramme gewickelt. Der Spalt zwischen der Oberfläche der Bramme 21 und dem Eisenkern 33 ist auf etwa 3 bis.5 mm eingestellt, damit

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■ -.jo- 2401U5

! einerseits der magnetische Widerstand des Spaltes nicht zu groß und andererseits eine unmittelbare Berührung zwischen Bramme 21 und Eisenkern 33 ausgeschlossen ist. Da der Erregerteil 32 in Dickenrichtung der Bramme 21 verschiebbar ist, kann der Spalt zum Ausgleich von Dickenänderungen der jeweils j hergestellten Bramme 21 eingestellt werden. Die Spulen 35» ' 36, 37 werden durch Widersfcandserwärmung sowie durch Strahlungqwärme von der Bramme 21 auf .eine hohe Temperatur erhitzt, so daß der elektrische Widerstand ansteigt und die Isolation ί verschlechtert wird. Um solche Nachteile auszuscheiden, sind i die Spulen 35» 36, 37 hohl ausgebildet, so daß ein Durch- ! strom von Kühlwasser möglich ist. In Fig. 16 erkennt man einen Kühlwassereinlaß 39 und einen Kühlwasserauslaß 40 für die ' Spulen.

Das Gehäuse 38 ist teilweise mit Wasser gekühlt, damit die ί Spulen 35» 36, 37 nicht überhitzt werden und auch keine Ver- ■' formung derselben möglich ist, Nach Fig. -18 umfaßt die Strom- , quelle 41 einen Eingangsteil für einen 3-Fhasen—wechselstrom i mit einer Spannung von 3»3 kV und einer Frequenz von 50 Hz. j Dieser Strom erreicht über eine Eingangsschaltstufe 42 einen [ Transformator 43, wo die Spannung auf 220 Y herabgesetzt wird. :

J Dann beaufschlagt der Strom einen Niederfrequenzgenerator 44, | - i

der einen 3-Phasen-Thyristor-Wandler oder einen mechanischen ι Wandler mit einem Synchronmotor enthält. Dort wird der Wechselstrom mit einer Frequenz von 50 Hz in einen Strom mit ' einer Frequenz von weniger als 20 Hz vorzugsweise mit 4 bis ; 15 Hz umgewandelt. Der Ausgang des Niederfrequenzgenerators 44- ' liegt an einem Frequenzwandler 45 an, damit der Strom in einen Strom mit einer bevorzugten Frequenz von weniger als ! 20 Hz umgewandelt wird. Der Ausgang des Frequenzwandlers 45 j beaufschlagt die Spulen 35» 36, 37 jeweils über einen automatischen thasenumschälter 46. ι

Die Umrührung des Schmelzsumpfes 23 der Bramme 21 erfolgt mi-thilfe des Induktionsrührwerks 21. Die Bramme 21 wird aus j

40 9 8 44 /Ö~6~2 9'

- 31 - 2ίΟ1Η5

der Kokille 14 durch die Stützrollen 15 nach unten abgezogen. Dabei wird die Bramme mit Wasser und Luft gekühlt, so daß die Strangschale 22 erstarrt. Wenn die Bramme 21 das elektromagnetische Rührwerk 31 erreicht, ist die otrangschale 22 auf eine Dicke zwischen" 40 und 6C mm angewachsen und schließt den Schmelzsumpf 23 ein.

In diesem Zustand tritt die Bramme durch das von den Spulen 35» 36, 37 erzeugte Magnetfeld. Nach Fig. 19 erzeugt der die \ Spule 35 durchfließende Strom I einen magnetischen Fluß φ. Entsprechend erzeugt die Spule 36 einen magnetischen Fluß φ¹, j Da der Erregerstrom I ein 3-Ihasen-WechseIstrom ist, verschiebt sich der Magnetfluß φ in Pfeilrichtung M nach φ¹. < Dieses ist einer virtuellen Verschiebung der Stahlschmelze23 in der Pfeilrichtung M¹ gleichwertig. Infolgedessen wird in der Stahlschmelze 23 ein Strom I' induziert. Dieser Induktions-jstrom I¹ und der Magnetfluß φ erzeugen eine elektromagnetische! Kraft F zwischen 20 und 40 mm Hd, die einen Schub auf die ; Stahlschmelze ausübt. ;

In Fig. 16 strömt die Stahlschmelze 23 unter·der Wirkung der : elektromagnetischen Kraft F in Pfeilrichtung A. .

i Die Eingangsströme für die Spulen 35) 36? 37 werden nach einer! bestimmten Zeitdauer umgekehrt. Jeweils nach der Umkehr strömt j die Stahlschmelze 23 in der Pfeilrichtung B. Dadurch wird die Stahlschmelze 23 innerhalb des Schmelzsumpfes durch periodische Umkehr der Strömungsrichtung gerührt. Bei diesem Rührvorgang hat der benutzte Erregerstrom eine niedrige Frequenz von !

4 bis 15 Hz, so daß eine elektromagnetische Kraft zwischen 1C j und 50 mm Hd in die Stahlschmelze 23 durch die Strangschale 22 hindurch eindringen kann, die 40 bis 60 mm dick sein kann.

Da die otrangschale 22 so dick ist, führt die Strömung der Metallschmelze 23 nicht zu einem Durchbruch. Die Umkehr der Strömungsrichtung verstärkt die Rührwirkung in der Metall-

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2401 US

schmelze 23. Da die Strömungsrichtung der Metallschmelze 23 i nicht fest gegeben ist, läßt sich ausschließen, daß ein dyna- j

ι mischer Strömungsdruck zusätzlich auf den Anstoßteil der [ Strangschale 22 einwirkt. Infolgedessen besteht keine Gefahr ι einer Verformung der Bramme 21.

Das elektromagnetische Rührverfahren im Rahmen der Erfindung I

stellt eine hohe Eindringtiefe für die elektromagnetische !

Kraft sicher, so daß dadurch der Rühreffekt gesteigert wird. j Das Rührverfahren ist in einer Stellung anwendbar, wo die
Strangschale der Bramme bereits auf eine solche Dicke angewachsen ist, daß sie gegen ein Ausbrechen fest genug ist, soda.?

derartige Beschädigungen nicht zu befürchten sind. '■,

J Die Verbesserung der Rührwirkung wirkt sich im Sinne einer

! Unterdrückung der Seigerungszone und von Lunkern innerhalb '

j des Gußteils aus. i

Fig. 20 zeigt ein weiteres Induktionsrührwerk 50 aus zwei < Gegenstücken, die jeweils einen verjüngten Kopf haben und auf j entgegengesetzten Seiten der Abzugsrichtung angeordnet sind. j j Sehr dicht oberhalb und unterhalb des Rührwerks 50 sind kleinere! Stützrollen 55 vorgesehen. Ein Stranggußteil 56 wird zwischen ' den Stützrollen 57 sowie den kleineren Stützrollen 55 abge- ; zogen. Die Anordnung des Rührwerks innerhalb einer Strangguß- i anlage entspricht den vorstehenden Bemessungsregeln.

Nach den Fig. 21 und 22 besitzt das Rührwerk 50 jeweils einen j Eisenkern 51 mit tief eingeschnittenen Nuten für die Spulen- ! windungen der Spulen 52, die auf den Kern 51 gewickelt sind. ; Ein Gehäuse 5^ schließt den Kern 51 und die Spulen 52 ein und ' dient zum Schutz dieser Teile. Die tief eingeschnittenen Nuten ' ermöglichen es, daß der Eisenkern 51 möglichst nahe an die \ jeweilige Bramme herankommt und daß die Spulen 52 andererseits

möglichst weit von der Bramme entfernt sind. Infolgedessen I sind die Wicklungen der Spulen 52 möglichst gut gegen die hohe !

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Strahlungswärme der Bramme 56 geschützt. Dagegen ist der möglichst nahe an der Bramme stehende Kern 51 für die wirksame übertragung der Rührkraft ins Innere der Bramme günstig.

Dev Kopf des Kerns 51 is* "breit genug, um die Stützrollen in ίBreitenrichtung aufzunehmen. Die Schlitze sind so tief, daß I die dünnen Stützrollen 55 oberhalb und unterhalb des Kerns denj selben nicht berühren, wenn er mit den Spulen bewickelt ist. Das Gehäuse 54- zum Schutz des Kerns ist doppelwandig mit einer Innenwand 54- a und einer Außenwand 54- "b ausgebildet. Der: Zwischenraum zwischen diesen Wänden bildet einen Durchgang 53· Der einer Bramme 56 gegenüberstehende Kopfteil ist auf beiden Seiten unter einem spitzen Winkel verjüngt entsprechend der Form des Kopfes des Kerns 51 und der Spulenenden. Die dünnen Stützrollen 55 sind in die durch diese Form des Gehäuses 54-geschaffenen freien Räume eingelassen.

Das Gehäuse 5^- muß aus einem nichtmagnetischen Stoff bestehen, bspw. dem nichtrostenden Stahl 18-8, damit der Verlust der elektromagnetischen Rührenergie auf einem Minimum gehalten

wird. Unter den Bauelementen der Stranggußanlage nach der Er- ;

findung wie der Gruppe der Stützrollen und der Segmentrahmen j

zur Lagerung der Stützrollen sollen alle Teile in der IJähe des j

Rührwerks also die dünnen Stützrollen 55 _? der Tragrahmen 58 | und die seitlichen Stützrollen 55' gemäß Fig. 20 aus einem nichtmagnetischen Stoff sein. Der Bereich,in dem die Bauelemente'

aus nichtmagnetischem Stoff sein müssen, hängt von der Leistung j

und Größe des Rührwerks ab. Im Rahmen der Erfindung ist es <

als ausreichend anzusehen,· wenn alle Bauteile innerhalb eines ·

Abstandes von etwa 300 mm von der Oberfläche des Rührwerks j

aus nichtmagnetischem Stoff bestehen. Diese Bauteile sind in j

Fig. 20 schraffiert eingezeichnet. - . j

Die Anordnung der dünnen Stützrollen 55 oberhalb und unterhalb des Hauptkörpers des Rührwerks 50 ist so getroffen, daß der j Abstand zwischen aufeinanderfolgenden Stützrollen im Bereich

409844/06 2 9

ι des Rührwerks dergleiche oder noch kleiner als in den übrigen

j Teilen der Stranggußanlage ist. Dadurch kann das Rührwerk _;

! nicht nur näher an die Bramme herangebracht werden, sondern j auch in einem so kleinen Raumbereich·zwischen den Stützrollen ι 57 untergebracht werden, daß dieselben nicht anstoßen. Dadurch ' wirdein gleichmäßiger Betrieb ohne umfangreiche Änderungen ! der Stranggußanlage und ohne die Gefahr eines Durchbrechens ! der Strangschale ermöglicht. Der Durchmesser der dünnen Stützrollen beträgt etwa 1/2 bis 1/4 der anderen Stützrollen. Die ■

dünnen Stützrollen können in mehr als zwei Teile unterteilt ι

j werden, die jeweils unabhängig voneinander gelagert sind, je- j

doch vorzugsweise in einem gemeinsamen"Lagerteil aufgenommen j

werden. >

Tff9184k70629

24011«

Fig. 26 zeigt die Anordnung von geteilten Stützrollen mit geringem Durchmesser, die in Verbindung mit zuvor angeordneten Rollen mit größerem Durchmesser zum Einsatz kommen. Die vorhergehende Stützrolle 71 ist ungeteilt. Eine Mehrzahl Stützrollen 72 mit kleinerem Durchmesser sind in Achsrichtung geteilt, wobei die gesamte axiale Breite einer Gruppe von Stützrollen der axialen Breite der Stützrolle 71 entspricht, so daß diese Gruppe von Stützrollen 72 eine Stützrolle 71 ersetzen kann. Jede Stützrolle 72 ist einzeln gelagert, damit sie gewartet und ausgetauscht werden kann. Alle Stützrollen zusammen sitzen in einem Stützrahmen 75· Die Anzahl der Einzelrollen, in die eine Stützrolle mit kleinerem Durchmesser aufgeteilt ist, beträgt in Fig. 26 sechs. Doch hängt dies von der jeweiligen Breite des Gußteils und von anderen Parametern des Gußverfahrens ab. Die geteilten Einzelrollen können außer in einer geraden Linie auch in anderer Form etwa in zickzackförmiger Versetzung angeordnet sein. Die Stützrollen 72 sind mit ihren Achsen quer zur Abzugsrichtung des Gußteils ausgerichtet. Diese Abzugsrichtung ist in Fig. 26 durch Pfeil -N eingezeichnet. Dieses bedeutet normalerweise die Anordnung der Stützrollen 72 parallel zu einer Eichtung senkrecht zur Abzugsrichtung des Gußteils. Die Stützrollen können jedoch auch geneigt zur Abzugsrichtung angeordnet sein.

Diese Stützrollen 72 liegen über die Breite des Gußteils an demselben an und stützen dasselbe. Die Anordnung dieser Stützrollen 72 ist so, daß dieselben zusammen mit den Stützrollen größeren Durchmessers den Gußteil in Abzugsrichtung abstützen. Erforderlichenfalls kann man alle Kühlrollen, Stützrollen, Abzugsrollen, Richtrollen und dergleichen durch geteilte Stützrollen 72 ersetzen. Nach Fig. 27 umfaßt eine Stützrolle einen Rollenmantel 73 und eine Rollenachse 74-? die durch ein Gleitlager 76 gegeneinander abgestützt sind. Eine Mehrzahl von Dichtringen 77 befindet sich zwischen der Rollenachse 74- und dem Gleitlager 76. Die Rollenachse 74- ist an beiden Enden

A 0 9 8 4 UI0 6 79

Bereich des Rührwerks gleichmäßig abgestützt werden. Der Ab-

! _c 2401H5 ι

' ί

j fest in eine Gabel des otützrahmens 75 eingesetzt. Die Auf- j nahmen des Gabelteils des otützrahmens 75 uiid. die Enden der [ Rollenachse 74-, die ineinander eingepaßt sind, haben nach ' -'•'ig. 28 einen mehrkantigen oder rechtkantigen Querschnitt, j j damit die Halterung unter Formschluß erfolgt. Für die nicht— dargestellte Schmiermittelzufuhr zu den geteilten Stützrollen ist für jede Stützrolle eine gesonderte Leitung vorhanden. Dieses ist zweckmäßiger als ein Austausch der Stützrollen nache inander.

Der Durchmesser der Stützrollen 71 beträgt etwa 300 mm. Die Stützrollen 72 mit kleinerem Durchmesser haben einen Durchmesser von weniger als 120 mm. Die Länge einer Rollenachse 74 ist kleiner als 4-00 mm, wenn die Länge des Rollenmantels 73 kleiner als 300 mm ist. Damit die Stützrollen in der Nähe des elektromagnetischen Rührwerks nicht durch magnetische Kräfte erhitzt werden, bestehen die Rollenmäntel 73» die Rollenachsen 74- und die Stützrahmen 75 aus nichtrostendem Stahl, der auch nicht-magnetisch ist. Die Gleitlager 7& und die Dichtringe77 bestehen aus einem Werkstoff auf der Grundlage von hochfestem Messingguß, dem Graphit als Gleitmittel zugesetzt ist,und einem wärmebeständigen Nitrilkautschuk .

Aufgrund der konstruktiven Gestaltung der Stützrollen 72 mit kleinerem Durchmesser ist nach der Erfindung bei einer Stranggußanlage nur der Ersatz der betreffenden Stützrollen durch andere Stützrollen mit kleinerem Durchmesser erforderlich. j ienn die Stützrollen abgenutzt sind oder ausgetauscht werden \ sollen, ist diese Arbeit ohne Schwierigkeit und mit geringem '

Aufwand möglich. !

* j

Weil der Durchmesser der geteilten Stützrollen sehr viel ! kleiner als der Durchmesser der anderen Stützrollen oberhalb j und unterhalb des Rührwerks ist, kann der Gußteil auch im

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stand zwischen aufeinanderfolgenden Stützrollen in Abzugsrichtung des Gußteils ist auch im Bereich des Rührwerks klein, so daß ein Durchbrechen der Strangschale ausgeschaltet ist.

Die Stützrollen mit kleinem Durchmesser haben eine vergleichsweise kurze Achse, die für jede Stützrolle gesondert gelagert ist. Infolgedessen ist auch für einen breiten Gußteil die Stützkraft und der Änpreßdruck ausreichend. Dieses ist für den Abzuffsvorgang des Gußteils wichtig.

Infolge der Ersetzung von Stützrollen größeren Durchmessers durch die geteilten Stützrollen kann man eine Erleichterung der baulichen Arbeiten, insbesondere der Y/artungsarbeiten erwarten. Die Zeiteinsparung beträgt 1/6 bis 1/10. Die Erj findung stellt einen ausreichenden Abstützdruck zur Verfügung.

; Die Form des Kopfteils des Gehäuses 54 ist aus -Fig. 21 erkenn- ; bar. Dieser Kopfteil ist vorspringend oder konvex gestaltet. Außerdem ist der Kopfteil verjüngt.

Damit der gegenseitige Abstand der Stützrollen im Betrieb der Stranggußanlage den erforderlichen Kleinstwert hat und zur Herabsetzung der Energieverluste beim Rührvorgang auf einen Kleinstwert, muß man den Eisenkern 51 so nahe wie möglich an die Bramme 56 heranbringen. Deshalb muß die Breite des Eisenkerns 51 in Abzugsrichtung des Gußteils so klein wie möglich J sein, nämlich kleiner als 100 mm. Der Kopfteil des Eisenkerns 51 ist kammartig mit entsprechenden Zähnen ausgebildet und weist in Längsrichtung konkave Schlitze zur Aufnahme der Wick-

I
lungen der Spulen 52 auf. An der Spitze des Eisenkerns 51/j haben die Schlitze eine Tiefe von mehr als 100 mm, so daß Abstand zwischen der Spitze des Eisenkerns 51 und dem Vorderende der Spulen 52, die in die Schlitze gewickelt sind, mehr als 50 mm beträgt.

409844/0629"

- -38 -

! Das Gehäuse 54- hat i^m Kopfteil eine Breite von weniger als
100 mm, damit eine Anpassung an die Breite des Eisenkerns 51
erfolgt. Die Neigung der Kanten des Kopfes liegt zwischen 30
und 60°. Die Breite im Mittelteil des Gehäuses ist weniger als
350 mm. Der Durchmesser der kleinen Stützrollen 55 ist weniger

als 120 mm. . j

Nach Fig. 23 tritt Kühlmittel in den Kühlmitteleinlaß 59 ein i und strömt durch den Zwischenraum 53 zu dem Kühlinittelauslaß 60,j durch den es das Rührwerk 50 verläßt. Innerhalb der Trenn- j wand 54- a befindet sich ein trockenes Gas unter Druck, bspw. [ Stickstoff oder Luft, damit die Spulen- 52, der Eisenkern 51 !

und die anderen Einbauteile in einer trockenen Atmosphäre liesreri. Dieses Gas wird durch einen Gaseinlaß 61 in der Rückwand des !. Rührwerks zugeführt und strömt durch einen Gasauslaß 62 ab.

Wenn die Trennwand doppelwandig ausgebildet ist, nämlich mit ; einer Innenwand 5^-a ^urL(3· einer Außenwand 5^-b, darf die Verbindungsfuge dieser 7/andteile nicht auf der Seite der Bramme 56 > liegen. Verbindungsfugen, Einlasse, Auslässe und dergleichen
müssen auf der der Bramme 56 gegenüberliegenden Seite angeordnet sein.

j Man kann auch ein einschaliges Gehäuse 50 nach Fig. 24 einsetzen. Dann füllt das Kühlmittel das Gehäuse 63 unmittelbar aus und ; ist mit dem Eisenkern 51 und den Spulen 52 in Berührung. Als
Kühlmittel kann Wasser mit einer hohen Kühlwirkung eingesetzt j werden. V/egen der hohen Brammentemperatur muß das Kühlmittel ' unbrennbar sein, damit es sich im Falle eines Ausleckens nicht
entzündet. Damit keine Überhitzung des elektromagnetischen
Rührwerks 50 eintritt, auch wenn dasselbe während einer langen ! Betriebsdauer der Strahlungswärme von den Brammen 56 ausge- ; setzt ist, muß die Temperatur des Kühlmittels unter einem Grenz-' wert bleiben. Deshalb wird das Kühlmittel außerhalb des Rühr- ' werks 50 in einem nichtdargestellten Umlaufkühler gekühlt, be- ;

vor es wieder durch den Kühlmitteleinlaß 65 in das Rührwerk eingeführt wird. Das Kühlmittel strömt dann jeweils durch den j Kühlmittelauslaß 66 zu dem Kühler ab. S

j Das elektromagnetische Rührwerk kann an jeder Stelle einer ;

Stranggußanlage eingesetzt werden, solange dort ein Betrieb ! mit voller Leistung möglich ist. Eine Umkonstruktion der Strang-j

gußanlage ist nicht erforderlich, denn die geteilten Stütz- j

rollen mit kleinem Durchmesser lassen sich zusammen mit dem j Hauptkörper des Rührwerks an jeder Stelle einer vorhandenen' Stranggußanlage einbauen. Das Rührwerk ist besonders wärmebeständig. Die geteilten Stützrollen mit kleinem Durchmesser

gewährleisten eine Abstützung des Gußteils in gleichbleibendem \

Abstand in Abzugsrichtung, so daß der Gußbetrieb gleichmäßig ί

abläuft. !

Der Außenmantel des Rührwerks und der Bauteile in der Nähe j dieses Außenmantels besteht aus einem nichtmagnetischen Stoff, so daß der Wirkungsgrad der Rührung groß ist. Der 'Wirkungsgrad kann mehr als 90 % betragen. Dieser günstige Wirkungsgrad der Rührung erlaubt eine Herabsetzung der Leistungen und damit der Größe des Rührwerks. Die Gefahr einer Erhitzung anderer Bauteile durch einen Streufluß des Rührwerks wird dadurch herabgesetzt.

Das elektromagnetische Rührwerk nach der Erfindung ist im Außenteil von dem Kühlmitteldurchgang umschlossen und enthält im Innern ein trockenes Gas. Dies führt zu einer hohen Wärmebeständigkeit des Hauptteils des Rührwerks gegenüber der Strahlungswärme von dem Gußteil hoher Temperatur.

Es kann im Innern kein Kondenswasser auftreten. Eine gleichmäßige Strömung von Kühlmittel durch das Innere der Spulen verlängert die Lebensdauer derselben. Der Kopf des elektromagnetischen Rührwerks kann sehr nahe an die Oberfläche der

40984470629

Gußteile herangebracht werden, so daß eine geringere Rühr- ! energie für eine gleichgroße Rührwirkung erforderlich ist. Dieses ist u. a. für die hohe Qualität der Gußteile verantwortlich.

AO 9 8 44/06"? 9

Claims (1)

1. - 41 - j

   P atent ansprüche: 2401145 ·

   1. Verfahren zum kontinuierlichen Gießen, wonach eine Metall- j

   schmelze einer Kokille zugeführt wird, in der dieselbe durch '

   langsame Abkühlung erstarrt, wobei der Schmelzsumpf durch ein i

   elektromagnetisches Wanderfeld gerührt wird, damit man einen j

   Stranggußteil mit gleichmäßiger Erstarrungsstruktur aus im !

   wesentlichen vollständig gleichgerichteten Kristallen erhält, !

   und wonach der Stranggußteil im Maße der Erstarrung langsam j

   aus der Kokille abgezogen wird, dadurch gekennzeichnet, daß ;

   der Geschwindigkeitsvektor der Hauptströmung des gerührten ,

   Metallsumpfes in einer Ebene senkrecht zur Abzugsrichtung des j

   Stranggußteils eingestellt und daß die Gesamtströmung in dem | Metallsumpf möglichst innerhalb eines begrenzten Rührbereichs

   ■gehalten wird. · - J

   2. Verfahren nach Anspruch 1 zum kontinuierlichen Gießen eines !

   Stranggußteils mit großem Verhältnis von Breite zu Höhe, da- I

   ι ■ I j durch gekennzeichnet, daß der begrenzte Rührbereich für die

   ί Gesamtströmung so klein gehalten wird,daß der durch den Anstoß ;

   der Strömung der Metallschmelze an die erstarrte Strangschale j

   gebildete, nach unten gerichtete, divergente Strömungsanteil ' ;

   in einen nach oben gerichteten Strömungsanteil in möglichster j

   Nähe des Anstoßpunktes umgewandelt wird. I

   3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der j Geschwindigkeitsvektor der Hauptströmung des gerührten Metallsumpfes mehr als zehnmal so groß wie der Geschwindigkeitsvektor
   der Strömung der eingeschütteten Metallschmelze ist und in
   einer Ebene senkrecht zur Abzugsrichtung des Stranggußteils
   liegt und daß der begrenzte Rührbereich so klein gehalten wird,
   daß die durch den Anstoß der bewegten Metallschmelze an die
   Strangschale gebildeten, nach oben und nach unten gerichteten,
   devergenten Strömungsanteile in nach unten bzw. nach oben
   gerichtete StrömungsanteiJb umgewandelt werden, die in möglichster Nähe des Anstoßpunktes gehalten werden.

   409844/0629

   !4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekenn- , j !

   j zeichnet, daß die elektromagnetische Umrührung in einem Ab-

   I stand von der Oberfläche der Metallschmelze in der Kokille | I zwischen 3 m in Abzugsrichtung und 60 % der Gesamtlänge der j Stranggußanlage durchgeführt wird und daß ein magnetisches j

   Wanderfeld durch einen vielphasigen Wechselstrom einer Fre- ι I quenz von weniger als 20 Hz erregt wird. ,

   5. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 4-, dadurch gekennzeichnet, daß ein elektromagnetisches Induktions-Rührfeld ^!

   : für den Schmelzsumpf des Stranggußteils in unmittelbarer Nähe ;

   • einer Längsseite der Bramme erzeugt wird, wobei sich die Bramme '-zwischen zwei einander ergänzenden Induktionsfeldern befindet,
   daß oberhalb und unterhalb des Rührfeldes eine Abstützung der
   Strangschale durch kleinere Stützrollen erfolgt, damit der
   Abstand zwischen zwei aufeinanderfolgenden Stützrollen auch
   im Bereich des Induktionsfeldes gleich oder kleiner als der
   Normalwert ist, und daß das elektromagnetische Wanderfeld durch
   einen vielphasigen elektrischen Strom mit einer Frequenz von

   mehr als 20 Hz erregt wird,
   i

   j 6. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 5» dadurch gekenn-

   zeichnet, daß eine Frequenz des vielphasigen Wechselstromes ;

   ! von 4· bis 5 Hz angewandt, wird. ■ :

   i ■ ι

   i ;

   ! 7» Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das j

   i elektromagnetische Wanderfeld abwechselnd in entgegengesetzte j

   j Ausbreitungsrichtungen umschaltbar ist und daß für jede Be- j

   ίwegungsrichtung des Feldes'ein Erregerstrom von 5 bis 30 see ; ' Dauer zugeführt wird.

   ί !

   ! i

   ! 8. Verfahren nach Anspruch 7» dadurch gekennzeichnet, daß die j

   I Stromimpulszeit in einer Bewegungsrichtung im Verhältnis zu j I der entgegengesetzten Bewegungsrichtung zwischen 1,0 und

   3,0 liegt. ,

   2401U5

   9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Gesamt strömung des Metallsum.pf.es senkrecht zur Abzugsrichtung als Trägheitsströmung zum Anstoß an die Strangschale im Bereich der Schmalseite gebracht wird, damit j der Anstoß der Strömung an die Strangschale möglichst sanft erfolgt.

   10, Verfahren nach Anspruch 9_? dadurch gekennzeichnet, daß der Schub der Strömung des Metallsumpfes so eingestellt wird, • daß die länge A des Trägheitsströmungsbereichs und die Dicke B j des Trägheitsströmungsbereichs in dem Schmelzsumpf in der Beziehung A "^ B χ 3 stehen, jeweils für das oberste elektromagnetische Rührwerk und einer Vielzahl von Fuhrwerken, die in Abzugsrichtung des Gtranggußteils angeordnet sind.

   11i Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Beziehung zwischen den Größen A und B zu Λ >B χ 10 in dem Fall gewählt wird, wo die Strömung in Breitenrichtung der Bramme geradegerichtet ist.

   12. Stranggußanlage zur Durchführung des Verfahrens nach den Ansprüchen 1 bis 11, mit einer Kokille, daran anschließenden zahlreichen Stützrollen zum Abzug des Stranggußteils und einem elektromagnetischen Induktionsrührwerk, das möglichst nahe an der Oberfläche des Schmelzsumpfes des Jtranggußteils angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Stützrollen (57) sowie ein Tragrahmen (58) in <3.er Nähe des Induktionsrührwerks (50) aus nichtmagnetischem Stoff bestehen' und daß das elektromagnetische Induktionsrührwerk (50) einen Eisenkern (.51) mxt einer Vielzahl tiefer, der Oberfläche des Strang-! gu-ßteils gegenüberstehender Nuten, sowie um den Eisenkern j innerhalb des Fußteils der tiefen Muten gewickelte Spulen (52) und ein Gehäuse (5^0 ^aus nichtmagnetischem Stoff umfaßt, dessen; Stirnteil gegen den Stranggußteil hin verjüngt ausgebildet ist j und-das den Eisenkern.und die Spulen schützt. '

   2401H5

   ] 13. Stranggußanlage nach. Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet,

   i daß die oberhalb und. unterhalb des Induktionsrührwerks (;?0)

   i zunächst gelegenen Stützrollen (57) einen Durchmesser zwischen

   I der Hälfte und einem Viertel im Vergleich zu den anderen

   j Stützrollen (15) haben und daß der gegenseitige Abstand

   ! zwischen diesen Stützrollen (57) mit kleinem Durchmesser

   j gleich oder kleiner als der gegenseitige Abstand zwischen den

   I* anderen Stützrollen ist.
   I
   !
   14-, Stranggußanlage nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Stützrollen (72) mit kleinem Durchmesser in Achsrichtung unterteilt sind.

   15· Stranggußanlage nach einem der Ansprüche 12 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (54-) doppelwandig mit j einer Außenwandung (54- b) und einer Innenwandung (54 a) aus- ! gebildet ist und der Zwischenraum (53) zwischen der Äußen-

   wandung und der Innenwandung einen Durchgang für ein Kühlmittel bildet sowie daß der Innenraum innerhalb der Innenwandung mit einem Trockengas gefüllt ist.

   16. Stranggußanlage nach einem der Ansprüche 12 bis 15, dai durch gekennzeichnet, daß jede Spule einen hohlen Innenraum ! für den Durchfluß eines Kühlmittels aufweist.

   17. Stranggußanlage nach einem der Ansprüche 12 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (63) mit einem Kühl-

   i mittel gefüllt ist.

   18. Stranggußbramme, dadurch gekennzeichnet, daß innerhalb der Strangschale eine Schicht gleichgerichteter Kristalle mit gleichförmiger Dicke symmetrisch zur Mittellinie der Bramme vorhanden ist.