DE3517733A1

DE3517733A1 - Method and apparatus for the continuous casting of, in particular, heavy metals, by means of magnetic fields which shape the cross-section of the strand

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Publication number: DE3517733A1
Application number: DE19853517733
Authority: DE
Inventors: Theodor Prof. Dr.-Ing. 8022 Grünwald Rummel
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1985-05-17
Filing date: 1985-05-17
Publication date: 1986-11-20

Abstract

Method and device for the continuous casting of, in particular, heavy metals, in which, instead of a vibrating metallic mould, an alternating magnetic field, which shapes the cross-section of the strand, and a superimposed constant magnetic field are used.

Description

Verfahren bzw. Einrichtung zum Stranggießen insbe-Process or device for continuous casting in particular

sondere von Schwermetallen mittels den Strangquerschnitt formenden Magnetfelds.special of heavy metals by means of the strand cross-section shaping Magnetic field.

Die Erfindung befaßt sich mit einem Verfahren bzw.The invention is concerned with a method or

Vorrichtungen zum Senkrecht- oder Schrägstranggießen insbesondere von Schwermetallen unter Zuhilfenahme eines den Strangquerschnitt formenden Magnetfeldes. Das Verfahren soll auch für Bogenstranggießen geeignet sein.Devices for vertical or inclined continuous casting, in particular of heavy metals with the aid of a magnetic field that forms the strand cross-section. The process should also be suitable for continuous arc casting.

Das seit etwa einem Jahrzehnt bekannte Senkrechtstranggießen von Leichtmetallen mittels einer Wechselmagnetfeldeinrichtung an Stelle einer das zufließende Flüssigmetall aufnehmenden metallischen Kokille hätte in der Anwendung auf Schwermetalle - wie beispielsweise Stahl - den Vorteil, daß die kostspielige, dem Verschleiß unterworfene Kokille mit ihrer schweren Schwingungseinrichtung in Fortfall käme, abgesehen davon, daß alle Schmierungsprobleme der Kokilleninnenwand gegenüber dem noch heißen auszubringenden Strang verschwinden würden. The vertical continuous casting of Light metals by means of an alternating magnetic field device instead of the incoming one Liquid metal-absorbing metallic mold would have been in use on heavy metals - such as steel - the advantage that the expensive, subject to wear and tear The mold with its heavy vibration device would be eliminated, apart from that all lubrication problems of the mold inner wall compared to the still hot to be brought out Strand would disappear.

Es hat sich aber herausgestellt, daß die bei Schwermetallen notwendigen, wesentlich stärkeren Wechselmagnetfelder so starke mechanische Flüssigmetallwirbel-Strömungen verursachen, daß unregelmäßige Benetzungen zwischen den die Felder bewirkenden wechselstromdurchflossenen Spulen und dem Metall auftreten. Dadurch ist die kraftschlüssige, dem Spulenquerschnitt ähnliche Formung des Strangquerschnittes nachhaltig gestört. Darüber hinaus sind Kurzschlüsse der Spulenwindungen gegeneinander aufgetreten, sodaß ein Betrieb unmöglich geworden ist, was insbesondere für größere Strangquerschnitte von über 1,5 cm2 und Stahl gilt. However, it has been found that the necessary much stronger alternating magnetic fields so strong mechanical liquid metal vortex currents cause irregular wetting between the fields causing AC current flowing through Coils and the metal occur. This is the frictional, the coil cross-section similar shaping of the strand cross-section lastingly disturbed. In addition, are Short circuits of the coil turns against each other occurred, making operation impossible has become, which is especially true for larger strand cross-sections of over 1.5 cm2 and Steel applies.

Die störenden mechanischen Flüssigmetallwirbel sind eine Folge der angewendeten - in Strangrichtung relativ zum Durchmesser - kurzen Spulen, die sehr inhomogene Magnetfelder bewirken. Die Inhomogenität in radialer Richtung ist unbedingt notwendig, da nur durch diese, abgesehen von der schädlichen Wirkung der mechanischen Wirbel strömungen, ein stabiler Einschluß des Flüssigmetalls erreicht werden kann. Lange Spulen würden zwar homogene Kraftfelder bewirken, wodurch die Wirbel vermieden werden könnten, andererseits jedoch grundsätzlich ein stabiler Einschluß unmöglich wäre.The disturbing mechanical liquid metal vortices are a consequence of the used - in the strand direction relative to the diameter - short bobbins that are very cause inhomogeneous magnetic fields. The inhomogeneity in the radial direction is essential necessary because only through this, apart from the harmful effect of the mechanical Eddy currents, a stable inclusion of the liquid metal can be achieved. Long coils would cause homogeneous force fields, which would avoid the eddies On the other hand, however, stable inclusion is fundamentally impossible were.

Die erfinderische Aufgabe besteht darin, ein Verfahren zu finden, welches das Stranggießen auch von Schwermetallen mit größeren Querschnitten ohne die Verwendung oszillierender metallischer Kokillen mittels das Flüssigmetall umschließender Kraftfelder aus Magnetfeldern ermöglicht, so, daß die im Gebiet dieser Kraftfelder beginnende Kühlung das Flüssigmetall zum gewünschten Strangquerschnitt erstarren lassen kann. The inventive task is to find a method which allows the continuous casting of heavy metals with larger cross-sections without the use of oscillating metallic molds by means of the liquid metal enclosing Force fields from magnetic fields made possible so that those in the area of these force fields When cooling begins, the liquid metal solidifies to the desired strand cross-section can leave.

Das erfinderische Verfahren besteht darin, daß beim Senkrecht-,Bogen- oder Schrägstranggießen von Metallen, insbesondere von Schwermetallen das einschließende Kraftfeld ein Magnetwechselfeld ist und daß zusätzlich ein Magnetgleichfeld das einzuschließende - im Querschnitt zu formende - Strangmaterial durchsetzt. The inventive method is that the vertical, arc or inclined continuous casting of metals, especially heavy metals, the enclosing one Force field is an alternating magnetic field and that, in addition, a constant magnetic field to be enclosed - to be shaped in cross section - extruded material.

Erfindungsgemäß wird also ein kombiniertes Magnetfeld, bestehend aus einem Gleich- und einem Wechselfeldanteil zur Formung des Stranges eingesetzt, wobei den Anteilen unterschiedliche Aufgaben zugeordnet sind. Der Wechselfeldanteil bewirkt durch induzierte Ströme im Strangmaterial in diesem ein einschließendes Kraftfeld. Der Gleichfeldanteil bremst schnelle wirbelnde mechanische Strömungen im flüssigen Strangmaterial wirksam ab. According to the invention, there is thus a combined magnetic field from a constant and an alternating field component used to form the strand, different tasks are assigned to the shares. The alternating field component causes by induced currents in the strand material an enclosing one Force field. The constant field component slows down fast, swirling mechanical flows effective in the liquid strand material.

Es wird also die transformatorische Induktion von elektrischen Strömen im Einsatzgut und es wird die durch die Flüssigmetallströmung bedingte Strominduktion ausgenutzt, um eine stabile Einschließung des Flüssigmetalls zu erzielen. Da beide genannten Feldanteile unabhängig voneinander eingestellt werden können, lassen sich optimale Einschließungszustände erzielen. Durch Einstellung der Frequenz und Stärke des Wechselfeldanteiles lassen sich die Tiefe und die Größe der Einschließungsvolumenkräfte variieren. So it becomes the transformer induction of electrical currents in the charge and it becomes the current induction caused by the liquid metal flow exploited to achieve stable containment of the liquid metal. Since both mentioned field components can be set independently of each other, can achieve optimal containment states. By adjusting the frequency and strength of the alternating field component, the depth and the size of the confinement volume forces vary.

Durch Einstellung des Gleichfeldes wird die "Strömungssteifigkeit" des Flüssigmetalls wirksam beeinflußt. Man könnte auch sagen, daß über den einstellbaren Gleichfeldanteil eine einstellbare - von der Strömungsgeschwindigkeit abhängige - Viscositätserhöhung ermöglicht wird.By setting the constant field, the "flow stiffness" of the liquid metal effectively influenced. You could also say that about the adjustable Constant field component an adjustable - dependent on the flow velocity - increase in viscosity is made possible.

Für den Magnetfeld-Gleichanteil sind magnetische Induktionen von 0,05 bis über 0,3 Tesla notwendig. Magnetic inductions of 0.05 to over 0.3 Tesla necessary.

Diese starken Felder können nur mit einem erheblichen Aufwand hergestellt werden. Andererseits werden dadurch aber wesentlich umfangreichere und verschleißanfällige mechanische Einrichtungen, wie wassergekühlte oszillierende metallische Kokillen mit ihren Antriebsaggregaten eingespart. Außerdem fällt die sehr problematische Kokillenschmierung fort. Damit steigt auch die Oberflächengüte des Stranges.These strong fields can only be produced with considerable effort will. On the other hand, this makes them much more extensive and susceptible to wear mechanical devices such as water-cooled oscillating metallic molds saved with their drive units. Also, the very problematic one falls Mold lubrication continued. This also increases the surface quality of the strand.

Das bisher beschriebene neuartige Verfahren sowie Einrichtungen zur Durchführung desselben bilden den Gegenstand des Anspruches (1) und seiner nachgeordneten Ansprüche, wobei in diesen auch vorteilhafte Weiterbildungen des Verfahrens sowie Einrichtungen zur Durchführung beansprucht werden. Deren gedanklicher und sachlicher Inhalt soll als Bestandteil der Beschreibung gelten, ohne daß an dieser Stelle der Wortlaut der Ansprüche wiederholt wird. The novel process described so far as well Facilities to carry out the same form the subject matter of claim (1) and its subordinate Claims, whereby in these also advantageous developments of the method as well Facilities for implementation are claimed. Their more thoughtful and factual The content is intended to be part of the description, without the Wording of the claims is repeated.

Ein Ausführungsbeispiel des neuen Verfahrens ist in der Figur 1 erläutert. An exemplary embodiment of the new method is illustrated in FIG.

Es handelt sich um die schematische Darstellung der die vorliegende Erfindung betreffenden Teile einer Senkrechtstrangguß-Einrichtung für Stahl. It is the schematic representation of the present one Invention related parts of a vertical continuous casting device for steel.

In der Figur 1 ist 1 der von einem ( nicht dargestellten ) Flüssigstahl-Vorratsgefäß ausfließende regulierbare Flüssigmetallstrahl. Dieser tritt in ein Magnetfeld ein, das aus Gleichfeldanteilen der Hauptrichtung 2 und aus Wechselfeldanteilen der Hauptrichtung 3 besteht. In FIG. 1, 1 is that of a liquid steel storage vessel (not shown) outflow adjustable liquid metal jet. This enters a magnetic field, that from constant field components of the main direction 2 and from alternating field components of the main direction 3 consists.

Das Magnet-Gleichfeld wird durch die gleichsinnig gewickelten Spulen 4 und 5 , die teilweise geschnitten und teilweise verdeckt durch die das Magnetwechselfeld erzeugende, im Schnitt dargestellte, Wechselstromspule 6 gezeichnet ist, mittels Gleichstrom erzeugt. Eine teilweise Verdeckung der Gleichstromspulen 4,5 erfolgt auch noch durch den erstarrenden Strang 7, der in Richtung 8 nach unten abgezogen wird und durch Wasserbesprühung gekühlt wird. The constant magnetic field is generated by the coils wound in the same direction 4 and 5, which are partially cut and partially obscured by the alternating magnetic field generating, shown in section, AC coil 6 is drawn, by means of Direct current generated. The direct current coils 4, 5 are partially covered also by the solidifying strand 7, which is pulled down in the direction 8 and is cooled by water spray.

Es sei an Hand dieses Beispieles noch erwähnt, daß infolge des Zusammenwirkens der im Schmelzfluß induzierten elektrischen Wechsel ströme mit dem Gleichfeld eine regulierbare Schall- und bei höherer Frequenz eine Ultraschallwirkung eintritt, die zur Homogenisierung und Feinkörnigkeit des Strangmaterials führt. It should be mentioned on the basis of this example that as a result of the interaction the electrical alternating currents induced in the melt flow with the constant field adjustable sound and, at higher frequencies, an ultrasound effect occurs, which leads to the homogenization and fine-grainedness of the strand material.

In Figur 2 ist eine andere Ausführung gemäß dem neuen Verfahren dargestellt. In Figure 2, another embodiment is shown according to the new method.

Darin ist 1 der Flüssigmetallstrahl wie in Figur 1. Here, 1 is the liquid metal jet as in Figure 1.

Dieser tritt in ein Magnetfeld mit dem Gleichfeldanteil der Hauptrichtung 9 und dem Wechselfeldanteil der Hauptrichtung 10 ein. Der Wechselfeldanteil wird wie in Figur 1 durch die Wechselstromspule 6 erzeugt.This enters a magnetic field with the direct field component of the main direction 9 and the alternating field component of the main direction 10. The alternating field component is as generated in FIG. 1 by the alternating current coil 6.

Der Gleichfeldanteil wird durch die Spule 11, die durch Gleichstrom beaufschlagt wird, erzeugt. Der erstarrende Stranganteil 7 und die Strangabzugsrichtung 8 sind dieselben wie in Figur 1.The direct field component is generated by the coil 11, which is generated by direct current is applied, generated. The solidifying strand portion 7 and the strand withdrawal direction 8 are the same as in FIG. 1.

Bei einer weiteren Variation und Weiterbildung des erfindungsmäßigen Verfahrens verlaufen die Gleichfeldanteile und die Wechselfeldanteile wie in Figur 2. In a further variation and development of the inventive In the process, the constant field components and the alternating field components proceed as in the figure 2.

Die Erzeugung der beiden Feldanteile erfolgt jedoch in einer Spule, deren Lage mit der der Wechselstromspule 6 der Figur 2 identisch ist. Die Zuführung der zum Betrieb dieser Spule notwendigen Gleich- und Wechselströme erfolgt über die in der Elektrotechnik seit langem verwendeten elektrischen Weichen. However, the two field components are generated in a coil, the position of which is identical to that of the alternating current coil 6 in FIG. The feed the direct and alternating currents required to operate this coil are supplied via the electrical switches that have long been used in electrical engineering.

Gelegentlich kann es zweckmäßig sein, die Wechselstromspule in besonderer Weise auszugestalten. Dies kann zur verbesserten Anpassung dieser Spule an die Wechselstromquelle vorteilhaft sein. In Figur 3 ist eine solche, aus den Teilen 12 und 13 bestehende, Spulenanordnung zur Erzielung der Wechselmagnetfeldkomponente dargestellt. 12 ist ein zur Strangachse senkrechter Schnitt durch die von einer Wechselstromquelle gespeiste mehrwindige Spule. 13 ist der Schnitt durch eine aus mehreren Längsteilen zusammengesetzte Wechselstromsekundärspule, in der kleinere Wechselströme 14 induziert werden, die ihreseits Wechselstrom im Strang 15 induzieren. Das Magnetgleichfeld ist nicht dargestellt. Occasionally it may be useful to use the AC coil in particular Way to design. This can improve the adaptation of this coil to the AC power source be beneficial. In Figure 3 such, consisting of the parts 12 and 13, Shown coil arrangement for achieving the alternating magnetic field component. 12 is a section perpendicular to the strand axis through the section fed by an alternating current source multi-turn coil. 13 is the section through a composite of several longitudinal parts AC secondary coil, in which smaller alternating currents 14 are induced, the induce alternating current in strand 15 on their part. The DC magnetic field is not shown.

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Claims

Claims (1) Process and equipment for continuous casting in particular of heavy metals by means of a magnetic field that shapes the strand cross-section, that the alternating magnetic field forming the strand cross-section is superimposed by a direct magnetic field is.

(2) Method according to claim (1), characterized in that the main direction of the direct magnetic field is perpendicular to the main direction of the alternating magnetic field.

(3) Method according to claim (1), characterized in that the main direction of the constant magnetic field coincides with that of the alternating magnetic field.

(4) Device according to claim (2), characterized in that the Direct magnetic field generated by means of an ironless coil through which direct current flows will.

(5) Device according to claim (2), characterized in that the DC magnetic field generated by means of a DC coil and ferromagnetic yoke will.

(6) Device according to claim (3), characterized in that the the direct current coil causing the direct magnetic field encloses the alternating current coil.

(7) Device according to claim (3), characterized in that the Direct and alternating magnetic fields are generated by means of one and the same coil, by supplying alternating and direct currents to this coil via electrical switches will.

(8) Method or device according to one or more of the claims (1) ... (7) characterized in that the frequency and the strength of the alternating magnetic field as well as the strength of the DC magnetic field can be made adjustable.

(9) Method or device according to one or more of claims (1) ... (8), characterized in that the frequency of the alternating current used to generate the alternating magnetic field component of the condition Sufficient, where d is twice the smallest distance between the cross-sectional center of gravity and the cross-sectional boundary, X is the specific electrical conductivity and e is the magnetic permeability of the liquid strand material, and that the additional direct magnetic field in the area of the forming alternating magnetic field is at least 0.05 Tesla.