DE3128056C2

DE3128056C2 - Process for promoting nucleation when cooling metallic melts, in particular steel melts

Info

Publication number: DE3128056C2
Application number: DE19813128056
Authority: DE
Inventors: Achim 4133 Neukirchen-Vluyn Kubon
Original assignee: Mannesmann AG
Current assignee: Vodafone GmbH
Priority date: 1981-07-16
Filing date: 1981-07-16
Publication date: 1983-05-26
Also published as: DE3128056A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Förderung der Keimbildung beim Abkühlen metallischer Schmelzen, insbesondere von Stahlschmelzen, über Kavitation,The invention relates to a method for promoting nucleation when cooling metallic melts, in particular steel melts, via cavitation,

Es ist bekannt, in einem flüssigen Metall, z. B. in einer Stahlstranggußkokille, eine Rührbewegung zu erzeugen. Der Rühreffekt soll einigen Verbesserungen dienen. Insbesondere sollen folgende Wirkungen erzielt werden:It is known that in a liquid metal, e.g. B. in a Continuous steel casting mold to generate a stirring movement. The stirring effect is said to have some improvements to serve. In particular, the following effects should be achieved:

— ein feinkörniges (globulares) Erstarrungsgefüge,- a fine-grain (globular) solidification structure,

— geringe Steigerungen, jo- small increases, jo

— Verwirbeln bzw. weitergehendes des Abscheiden von Einschlüssen,- swirling or further deposition of inclusions,

— Verhindern von Lunkern bzw. Verbesserung des Speisevermögens durch Globulargefüge und- Prevention of cavities or improvement of the ability to feed through globular structure and

— insgesamt allgemeine Verbesserungen der Gießtechnik, z. B. auf dem Stranggußsektor zur Steigerung von Gußqualität und Erzeugungsleistung.- overall general improvements in casting technology, e.g. B. in the continuous casting sector to increase casting quality and production capacity.

Es ist außerdem bekannt, das Rühren in Metallschmelzen aufgrund der Wirkungen elektromagnet!- scher Felder vorzunehmen. So wird in einem flüssigen Metall durch die Wirkung eines elektromagnetischen Dreh- oder Wanderfeldes die Rührbewegung erzeugt. Als wichtigstes Ergebnis elektrisch bewegten Flüssigmetalls gilt das Abbrechen der Dendritenspitzen, welche anschließend als Keime wirksam werden sollen, um Globulargefüge zu erzeugen. Es hat sich jedoch gezeigt, daß bei derartigen Rührverfahren ein wesentlicher Nachteil auftritt, der unter dem Begriff »weiße Streifen« bekannt ist und eine starke Steigerung vor allem von Kohlenstoff und Schwefel an der »Rührstelle« im Grenzbereich flüssig/fest darstellt. Allerdings sind hinsichtlich der »weißen Streifen« und anderer Vorgänge bzw. Erscheinungen gewisse Zusammenhänge nicht ausreichend geklärt. So stehen zur Zeit immer noch folgende Fragen zur Aufklärung an:It is also known that stirring in molten metal due to the effects of electromagnetic! shear fields. So it becomes in a liquid metal by the action of an electromagnetic one Rotating or traveling field generates the stirring movement. The most important result of electrically moving liquid metal is the breaking off of the dendrite tips, which are then supposed to act as germs to create globular structures. It has, however shown that with such stirring processes a significant disadvantage occurs, the term "white Stripes "is known and a strong increase in carbon and sulfur in particular at the" stirring point " represents liquid / solid in the border area. However, with regard to the "white stripes" and other processes or phenomena, there are no certain connections sufficiently clarified. The following questions are currently still pending clarification:

— Entstehung des »weißen Streifens«.- Creation of the "white stripe".

— Anreicherung von Keimen (Globulargefüge) im Zentrum, wobei angenommen wird, daß die Keime eigentlich durch die Rührbewegung und durch das höhere spezifische Gewicht nach außen getragen werden müssen,- Accumulation of germs (globular structure) in the center, it being assumed that the germs actually carried outwards by the stirring movement and by the higher specific weight Need to become,

— die Koagulation von Einschlüssen und deren Abscheidung/Erstarrung in den äußeren Zonen — trotz geringeren spezifischen Teilchengewichten,- the coagulation of inclusions and their deposition / solidification in the outer zones - despite lower specific particle weights,

— das Abbrechen von Dendritenspitzen, obwohl an der Übergangsslelle fest/flüssig durch hohe- The breaking off of dendrite tips, although solid / liquid at the transition point due to high ones Schmelzenviskosität die Rührgeschwindigkeit gegen Null geht. Diese Erscheinung ist deshalb besonders auffällig, weil bei geringer Überhitzung der Schmelze kaum Wirkungen der elektromagnetischen Felder auftreten, dennoch aber entsprechend viele Dendritenspitzen zur Verfugung stehen,Melt viscosity the stirring speed goes to zero. This phenomenon is therefore particularly noticeable because if the melt is slightly overheated, there are hardly any effects of the electromagnetic fields, but a corresponding number of dendrite tips are available stand,

— der Keimbildungseffekt ist bei höherer Überhitzung (z. B. in der Stranggießkokille) größer, obwohl nur ein geringes Angebot an Dendriten vorhanden ist,- the nucleation effect is greater at higher overheating (e.g. in the continuous casting mold), although there is only a small supply of dendrites,

— die Rührgeschwindigkeit, je nach Ortsverhältnissen im Rührbereich wird unterschiedlich bestimmt bzw. berechnet, mit entsprechend unterschiedlichen Ergebnissen,- the stirring speed, depending on the local conditions in the stirring area is determined or calculated differently, with correspondingly different Results,

— mit steigender Stärke des elektrischen Stromes wird der »weiße Streifen« stärker und die Globularzone größer; es steht aber nur eine normale in etwa gleichbleibende Dendri.enspitzenmenge zur Verfugung,- with increasing strength of the electric current, the "white stripe" becomes stronger and the Globular zone larger; However, only a normal, approximately constant, peak amount of dendrons is available,

— mit unterschiedlichem Kohlenstoff-Gehalt der Stahlschmelze, aber gleicher Stärke des Magnetfeldes ändert sich die Stärke des »weißen .Streifens«.- With a different carbon content in the molten steel, but the same strength of the magnetic field, the strength of the "white stripe" changes.

Die genannten Erscheinungen beim Rühren im flüssigen Metall unter der Wirkung von elektromagnetischen Feldern lassen sich demnach nicht mit der herkömmlichen Metallkunde in Einklang bringen. Es kann nur vermutet werden, daß durch die Verfahrenstechnik der elektromagnetischen Felder Vorgänge ablaufen, die noch nicht ausreichend erforscht sind.The phenomena mentioned when stirring in liquid metal under the action of electromagnetic fields can therefore not be with the reconciling conventional metallurgy. It can only be assumed that processes are caused by the process engineering of the electromagnetic fields that have not yet been adequately researched.

Andererseits ist es bekannt, daß Schwingungen im Ultraschallbereich bei Metallen durch Kavitation in der Schmelze Keime und damit Feinkorngefüge entstehen lassen. Dieses Verfahren bedarf jedoch der Ultraschallanwendung, ein Verfahren, das nicht immer erwünscht ist.On the other hand, it is known that vibrations in the ultrasonic range in metals due to cavitation in the Allow the melt to develop germs and thus fine-grain structures. However, this procedure requires the use of ultrasound, a procedure that is not always desirable is.

Der vorliegenden Erfindung ist demzufolge die Aufgabe zugrunde gelegi, ein Verfahren unter Ausschaltung der Ultraschallanwendung zur Förderung der Keimbildung beim Abkühlen metallischer Schmelzen, insbesondere von Stahlschmelzen, über Kavitation vorzuschlagen.The present invention is therefore the underlying object of a method that eliminates the use of ultrasound to promote the Nucleation when cooling metallic melts, especially steel melts, via cavitation to propose.

Die gestellte Aufgabe, d. h. die Kavitalionsbildung in metallischen Schmelzen, wird gelöst durch die Anwendung elektromagnetischer Dreh-, Wander- oder Wechselfelder bei einer Erzeugungsfrequenz von 15 bis 30 kHz. Bei der Anwendung derartiger elektromagnetischer Dreh-, Wander- oder Wechselfelder werden Kräfte für die Kavitationsbildung und damit Keime erzeugt.The task set, d. H. the formation of cavitation in metallic melts is solved by the application of rotating, traveling or alternating electromagnetic fields at a generation frequency of 15 to 30 kHz. When using such electromagnetic rotating, traveling or alternating fields Forces for the formation of cavitation and thus germs generated.

In Ausgestaltung des erfindunsgemäßen Verfahrens wird vorgeschlagen, daß das elektromagnetische Feld in Abhängigkeit der Viskosität der Schmelze eingestellt wird. Hierfür kommen Stromstärken zwischen etwa 50 bis 500 A in Betracht. Die zugehörige Spannung liegt je nach gewählter Leistung in der Größenordnung von bis zu 500 V. Die Einwirkzeit bestimmt sich jeweils nach dem Abkühlverhaltcn des betreffenden Metalls. Dabei ist bei geringer Keimbildung eine höhere Überhitzung anzustreben. Eine weitere Erhöhung der Keimbildung kann aber auch durch Impfung mit geeigneten Stoffen erfolgen. Die Viskosität bestimmt sich im Grunde nach der jeweiligen Zusammensetzung der Metallschmelze und liegt deshalb je nach Art der Metallschmelze fest. Hierbei ist selbstverständlich der Überhitzungsgrad ebenfalls zu berücksichtigen.In an embodiment of the method according to the invention it is proposed that the electromagnetic field be adjusted as a function of the viscosity of the melt will. For this purpose, currents between about 50 and 500 A come into consideration. The associated voltage is each according to the selected power in the order of magnitude of up to 500 V. The exposure time is determined in each case the cooling behavior of the metal in question. If there is less nucleation, there is a higher level of overheating to strive for. A further increase in nucleation can also be achieved by vaccination with suitable substances take place. The viscosity is basically determined by the respective composition of the metal melt and is therefore fixed depending on the type of molten metal. Here, of course, is the degree of overheating also to be considered.

Ferner ist vorgesehen, daß gleichzeitig Inertgas derIt is also provided that the inert gas at the same time

Schmelze in Bläschenform zugeführt wird. Auch diese Maßnahme unterstützt die Kavitationsbildung und damit die Vorausst^ung für die Förderung der Keimbildung.Melt is supplied in the form of bubbles. These too Measure supports the formation of cavitation and thus the prerequisites for the promotion of the Nucleation.

Als wesentlichste Vorteile der erfindungsgemäß elektromagnetisch-kavitativen Keimerzeugung sollen herausgestellt werden:The most important advantages of the electromagnetic-cavitative germ generation according to the invention are to be to be highlighted:

— weitgehende globulare Erstarrung,- extensive globular solidification,

— höhere Gußdichte,- higher casting density,

— keine negativen Steigerungen (»weiße Streifen«) bzw. verminderte Steigerungen,- no negative increases (»white stripes«) or reduced increases,

— bessere Abscheidung von inneren Schlacken bzw. gleichmäßigere Verteilung,- better separation of internal slag or more even distribution,

— gleichmäßige Schmelzenviskosität, demzufolge auch bessere Formfüllungs- und Laufeigenschaften des Flüssigmetalls,- uniform melt viscosity, consequently also better mold filling and running properties of the liquid metal,

— Keimerzeugung bei entsprechend höheren Temperaturen sind schon vor dem Abgießen möglich, wodurch sich Auswirkungen auf das Einbringen des Schmelzmetalls, z. B. in eine Stranggießkokille ergeben, wobei ferner unmittelbar nach der Stahlerzeugung bereits mit der Keimerzeugung begonnen werden kann,- Germ generation at correspondingly higher temperatures is possible even before pouring, which affects the introduction of the molten metal, e.g. B. in a continuous casting mold result, furthermore immediately after the steel production with the germ production can be started

— Kombination mit der Inertgasanwendung als "> Unterstützung für die Kavitation durch Gasbläschen, - Combination with the use of inert gas as "> support for cavitation through gas bubbles,

— Verfahrensverbesserungen, wie z. B. längere zur Verfugung stehende Gießzeiten, höhere Gießgeschwindigkeiten, - Process improvements, such as B. longer for Jointed casting times, higher casting speeds,

i" — geringere Anfälligkeiten für Gußfehler — duruh Verbesserung des Erstarrungstypes und damit höhere Produktivität und höheres Ausbringen.i "- lower susceptibility to casting errors - duruh Improvement of the solidification type and thus higher productivity and higher yield.

Der Erfindung liegt daher der Gedanke zugrunde, daß ein elektromagnetisches Dreh-, Wander- oder Wechselfeld bsi entsprechend erzeugter Frequenz in flüssigen Metallen ebenfalls Kavitation erzeugt Aufgrund dieser Kavitation und der verbesserten Keimbildung ist es möglich, eine gesteuerte Erstarrung im Metallguß, tvie -'" z. B. im Strangguß, vorzunehmen.The invention is therefore based on the idea that an electromagnetic rotating, traveling or alternating field bsi correspondingly generated frequency in liquid metals also generates cavitation due to this Cavitation and the improved nucleation it is possible, a controlled solidification in metal casting, tvie - '"e.g. in continuous casting.

Claims

Patent claims:

I. Process for promoting nucleation when cooling metallic melts, especially steel melts, fiber cavitation, characterized by the application of rotating, traveling or alternating electromagnetic fields at a generation frequency of 15 to 30 kHz.

Z Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das elektromagnetische Feld in Abhängigkeit der Viskosität der Schmelze eingestellt wirdZ method according to claim 1, characterized in that the electromagnetic field in Depending on the viscosity of the melt is set

3. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß gleichzeitig Inertgas der Schmelze in Bläschenform zugeführt wird.3. Process according to claims 1 and 2, characterized in that inert gas at the same time is fed to the melt in the form of bubbles.