DE2945018A1

DE2945018A1 - Verfahren zum umruehren der nichterstarrten bereiche eines giesstranges

Info

Publication number: DE2945018A1
Application number: DE19792945018
Authority: DE
Inventors: Sten Dipl Ing Kollberg; Yngve Dr Sundberg
Original assignee: ASEA AB
Current assignee: ABB Norden Holding AB
Priority date: 1978-11-09
Filing date: 1979-11-08
Publication date: 1980-05-22
Also published as: JPS5568159A; ES485852A1; SE7811562L; SE440491B; FR2440797A1; CH641703A5; IT1119418B; FR2440797B1; IT7969179A0

Description

Verfahren zum Umrühren der nichterstarrten Bereiche eines Gießstranges

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Umrühren der nichterstarrten Bereiche eines Gießstranges gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1.

Das Umrühren der nichterstarrten Bereiche eines Gießstranges ist bereits in verschiedenen Ausführungen bekannt. Unter anderem ist es bekannt, diese Bereiche an einer oder mehreren Stellen quer oder parallel zur Längsrichtung des Gießstranges mittels elektromagnetischer Umrührer umzurühren. Ein Grund für diese Umrührung besteht darin, daß man Lunker (sogenannte mini-ingots) und Seigerungen in dem fertigen Gußstück (Rohling) vermeiden möchte und daß man eine möglichst gleichmäßige Erstarrungsfront anstrebt. Ein Problem bei dieser Art der Umrührung besteht jedoch darin, daß sogenannte weiße Bänder, d.h. Bänder mit negativer Seigerung entstehen, wenn die Schmelze auf diese Weise allzu plötzlich in eine allzu kräftige Rührbewegung versetzt wird. Beim Erstarren von Stahl bilden sich Kristalle, sogenannte Dendrite, zwischen denen eine Anreicherung von Schwefel und Kohlenstoff stattfindet. Bei einer üblichen Umrührung v/erden diese Anreicherungen unter die Schmelze gerührt

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und durch andere, nicht angereicherte Schmelze ersetzt, wodurch die sogenannten weißen Bänder entstehen. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die eben erläuterten und andere hiermit zusammenhängende Probleme zu beheben.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird ein Verfahren nach dem Oberbegriff des Anspruches 1 vorgeschlagen, welches erfindungsgemäß die im kennzeichnenden Teil des Anspruches 1 genannten Merkmale hat.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen genannt.

Das Maximum der zusätzlichen Querkraft liegt genau zwischen den Polschuhen des Umrührers oder einer entsprechenden Anordnung. Die zusätzliche Querkraft ergibt bei Integration über ein Zeitintervall eine resultierende Querkraft, die im wesentlichen senkrecht zur Oberfläche des Umrührers oder des entsprechenden Polschuhes verläuft. Die Verteilung dieser Kraft in Längsrichtung des Umrührers ist üblicherweise sinusförmig, beispielsweise proportional dem Quadrat einer Sinusfunktion. Durch das Verfahren nach der Erfindung erhält man eine kleinere Säulenkristallzone, eine größere globulare Zone, und geringere Zentrumsseigerungen und man vermeidet die Entstehung weißer Bänder. Man erhält also ein Endprodukt hoher Qualität. Das Verfahren kann bei verschiedenen Arten von Gießsträngen verwendet werden. Man kann das Verfahren für sogenannte slabs (Platten), wie auch für sogenannte blooms (Luppen) und auch für billets (Barren) verwenden, wobei man jedoch, wie weiter unten ausgeführt wird, verschiedene Frequenzen beim Umrühren anwenden muß.

Anhand der Figuren soll die Erfindung näher erläutert werden. Es zeigen

Fig. 1 eine Prinzipskizze einer Strangumrührung, Fig. 2 einen Umrührefr30*82^? (flfltf. auftretenden Umrührkräfte.

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Fig. 1 zeigt, wie an der Stelle 4 Stahl- oder Eisenschmelze in eine unten offene gekühlte Kokille 3 eingefüllt wird. Diese Kokille kann natürlich auch für eine andere Abstichart als die, die bei einer unten offenen Kokille infrage kommt, ausgebildet sein. In der Kokille wird der Gießstrang 5 geformt, der dann nach und nach, an der Oberfläche beginnend, erstarrt. Mit einem oder mehreren elektromagnetischen mehrphasigen Umrührern 7, die gerade oder zylindrisch sein können, kann das Umrühren entweder quer oder längs zur Gießrichtung erfolgen. Zum Umrühren kann auch eine Kombination solcher unterschiedlich plazierten Umrührer verwendet werden. Zwischen dem Umrührer 7 und dem Gießstrang 5 können Stützrollen 8 aus nichtmagnetischem Material angebracht sein. Die Umrührrichtung ist durch die Pfeile in den nicht erstarrten Teilen des Gießstranges 5 angedeutet. Fig. 2 zeigt einen Umrührer 7, der beispielsweise und mit Vorteil eine Spulenwicklung haben kann. Unter einer Spulenwicklung wird eine solche verstanden, die auf einem ausgeprägten Pol sitzt. Im Gegensatz dazu gibt es auch Nutenwicklungen, die einen ähnlichen Aufbau wie die Ständerwicklung einer Wechselstrommaschine haben.

Die Polteilung ist mit X bezeichnet, und der Umrührer ist über die Länge von zwei Polteilungen (2 X, ) dargestellt. Auf der Ortskoordinate X, welche mit der Längsrichtung des Umrührers zusammenfällt, sind auch die halben Polteilungen't/2 und 3X/2 markiert. Man erhält hierbei in bekannter Weise bei den gebräuchlichen Umrührern folgende zwei Kraftkomponenten:

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Erstens eine in Richtung der Ortskoordinate X wirkende Kraftkompo-

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nente, deren Form in X-Richtung von der Funktion sin -^- beschrieben wird. Diese Kraftwelle 10 wandert in X-Richtung. Wird die Kraft an einer bestimmten Stelle X über die Zeit integriert, so ergibt sich eine in X-Richtung wirkende resultierende Kraft. Siehe in Fig. 2 die einzelnen Pfeile 10, wobei ein Augenblick dargestellt ist, zu dem sich die Maximalkräfte an den Stellen 1/2 und 3*C/ 2 befinden.

Zweitens erhält man eine senkrecht zur X-Richtung und senkrecht zu der der Gießstrangwand gegenüberliegenden Fläche des Umrührers oder dessen Polschuhs wirkende Kraftkomponente (Querkraft), die als Funktion der Ortskoordinate X sich in ihrer Größe sinusförmig zwischen einem positiven und einem gleichgroßen negativen Maximalwert ändert. Auch diese Kraftverteilung 11 wandert in X-Richtung. Wird die Kraft an einer bestimmten Stelle X über die Zeit integriert, so ergibt sich nach Durchlauf einer Periode der Wert 0, d.h. eine resultierende, in einer bestimmten Richtung wirkende Querkraft ist nicht vorhanden.

Die beiden genannten Kraftkomponenten verursachen zusammen in bekannter Weise im noch flüssigen Kern des Gießstranges eine turbulente Strömung in Längsrichtung des Umrührers. Dies gilt also für einen symmetrisch gespeisten Umrührer.

Bei einer unsymmetrischen Speisung des Umrührers gemäß der Erfindung, die, wie im folgenden erläutert wird, auf verschiedene Weise erreicht werden kann, wird den beiden genannten Kraftkomponenten 10 und 11 eine weitere Kraftkomponente 12 (siehe Fig. 2) hinzugefügt. Diese Kraftkomponente wirkt ähnlich wie die Kraftkomponente

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11 im wesentlichen senkrecht zur X-Richtung und senkrecht zu der der Gießstrangwand gegenüberliegenden Fläche des Umrührers oder dessen Polschuhs (Querkraft). Diese Kraftkomponente ändert sich als Funktion der Ortskoordinate X in ihrer Größe sinusförmig zwischen 0 und einem Maximalwert, wobei die Länge der Halbwellenverteilung doppelt so groß ist, wie bei der Kraftkomponente 11. Im Gegensatz zu der Kraftkomponente 11 wandert die Verteilung der Kraftkomponente 12 nicht in X-Richtung weiter. Vielmehr "pumpt" diese Kraftverteilung, d.h. an jeder Stelle der X-Koordinate ändert sich die Kraft periodisch zwischen 0 und einem Maximalwert, wobei die Größe dieses Maximalwertes für jede Stelle der X-Koordinate eine andere ist. Die größten Maximalwerte liegen zwischen den Polschuhen des Umrührers oder einer entsprechenden Anordnung, also an den Stellen t/2 und 3 ti/2. Das Zeitintegral über diese zusätzliche Kraftkomponente ergibt eine resultierende Querkraft, die im wesentlichen senkrecht zu der dem Gießstrang gegenüberliegenden Oberfläche des Umrührers oder dessen Polschuhs verläuft. Diese zusätzliche Querkraft 12 bewirkt eine kräftige Erhöhung der Turbulenz in der Strömung im flüssigen Kern des Gießstranges, und die Erzielung dieser Turbulenz ist das Hauptanliegen der vorliegenden Erfindung.

Diese zusätzliche Querkraft 12 kann durch einen elektromagnetischen Umrührer erzeugt werden, der anders als die bereits bekannten Umrührer, welche nur die beiden Kraftkomponenten 10 und 11 erzeugen, dadurch eine Querkraft erzeugt, daß seine Ströme, die Windungszahlen seiner Spulen und/oder eventuell auch die Erstreckung dieser Spulen im Raum, derart gewählt sind, daß der von den Spulen erzeugte Strombelag in (kA/m) mindestens einer Phase um mindestens 10 γι von dem Strombelag in einer anderen Phase des Umrührers abweicht.

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Entsprechend einer anderen Alternative kann die zusätzliche Querkraft von einem in bekannter Art ausgeführten Umrührer erzeugt werden, der also normalerweise keine zusätzliche Querkraft 12 erzeugt, indem der Umrührer derart gespeist wird, daß der Strom in mindestens einer Phase um mindestens 10 % von den Strömen in den anderen Phasen oder der anderen Phase (bei einem zweiphasigen Umrührer) abweicht.

Man kann die Unsymmetrie auch dadurch zustandebringen, daß die Spulen derart angeordnet werden, daß ihre gegenseitige Induktivität zu unterschiedlichen Strömen in den Phasen führt, was mit der Anordnung der Spulen untereinander zusammenhängt. Die Spulen können beispielsweise räumlich in einer Reihe angeordnet werden. Man kann diese Unsymmetrie jedoch auch durch eine unterschiedliche Speisung der einzelnen Spulen erreichen.

Vorzugsweise werden bei dem Verfahren nach der Erfindung ebene Umrührer verwendet, doch können selbstverständlich auch zylindrische oder andere Arten von Umrührern verwendet werden. Bei einer bevorzugten Ausführungsform erhält man die Umrührkräfte von einem Umrührer mit Spulenwicklung, und wie bereits erwähnt, kann die Unsymmetrie entweder durch eine unterschiedliche gegenseitige Induktivität zwischen den Spulen und/oder durch unterschiedliche Windungszahlen der Spulen oder durch eine geometrische Verlängerung wenigstens einer der Phasen und/oder durch verschiedene Speisung der einzelnen Phasen erzeugt werden.

Das Verfahren nach der Erfindung kann bei verschiedenen Arten von Gießsträngen angewendet werden, wie beispielsweise bei soge-

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nannten slabs (Platten), wobei der Umrührer von einem Direktumrichter gespeist wird, der beispielsweise zweiphasig sein kann. Die Frequenz liegt zweckmäßigerweise zwischen 0 und 10 Hz.

Bei sogenannten blooms (Luppen) kann die Speisung durch einen Frequenzumrichter erfolgen, der aus einem Gleichrichter und einem Wechselrichter mit einem Gleichspannungszwischenglied besteht. Die Frequenz liegt hier meistens zwischen 20 - 30 Hz.

Bei sogenannten billets (Barren) kann der elektromagnetische Umrührer direkt vom Netz gespeist werden, wobei die Frequenz 50 bzw. 60 Hz beträgt.

Das vorstehend beschriebene Verfahren kann im Rahmen des offenbarten allgemeinen Erfindungsgedankens in vielfacher Weise variiert werden.

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Claims

Patentanwalt und Rechtsanwalt # Dr.-lng. Dipl.-lng. Joachim Boecker ~ A ~ β Frankfurt/Main 1 , 29.10.1979 Rathen«upl«U2-e B/d 20 720 P Telefon: (Oe 11) '282356 Tele«: 4189 068 it« d PATENTANSPRÜCHE:

1. Verfahren zum Umrühren der nicht erstarrten Bereiche eines aus einer Stranggießmaschine kommenden Gießstranges, wobei der Strang in einer Kokille geformt wird und das Umrühren mittels eines oder mehrerer elektromagnetischer Umrührer erfolgt, und wobei der/die Umrührer in bekannter Weise eine magnetische Wanderwelle im Gießstrang erzeugt/erzeugen, durch die die folgenden beiden Kraftkomponenten erzeugt werden:

Erstens eine in Längsrichtung des Umrührers wirkende und in dieser Richtung wandernde Kraftkomponente, deren Form in Längsrichtung des Umrührers von der Funktion

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beschrieben wird und die bei Integration über die Zeit an einer bestimmten Stelle des Umrührers eine in Längsrichtung des Umrührers resultierende Kraft ergibt; zweitens eine senkrecht zur Längs richtung des Umrührers wirkende Kraftkomponente (Querkraft), die sich in Längsrichtung des Umrührers sinusförmig zwischen gleich großen positiven und negativen Maximalwerten ändert und in Längsrichtung des Umrührers wandert und deren zeitliche Integration an einer bestimmten Stelle des Umrührers über eine längere Zeit den Wert Null ergibt, dadurch gekennzeichnet, daß den beiden genannten Kraftkomponenten (10, 11) eine im wesentlichen senkrecht zur Oberfläche des Umrührers wirkende, in Längsrichtung des Um-

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rührers sinusförmig verteilte stehende zusätzliche Querkraft überlagert wird, die an allen Stellen in Längsrichtung des Umrührers sich zeitlich periodisch zwischen Null und einem Maximum verändert, wobei diese zusätzliche Querkraft eine Erhöhung der Turbulenz in der Strömung im flüssigen Kern des Gießstranges erzeugt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zusätzliche Querkraft von mindestens einem elektromagnetischen Umrührer erzeugt wird, dessen Spulen so angeordnet sind, daß bei einem konstanten Strom in den Phasen des speisenden elektrischen Systems der von den Spulen des Umrührers erzeugte Strombelag (kA/m) in mindestens einer Phase um mindestens 10 % von dem entsprechenden Strombelag in mindestens einer der übrigen Phasen abweicht.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zusätzliche Querkraft von einem in bekannter Art ausgeführten Umrührer erzeugt wird, bei dem mindestens eine der Phasen mit einem

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Strom gespeist wlrd,yum mindestens 10 % vom Strom in mindestens einer anderen Phase abweicht.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zusätzliche Querkraft von einem Umrührer erzeugt wird, bei dem die Windungszahl der Spulen, die Ausdehnung der Spulen sowie die Ströme so gewählt werden, daß der von den Spulen des Umrührers erzeugte Strombelag (kA/m) für mindestens eine Phase um mindestens 10 % von dem entsprechenden Strombelag mindestens einer der anderen Phasen abweicht.

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5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erzeugung der zusätzlichen Querkraft zwei oder mehrere der Maßnahmen nach den Ansprüchen 2 bis 4 kombiniert werden.

6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Umrührkräfte durch einen Umrührer mit Spulenwicklung erzeugt werden.

7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Umrührkräfte von mindestens einem Umrührer erzeugt werden, der von einem Direktumrichter gespeist wird, welcher in dem Frequenzintervall zwischen 0 und 10 Hz arbeitet.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Umrührkräfte von mindestens einem Umrührer erzeugt werden, der von einem Frequenzumrichter gespeist wird, welcher in dem Frequenzintervall von 10 bis 30 Hz arbeitet.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Umrührkräfte von mindestens einem direktgespeisten Umrührer erzeugt werden, der somit bei den Frequenzen 50 oder 60 Hz arbeitet.

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