DE602004005978T2

DE602004005978T2 - Stranggussverfahren für stahl

Info

Publication number: DE602004005978T2
Application number: DE602004005978T
Authority: DE
Inventors: Yuji Miki; Shuji Takeuchi; Akira Yamauchi
Original assignee: JFE Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 2003-04-11
Filing date: 2004-01-29
Publication date: 2008-01-17
Anticipated expiration: 2024-01-30
Also published as: EP1623777A1; WO2004091829A1; DE602004005978D1; KR100764945B1; US7448431B2; EP1623777A4; EP1623777B1; US20070272388A1; KR20060002968A

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft Verfahren zum kontinuierlichen Gießen von Stahl sowie insbesondere ein kontinuierliches Stahlgießverfahren, bei dem der Stroms geschmolzenen Stahls in eine Form zum kontinuierlichen Gießen (im Anschluss als Kokille bezeichnet) ohne Einblasen eines Inertgases aus einem Ausguss zur Zufuhr des geschmolzenen Stahls in die Kokille mittels Aufbringen eines Magnetfelds verbessert wird.
Stand der Technik
Eine Verbesserung der Qualität von Stahlprodukten und insbesondere von Automobil-Stahlblechen wurde in letzter Zeit stark nachgefragt, und die Notwendigkeit für hochqualitative reine Brammen wurde dementsprechend intensiviert. Zum Produzieren einer derartigen hochqualitativen Bramme hat die ungeprüfte japanische Patentanmeldung mit der Veröffentlichungs-Nr. 100611 das kontinuierliche Stahlgießen ohne Gaseinblasen offenbart. Diese Technik verhindert das Zusetzen eines Tauchausgusses zur Zufuhr eines geschmolzenen Stahls in eine Kokille durch die Reduzierung der Schmelzpunkte von Einschlüssen im geschmolzenen Stahl, wodurch die Notwendigkeit des Einblasens von Inertgas wie etwa Argon (Ar) durch den Ausguss eliminiert wurde.
Ein derartiges kontinuierliches Gießen ohne Inertgas-Einblasen verhindert den Einschluss von Luftbläschen an der Oberfläche der gegossenen Bramme und stellt infolgedessen verbesserte Oberflächeneigenschaften im Vergleich mit dem Gießen mit Gaseinblasen zur Verfügung. Wenn die Temperatur des geschmolzenen Stahls jedoch in der Kokille abfällt, wird der Kokillen-Strom lokal eingefroren und im geschmolzenen Stahl eingefangen, um in nachteiliger Weise zu inneren Defekten zu führen. Zusätzlich wird eine weitere Verbesserung der Oberflächeneigenschaft erwünscht.
Einige Defekte in den Brammen werden durch Einschlüsse oder Luftbläschen oder Seigerungen im geschmolzenen Stahls bewirkt. Diese Defekte hängen stark mit dem Strom des geschmolzenen Stahls in der Form zusammen. Dementsprechend wurden eine Vielzahl von Studien und Erfindungen in Bezug auf den Strom geschmolzenen Stahls gemacht. Unter diesen sind Ansätze zur Steuerung des Stroms geschmolzenen Stahls in der Form mittels eines Magnetfelds.
Beispielsweise wird (A) ein Gleichstrom-Magnetfeld über ein sich bewegendes Magnetfeld überlegt. Die ungeprüfte japanische Patentanmeldung mit der Veröffentlichungs-Nr. 10-305353 hat ein Verfahren zur Steuerung des Stroms geschmolzenen Stahls in einer Kokille mittels Aufbringen eines Magnetfelds auf die entgegengesetzten unteren und oberen Magnetpole, die an den Oberflächen der Breitenflächen der Kokille, die durch die Breitenflächen getrennt sind, angeordnet sind, offenbart. In diesem Verfahren (a) werden ein statisches Gleichstrom-Magnetfeld sowie ein sich alternierend bewegendes Magnetfeld, die einander überlagern, auf den unteren Magnetpol aufgebracht, oder es werden (b) ein statisches Gleichstrom-Magnetfeld sowie ein sich alternierend bewegendes Magnetfeld, die einander überlagern, auf den oberen Magnetpol aufgebracht und ein statisches Gleichstrom-Magnetfeld wird auf den unteren Magnetpol aufgebracht.
Das japanische Patent Nr. 3067916 hat eine Vorrichtung zum Steuern des Stroms geschmolzenen Stahls in der Kokille durch Hindurchführen eines in geeigneter Weise alternierenden linearen Antriebsstroms und das Unterbrechen des Direktstroms durch eine Vielzahl elektrischer Spulen offenbart.
Die ungeprüfte japanische Patentanmeldung mit der Veröffentlichungs-Nr. 5-154623 hat ein Verfahren zum Steuern des Stroms geschmolzenen Stahls in einer Kokille durch Überlagern eines statischen Gleichstrom-Magnetfelds und eines sich alternierend sich bewegenden Magnetfelds, dessen Phasen um 120° zueinander versetzt sind, offenbart.
Die ungeprüfte japanische Patentanmeldung mit der Veröffentlichungs-Nr. 6-1090520 hat ein Stahlgießverfahren offenbart, bei dem während ein Magnet oberhalb des Rohrs eines Tauchausgusses angeordnet ist, ein statisches Magnetfeld sowie ein Hochfrequenz-Magnetfeld, die einander überlagern, über den gesamten Bereich in Breitenrichtung angewendet wird, ein unter dem Rohr angeordneter Magnet ein statisches Magnetfeld aufbringt.

(B) Es gibt Techniken, in denen ein oberes Gleichstrom-Magnetfeld mit einem unteren sich bewegenden Magnetfeld kombiniert werden. Beispielsweise hat die ungeprüfte japanische Patentanmeldung mit der Veröffentlichungs-Nr. 61-193755 ein elektromagnetisches Betätigungsverfahren offenbart, in dem während ein statisches Magnetfeld auf einen Bereich aufgebracht wird, der den Ausgabestrom des geschmolzenen Stahls von einem Tauchausguss umgibt, zur Reduzierung der Strömungsrate aufgebracht wird, elektromagnetischer Betätiger, der stromabwärts vom statischen Magnetfeld angeordnet ist, den Strom in horizontaler Richtung betätigt.
(C) Es gibt Techniken, in denen ein oberes sich bewegendes Magnetfeld mit einem unteren Gleichstrom-Magnetfeld kombiniert wird. Beispielsweise hat die ungeprüfte japanische Patentanmeldung mit der Veröffentlichungs-Nr. 6-226409 ein Gießverfahren offenbart, in dem während ein sich bewegendes Magnetfeld mit einem Magnet aufgebracht wird, dessen Polkernzentrum zwischen dem Bad-Niveau und dem Rohr (unter einem Winkel von 50° oder mehr stromabwärts) eines Tauchausgusses platziert ist, ein statisches Magnetfeld mit einem Magneten aufgebracht wird, dessen Polkernzentrum unterhalb dem Tauchausguss platziert ist.

Die ungeprüfte japanische Patentanmeldung mit der Veröffentlichungs-Nr. 9-262651 hat ein Gießverfahren offenbart, in dem ein Magnet, der in der Lage ist, ein sich bewegendes Magnetfeld aufzubringen, offenbart wird, und ein statisches Magnetfeld bringt entweder das statische Magnetfeld oder ein sich bewegendes Magnetfeld gemäß der Art des Stahls und der Gießgeschwindigkeit auf. Der Magnet ist unterhalb des unteren Endes des Tauchausgusses angeordnet und ein elektromagnetischer Betätigungsmagnet ist oberhalb des unteren Endes des Tauchausgusses angeordnet.
Die ungeprüfte japanische Patentanmeldung mit der Veröffentlichungs-Nr. 2000-271710 hat ein Verfahren zum Gießen von Stahl offenbart, während dem Argongas in einen Tauchausguss eingeblasen wird. In dem Verfahren wird ein statisches Magnetfeld mit einer magnetischen Flussdichte von 0,1 T oder höher auf den Strom geschmolzenen Stahls direkt nach der Ausgabe durch den Tauchausguss aufgebracht und eine elektromagnetischer Betätiger oberhalb des statischen Magnetfelds betätigt den Strom kontinuierlich oder verändert periodisch die Betätigungsrichtung.
Die ungeprüfte japanische Patentanmeldung mit der Veröffentlichungs-Nr. 61-140355 hat eine Kokille sowie eine obere Struktur der Kokille offenbart. Die Kokille weist statische Magnetfelder an deren Breitenflächen zur Steuerung des geschmolzenen Stahlstroms, der in die Kokille eingeführt wurde, auf und sich bewegende Magnetfeldgeneratoren sind oberhalb der Kokille angeordnet, um so zu erlauben, dass die oberen Oberflächen des geschmolzenen Stahls vom Zentrum ihres horizontalen Abschnitts auf die schmalen Flächen hin strömt.
Die ungeprüfte japanische Patentanmeldung mit der Veröffentlichungs-Nr. 63-119959 hat eine Technik zum Steuern des Ausgabestroms von einem Tauchausguss mittels eines elektromagnetischen Betätigers offenbart, der oberhalb der Kokille angeordnet ist, um es dem geschmolzenen Stahl zu ermöglichen, horizontal zu strömen, sowie eine elektromagnetische Bremse, die unterhalb der Kokille zur Reduzierung der Rate des Stroms vom Tauchausguss angeordnet ist.
Das japanische Patent Nr. 2856960 hat eine Technik zum Steuern des Stroms geschmolzenen Stahls in einer Kokille unter Verwendung eines statischen Magnetfeld am Bad-Niveau in der Kokille, eines sich bewegenden Magnetfelds um das Rohr einer geraden Düse als kontinuierliche Gießdüse sowie ein statisches Magnetfeld unterhalb des Rohrs offenbart.

(D) Es gibt Techniken, in denen nur ein Gleichstrom-Magnetfeld aufgebracht wird. Beispielsweise hat die ungeprüfte japanische Patentanmeldung mit der Veröffentlichungs-Nr. 3-258442 eine elektromagnetische Bremse offenbart, die Elektromagneten beinhaltet, die statische Magnetfelder gegenüber den Breitenflächen einer Kokille aufbringt und im Wesentlichen die gleiche Länge wie die der Breitenflächen aufweist.

Die ungeprüfte japanische Patentanmeldung mit der Veröffentlichungs-Nr. 8-19841 hat ein Verfahren zum Steuern des Stroms geschmolzenen Stahls in einer Kokille durch Aufbringen eines Gleichstrom-Magnetfelds oder eines alternierenden Niederfrequenz-Magnetfelds von einem magnetischen Pol offenbart, der unterhalb des Rohrs eines Tauchausgusses am Zentrum der Breite der Kokille angeordnet ist. Der magnetische Pol ist vom Zentrum der Breite der Kokille oder einer vorbestimmten Position zwischen den engen Flächen der Kokille auf die Nähe der Kokillekante hin gebogen oder geneigt.
Die PCT-Patentveröffentlichung WO95/26243 hat eine Technik zum Steuern der Oberflächengeschwindigkeit des Ausgabestroms vom Tauchausguss auf 0,20 bis 0,40 m/s durch Aufbringen eines Gleichstrom-Magnetfelds mit einer im Wesentlichen gleichmäßigen Flussdichtenverteilung über die gesamte Breite einer Kokille in Dickenrichtung der Kokille offenbart.
Die ungeprüfte japanische Patentanmeldung mit der Veröffentlichungs-Nr. 2-284750 hat eine Technik zum Vergleichmäßigen des Ausgabestroms (Strom aus den Ausgussrohren) von geschmolzenen Stahl durch Aufbringen eines gleichmäßigen Magnetfelds in Dickenrichtung einer Kokille auf einen oberen Abschnitt und einen unteren Abschnitt eines Tauchausgusses über die gesamte Breite der gegossenen Bramme offenbart, um eine effektive Bremskraft auf den Strom zu bewirken.

(E) Es gibt Techniken, in denen ein Gleichstrom-Magnetfeld oder ein sich bewegendes Magnetfeld aufgebracht werden. Beispielsweise hat die ungeprüfte japanische Patentanmeldung mit der Veröffentlichungs-Nr. 9-262650 ein Gießverfahren offenbart, in dem der Strom geschmolzenen Stahls durch Hindurchtreten eines Gleichstroms durch eine Vielzahl von Spulen, die unterhalb des Rohrs eines Tauchausgusses angeordnet sind, offenbart, um ein statisches Magnetfeld aufzubringen, oder durch Hindurchtreten eines Wechselstroms durch die Spulen, um ein sich bewegendes Magnetfeld aufzubringen.

Ebenso ist in "Zairyou-to-purosesu" 1990, Vol. 3,S. 256, eine Technik offenbart, welche den Ausgabestrom des geschmolzenen Stahls vom Tauchausguss stabilisiert (sogenanntes ELMS) oder diesen durch Aufbringen eines alternierenden sich bewegenden Magnetfelds auf den Ausgabestrom beschleunigt (sogenanntes ELMA).

(F) Ebenso gibt es Techniken, in denen nur ein sich bewegendes Magnetfeld aufgebracht wird. Beispielsweise hat die ungeprüfte japanische Patentanmeldung mit der Veröffentlichungs-Nr. 8-19840 eine Technik offenbart, in der ein alternierendes statisches Magnetfeld mit einer Frequenz von 1 bis 15 Hz dann aufgebracht wird, wenn der Strom geschmolzenen Stahls in einer Kokille durch elektromagnetische Induktion gesteuert wird.

"Tetsu-to-Hagene" 1980, 66, S. 797, hat eine Technik offenbart (sogenanntes M-EMS), in der eine kontinuierliche Brammengießvorrichtung einen rotierenden Strom geschmolzenen Stahls in horizontaler Richtung entlang der Wände in der Kokille durch elektromagnetische Betätigung erzeugt.
Bedauerlicherweise bewirken diese Techniken (A) bis (F) oftmals, dass Gießpulver eingeschlossen wird, oder können nicht das Einfangen von Einschlüssen an den Erstarrungsgrenzflächen verhindern und infolgedessen kann die Oberflächenqualität der daraus resultierenden gegossenen Bramme nicht ausreichend verbessert werden. Im Hinblick auf derartige Umstände wurden Ansätze untersucht, die ein Magnetfeld aufbringen, dessen Lorentzkraftrichtung periodisch zurückgesetzt werden (im Anschluss als vibrierendes Magnetfeld bezeichnet).
Beispielsweise wird, (G) nur ein vibrierendes Magnetfeld aufgebracht. Das japanische Patent Nr. 2917223 hat ein Verfahren offenbart, in dem eine säulenförmige Dendritstruktur an der vorderen Oberfläche der erstarrten Strangschale durch die Strömung im geschmolzenen Stahl durch Aufbringen eines alternierenden statischen Niederfrequenz-Magnetfelds aufgebracht wird, welches sich nicht mit der Zeit verschiebt, um so eine elektromagnetische Niederfrequenz-Vibration direkt vor der Erstarrungsform auszuführen und hierdurch eine feinere Erstarrungsstruktur und geringere Mittenseigerungen zu erhalten. Dieses Verfahren ist jedoch bei der Reduzierung von Defekten an der Oberfläche der gegossenen Bramme weniger effektiv.
Offenbarung der Erfindung
Eine effektive Steuerung des Stroms geschmolzenen Stahls in einer Kokille wurde verstärkt in Übereinstimmung mit dem Anstieg letztlich erhobener Forderungen für eine verbesserte Oberflächenqualität gegossener Brammen und der Kostenreduktion sowie für eine weitere Verbesserung der Oberflächen- und inneren Qualität gegossener Brammen erwünscht.
Die vorliegende Erfindung hat zum Ziel, die oben beschriebenen Nachteile des Stands der Technik zu überwinden und das Ziel der Erfindung ist es, ein kontinuierliches Stahlgussverfahren ohne das Einblasen von Inertgas vom Tauchausguss zur Verfügung zu stellen, welche die innere Qualität gegossener Brammen durch das Verhindern von Einschlüssen von Gießpulver sowie einen gleichzeitigen Anstieg der Oberflächenqualität der gegossenen Bramme durch das Verhindern von Einschlüssen und Luftblasen in die Erstarrungsstruktur bewirkt.
Um dieses Ziel zu erreichen, steuert die vorliegende Erfindung die Strömungsratenverteilung des nicht erstarrten geschmolzenen Stahls in einer Kokille. Insbesondere wird, während die Strömungsrate des geschmolzenen Stahls um das Zentrum der Dicke der gegossenen Bramme (in Breitenrichtung der Kokille) zur Verhinderung des Einschlusses von Gießpulver reduziert wird, die Strömungsrate in der Nähe der Erstarrungsgrenzflächen nahe den Wänden der Kokille erhöht, um einen Reinigungseffekt auf Einschlüsse und Luftbläschen zu bewirken und somit das Einfangen von Einschlüssen und Luftbläschen in die Erstarrungsstruktur zu verhindern.
In dem Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung wird zum Gießen ohne Einblasen von Inertgas vom Tauchausguss für die Zufuhr geschmolzenen Stahls zu einer Kokille die Temperatur des geschmolzenen Stahls in der Kokille durch die elektromagnetische Betätigung vergleichmäßigt. Zu diesem Zweck wird die Strömungsratenverteilung der Schmelze Breitenrichtung der Kokille (oder in Dickenrichtung der gegossenen Bramme) gesteuert. Insbesondere werden Defekte an der Oberfläche der gegossenen Bramme dadurch reduziert, dass ermöglicht wird, dass der geschmolzene Stahl lokal an den Erstarrungsgrenzflächen nahe den Wänden der Kokille strömt, um das Einfangen von Einschlüssen und Luftbläschen zu verhindern und die Strömungsrate des geschmolzenen Stahls um das Zentrum der Dicke der gegossenen Bramme zu reduzieren, um den Einschluss von Gießpulver in dem geschmolzenen Stahl zu verhindern.
Um diese Idee zu verwirklichen, wurde es notwendig, ein Verfahren zur Aufbringung eines sich bewegenden Magnetfelds anzugeben. Die Erfinder haben Modellexperimente und Berechnungssimulationen durchgeführt und kommen zur folgenden Schlussfolgerung.
Die durch ein Magnetfeld in Dickenrichtung der gegossenen Lorentz-Kraft, wird, wie dies in der ungeprüften japanischen Patentanmeldung mit der Veröffentlichungs-Nr. 6-190520 offenbart ist, an den Erstarrungsgrenzflächen oder den Oberflächen des geschmolzenen Stahls durch den Hauteffekt eines alternierenden Stroms konzentriert. Die Verwendung des Hauteffekts ist jedoch nicht ausreichend, die Lorentz-Kraft effizient nur an den Erstarrungsgrenzflächen zu konzentrieren. Um die Lorentz-Kraft an den Erstarrungsgrenzflächen zu konzentrieren, ist es notwendig, die Verteilung der magnetischen Kraftlinien zu steuern.
Zu diesem Zweck ist es wirksam, Elektromagneten entlang der Breite der gegossenen Bramme (Längsrichtung der Kokille) anzuordnen, so dass die Phasen von deren magnetischer Felder abwechselnd umgedreht werden. Wenn ein Magnetfeld in Dickenrichtung der gegossenen Bramme vibriert, kann die elektromagnetische Kraft nicht an den Enden der Kokille, d.h. an den Erstarrungsgrenzflächen, konzentriert werden. Es ist daher notwendig, das Magnetfeld in Breitenrichtung der gegossenen Bramme zu vibrieren. Zu diesem Zweck müssen die Phasen des auf die Elektromagneten aufgebrachten Stroms im Wesentlichen abwechseln umgekehrt werden. Dementsprechend müssen Ströme mit zumindest 130° Phasenversatz abwechselnd aufgebracht werden.
1 zeigt den Aufbau der Spulen, durch die ein alternierender Strom hindurchgeführt wird (im Anschluss als Wechselstrom-Spule bezeichnet). Kammförmige Eisenkerne 22, die jeweils zumindest drei Magnetpole aufweisen, welche in Breitenrichtung der gegossenen Bramme angeordnet sind, werden abgesenkt. Die Spulen werden um die Magnetpole herumgewickelt und die Stromphasen jeder von zwei benachbarter Spulen werden im Wesentlichen umgekehrt, um das Magnetfeld in Breitenrichtung zu vibrieren. In 1 kennzeichnet das Bezugszeichen 10 die Kokille; das Bezugszeichen 12 kennzeichnet den Tauchausguss; das Bezugszeichen 14 kennzeichnet einen geschmolzenen Stahl (schraffierte Bereiche kennzeichnen einen Bereich mit niedriger Strömungsrate). Eine exzessiv niedrige Frequenz des Wechselstroms erregt den Strom nicht ausreichend; eine exzessiv hohe Frequenz erlaubt es dem geschmolzenen Stahl nicht, dem elektromagnetischen Feld zu folgen. Dementsprechend wird die Frequenz des Wechselstroms im Bereich von 1 bis 8 Hz eingestellt.
Die Verwendung derartiger Elektromagnete kann Ströme in Richtungen induzieren, die den geschmolzenen Stahl von den vorderen Oberflächen der erstarrten Strangschale trennen und ermöglichen, dass die Rate des erregten Stroms geschmolzenen Stahls niedrig wird. Dementsprechend wird ein Reinigungseffekt an den Erstarrungsgrenzflächen ohne Abbrechen der Dendrite erzeugt. Die durch das vibrierende Magnetfeld gemäß der vorliegenden Erfindung induzierten Ströme geschmolzenen Stahls werden schematisch in 2 (Vorderansicht), 3 (horizontale Schnittansicht entlang der Linie III-III aus 2) sowie 4 (vertikale Schnittansicht entlang der Linie IV-IV in 2) illustriert. Der geschmolzene Stahl strömt wie in den Figuren gezeigt und wird durch eine elektromagnetische Feldanalyse und Fluidanalyse eines Falls berechnet, in dem die Anzahl der Magnetpole 28 vier ist. In 2 verläuft die Linie III-III durch die Zentren der Magnetpole 28. Ein Pfeil a kennzeichnet die Gießrichtung. Der Pfeil b kennzeichnet die Längsrichtung der Kokille. Die Pfeile c kennzeichnen lokale Strömung des geschmolzenen Stahls 14. Der Pfeil d in 3 kennzeichnet die Breitenrichtung der Kokille.
In der vorliegenden Erfindung ist die Richtung eines aufgrund der Lorentz-Kraft F eintretenden Strömung, die durch den folgenden Ausdruck ausgedrückt wird, konstant, dessen Strömungsrate V wird jedoch in einem Zyklus der Hälfte der Frequenz der aufgebrachten Spannung I verändert, wie dies in 5 gezeigt wird: F ∝ J × B (1)wobei J induzierten Strom und B ein Magnetfeld darstellt.
Eine umgedrehte Wickelrichtung einer Wechselstromspule dreht die Phase des korrespondierenden Magnetfelds auch dann um, wenn die Stromphasen die gleichen sind.
Im oben zitierten japanischen Patent Nr. 2917223 wird zur Erzielung einer feineren Erstarrungsstruktur und einer geringeren Mittenseigerung die säulenförmige Dendritstruktur an den vorderen Oberflächen des erstarrten Stahls gebrochen, um im geschmolzenen Stahl durch Aufbringen eines alternierenden statischen Niederfrequenz-Magnetfelds, das sich nicht mit der Zeit verschiebt, um so eine elektromagnetische Niederfrequenz-Vibration zu erregen, zu fließen. Wenn jedoch eine derart große elektromagnetische Kraft wie zum Zerbrechen der säulenförmigen Dendriten aufgebracht wird, wird das Gießpulver an der oberen Oberfläche des Schmelzbads in den geschmolzenen Stahl eingesogen, um die Oberflächenqualität zu verringern. Dementsprechend beträgt eine bevorzugte magnetische Flussdichte des alternierenden Vibrations-Magnetfelds weniger als 1000 G. In einigen Fällen können die Dendriten abhängig von der Anordnung der Spulen auch bei 1000 G oder mehr nicht gebrochen werden.
Darüber hinaus bewirkt in dem in dem japanischen Patent Nr. 2917223 offenbarten Verfahren das Brechen der Dendriten, dass die säulenförmigen Körner der Dendriten sich in äqui-axiale Körner umwandeln. In Ultra-low-carbon-Stahl oder dergleichen ist eine aus säulenförmigen Körnern zusammengesetzte Struktur leicht als Textur herzustellen. Die Veränderung der säulenförmigen Körner in äqui-axiale Körner erschwert die Ausrichtung der Kristallorientierung nachteilhaft. Es ist daher wichtig, dass eine elektromagnetische Kraft nicht die Dendriten an den vorderen Oberflächen des erstarrten Stahls zerbricht.
Somit kamen die Erfinder zu dem Schluss, dass zur Verhinderung des Einfangens von Luftbläschen und Einschlüssen es wirksam ist, Ströme des geschmolzenen Stahls zu erzeugen, die die Luftbläschen und Einschlüsse von den Erstarrungsgrenzflächen (Grenzflächen zwischen Liquidus und Solidus) durch vibrierende Magnetfelder in Längsrichtung (Richtung entlang der Breitenfläche) der Kokille zu trennen, um so Ströme in Dickenrichtung der gegossenen Bramme und der Gießrichtung zu induzieren.
Die vorliegende Erfindung kann nur die Erstarrungsgrenzflächen effizient vibrieren, um so das Einfangen von Luftbläschen und Einschlüssen zu verhindern. Somit kann die Oberflächenqualität der daraus resultierenden gegossenen Bramme signifikant verbessert werden.
Zusätzlich haben Modellexperimente und Berechnungssimulationen zur Verbesserung der Qualität gegossener Brammen zu der Erkenntnis geführt, dass es effektiv ist, ein statisches Magnetfeld in Breitenrichtung der Form (Dickenrichtung der gegossenen Bramme) zusammen mit der Aufbringung des vibrierenden Magnetfelds auf den geschmolzenen Stahl in der Form zu überlagern.
Dementsprechend können die in 1 gezeigten Spulen mit zusätzlichen Spulen 34 (im Anschluss als Gleichstrom-Spulen bezeichnet) versehen werden, durch die ein Gleichstrom verläuft, wie dies in 6 gezeigt ist.
Durch Überlagern eines statischen Magnetfelds mit der Gleichstromspule 34 wird das Magnetfeld B im Ausdruck F = J × B (F: Lorentz-Kraft, J: induzierter Strom, B: Magnetfeld) erhöht und die Lorentz-Kraft wird entsprechend erhöht. Ebenso unterscheidet sich die Richtung der Lorentz-Kraft deutlich von der in dem Fall, in dem das statische Magnetfeld nicht überlagert wird. Infolgedessen werden die Richtung der Ströme geschmolzenen Stahls so verändert, dass die Ströme in Breitenrichtung der gegossenen Bramme und in Gießrichtung groß werden. Somit wird der Effekt der Reinigung von Luftbläschen und an den Erstarrungsgrenzflächen eingefangenen Einschlüssen erwartet.
Ebenso ermöglicht die Überlagerung eine Reduzierung der Strömungsrate geschmolzenen Stahls am Zentrum der Dicke der gegossenen Bramme und somit eine weitere effiziente Verhinderung des Einschlusses von Gießpulver.
Die bei einer bestimmten Zeit durch das vibrierende Magnetfeld gemäß der vorliegenden Erfindung induzierten Ströme geschmolzenen Stahls werden schematisch in 7 (Vorderansicht), 8 (horizontale Schnittansicht entlang der Linie III-III aus 7) sowie 9 (vertikale Schnittansicht entlang der Linie IV-IV aus 7) dargestellt. Die Ströme geschmolzenen Stahls in den Figuren werden durch eine elektromagnetische Feldanalyse sowie eine Fluidanalyse eines Falls berechnet, bei dem die Anzahl der Pole 28 vier ist. In 7 kennzeichnet der Pfeil a die Gießrichtung; der Pfeil b die Längsrichtung der Kokille. Die Pfeile c kennzeichnen die lokalen Ströme eines geschmolzenen Stahls 14. Der Pfeil d in 8 kennzeichnet die Breitenrichtung der Kokille. Die Ströme geschmolzenen Stahls zum nächsten Zeitpunkt werden schematisch in 10 (Vorderansicht), 11 (horizontale Schnittansicht entlang der Linie VI-VI aus 10), sowie 12 (vertikale Schnittansicht entlang der Linie VII-VII aus 10) dargestellt.
In der vorliegenden Erfindung wird die Richtung eines gemäß der Lorentz-Kraft F, die durch die folgende Gleichung ausgedrückt wird, auftretende Richtung eine Stroms im gleichen Zyklus wie die Frequenz des aufgebrachten Stroms I umgedreht, wie dies in 13 gezeigt ist: F ∝ J × Bt (2) Bt = Bdc + Bac > 0 (3)
Wobei J einen induzierten Strom, Bt ein Gesamtmagnetfeld, Bdc ein Gleichstrom-Magnetfeld, Bac ein alternierendes Magnetfeld darstellt.
Zu diesem Zweck liegt ebenso die Frequenz des Wechselstroms zum Vibrieren der Magnetfelder vorzugsweise im Bereich von 1 bis 8 Hz.
Gemäß den oben beschriebenen Erkenntnissen wird das Einfangen von Luftbläschen und Einschlüssen verhindert, um die Oberflächenqualität der gegossenen Brammen durch Aufbringen eines Direktstrom-Magnetfelds in Dickenrichtung der gegossenen Bramme verhindert wird, während Magnetfelder in Längsrichtung der Kokille vibriert werden, so dass die Ströme geschmolzenen Stahls stark von dem durch bekannte Techniken erzeugten Ströme, welche zur Vibrierung nur der Erstarrungsgrenzflächen in Längsrichtung der Kokille und der Gießrichtung induziert werden, sich unterscheiden.
Darüber hinaus haben die Erfinder zur Festlegung eines Modus zur Aufbringung eines alternierenden Magnetfelds Modellexperimente und Berechnungssimulationen ausgeführt und kommen zur nachfolgend angegebenen Schlussfolgerung.
Ein durch ein sich bewegendes Magnetfeld erzeugter makroskopischer Strom verhindert das Einfangen von Luftbläschen und Einschlüssen an den Erstarrungsgrenzflächen, erhöht jedoch im Gegensatz hierzu das Einschließen von Gießpulver im geschmolzenen Stahl, um die Qualität in einigen Fällen zu verringern.
Wenn die Positionen zur starken Aufnahme des aufgebrachten vibrierenden Magnetfelds festgelegt werden, kann das Einfangen von Einschlüssen nicht in einigen Positionen mit schwachen elektromagnetischen Kräften ausreichend verhindert werden. Es ist daher wirksam, die Peak-Positionen der Lorentz-Kraft des vibrierenden Magnetfelds zu verschieben.
Um die Peak-Positionen der Lorentz-Kraft zu verschieben, können drei benachbarten Wechselstromspulen, die an dem Elektromagneten vorgesehen sind, oder eine Gruppe von Wechselstromspulen so angeordnet werden, dass die Phase der mittleren Spule zuletzt erscheint. Das vibrierende Magnetfeld bezieht sich hierbei auf ein Magnetfeld, bei dem die Richtung der Lorentz-Kraft mit der Zeit umgekehrt wird.
Die Verschiebung der Peak-Positionen der Lorentz-Kräfte wird nunmehr beschrieben. Ein vibrierendes Magnetfeld wird auf jede der sinkenden kammförmigen Spulen 24, die in 14 gezeigt sind (im Folgenden detailliert unter Bezugnahme auf 20), die im Wesentlichen den gleichen Aufbau wie in 6 gezeigt aufweisen, aufgebracht, um die Phasen der Spulen zu variieren. Die 15 bis 18 illustrieren die auf die Spulen aufgebrachten Phasen. Die Zahlen neben den Wechselstromspulen 24a und 24b kennzeichnen die Stromphasenwinkel (Grad) an den jeweiligen Wechselstromspulen zu einer bestimmten Zeit. Ein alternierendes Zwei-Phasen-Magnetfeld wird in den Fällen, die in den 15 bis 17 gezeigt sind, aufgebracht; ein alternierendes Drei-Phasen-Magnetfeld liegt im in 18 gezeigten Fall vor. 15 zeigt den Fall, bei dem ein sich bewegendes Magnetfeld aufgebracht wird; f16 zeigt den Fall, in dem ein vibrierendes Magnetfeld aufgebracht wird; die 17 und 18 zeigen jeweils den Fall, bei dem die Positionen des vibrierenden Magnetfelds lokal verschoben werden.
Wie in den 17 und 18 gezeigt, wird ein Strom auf zumindest drei entlang der Längsrichtung der Kokille (Breitenrichtung der gegossenen Bramme) angeordneten Elektromagnete aufgebracht, so dass die Phase an der mittleren einer Gruppe von drei benachbarten Elektromagneten gegenüber den anderen zwei Phasen ohne Erhöhen oder Reduzieren der Phasenwinkel in einer Richtung zurückbleibt. Somit kann das Magnetfeld lokal mit Vibrationen verschoben werden, jedoch nicht einfach in eine Richtung verschoben werden.
Wie oben bereits beschrieben, können durch Bereitstellen der Anordnung von zumindest drei Elektromagneten mit einem Teil, bei dem die Stromphasen an drei benachbarten Wechselstromspulen in der Reihenfolge n, 2n und oder n, 3n und 2n (n repräsentiert 90° für einen alternierenden Zwei-Phasenstrom; 60 °C oder 120° für einen alternierenden Drei- Phasenstrom), die Peak-Positionen des vibrierenden Magnetfelds lokal verschoben werden.
Wenn ein vibrierendes Magnetfeld einfach induziert wird, weist das vibrierende Magnetfeld einen großen Amplitudenbereich und einen kleinen Amplitudenbereich auf. Durch eine lokale Verschiebung der Peak-Positionen können die Erstarrungsgrenzflächen bei jedem Bereich gereinigt werden.
Während die Kerne in den Figuren jeweils 12 sinkende kammförmige Wechselstromspulen aufweisen, wird die Anzahl der sinkenden kammförmigen Spulen aus 4, 6, 8, 10, 12, 16 und so weiter ausgewählt und der Wechselstrom kann zweiphasig oder dreiphasig sein.
Dementsprechend überwindet die vorliegende Erfindung die oben beschriebenen Nachteile durch ein Verfahren, bei dem die Peak-Positionen eines vibrierenden Magnetfelds entlang der Längsrichtung der Kokille verschoben werden, während das vibrierende Magnetfeld mit einer Anordnung von zumindest drei Elektromagneten erzeugt wird, die entlang der Längsrichtung der Kokille angeordnet sind.
Vorzugsweise weist die Anordnung von zumindest drei Elektromagneten einen Teil auf, bei dem die Spulenphasen von drei benachbarten Elektromagneten in der Reihenfolge von n, 2n und n oder n, 3n und 2n liegen, wobei n für einen Dreiphasen-Wechselstrom 60° oder 120° beträgt und n für einen Zweiphasen-Wechselstrom 90° beträgt. Vorzugsweise wird ein Direktstrom-Magnetfeld auf das vibrierende Magnetfeld in Dickenrichtung der gegossenen Bramme überlagert.
Zusätzlich werden die Schmelzpunkte von Einschlüssen im geschmolzenen Stahl so reduziert, dass ein Verstopfen des Ausgusses verhindert wird und hierdurch das kontinuierliche Gießen ohne das Einblasen von Inertgas aus dem Ausguss durchgeführt wird. Zu diesem Zweck ist der geschmolzene Stahl vorzugsweise ein mit Titan desoxidierter Ultra-low-carbon-Stahl mit einer Zusammensetzung, die enthält: C ≤ 0,020 Gew-%, Si ≤ 0,2 Gew-%, Mn ≤ 1,0 Gew-%, S ≤ 0,050 Gew-% und Ti ≥ 0,010 Gew-%, der die Beziehung Al ≤ Ti/5 auf Gew-%-Gehaltsbasis erfüllt.
Vorzugsweise wird der geschmolzene Stahl mit einer Vakuumentgasungsvorrichtung entkohlt, anschließend mit einer Titan enthaltenden Legierung desoxidiert und dann wird eine Legierung zur Einstellung der Zusammensetzung von Einschlüssen zu dem geschmolzenen Stahl hinzugegeben. Die Legierung enhält zumindest ein Metall, das aus 10% Gew-% oder mehr Calcium und 5 Gew-% oder mehr REMs und zumindest einem Element ausgewählt ist, das aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Eisen, Aluminium, Silizium und Titan besteht. Somit wird es dem daraus resultierenden Oxid im geschmolzenen Stahl erlaubt, 10 bis 50 Gew-% zumindest einer Zusammensetzung zu enthalten, die aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus CaO und REM-Oxiden, 90 Gew-% oder weniger Titanoxid und 70 Gew-% oder weniger Al₂O₃ besteht.
Vorzugsweise wird der geschmolzene Stahl nach der Entkohlung mit Aluminium, Silizium oder Mangan vor-deoxidiert, so dass die Konzentration der gelösten Oxide im geschmolzenen Stahl auf 200 ppm oder weniger vor der Deoxidierung mit Titan enthaltenden Legierung eingestellt wird.
Vorzugsweise liegt der durch das vibrierende Magnetfeld induzierte Maximalwert der Lorentz-Kräfte im Bereich von 5000 N/m³ oder mehr und 13000 N/m³ oder weniger. Vorzugsweise werden die Strömungsrate V (m/s) des unerstarrten geschmolzenen Stahls in der Kokille für das kontinuierliche Gießen sowie die maximale Lorentz-Kraft F_max (N/m³), die durch das vibrierende Magnetfeld induziert wird, so eingestellt, dass V × F_max 3000 N/(s·m²) oder mehr beträgt.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 ist eine schematische horizontale Schnittansicht einer Kombination von Elektromagneten und einer Kokille, die in der vorliegenden Erfindung verwendet werden.
2 ist eine schematische Vorderansicht zur Erläuterung des Prinzips der vorliegenden Erfindung, die die Geschwindigkeitsvektoren der durch Magnetfelder induzierten Ströme geschmolzenen Stahls zeigt, wobei die Geschwindigkeitsvektoren mit Berechnungsanalysen der Magnetfelder und der Ströme übereinstimmen.
3 ist eine horizontale Schnittansicht entlang der Linie III-III aus 2.
4 ist eine vertikale Schnittansicht entlang der Linie IV-IV aus 2.
5 ist ein Diagramm, das die Veränderung im aufgebrachten Strom und in der Strömungsrate des geschmolzenen Stahls über die Zeit gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt.
6 ist eine schematische horizontale Schnittansicht einer anderen Kombination von Elektromagneten und Kokille, die in der vorliegenden Erfindung verwendet wird.
7 ist eine schematische Vorderansicht zur Erläuterung des Prinzips der vorliegenden Erfindung, die Geschwindigkeitsvektoren zu einem bestimmten Zeitpunkt der Ströme geschmolzenen Stahls, die von Magnetfeldern induziert werden, zeigt, wobei die Geschwindigkeitsvektoren mit Berechnungsanalysen der Magnetfelder und der Ströme übereinstimmen.
8 ist eine horizontale Schnittansicht entlang der Linie III-III aus 7.
9 ist eine vertikale Schnittansicht entlang der Linie IV-IV aus 7.
10 ist eine schematische Vorderansicht zur Erläuterung des Prinzips der vorliegenden Erfindung, die Geschwindigkeitsvektoren der Ströme geschmolzenen Stahls, die durch Magnetfelder zu einem Zeitpunkt nach derjenigen Zeit, wenn die Magnetpole umgedreht werden, zeigt, wobei die Geschwindigkeitsvektoren mit Berechnungsanalysen der Magnetfelder und der Ströme übereinstimmen.
11 ist eine horizontale Schnittansicht entlang der Linie VI-VI aus 10.
12 ist eine vertikale Schnittansicht entlang der Linie VII-VII aus 10.
13 ist ein Diagramm, das die Veränderungen im aufgebrachten Strom und in der Strömungsrate des geschmolzenen Stahls über die Zeit gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt.
14 ist eine schematische Draufsicht auf eine Anordnung von Wechselstromspulen, Gleichstromspulen und einer Form.
15 ist eine schematische Darstellung, die die Phasen der Wechselstromspulen zeigt, wenn ein sich bewegendes Magnetfeld aufgebracht wird.
16 ist eine schematische Darstellung, die die Phasen von Wechselstromspulen zeigt, wenn ein vibrierendes Magnetfeld aufgebracht wird.
17 ist eine schematische Darstellung, die die Phasen von Wechselstromspulen zeigt, wenn die Peak-Positionen eines vibrierenden Magnetfelds lokal verschoben werden.
18 ist eine andere schematisch Darstellung, die die Phasen von Wechselstromspulen zeigt, wenn die Peak-Positionen eines vibrierenden Magnetfelds lokal verschoben werden.
19 ist eine schematische horizontale Schnittansicht einer kontinuierlichen Gießvorrichtung, die in einer ersten Ausführungsform verwendet wird.
20 ist eine schematische horizontale Schnittansicht einer kontinuierlichen Gießvorrichtung, die in einer zweiten Ausführungsform verwendet wird.
21 ist ein Diagramm, das die Effekte der vorliegenden Erfindung zeigt.
22 ist ein Diagramm, das die Effekte durch die Überlagerung eines statischen Magnetfelds gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt.
23 ist ein Diagramm, das die Veränderungen der Phase über die Zeit eines ein sich bewegendes Magnetfeld erzeugenden Stroms zeigt.
24 ist ein Diagramm der Veränderungen der Phase über die Zeit eines die Peak-Positionen eines vibrierenden Magnetfelds lokal verschiebenden Stroms.
25 ist ein anderes Diagramm der Veränderungen der Phase über die Zeit eines die Peak-Positionen eines vibrierenden Magnetfelds lokal verschiebenden Stroms.
26 ist ein Diagramm, das die Beziehung zwischen der maximalen Lorentz-Kraft F_max und dem Verhältnis der Anzahl von Defekten zur Anzahl der gesamten Produkte zeigt.
27 ist ein Diagramm, das die Beziehung zwischen der maximalen Lorentz-Kraft F_max und der Anzahl der Dichte von Blaslöchern zeigt.
28 ist ein Diagramm, das die Beziehung zwischen der maximalen Lorentz-Kraft F_max und der Anzahl der Dichte von Schlacken-Patches zeigt.
29 ist eine schematische Perspektivansicht, die eine auf eine Erstarrungsgrenzfläche einwirkende Lorentz-Kraft zeigt.
30 ist ein Diagramm der Verteilung der Lorentz-Kraft (Lorentz-Kraft-Dichte).
31 ist ein Diagramm, das die Beziehung zwischen der durchschnittlichen Lorentz-Kraft F_ave und dem Verhältnis der Anzahl von Defekten zur Anzahl der Gesamtprodukte zeigt.
32 ist ein Diagramm, das die Beziehung zwischen der durchschnittlichen Lorentz-Kraft F_ave und der Anzahl der Dichte von Blaslöchern zeigt.
33 ist ein Diagramm, das die Beziehung zwischen der durchschnittlichen Lorentz-Kraft F_ave und der Anzahl der Dichte von Schlacken-Patches zeigt.
34 ist ein Diagramm, das die Beziehung zwischen der Strömungsrate V des geschmolzenen Stahls und dem Verhältnis der Anzahl von Defekten zur Anzahl der Gesamtprodukte zeigt.
35 ist ein Diagramm, das die Beziehung zwischen den Werten von V × F_max und dem Verhältnis der Anzahl von Defekten zur Anzahl von Gesamtprodukten zeigt.

10: Kokille
12: Tauchausguss
14: Geschmolzener Stahl
20: Generator für das vibrierende Magnetfeld
22: Sinkender kammförmiger Eisenkern
24: Wechselstromspulen
26a, 26b: Wechselstrom-Energiequelle
28: Magnetpol
30: Generator für das statische Magnetfeld
32: Gleichstrom-Energiequelle
34: Gleichstromspule

Wege zur Ausführung der Erfindung
Die vorliegende Erfindung wird nunmehr unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben. In der vorliegenden Erfindung wird ein vom Boden eines, in der Figur nicht gezeigten Tundishs herabhängender Tauchausguss 12, der oberhalb der Düse 12 angeordnet ist, in einen nicht erstarrten geschmolzenen Stahl 14 in einer Kokille 10 eingetaucht und der geschmolzene Stahl 14 wird vom Tauchausguss 12, wie dies in 1 gezeigt ist, zugeführt. Zumindest drei Elektromagneten (Wechselstromspulen) sind außerhalb jeder Breitenfläche der Kokille 10 angeordnet und bilden zusammen einen Generator für ein vibrierendes Magnetfeld. Ein Vibrationsstrom zur Erzeugung eines vibrierenden Magnetfelds wird auf jeden der Elektromagneten (Wechselstromspulen) aufgebracht, so dass der Peak-Wert des vibrierenden Stroms sich entlang der Längsrichtung der Kokille 10 verschiebt. Für die Verschiebung wird der Strom so aufgebracht, dass die Anordnung der Spulenphasen einen Teil aufweist, wo die Phasen dreier benachbarter Wechselstromspulen in der Reihenfolge von n, 2n und n oder n, 3n und 2n liegen.
Eine erste Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird detailliert beschrieben, in der ein vibrierendes Magnetfeld alleine mit solch einer Vorrichtung aufgebracht wird.
In der ersten Ausführungsform wird ein vibrierendes Magnetfeld auf einen nicht erstarrten geschmolzenen Stahl in der Kokille aufgebracht, während das kontinuierliche Gießen ausgeführt wird, bei dem die Schmelzpunkte der Einschlüsse im geschmolzenen Stahl so reduziert werden, dass ein Ausguss zur Zufuhr des geschmolzenen Stahls in die Kokille nicht verstopfen kann, um die Notwendigkeit des Einblasens von Inertgas von dem Ausguss zu verhindern.
Die oben zitierte ungeprüfte japanische Patentanmeldung mit der Veröffentlichungs-Nr. 11-100611 hat einen geschmolzenen Stahl für das kontinuierliche Vergießen von Stahl ohne Gaseinblasen, dessen. Einschlüsse niedrige Schmelzpunkte aufweisen, offenbart. Dieser geschmolzene Stahl ist beispielsweise ein mittels Titan deoxidierter Ultra-low-carbon-Stahl mit einer Zusammensetzung, die enthält: C ≤ 0,020 Gew-%, Si ≤ 0,2 Gew-%, Mn ≤ 1,0 Gew-%, S ≤ 0,050 Gew-% und Ti ≥ 0,010 Gew-%, der die Beziehung Al ≤ Ti/5 auf Gew-%-Gehaltsbasis erfüllt. Geschmolzener Stahl wird mit einer Vakuum-Entgasungsvorrichtung entkohlt und anschließend mit einer Titan enthaltenden Legierung desoxidiert. Anschließend wird eine Legierung zur Steuerung der Zusammensetzung der Einschlüsse dem geschmolzenen Stahl hinzugegeben. Diese Legierung enthält: zumindest ein Metall, das ausgewählt ist aus 10 Gew-% oder Mehr Calcium und 5 Gew-% oder mehr REMs (Seltene Erde Metalle) und zumindest ein Element, das aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Eisen, Aluminium, Silizium und Titan besteht. Somit wird ermöglicht, dass das daraus resultierende Oxid im geschmolzenen Metall enthält: 10 bis 50 Gew-% zumindest eines Oxids, das aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus CaO und REM-Oxiden besteht, 90 Gew-% oder weniger Titanoxid und 70 Gew-% oder weniger Al₂O₃. Dieser Stahl wird vorzugsweise mit Aluminium, Silizium oder Mangan vordeoxidiert, bevor die Deoxidierung mit der Titan enthaltenden Legierung ausgeführt wird, so dass die Konzentration der gelösten Oxide im geschmolzenen Stahl auf 200 ppm oder weniger vorab eingestellt wird.
Um die Defekte an der Oberfläche der gegossenen Bramme zu reduzieren, wird der wie oben beschrieben vorbereitete geschmolzene Stahl elektromagnetisch wie folgt in einer Kokille während des kontinuierlichen Gießens ohne Gaseinblasen betätigt.
19 ist eine schematische horizontale Schnittansicht einer kontinuierlichen Gießvorrichtung, die in geeigneter Weise in der Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet wird. In 19 kennzeichnet das Bezugszeichen 10 eine Kokille, das Bezugszeichen 12 kennzeichnet einen Tauchausguss, das Bezugszeichen 14 kennzeichnet den geschmolzenen Stahl, das Bezugszeichen 20 kennzeichnet einen Generator für ein vibrierendes Magnetfeld, das Bezugszeichen 22 kennzeichnet einen einsinkenden kammförmigen Eisenkern, das Bezugszeichen 24 kennzeichnet Wechselstromspulen, die Bezugszeichen 26a und 26b kennzeichnen Wechselstrom-Energiequellen und das Bezugszeichen 28 kennzeichnet Magnetpole.
In der vorliegenden Erfindung wird das kontinuierliche Gießen durchgeführt, während ein elektromagnetisches Feld auf den geschmolzenen Stahl 14 in der Kokille 10, die gegenüberliegende breite Flächen und gegenüberliegende enge schmale aufweist, aufgebracht wird. Das aufgebrachte Magnetfeld vibriert in Längsrichtung der Kokille 10 (d.h, dass ein vibrierendes Magnetfeld aufgebracht wird). Das vibrierende Magnetfeld ist ein alternierendes Magnetfeld, das in Längsrichtung der Kokille 10 aufgebracht wird und die Richtung des Magnetfelds wird periodisch umgekehrt; daher induziert das vibrierende Magnetfeld keinen makroskopischen Strom des geschmolzenen Stahls 14.
Das vibrierende Magnetfeld kann unter Verwendung von beispielsweise einem Generator für das vibrierende Magnetfeld 20, der in 29 gezeigt ist, erzeugt werden. In dem Generator 20 für das vibrierende Magnetfeld wird ein sinkender kammförmiger Eisenkern 22 verwendet, der zumindest drei (in 19 zwölf) Zähne aufweist, die in Längsrichtung der Kokille 10 ausgerichtet sind. Wechselstromspulen 24 sind an den Zähnen vorgesehen, um die magnetischen Pole 28 zu definieren. Wickelrichtung der Wechselstromspulen und der durch die Wechselstromspulen hindurchtretende Wechselstrom werden so ausgewählt, dass jeder magnetische Pol 28 eine unterschiedliche Polarität (N oder S) gegenüber den benachbarten Magnetpolen 28 aufweist. Damit die benachbarten Magnetpole eine unterschiedliche Polarität (N oder S) zueinander aufweisen, werden die Wechselstromspulen der benachbarten Magnetpole in entgegengesetzten Richtungen zueinander gewickelt und ein Wechselstrom mit einer vorab festgelegten Frequenz wird durch die Wechselstromspulen mit der gleichen Phase in den Spulen hindurchtreten, oder die Wechselstromspulen benachbarter Magnetpole 28 sind in der gleichen Richtung gewickelt und Wechselströme mit vorab festgelegter Frequenz werden durch die Spulen derart hindurchgeführt, dass die Ströme in den benachbarten Magnetpolen zueinander phasenversetzt sind. Die Wechselstromphasen in den Wechselstromspulen benachbarter Magnetpole 28 werden so versetzt, dass sie im Wesentlichen umgedreht sind und insbesondere um einen Winkel im Bereich von 130° bis 230°.
Die vorab festgelegte Frequenz des Wechselstroms liegt vorzugsweise im Bereich von 1 bis 8 Hz und ganz besonders bevorzugt 3 bis 6 Hz. 19 zeigt ein Beispiel, bei dem die Wechselstromspulen benachbarter Magnetpole 28 in der gleichen Richtung gewickelt sind und die Wechselströme unterschiedliche Phasen (im Wesentlichen umgekehrte Phasen) aufweisen und durch die benachbarten Wechselstromspulen hindurchtreten, die Erfindung ist jedoch nicht auf dieses Beispiel beschränkt.
Da in der vorliegenden Erfindung jeder der zwei benachbarten Magnetpole 28 unterschiedliche Polaritäten zueinander aufweist, ist die Richtung einer auf den geschmolzenen Stahl 14 zwischen einem Paar benachbarter Magnetpole 28 einwirkender elektromagnetischer Kräfte im Wesentlichen entgegengesetzt zu der auf den geschmolzenen Stahl 14 zwischen dem benachbarten Paar Magnetpole 28 einwirkenden elektromagnetischen Kraft. Kein makroskopischer Strom wird daher im geschmolzenen Stahl 14 induziert. In der vorliegenden Erfindung kann, da ein Wechselstrom durch die Wechselstromspulen hindurchtritt, die Polarität jedes Magnetpols 28 in vorbestimmten Intervallen umgekehrt werden, um eine Vibration des geschmolzenen Stahls 14 in Längsrichtung der Kokille 10 in der Nähe der Erstarrungsgrenzflächen zu induzieren. Somit kann das Einfangen von Einschlüssen und Luftbläschen an den Erstarrungsgrenzflächen verhindert werden, um die Oberflächenqualität der gegossenen Brammen zu verbessern.
Eine Wechselstromfrequenz von weniger als 1 Hz ist so niedrig, dass kein ausreichender Strom des geschmolzenen Stahls induziert wird. Im Gegensatz hierzu erlaubt eine Wechselstromfrequenz von mehr als 8 Hz nicht dem geschmolzenen Stahl 14, dem vibrierenden Magnetfeld zu folgen, und somit wird der Effekt durch die Aufbringung des Magnetfelds reduziert. Es ist daher bevorzugt, dass die Frequenz des durch die Wechselstromspulen hindurchtretenden Wechselstroms im Bereich von 8 Hz eingestellt wird, und dass der Vibrationszyklus des vibrierenden Magnetfelds im Bereich von 1/8 bis 1 s eingestellt wird.
Vorzugsweise beträgt die Magnetflussdichte des vibrierenden Magnetfelds weniger als 1000 G in der vorliegenden Erfindung. Eine Magnetflussdichte von 1000 G oder mehr zerbricht nicht nur die Dendriten, sondern variiert ebenso in großem Ausmaß das Bad-Niveau und hilft infolgedessen beim Einfangen des Gießpulvers.
Zusätzlich kann zum vibrierenden Magnetfeld ein statisches Magnetfeld in der vorliegenden Erfindung aufgebracht werden. Das statische Magnetfeld wird in Breitenrichtung der Kokille 10 (in Dickenrichtung der gegossenen Bramme) mit Generatoren 30 für ein statisches Magnetfeld, das an den breiten Flächenseiten der Kokille 10 angeordnet ist, wie dies in 20 gezeigt ist, aufgebracht.
Durch Aufbringen eines statischen Magnetfelds in Breitenrichtung der Kokille 10 kann die Schmelzstromrate um das Zentrum der Kokille 10 herum reduziert werden, um das Einfangen von Gießpulver zu verhindern. Ebenso kann durch Überlagern des statischen Magnetfelds auf das vibrierende Magnetfeld der Term B der Gleichung F = J × B erhöht werden und die Lorentz-Kraft kann dementsprechend weiter erhöht werden.
Vorzugsweise liegt die Magnetflussdichte des aufgebrachten statischen Magnetfelds im Bereich von 200 G und mehr sowie 300 G oder weniger in der vorliegenden Erfindung. Eine Magnetflussdichte von weniger als 200 G verringert den Effekt der Reduzierung der Schmelzstromrate und im Gegensatz dazu führt eine Magnetflussdichte von mehr als 3000 G eine derart hohen Brechkraft, dass eine heterogene Erstarrung bewirkt wird.
20 zeigt eine Anordnung, in der Generatoren 20 für ein vibrierendes Magnetfeld und Generatoren 30 für ein statisches Magnetfeld an den breiten Flächenseiten der Kokille 10 angeordnet sind. Ein Paar von Magnetpolen 28 der Generatoren 30 für das statische Magnetfeld sind an den breiten Flächenseiten der Kokille 10 mit der dazwischen angeordneten Kokille 10 angeordnet, und eine Gleichstrom-Energiequelle 32 liefert einen Gleichstrom zu dem Gleichstromspulen 34, um statische Magnetfelder in Breitenrichtung der Kokille 10 (Dickenrichtung der gegossenen Bramme) aufzubringen. Die vertikalen Positionen des Generators 30 für das statische Magnetfeld und des Generators 20 für das vibrierende Magnetfeld können gleich oder zueinander unterschiedlich sein.
Die nachfolgend angegebenen Beschreibung illustriert einen Fall, bei dem ein sich bewegendes Magnetfeld aufgebracht wird, und einen Fall, in dem die Peak-Positionen eines vibrierenden Magnetfelds lokal in Längsrichtung der Kokille 10 verschoben werden.
14 zeigt eine Draufsicht auf die Kokille 10 und eine Anordnung von Wechselstrom-Elektromagneten (Wechselstromspulen 24) und Gleichstrom-Elektromagneten (Gleichstromspulen 34).
Ein geschmolzener Stahl 14 wird aus einem Tauchausguss 12, der mit dem Boden eines (in der Figur nicht gezeigten) und oberhalb der Kokille angeordneten Tundishs verbunden ist, zugeführt. Zwölf einsinkende kammförmige Wechselstrom-Elektromagneten (Wechselstromspulen 24) sind entlang jeder Breitenfläche der Kokille 10 angeordnet und eine Gleichstromspule 34 ist außerhalb der zwölf Wechselstrom-Elektromagneten in der gleichen Weise wie in 20 gezeigt, angeordnet. Ein vibrierender Strom zum Erzeugen eines vibrierenden Magnetfelds wird auf jede der zwölf Wechselstromspulen 24 aufgebracht, so dass die Peak-Werte des vibrierenden Stroms sich entlang der Längsrichtung der Kokille 10 verschieben. Für die Verschiebung der Peak-Werte wird der Strom so aufgebracht, dass die Anordnung von Spulenphasen einen Teil aufweist, wo die Phasen dreier benachbarter Wechselstromspulen in der Reihenfolge von n, 2n und n oder n, 3n und 2n sind.
Die 15 bis 18 zeigen die Verteilungen der Phasen des vibrierenden Magnetfelds zu einer bestimmten Zeit an zwei Reihen 24a und 24b von zwölf Spulen. Die Phasen werden durch Zahlen (Phasenwinkel) dargestellt. Die Peak-Positionen des vibrierenden Magnetfelds werden schrittweise in Längsrichtung der Kokille 10 verschoben.
15 zeigt einen Fall, bei dem ein alternierendes sich bewegendes Zweiphasen-Magnetfeld aufgebracht wird, das eine Phasenverschiebung von 90° zwischen jeweiligen zwei benachbarten Wechselstromspulen und eine Phasendifferenz von 180° zwischen jeweiligen zwei gegenüberliegenden Wechselstromspulen 24a und 24b aufweist. 16 zeigt einen Fall, bei dem ein internierendes, vibrierendes Zweiphasen-Magnetfeld aufgebracht wird, das eine Phasendifferenz von 180° zwischen jeweiligen zwei benachbarten Wechselstromspulen und die gleiche Phase zwischen jeweiligen zwei gegenüberliegenden Wechselstromspulen 24a und 24b aufweist. 17 zeigt einen Fall, bei dem ein alternierendes, halbwellen-gerichtetes Zweiphasen-Magnetfeld aufgebracht wird, das eine Phasendifferenz von 90° zwischen jeweiligen zwei benachbarten Wechselstromspulen sowie eine Phasendifferenz von 180° zwischen zwei jeweiligen gegenüberliegenden Wechselstromspulen 24a und 24b aufweist. 18 zeigt einen Fall, bei dem ein alternierendes halbwellen-gerichtetes Dreiphasen-Magnetfeld aufgebracht wird, das eine Phasendifferenz von 120° zwischen jeweiligen zwei benachbarten Wechselstromspulen sowie eine Phasendifferenz von 60° zwischen jeweiligen zwei gegenüberliegenden Wechselstromspulen aufweist.
23 zeigt die Veränderungen der Phase über die Zeit des in 15 gezeigten sich bewegenden Magnetfelds, welche mit den Wechselstromspulen 24a übereinstimmen. Die obere Reihe weist die gleiche Anordnung von Phasenwinkeln wie in 15 auf. Die nach unten gerichtete Richtung stellt den Zeitablauf dar. Die 24 bzw. 25 zeigen die lokalen Verschiebungen der Peak-Positionen der in den 17 und 18 gezeigten vibrierenden Magnetfelder in der gleichen Weise wie oben angegeben.
Wie oben bereits beschrieben, können durch die lokale Verschiebung der Peak-Positionen des vibrierenden Magnetfelds nur die Erstarrungsgrenzflächen effizient vibriert werden, um das Einfangen von Luftbläschen effizient zu verhindern. Somit kann die Oberflächenqualität der daraus resultierenden gegossenen Bramme signifikant verbessert werden.
Eine zweite Ausführungsform, in der ein statisches Magnetfeld auf das vibrierende Magnetfeld überlagert wird, wird nunmehr detailliert und unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben.
20 ist eine schematische horizontale Schnittansicht einer kontinuierlichen Gießvorrichtung, die in geeigneter Weise in der Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet wird. 20 zeigt eine Anordnung, in der Generatoren 30 für ein statisches Magnetfeld zu der in 19 gezeigten Anordnung hinzugefügt wurden.
In der vorliegenden Erfindung wird das kontinuierliche Gießen ausgeführt, während elektromagnetische Felder auf den geschmolzenen Stahl in der Kokille 10, welche gegenüberliegende breite Flächen und gegenüberliegende enge Flächen aufweist, aufgebracht werden. Die aufgebrachten Magnetfelder sind ein Magnetfeld, das in Längsrichtung der Kokille 10 vibriert (d.h., ein vibrierendes Magnetfeld) sowie ein statisches Magnetfeld in Dickenrichtung. Das vibrierende Magnetfeld ist ein alternierendes Magnetfeld, das in Längsrichtung der Kokille 10 gebracht wird, und die Richtung des Magnetfelds wird periodisch umgedreht; somit induziert das vibrierende Magnetfeld keinen makroskopischen Strom des geschmolzenen Stahls 14.
Das vibrierende Magnetfeld wird unter Verwendung von beispielsweise einem Generator 20 für ein vibrierendes Magnetfeld, wie er in 20 gezeigt wird, erzeugt. Der in 20 gezeigte Generator 20 für ein vibrierendes Magnetfeld weist im Wesentlichen den gleichen Aufbau wie der in 19 in Bezug auf die erste Ausführungsform gezeigt auf und eine detaillierte Beschreibung wird daher weggelassen.
Zusätzlich zu dem wie in der ersten Ausführungsform aufgebrachten vibrierenden Magnetfeld wird in der vorliegenden Ausführungsform ein statisches Magnetfeld aufgebracht. Das statische Magnetfeld wird in Breitenrichtung der Kokille 10 (Dickenrichtung der gegossenen Bramme) mit Generatoren 30 für ein statisches Magnetfeld, die an den breiten Flächenseiten der Kokille 10 angeordnet sind, wie dies in 20 gezeigt ist, aufgebracht.
Durch Aufbringen eines statischen Magnetfelds in Breitenrichtung der Kokille 10 kann die Schmelzströmungsrate um das Zentrum der Kokille 10 reduziert werden, um das Einfangen von Gießpulver zu verhindern. Ebenso kann durch das Überlagern des statischen Magnetfelds auf das vibrierende Magnetfeld der Term B der Gleichung F = J × B erhöht ? werden und die Lorentz-Kraft kann entsprechend weiter erhöht werden.
Vorzugsweise liegt die Magnetflussdichte des aufgebrachten statischen Magnetfelds im Bereich von 200 G und mehr sowie 3000 G und weniger in der vorliegenden Erfindung. Eine magnetische Flussdichte von weniger als 200 G senkt den Effekt der Reduzierung der Schmelzstromrate ab und im Gegensatz hierzu führt eine magnetische Flussdichte von mehr als 3000 G zu einer derart hohen Bruchkraft, dass eine heterogene Erstarrung bewirkt wird.
20 zeigt eine Anordnung, in der Generatoren 20 für ein vibrierendes Magnetfeld und Generator 30 für ein statisches Magnetfeld an den breiten Flächenseiten der Kokille 10 angeordnet sind. Ein Paar von Magnetpolen 28 der Generatoren 30 für das statische Magnetfeld sind an den breiten Flächenseiten der Kokille 10 mit dazwischen angeordneter Kokille 10 angeordnet und eine Gleichstromenergiequelle 32 bringt einen Gleichstrom auf die Gleichstromspulen 34 auf, um statische Magnetfelder in Breitenrichtung der Kokille 10 aufzubringen. Die vertikalen Positionen des Generators 30 für das statische Magnetfeld und des Generators 20 für das vibrierende Magnetfeld können gleich oder unterschiedlich sein.
Eine dritte Ausführungsform wird nunmehr detailliert unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben. In der dritten Ausführungsform werden die Peak-Positionen des vibrierenden Magnetfelds lokal in Längsrichtung der Kokille 10 verschoben.
14 zeigt eine Draufsicht auf die Kokille 10 und eine Anordnung der Wechselstrom-Elektromagneten (Wechselstromspulen 24) sowie der Gleichstrom-Elektromagneten (Gleichstromspule n 34).
Ein geschmolzener Stahls 14 wird in die Kokille 10 aus einem Tauchausguss 12 eingeführt, der mit dem Boden eines (in der Figur nicht gezeigten) und oberhalb der Kokille vorgesehenen Tauchausgusses 12 eingeführt. Zwölf sinkende kammförmige Wechselstrom-Elektromagneten (Wechselstromspulen 24) sind entlang jeder breiten Fläche der Kokille 10 angeordnet und eine Gleichstromspule 34 ist außerhalb der zwölf Wechselstrom-Elektromagneten in der gleichen Weise wie in 20 angeordnet. Ein vibrierender Strom zum Erzeugen eines vibrierenden Magnetfelds wird auf jede der zwölf Wechselstromspulen 24 so aufgebracht, dass die Peak-Werte des vibrierenden Stroms sich entlang der Längsrichtung der Kokille 10 verschieben. Für die Verschiebung der Peak-Werte wird der Strom so aufgebracht, dass die Anordnung von Spulenphasen einen Teil aufweist, in dem die Phasen dreier benachbarter Wechselstromspulen in der Reihenfolge n, 2n und n oder n, 3n und 2n liegen.
Die 15 bis 18 zeigen die Verteilungen der Phasen eines vibrierenden Magnetfelds zu einer bestimmten Zeit an zwei Reihen 24a und 24b von zwölf Wechselstromspulen. Die Phasen werden durch die Zahlen (Phasenwinkel) dargestellt. Die Peak-Positionen des vibrierenden Magnetfelds werden schrittweise in Längsrichtung der Kokille 10 verschoben.
Die 15 zeigt einen Fall, in dem ein alternierendes, sich bewegendes Zweiphasen-Magnetfeld aufgebracht wird, das eine Phasendifferenz von 90° zwischen zwei benachbarten Wechselstromspulen sowie eine Phasendifferenz von 180° zwischen zwei gegenüberliegenden Wechselstromspulen 24a und 24b aufweist. Die 16 zeigt einen Fall, in dem ein alternierendes, vibrierendes Zweiphasen-Magnetfeld aufgebracht wird, das eine Phasendifferenz von 180° zwischen jedem von zwei benachbarten Wechselstromspulen und die gleiche Phase zwischen zwei gegenüberliegenden Wechselstromspulen 24a und 24b aufweist. 17 zeigt einen Fall, in dem ein alternierendes Halbwellen-gerichtetes Zweiphasen-Magnetfeld aufgebracht wird, das eine Phasendifferenz von 90° zwischen jedem von zwei benachbarten Wechselstromspulen sowie eine Phasendifferenz von 180° zwischen allen zwei gegenüberliegenden Wechselstromspulen 24a und 24b aufweist. 18 zeigt einen Fall, in dem ein alternierendes halbwellengerichtetes Dreiphasen-Magnetfeld aufgebracht wird, das eine Phasendifferenz von 120° zwischen allen zwei benachbarten Wechselstromspulen sowie eine Phasendifferenz von 60° zwischen allen gegenüberliegenden Wechselstromspulen aufweist.
Wie oben bereits beschrieben, können durch die lokale Verschiebung der Peak-Positionen des vibrierenden Magnetfelds nur die Erstarrungsgrenzflächen effizient vibriert werden, um das Einfangen von Luftbläschen und Einschlüssen beim kontinuierlichen Gießen ohne Gaseinblasen, wie in der ersten Ausführungsform, zu verhindern. Somit kann die Oberflächenqualität der daraus resultierenden gegossenen Bramme signifikant verbessert werden.
Eine vierte Ausführungsform, bei der die Interaktion zwischen der Lorentz-Kraft und der Strömungsrate des geschmolzenen Stahls in geeigneter Weise aufrecht erhalten wird, wird nunmehr detailliert beschrieben.
In der vierten Ausführungsform werden die Strömungsrate V des geschmolzenen Stahls (m/s) innerhalb der Kokille 10 und die maximale Lorentz-Kraft F_max (N/m³), die von einem Magnetfeld induziert wird, so eingestellt, dass V × F_max im Bereich von 3000 N/(s·m²) oder mehr und 6000 N/(s·m²) oder weniger liegt.
Obwohl die Strömungsrat V für den geschmolzenen Stahl durch Messung erhalten werden sollte, kann die folgende Regressionsgleichung, die aus Experimenten der Erfinder herrührt, eingesetzt werden, wenn die Messung sich als schwierig herausstellt: V (m/sec) = (43,0 – 0,047LSEN) + 0,093θ + 10,0Q + 0,791qAr – 0,0398W)/100
Wobei L_SEN: Tiefe des Tauchausgusses (mm), Q: Zufuhrrate für den geschmolzenen Stahl (t/min); θ: Ausgusswinkel des Tauchausgusses (°); q_Ar: Strömungsrate des eingeblasenen Gases durch den Ausguss (L/min); W: Kokillenbreite (mm) sind.
34 zeigt die Beziehung zwischen dem Defekt-Verhältnis und den Strömungsraten des geschmolzenen Stahls, die durch ein Magnetfeld induziert werden, welche vom kontinuierlichen Gießen gemäß der ersten Ausführungsform erhalten wurden. Das Defektverhältnis wird durch ein Verhältnis der Anzahl von Defekten zur Anzahl der Gesamtprodukte dargestellt. Die Beziehung zwischen dem Defektverhältnis und der maximalen Lorentz-Kraft ist in 26 gezeigt. Diese Ergebnisse wurden detailliert untersucht und es wurde herausgefunden, dass das Einstellen von V × F_max auf 3000 oder mehr effektiv bei der Reduzierung des Defektverhältnisses wirkt, wie dies in 35 gezeigt ist. Es wurde ebenso herausgefunden, dass V × F_max-Werte von mehr als 6000 zum gleichen Effekt führen.
Während der Eisenkern ein sinkender kammförmiger Kern ist und die Anzahl von Magnetpolen des Eisenkerns 12 in den Ausführungsformen beträgt, sind die Anzahl der Magnetpole und die Form des Eisenkerns nicht auf die in den Ausführungsformen gezeigten beschränkt. Beispielsweise kann der Eisenkern geteilt sein. Ebenso wird ein statisches Magnetfeld nicht notwendigerweise überlagert. Beispielsweise können die Gleichstromspulen 34 aus der in 20 gezeigten Vorrichtung entfernt werden.
<Beispiele>
<Erstes Beispiel>
Zuerst wird ein exemplarischer geschmolzener Stahl 14 beschrieben. Nach der Herausnahme aus dem Konverter wurden 300t geschmolzenen Stahls 14 in einer RH-Vakuum-Entgasungsvorrichtung entkohlt, so dass die Zusammensetzung des geschmolzenen Stahls 0,0035 Gew-% Kohlenstoff, 0,02 Gew-% Silizium, 0,20 Gew-% Mangan, 0,015 Gew-% Phosphor und 0,010 Gew-% Schwefel enthält, und die Temperatur des geschmolzenen Stahls wurde auf 1600 °C eingestellt. Zu dem geschmolzenen Stahl 14 wurden 0,5 kg/t Aluminium hinzugegeben, um die Konzentration des gelösten Sauerstoffs im geschmolzenen Stahl 14 auf 150 ppm zu reduzieren. Zu diesem Zeitpunkt betrug der Aluminiumgehalt des geschmolzenen Stahls 14 0,003 Gew-%. Anschließend wurden 1,2 kg/t einer Titan (70 Gew-%)-Eisen-Legierung zu dem geschmolzenen Stahl 14 zur Desoxidierung hinzugegeben. Im Anschluss wurden 0,5 kg/t einer Kalzium (20 Gew-%)-REM (10 Gew-%)-Ti (50 Gew-%)-Eisen-Legierung zu dem geschmolzenen Stahl 14 hinzugegeben, um die Zusammensetzung einzustellen. Der Titangehalt in dem daraus resultierenden geschmolzenen Stahl betrug 0,050 Gew-%; der Aluminiumgehalt betrug 0,003 Gew-%.
Anschließend wurde dieses Experiment mit der in 19 gezeigten kontinuierlichen Gießvorrichtung ausgeführt. Die Einschlüsse im (in der Figur nicht gezeigten) Tundish wurden analysiert und es wurde herausgefunden, dass die Einschlüsse sphärisch sind und 65 Gew-% Ti₂O₃, 15 Gew-% CaO, 10 Gew-% Ce₂O₃ und 10 Gew-% Al₂O₃ enthalten. Nach dem Gießen wurden die Ablagerungen am Tauchausguss genau betrachtet.
In dem Beispiel betrugen die Dimensionen der Bramme 1500 bis 1700 mm Breite und 220 mm Dicke und der Durchsatz des geschmolzenen Stahls 14 wurde auf den Bereich von 4 bis 5 t/min eingestellt.
Für die Coils wurden sinkende kammförmige Eisenkerne, die jeweils 12 gleiche in Breitenrichtung der gegossenen Bramme ausgerichtete Zähne aufwiesen, wie dies in 1 gezeigt ist, verwendet. Die Spulen wurden so angeordnet, dass sie Magnetfelder erzeugen, deren Phasen abwechselnd in Breitenrichtung der gegossenen Bramme umgekehrt waren (d.h., ein vibrierendes Magnetfeld).
21 zeigt die experimentellen Bedingungen und die Experiment-Ergebnisse (Defektverhältnis) für einen Ultra-low-Carbon-Stahl. In 21 wurden die aus dem Einfangen von Einschlüssen und dem Einzug von Gießpulver, Blaslöchern und Oberflächendefekten sich ergebenden Defekte für die Berechnung des Defektverhältnisses gezählt.
Für die Oberflächenseigerung der gegossenen Bramme wurde nach dem Schneiden und Schleifen und anschließenden Beizen der daraus resultierenden Bramme die Anzahl von Seigerungsabschnitten pro Quadratmeter visuell gezählt. Zusätzlich wurde die Bramme kaltgewalzt und das daraus resultierende kaltgewalzte Coil wurde visuell auf Oberflächendefekte überprüft. Defektabschnitte wurden in Proben untersucht und analysiert, um die Anzahl von Defekten, die aus dem Gießpulver herrühren, zu bestimmen. Die Einschlüsse wurden aus der Position von 1/4 der Dicke mittels Slime-Extraktion extrahiert und gewogen. Die Oberflächenseigerung, die aus dem Gießpulver resultierenden Effekte sowie das Gewicht der Einschlüsse wurden jeweils mittels eines linearen Verhältnisses als schlechtestes Ergebnis ausgedrückt, was bei 10 angenommen wird.
21 geht davon aus, dass die Oberflächenseigerung, die aus dem Einschluss von Gießpulver, Blaslöchern und nichtmetallischen Einschlüssen herrührende Defekte abhängig von der alternierenden Magnetflussdichte reduziert werden können.
Zu diesem Zweck erhöht möglicherweise eine hohe Intensität des vibrierenden Magnetfelds den Einschluss von Gießpulver auf der Oberfläche des geschmolzenen Stahls, um die Oberflächenqualität zu verringern, und eine exzessiv hohe Frequenz erschwert es, dass der geschmolzene Stahl dem Magnetfeld folgt, was somit zur Reduzierung des Effekts der Reinigung der Erstarrungsgrenzflächen und zu einem Anstieg der von Blaslöchern oder Einschlüssen herrührenden Defekt führt.
Während der Eisenkern ein sinkender kammförmiger Kern ist und die Anzahl der Magnetpole des Eisenkerns im vorliegenden Beispiel 12 beträgt, ist die Anzahl der Magnetpole und die Form des Eisenkerns nicht auf die des Beispiels beschränkt. Beispielsweise kann der Eisenkern unterteilt sein.
<Zweites Beispiel>
Eine Bramme wurde aus dem gleichen geschmolzenen Stahl 14 gefertigt, der in einem Konverter wie im ersten Beispiel hergestellt wurde, und mit der kontinuierlichen Gießvorrichtung, die in 20 gezeigt ist, hergestellt. In diesem Fall betrugen die Dimensionen der Bramme 1500 bis 1700 mm in der Breite und 220 mm in der Dicke und der Durchsatz des geschmolzenen Stahls 14 wurde in einem Bereich von 4 bis 5 t/min eingestellt, wie dies auch oben der Fall war.
Für die Spulen wurden sinkende kammförmige Eisenkerne mit jeweils 12 gleichen Zähnen, die in Breitenrichtung der gegossenen Bramme ausgerichtet waren, wie dies in 6 gezeigt ist, verwendet. Die Spulen wurden so angeordnet, dass sie Magnetfelder erzeugen, deren Phasen abwechselnd in Breitenrichtung der gegossenen Bramme umgekehrt waren (d.h., ein vibrierendes Magnetfeld).
22 zeigt die Bedingungen und Ergebnisse der Experimente, die an einem Ultra-low-carbon-Stahl in einem Gleichstrom-Magnetfeld mit einer konstanten magnetischen Flussdichte von 1200 G durchgeführt wurden. Die in 22 gezeigten Experimentergebnisse wurden durch die gleichen analytischen Prozeduren wie in der ersten Ausführungsform erhalten.
22 unterstellt, dass die Oberflächenseigerung, die aus dem Einschluss von Gießpulver, Blaslöchern und nichtmetallischen Einschlüssen herrührenden Defekt durch ein Überlagern eines statischen Magnetfelds auf das vibrierende Magnetfeld reduziert werden können.
In diesem Fall erhöht möglicherweise eine hohe Intensität des vibrierenden Magnetfelds das Einfangen von Gießpulver an der Oberfläche des geschmolzenen Stahls zur Verringerung der Oberflächenqualität und eine exzessiv hohe Frequenz erschwert es, dass der geschmolzene Stahl dem Magnetfeld folgt, was somit den Effekt der Reinigung der Erstarrungsgrenzflächen reduziert und somit den aus Bläschenlöchern oder Einschlüssen herrührenden Defekt erhöht.
<Drittes Beispiel>
Als Spulen wurden sinkende kammförmige Eisenkerne mit jeweils 12 gleichen Zähnen, die in Breitenrichtung der gegossenen Bramme ausgerichtet sind, wie dies in 14 gezeigt ist, verwendet. Die Spulen wurden so angeordnet, dass sie Magnetfelder erzeugen, deren Phasen abwechselnd in Breitenrichtung der gegossenen Bramme umgekehrt waren (d.h., ein vibrierendes Magnetfeld). Der magnetische Fluss des alternierenden Magnetfelds wurde auf 1000 G im Maximum eingestellt.
Tabelle 1 zeigt die experimentellen Bedingungen und die Experiment-Ergebnisse. Die Experiment-Ergebnis wurden durch die gleichen analytischen Prozeduren wie in der ersten Ausführungsform erhalten. Die alphabetischen Zeichen für die Spulenphasenmuster in Tabelle 1 sind wie folgt gekennzeichnet:

A: n, 2n, n (Beispiel);
B: n, 3n, 2n (Beispiel);
C: 0, n, 2n, 3n (Vergleichsbeispiel); und
D: 0, 2n, 0, 2n (Vergleichsbeispiel),

Tabelle 1 unterstellt, dass die Oberflächenseigerung, die aus dem Einschluss von Gießpulver, Bläschenlöchern und nichtmetallischen Einflüssen resultierenden Defekte durch Aufbringen eines vibrierenden Magnetfelds reduziert werden können.

Wie in der ersten Ausführungsform erhöht möglicherweise eine hohe Intensität des vibrierenden Magnetfelds den Einschluss von Gießpulver an der Oberfläche des geschmolzenen Stahls, um die Oberflächenqualität zu verringern, und eine exzessiv hohe Frequenz erschwert es dem geschmolzenen Stahl, dem Magnetfeld zu folgen, was somit den Effekt der Reinigung der Erstarrungsgrenzflächen reduziert und die aus Bläschenlöchern oder Einschlüssen herrührenden Defekte erhöht. Tabelle 1

	Ausrichtungsmuster der Strom-Phase	Anzahl d. Phasen d. Energiequelle	Alternierendes Magnetfeld (G)	Gleichstrom-Magnetfeld (G)	Index d. Defekte durch Gießpulver	Index d. Luftbläschen und Einschlüsse in der gegossenen Bramme	Bewertung
Vergleichsbeispiel 1	Kein	–	0	0	5,2	10	Schlecht
Vergleichsbeispiel 2	C	3	1000	0	2,0	1,2	O.K.
Vergleichsbeispiel 3	D	2	1000	0	2,5	1,8	O.K.
Vergleichsbeispiel 4	C	3	2000	0	10	1,2	Schlecht
Vergleichsbeispiel 5	D	2	1000	1000	0,8	1,0	Gut
Beispiel 1	A	2	1000	0	0,1	0,3	Sehr gut
Beispiel 2	A	3	1000	500	0,1	0,3	Sehr gut
Beispiel 3	A	3	2000	1000	0,05	0,05	Sehr gut
Beispiel 4	B	2	500	0	0,1	0,3	Sehr gut
Beispiel 5	B	2	800	1000	0,1	0,1	Sehr gut
Beispiel 6	B	3	1000	0	0,2	0,3	Sehr gut
Beispiel 7	A	2	1000	1000	0,1	0,1	Sehr gut
Beispiel 8	B	3	1000	1000	0,05	0,05	Sehr gut

<Viertes Beispiel>
Über 300 t geschmolzenen Stahls 14 wurden in einem Konverter vorbereitet und einer RH-Behandlung unterzogen, um einen Aluminium-beruhigten Ultra-low-carbon-Stahl herzustellen. Der beruhigte Stahl wurde in eine Bramme mit einer kontinuierlichen Gießvorrichtung gegossen. Eine exemplarische Zusammensetzung für den geschmolzenen Stahl ist in Tabelle 2 gezeigt. Die Dimensionen der Bramme betrugen 1500 bis 1700 mm in der Breite und 220 mm in der Dicke und der Durchsatz des geschmolzenen Stahls 14 wurde im Bereich von 4 bis 5 t/min eingestellt.
Für die Spulen wurden die sinkenden kammförmigen Eisenkerne mit jeweils zwölf gleichen Zähnen, die in Breitenrichtung der gegossenen Bramme ausgerichtet sind, wie sie in den 6 und 14 gezeigt sind, verwendet. Die Spulen wurden so angeordnet, dass sie Magnetfelder erzeugen, deren Phasen periodisch in Breitenrichtung der gegossenen Bramme variierten (d.h. ein vibrierendes Magnetfeld). Tabelle 2

C Si Mn P S AJ Ti

0,0015 0,02 0,08 0,015 0,004 0,004 0,004
Somit wurde ein kontinuierliches Gießen durchgeführt. Die Defektverhältnisse, Blaslöcher und Schlacken-Patches in den resultierenden Brammen wurden in den 26, 27 und 28 gezeigt.
Die Defektverhältnisse in den Figuren wurden durch das Verhältnis in Prozent der Anzahl von aus Luftbläschen und Einschlüssen resultierenden Defekten zur Gesamtlänge des kaltgewalzten Coils nach dem Kaltwalzen definiert, wobei die Anzahl der Defekte in Meter unter der Annahme ausgedrückt wird, dass ein Defekt 1 m entspricht. Für das Zählen von Blaslöchern und Schlacken-Patches wurde die daraus resultierende gegossene Bramme geschnitten und die Oberfläche der Bramme wurde abgeschliffen, um die Löcher an der Oberfläche zu exponieren. Hohle Löcher wurden als Blaslöcher gezählt und mit Gießpulver gefüllt Löcher wurden als Schlacken-Patches gezählt. Die Zählungen wurden jeweils durch den Oberflächenbereich der getesteten, gegossenen Bramme geteilt.
In den 26 bis 28 kennzeichnet die horizontale Achse die maximale auf die Erstarrungsgrenzflächen einwirkende Lorentz-Kraft F_max.
29 zeigt schematisch die Beziehung zwischen den Wechselstromspulen 24 und der Erstarrungsgrenzfläche des geschmolzenen Stahls, die an der Innenwand der Kokille 10 anhaftet, welche durch eine Kokillen-Stahlplatte gezeigt ist.
Veränderungen in dem durch die Wechselstromspulen 24 fließenden Strom bewirken eine auf den geschmolzenen Stahls 14 an den Erstarrungsgrenzflächen einwirkende Lorentz-Kraft F, wie dies in 29 gezeigt ist.
Wenn ein Gleichstrom-Magnetfeld auf ein vibrierendes Magnetfeld überlagert wird, wie dies in den 6 und 19 gezeigt wird, wird die Lorentz-Kraft F durch die oben beschriebenen Gleichungen (2) und (3) ausgedrückt. Während der Bdc nicht die über die Zeit gemittelte Kraft beeinflusst, wird die sich über die Zeit verändernde Kraft gemäß dem Anstieg des B-Werts erhöht. Die Lorentz-Kraft jeder Spule wird periodisch variiert, wie dies in 30 gezeigt ist, in der Veränderungen im Strom durch Phasen dargestellt sind und in der die horizontale Achse die Länge der Kokille 10 darstellt.
Wenn ein vibrierendes Magnetfeld aufgebracht wird, werden der maximale (Peak)-Wert F_max (N/m³) sowie der Durchschnittswert F_ave (N/m³) der Lorentz-Kräfte durch die folgenden Gleichungen, die durch Regressions-Berechnungen erhalten wurden, ausgedrückt:
(Vibrierendes Magnetfeld)

Fmax = 1,57 × 106 (Bac·Bdc + 1,20 × 106Bac2
Fave = 0

Wenn ein sich bewegendes Magnetfeld gemäß 5 aufgebracht wird und wenn ein verschobenes vibrierendes Magnetfeld von 17 oder 18 aufgebracht wird (Peak-Positionen des vibrierenden Magnetfelds werden lokal verschoben), gelten die folgenden Gleichungen wie oben.
(Bewegendes Magnetfeld)

Fmax = 2,28 × 106Bac·Bdc + 4,17 × 106Bac2
Fave = 1,76 × 106Bac2

(Verschobenes vibrierendes Magnetfeld)

Fmax = 1,86 × 106Bac·Bdc + 2,31 × 106Bac2
Fave = 6,36 × 106Bac2

Die maximalen in den 26 bis 28 gezeigten Lorentz-Kräfte F_max wurden gemäß den oben in der Praxis durchgeführten kontinuierlichen Gießen berechneten Gleichungen erhalten und die Ergebnisse wurden in Übereinstimmung mit den maximalen Lorentz-Kräften F_max aufgetragen.
26 geht davon aus, dass F_max im Bereich von 5000 bis 13000 N/m³ bei der Reduzierung des Defektverhältnisses effektiv ist. Die 27 und 28 unterstellen ebenso dass eine Lorentz-Kraft F_max von 5000 N/m³ oder mehr effektiv ist.
Für Referenzzwecke zeigen die 31 bis 33 die Verhältnisse mit F_ave. Obwohl F_ave nicht als ein Indikator für das kontinuierliche Gießen geeignet ist, ist F_max als Indikator geeignet.
<Fünftes Beispiel>
Brammen wurden mit einer kontinuierlichen Gießvorrichtung auf die gleiche Weise wie in der vierten Ausführungsform vorbereitet. Die Beziehung zwischen dem Defektverhältnis der daraus resultierenden Brammen und der Schmelzströmungsrate ist in 34 gezeigt. Die Beziehung zwischen dem Defektverhältnis und der maximalen Lorentz-Kraft F_max ist ähnlich wie in 26 gezeigt.
Die Strömungsrate V des geschmolzenen Stahls und die maximale Lorentz-Kraft F_max wurden detailliert auf Basis dieser Ergebnisse untersucht und es wurde herausgefunden, dass ein V × F_max-Wert von 3000 oder mehr das Defektverhältnis reduziert, wie dies in 35 gezeigt ist. Der Effekt der Reduzierung des Defektverhältnisses wird jedoch bei V × F_max-Werten von mehr als 6000 gesättigt und das Defektverhältnis verbleibt bei einem bestimmten Niveau.
Gewerbliche Anwendbarkeit
Die vorliegende Erfindung ermöglicht das kontinuierliche Gießen ohne das Einblasen von Inertgas aus einem Tauchausguss, verhindert den Einschluss von Gießpulver zur Verbesserung der inneren Qualität der daraus resultierenden gegossenen Bramme und verhindert das Einfangen von Einschlüssen und Luftbläschen zur Verbesserung der Oberflächenqualität gegossener Brammen.

Claims

Kontinuierliches Stahlgießverfahren, wobei während ein vibrierendes magnetisches Feld mit einer Anordnung aus zumindest drei Elektromagneten erzeugt wird, die entlang einer Längsrichtung einer Gießform für das kontinuierliche Gießen angeordnet sind, die Peakpositionen des vibrierenden magnetischen Felds entlang der Längsrichtung verschoben werden.
Kontinuierliches Stahlgießverfahren gemäß Anspruch 1, wobei die Anordnung aus zumindest drei Elektromagneten einen Teil aufweist, bei dem die Spulenphasen von drei benachbarten Elektromagneten in der Reihenfolge n, 2n, und n oder n, 3n und 2n vorliegen.
Kontinuierliches Stahlgießverfahren gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei ein Direktstrom-Magnetfeld auf das vibrierende magnetische Feld in einer Dickenrichtung einer Gußbramme überlagert wird.
Kontinuierliches Stahlgießverfahren gemäß Anspruch 1, 2 und 3, wobei die Schmelzpunkte der Einschlüsse im nicht erstarrten geschmolzenen Stahl in der Form so reduziert werden, dass ein Ausguss, aus dem der geschmolzene Stahl befördert wird, davon abgehalten wird zu verstopfen, wobei das kontinuierliche Gießen oder Einblasen eines Inertgases aus dem Ausguss durchgeführt wird.
Kontinuierliches Stahlgießverfahren gemäß Anspruch 4, wobei der geschmolzene Stahl ein Ultra Low Carbon-Stahl ist, der durch Titan deoxidiert wurde und eine Zusammensetzung aufweist, die enthält: C ≤ 0,020 Gew.-%, Si ≤ 0,2 Gew.-%, Mn ≤ 1,0 Gew.-%, S ≤ 0,050 Gew.-% und Ti ≥ 0,010 Gew.-%, und der die Beziehung Al ≤ Ti/5 auf einer Gehaltbasis von Gewichtsprozent erfüllt.
Kontinuierliches Stahlgießverfahren gemäß Anspruch 5, wobei der geschmolzene Stahl mit einer Vakuum-Entgasungsvorrichtung entkohlt wird, im Anschluss mit einer Titan enthaltenden Legierung deoxidiert wird und dann eine Legierung zum Steuern der Zusammensetzung von Einschlüssen zu dem geschmolzenen Stahl hinzugegeben wird, wobei die Legierung zumindest ein Metall enthält, das aus 10 Gew.-% oder mehr Ca und 5 Gew.-% oder mehr Seltene-Erde-Metallen ausgewählt ist, und zumindest einem Element, das aus der Gruppe ausgewählt, die aus Fe, Al, Si und Ti besteht, und wobei das resultierende Oxid im geschmolzenen Stahl 10 bis 50 Gew.-% zumindest von einem der aus der Gruppe, die aus CaO und Seltene-Erde-Metallen-Oxiden, 90 Gew.-% oder weniger Titanoxid und 70% oder weniger Al₂O₃ besteht, ausgewählt ist.
Kontinuierliches Stahlgießverfahren gemäß Anspruch 6, wobei der geschmolzene Stahl nach der Entkohlung mit Al, Si oder Mn vordesoxidiert wird, so dass die Konzentration des gelösten Sauerstoffs im geschmolzenen Stahl vor der Deoxidation mit der Titan enthaltenden Legierung 200 ppm oder niedriger beträgt.
Kontinuierliches Stahlgießverfahren gemäß einem der Ansprüche 1, 2, 3, 4, 5, 6 und 7, wobei der maximale Wert der Lorentz-Kräfte, die durch das vibrierende magnetische Feld induziert werden, im Bereich von 5 000 N/m³ oder mehr und 13 000 N/m³ oder weniger liegt.
Kontinuierliches Stahlgießverfahren gemäß einem der Ansprüche 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7 und 8, wobei die Strömungsrate V (m/s) des nicht erstarrten geschmolzenen Stahls in der Kokille zum kontinuierlichen Gießen und der Maximalwert F_max (N/m³) der Lorentz-Kräfte, die durch das vibrierende magnetische Feld induziert werden, so eingestellt werden, dass V × F_max 3 000 N/(s·m²) oder mehr beträgt.