DE2756112A1

DE2756112A1 - Verfahren zum horizontalen stranggiessen und vorrichtung zur durchfuehrung desselben

Info

Publication number: DE2756112A1
Application number: DE19772756112
Authority: DE
Inventors: Wilfried Dipl Ing Dr Heinemann; Theodor Prof Dipl Ing D Rummel
Original assignee: Concast AG
Current assignee: SMS Concast AG
Priority date: 1976-12-17
Filing date: 1977-12-16
Publication date: 1978-06-22
Also published as: FR2374113B1; CH604974A5; CA1097880A; GB1571744A; ATA903777A; DE2756112C3; JPS5376130A; DE2756112B2; AT391432B; FR2374113A1; US4146078A

Description

CONCAST AG ZUERICH (SCHWEIZ)

Verfahren zum horizontalen Stranggiessen und Vorrichtung zur Durchführung desselben

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum horizontalen Stranggiessen, bei dem aus einer seitlichen Ausgussöffnung eines Behälters flüssiges Metall abgezogen, der sich bildende Strang gekühlt und vor seiner vollständigen Erstarrung in seiner Längsrichtung ein elektrischer Strom geleitet und ein Magnetfeld horizontal und rechtwinklig zur Stranglängsrichtung aufgebaut und dadurch die Schwerkraft des Stranges im wesentlichen kompensiert wird und eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens.

Bei horizontal angeordneten Stranggiesskokillen treten gegenüber vertikal angeordneten Stranggiesskokillen zusätzliche Schwierigkeiten dadurch auf, dass sich die noch weiche Strangschale innerhalb der Kokille durch die Schwerkraft des Stranges im wesentlichen nur gegen die untere Halbschale der Kokille abstützt, so dass darin eine intensive Kühlung und durch das Entstehen eines Spaltes in der oberen Halbschale der Kokille eine mangelhafte Kühlung des Stranges entsteht, die vielfach ein Verziehen des Stranges und eine unregelmässige, unerwünschte Strangstruktur erzeugt.

Im weiteren stellt beim horizontalen Stranggiessen das Oszillieren der Kokille ein noch nicht befriedigend gelöstes Problem dar. Zwischen der Ausgussdüse und dem Formhohlraum ist im Berührungsbereich der Relativbewegung zwischen diesen beiden Teilen eine Abdichtung notwendig. Die hohe Temperatur, die Wärmeausdehnung der Ausgussdüse und die Möglichkeit des Eintritts von flüssigem Metall in den Dichtungsbereich erschweren das Auffinden einer dieser komplexen Beanspruchung standhaltenden Dichtung. Verschiedene jüngere Vorschläge zum horizontalen Stranggiessen sehen deshalb keine Kokillen-Oszillation vor. Die Kokille wird bei Wegfall der Oszillation fest mit der

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Ausgussdüse verbunden. Schniermitte] oder inerte Gase etc. sollen hier ein Festkleben der Strangschale an der Kokillenwand verhindern.

Ein zusätzliches allgemeines Problem beim horizontalen Stranggiessen ist die Rückkühlung und ein Anfrieren von Metall in der Ausgussdüse durch die von der anliegenden, gekühlten Kokille abgeführten Wärme. Das Vorhandensein von Metallkrusten in der Ausgussdüse kann zu Störungen beim Giessen und zu Strangfehlern führen.

Es ist eine horizontale Stranggiessanlage bekannt, die ein Zusammenbrechen oder Einfallen der Strangschale auf ihrer Oberseite dadurch verhindern will, dass der metallostatische Druck im teilweise erstarrten Strang so verstärkt wird, dass die Strangschale auch auf ihrer Oberseite ausreichend von innen gestützt wird. Der metallostatische Druck wird dabei durch Einwirkung elektromagnetischer Kräfte in axialer Richtung auf den noch flüssigen Strangkern beeinflusst. Diese Lösung beinhaltet ebenfalls eine nicht oszillierbare Kokille. Um ein Kleben der Strangschale an der Kokillenwand zu verhindern, ist vorgesehen, in den Spalt zwischen der Ausgussdüse und der gekühlten Kokille Schmiermittel einzupressen. Die Zugabe des Schmiermittels im vorgesehenen Bereich ist aber störanfällig, weil jede Druck- und Viscositätsveränderung im flüssigen Giessmetal unterschiedliche Druckverhältnisse zum Einpressen des Schmiermittels erfordert, deren Parameter mittels einer Steuerung kaum erfassbar sind.

Es ist auch bekannt, die Schwerkraft eines horizontalen Stahlstranges nach dem Austritt aus der Kokille zu kompensieren, um eine Deformation der noch weichen Strangkruste durch das Eigengewicht des Stranges zu verhindern. Die Schwerkraft wird dabei durch Beeinflussung des Stranges mittels vorzugsweise in seiner Längsrichtung fliessender Gleich- oder Wechselströme in Verbindung mit senkrecht auf diesen stehenden und horizontal verlaufenden Gleich- oder Wechselmagnetfeldern kompensiert. Das flüssige Metall und die Strangschale erfahren dabei gemäss dem bekannten Prinzip der Dreifingerregel und richtiger gegenseitiger Polung von Strom und Magnetfeld in diesen Feldern aufwärts gerichtete Kräfte. Auch dieser Vorschlag sieht eine nicht oszillierbare, direkt an der Ausgussöffnung eines Metallbehälters anliegende Kokille vor. Die Wirkung des metallostatischen Druckes wird aber ausser Acht gelassen. Dieser würde nämlich die Flüssigkeitsteil-

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chen vom aus einem Behä.i.cer abgezogenen flüssigen Metall zerstreuen und/oder eine dünne Strangschale ausbeulen. Die genannten Probleme im Zusammenhang mit nicht oszillierbaren Kokillen, der Strangschmierung, der Rückkühlung und der ungleichmässigen Kühlung der Strangober- und Unterseite innerhalb der Kokille werden durch die genannte Schwerkraftkompensation ausserhalb der Kokille nicht beeinflusst.

Die Erfindung hat sich deshalb die Aufgabe gestellt, die vorgenannten Probleme und Nachteile im Zusammenhang mit dem horizontalen Stranggiessen ganz oder teilweise auszuschalten und mittels immaterieller Strangunterstützung sowie mittels immateriellen Zusammenhaltens des Stranges ein neues Horizontal-Stranggiesskonzept zu schaffen

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass innerhalb des Bereiches der Schwerkraftkompensation in einem Teilbereich nach der Ausgussöffnung im flüssigen Metall ein das Metall umgebendes Wechselmagnetfeld induziert und durch Dimensionierung dieses Wechselmagnetfeldes im wesentlichen der metallostatische Druck im Strang kompensiert wird.

Die erfindungsgemässe Vorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass der seitlichen Ausgussöffnung unmittelbar nachfolgend eine den Querschnitt der Ausgussöffnung umfassende Spule zur Erzeugung eines Wechselmagnetfeldes angeordnet ist.

Durch das induzierte Wechselmagnetfeld werden im Strang nach innen gerichtete Kräfte erzeugt, die das flüssige Metall bzw. den teilerstarrten Strang auf immaterielle Weise mit Hilfe magnetischer Wechselfelder zusammenhalten. Gleichzeitig wird aber auch die Schwerkraft kompensiert, so dass mindestens ein der Ausgussdüse anschliessender Teilbereich schwebend, d.h. ohne materielle Strangunterstützung und ohne materielles Zusammenhalten, überbrückt werden kann. Durch diesen schwebend überbrückten Teilbereich steht die Ausgussöffnung oder Ausgussdüse des Behälters nicht mehr in Berührung mit einer Kokille und die genannten Probleme im Zusammenhang mit der Rückkühlung und der Dichtung zwischen der Kokille und der Ausgussdüse treten nicht mehr auf. Auch ist gewährleistet, dass dr.s flissiae Metall bzw. der teilerstarrte Strang in der horizontaler h" : ^::.iqs-

starrte Strang in ihrer vorbestimmten Forn. verbleibt.

Ein weiteres Merkmal der Erfindung ist dadurch gegeben, dass im Teilbereich der Strang gleichzeitig gekühlt und eine seLbststützende Strangschale erzeugt w±rd. Dabei werden mit Vorteil in Stranglaufrichtung lange Spulen oder mehrere Spulen und Kühlvorrichtungen hintereinander angeordnet. Es wird nunmehr möglich, mit wenigen Tragrollen auszukommen oder sogar auf eine Kokille und auf Tragrollen überhaupt zu verzichten, was der Oberflächenbeschaffenheit wegen des Nichtvorhandenseins von Reibungsflachen zugute kommt. Auch wird die weiche Strangschale durch die Tragrollen nicht dauernd abwechslungsweise auf Zug und Druck belastet. Eine gleichmässige Kühlung kann ohne Kokille und ohne Behinderung durch Tragrollen besser verwirklicht werden.

Der Erfindung liegt als zusätzliche Aufgabe eine Verbesserung der beim horizontalen Stranggiessen noch unbefriedigenden Kokillenoszillation zugrunde. Durch eine Weiterbildung des erfindungsgemässen Verfahrens kann eine solche Verbesserung dadurch erreicht werden, dass der flüssige Metallstrang anschliessend an den Teilbereich in einer oszillierenden Kokille gekühlt und in dieser der teilweise erstarrte Strang erzeugt wird. Durch die Kompensation der Schwerkraft und des metallostatischen Druckes verläuft der Strang konzentrisch in der Kokille, so dass eine gleichmässige Kühlung ermöglicht wird, die wiederum eine homogene Struktur fördert und einem Verzug entgegenwirkt. Die Probleme im Zusammenhang mit der Dichtung zwischen der Kokille und der Ausgussdüse sowie ein Anhaften der Strangkruste an der Kokillenwand können gemäss diesem Vorschlag nicht auftreten.

Durch die räumliche Trer.nung zwischen der Ausgussdüse und der oszillierenden Kokille kann gemäss einer vorteilhaften Ausbildung der Erfindung zwischen den flüssigen Metallstrom und die Kokillenwand Schmiermittel oder Giesspuiverschlacke eingebracht werden. Zu diesem Zweck ist vor der Kokille eine Zuführeinrichtung für Schmiermittel oder Giesspuiverschlacke vorgesehen. Dadurch können die Auszugskräfte auf den teilerstarrten Stranr nioor.i.-r gehalten werden. Auch ist eine verbesserte Str?r!"T-<·-' ; .: ■ ·. -■■'■

Die Erfindung wird nachfolgend enhand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 einen Längsschnitt einer ersten, ohne Kokille arbeitende Ausführungsform der Erfindung,

Fig. 2 einen Längsschnitt einer zweiten Ausführungsform der Erfindung, wobei eine Kokille zur Anwendung kommt,

Fig. 3 einen Teil eines Längsschnittes nach Fig. 2 mit einer Spulenvariante,

Fig. 4 einen Vertikalschnitt durch eine Ausführungsform einer Spulenanordnung und

Fig. 5 einen Schnitt gemäss der Linie V-V der Fig. 4.

Fig. 1 zeigt einen mit Schmelze 3 gefüllten Behälter 1, in dessen unterem Bereich sich seitlich eine Austritts- oder Ausgussöffnung 2 befindet. Anschliessend an diese Ausgussöffnung 2 ist in einem Teilbereich 4 eine immaterielle Strangunterstützung angeordnet. Sie besteht aus einer Einrichtung zur Kompensation der Schwerkraft und einer Einrichtung zur Kompensation des metallostatischen Druckes. Die Schwerkraftkompensation wird erreicht, indem einerseits mittels einer eingetauchten Elektrode 11 und einem Stromabnehmer 12 ein Wechsel- oder Gleichstromschaltkreis 10 vorgesehen ist, der durch die Schmelze 3 und einen sich bildenden Strang 6 verläuft. Andererseits wird ein Magnetgleich- oder Wechselfeld 18, bei der Ausgussdüse 2 beginnend, horizontal und rechtwinklig zur Stranglängsrichtung aufgebaut. Die Richtung dieser Felder 18 verläuft durch den Strang und führt vom Betrachter weg. Dadurch werden gemäss der Dreifingerregel aufwärts gerichtete Kräfte bei richtiger Polung von Feld und Strom in einer Grössenordnung erzeugt, die die Schwerkraft des Stranges in einstellbarem Masse kompensieren. Grosse und Richtung dieser Kompensationskraft ergeben sich aus dem vektoriellen Produkt aus Stromdichte und magnetischer Induktion. Bei unrichtiger Einstellung der Phasenlage eines der beiden Komponenten kann beispielsweise die Schwerkraft verstärkt werden. Durch Umpolung entweder des Stromes oder des magnetischen Feldes wird sich die Kraftrichtung umkehren und als Kompensationskraft wirken.

Der metallostatische Druck wird mittels den Strang 6 umgebender Spulen 19, durch welche elektromagnetische Wechselfelder im Strang induziert werden, im wesentlichen kompensiert. Diese Felder bewirken

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radial nach innen gerichtete- VoJ utnenkref te, deren Integration über die Wegstrecke von aussen nach innen einen radial zur Stranglängsachse gerichteten Druck ergibt, der als Gegendruck zum metallostatischen Druck wirkt. Dieser elektromagnetisch erzeugte Gegendruck kann durch die Wahl der Frequenz und die Stärke des Wechselstromes in den Spulen 19 des damit erzeugten Wechselfeldes reguliert werden. (Der Druck steigt mit dem Quadrat der Stromstärke und ist bei konstant gehaltener im Strang induzierter Verlustleistung umgekehrt proportional mit der Quadratwurzel aus der Frequenz). Der Wirkungsbereich dieses Gegendruckes sollte sich zweckmässigerweise über einen solchen Dereich der Schwerkraft-Kompensation erstrecken, in welchem sich die Strangschale bildet oder noch nicht genügend tragfähig ist. Es ist bekannt, dass die vom Magnetfeld beeinflusste Schicht, innerhalb der der Gegendruck im wesentlichen aufgebaut wird, mit steigender Frequenz dünner wird. Im trag- oder stützrollenfreien Bereich sind mehrere solcher Spulen 19 in Stranglaufrichtung hintereinander angeordnet. Der Querschnitt der Ausgussöffnung 2 entspricht etwa dem Soll-Querschnitt des zu vergiessenden Stranges und kann eine beliebige Form aufweisen. Der Querschnitt des von jeder Spule 19 umschlossenen Hohlraumes hat etwa die gleiche Form wie der Soll-Querschnitt des zu vergiessenden Stranges, ist aber etwas grosser als dieser SoIl-Querschni tt. .

Die Spulen 19 sind an den Aussenseiten mit einer Isolationsschicht, wie Keramik, Email etc., versehen und weisen Kühlkanäle 20 auf. Zwischen den Spulen 19 sind Kühlvorrichtungen in Form von Sprühdüsen 24 angeordnet, welche die Bildung einer Strangschale beschleunigen. Die aus den Sprühdüsen 24 austretenden Sprühfächer 25 bilden eine ununterbrochene Beaufschlagungszone. Es ist zur Vermeidung von Rückkühlung jedoch wichtig, dass die Ausgussdüse 2 durch die Sprühfächer 25 nicht gekühlt wird. Bei dieser Ausführung ist eine Verwendung von Schmiermitteln überflüssig. Auch können bei diesem Ausführungsbeispiel mehrlagige Spulenanordnungen angewendet werden.

Der immateriell unterstützten Zone können Tragrollen 26 nachgeordnet werden. Durch angetriebene Rollen 5 wird der Strang bzw. bei Giessbeginn der Anfahrstrang bewegt.

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Beim Anfahren wird ein nicht dargestellter, starrer Anfahrstrang mittels der Treiberrollen 5 entgegengesetzt zur Strangabzugsrichtung zu der Ausgussöffnung 2 gefahren und mittels dem Kopf des Anfahrstranges die Ausgussöffnung 2 verschlossen. Nur während des Ein- und Ausfahrens werden zur Unterstützung des Anfahrstranges nicht gezeichnete Rollen verwendet, die nach dem Erscheinen des Warmstranges weggeschwenkt werden. Bei Giessbeginn wird der Schaltkreis 10 über den Anfahrstrang geschlossen.

Fig. 2 zeigt ein Beispiel bei Verwendung einer wassergekühlten Kokille 30 mit einem Oszillationsmechanismus 31. Für identische Teile sind hier die gleichen Bezugszeichen wie in Fig. 1 verwendet worden. Die Ausgussdüse 2 ragt in den Hohlraum einer Spule 34, die die Kompensation des metallostatischen Druckes mindestens in einem Teilbereich 7 zwischen der Ausgussöffnung 2 und der Kokille 30 bewerkstelligt. Die Stromstärke und die Frequenz werden so eingestellt, dass eine leichte Einschnürung des flüssigen Metalles zwischen dem Ausguss 2 und der Kokille 30 entsteht. Mit der Einschnürung wird bezweckt, dass die Gesamtheit des flüssigen Metalles in die Kokille 30 eintritt. Zwischen der Spule 34 und der Kokille 30 ist immer wenigstens eine Spalte 35 vorhanden. Im Bereich zwischen der Ausgussöffnung 2 und der Kokille 30 wirkt gleichzeitig die Schwerkraftkompensation wie es anhand der Fig. 1 beschrieben worden ist. Mit Vorteil wird die Schwerkraftkompensation auch in der Kokille 30 fortgesetzt. Dadurch kann erreicht werden, dass der Strang 6 konzentrisch in der Kokille 30 verläuft, so dass die durch Strangschwund verursachte Spalte gleichmässig über den Umfang des Stranges verteilt wird, was der Strangqualität zugute kommt. Tragrollen 38 sind der Kokille nachgeordnet.

An der Innenwand der Ausgussdüse 2, vorteilhafterweise im Bereich des Einschnürungsbeginnes, ist eine Zufuhreinrichtung in Form einer Ringnut 41 vorgesehen, die mit einer Zufuhrleitung 42 für ein Schmiermittel oder eine Giesspulverschlacke in Verbindung steht. Ein Film 43 aus Schmiermittel oder aus Schlacke ist in Fig. 3 dargestellt. Der Film 43 schützt das Metall zwischen der Ausgussöffnung 2 und der Kokille 30 vor Kontakt mit dem Luftsauerstoff und schmiert anschliessend den Strang in der Kokille 30. Es ist aber auch möglich, die genannten Mittel auf den eingeschnürten Bereich auf ζιΐί[ <i:ii!ion.

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In Fig. 3 ist auch eine andere Spulenanordnung dargestel

:ellt. Es handelt sich hier um drei konzentrische und etwa in der gleichen Ebene liegende Spulen 47, 48 und 49 oder um eine 3-lagige Spule, die zur Erhöhung der für die Formkraft auf den Strang eine sehr günstige Inhomogenität der Kraftwirkung erzeugt. Auch sind mehrere, in Strangabzugsrichtung hintereinander angeordnete Reihen von konzentrischen Spulen möglich, die jeweils verschiedene Frequenzen aufweisen und/ oder miteinander phasenverschieden sein können.

In den Fig. 4 und 5 sind der teilweise erstarrte Strang 6 durch die konzentrisch zur Stranglängsachse angeordneten Spulen 19 umgeben. Die Sprühfächer 25 sorgen für eine gleichmässige Kühlung der Oberfläche des Stranges 6. Das in Fig. 1 und 2 mit Bezugszeichen 18 schematisch dargestellte Magnetfeld wird durch eine Spule 50 erzeugt, deren Windungen parallel zur Stranglängsachse verlaufen. In der Regel besteht die Spule 50 aus zwei schalenförmigen Spulenhälften. Die Trennlinie der beiden Spulenhälften wird mit Vorteil vertikal angeordnet. Durch horizontales Verfahren mindestens einer Spulenhälfte kann eine Zugänglichkeit zum Strang geschaffen werden.

Die Anwendung der Erfindung ist für Knüppel- und Vorblockformate besonders vorteilhaft.

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Claims

P A T E N r!· λ ti S V ^ U E C H E

1. Verfahren zum horizontalen Stranggiessen, bei dem aus einer seitlichen Ausgussöffnung eines Behälters flüssiges Metall abgezogen, der sich bildende Strang gekühlt und vor seiner vollständigen Erstarrung in seiner Längsrichtung ein elektrischer Strom geleitet und ein Magnetfeld horizontal und rechtwinklig zur Stranglängsrichtung aufgebaut und dadurch die Schwerkraft des Stranges im wesentlichen kompensiert wird, dadurch gekennzeichnet, dass innerhalb des Bereiches der Schwerkraftkompensation in einem Teilbereich nach der Ausgussöffnung im flüssigen Metall ein das Metall umgebendes Viechseimagnetfeld induziert und durch Dimensionierung dieses Wechselmagnetfeldes im wesentlichen der metallostatisehe Druck im Strang kompensiert wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der flüssige Metallstrang anschliessend an den Teilbereich in einer oszillierenden Kokille gekühlt und in dieser der teilweise erstarrte Strang erzeugt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den flüssigen Metallstrom und die Kokillenwand Schmiermittel eingebracht wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den flüssigen Metallstrom und die Kokillenwand Giesspulverschlacke eingebracht wird.

5. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Patentanspruch 1, wobei ein Behälter eine seitliche Ausgussöffnung und einen ersten, unter dessen Badspiegelhöhe ragenden Stromkontakt und die Strangbahn einen zweiten Stromkontakt für den Strang aufv/eisen und entlang der Strangbahn Magnete zur Erzeugung eines horizontalen und rechtwinklig zur Strangbahn-Längsrichtung gerichteten magnetischen Feldes angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, dass der seitlichen Ausgussöffnung (2) unmittelbar nachfolged eine den Querschnitt der Ausgussöffnung (2) umfassende Spule (19) zur Erzeugung eines Wechselmagnetfeldes angeordnet ist.

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6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dsaurch gekennzeichnet, dass in Stranglaufrichtung lange Spulen oder mehrere Spulen (19) und Kühlvorrichtungen (24) hintereinander angeordnet sind.

7. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Spule (34) eine oszillierende Kokille (30) nachgeordnet ist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass vor der Kokille (30) eine Zuführleitung (42) für ein Schmiermittel oder eine Giesspulverschlacke vorgesehen ist.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Querschnitt der Ausgussöffnung (2) etwa dem Sollquerschnitt des zu giessenden Stranges (6) entspricht.

CONCAST AG

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