DE2641260C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Stranggießen von Metall mittels einer einen verhältnismäßig großen Quer­ schnitt aufweisenden Rechteck-Stranggießkokille der die Merkmale des Oberbegriffs des Anspruchs 1 aufweisenden Gat­ tung.

Beim Stranggießen besteht die Schwierigkeit, zum Zweck der Erzielung einer größtmöglichen Reinheit der Gußerzeugnisse und insbesondere einer glatten Gußhaut die Ausscheidung von Einschlüssen auf einem möglichst niedrigen Wert zu hal­ ten. Hierbei spielt die sich aufgrund der Beschickung der Kokille mittels einer oder mehrerer Düsen ausbildende Kon­ vektionsströmung des Metalls eine nicht unwesentliche Rolle, aufgrund deren die Einschlüsse in die Nähe der Oberfläche des Gießstrangs gelangen. Es kann daher die Oberflächenrein­ heit durch eine Steuerung der Konvektionsströmung verbes­ sert werden, wobei einem solchen Verfahren insbesondere beim Vergießen von Stählen mit niedrigem Kohlenstoff-Gehalt, denen zur Beruhigung Aluminium beigegeben wird, eine beson­ dere Bedeutung zukommt.

Bei Stranggießanlagen verwendet man zur Beschickung der Kokille in den Gießstrang eintauchende, aus feuerfestem Material bestehende Einfach- oder Mehrfach-Düsen, durch deren Strahlrichtung eine Strömung erzeugt wird, aufgrund deren Einschlüsse in die Schlackenschicht gelangen, in der sie festgehalten werden. Diese Beschickungsdüsen erfüllen ihren Zweck jedoch nur in unzureichendem Maße, so daß sch längs der Breitseitenwände einer Kokille Bereiche ausbilden, in denen waagerechte oder auch nach unten gerichtete Strö­ mungen vorherrschen, was es sehr schwierig, wenn nicht unmög­ lich macht, ein Ausscheiden der Einschlüsse nach oben zu erreichen. An diesen Stellen weist dann der Guß eine porige Oberfläche auf.

Bestimmten Düsen mit zwei Düsenöffnungen haftet beispiels­ weise der Nachteil an, daß sich zwischen ihnen und den Breit­ seitenwänden der Kokille eine solche tote Zone ausbildet. Andere Düsenformen haben wiederum den Nachteil, daß sich solche toten Zonen im Bereich der seitlichen Ränder einer Breitseitenwand ausbilden.

Aus der DE-OS 23 63 609 ist ein Verfahren zum Gießen von Metall bekannt, bei dem zur Erzielung eines homogenen me­ tallographischen Gefüges auf den aus der Kokille abgezogenen Gießstrang ein durch einen einzigen Magneten erzeugtes ma­ gnetostatisches Feld einwirkt.

Aus der DE-OS 24 01 145 ist des weiteren ein Verfahren be­ kannt, bei dem zur Unterdrückung des Dendritenwachstums unterhalb der Kokille ein horizontales Magnetfeld auf den innerhalb der bereits erstarrten Strangschale noch flüssi­ gen Schmelzsumpf einwirkt.

Schließlich ist auch aus der ASEA-Zeitschrift 1971 S. 107-116 ganz allgemein bekannt, mittels eines magnetischen Wander­ feldes auf die Qualität einer Schmelze einzuwirken.

Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, die Ausbildung solcher unregelmäßiger und ungleichmäßiger Strö­ mungen innerhalb des absinkenden Strangs zu vermeiden und den Einschlüssen über die ganze Breite der Kokille denselben gleichbleibenden Impuls zu erteilen.

Zu diesem Zweck sieht die Erfindung ein Verfahren vor, das die im Kennzeichen des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale aufweist. Zur Durchführung dieses Verfahrens dient gemäß der Erfindung eine Rechteck-Stranggießkokille, die die Merk­ male des Anspruchs 2 aufweist. Auf diese Weise ist es mög­ lich, die Auswirkungen des Magnetfeldes auf die Strömung entlang der ganzen Breite der Breitseitenwand zu modulie­ ren, um den hydrodynamischen Gegebenheiten der Beschickungs­ düse Rechnung zu tragen und gegebenenfalls durch sie hervor­ gerufene Ungleichmäßigkeiten auszugleichen. Die vorgenannten Verfahren werden insbesondere dadurch verbessert, daß zum Zweck der Ausscheidung von Einschlüssen mittels eines in mehrere Gruppen längs einer Breitseitenwand unterteilten Induktors, dessen Gruppen gleichzeitig von je einem getrenn­ ten Generator unterschiedlicher Charakteristik gespeist werden, der auf das Metall ausgeübte Impuls auf der ganzen Breite der Kokille moduliert wird. Diese Modulation erfolgt vorteilhafterweise dadurch, daß in den Bereichen geringer, durch die Beschickungsdüsen hervorgerufender Konvektionsströ­ mung auf das Metall ein größerer magnetischer Impuls als auf die übrigen Bereiche ausgeübt wird. Insbesondere bei Verwendung einer Beschickungsdüse mit zwei Öffnungen ist es vorteilhaft, die einzelnen Induktorgruppen so zu betrei­ ben, daß sie in Richtung auf die Mitte der Breitseitenwand mit wachsender Stromstärke und/oder mit steigenden Frequenzen betrieben werden.

Die zur Durchführung dieses Verfahrens dienende Kokille ist vorteilhafterweise so ausgebildet, daß an einer Breitsei­ tenwand der Kokille mehrere, einander seitlich benachbarte, magnetisch und elektrisch voneinander getrennte Gruppen solcher Induktorelemente angeordnet sind und daß jeder, eine Induktorgruppe aufnehmende Teil des Kühlmantels eine äußere Abdeckplatte aufweist, in der eine wasserdichte Durch­ führung der Kabel vorgesehen ist.

Mit einer solchen Vorrichtung ist es möglich, die Oberflä­ chengüte so hergestellter Gußerzeugnisse, insbesondere von Brammen zu verbessern, in dem die in der Nähe der Stranghaut befindlichen Einschlüsse an die Oberfläche und in die Schla­ ckenschicht befördert werden. Hierbei wird eine Kokillenla­ ge verwendet, bei der längs der Außenwände der Kokille eine Mehrzahl von Induktorelementen angeordnet ist, deren Spulen so miteinander verbunden sind, daß im Inneren der Kokille auf den Metallstrang eine Kraft ausgeübt wird, die eine Bewegung des Metallstrangs parallel zu der Kokillenachse hervorruft.

Wie schon ausgeführt wurde, ist die Verwendung von magneti­ schen Wanderfeldern zur Erzielung eines Rühreffektes bei Stranggußverfahren an sich bekannt. Ein wesentlicher Vor­ teil besteht jedoch darin, diese auf den Metallstrang wirken­ den Kräfte des Magnetfeldes mit einer sehr großen Genauig­ keit über die ganze Breite der Breitseitenwände einer Kokille modu­ lieren zu können. Je nach Belieben kann hierbei die Stromstärke und/oder die Frequenz des die Spulen durch­ fließenden Stroms verändert werden, wobei jede Gruppe von Induktor-Elementen an eine besondere Mehrphasen- Stromquelle angeschlossen ist, die daher getrennt ge­ regelt werden kann. Je nach der Schaltung und der Er­ regung der einzelnen Induktorgruppen können auf diese Weise im Metallstrang beliebige Strömungen hervorgerufen werden.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel des er­ findungsgemäßen Kokillenaufbaus in schematischer Weise dargestellt. Es zeigt

Fig. 1 die Strömungslinien einer mittels einer zwei Austrittsöffnungen aufweisenden Tauchdüse be­ aufschlagten Kokille;

Fig. 2 eine perspektivische Darstellung einer Kokille, die längs ihrer beiden Breitseitenwände je drei Gruppen mit je 6 vorstehenden Magnetpolen aufweist;

Fig. 3 einen waagerechten Schnitt durch den an einer Breitseite der Kokille vorgesehenen Kühlmantel in Richtung der Pfeile A, A der Fig. 2 gesehen;

Fig. 4 eine Schaltskizze für die einzelnen Spulen einer Induktorgruppe mit eingezeichnetem Kraftlinien­ verlauf.

Aus Fig. 1 sind die Bewegungsbahnen 4 ersichtlich, längs derer das aus einer zwei seitliche Austrittsöffnungen aufweisenden Tauchdüse 1 austretende Metall sich ohne Einwirkung eines elektromagnetischen Feldes bewegt. Diese Bewegungsbahnen erstrecken sich über die ganze Breite des Strangs bis zu den Schmalseitenwänden der Kokille, an denen die Strömung nach oben abbiegt. In der Mitte der beiden Breitseitenwände 2 und 3 bildet sich jedoch eine tote Zone aus, in der der Strang lediglich eine der Absinkgeschwindigkeit entsprechende Abwärtsbewegung ausführt und in ihm vorhandene Einschlüsse mitführt. Im Gegensatz hierzu wird bei Anwendung des erfindungs­ gemäßen Verfahrens auch längs der beiden Breitseitenwände 2 und 3 eine Aufwärtsbewegung mit längs der Breite dieser Wände ungleicher Geschwindigkeit hervorgerufen, deren Maximum etwa im Bereich der Mitte dieser Wände liegt, so daß auch in diesen Bereichen Einschlüsse nach oben ge­ führt werden, wo sie in der Schlackenschicht 5 festge­ halten werden.

Der in Fig. 2 dargestellte Kokillenaufbau entspricht im Prinzip dem Aufbau, wie er in der Anmeldung der Anmelderin beschrieben ist. Diese Kokille weist zwei Schmalseitenwände 6 und zwei Breitseitenwände 7 aus einer Kupferlegierung auf, an deren letztere ein Kühl­ mantel 8 angrenzt, in dem Induktor-Elemente 12 über­ einander angeordnet sind. Das Kühlmittel wird dem Kühl­ mantel 8 über eine Zuflußleitung 9 zugeführt und fließt über eine Leitung 10 ab. Der Kühlmantel 8 wird mittels Zuganker 11 dicht an der Breitseitenwand 7 anliegend gehalten. Die Spulen 24 der einzelnen Induktor-Elemente 12 umschließen Platten 16, die sich in Richtung auf die Kokillenwand verbreitern und Magnetpole 23 bilden und mittels Zuganker 15 zwischen einer gegen die Breitseiten­ wand 7 der Kokille anliegenden Platte 13 aus unmagnetischem Stahl und einer äußern, aus magnetischem Material be­ stehenden Abdeckplatte 14 gehalten werden. Diese die Pole 23 bildenden Platten 16 dienen gleichzeitig zur Ver­ steifung des Kokillenaufbaus. Die den Kühlmantel durch­ strömende Kühlflüssigkeit kühlt sowohl die Breitseiten­ wände der Kokille als auch die Induktor-Elemente.

Wie aus Fig. 2 ersichtlich ist, sind in dem an die Wand 7 angrenzenden Kühlmantel 8 drei Gruppen von Induktoren 17 gleicher Bauart vorgesehen, von denen jede in einem be­ sonderen Raum angeordnet ist. Die einzelnen Räume werden durch senkrechte Scheidewände 18 voneinander getrennt, die ebenfalls der Vorstärkung des Gesamt­ aufbaus dienen, bezüglich der Ausbildung der magnetischen Felder jedoch nicht notwendig sind, da die Stromlinien jeder einzelnen Gruppe mittels der magnetischen Teile so geleitet werden, daß zwischen den einzelnen sich ausbildenden Magnetfeldern keine störende Überschneidung erfolgt. Die Scheidewände 18 weisen Durchbrüche 19 für den Durchfluß des Kühlwassers und Längsbohrungen für die Aufnahme von Zugankern 11 auf, mittels derer sie mit der Breitseitenwand 7 verspannt werden. Bei dem in Fig. 2 dargestellten Ausführungsbeispiel sind drei In­ duktorgruppen 17 nebeneinander angeordnet. Entsprechend den Abmessungen der Kokille und der einzelnen Gruppe 17 können auch mehr als drei solcher Gruppen vorgesehen sein.

Jeder einzelne, eine Gruppe 17 von Induktoren aufnehmende Raum ist mittels einer rückwärtigen aus Stahl bestehenden Abdeckplatte 20 hermetisch verschlossen, die zum Zweck der Montage oder auch der Wartung abgenommen werden kann. In jeder Abdeckplatte 20 ist eine Aussparung zur Auf­ nahme einer Buchse 21 für die wasserdichte Durchführung des bzw. der Zuleitungskabel 22 vorgesehen.

Jeder einzelne Magnetpol weist eine aus mehreren Lagen 24 bestehende Wicklung aus isoliertem leitenden Draht großer Stärke auf, um den Induktor mit großer Leistung betreiben zu können. Zwischen den die Pole bildenden Platten 16 und den Wicklungen 24 wie auch zwischen den einzelnen Wicklungen untereinander sind in der Zeichnung nicht dargestellte Abstandshalter vorgesehen.

Fig. 4 zeigt, wie die einzelnen Spulen, die eine In­ duktorgruppe 17 bilden, elektrisch miteinander verbunden sind, um ein von unten nach oben wanderndes Magnetfeld zu erzeugen. Die mit A, B, C, D, E, F bezeichneten Spulen werden nacheinander von den einzelnen Phasen einer Dreiphasen-Stromquelle, beispielsweise in Sternschaltung, mit den drei Phasen U, V, W und dem Null-Leiter N, beauf­ schlagt. Hierbei wird die Spannung zwischen der U-Phase und dem Null-Leiter an ein Paar von zwei Spulen, beispiels­ weise den Spulen A und D, angelegt, die in Reihenschaltung gegeneinander geschaltet sind. Die Anschlußklemme s der Spule A ist mit der Klemme s der Spule D verbunden, während die Klemmen e der beiden Spulen an die Strom­ quelle angeschlossen sind. Die beiden Spulenpaare B-E und C-F sind auf dieselbe Weise an die Phasen V und W angeschlossen.

Mittels dieser Spulenschaltung wird über die ganze Höhe der breiten Wand 7 ein Wanderfeld mit sich nach oben in Richtung des Pfeils bewegenden Nord- und Südpolen erzeugt, dessen Fortpflanzungsgeschwindigkeit direkt proportional der Frequenz des Erregerstroms ist. Der entsprechende magnetische Fluß durchsetzt den durch die unmagnetische Platte 13 gebildeten magnetischen Spalt, die Kühlmittel­ schicht 25 sowie die Dicke der breiten Wand 7 und erzeugt im Strang 26 entsprechende, durch Induktionsströme her­ vorgerufene elektromotorische Kräfte. Der von diesen Induktionsströmen resultierende magnetische Fluß bewegt sich im Verhältnis zum Induktor und dem flüssigen Metall, bleibt jedoch gegenüber dem magnetischen Hauptfluß un­ beweglich. Die Wechselwirkung des magnetischen Haupt­ flusses und des magnetischen induzierten Flusses ergibt eine lineare Antriebskraft, die sich in einer Bewegung äußert, wenn sie die die Absinkgeschwindigkeit verursachende Kraft übersteigt.

Jede Gruppe von Spulen besitzt ihren eigenen Drehstrom­ anschluß, wofür ein in die rückwärtige Abdeckplatte 23 wasserdicht eingesetzter Kabelbuchse 21 vorgesehen ist. Die die einzelnen Spulen untereinander verbundenden Leitungen sind innerhalb des Kühlmantels verlegt. Auf diese Weise ist es möglich, die auf den Strang wirkenden elektromagnetischen Kräfte so zu steuern, daß in den Bereichen, in denen aufgrund der Düsenanordnung und -Ausbildung die geringste Aufwärtsbewegung erfolgt, die stärkste elektromagnetische Kraft wirkt. Die Steuerung kann über die Stromstärke, die Spannung oder auch die Frequenz der einzelnen Erregerströme erfolgen. Die Ver­ änderung der Spannung kann auf verschiedene Weise vor­ genommen werden, z. B. mittels eines Spartransformators, eines Induktionsspannungsreglers, eines Thyristors oder auch mittels einer Gruppe von Motorgeneratoren. Das einfachste Mittel zur Spannungsregelung besteht darin, die Ver­ drahtung der Wicklungsspulen zu verändern, was jedoch zur Voraussetzung hat, daß die Klemmen der Spulen leicht zugänglich sind. Man kann auf diese Weise in Abänderung des Schaltschemas der Fig. 4 Sternschaltungen oder auch Einfach- oder Doppel-Dreieckschaltungen verwenden. Bei der vorgeschlagenen Verwirklichung kann die Stromstärke in der Leitung zwischen den einzelnen Gruppen um einige 100 Ampère variieren, wobei die Stromstärke in den Spulen von der verwendeten Verdrahtung und der Steuerung abhängt. Die Änderung der Frequenz kann mittels ruhender oder um­ laufender Umformer erfolgen. Eine Verringerung der Frequenz hat zur Folge, daß die Eindringtiefe des magnetischen Feldes vergrößert wird. Es hat sich gezeigt, daß mit Frequenzen zwischen 0,1 und 20 Hz zufriedenstellende Ergebnisse erzielt wurden.

Anstelle magnetischer Pole mit rechteckigem Querschnitt können auch solche mit kreisrundem Querschnitt Ver­ wendung finden, deren Zahl bei gleicher Breite der Kokille dann wesentlich größer ist, was die Möglichkeit einer noch feineren Steuerung der Stärke der einzelnen magnetischen Felder bietet. In einem einzelnen zwischen zwei Trennwänden 18 gelegenen Teilraum des Kühlmantels können auch mehrere Gruppen von übereinander angeordneten Spulen vorgesehen sein, die jeweils einzeln oder auch zu Gruppen zusammengefaßt an eine Stromquelle angeschlossen werden können.

Claims (2)

1. Verfahren zum Stranggießen von Metall mittels einer einen verhältnismäßig großen Querschnitt aufweisenden Rechteck- Stranggießkokille, innerhalb derer mittels mindestens ei­ nes an einer Breitseitenwand der Stranggießkokille ange­ ordneten, von einem Mehrphasenstrom gespeisten Induktors ein magnetisches, eine Rührbewegung des flüssigen Metall­ strangs bewirkendes, in Längsrichtung der Stranggießkokil­ le sich bewegendes Wanderfeld erzeugt wird, dadurch gekennzeichnet, daß der auf das Metall ausgeübte magnetische Impuls mittels eines in mehrere Gruppen längs einer Breitseitenwand unterteilten Induk­ tors, dessen Gruppen gleichzeitig von je einem getrennten Generator unterschiedlicher Charakteristik der abgegebenen Energie gespeist werden, auf der ganzen Breite der Strang­ gießkokille derart moduliert wird, daß in den Bereichen geringer, durch die Beschickungsdüsen hervorgerufener Konvektionsströmung auf das Metall ein größerer magneti­ scher Impuls ausgeübt wird.

2. Rechteck-Stranggießkokille mit mindestens einem an einer Breitseitenwand des Gießkanals angeordneten, an eine Zu­ leitung und eine Ableitung angeschlossenen Kühlmantel und mindestens zwei an einer Breitseitenwand in unterschied­ licher Höhe angeordneten, von einem Mehrphasenstrom ge­ speisten, ein in Längsrichtung der Stranggießkokille sich bewegendes Magnetfeld erzeugenden Induktor-Elementen zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, da­ durch gekennzeichnet, daß die ma­ gnetisch und elektrisch voneinander getrennten Gruppen (17) von Induktor-Elementen (12) in Teilen des Kühlmantels (8) angeordnet sind, die eine äußere Abdeckplatte (20) mit einer Buchse (21) für die wasserdichte Durchführung des oder der Zuleitungskabel (22) aufweisen.