DE69701653T2

DE69701653T2 - Verfahren und Vorrichtung zum Stranggiessen mit pulsierendem elektromagnetischem Feld

Info

Publication number: DE69701653T2
Application number: DE69701653T
Authority: DE
Inventors: Anatoly Fedorovich Kolesnichenko; Milorad Pavlicevic; Alfredo Poloni
Original assignee: Danieli and C Officine Meccaniche SpA
Current assignee: Danieli and C Officine Meccaniche SpA
Priority date: 1996-05-13
Filing date: 1997-05-09
Publication date: 2000-12-14
Anticipated expiration: 2017-05-10
Also published as: IT1288901B1; ITUD960076A0; ATE191665T1; DE69701653D1; KR970073801A; MX9703513A; PL319936A1; CA2205123A1; MY132716A; US5988261A; EP0807478A1; AU721797B2; EP0807478B1; BR9702012A; ITUD960076A1; PL319937A1; ES2144811T3; AU2083597A

Description

Die Erfindung betrifft ein Stranggießverfahren mit einem pulsierenden Magnetfeld entlang dem Kristallisator sowie den zugehörigen Kristallisator zum Stranggießen, wie in den jeweiligen Hauptansprüchen dargelegt.
Die Erfindung wird bei Maschinen angewandt, die Stranggießen von Barren, Vorwalzblöcken und Brammen, insbesondere dünnen Brammen, auf dem Gebiet der Herstellung von Eisen und Stahl ausführen.
Der Stand der Technik auf dem Gebiet des Stranggießens überdeckt die Verwendung elektromagnetischer Vorrichtungen, die von außen her den Seitenwänden eines Kristallisators zugeordnet sind und ein elektromagnetisches Feld erzeugen können, das mit dem geschmolzenen Metall, das gegossen- wird, wechselwirkt.
Beim Stand der Technik hat dieses elektromagnetische Feld hauptsächlich den Zweck der Verbesserung der Oberflächenqualität des Erzeugnisses, hauptsächlich durch Einwirken in solcher Weise auf das flüssige Metall, dass die Eigenschaften bei der Erstarrung verbessert werden; ein anderer Zweck besteht im Verschieben der Oberfläche des geschmolzenen Metalls in die Verbindungszone zwischen dem Material mit hohem Schmelzpunkt und dem Kristallisator, so dass die Erstarrung nur im Kristallisator beginnt und kein Auslecken von Material vorliegt.
Die elektromagnetischen Vorrichtungen gemäß dem Stand der Technik beinhalten normalerweise eine Spule oder eine ein zelne Induktionsspule, die in Zusammenwirkung mit dem Äußeren der Wand des Kristallisators im Allgemeinen dicht bei der Zone beginnender Erstarrung des Metalls positioniert ist.
Es wurden Ausführungsformen offenbart, bei denen die Spule oder die Induktionsspule ein stationäres Wechselmagnetfeld erzeugt (siehe den Artikel "Improvement of Surface Quality of Steel by Electromagnetic Mold", der den Dokumenten zum Internationalen Symposium zu "Electromagnetic Processing of Materials" - Nagoya 1994 entnommen ist), oder die andernfalls ein in der Amplitude moduliertes Wechselmagnetfeld erzeugt (siehe den Artikel "Study of Meniscus Behavior and Surface Properties During Casting in a High-Frequencies Magnetic Field" aus "Metallurgical and Materials Transaction" -Vol. 26B, April 1995).
Andere offenbarte Ausführungsformen sorgen für ein Magnetfeld, das so erzeugt wird, dass es periodisch mit Wellen pulsiert, die durch aufeinanderfolgende Impulse mit im Wesentlichen konstanter Amplitude gebildet werden (US-A- 4,522,249), oder ein Magnetfeld, das durch elektromagnetische Wellen erzeugt wird, deren Erzeugung gedämpft wird, bis sie innerhalb einer Halbwertszeit verschwinden (SU-A-1021070 und SU-A-1185731).
Patent Abstracts of Japan, Vol. 6, No. 1 (M-105) 1 JP-A-56- 126048 offenbart eine Zentrifugal-Stranggießmaschine unter Verwendung eines geteilten Formwerkzeugs mit gekühlten Seitenwänden, die, in mindestens einem Längsbereich, mindestens einen Umfangsbereich mit elektrisch isolierenden Elementen beinhalten, die zwei elektrisch isolierte Enden bilden, wobei die Seitenwand des Formwerkzeugs zwischen den isolierten Enden elektrischen Durchgang aufweist.
Versuchstests haben gezeigt, dass derartige Konfigurationen des im Kristallisator wirkenden elektromagnetischen Felds nicht dazu geeignet sind, gewünschte Ergebnisse im Hinblick auf verschiedene Bedingungen zu erzielen, wie sie innerhalb des erstarrenden Metalls auftreten.
Diese verschiedenen Bedingungen, die aufgrund der verschiedenen physikalischen Zustände und verschiedenen Temperaturen des erstarrenden Metalls vorliegen, bewirken eine Wechselwirkung zwischen dem Magnetfeld und dem Metall, die von einer Zone des Kristallisators zur anderen verschieden ist und daher entlang der gesamten Länge des Kristallisators nicht die beste ist.
Darüber hinaus existieren im Stand der Technik Probleme bei der Verbindung zwischen den Induktionsspulen außerhalb des Kristallisators und dem Kristallisator selbst, was Streuungen und Schwächungen des erzeugten elektromagnetischen Felds betrifft, was eine Verringerung der Intensität der auf das geschmolzene Metall einwirkenden Kräfte verursacht.
Es existiert auch ein Problem einer mechanischen Verformung, der die Induktionsspulen im Gebrauch unterliegen können.
Insbesondere, jedoch nicht ausschließlich, ermöglicht es der Stand der Technik nicht, die folgenden Funktionen zu erfüllen:
- die Reibung zwischen dem Gießerzeugnis und dem Kristallisator dadurch zu senken, dass pulsierende Kräfte unmittelbar auf die feste Haut und auch den flüssigen Teil gegeben werden, wo erforderlich, um die Gießgeschwindigkeit zu erhöhen;
- die herkömmlichen Systeme mechanischer Schwingungen der Masselform mit zugehöriger Verbesserung der Oberflächenqualität des Erzeugnisses, da Schwingungsmarkierungen beseitigt sind, zu verwenden;
- die Auswirkung auf den Meniskus entsprechend den Erfordernissen des Prozesses zu steuern, um sowohl die Schmierung der Seitenwand als auch die Oberflächenqualität und die Volumenqualität des Erzeugnisses zu verbessern;
- das Resonanzvermögen der erstarrten Haut und des Haut- Flüssigkeit-Systems zu nutzen, um den Wärmeaustausch in der cremigen Zone zu verbessern, um das Wachstum des Erzeugnisses mit gleicher Achse und einer entsprechenden Verbesserung der Volumenqualität zu fördern;
- die Wanderfeldkonfiguration zu nutzen, um im flüssigen Teil einen Vertikalrührvorgang (Richtung in der Achse des Kristallisators) herbeizuführen, um optimale Wirkung zu erzielen;
- den Wärmeaustausch im unteren Teil des Kristallisators, wo sich die Haut vom Kristallisator trennt, zu verbessern, um so die Gesamtmenge der vom Kristallisator entfernten Wärme zu erhöhen, was es ermöglicht, höhere Gießgeschwindigkeiten und Verbesserungen bei der Qualität des Erzeugnisses zu erzielen.
Die Anmelderinnen haben die Erfindung konzipiert, getestet und realisiert, um diese Mängel zu überwinden und weitere Vorteile zu erzielen.
Die Erfindung ist in den jeweiligen Hauptansprüchen dargelegt und gekennzeichnet, während die abhängigen Ansprüche Varianten der Idee der Hauptausführungsform beschreiben.
Der Zweck der Erfindung besteht darin, ein Verfahren zum Stranggießen, wie bei einem Kristallisator für Barren, Vorwalzblöcke, Brammen oder Rundstäbe angewandt, und den zugehörigen Kristallisator zu schaffen, die dazu in der Lage sind, zumindest die folgenden Bedingungen auf optimale Weise zu erfüllen:
- die Reibung zwischen dem Gießerzeugnis und dem Kristalli sator dadurch zu verringern, dass pulsierende Kräfte unmittelbar auf die feste Haut und auch den flüssigen Teil, wo erforderlich, ausgeübt werden, um die Gießgeschwindigkeit zu erhöhen;
- die herkömmlichen Systeme einer mechanischen Schwingung an der Masselform und daher am Kristallisator nicht zu verwenden, mit entsprechender Verbesserung hinsichtlich der Oberflächenqualität des Erzeugnisses, da Schwingungsmarkierungen beseitigt sind;
- die Auswirkung am Meniskus entsprechend den Erfordernissen des Prozesses zu steuern, um sowohl die Schmierung und die Oberflächen- und Volumenqualität des Erzeugnisses zu verbessern;
- die Resonanzfähigkeit der erstarrten Haut und des Haut- Flüssigkeit-Systems zu nutzen, um den Wärmeaustausch in der cremigen Zone zu verbessern, um ein Wachsen des Erzeugnisses mit gleicher Achse und einer entsprechenden Verbesserung der Volumenqualität des Gießerzeugnisses zu fördern;
- die Wanderfeldkonfiguration zu nutzen, um im flüssigen Teil einen Vertikalrührvorgang (Richtung der Achse des Kristallisators) hervorzurufen, um ein optimales Ergebnis für das Gießerzeugnis zu erzielen;
- den Wärmeaustausch im unteren Teil des Kristallisators, wo sich die Haut vom Kristallisator trennt, zu verbessern, um so die Gesamtmenge der vom Kristallisator entfernten Wärme zu erhöhen, was es ermöglicht, höhere Gießgeschwindigkeiten zu erzielen und gleichzeitig die Qualität des Erzeugnisses zu verbessern.
Die Erfindung besteht aus einem Stranggießverfahren, das bei einem Kristallisator für Barren, Vorwalzblöcke, Brammen oder Rundstäbe anwendbar ist, und den zugehörigen Kristallisator, die die Erzeugung eines pulsierenden Magnetfelds nutzen, das entlang der gesamten Längserstreckung des Kristallisators variabel ist, wobei es der Kristallisator selbst ist, der als Induktionsspule wirkt.
Gemäß der Erfindung existieren keine Induktionsspulen außerhalb des Kristallisators, und das Magnetfeld wird dadurch erzeugt, dass die Seitenwände des Kristallisators unmittelbar, wenn zwei elektrisch isolierte Enden festgelegt sind, durch eine elektrische Spannungsversorgung angeschlossen werden.
Anders gesagt, wird beim erfindungsgemäßen Kristallisator, unabhängig davon, ob er vom ebenen oder rohrförmigen Typ ist, mindestens eine Ecke elektrisch auf solche Weise isoliert, dass zwei gesonderte Enden gebildet sind, die mit dem elektrischen Versorgungssystem verbunden werden, während zwischen den anderen Ecken elektrischer Kontakt errichtet wird.
In diesem Fall wird aus Vereinfachungsgründen auf Ecken Bezug genommen, was z. B. bei einem Kristallisator zum Gießen von Rundstäben bedeutet, dass eine Unterbrechung vorhanden ist, die die zwei für die elektrische Energiezufuhr verwendeten isolierten Enden festlegt.
Die Innenwände des Kristallisators sind mit einer dünnen Isolierschicht ausgekleidet, die in vorteilhafter Weise über gute Wärmeleitungseigenschaften verfügt, um direkten elektrischen Kontakt zwischen dem geschmolzenen Metall und den Wänden des Kristallisators zu vermeiden.
Die Isolierschicht kann aus Br&sub2;C + Al&sub2;O&sub3; oder aus Al&sub2;O&sub3; oder AlN oder aus amorphem, diamantförmigem Kohlenstoff bestehen.
Mit dieser Anordnung ist es, durch korrektes Anschließen der Leiter, die den Strom zu den verschiedenen vertikalen Bereichen der Wände des Kristallisators liefern, möglich, die einzelnen Längsbereiche des Kristallisators mit verschiedenen Parametern der Stromstärke und der Stromflusszeit, und auch der Impulsform, zu korrelieren.
Daher ist es durch die Erfindung möglich, elektromagnetische Kräfte zu erzeugen, die sich von Zone zu Zone unterscheiden, um entlang dem Kristallisator einen gewünschten und variablen Effekt zu erzielen.
Darüber hinaus können bei dieser Erfindung Ströme größerer Stärke im Gießerzeugnis induziert werden, wodurch Kräfte mit höherer Intensität im Vergleich mit denen erzielt werden, wie sie erhalten werden, wenn externe Induktionsspulen verwendet werden.
Gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung liegt der Kristallisator in Längsrichtung im Wesentlichen als Einzelkörper vor.
Gemäß einer Variante ist der Kristallisator in der Längsrichtung in genaue Bereiche unterteilt, und jeder Bereich ist in Bezug auf die benachbarten Bereiche isoliert.
Gemäß einer weiteren Variante werden die einzelnen Bereiche auf selbstständige Weise gekühlt.
Erneut können entlang dem Kristallisator verschiedene Längsbereiche mit erforderlicher Anzahl und erforderlicher Erstreckung festgelegt sein, von denen jeder mit speziellen Kanälen der Spannungsversorgung verbunden ist, gekennzeichnet durch eigene spezielle Parameter der Spannungsversorgung, um so ein extrem flexibles System zu erzielen, das an verschiedene Erfordernisse hinsichtlich sowohl des Gießerzeugnisses als auch solchen, wie sie während des Gießens auftreten können, angepasst werden kann.
Durch korrektes Staffeln der Spannungszufuhr zu diesen einzelnen Längsbereichen des Kristallisators oder dadurch, dass der eine oder der andere dieser Bereiche nicht abwechselnd versorgt wird, ist es möglich, das Gießerzeugnis durch örtliches Erregen in Schwingung zu versehen.
Gemäß einer Variante sind die Anregungsfrequenzen für das geschmolzene Metall diejenigen, die im Wesentlichen den Resonanzfrequenzen entsprechen, die an verschiedenen Punkten des Kristallisators entsprechend dem speziellen physikalischen Zustand und der speziellen Temperatur des Metalls verschieden sind.
Wenn so dicht wie möglich an die Resonanzbedingung für das Gießerzeugnis im Kristallisator entlang seiner gesamten Längserstreckung herangereicht wird, ist es möglich, eine hohe Amplitude der Schwingungen und eine größere Intensität der auf die feste Haut wirkenden elektromagnetischen Kräfte zu erzielen.
Diese auf variable Weise und mit variablen Parametern entlang der Längserstreckung des Kristallisators erzielte Resonanzbedingung erzeugt eine bessere Bedingung zum Trennen der Haut von den Seitenwänden des Kristallisators sowie ein einfacheres und schnelleres Abwärtsgleiten des Metalls.
Unter Verwendung des erfindungsgemäßen Kristallisators ist es möglich, die auf das Gießerzeugnis ausgeübte Kraft sowohl nach Intensität als auch der Häufigkeit der Anwendung auf differenzierte Weise zu steuern; in ähnlicher Weise ist es möglich, die Verfestigungsparameter für die Haut an verschiedenen Punkten entlang dem Kristallisator zu steuern. Insbesondere ist es möglich, die Wirkung solcher Kräfte auf die Haut des Gießerzeugnisses zu steuern, um so die Gefahr zu vermeiden, dass die Haut abbricht, und zwar durch Verringern der Reibungskräfte durch Steuern der induzierten Schwingungen.
Darüber hinaus ist es möglich, den Wärmeaustausch zwischen dem Gießmetall und der erstarrten Haut mittels eines Rührvorgangs zu erhöhen; die Wirkung dieses Vorgangs erstreckt sich in vertikaler Richtung, mit einer Anzahl einschnürender Pulsationen im Gießmaterial, die zu verschiedenen Zeitpunkten und an verschiedenen Stellen entlang dem Kristallisator auftreten, um eine wirklich globale Bewegung im flüssigen Teil des Materials zu verursachen.
Auch ist es durch die Erfindung möglich, den Wärmeaustausch zwischen der erstarrten Haut und dem Kristallisator auf differenzierte Weise, abhängig von den speziellen Erfordernissen, zu steuern. Dies ermöglicht auch eine Erhöhung der Gießgeschwindigkeit. Gemäß der Erfindung erlaubt es diese Anordnung, an der Oberfläche des Meniskus Volumenwellen auf solche Weise zu erzeugen, dass die Ausbildung eines Zwischenraums zwischen der gerade erstarrten Haut und der Seitenwand des Kristallisators definiert wird, was es ermöglicht, ein Schmiermittel (Öl und/oder Pulver) einzuführen.
Die Volumenwellen können von beinahe stationärem Typ, oder von stationärem Typ, sein, was die Erzeugung eines Zwischenraums mit im Wesentlichen fester Abmessung zwischen der gerade erstarrten Haut und der Seitenwand des Kristallisators ermöglicht.
So ist es möglich, das Einleiten von Schmiermittel zu verbessern oder es nicht zu verwenden oder weniger von ihm zu verwenden.
Gemäß einer Variante sind diese Wellen von fortschreitendem Typ, und sie laufen zum Zentrum hin, wobei sie das Zentrum mit einer gewünschten Maximalamplitude erreichen und für eine periodische Abtrennung der erstarrten Haut vom Kristallisator sorgen, um so eine Art "Pumpeffekt" zu bestimmen; dieses Abtrennen ermöglicht es, das Schmiermittel periodisch einzuleiten.
Diese periodische Bewegung bewirkt auch, dass Gase in der örtlichen Atmosphäre mit Überschallgeschwindigkeit laufen, was seinerseits für eine Zunahme des Wärmeaustauschs sorgt.
Ein wirkungsvolles elektromagnetisches Rühren entlang der gesamten Längserstreckung des Kristallisators führt zu einer gleichmäßigeren Innen-Mikrostruktur des Gießerzeugnisses.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung werden im unteren Teil elektromagnetische Kräfte mit größerer Intensität als derjenigen der im oberen Teil des Zylinders erzeugten Kräfte erzeugt.
Gemäß einer anderen Ausführungsform der Erfindung verfügen die Stromimpulse über verzögerte Entwicklung, z. B. ausgehend von der Oberseite des Kristallisators, so dass das erzeugte Feld die Konfiguration von Abfolgen aufweist, die mit fortschreitend zunehmender Intensität aufeinander aufbauen.
Die beigefügten Figuren sind als nicht beschränkendes Beispiel angegeben, und sie zeigen einige bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung.
Fig. 1 zeigt einen Querschnitt des erfindungsgemäßen Kristallisators;
Fig. 2a, 2b und 2c zeigen mögliche Längsschnitte des in Fig. 1 dargestellten Kristallisators mit verkleinertem Maßstab;
Fig. 3 zeigt eine Variante zu Fig. 1;
Fig. 4a, 4b, 4c und 4d zeigen eine Einzelheit von vier möglichen Varianten, wie sie im erfindungsgemäßen Kristallisator verwendet werden;
Fig. 5a und 5b zeigen eine weitere Variante;
Fig. 6 zeigt eine Variante, wie sie bei einem rechteckigen Kristallisator angewandt wird.
Die Fig. 1 und 2 zeigen Teildiagramme eines Querschnitts und eines Längsschnitts eines Kristallisators 10 zum Stranggießen von Barren, Vorwalzblöcken oder Brammen, der Seitenwände 11 aufweist.
Das im Kristallisator 10 gegossene geschmolzene Metall erstarrt in fortschreitender Weise und bildet eine Außenschale aus einer erstarrten Haut 13 mit wachsender Dicke ausgehend vom Meniskus 14, und zunehmend zum Auslass des Kristallisators 10. Diese Außenschale aus der erstarrten Haut 13 legt zwischen ihr und der zugehörigen Seitenwand 11 des Kristallisators 10 einen Abstand oder Zwischenraum 17 fest, dessen Wert zum Auslass des Kristallisators 10 fortschreitend zunimmt.
Zumindest dann, wenn der Kristallisator 10 von rohrförmigem oder ähnlichem Typ ist, existiert außerhalb der Seitenwände 11 des Kristallisators 10 ein Kanal 16 sehr geringer Breite, durch den die Kühlflüssigkeit strömt.
Wenn der Kristallisator 10 vom aus Platten bestehenden Typ ist, sind die Kühlkanäle 16 innerhalb der Platten selbst vorhanden, so dass die Kühlflüssigkeit sehr dicht an das Gießmetall gebracht werden kann und auf diese Weise der Kühlwirkungsgrad verbessert wird.
In Fig. 1 besteht der Kristallisator 10 aus vier Platten, die auf solche Weise miteinander verbunden sind, dass eine elektrisch isolierte Ecke, in diesem Fall die Ecke 18a, gebildet ist, während die anderen Ecken auf solche Weise verbunden sind, dass für wechselseitigen elektrischen Kontakt gesorgt ist.
In diesem Fall wird die der Ecke 18a zugeordnete Isolierung durch eine Isolierschicht 19 erzielt, z. B. eine 2 mm dicke Schicht aus Al&sub2;O&sub3;-Fasern. Die anderen Ecken 18a, 18c und 18d sind miteinander verbunden, um das Hindurchlaufen von elektrischem Strom zu gewährleisten. In diesem Fall wird der Kontakt auf solche Weise hergestellt, dass der reziproke elektrische Anschluss an einer Stelle entfernt von der Innenecke nahe dem Gießmetall 12 erfolgt.
Dies wird dadurch erzielt, dass die Isolierschicht 119 nur in das erste Segment der Ecke eingesetzt wird und im restlichen Teil guter elektrischer Kontakt hergestellt wird (Fig. 1).
Gemäß der in Fig. 4a dargestellten Variante wird die Isolierschicht 119 entlang der gesamten Ecke positioniert, und der elektrische Kontakt erfolgt durch eine Leiterschraube 20 oder eine andere Art eines Leitereinsatzes.
Gemäß der in Fig. 4b dargestellten Variante erfolgt der elektrische Anschluss durch eine externe Leiterbrücke 21 vom starren oder flexiblen Typ.
Gemäß der in Fig. 4c dargestellten Variante, die einen rohrförmigen Kristallisator 10 betrifft, erfolgt der elektrische Kontakt zwischen den Ecken 18b, 18c und 18d dadurch, dass die Seitenwände auf eine Isolierschicht 119 zurückgebogen werden, die nur im ersten Segment der Ecke vorhanden ist.
Das Innere der Seitenwände des Kristallisators 10 ist mit einer Isolierschicht 23 ausgekleidet, um unmittelbaren elektrischen Kontakt zwischen dem Gießmetall 12 und der Seitenwand zu vermeiden; die Isolierschicht 23 verfügt über elektrisches Isoliervermögen hoher Qualität und gleichzeitig gute Wärmeleitungseigenschaften von zwischen 30 und 1000 W/mK.
Die zwei isolierten Enden, die in Entsprechung zur isolierten Ecke 18a festgelegt sind, werden durch isolierte Kabel 22, die einzeln mit den Kanälen der Spannungsversorgung verbunden sind, an das Spannungsversorgungssystem angeschlossen.
Gemäß diesem Ausführungsbeispiel ist es durch Anschließen der Kabel 22 an verschiedene Kanäle der Spannungsversorgung möglich, die Ströme, und damit die zugehörigen erzeugten elektromagnetischen Kräfte, auf differenzierte Weise entlang dem Kristallisator auf solche Weise zu verteilen, dass im Gießmetall 12 die erwünschten Effekte entsprechend den Gießerfordernissen erzielt werden.
Jeder Kanal der Spannungsversorgung kann in einzelnen Längsbereichen des Kristallisators 10 differenzierte Impulse hinsichtlich der Form, der Dauer, der Wiederholfrequenz, der Stromstärke erzeugen.
Diese Impulse können typischerweise eine Dauer zwischen 5 und 5000 us, eine Wiederholfrequenz zwischen 2 und 100 Hz und eine maximale Stromstärke im Kristallisator von ungefähr 150 Ka aufweisen, abhängig vom Anwendungstyp und dem Längsbereich, der dem speziellen Kanal der Spannungsversorgung zugeordnet ist.
Zum Beispiel verfügt die Kraft, in Zuordnung zum Meniskus, über eine Anlegefrequenz im Intervall von 5-60 Hz und geringere Intensität, während im unteren Teil des Kristallisators 10 die Frequenz im Intervall von 5-40 Hz liegt und höhere Intensität aufweist.
Durch Anschließen der Seitenwände 11 des Kristallisators 10 an die Spannungsversorgung ist es möglich, im Gießmetall 12 Ströme hoher Stärke, wie vom hohen Wert von 150 kA, zu induzieren und daher Kräfte mit höherer Intensität als denen zu erhalten, die unter Verwendung externer Induktionsspulen erzeugt wurden.
Darüber hinaus kann die Flexibilität des Systems dadurch erhöht werden, dass eine gewünschte Anzahl verschiedener Längsbereiche des Kristallisators 10 entsprechend unterschiedlichem Verhalten des Gießmetalls 12 entlang dem Kristallisator 10 festgelegt wird.
Die Erfindung ermöglicht es, für jeden Kanal der Spannungsversorgung den entsprechenden Strom und damit die Kräfte entlang dem Kristallisator 10 zu verteilen oder zu konzentrieren.
Fig. 2a zeigt, wie z. B. der in den ersten zwei Kanälen der Spannungsversorgung erzeugte Strom in zwei jeweilige Bereiche verteilt werden kann, um so die Relativkräfte F&sub1;&sub1; und F&sub1;&sub2;, F&sub2;&sub1; und F&sub2;&sub2; zu verteilen, während in den beiden anderen Kanälen der Spannungsversorgung in diesem Fall die konzentrierten Ströme zu den eher lokalisierten Kräften F&sub3; und F&sub4; führen.
Die durch die verschiedenen Kanäle der Spannungsversorgung erzeugten Kräfte variieren zeitlich innerhalb einer Periode entsprechend der erzeugten elektromagnetischen Wellen, die im Allgemeinen für jeden Kanal der Spannungsversorgung verschieden ist.
Daraus folgt, dass diese Kräfte sowohl zeitlich als auch räumlich variieren; zu einem bestimmten Zeitpunkt kann gelten, dass die Kräfte in Bezug auf einen bestimmten Kanal entgegengesetzte Richtung zu denen anderer Kanäle aufweisen.
Das erzeugte elektromagnetische Feld kann es ermöglichen, entlang der gesamten Längserstreckung des Kristallisators 10 Bedingungen zu erzielen, die zumindest nahe bei der Resonanzbedingung im Gießmetall liegen, wobei die Spannungsparameter entsprechend den verschiedenen physikalischen Zuständen des Gießmetalls 12 entlang dem Kristallisator 10 verschieden sind.
Zum Beispiel beträgt die Resonanzfrequenz des Metalls 12, wenn es gleichzeitig im flüssigen und im festen Zustand vorliegt, zwischen ungefähr 10 und 30 kHz, diejenigen der erstarrten Haut verläuft von ungefähr 1 bis 10 kHz, und die Schwingungsfrequenz der freien Oberfläche des flüssigen Teils verläuft von ungefähr 5 bis ungefähr 70 kHz.
Diese Resonanzbedingung führt, durch Verstärken des Schwingungswerts, zu einer Verstärkung der Wirksamkeit bei gleichen Parametern der Spannungsversorgung, des Abstands, der Dicke usw.
Darüber hinaus ist es möglich, eine Wanderung des elektromagnetischen Felds ausgehend von der Oberseite des Kristallisators 10 nach unten mit fortschreitend zunehmender Intensität der Impulse zu erzielen.
Die induzierten elektromagnetischen Kräfte erzeugen im geschmolzenen Metall 12 und in der erstarrten Haut 13 eine gewünschte Schwingungswirkung, die die Probleme des Anhaftens an den Seitenwänden 11 des Kristallisators 10 begrenzen und das nach unten Gleiten des Gießerzeugnisses erleichtern kann.
Um eine gute Verteilung der elektromagnetischen Kräfte im Gießmetall 12 zu erzielen, ist der erfindungsgemäße Kristallisator 10 vorab so ausgebildet, dass er den Strom entsprechend den Ecken 18b, 18c und 18d konzentriert. Bei einem Ausführungsbeispiel der Erfindung (Fig. 3), wird, eine Konzentration des Stroms dadurch erzielt, dass der Querschnitt der Seitenwände 11 des Kristallisators 10 entsprechend den Ecken 18b, 18c und 18d verringert wird.
Gemäß der in Fig. 4 dargestellten Variante wird diese Konzentration durch einen Kristallisator 10 mit dicken Wänden dort erzielt, wo Isoliereinsätze 219 entsprechend den Ecken 18b, 18c und 18d vorhanden sind, die den elektrischen Strom leiten.
Gemäß einer anderen Variante verfügen die Seitenwände 11 an ihrer Außenseite über Kerben 15, die dafür sorgen, dass die Ströme mit größerem Wirkungsgrad nahe der Oberfläche des Gießmetalls 12 fließen.
Die Erfindung beinhaltet eine spezielle Lösung zum Verhindern der Ausbildung eines negativen Einflusses zwischen den verschiedenen Kanälen, was teilweise die Wirksamkeit der Erfindung verringern könnte. Dies aufgrund der Tatsache, dass die Wirkung jedes Kanals 22 nicht vollständig auf ihren eigenen Kompetenzbereich beschränkt wäre, sondern sich in die Kompetenzbereiche der anderen Kanäle erstrecken würde und so deren Wirksamkeit verringern würde (z. B. würde sich in Fig. 2 der Kompetenzbereich F&sub3; tatsächlich über zumindest einen Teil der Längserstreckung des Kristallisators erstrecken).
Um dieses Problem zu überwinden, sorgt die Erfindung für dünne (0,3 mm) Querkerben 24 an der Innenfläche des Kristallisators unter der Isolierschicht 23 in geeigneten Höhen entlang zumindest einem Teil des Umfangsrands des Kristallisators, wenn der Kristallisator rohrförmig ist, und zumindest in einigen Platten, in geeigneten Höhen, wenn der Kristallisator vom Platten aufweisenden Typ ist, wie in Fig. 2b dargestellt. Paare dieser Kerben 24 begrenzen die speziellen Wirkungszonen der Spannungsversorgungseinrichtung 22.
Die Tiefen der Kerben 24 gemäß der Erfindung sollen mindestens der Eindringtiefe des Stroms in den Kristallisator entsprechen, d. h. 1-5 mm.
Aus mechanischen Gründen ist es von Nutzen, die Kerben 24 mit geeigneten Materialien aufzufüllen. Gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel kann dieses Material ein isolierendes Keramikmaterial sein. Gemäß einem anderen Ausführungsbeispiel ist es möglich, um die Längsimpedanz in der Eindringtiefe der Innenfläche des Kristallisators zu erhöhen, Materialien mit hoher magnetischer Permeabilität zu verwenden (siehe z. B. dünne Kernlaminate für Hochfrequenztransformatoren).
Gemäß einer anderen Variante werden die Kerben, um dafür zu sorgen, dass die Beschichtung 23 gut anhaftet, mit einem Material mit geringer elektrischer Leitfähigkeit im Vergleich mit Cu, jedoch mit ähnlichem Ausdehnungskoeffizienten (z. B. Ni) aufgefüllt.
Gemäß einer weiteren Variante sorgt die Erfindung dafür, dass zum Verbessern der Trennung und damit der Unabhängig keit der verschiedenen Versorgungskanäle voneinander, der Kristallisator in Quer-"Scheiben" unterteilt wird, die elektrisch gegeneinander isoliert sind (siehe Fig. 2c), wobei jedoch die Kühlflüssigkeit in den geeigneten Kanälen durchlaufen kann, wenn der Kristallisator vom Platten aufweisenden Typ ist, oder dass in jedem Fall kein Eindringen nach innen im Fall eines an der Außenseite gekühlten rohrförmigen Kristallisators möglich ist.
Die verschiedenen Bereiche des Kristallisators müssen elektrisch gegeneinander isoliert sein, z. B. durch eine geeignete Beschichtung, oder besser durch ein geeignetes ferromagnetisches Material, das elektrisch isoliert (z. B. Kernlaminate für Hochfrequenztransformatoren).
Gemäß der Erfindung wird, um die in einem Bereich des Kristallisators ausübbare Kraft zu erhöhen, dieser Bereich durch eine Reihenschaltung mehrerer Kanäle der Spannungsversorgung versorgt. Zum Beispiel zeigen die Fig. 5a und 5b den Fall für einen quadratischen Querschnitt.
Im Fall rechteckiger Querschnitte von Brammen ist es wegen der hohen Impedanz des Systems sehr schwierig, Stromimpulse hoher Amplitude im Gießerzeugnis zu erreichen. Aus diesem Grund sorgt die Erfindung für die Verwendung mehrerer parallel zum Kristallisator geschalteter Kanäle, wie es in Fig. 6 dargestellt ist, was es ermöglicht, höhere Ströme im Erzeugnis zu erzielen.
Die Kanäle können auf die gesamte Fläche der Platte oder auf definierte Zonen derselben einwirken.

Claims

1. Kristallisator zum Stranggießen von Barren, Vorwalzblöcken, Brammen und Rundstäben, der, unabhängig davon, ob er vom im Wesentlichen rohrförmigen Typ oder mit Platten ausgebildet ist, gekühlte Seitenwände (11) aufweist, die in mindestens einem Längsbereich mindestens einen Randbereich mit elektrisch isolierenden Elementen (19) aufweisen, die zwei elektrisch isolierte Enden bilden, wobei die Seitenwand des Kristallisators (10) zwischen den isolierten Enden elektrischen Durchgang aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die isolierten Enden mit einer elektrischen Spannungsversorgungseinrichtung (22) verbunden sind, die durch ein Spannungsversorgungssystem gesteuert wird, das elektromagnetische Wellen, in definierter und gewünschter Weise, erzeugen kann, die zumindest mit der sich im Gießmetall (12) bildenden Haut wechselwirken können.

2. Kristallisator nach Anspruch 1, bei dem sich der Randbereich in Umfangsrichtung erstreckt und die zwei elektrisch isolierten Enden eine isolierte Ecke (18) im Wesentlichen parallel zur Achse des Kristallisators bilden.

3. Kristallisator nach Anspruch 1 oder 2, der aus mehreren Längsbereichen besteht, denen jeweils die eigene spezielle elektrische Versorgungseinrichtung (22) zugeordnet ist, die mit speziellen Kanälen des elektrischen Spannungsversorgungssystems verbunden ist.

4. Kristallisator nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem jeder Bereich in Bezug auf den Nachbarbereich elektrisch isoliert ist.

5. Kristallisator nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem die elektrische Verbindung entlang der zwischen zwei elektrisch isolierten Enden vorhandenen Fläche an einer Position entfernt vom Innenrand der Seitenwände (11) und nahe dem Gießmetall (12) hergestellt ist.

6. Kristallisator nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem, in den elektrisch leitenden Ecken (18), eine Isolierschicht (119) entlang zumindest dem ersten inneren Segment angeordnet ist.

7. Kristallisator nach einem der vorstehenden Ansprüche, - bei dem die Innenfläche der Seitenwände (11) mit einer Isolierschicht (23) ausgekleidet ist.

8. Kristallisator nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem eine Dickenverringerung der Seitenwände (11) entsprechend den elektrisch leitenden Ecken (18) vorhanden ist.

9. Kristallisator nach einem der Ansprüche 1 bis 7 einschließlich, bei dem isolierende Einsätze (219) entsprechend den Ecken (18) vorhanden sind, die ein abgegrenztes Segment für den elektrischen Kontakt bilden.

10. Kristallisator nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem an der Außenfläche der Seitenwände (11) Kerben (15) vorhanden sind.

11. Kristallisator nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem an der Innenseite der Seitenwand (11) Kerben (24) vorhanden sind, die zumindest teilweise die Dicke der Seitenwand (11) des Kristallisators (10) beeinflussen.

12. Stranggießverfahren für Barren, Vorwalzblöcke, Brammen, Rundstäbe und andere Erzeugnisse zur Verwendung in einem das Gießmetall (12) enthaltenden Kristallisator (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 11 einschließlich, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest die Haut, die sich innerhalb des Kristallisators (10) für das Gießmetall (12) ausbildet, der Wirkung eines pulsierenden Magnetfelds unterzogen wird, das dadurch erzeugt wird, dass mindestens zwei elektrisch isolierte Enden mindestens eines Umfangsteils mindestens eines Längsteils der Seitenwände (11) des Kristallisators (10) mit einer elektrischen Spannungsversorgung verbunden werden, die im Gießmetall (12) pulsierende Ströme mit einer Stärke vom hohen Wert von z. B. 150 kA induziert.

13. Verfahren nach Anspruch 12, bei dem die Seitenwand des Kristallisators mehrere in Längsrichtung angeordnete Teile aufweist, um elektrisch versorgte Bereiche zu bilden, und dass das im Gießmetall (12) induzierte Magnetfeld entlang der Längserstreckung des Kristallisators (10) wandert, wobei jedem der Bereiche seine eigene Spannungsversorgungseinrichtung (22) zugeordnet ist, die mit den zugehörigen Kanälen des Spannungsversorgungssystems verbunden ist, die durch ihre eigenen speziellen Parameter der zugeführten Elektrizitätsmenge, zumindest hinsichtlich der Wiederholfrequenz und der Intensität, festgelegt sind.

14. Verfahren nach Anspruch 12 oder 13, bei dem die Versorgungskanäle die Parameter für die Elektrizitätsmenge hinsichtlich der Impulsform und der Impulsdauer festlegen.

15. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 14 einschließlich, bei dem die im Gießmetall (12) induzierten elektromagnetischen Kräfte (F) Ausübungseigenschaften zeigen, die sowohl hinsichtlich der Zeit als auch hinsichtlich ihrer Relativposition auf den Kristallisator variierbar sind.

16. Verfahren nach Anspruch 15, bei dem die in Entsprechung mit dem Meniskus (14) erzeugte Kraft eine Ausübungsfrequenz im Intervall zwischen 5-60 Hz aufweist.

17. Verfahren nach Anspruch 15, bei dem die in Entsprechung zum unteren Teil des Kristallisators (10) erzeugte Kraft eine Ausübungsfrequenz im Intervall zwischen 5-40 Hz aufweist.

18. Verfahren nach Anspruch 17, bei dem die erzeugte Kraft die maximale Stärke aufweist.

19. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 18 einschließlich, bei dem die einzelnen Bereichen zugeführte Menge elektrischer Energie dergestalt ist, dass eine Bedingung nahe an der Resonanzbedingung des Materials, das sich unter dem speziellen Bereich des Kristallisators (10) erstreckt, bestimmt ist.

20. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 19 einschließlich, bei dem das erzeugte Magnetfeld Volumenwellen im Meniskus (14) erzeugt, um dafür zu sorgen, dass sich die gerade erstarrte Haut (13) von den Seitenwänden (11) des Kristallisators (10) löst.

21. Verfahren nach Anspruch 20, bei dem die Volumenwellen stationär sind und dafür sorgen, dass sich die Haut (13) bei einem im Wesentlichen festen Wert von den Seitenwänden (11) löst.

22. Verfahren nach Anspruch 20, bei dem die Volumenwellen fortschreiten und dafür sorgen, dass sich die Haut (13) periodisch von den Seitenwänden (11) löst.

23. Verfahren nach Anspruch 22, bei dem die periodische Abtrennung der erstarrten Haut am Meniskus (14) für einen Pumpeffekt sorgt, der eine Bewegung der örtlichen Atmosphäre mit Überschallgeschwindigkeit auslöst und den Wärmeaustausch zwischen den Seitenwänden (11) und der erstarrten Haut (13) erhöht.

24. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem das erzeugte Magnetfeld im Gießmetall (12) einen Rühreffekt mit verschiedenen Intensitäten und Frequenzen entlang der Erstreckung des Kristallisators herbeiführt.

25. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 24 einschließlich, bei dem die elektromagnetischen Wellen durch Impulse mit fortschreitend verzögerter Entwicklung in der Längsrichtung des Kristallisators erzeugt werden, um eine Folgekonfiguration mit einer zum Auslass des Kristallisators hin zunehmender Intensität einzunehmen.