DE2820334A1

DE2820334A1 - Verfahren und vorrichtung zum kontinuierlichen giessen von einen rechteckigen querschnitt aufweisendem halbzeug

Info

Publication number: DE2820334A1
Application number: DE19782820334
Authority: DE
Inventors: Jean-Pierre Birat; Jacques Ruer
Original assignee: Institut de Recherches de la Siderurgie Francaise IRSID
Current assignee: Institut de Recherches de la Siderurgie Francaise IRSID
Priority date: 1977-05-18
Filing date: 1978-05-10
Publication date: 1978-11-30
Also published as: GB1582501A; IT7823088A0; IT1095878B; AT375572B; JPS53142923A; FR2391014B1; ATA340578A; DE2820334C2; US4205715A; LU79675A1; FR2391014A1; JPS6011582B2; BE866997A

Description

DR.-ING. EUGEN MAIER DR.-ING. ECKHARD WOLF

PATENTANWÄLTE

DRESDNER BANK AG TELEFON- (O711) SA-761/2 STUTTGART NJH. 1920

E. mentor 7 STUTTGART 1, PISCHEKSTR. 19 Postscheck stqt. 25200-709

A 12 174 28.4.1978 i - kt

INSTITUT DE RECHERCHES DE LA SIDERURGIE FRANCAISE

185, rue President Roosevelt Saint-Germain-en-Laye, Yvelines (Frankreich)

Verfahren und Vorrichtung zum kontinuierlichen Gießen von einen rechteckigen Querschnitt aufweisendem Halbzeug

809848/0683

DR.-ING. EUGEN MAIER DR.-ING. ECKHARD WOLF

PATENTANWÄLTE

STU TTG ART

A 12 174 28.4.1978 i - kt

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum kontinuierlichen Gießen von einen rechteckigen, insbesondere quadratischen Querschnitt aufweisendem Halbzeug unter Ausnutzung der Zentrifugalkraft, bei dem das in eine Kokille eingegossene flüssige Metall der Einwirkung mindestens eines um die Achse der Kokille sich drehenden Magnetfeldes unterworfen wird, durch das dem flüssigen Metall eine Rotationsbewegung aufgezwungen wird.

Es ist bekannt, daß das Stranggußverfahren mit in der Kokille rotierendem schmelzflüssigen Metall zu einer Qualitätsverbesserung der Gußerzeugnisse hinsichtlich der Reinheit und Verteilung von Einschlüssen und hinsichtlich des Erstarrungsgefüges führt.

Es ist des weiteren bekannt, daß die Rotationsbewegung dem flüssigen Metall sowohl auf mechanischem Weg durch eine Rotation der Kokille selbst und auch der den Gießstrang abziehenden Organe als auch auf elektromagnetischem Weg mittels magnetischer Drehfelder aufgezwungen werden kann, die von einem stationären, den Gießstrang in Höhe der Kokille umgebenden stationären Mehrphaseninduktor erzeugt

809848/0683

A 12 174 28.4.1978 -β"- i - kt

Die mittels dieser beiden Verfahren gegossenen Erzeugnisse unterscheiden sich hinsichtlich ihrer Qualität nur unwesentlich. Die auf mechanischem Weg unter Ausnutzung der Zentrifugalkraft erzwungene Rotationsbewegung bringt jedoch gegenüber dem Verfahren mit einer auf elektromagnetischem Weg hervorgerufenen Rotationsbewegung gewisse Nachteile mit sich. Diese beruhen im wesentlichen darauf, daß bei der mit mechanischen Mitteln hervorgerufenen Rotation des Gießstrangs, einerlei, welches kontinuierliche Gießverfahren zur Anwendung gelangt und einerlei, um welches zu gießendes Halbzeug es sich handelt, mit den derzeit zur Verfügung stehenden Konstruktionsmöglichkeiten es erforderlich ist, daß der Gießstrang sich notwendigerweise um eine senkrechte Achse dreht. Dies hat zur Folge, daß man dieses Verfahren weder bei Stranggußvorrichtungen mit gekrümmter Führung des Gießstrangs noch beim Gießen anderen als kreisrunden Halbzeugs verwenden kann. Demgegenüber hat das Verfahren mit elektromagnetisch erzeugter Rotation des Gießstrangs den Vorteil weit allgemeinerer Anwendungsmöglichkeiten, sowohl was die Konstruktion solcher Gießvorrichtungen als auch was die Gestalt der Gußerzeugnisse betrifft.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Durchführung des Verfahrens mit elektromagnetisch hervorgerufener Rotation des Gießstrangs beim Gießen von Blöcken, Brammen

809848/0683

-6-

A 12 174 28.4.1978 4Γ- i - kt

u.dgl. mit quadratischem, rechteckigem oder allgemein von einer Kreisform abweichendem Querschnitt zu verbessern.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß der Strahl des in die Kokille einfließenden Metalls 10 auf die sich in der Kokille ausbildende Oberfläche des flüssigen Metalls gelenkt wird, daß er auf diese in der Nähe einer Ecke des Kokillenquerschnitts auftrifft.

Vorteilhafterweise wird das Verfahren so durchgeführt, daß der Zufluß des flüssigen Metalls an einer auf einer Diagonalen des rechteckigen Kokillenquerschnitts gelegenen Stelle erfolgt, die von der Kokillenwand und dem Mittelpunkt des Kokillenquerschnitts etwa denselben Abstand hat. Bei Gußstücken mit quadratischem Querschnitt wird die Anordnung vorteilhafterweise so getroffen, daß der Strahl auf die Oberfläche des Gießstrangs an einer Stelle auftrifft, die eine Diagonale im Verhältnis 1:3 teilt.

Eine vorteilhafte Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, die Anordnung so zu treffen, daß der Strahl in einer zur Richtung der dem flüssigen Metall aufgezwungenen Rotationsbewegung geneigten Richtung auf die Metalloberfläche auftrifft.

-7-

809848/0683

A 12 174 28.4.1978 - "T- i - kt

Gegenstand der Erfindung ist des weiteren eine Vorrichtung zur Durchführung des vorgenannten Verfahrens mit einem ein magnetisches Drehfeld erzeugenden stationären Mehrphaseninduktor und einer über der Kokille angeordneten Gießpfanne, bei der der Lochstein der Gießpfanne oder die Ausflußöffnung eines Zwischenbehälters senkrecht über einer Stelle angeordnet ist, die einer Ecke des Kokillenquerschnitts benachbart ist. Vorteilhafterweise liegt diese Stelle auf einer Diagonalen des rechteckigen Kokillenquerschnitts, etwa im gleichen Abstand von der Kokillenwand und der Kokillenachse.

Mit einem solchen Verfahren bzw. einer solchen Vorrichtung wird erreicht, daß Verunreinigungen, z.B. Schlacke und Gekrätz, sich in der Mitte der freien Metalloberfläche, also im tiefgelegenen Bereich der einen konkaven Meniskus bildenden Metalloberfläche ansammeln. Auf diese Weise vermeidet man einerseits, daß Schlacke in der Gußhaut erstarrt, und ermöglicht es andererseits, daß man die Schlacke und andere Verunreinigungen ebenso leicht an der Oberfläche abfischt wie beim Gießen von Erzeugnissen mit kreisförmigem Querschnitt. Versuche der Anmelderin haben gezeigt, daß beim Vergießen von Stahl die unter der Einwirkung eines magnetischen Drehfeldes an der Oberfläche des Metalls auftretenden Bewegungen ein besonderes Bild

809848/0683 -8-

A 12 174 28.4.1978 ■8T- i - kt

ergeben und daß dieses Bild nur auf die erfindungsgemäße und keine andere Weise erhalten werden kann.

Dieses Bild ist in schematischer Weise in der Zeichnung dargestellt, in der

Fig. 1 eine Draufsicht auf die Metalloberfläche, und

Fig. 2 senkrechte Schnitte nach den Schnittlinien A-A¹ und B-B¹ der Fig. 1 zeigt.

Die Abbildungen geben die Verhältnisse bei einem Verfahren wieder, bei dem Knüppel mit quadratischem Querschnitt gegossen wurden; die sich an der Oberfläche ausbildenden Strömungen sind jedoch bei rechteckigem Gießkanal dieselben, wenn das Seitenverhältnis der Recktecke unter 1:1,5 liegt. An der Oberfläche des Meniskus 1 bilden sich unter der Einwirkung des magnetischen Drehfeldes vier gleiche Teilflächen 2 , 2 · , 2 · ' und 2'" um einen zentralen Wirbel 3 an der tiefsten Stelle des Meniskus aus. Die Metalloberfläche steigt in Richtung auf die vier Ecken des Gießkanals an, so daß der zentrale Wirbel 3 aus diesen vier Bereichen gespeist wird. Aufgrund der Konvektionsströmungen wird die freie Metalloberfläche von Verunreinigungen, Schlacke, Gekrätz u.dgl., gewissermaßen gereinigt, die sich in der zentralen Wirbelzone ansammeln. In Fig. 1 sind diese Ver-

809848/0683 "⁹"

282033A

A 12 174 28.4.1978 - -9- - i - kt

40

unreinigungen durch kleine schwarze Kreise 4 dargestellt. Zwischen zwei Teilflächen 2 bildet sich eine im wesentlichen geradlinige schmale Zone 5 aus, die senkrecht auf der Wandung der Kokille steht und etwa tangential zu der zentralen Wirbelzone 3 verläuft. Das Profil dieser Trennzone, die in Fig. 2 in vereinfachender Weise durch die Gerade C-C¹ veranschaulicht wird, weist gewissermaßen die Form eines Tales auf, dessen höher gelegener Anfang an der Wandung der Kokille - am Punkt C - liegt und das sich nach dem zentralen Wirbelbereich 3 hin zu einer am Rand der Wirbel— zone gelegenen Senke - Punkt C - erstreckt. Es wurde festgestellt, daß ein solches Tal, genauso wie die in anderen gleichmäßig um die Achse verteilten Sektoren gelegenen Täler, eine Bahn bildet, auf der die Verunreinigungen vom Umfang des Gießstrangs zu dem zentralen Wirbelbereich gelangen. Soll dieses Ziel erreicht werden, so dürfen die Voraussetzungen hierfür nicht gestört werden, was der Fall ware, wenn der Strahl des eingegossenen Metalls nicht in der erfindungsgemäßen Weise auf die Metalloberfläche auftreffen würde. Die bevorzugte Stelle des Auftreffens des Strahls ist in Fig. 1 durch den Kreis 6 angedeutet. Trifft der Strahl an dieser Stelle auf, so ergibt sich keine wesentliche Beeinflussung der sich ausbildenden Oberfläche, wie sie in Fig. 1 dargestellt ist. Hierbei kann der Strahl geradlinig nach unten gerichtet sein oder auch eine schräg nach unten geneigte Richtung in einer mit der an der Auf-

809848/0683

A 12 174 28.4.1978 i - kt

Mi

treffstelle herrschenden Rotationsströmung des Metalls übereinstimmenden Ebene aufweisen.

Die in Fig. 1 dargestellten Strömungslinien entsprechen einer Rotationsgeschwindigkeit des Metalls von ungefähr 120 Umdr./min. Unter dieser Bedingung sind die vier Teilflächen 2 stabil, wobei festgestellt werden konnte, daß diese Stabilität in einem Bereich von 100 bis 150 Umdr./min erhalten bleibt. Solche Geschwindigkeiten sind beim Stranggußverfahren von Erzeugnissen mit kreisrundem Querschnitt üblich. Unterhalb dieses Geschwindigkeitsbereiches, also etwa bei Geschwindigkeiten zwischen 70 und 100 Umdr./min, verändert sich der Meniskus in eine in ihrem zentralen Bereich gleichmäßig rotierende Oberfläche, während in den in den Ecken des Querschnitts gelegenen Bereichen sich keine Bewegung ausbildet. Die Begrenzung des rotierenden zentralen Bereiches stimmt praktisch mit einer Kreislinie überein, es findet jedoch keine Reinigung des Mesniskus statt, und die Verunreinigungen werden nicht in den Bereich der Achse geschwemmt. Unterhalb von 70 Umdr./min weist die bewegungslos erscheinende Oberfläche des Meniskus nur eine schwache konkave Wölbung aufweist, so daß das Gefälle nicht ausreicht, um die Verunreinigungen in der Mitte anzusammeln. Oberhalb 150 Umdr. /min wird das flüssige Metall in den Ecken sehr stark nach oben gedrückt und die Teilbereiche werden

809848/0683 ~^λ1~

A 12 174 28.4.1978 JHr- i - kt

instabil. Wenn cie Geschwindigkeit 170 Umdr./min übersteigt, bilden die mittleren Bereiche der Wandflächen der Kokille, die bei niedrigeren Umdrehungszahlen von den Konvektionsströn.ungen kaura berührt wurden, nunmehr ebenfalls in den Sog des zentralen Strudeis einbezogene ansteigende Bereiche-Die vorgenannten Teilflächen verschwinden dann in der allgemeinen Turbulenz, der sich in der Achse ausbildende Strudel erlangt eine Tiefe von etwa 4-5 cm und die Rotationsbewegung des Metalls ist von einem starken Geräusch begleitet.

Es ergibt sich hieraus, daß außerhalb des Bereiches von etwa 100 bis 150 Umdr./min das erfindungsgemäße Verfahren an Interesse verliert, da sich an der freien Oberfläche des Metalls keine Teilflächen der vorgenannten Art und diese gegeneinander abtrennende Täler ausbilden.

von Die vorgenannten Werte wurden beim Gießenreinen quadratischen Querschnitt aufweisendem Halbzeug mit einer Seitenlänge von 12 cm festgestellt. Diese Werte behalten jedoch ihre Gültigkeit für alle Gußerzeugnisse mit rechteckigem Querschnitt, sofern das Verhältnis der Seitenkanten nicht allzu sehr von dem Wert Eins abweicht.

809848/0683 BAD ORIGINAL

Claims

DR.-ING. EUGEN MAIER DR.-ING. ECKHARD WOLF PATE NTAN WALTE STUTTGART A 12 174 28.4.1978 -Jt- i - kt Patentansprüche

1. Verfahren " zum kontinuierlichen Gießen von einen rechteckigen, insbesondere quadratischen Querschnitt aufweisendem Halbzeug unter Ausnutzung der Zentrifugalkraft, bei dem das in eine Kokille eingegossene flüssige Metall der Einwirkung mindestens eines um die Achse der Kokille sich drehenden Magnetfeldes unterworfen wird, dadurch gekennzeichnet , daß das flüssige Metall in der Nähe einer Ecke des Kokillenquerschnitts in die Kokille eingegossen wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß der Zufluß des flüssigen Metalls an einer auf einer Diagonalen gelegenen Stelle erfolgt, die von der Kokillenwand und dem Mittelpunkt des Kokillenquerschnitts etwa denselben Abstand aufweist.

QRiGiMAL ίί-iSrcC'STÄr 809848/0683

A 12 174 28.4.1978 - 2 - i - kt

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2 unter Verwendung einer einen quadratischen Querschnitt aufweisenden Kokille, dadurch gekennzeichnet, daß das flüssige Metall an einer Stelle des Kokillenquerschnitts eingegossen wird, die eine Diagonale im Verhältnis 1:3 teilt.

4. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das flüssige Metall in einer zur Richtung der dem flüssigen Metall aufgezwungenen Rotationsbewegung geneigten Richtung erfolgt.

5. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Rotationsgeschwindigkeit des flüssigen Metalls an seiner Oberfläche etwa 100 bis 150 Umdr./min beträgt.

6. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch mit einer einen rechteckigen oder quadratischen Querschnitt aufweisenden Kokille und einem ein magnetisches Drehfeld erzeugenden stationären Mohrphaseninduktor und einer über der Kokille angeordneten Gießpfanne, dadurch gekennzeichnet , daß der Lochstein senkrecht über einer einer Ecke des Kokillenquerschnitts benachbarten Stelle (6) angeordigf gi£fo _{f Q} _ß g 3

A 12 174 28.4.1978 - 3 - i - kt

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet , daß der Lochstein senkrecht über einer Stelle (6) einer Diagonale des rechteckigen Kokillenquerschnitts liegt, die von der Kokillenwand und der Kokillenachse etwa denselben Abstand hat.

809848/0683