DE69403950T2

DE69403950T2 - Magnetisches rühren mittels wechselstrom für das kontinuierliche giessen vom metallen

Info

Publication number: DE69403950T2
Application number: DE69403950T
Authority: DE
Inventors: Leonid Thornhill Ontario L3T 6X1 Beitelman; Joseph A. Brooklin Ontario L0B 1C0 Mulcahy
Original assignee: Mulcahy J Enterprises Inc
Current assignee: ABB Inc Canada
Priority date: 1993-01-15
Filing date: 1994-01-14
Publication date: 1997-12-11
Anticipated expiration: 2014-01-15
Also published as: EP0679115B1; ES2106501T5; EP0679115B2; DE69403950D1; DE69403950T3; ATE154767T1; CA2153995C; CA2153995A1; ES2106501T3; EP0679115A1; WO1994015739A1

Description

Erfindungsgebiet

Die vorliegende Erfindung betrifft das Stranggießen von Metallen und Legierungen, zum Beispiel von Stahl.

Hintergrund der Erfindung

Beim Stranggießen von Stahl durch Gießen des flüssigen Metalls in eine Durchlauf-Stranggießform spielt die Stabilität der freien Oberfläche des Metalls in der Gießform, oft Meniskus genannt, sowohl bei der Verfahrenssteuerung als auch für die Qualität des Produkts im Gußzustand eine bedeutende Rolle.
Beim Stranggießen wird im allgemeinen das elektromagnetische Rühren von flüssigem Stahl in der gewöhnlich als M-EMS oder einfach als EMS (elektromagnetische Rühreinrichtung) bekannten Form verwendet, um hauptsächlich die Qualität der Strangoberfläche/Schicht unter der Oberfläche und der Verfestigungsstruktur (d.h. Strukturverbesserung, Solidität und chemische Homogenität) zu verbessern.
Die beiden am meisten üblichen Verfahren des Stranggießens von Stahl stellen ganz entgegengesetzte Anforderungen an die Rührbedingungen im Bereich des geschmolzenen Metalls in der Nähe seiner freien Oberfläche auf der Oberseite der Schmelze, d.h. dem Meniskusbereich.
So erfordert das Gießen von hauptsächlich mit Aluminium neutralisierten Stahlsorten durch eine Taucheintrittsdüse unter einer pulverigen Formmasse eine Meniskusstabilität, um das Abreißen der Kokillenschmierung und einen Pulvereinschluß in den Gießkörper zu verhindern. Eine rotierende Rührbewegung am Meniskus bewirkt dessen Senkung in die Mitte, Wellenbildung und eine übermäßige Abnutzung der Gießdüse, wenn die Intensität des Rührens ein bestimmtes Niveau überschreitet. Andererseits ist das Freistrahl- Gießen von mit Si-Mn neutralisiertem Stahl oft von Defekten der Oberfläche des Gußerzeugnisses begleitet. Nadelförmige Lunker, Gußblasen, Oberflächenschlackeneinschluß und Einschlüsse unter der Oberfläche sind Beispiele solcher Oberflächendefekte. Um die Oberflächendefekte zu minimieren oder auszuschalten, ist eine intensive Rührbewegung des geschmolzenen Metalls im Meniskusbereich erforderlich. Die gleiche Anforderung ist auf das Gießen von niedrig reduziertem oder sogenanntem unberuhigten Massenstahl anzuwenden. Jedoch kann eine allzu intensive Rührbewegung des Meniskus eine unerwünschte Verschlechterung der Oberfläche verursachen, indem starke Schwankungsstellen und Gießnähte erzeugt werden.
Eine Maximierung der Rührintensität in dem Teil des Metalls, der durch die Gießform umschlossen wird, ist zur Erzielung von Verbesserungen der inneren Qualität des Gußmaterials nützlich. Als Reaktion auf die Intensität des Rührens ergeben sich nachdrücklich Verbesserungen in der Verfestigungsstruktur und der Solidität, insbesondere bei kohlenstoffreichen Stählen und bestimmten Legierungsstählen. Dadurch, daß man einen durch die Länge der Gießform festgelegten, ziemlich begrenzten Funktionsraum hat, ist es bei einem Einzelsystem schwierig, die Anforderungen an das Rühren zu erfüllen, ohne bei einigen von ihnen einen bedeutenden Kompromiss einzugehen. Zum Beispiel schränkt die durch ein akzeptables Niveau von Meniskusstörungen beim Gießen unter Gießpulver auferlegte Begrenzung eine Maximierung der Intensität des Rührens ein, das durch eine elektromagnetische Rühreinrichtung EMS in der Schmelzbadmasse induziert wird.
Die Verwirklichung von unterschiedlichen Rührzuständen in der Gießform ist schwierig, falls es überhaupt möglich ist, wenn mehr als eines der oben erwähnten Gießverfahren mit der gleichen Gießvorrichtung durchgeführt wird.
Es gibt nach dem Stand der Technik einige bekannte Verfahren mit der Aufgabe, die Rührbewegung im Meniskusbereich zu verändern oder zu steuern. Die japanische Patentveröffentlichung Nr. 58-23554 beschreibt ein Verfahren zum Verringern der Rührintensität im Meniskusbereich mit Hilfe einer Induktionsspule, die an der Gießform nahe diesem Bereich angebracht ist, und zum Erzeugen einer rotierenden Rührbewegung, die derjenigen entgegengesetzt ist, die durch die darunter angebrachte Hauptspule der elektromagnetischen Rühreinrichtung (EMS) induziert wird.
Der hauptsächliche Nachteil dieses Verfahrens besteht darin, daß die dem Meniskusbereich benachbarte Induktionsspule nur eine Verzögerung der durch die elektromagnetische Rühreinrichtung EMS erzeugten Rührgeschwindigkeit liefert. In dem Falle, daß im Meniskusbereich eine intensive Rührwirkung erforderlich ist, würde es dieses Verfahren notwendig machen, ihre Verzögerungswirkung aufzugeben, indem die Spule entregt wird. Es ist nicht beabsichtigt, daß die Spule die Rührwirkung erhöht, wenn die Notwendigkeit einer derartigen Erhöhung aus den oben erörterten Gründen zunimmt. Außerdem sind in dieser Veröffentlichung der Bereich und das Kriterium der Rührverzögerung nicht offenbart. Zum Beispiel kann eine völlige oder nahezu völlige Verzögerung der Rührgeschwindigkeit auf die Ebenheit des Meniskus bezogen sein. Die durch die rotierende Bewegung verursachte Meniskussenkung ist der Winkelgeschwindigkeit des Rührens proportional, wie es aus dem Ausdruck ersichtlich wird:
h = WR / 2g (1)
wobei
h die Tiefe der Meniskussenkung,
W die Winkelgeschwindigkeit des Rührens,
R der Radius des gerührten Schmelzbades und
g die Beschleunigung infolge der Schwerkraft ist.
Die Tiefe der Meniskussenkung h nähert sich Null, wenn die Winkelgeschwindigkeit des Rührens an dem von der elektromagnetischen Rühreinrichtung verursachten Meniskus wird durch eine von einer Bremsinduktionsspule erzeugte Winkelgeschwindigkeit mit gegensinnigem Rühren kompensiert.
Ohne eine solche Kompensierung wird der Wert dieses Verfahrens für eine Anwendung auf das Gießen unter pulveriger Formmasse begrenzt sein.
Ein weiterer möglicher Weg, das Problem der Instabilität des Meniskus abzuschwächen und die Rührbewegung an der Oberfläche zu verringern, ist das Anlegen eines starken horizontalen Gleichstrom-Magnetfelds an den Meniskusbereich. Ein solches Feld erzeugt eine elektromagnetische Kraft (Lorentz-Kraft), die der Bewegung des flüssigen Metalls entgegengesetzt ist und dadurch diesebewegungsgeschwindigkeit reduziert, indem sie eine bewegungslose Oberfläche erzeugt. Eine Anwendung dieses Konzepts ist im US-Patent, Nr. 4 933 005, vom 12. Juni 1990 beschrieben, das dem Rechtsnachfolger erteilt wurde.
Die EP-A-096 077 offenbart eine Anzahl von elektromagnetischen Rühreinrichtungen, die in horizontaler Richtung entlang der Wand einer Gießform angebracht sind, um den Zirkulationsfluß längs der Strömungsrichtung zu beschleunigen oder zu verzögern, die aber kein zweites Magnetfeld an einer Stelle vorsieht, die stromaufwärts der Rührbewegung aufgrund eines ersten rotierendes Magnetfeld liegt. Die DE-A-3 819 492 offenbart zwei übereinander angeordnete Rühreinrichtungen, aber auch nur das Betreiben von einer der Rühreinrichtungen in einem Gießverfahren. Die EP-A-080 326 offenbart ein rotierendes Feld nur in Verbindung mit einem axialen Feld.
Eine elektromagnetische Volumenkraft wird in zwei Situationen erzeugt, nämlich erstens, wenn ein rotierendes Wechselstrom-Magnetfeld mit flüssigem Metall zusammenwirkt, das sich in einem Zustand vollkommener Ruhe befindet, setzt sich das flüssige Metall in eine Bewegung mit einer Geschwindigkeit, die niedriger ist als die des Wechselstrom- Magnetfelds, und zweitens, wenn ein stationäres, d.h. Gleichstrom-Magnetfeld mit bereits in Bewegung befindlichem, flüssigen Metall zusammenwirkt. Die elektromagnetische Volumenkraft ist proportional dem Geschwindigkeitsschlupf, d.h. der Differenz zwischen den Geschwindigkeiten des Magnetfelds und des flüssigen Metalls entsprechend der Beziehung:
Ff = 0,5 B (Wf - Wm) R (2)
In diesem Ausdruck, der eine tangentiale Komponente der durch eine Zweipol-Induktionsrühreinrichtung erzeugten elektromagnetischen Kraft beschreibt, sind die Parameter:
die elektrische Leitfähigkeit von flüssigem Metall
B die magnetische Induktion
Wf die Winkelgeschwindigkeit des Magnetfelds
Wm die Winkelgeschwindigkeit des flüssigen Metalls
R der Radius des Metallschmelzbades
Im Falle des elektromagnetischen Rührens mit einem Wechselstrom-Magnetfeld ist Wf » Wm, während Wf = 0 für ein Gleichstrom-Magnetfeld und Wm in beiden Fällen verhältnismäßig niedrig ist. Somit ist der Geschwindigkeitsschlupf zwischen einem Wechselstrom-Magnetfeld und dem sich bewegenden flüssigen Metall viel größer als derjenige zwischen dem sich bewegenden flüssigen Metall und einem stationären Feld. Deshalb wird zur Erzielung einer magnetischen Kraft des gleichen Werts ein viel größerer Wert der magnetischen Induktion B für ein Gleichstrom-Magnetfeld eingesetzt, als es für ein Wechselstrom-Magnetfeld erforderlich sein würde. Diese Anforderung an einen Magnetfluß erhöht sich mit der Notwendigkeit, die Geschwindigkeit des Metalls auf eine niedrigere Höhe zu verringern.
Laborversuche haben gezeigt, daß eine magnetische Induktion der Größenordnung von 300 mT erforderlich war, um die Rührgeschwindigkeit in einem Quecksilberbad um 70 bis 90 Prozent zu reduzieren. Berücksichtigt man den Effekt der Maßstabsvergrößerung der industriellen Anwendung, dann ist es schwierig, sowohl die Größe der Intensität des Magnetfelds als auch den Grad der Reduzierung der Rührgeschwindigkeit zu erzielen.

Zusammenfassung der Erfindung

Nach der vorliegenden Erfindung ist ein verbessertes Verfahren zur Steuerung der elektromagnetischen Rührintensität in einer Stranggießform vorgesehen. Dieses Verfahren sorgt sowohl für die Flexibilität der Anpassung der Rührbedingungen an die Gießvorgänge als auch die Genauigkeit der Steuerung des Rührens, die nach dem Stand der Technik fehlen.
In der vorliegenden Erfindung ist um die Stranggießform herum im Meniskusbereich eine elektromagnetische Wechselstrom-Spule angebracht, die ähnlich, aber kleiner ist als die der stromabwärts liegend installierten elektromagnetischen Hauptrühreinrichtung. Diese Vorrichtung ist im wesentlichen eine weitere, der Hauptrühreinrichtung ähnliche Induktionsrühreinrichtung, die in axialer Richtung symmetrisch um die Stranggießform herum und vom Meniskus weiter nach unten angebracht ist. Es ist jedoch beabsichtigt, die Spule im oberen Bereich der Stranggießform zu kompensieren und auszugleichen oder die Rührbewegung in Abhängigkeit von den spezifischen Aufgaben im benachbarten Volumen des flüssigen Metalls, d.h. die durch die Hauptrühreinrichtung entstehende Bewegung des Metalls, zu erhöhen. Deshalb besteht die Betriebsfunktion dieser Rühreinrichtung darin, das Muster und/oder die Intensität des durch die Hauptrühreinrichtung induzierten Rührens zu modifizieren, wobei von nun an die diese Funktion durchführende Vorrichtung eine mit Wechselstrom betriebene magnetische Rührumwandlungsvorrichtung oder Wechselstrom-MSM-Einrichtung genannt wird. Die Wirkung der Wechselstrom-MSM-Einrichtung vereinigt sich typischerweise im oberen Abschnitt des Metallschmelzbades, der ungefähr 10 bis 15 Prozent seines durch die Stranggießform umgebenen Volumens umfaßt.
Die Rührbewegung in diesem Teil des Metallschmelzbades wird durch die Trägheitskräfte, d.h. die Mitführungsgeschwindigkeit, bewirkt und aufrechterhalten, die das Moment von dem Teil des Schmelzbades überträgt, an dem die Bewegung durch die M-EMS-Einrichtung begonnen worden ist. Deshalb ist die Rührgeschwindigkeit im Meniskusbereich geringer als im Bereich des Maximalwerts der magnetischen Induktion der M-EMS-Einrichtung, d.h dem der Mitte der EMS-Spule entsprechende Bereich. Folglich ist zur Kompensation der kinetischen Energie der Bewegung des geschmolzenen Metalls im Meniskusbereich weniger magnetische Energie erforderlich als durch die M-EMS-Spule erzeugt wird. Als Teil eines einzelnen magnetofluidodynamischen Systems (MHD-System) arbeiten sowohl die Wechselstrom-MSM-Einrichtung als auch die M-EMS- Einrichtung mit einer durch die Parameter der Stranggießform bestimmten gemeinsamen Frequenz. Der an beide Spulensätze gelieferte Strom kann den gleichen veränderlichen Wert haben oder kann getrennt gesteuert werden. Diese Funktionsmerkmale lassen praktisch eine einzelne Stromquelle für beide Spulensätze zu.
Die Erfindung ist allgemein auf alle elektrisch leitenden Werkstoffe, d.h. Metalle und Legierungen, anwendbar, die elektromagnetisch gerührt werden können und wo eine Steuerung der Rührintensität in einem Bereich oder in Bereichen ohne eine Störung in anderen Bereichen des Schmelzbades beim Rühren erforderlich ist. Die Erfindung ist auf eine breite Vielfalt der räumlichen Ausrichtung eines das geschmolzene Metall enthaltenden Behälters anwendbar. Zum Beispiel kann eine Gießform vertikal, geneigt oder horizontal angebracht sein.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Fig. 1 ist eine schematische Darstellung der Anordnung einer mit Wechselstrom betriebenen magnetischen Rührumwandlungsvorrichtung und einer elektromagnetischen Rühreinrichtung (EMS) in bezug auf eine Gießform, entsprechend einem Ausführungsbeispsiel der Erfindung;
Fig. 2 ist eine schematische Darstellung der magnetischen Induktion in axialen Profilen für die mit Wechselstrom betriebene magnetische Rührumwandlungsvorrichtung und die elektromagnetische Rühreinrichtung (EMS) der Fig. 1 sowie das axiale Profil der damit erzeugten Rührrotationsgeschwindigkeit;
Fig. 3 ist eine grafische Darstellung der Beziehung der Meniskussenkung ohne und mit der mit Wechselstrom betriebenen magnetischen Rührumwandlungsvorrichtung bei veränderlichem Strom einer EMS;
Fig. 4 ist ein Einlinien-Bild von möglichen elektrischen Verbindungen für die Induktionsspulen der mit Wechselstrom betriebenen magnetischen Rührumwandlungsvorrichtung und der magnetischen Rühreinrichtung der Fig. 1; und
Fig. 5 ist eine Vorderansicht im Schnitt der mechanischen Anordnung der mit Wechselstrom betriebenen MSM-Einrichtung und der EMS-Einrichtung im Formgehäuse und entsprechend der schematischen Anordnung der Fig.1.

BESCHREIBUNG DES BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELS

Mit Bezug auf die Zeichnungen ist die Fig. 1 eine schematische Darstellung der Anordnung einer Wechselstrom-MSM-Einrichtung und einer EMS-Einrichtung im Gießformaufbau einer Stranggießmaschine 10 entsprechend einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Die Fig. 5 ist eine ausführlichere Darstellung der mechanischen Elemente des Gießformaufbaus.
Am unteren Teil der vertikalen Gießform 14 ist um ihren Umfang herum eine Reihe von Induktionsspulen 12 im gleichen Abstand angebracht, die zu einer mit Wechselstrom betriebenen elektromagnetischen Rühreinrichtung (EMS) gehören. Die EMS-Spulen 12 induzieren bei Erregung eine Drehbewegung eines Strangs aus geschmolzenem Metall 16 in der Gießform 14 um ihre Längsachse.
Ein keramisches Gießrohr 18 ist in bezug auf den Strang des geschmolzenen Metalls 16 in axialer Richtung angeordnet, wenn das Gießen mit einer Taucheintrittsdüse durchgeführt wird.
Nach der vorliegenden Erfindung sind die Induktionsspulen 20 für die Wechselstrom-MSM-Einrichtung im gleichen Abstand um die vertikale Gießform 14 herum nahe einer freien Oberfläche oder eines Meniskus 22 des geschmolzenen Metallstrangs 16 angeordnet. Die EMS-Spulen 12 sind so konstruiert, daß sie einen starken rotierenden Fluß aus geschmolzenem Metall im geschmolzenen Metallstrang 16 innerhalb der Gießform 14 induzieren. Die Intensität dieses rotierenden Flusses ist durch seine Rotationsgeschwindigkeit UR gekennzeichnet, die ihrerseits von Parametern abhängig ist, die in dem Ausdruck enthalten sind:
UR = K T/L (3)
wobei
K ein Proportionalitätsfaktor,
T das auf das geschmolzene Metall aufgebrachte magnetische Moment und
L eine charakteristische Länge der Rühreinrichtung ist.
Das magnetische Moment T wird durch andere Parameter des elektromagnetischen Systems bestimmt:
T = 0,5 π² f B R&sup4; (4)
wobei
f die Frequenz des Stroms,
die elektrische Leitfähigkeit des flüssigen Metalls,
B die magnetische Induktion und
R der Radius des gerührten Schmelzbades ist.
Ein Maximalwert der Rotationsgeschwindigkeit wird in und über dem Bereich des geschmolzenen Metalls erreicht, der durch eine charakteristische Länge L der Rühreinrichtung definiert ist, welche einer Verteilung der magnetischen Induktion B entlang der Rührachse entspricht.
Eine typische Verteilung der magnetischen Induktion für die beiden Induktionsspulensätze 12 und 20 ist in der Fig. 2 dargestellt.
Die axiale Verteilung der Rührrotationsgeschwindigkeit UR ist ebenfalls in der Fig. 2 dargestellt. Wie es aus diesem Schema ersichtlich ist, erstreckt sich die Rotationsgeschwindigkeit UR gut über die aktive Rührzone L der EMS- Spulen 12 im Metallschmelzbad 16 hinaus. Diesewirkung entsteht infolge der Tatsache, daß das durch die Rührspulen 12 bewirkte Impulsdrehmoment durch die poloidale Nebenströmung im Metallstrang 16 übertragen wird. Die Nebenströmung wird im Bereich der Rührsymmetrie, d.h. der horizontalen neutralen Achse, verursacht und ist von der aktiven Rührzone L entlang der Verfestigungsvorderseite, wobei sie eine Rückschleife vollzieht, in die Richtung der Rühreinrichtung in der Mitte des gerührten Schmelzbades gerichtet.
Der Wert der maximalen Rührgeschwindigkeit innerhalb und über der aktiven Rührzone L und die Größe ihrer axialen Dämpfung im Metall 16 bestimmen die Rührgeschwindigkeit im Meniskusbereich 22 bei der Abwesenheit von anderen Einwirkungen.
Zusammen mit dem Wert der magnetischen Induktion und der Frequenz ist der Wert der Rührgeschwindigkeit und sein axialer Bereich von der Länge L der Rühreinrichtung, dem Radius R der gerührten Schmelze und der Rauhigkeit der Verfestigungsübergangsfläche zum flüssigen Metall abhängig.
Dementsprechend ist es schwierig, die Rührgeschwindigkeit am Meniskus, die den Konstruktions- und Funktionsparametern der EMS-Spulen 12 und dem Abstand von der neutralen Achse der EMS-Einrichtung zum Meniskus zugrundegelegt ist, quantitativ und genau vorauszusagen.
Für eine typische EMS-Anordnung in einer Knüppel- bzw. Vorblock-Stranggießkokille für Stahl beträgt die Rührgeschwindigkeit am Meniskus im allgemeinen etwa 0,5 bis 0,7 (ungefähr 50 bis 70 Prozent) des Maximalwerts der Rührgeschwindigkeit, während die EMS-Spulen 12 an der tiefsten Stelle in bezug auf den Meniskus angeordnet sind. Deshalb kann im Meniskusbereich eine durch die EMS-Spulen erzeugte, wesentliche Rührwirkung erwartet werden, selbst wenn letztere im weitestmöglichen Abstand vom Meniskus angeordnet sind. Eine Meniskussenkung und, allgemeiner, eine Turbulenz an dieser Stelle offenbaren sich als Ergebnis dieser Rührwirkung.
Die Tiefe der Meniskussenkung, wie sie früher im Ausdruck (1) dargestellt wurde, ist stark mit der Winkelgeschwindigkeit des Rührens am Meniskus korreliert. Bei vorgegebenen Entwurfsparametern für die EMS-Einrichtung, wie zum Beispiel die aktive Rührlänge, die Leistungsaufnahme, die Frequenz und der Abstand vom Meniskus, die Rührgeschwindigkeit und die Meniskussenkung sind dem den EMS-Spulen 12 zugeführten Strom proportional, wie es in der Fig. 3 schematisch dargestellt ist.
In Abhängigkeit von den oben genannten Faktoren kann sich die Senkung des Meniskus für industrielle Systeme zum Beispiel von ungefähr 6 bis 27 mm erstrecken.
Um die durch die EMS-Spulen 12 erzeugte Rührgeschwindigkeit im Meniskusbereich zu kompensieren, werden entsprechend der vorliegenden Erfindung die Induktionsspulen 20 der Wechselstrom-MSM-Einrichtung erregt, um eine Rührwirkung am Meniskus innerhalb des flüssigen Metalls zu induzieren, die der durch die EMS-Spulen 12 bewirkten Rührwirkung entgegengesetzt ist. Alle vorherigen Betrachtungen in bezug auf eine rotierende Bewegung des flüssigen Metalls sind auf das Rühren anwendbar, das durch die Wechselstrom-MSM-Spulen 20 erzeugt wird.
Die Wechselstrom-MSM-Spulen 20 sind wesentlich kleiner und benötigen zu ihrem Betrieb wegen der viel geringeren Rührgeschwindigkeit weniger Energie als die EMS-Spulen 12, die man bei ihnen erwartet, um die durch die EMS-Spulen 12 induzierte Rotationsbewegung am Meniskus zu kompensieren.
Entsprechend einem Ausführungsbeispiel dieser Erfindung werden die Wechselstrom-MSM-Spulen 20 von einer Stromquelle gemeinsam mit den EMS-Spulen 12 erregt, wie es durch die Einlinien-Bilder in der Fig. 4 dargestellt ist. Die in der Fig. 4 erscheinenden Bilder I und II stellen die Wechselstrom-MSM-Spulen 20 und die EMS-Spulen 12 dar, die jeweils in Reihe geschaltet sind und deshalb mit einem von einer gemeinsamen Stromquelle gelieferten Strom und einer Frequenz arbeiten, die zeitgleich sind. Die im Bild I vorhandenen Spulenanschlüsse erzeugen in einer Richtung wirkende rotierende Magnetfelder, die sowohl durch die EMS-Spulen als auch durch die Wechselstrom-MSM-Spulen erzeugt werden. Diese Betriebsart wird zur Verstärkung der Rührbewegung im Meniskusbereich durch die Wechselstrom-MSM-Spulen 20 verwendet. Die im Bild II dargestellten Spulenanschlüsse erzeugen gegenläufig rotierende Magnetfelder und verursachen gegenläufig rotierende Bewegungen des flüssigen Metalls in den Bereichen, die den EMS-Spulen und den Wechselstrom-MSM- Spulen entsprechen. Um eine Feineinstellung der Rührwirkung am Meniskus vorzusehen, die durch die veränderlichen Größen der EMS-Einrichtung (zum Beispiel Induktion) bestimmt wird, kann die Höhe des zu den Wechselstrom-MSM-Spulen 20 gelieferten Stroms eine Steuerung aufweisen, die von der der EMS-Spulen 12 unabhängig ist, wie es durch das Bild III in der Fig. 4 gezeigt ist. Diese Anordnung läßt eine unabhängige Steuerung der Rührbewegungen zu von sowohl der EMS- Spulen als auch der Wechselstrom-MSM-Spulen ohne Rücksicht auf das Richtungsmuster des Rührens, namlich der Drehung in eine Richtung oder eine entgegengesetzte Drehung.
Die unabhängige Steuerung der durch die Verwendung der Wechselstrom-MSM-Spulen 20 erzeugten Rührbewegung am Meniskus ermöglicht eine größere Flexibilität der Steuerung des Rührvorgangs mit der Möglichkeit, einen Ausgleich der entgegengesetzten Rührbewegungen am Meniskus und eine Minimierung seiner Senkung zu erreichen, wie es in der Fig. 3 veranschaulicht ist.
Wie es darin ersichtlich ist, entspricht die Linie OA der durch das von den EMS-Spulen 12 induzierte Rühren verursachten Meniskussenkung, ohne Zufügen oder Entgegensetzen von Wechselstrom-MSM-Rühren. Ahnlich stellt die Linie OD eine Meniskussenkung dar, die mit dem getrennten Rührvorgang verbunden ist, der durch die Wechselstrom-MSM-Spulen 20 induziert wird. Um die Rührgeschwindigkeiten zu kompensieren, die durch die EMS-Spulen und die Spulen der Wechselstrom-MSM-Einrichtung bewirkt werden, muß die Meniskussenkung in jeder Situation den gleichen Wert haben. Zum Beispiel sollte, wenn die durch das Rühren mit der EMS-Einrichtung bewirkte Meniskussenkung dem Niveau A entspricht, das Rühren mit entgegengesetzter Drehung, welches durch das Wechselstrom-MSM-Rühren bewirkt wird, dann die entsprechende Meniskussenkung, d.h. das Niveau D, aufweisen.
Die Linie OC ist die Resultierende von zwei gegenläufigen Rührvorgängen, die jeweils durch die Spulen der EMS-Einrichtung und die Spulen der Wechselstrorn-MSM-Einrichtung erzeugt und am Meniskus kompensiert werden.
Die Linie AB stellt die Resultierende von zwei Rührvorgängen in einer Richtung dar. In diesem Falle kann der durch die Meniskussenkung ausgedrückte Bereich der Rührverstärkung entsprechend den Anforderungen an die Gießpraxis eingestellt werden, so daß die Rührintensität der EMS-Einrichtung vollkommen ausgenutzt wird.

ZUSAMMENFASSUNG

In der Zusammenfassung dieser Darstellung stellt die vorliegende Erfindung ein verbessertes Verfahren bereit zum Steuern von Störungen der freien Oberfläche von geschmolzenem Stahl oder einem anderen Metall oder einer Legierung, die durch eine Gießform gegossen werden, und die durch das auf das flüssige Metall angewandte elektromagnetische Rühren verursacht werden, um derartige Störungen zu minimieren oder um innerhalb einer einzelnen Gießeinheit eine verstärkte Rührbewegung am Meniskus zu erzielen, indem eine Induktions-Umwandlungsvorrichtung in Form einer elektromagnetischen Rühreinrichtung nahe der Stelle des Meniskus verwendet wird.

Claims

1. Induktionsrührverfahren für flüssige Metalle, gekennzeichnet durch:

elektromagnetisches Induzieren des Rührens von geschmolzenem Metall mit einer Intensität, die normalerweise zu einer Turbulenz in dem geschmolzenen Metall einschließlich seiner freien Oberfläche führt, durch Anlegen eines ersten rotierenden Magnetfeldes an das geschmolzene Metall, und Anlegen eines zweiten rotierenden Magnetfeldes, das von einer von der das erste Magnetfeld erzeugenden Quelle getrennten Quelle erzeugt wird, an einer Stelle stromaufwärts des Rührens, mit einer Intensität, die wahlweise (a) mindestens ausreichend ist, um die Rührbewegung und die Störungen an der freien Oberfläche zu minieren, wenn das zweite rotierende Magnetfeld dem ersten rotierenden Magnetfeld entgegengerichtet ist, oder (b) um die Rührbewegung an der freien Oberfläche zu verstärken, wenn das erste und zweite rotierende Magnetfeld die gleiche Drehrichtung haben.

2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem das zweite rotierende Magentfeld an einer Stelle nahe der freien Oberfläche des geschmolzenen Metalls angelegt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei dem das zweite rotierende Magnetfeld durch einen Satz von Induktionsspulen erzeugt wird, die durch einen Wechselstrom gesteuert werden, der von einer Stromquelle geliefert ist, die auch einer Gruppe von das erste rotierende Magnetfeld erzeugenden Induktionsspulen gemeinsam ist.

4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei dem das zweite rotierende Magnetfeld von einem Satz von Induktionsspulen erzeugt wird, die von einem Wechselstrom von einer Stromquelle erzeugt wird, die von einer Stromquelle für einen das erste rotierende Magnetfeld erzeugenden Satz von Induktionsspulen unabhängig ist.

5. Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, bei dem die Sätze von Induktionsspulen Spulen mit Multiphasen- und Multipol-Anordnung sind, die in Umfangsrichtung beabstandet um den Bereich des geschmolzenen Metalls an der Stelle der Aufbringung des jeweiligen rotierenden Magnetfeldes angeordnet sind.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei dem das zweite rotierende Magnetfeld dazu dient, eine Rührbewegung in dem Meniskusbereich zu bewirken, die ausreichend ist, um die Rührbewegung von einer Intensität von etwa 50 bis 70% zu unterdrücken, die von dem ersten rotierenden Magnetfeld an seinem stromabwärts liegenden Aufbringbereich erzeugt wird.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, bei dem das zweite rotierende Magnetfeld dazu dient, eine Rührbewegung in dem Meniskusbereich zu bewirken, die ausreicht, um diese Rührbewegung auf ein Niveau bei oder nahe der ursprünglichen Rührintensität, die von dem ersten rotierenden Magnetfeld an seiner stromabwärts liegenden Aufbringungsstelle erzeugt wird, anzuheben.

8. Verfahren zum Stranggießen von Metall, bei dem flüssiges Metall in einer vertikal orientierten Stranggießform eingegrenzt und das flussige Metall mit dem Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7 gerührt wird, wobei das erste rotierende Magnetfeld an einer stromabwärts liegenden Stelle und das zweite rotierende Magnetfeld an der freien Oberfläche des Flussigmetalls im vertikalen Abstand von der stromabwärts liegenden Stelle aufgebracht wird.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, oder Verfahren nach Anspruch 8, bei dem das flüssige Metall Stahl ist.