DE2704918C2

DE2704918C2 - Verfahren zum elektromagnetischen Rühren beim Stranggießen

Info

Publication number: DE2704918C2
Application number: DE2704918A
Authority: DE
Inventors: Robert Alberny; Jean-Pierre Metz Birat; Roger Algrange Ventavoli
Original assignee: Institut de Recherches de la Siderurgie Francaise IRSID
Current assignee: Institut de Recherches de la Siderurgie Francaise IRSID
Priority date: 1976-02-11
Filing date: 1977-02-07
Publication date: 1986-04-17
Also published as: JPS591056A; FR2340789A1; CA1083326A; BE851272A; AT352312B; JPS5721413B2; JPS5297327A; FR2340789B1; DE2704918A1; GB1525546A; ATA87977A; US4067378A; ES455842A1; IT1077252B

Description

gentischen Drehfeldes für unterschiedliche Werte des Innenradius, der Wandstärke und der elektrischen Leitfähigkeit der Stranggießkokille ein optimaler Rühreffekt im schmelzflüssigen Metall erzielt wird.

F i g. 2 zeigt die Abhängigkeit des auf das schmelzflüssige Metall ausgeübten Drehmomentes von der Frequenz des magnetischen Drehfeldes bei einem gegebenen Wert für den Innenradius, die Wandstärke und die elektrische Leitfähigkeit der Stranggießkokille.

Es ist bekannt, daß die freie Oberfläche des schmelzflüssigen Metalls unter der Einwirkung der Zentrifugalkraft einen konkaven Meniskus bildet, der etwa die Form eines Paraboloids annimmt. Die Ausbildung dieses Meniskus führt infolge der geringeren Dichte der Schlacke dazu, daß sich diese bei genügend großer Rotationsgeschwindigkeit im wesentlichen in der Mitte des Meniskus an dessen Sohle ansammelt Aus diesem Grund ibt es erforderlich, daß die Rotationsgeschwindigkeit oberhalb eines unteren Grenzwertes, jedoch unterhalb eines oberen Grenzwertes liegt, um zu verhindem, daß sich ein zu großer Meniskus ausbildet, der es unmöglich machen würde, die Schlacke an der.\ tief gelegenen Scheitel des Meniskus abzuschöpfen. Eine zu große Rotationsgeschwindigkeit hätte auch zur Folge, daß die Schlacke infolge eines sich ausbildenden Strudels in das schmelzflüssige Metall hineingesogen wird.

Im folgenden ist anhand eines Beispiels erläutert, wie die Rotationsfrequenz des magnetischen Drehfeldes gemäß der Erfindung ermittelt wird.

Am Umfang einer Stranggießkokille mit einem Innenradius von 6 cm ist ein Zweiphaseninduktor mit einem Polpaar je Phase angeordnet, der von einem ruhenden Thyristor-Umformer bekannter Art gespeist wird, der bei einer Spannung von 55 V je Phase und einer Frequenz zwischen 3,5 und 13 Hz einen Strom von maximal 350 A liefert. Die Wandstärke der aus einer Kupfer-Chrom-Zirkonium-Verbindung bestehenden Kokille betrug 11 mm, ihre elektrische Leitfähigkeit 3,87 · 10⁷ Siemens/m.

Bei der gr nannten Größe des Innenradius ergibt sich aus F i g. 1 eine optimale Rotationsfrequenz des magnetischen Drehfeldes von 5,3 Hz. Die experimentell ermittelte optimale Frequenz, die durch Messung des auf einen in der Kokille aufgehängten, mit einem Torsionswinkelmeßgerät verbundenen magnetischen Probekörpers ausgeübten elektromagnetischen Momentes erfolgte, ergibt, wie aus Fig.2 ersichtlich, gleichfalls 53 Hz. Wie man feststellt, ist bei der analytischen Errechnung der optimalen Frequenz, die einen Wert von 5 Hz ergibt, die Überehr-.timmung nicht ganz vollständig. Bei dieser Frequenz und einer Flußdichte des Magnetfeldes im schmelzflüjsigen Metall von 400 bzw. 570 Gauß sammelt sich die Schlacke in ausreichendem Maß in der Mitte des Meniskus an und kann dort leicht abgeschöpft werden.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zum elektromagnetischen Rühren beim Stranggießen, bei dem die in der gekühlten Stranggießkokille befindliche Schmelze der Wirkung eines zur Kokillenachse konzentrischen magnetischen Drehfeldes von niedriger Rotationsfrequenz unterworfen wird, dadurch gekennzeichnet, daß für die Rotationsfrequenz des magnetischen Drehfeldes in Abhängigkeit vom Innenradius R der Stranggießkokille und dem Produkt aus Wandstärke e und der elektrischen Leitfähigkeit γ der Stranggießkokille nach Maßgabe des Diagramms gemäß F i g. 1 ein Wert im Bereich zwischen 4 und 15 Hz festgelegt wird.

2. Verfahren zum elektromagnetischen Rühren beim Stranggießen, bei dem die in der gekühlten Stranggießkokille befindliche Schmelze der Wirkung eines zur Kokillenachse konzentrischen magnetischen Drehfeldes von niedriger Rotationsfrequenz unterworfen wird, dadurch gekennzeichnet, daß für die Rotationsfrequenz des magnetischen Drehfeldes in Abhängigkeit vom Innenradius R (in cm) der Stranggießkokille und dem Produkt aus Wandstärke e (in mm) und der elektrischen Leitfähigkeit γ (in Siemens/m) der Stranggießkokille nach Maßgabe der folgenden Gleichung ein Wert N im Bereich zwischen 4 und 15 Hz festgelegt wird:

100

~ AX² + BX+ C

in der X = e · ;'/10* bjdeutet und Λ £ und C vom Innenradius /? der Stranggieß .okille abhängige Parameter gemäß den folgenden Beziehungen sind:

A = 0,011 R³ - 0,226 R² + 1,494 Ä-3,409, B = -0.03673Ä²+ 0,956/?+ 1,687,
C = 0,1585 R² - 1,534/? + 1,192

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das magnetische Drehfeld in der Kokillenachse eine Flußdichle aufweist, die zwischen einem unteren Wert B₁₁ und einem oberen Wert B₀ (in Gauß) liegt, die sich aus den Beziehungen

B₁₁ = 4 exp

B₀ = 4 exp

[-(■0]

[- i

(270 - 17Λ0

(400 - 25 N)

ergeben, in denen /V die Frequenz des magnetischen Drehfeldes in Hz bedeutet.

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum elektromagnetischen Rühren im Stranggießen der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Gattung.

Ein Verfahren dieser Gattung ist aus der belgischen Patentschrift 8 31 516 bekannt, in der niedrige Frequenzen von weniger als 10 Hz, vorzugsweise zwischen 2 und 6 Hz, zum verlustarmen elektromagnetischen Rühren vorgeschlagen werden. In dieser Druckschrift ist für die Felddämpfung im Kupfer der Stranggießkokille eine Formel angegeben, in der die Wandstärke und die elektrische Leitfähigkeit des Kokillenwerkstoffe sowie die Rotationsfrequenz des elektromagnetischen Induktors als Einflußgrößen eingehen. Ferner wird anhand eines Schaubildes gezeigt, daß die Felddämpfung z. B. bei einer Frequenz von 50 Hz sehr viel stärker ist als bei Frequenzen von 6 und 3 Hz, wobei sich für verschiedene Wandstärken Unterschiede ergeben. Die Kerntnis des

ίο bekannten Verfahrens vermittelt jedoch nicht die Möglichkeit, in einem konkreten Anwendungsfall rasch das magnetische Drehfeld optimal einstellen zu können, damit man ohne lange und kostspielige Versuche und Probegüsse zu einem industriell verwertbaren Erzeugnis gelangt.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein gattungsgemäßes Rührverfahren anzugeben, bei dem das vom magnetischen Drehfeld auf das schmelzflüssige Metall übertragene Drehmoment bei gegebener magnetischer Feldstärke einen größtmöglichen Wert erreicht

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß für die Rotationsfrequenz des magnetischen Drehfeldes ein Wert festgelegt wird, der entweder entsprechend der im Patentanspruch 1 aufgezeigten Möglichkeit dem Diagramm gemäß F i g. 1 entnommen wird oder entsprechend der im Patentanspruch 2 aufgezeigten Möglichkeit sich aus der im kennzeichnenden Teil dieses Anspruchs angegebenen Gleichung errechnet

Mit der Erfindung ist in vorteilhafter Weise erreicht, daß je nach bestimmten Baumerkmalen der Stranggießkokille, nämlich Innenradius, Wandstärke und elektrische Leitfähigkeit das Rührverfahren mit einer ganz bestimmten, für den Verfahrensablauf optimalen Rotationsfrequenz des magnetischen Drehfeldes betrieben wird und daß diese Rotationsfrequenz schnell und einfach zu ermitteln ist Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, daß die Wahl der optimalen Rotationsfrequenz unter Berücksichtigung der Wandstärke und des Innenradius der Stranggießkokille erfolgen muß und daß die Wandstärke des Kokillenrohrs und dessen elektrische Leitfähigkeit sich in gleichem Sinne auf die Schwächung des Magnetfeldes auswirken und somit in die Formel für die optimale Rotationsfrequenz des Magnetfeldes als Produkt eingehen.

Hat man gemäß der Lehre des Patentanspruches 1 oder 2 für eine Stranggießkokille bestimmter Abmessungen und elektrischer Leitfähigkeit die günstigste Erregerfrequenz des. Induktors ermittelt, so braucht man

so nur noch die Stärke des Magnetfeldes einzustellen, um auf Anhieb eine optimale Rührwirkung zu erzielen, wobei die absolute Rotationsgeschwindigkeit des schmelzflüssigen Metalls nur noch von der Stärke des angelegten magnetischen Drehfeldes abhängt. Diese wird so eingestellt, daß das magnetische Drehfeld in der Kokillenachse eine Flußdichte aufweist, die zwischen einem unteren Wert B₁₁ und einem oberen Wert B₀ (in Gauß) liegt, die sich aus den im Patentanspruch 3 angegebenen Gleichungen ergeben.

Umgekehrt ist es auch möglich, anhand des im Patentanspruch 1 erwähnten, in F i g. 1 dargestellten Diagramms bzw. mittels der im Patentanspruch 2 angegebenen Gleichung für einen bestimmten Induktor und eine bestimmte Erregung des Induktors die Wandstärke und die elektrische Leitfähigkeit der Stranggießkokille in Abhängigkeit von ihrem Innenradius zu bestimmen.

In F i g. 1 ist eine Kurvenschar dargestellt, der entnommen werden kann, bei welcher Frequenz des ma-