DE69222348T3

DE69222348T3 - Elektromagnetische Rühreinrichtung für das Stranggiessen

Info

Publication number: DE69222348T3
Application number: DE69222348T
Authority: DE
Inventors: Norbert Kaell
Original assignee: Paul Wurth SA
Current assignee: SMS Siemag AG
Priority date: 1991-04-03
Filing date: 1992-02-21
Publication date: 2004-07-22
Anticipated expiration: 2012-02-22
Also published as: ATE171656T1; EP0511465B1; EP0778098B1; ATE158525T1; EP0511465A2; EP0511465A3; DE69227206T2; EP0511465B2; DE69222348T2; DE69227206D1; LU87914A1; ES2108054T3; ES2108054T5; ES2123347T3; CA2040830A1; DE69222348D1; CA2040830C; EP0778098A3; EP0778098A2

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Kokille mit elektromagnetischer Rührvorrichtung in einer Stranggußanlage, die eine senkrechte Kokillenröhre zur Aufnahme des geschmolzenen Metalls umfasst, sowie einen elektromagnetischen Induktor zur Erzeugung einer Drehbewegung des geschmolzenen Metalls in der Kokillenröhre um deren Achse.
Eine Vorrichtung dieses Typs ist aus der EP-A-0093068 bekannt. Je nach Qualität und Art der Gußprodukte kommen im wesentlichen zwei verschiedene Gußverfahren zum Einsatz. Das offene oder Freistrahlgußverfahren besteht einfach darin, das Flüssigmetall durch eine kalibrierte Ausflußdüse mit mehr oder weniger konstantem Durchsatz in die Kokillenröhre fließen zu lassen. Die Höhe des Stahlmeniskus in der Kokille wird gesteuert durch eine Anpassung der Ausziehgeschwindigkeit je nach Absenken und Anzeige einer auf radioaktiver Grundlage basierenden Anlage zu Messung des Füllstandes. Dieses Verfahren wird im wesentlichen für den Guß von Knüppeln aus Stahl mittlerer Qualität genutzt, denn der Guß erfolgt unter Luftkontakt.
Zur Verbesserung der Stahlqualität verwendet man ein Gußverfahren unter Luftabschluß, den Guß mit getauchter Ausflußdüse und Pulver. Nach diesem Verfahren wird das flüssige Stahl durch eine Ausflußdüse, die in das flüssige, in der Kokillenröhre befindliche Metall eintaucht, in die Kokillenröhre eingebracht. Der Kontakt mit Luft und Sauerstoff wird durch eine Pulverschicht verhindert, die die Metalloberfläche am Gießspiegel abdeckt.
In diesem Fall erfolgt der Guß bei konstanter Absenkgeschwindigkeit. Der Füllstand des Stahls in der Kokille wird durch einen Stopfen oder einen Verteilerschieber geregelt.
Bei beiden Gußverfahren ist es gleichermaßen bekannt, die Stahlqualität durch elektromagnetisches Rühren, das allerdings dem gewählten Gußverfahren sowie den angestrebten Stahleigenschaften angepasst sein muß, zu verbessern. So besteht zum Beispiel im Falle des Giessens von Knüppeln im Freistrahlgußverfahren das durch die Anwendung des elektromagnetischen Rührens in der Kokille verfolgte Hauptziel darin, durch die Vermeidung von Pinholes und Schlackeablagerungen den Oberflächenzustand der Knüppel zu verbessern. Um dies zu erreichen, muß die Rotationsgeschwindigkeit des Stahls in der Kokille auf Höhe des Gießspiegels sehr hoch sein, woraus sich die Bedeutung der Lage des Induktors im Verhältnis zum Gießspiegel für den Oberflächenzustand der Knüppel ergibt.
Im Falle des Gießens von Vorblöcken mit Tauchdüse und Gießpulver ist es dagegen von Vorteil, die Rotationsgeschwindigkeit auf Höhe des Gießspiegels zu senken, um soweit wie möglich die Verschleppung des Gießpulvers zu vermeiden und den Verschleiß der Düse zu verringern, wobei gleichzeitig die Rührstärke unterhalb des Gießspiegels so hoch wie möglich bleiben soll. Für den Freistrahlguß ist es, mit anderen Worten, vorzuziehen, daß sich der Induktor im oberen Bereich der Kokillenröhre befindet, während beim Guß mit Tauchdüse der Induktor vorzugsweise auf einer unteren Eben angebracht sein soll. Um die Vorteile des elektromagnetischen Rührens in der Kokille voll zu nutzen, ist es aus diesem Grunde vorzuziehen, über zwei unterschiedliche Anlagen zum Einsatz jedes der beiden Gußverfahren zu verfügen.
In der DE-A-3819493 wird eine Kokille mit elektromagnetischer Rührvorrichtung beschrieben, die den Einsatz beider Stranggußverfahren ermöglichen würde. Diese Kokille umfasst einen Induktor, der wie ein Kolben in eine getrennte Abteilung der Kühlkammer der Kokille eingepasst ist, so daß er durch die unter Druck stehende Kühlflüssigkeit im wesentlichen höhenverstellbar ist. Die beschriebene Kokille umfasst keine Mittel, um die Höhe des geschmolzenen Metalls in der Kokillenröhre zu ermitteln.
In der GB-A-2021459 wird eine Kokille mit einem äusseren Induktor beschrieben, der im Verhältnis zu einer senkrechten Kokillenröhre im wesentlichen waagrecht verstellbar ist.
In der EP-A-0063072 wird eine Kokille mit einem festen, in eine die Kokillenröhre umgebende Kühlkammer montierten Induktor beschrieben. Ein System zur Ermittlung des Füllstandes des geschmolzenen Metalls in der Kokillenröhre umfasst eine an der Außenseite des Induktors angebrachte Strahlenquelle. Eine Aussparung am Induktor ermöglicht den Durchtritt der Strahlen und vermeidet so, daß der Induktor die Strahlen abschirmt.
In der EP-A-0157255 wird eine Kokille mit einem festen Induktor beschrieben. Dieser Induktor umfasst Spulen, die Vorrichtungen aufweisen, um eine Strahlungsquelle oder einen Detektor als System zur Ermittlung des Füllstandes aufzunehmen.
Der Erfindung liegt das Probleme zugrunde, eine einfache Kokille zu entwickeln, die einen höhenverstellbaren Induktor umfasst sowie ein Mittel, um die Höhe des geschmolzenen Metalls in der Kokillenröhre zu ermitteln.
Dieses Problem wird gelöst durch eine Kokille nach Anspruch 1.
Gemäß einem vorteilhaften Ausführungsbeispiel ist die Kokillenröhre von einer ersten koaxialen Stahlröhre umgeben, die ihrerseits wiederum innerhalb einer zweiten koaxialen Stahlröhre liegt, um die der Induktor montiert ist, während die ringförmigen Räume zwischen den beiden Röhren sowie zwischen der Kokillenröhre und der ersten Röhre von einer Kühlflüssigkeit durchflossen werden.
Die Kokillenröhre verfügt über einen Detektor für die Füllhöhe des Stahls in der Kokillenröhre, der aus einer zylindrischen Strahlungsquelle besteht, die innerhalb der zweiten Röhre montiert und an ein auf der gegenüberliegenden Seite der zweiten Röhre montiertes Szintillometer angeschlossen ist.
Die Strahlungsquelle befindet sich vorzugsweise innerhalb eines mit einem radialen Schlitz versehenen zylindrischen Schutzmantels aus Blei, der um die Achse dieser Strahlungsquelle zwischen einer Winkelstellung, in der der Schlitz auf die Kokillenröhre gerichtet ist, und einer Winkelstellung in Ruhe, in der der Schlitz auf einen zylindrischen Bleiblock ausgerichtet ist, der sich am besagten Mantel entlang erstreckt, beweglich ist.
Die Kokille, die aus der Kokillenröhre, dem Induktor und den beiden Röhren besteht, kann in einem Stück mit einem Satz darunterliegender Rollen vorliegen und mit diesem komplett ausbaubar sein.
Weitere Besonderheiten und Eigenschaften gehen aus der detaillierten Beschreibung eines vorteilhaften Ausführungsbeispiels hervor, die im folgenden bezugnehmend auf die im Anhang beiliegenden Zeichnungen als Beispiel dargestellt wird, wobei:
1 schematisch einen Längsschnitt durch eine Vorrichtung nach der vorliegenden Erfindung zeigt, bei der der Induktor in Stellung für einen Freistrahlguß ist;
2 eine 1 entsprechende Ansicht zeigt, wobei der Induktor in Stellung für einen Guß mit Tauchdüse ist, und
3 schematisch einen Querschnitt durch die Kokillenröhre und die Strahlenquelle zeigt.
1 und 2 zeigen eine Kokille 10 in einem metallischen Gehäuse 12. Die Kokille 10 umfasst im wesentlichen eine senkrechte Kokillenröhre 14, die flüssiges Metall 16 enthält, das aus einem nicht dargestellten Zwischenbehälter ausgegossen wird. Das geschmolzene Metall 16 erstarrt schrittweise in dieser Kokillenröhre und der Metallrohling wird an einem Satz 18 darunterliegender Rollen zur Führung und Formung der Metallrohlinge vorbei ausgezogen. Entsprechend einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung liegt der Rollensatz 18 in einem Stück mit der Kokille 10 vor und ist komplett mit ihr ausbaubar.
Die Kokillenröhre 14, die im allgemeinen aus einem Kupferrohr besteht, ist von einer koaxialen Stahlröhre 20 umgeben, die mit der Kokillenröhre einen zylindrischen ringförmigen Raum 22 bildet, in dem eine Kühlflüssigkeit der Kokillenröhre 14 zirkuliert. Ein weiterer zylindrischer Raum 24 wird von einer zweiten Röhre 26 um die Röhre 20 abgegrenzt. Dieser Raum 24 wird nach unten von einer ringförmigen Platte 28, die an den beiden Röhren 20 und 26 befestigt ist, abgeschlossen.
Das Kühlwasser tritt bei 30 in den Kreislauf und dann in den ringförmigen Zwischenraum 22 zwischen der Kokillenröhre 14 und der Röhre 20 ein. Dieser Raum ist sehr schmal, um ein schnelles Zirkulieren und eine wirksame Kühlung in der Kokillenröhre 14 zu gewährleisten. Das Kühlwasser steigt auf diese Weise an der Kokillenröhre entlang hoch, um an der Oberseite der Röhre 20 auszutreten und den ringförmigen Raum 24 zu füllen. Das Kühlwasser verlässt diesen Raum 24 durch Übertreten in eine nicht dargestellte senkrechte Leitung, die an der Innenwand der Röhre 26 angebracht ist, und anschließend durch eine Abflußleitung.
Rund um die äussere Röhre 26 befindet sich ein elektromagnetischer Induktor 32 in bekannter Ausführung, um das elektromagnetische Rühren des Metalls 16 in der Kokillenröhre 14 durchzuführen. Die elektromagnetische Vorrichtung 32 kann aus einem einzigen oder mehrern Induktoren bestehen.
Entsprechend dieser Erfindung ist der Induktor 32 nicht fest, sondern kann zwischen einer oberen Stellung nach 1 für das Freistrahlgießen und einer unteren Stellung nach 2 für das Gießen mit Tauchdüse senkrecht verstellt werden. Die Mittel zur Höhenverstellung des Induktors 32 können aus jedem geeigneten Mittel, dessen Ausführung bekannt ist, bestehen, so zum Beispiel aus drei senkrechten Gewindestangen, die den Induktor 32 tragen und von einem geeigneten Motor synchron drehbar sind.
Nach einem einfachen und wirksamen Ausführungsbeispiel gleitet der Induktor 32 senkrecht auf mehreren, beispielsweise drei Führungsstangen 50, wobei die senkrechte Bewegung durch einen nicht dargestellten Kran erfolgt. Im dargestellten Beispiel sind die Stangen 50 dazu ausgelegt, den Induktor 32 in drei unterschiedlichen senkrechten Stellungen festzuhalten, die durch drei obere Radialbohrungen 52 und zwei untere Einkerbungen 54 festgelegt sind.
Ist der Induktor 32 in die Stellung nach 1 angehoben, kann er dort durch manuelles Einführen einer nicht dargestellten Kralle in die obere Einkerbung 54 festgehalten und mittels Einführung eines nicht dargestellten Keils durch die obere Bohrung festgestellt werden.
In der unteren Stellung ruht der Induktor 32 auf dem Boden der Kokille 10 und kann durch die untere Bohrung 52 verkeilt werden. Das angeführte Ausführungsbeispiel erlaubt zwar eine dritte, nicht dargestellte Zwischenstellung, aber es ist natürlich möglich, nur zwei oder auch mehrere Stellungen vorzusehen.
Der Induktor 32 enthält einen abgetrennten Kühlkreislauf, was durch die Pfeile 34 und 36 für den Zu- und Abfluß des Kühlwassers angedeutet wird.
Eine weitere Besonderheit der Erfindung ist die Überwachung des Füllstandes des flüssigen Metalls in der Kokillenröhre 14. Diese Überwachung erfolgt mittels einer Strahlenquelle 38, beispielsweise einer Kobaltquelle, die im oberen Bereich des ringförmigen Raums 24 angebracht ist und an ein an der gegenüberliegenden Seite der Kokillenröhre angeordnetes Szintillometer angeschlossen ist. Zur Verringerung der Strahlungsrisiken für das Personal befindet sich diese Strahlenquelle 38 innerhalb eines zylindrischen Schutzmantels 42 wie er in 3 detailliert und vergrößert dargestellt ist. Dieser Schutzmantel 42, der zum Beispiel aus Blei bestehen kann, hat einen senkrechten Spalt 44 für den Strahlenaustritt. Dieser Schutzmantel 42 kann zwischen einer in 3 dargestellten Betriebsstellung, in der der Schlitz 44 auf die Kokillenröhre 14 gerichtet ist, und einer nicht dargestellten Ruhestellung, in der der Schlitz 44 gegen einen senkrechten Absorbtionsblock 46 gerichtet ist, um eine senkrechte Achse gedreht werden. Dank dieser Anordnung kann ein Bedienungsmann Arbeiten an der Kokillenröhre 16 durchführen, ohne der Strahlung der Quelle 38 ausgesetzt zu sein, da diese Strahlung durch den Schutzblock 46 absorbiert wird.
Die eigentliche Messung des Füllstandes des Metalls wird nicht detaillierter erläutert, da die Verwendung einer Strahlenquelle für die Höhenmessung bekannt ist.

Claims

Kokille einer Stranggussanlage bestehend aus einer Kokillenröhre (14), die das geschmolzenen Metall (16) aufnimmt, einer äusseren Röhre (26), die die Kokillenröhre (14) umgibt, einem Kühlkreislauf, der von der äusseren Röhre (26) und der Kokillenröhre (14) abgegrenzt wird, einem elektromagnetischen Induktor (32) zur Erzeugung einer Drehbewegung des geschmolzenen Metalls (16) in der Kokillenröhre (14) um deren Achse, wobei der elektromagnetische Induktor (32) im Verhältnis zur Kokillenröhre (14) senkrecht verstellbar ist, und einem getrennten Kühlkreislauf (34, 36) für den elektromagnetischen Induktor (32) gekennzeichnet durch einen Füllstandsmesser zur Ermittlung des Füllstandes des Metalls in der Kokillenröhre (14); wobei der Füllstandsmesser eine Strahlenquelle (38) umfasst, die zwischen der äusseren Röhre (26) und der Kokillenröhre (14) angebracht ist, und wobei der elektromagnetische Induktor (32) mit seinem Kühlkreislauf (34, 36) eine Rühreinrichtung bildet, welche außerhalb der äusseren Röhre (26) so angebracht ist, daß sie mittels einer Verstelleinheit am Stück an der äusseren Röhre (26) entlang senkrecht verstellbar ist.
Stranggußkokille nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Füllstandsmesser ein Szintillometer (40) umfasst, wobei die Strahlenquelle (38) auf der einen Seite der Kokillenröhre (14) und das Szintillometer (40) auf der gegenüberliegenden Seite der Kokillenröhre (14) angebracht ist.
Stranggußkokille nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine innere Röhre (20) die Kokillenröhre (14) umgibt und mit dieser zusammen einen ersten ringförmigen Raum (22) bildet, der einen ersten Abschnitt für den Durchfluß einer Kühlflüssigkeit bestimmt, daß die äussere Röhre (26) die innere Röhre (20) umgibt und mit dieser zusammen einen zweiten ringförmigen Raum (24) bildet, der einen zweiten Abschnitt für den Durchfluß einer Kühlflüssigkeit bestimmt, daß der erste Durchflußabschnitt bedeutent kleiner ist als der zweite Durchflußabschnitt, und daß die Strahlenquelle (38) innerhalb des zweiten ringförmigen Raums (24) angebracht ist.
Kokille nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Strahlenquelle (38) mit einem zylindrischen Schutzmantel (42) ausgestattet ist, der die radioaktive Strahlung absorbiert, und daß der Schutzmantel (42) einen Längsspalt (44) aufweist, der die von der Strahlenquelle (38) abgegebene Energie austreten lässt.
Kokille nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der zylindrische Schutzmantel (42) in dem Kühlkreislauf so montiert ist, daß er zwischen einer ersten Stellung, in der der Längsspalt (44) auf die Kokillenröhre (14) gerichtet ist, und einer zweiten Stellung, in der der Längsspalt (44) auf einen Absorptionsblock (46) gerichtet ist, um die Längsachse der Strahlungsquelle gedreht werden kann.
Kokille nach einem der Ansprüche 1 bis 5, gekennzeichnet durch senkrechte Gewindestäbe, die den Induktor tragen.
Kokille nach einem der Ansprüche 1 bis 5, gekennzeichnet durch senkrechte Führungsstäbe (50) für den Induktor.
Kokille nach Anspruch 7, gekennzeichnet durch Vorrichtungen zum Tragen des Induktors (32) in verschiedenen, vorher festgelegten senkrechten Stellungen auf den senkrechten Führungsstäben (50).