EP0008376A1 - Verfahren zum Stranggiessen von Metall in eine Kokille und Einwirkung eines elektromagnetischen Feldes - Google Patents

Verfahren zum Stranggiessen von Metall in eine Kokille und Einwirkung eines elektromagnetischen Feldes Download PDF

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EP0008376A1
EP0008376A1 EP19790102611 EP79102611A EP0008376A1 EP 0008376 A1 EP0008376 A1 EP 0008376A1 EP 19790102611 EP19790102611 EP 19790102611 EP 79102611 A EP79102611 A EP 79102611A EP 0008376 A1 EP0008376 A1 EP 0008376A1
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EP
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strand
thrust
phase
fields
phases
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EP0008376B2 (de
EP0008376B1 (de
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Jan Lipton
Carl-Ake Däcker
Armin Thalmann
Axel-Ingo Haefeker
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SMS Concast AG
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Concast Holding AG
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22D—CASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
    • B22D11/00—Continuous casting of metals, i.e. casting in indefinite lengths
    • B22D11/12—Accessories for subsequent treating or working cast stock in situ
    • B22D11/122—Accessories for subsequent treating or working cast stock in situ using magnetic fields

Definitions

  • the present invention relates to a process for the continuous casting of metal, in which melt is poured into a mold, the resulting strand having a liquid core is drawn out, guided and further cooled, and a turbulent flow in the liquid core is induced by at least one stirrer inducing electromagnetic fields in the strand is produced.
  • the structure of a strand produced by the continuous casting process depends, among other things, on the composition of the material and the casting temperature. At casting temperatures of only a few degrees Celsius above the melting temperature, a globular, non-directional structure, and at casting temperatures with more than 15 ° above liquidus, a columnar, directed structure with a strong, central positive segregation of the accompanying elements. Must be cast in practice with overnight temperatures above 20 0 C for technical reasons,. For this reason, many efforts have already been made to obtain a slab with a predominantly globular, undirected structure and little central segregation even when continuously casting at such excess temperatures.
  • Alloy and accompanying elements such as C, Si, Mn, P, S etc. are contained in the steel, which can lead to segregation, especially central segregation, when solidified.
  • segregations, as well as the crystal structure are known to include depending on the level of excess temperature.
  • segregations are to be prevented by electromagnetic stirring or by the turbulent flow generated.
  • the solidification structure should be influenced in such a way that the largest possible zone of dense, undirected crystal structure is obtained.
  • the solidification front is influenced by the strong local movement of the melt in such a way that so-called white bands form. These white bands are negative segregations that can have a negative impact on quality.
  • a device is also known in which an electromagnetic device is provided around the mold tube is arranged three pairs of poles, which sets the liquid core in a rotating motion about the longitudinal axis of the strand.
  • This rotation created by a perfect rotating field, has an insufficient turbulence in its flow.
  • the mixing of the liquid steel is imperfect because there is no force acting transversely to the strand due to the uniform magnetic application of the melt.
  • This relatively low turbulence leaves something to be desired in terms of the quality of the cast product in relation to the surface, the distribution of the alloying and accompanying elements, but also to the internal structure.
  • thrust forces are generated in the direction of the longitudinal axis of the strand with an electromagnetic traveling field, the magnets running around the strand being arranged between the pairs of rollers up to the end of the sump.
  • the flow created along the swamp brings the desired area of non-columnar structure and prevents the occurrence of significant segregations, in particular the central sedimentation and white bands.
  • Such an arrangement requires too much space due to the large number of magnets, hinders sufficient cooling of the strand and is far too complex.
  • Another known method for slab formats attempts to eliminate these white strips by generating shear forces on the liquid steel with electromagnetic traveling fields, excited by two magnets located on the long sides opposite one another. These shear forces should act transversely to the longitudinal axis of the strand so that the flow is gently knocked against the solidified wall so that the deflected flow is kept within a limited range. This limited area of activity results in an insufficient zone of dense, undirected crystal structure. Furthermore, it has been shown that with this method the white strips can only be insufficiently eliminated, so that these disadvantages do not result in an optimal product, which can have a negative impact on the quality of the rolled product, for example.
  • the cast material should not have any white bands and should be low in segregation, particularly with regard to the central segregation.
  • a linear thrust direction can be generated in the melt transversely or longitudinally to the longitudinal axis of the strand from the differently acting thrust forces within the fields.
  • the space required to produce a stirring effect which is sufficiently long in the direction of the strand is therefore reduced.
  • the shear forces acting differently within the fields produce a shear direction in the melt that runs in an arc around the longitudinal axis of the strand.
  • the strand surface can be improved in addition to the better internal structure.
  • the windings of one phase in order to generate the different shear forces, can be acted upon by different current strengths compared to the windings of at least one other phase.
  • These different current strengths are advantageously in a range between approximately 10% and 25%.
  • the differently acting thrust forces can also be generated by different geometrical configurations of the phases.
  • the asymmetry in the phases in the starting period is set from approximately zero to a predetermined maximum value. It was thus possible to ensure that the foremost strand section also has the desired metallurgical quality.
  • Fig.l 1 denotes a cooled, curved and oscillating mold for casting a slab, which is supplied with liquid steel from a casting vessel, not shown, via a pouring tube reaching into the mold 1.
  • the strand 2 formed in the mold 1 and having a liquid core 3 is guided and supported in a curved strand path 4 following the mold 1 with a radius of 10 m with the aid of rollers 5.
  • Spray nozzles 6 are arranged between the rollers 5 for further cooling of the strand 2.
  • the strand is pulled out and straightened by a driving judge 7.
  • a stirrer in the form of a traveling field magnet 10 of known construction is arranged on the inside of the strand 4 at a distance of approximately 5 m below the end of the mold. Between the magnet 10 and the inside of the strand 2, rollers 5 'made of an anti-magnetic material, for example stainless steel, are attached.
  • the magnet 10 is constructed in two phases. Three-phase magnets can also be used. The shear forces generated by the stirrer act transversely to the longitudinal axis of the strand.
  • the slabs cast on the system described had a format of 1550 mm x 270 mm.
  • the pull-out speed was about 0.55 m / min.
  • Both phases were applied at a voltage of 200 V with a frequency of 2 Hz and approx. 1000 amperes, ie symmetrically.
  • 2 shows the micrograph of a steel cast at an excess temperature of 29 ° C. with 0.15% C, 0.025% S and the usual other Accompanying elements, whereby a conventional stirring method was used.
  • the micrograph shows a relatively thin edge zone 20 with a predominantly globulitic structure. This zone 20 is followed by a zone 21 with a columnar structure of dendrites directed towards the center.
  • Zone 21 is followed by zone 22, which has an undirected crystal structure, is lighter and represents a white band.
  • This band can consist of one piece, as the reference number 22 indicates, or can be divided into several bands 23, 24, 25.
  • the zone 22 is followed by a zone 26 with a dense, non-directional crystal structure, which merges into the central reduction 27.
  • FIG. 4 illustrates a micrograph of half the cross section of a slab stirred by the method according to the invention.
  • the format of the slab cross-section, steel quality, pull-out speed, direction of the shear forces and frequency were the same as described for Fig. 2.
  • the conversion temperature was 43 0 C.
  • the strength of the excitation current was for a phase A 830 and for the other phase 1000 amperes.
  • One phase is thus exposed to a current that is approximately 20% higher than the other phase, ie the phases of the electromagnetic fields are asymmetrical.
  • a zone 31 with a predominantly globulitic structure can again be seen in the micrograph. This is followed by a zone 32 with dendrites directed towards the center of the slab.
  • the middle of the slab has a zone 34 with a likewise undirected crystal structure, which is, however, finer and denser than that according to FIG. 2.
  • the running direction of the hiking field also has a decisive influence on the casting quality.
  • This can run from left to right or vice versa on a broad side of the slab.
  • the stirrer can be arranged on one or on both broad sides.
  • Asymmetry creates a natural shear force that is inherent and perpendicular to the main movement component and also perpendicular to the strand pulling direction.
  • the force resulting from the asymmetry in the phases and perpendicular to the stirrer surface should be effective away from the stirrer surface facing the strand.
  • their direction of action can be rotated by 180 °, i.e. away from the middle of the strand towards the strand skin.
  • the different shear forces are generated by applying different currents to the windings.
  • these different shear forces can also be achieved through different geometric configurations of the phases, e.g. of the number of turns.
  • the traveling field magnets can also be arranged so that the different shear forces act in the direction of the longitudinal axis of the strand or at an angle to it.
  • an additional hiking field can be provided on the other side of the strand. With strands with long liquid cores, more than one moving field can act in the longitudinal direction of the strand.
  • the turbulent flow can also be effective in the mold, the flow advantageously being held in such a way that it does not affect the bath level in order not to have a negative effect on the surface quality of the strand.
  • the asymmetry described can also be achieved by the interaction of several stirring segments in the same stirrer with different loading or geometric design of the phases.
  • an arcuate thrust direction producing a rotational movement of the melt about the longitudinal axis of the strand.
  • a mold consists of a K o-kill pipe 52 of copper and a Kokillenmantel 53.
  • a cooling jacket 54 is arranged to the tube 52. Cooling water flows through the space between the mold 52 and the cooling jacket 54.
  • a partially solidified strand 60 with a liquid core 61 is shown in the interior of the mold 52. This strand 60 is pulled out of the mold by known means and cooled further.
  • Magnetic poles 70, 71, 72, 73 are provided on each side of the cooling jacket 54, each of which is provided with a turn 74, 75, 76, 77. These magnetic poles are cooled by cooling water in the space between cooling jacket 54 and mold jacket 53. The turns 74, 75, 76, 77 are switched so that a traveling field is created. These magnetic poles form an electromagnetic field in the strand-inducing stirrer. Depending on the casting parameters, one phase is fed with a current that is 10 - 25% higher than the other, subsequent phase. For a billet of 100 x 100 mm, the turns 74 and 76 are loaded with 400 A at a frequency of 50 Hz and a voltage of 50 V and the turns 75 and 77 with 320 A.
  • the traveling field produces differently acting shear forces in the liquid steel which, due to the arrangement of the magnetic poles described, cause the melt to rotate. If deeper penetration of the stirring effect or a lower stirring speed is desired, the frequency is reduced accordingly, especially with large wall thicknesses of the mold tube.
  • the circuit can, however, also be selected such that the magnetic flux flows between the pole pairs 70, 72 or 71, 73 and the rotary movement is generated in this way with the aid of the magnetic field.
  • the pole pairs 70, 72 are excited, for example, with 400 A and the pole pairs 71, 73 with 320 A.
  • the number of poles can be increased for larger billet and bloom formats.
  • the differently acting thrust forces can be generated by different geometrical configurations of the phases, e.g. by different number of turns or by different formation of the pole irons, such as shape and size of the iron cross sections and / or polar axis directions etc.
  • the method according to the invention can be used for all types of continuous casting plants with continuous molds, also for plants for casting beam pre-profiles and non-ferrous metals. In the case of strands with long, liquid cores, several stirrers can work together.

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Continuous Casting (AREA)

Abstract

Beim Stranggiessen von Metallen wird zur Verbesserung der Kristallstruktur und zur Verminderung der Nachteile von positiven und negativen Seigerungen mit Hilfe von unterschiedlich auf die Schmelze im flüssigen Kern des Stranges wirkenden, von Asymmetrie in den Phasen der Felder von mindestens einem elektromagnetischen Feld herrührenden Schubkräften eine turbulente Strömung erzeugt.

Description

  • Die vorliegende Erfindung behandelt ein Verfahren zum Stranggiessen von Metall, bei dem Schmelze in eine Kokille gegossen, der entstehende, einen flüssigen Kern aufweisende Strang ausgezogen, geführt sowie weiter gekühlt und durch mindestens einen elektromagnetische Felder in den Strang induzierenden Rührer eine turbulente Strömung im flüssigen Kern erzeugt wird.
  • Das Gefüge eines im Stranggiessverfahren hergestellten Stranges ist neben anderem von der Zusammensetzung des Materials und von der Giesstemperatur abhängig. Bei Giesstemperaturen von nur wenigen Grad Celsius über der Schmelztemperatur überwiegt ein globulitisches, ungerichtetes und bei Giesstemperaturen mit mehr als 15° über Liquidus ein kolumnares, gerichtetes Gefüge mit einer starken, zentralen positiven Seigerung der Begleitelemente. Aus giesstechnischen Gründen muss in der Praxis mit Uebertemperaturen von mehr als 200C gegossen werden. Es sind darum schon viele Anstrengungen unternommen worden, auch beim Stranggiessen mit solchen Uebertemperaturen eine Bramme mit überwiegend globulitischem, ungerichtetem Gefüge und geringer zentraler Seigerung zu erhalten.
  • Beim Stranggiessen von Stahl ist es bekannt, durch magnetisches Rühren der Schmelze im flüssigen Kern Verbesserungen der Qualität des gegossenen Materials mittels einer mehr oder weniger starken turbulenten Strömung zu erhalten. Diese Verbesserungen sind durch verschiedene Verfahren zum Aufbringen der Schubkräfte auf die Schmelze erzielt worden.
  • Im Stahl sind Legierungs- und Begleitelemente, wie C, Si, Mn, P, S usw. enthalten, die beim Erstarren zu Seigerungen, insbesondere Zentralseigerungen, führen können. Solche Seigerungen, wie auch die Kristallstruktur, sind bekanntlich u.a. von der Höhe der Uebertemperatur abhängig. Durch das elektromagnetische Rühren bzw. durch die erzeugte turbulente Strömung sollen solche Seigerungen verhindert werden. Das Erstarrungsgefüge soll derart beeinflusst werden, dass eine möglichst grosse Zone von dichter, ungerichteter Kristallstruktur erhalten wird. Es hat sich aber gezeigt, dass durch die lokale starke Bewegung der Schmelze die Erstarrungsfront so beeinflusst wird, dass sich sogenannte weisse Bänder bilden. Diese weissen Bänder sind negative Seigerungen, die sich qualitätsverschlechternd auswirken können.
  • Beim Vergiessen von Knüppeln oder Vorblöcken ist es zur Verbesserung der Oberflächen- sowie der Innenqualität bekannt, die Schmelze im flüssigen Kern mit Hilfe einer elektromagnetischen Einrichtung in eine um die Stranglängsachse rotierende Bewegung zu versetzen. Hierbei wird die Rotation mit einem unvollkommenen Drehfeld (drei Magnetpole) erzeugt. Wohl wird dabei eine feinkörnigere Struktur erhalten, aber das Entstehen eines grossen weissen Bandes konnte nicht verhindert werden.
  • Es ist weiter eine Vorrichtung bekannt, bei der um das Kokillenrohr herum eine elektromagnetische Einrichtung mit drei Polpaaren angeordnet ist, die den flüssigen Kern in eine um die Stranglängsachse rotierende Bewegung versetzt. Diese von einem vollkommenen Drehfeld erzeugte Rotation weist in ihrer Strömung eine ungenügende Turbulenz auf. Die Durchmischung des flüssigen Stahles ist deshalb unvollkommen, weil sich durch die gleichmässige magnetische Beaufschlagung der Schmelze keine quer zum Strang wirkende Kraft ergibt. Diese relativ geringe Turbulenz lässt hinsichtlich der Qualität des gegossenen Produktes in bezug auf die Oberfläche, die Verteilung der Legierungs- und Begleitelemente, aber auch auf die innere Struktur, zu wünschen übrig.
  • Nach einem bekannten Verfahren werden mit einem elektromagnetischen Wanderfeld Schubkräfte in Richtung der Stranglängsachse erzeugt, wobei die um den Strang verlaufenden Magnete zwischen den Rollenpaaren bis zum Sumpfende angeordnet sind. Die entlang des Sumpfes erzeugte Strömung bringt den gewünschten Bereich von nicht kolumnarem Gefüge und verhindert das Entstehen von massgebenden Seigerungen, insbesondere der Mittenseigerung und weissen Bändern. Eine solche Anordnung benötigt durch die Vielzahl der Magnete einen zu grossen Platz, behindert ein ausreichendes Kühlen des Stranges und ist viel zu aufwendig.
  • Mit einem andern bekannten Verfahren für Brammenformate wird versucht, diese weissen Bänder zu eliminieren, indem mit elektromagnetischen Wanderfeldern, erregt durch zwei an den Längsseiten sich gegenüber befindliche Magnete, Schubkräfte auf den flüssigen Stahl erzeugt werden. Diese Schubkräfte sollen so quer zur Stranglängsachse wirken, dass ein sanftes Anstossen der Strömung an der erstarrten Wand erzielt wird, so dass die umgelenkte Strömung innerhalb eines begrenzten Bereiches gehalten wird. Dieser begrenzte Wirkungsbereich ergibt eine ungenügende Zone von dichter, ungerichteter Kristallstruktur. Im weiteren hat sich gezeigt, dass mit diesem Verfahren die weissen Bänder nur mangelhaft eliminiert werden können, so dass durch diese Nachteile kein optimales Produkt erhalten werden kann, was sich z.B. auf das gewalzte Produkt qualitätsmässig negativ auswirken kann.
  • Bei Versuchen mit von Symmetrie in den Phasen beeinflussten Schubkräften mit quer zur Stranglängsrichtung geradlinig verlaufender Schubrichtung, erzeugt von einem an der Längsseite einer Bramme angeordneten Rührer, zeigten die Schliffbilder weisse Bänder und eine breite Zone von Dendriten, was eine ungenügende Qualität des gegossenen Stahles erbrachte.
  • Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zu schaffen, mit dem eine optimale Strangqualität erhalten wird. Im besonderen soll .eine genügende Zone von dichter, ungerichteter Kristallstruktur vorhanden sein. Das gegossene Material soll keine weissen Bänder aufweisen und seigerungsarm sein, insbesondere in bezug auf die Zentralseigerung.
  • Die Lösung dieser Aufgabe wird erfindungsgemäss erhalten, indem die turbulente Strömung durch unterschiedlich auf die Schmelze wirkende, von Asymmetrie in den Phasen der Felder beeinflusste Schubkräfte erzeugt wird.
  • Ueberraschenderweise konnte festgestellt werden, dass bei unterschiedlich auf die Schmelze wirkenden Schubkräften innerhalb der Felder eine derartige turbulente Strömung erzeugt wurde, dass trotz hoher Uebertemperatur praktisch keine weissen Bänder im Schliffbild auftraten sowie die gewünschte Zone von dichter, ungerichteter Kristallstruktur ohne massgebende Zentralseigerung erreicht wurde.
  • In Abhängigkeit der gegebenen Giessparameter kann nach einer vorteilhaften Anwendung des Verfahrens, von den unterschiedlich wirkenden Schubkräften innerhalb der Felder eine geradlinig verlaufende Schubrichtung in der Schmelze quer oder längs zur Stranglängsachse erzeugt werden. Bei grösseren Strangquerschnitten mit quer zur Stranglaufrichtung verlaufender Schubwirkung wird daher der Platzbedarf zur Erzeugung eines in Stranglaufrichtung genügend langen Rühreffektes verringert.
  • Für Knüppel- und Vorblockformate wird nach einer anderen vorteilhaften Anwendung von den unterschiedlich wirkenden Schubkräften innerhalb der Felder eine bogenförmig um die Stranglängsachse verlaufende Schubrichtung in der Schmelze erzeugt. Bei Anwendung dieses Verfahrens in der Kokille kann neben der besseren Innenstruktur die Strangoberfläche verbessert werden.
  • Nach einer weiteren Anwendung der Erfindung können zur Erzeugung der unterschiedlichen Schubkräfte auf einfachste Weise die Windungen der einen Phase gegenüber den Windungen mindestens einer anderen Phase von unterschiedlichen Stromstärken beaufschlagt werden. Vorteilhaft liegen dabei diese unterschiedlichen Stromstärken in einem Bereich zwischen ca. 10% - 25%. Die unterschiedlich wirkenden Schubkräfte können aber auch durch unterschiedlich geometrische Ausbildungen der Phasen erzeugt werden.
  • Ueberraschenderweise hat sich herausgestellt, dass die turbulente Strömung effizienter wird, wenn, gemäss einem weiteren Merkmal der Erfindung, die schwächere Schubkraft der einen Phase vor der stärkeren Schubkraft der in Schubrichtung nachfolgenden Phase wirksam wird.
  • Bei Giessbeginn verstreicht eine gewisse Zeitspanne, bevor der flüssige Kern in umlaufende Bewegung versetzt werden kann. Um dabei möglichst rasch die angestrebte turbulente Strömung zu erreichen, wird, nach einem zusätzlichen Merkmal, die Asymmetrie in den Phasen in der Anfahrperiode von annähernd Null auf einen vorgegebenen Maximalwert eingestellt. Damit konnte erreicht werden, dass auch der vorderste Strangabschnitt die gewünschte metallurgische Qualität aufweist.
  • Beim erfindungsgemässen Verfahren ergibt sich auf Grund physikalischer Gesetze zusätzlich zu der in Rührrichtung wirkenden Kraft, eine zwischen Null und einem Maximum pulsierende Querkraft. Diese überlagerte Kraft wirkt sich durch eine zusätzliche Verstärkung der Turbulenz dann vorteilhaft aus, wenn, gemäss einem anderen Merkmal der Erfindung, durch Einstellen der Schubrichtung der Felder die aus der Asymmetrie in den Phasen resultierende, senkrecht zur Rühreroberfläche verlaufende Kraft von der, dem Strang zugekehrten Rührerfläche weg wirksam wird. Hierdurch kann eine zusätzliche Qualitätsverbesserung, insbesondere bei einseitiger Rühreranordnung, erzielt werden.
  • Beispiele der Erfindung werden anhand von Figuren näher beschrieben, wobei diese Figuren folgendes veranschaulichen:
    • Fig. 1 die Anordnung eines Rührers mit geradlinig verlaufender Schubrichtung zur Durchführung des Verfahrens in einer Bogenanlage,
    • Fig. 2 ein Schliffbild eines halben Querschnittes einer Bramme, deren flüssiger Kern mit einem quer zum Strang wirkenden Wanderfeld gerührt wurde,
    • Fig. 3 die Verteilung des Schwefels entlang.der Linie III-III der Fig.2,
    • Fig. 4 ein Schliffbild eines halben Querschnittes einer Bramme, deren flüssiger Kern gemäss der Erfindung gerührt wurde,
    • Fig. 5 die Verteilung des Schwefels entlang der Linie V-V der Fig.4 und
    • Fig. 6 einen Schnitt durch eine Knüppel- oder Vorblockkokille mit einem, eine bogenförmig verlaufende Schubrichtung erzeugenden Rührer.
  • In Fig.l ist mit 1 eine gekühlte, gebogene und oszillierende Kokille zum Giessen einer Bramme bezeichnet, die aus einem nicht dargestellten Giessgefäss über ein in die Kokille 1 reichendes Giessrohr mit flüssigem Stahl versorgt wird. Der in der Kokille 1 entstehende, einen flüssigen Kern 3 aufweisende Strang 2 wird in einer der Kokille 1 folgenden gebogenen Strangbahn 4 mit einem Radius von 10 m mit Hilfe von Rollen 5 geführt und gestützt. Zwischen den Rollen 5 sind Sprühdüsen 6 zur weiteren Kühlung des Stranges 2 angeordnet. Von einem Treib-Richter 7 wird der Strang ausgezogen und gerichtet.
  • In einem Abstand von ca. 5 m unterhalb des Kokillenendes ist ein Rührer in Form eines Wanderfeld-Magneten 10 bekannter Konstruktion an der Innenseite der Strangbahn 4 angeordnet. Zwischen dem Magneten 10 und der Innenseite des Stranges 2 sind Rollen 5' aus einem antimagnetischen Material, beispielsweise rostfreiem Stahl, angebracht. Der Magnet 10 ist zweiphasig aufgebaut. Auch dreiphasige Magnete können Anwendung finden. Die vom Rührer erzeugten Schubkräfte wirken quer zur Stranglängsachse.
  • Die auf der beschriebenen Anlage gegossenen Brammen hatten ein Format von 1550 mm x 270 mm. Die Auszugsgeschwindigkeit betrug etwa 0,55 m/min. Beide Phasen wurden bei einer Spannung von 200 V mit einer Frequenz von 2 Hz und ca. 1000 Ampere, d.h. symmetrisch, beaufschlagt. Fig.2 zeigt das Schliffbild eines mit einer Uebertemperatur von 29°C gegossenen Stahles mit 0,15% C, 0,025% S und üblichen weiteren Begleitelementen, wobei ein konventionelles Rührverfahren angewendet wurde. Das Schliffbild zeigt eine relativ dünne Randzone 20 mit überwiegend globulitischem Gefüge. An diese Zone 20 schliesst sich eine Zone 21 mit kolumnarem Gefüge zur Mitte gerichteter Dendriten an. Der Zone 21 folgt eine Zone 22, die über eine ungerichtete Kristallstruktur verfügt, heller ist und ein weisses Band darstellt. Dieses Band kann aus einem Stück bestehen, wie das Bezugszeichen 22 verweist, oder in mehrere Bänder 23, 24, 25 unterteilt sein. Der Zone 22 folgt eine Zone 26 mit dichter, ungerichteter Kristallstruktur, die in die Mittenseigerung 27 übergeht.
  • In Fig.3 ist das Ergebnis der quantitativen Analyse des Schwefelanteils längs der Linie III-III der Fig.2 dargestellt. Auf der Ordinate ist der Schwefelgehalt in Prozen- . ten und auf der Abzisse die Brammendicke aufgetragen. Aus dem Diagramm ist zu erkennen, dass der Schwefelgehalt im weissen Band (Zone 23, 24, 25) merklich verringert ist.
  • Fig.4 veranschaulicht ein Schliffbild des halben Querschnittes einer nach dem erfindungsgemässen Verfahren gerührten Bramme. Format des Brammenquerschnittes, Stahlqualität, Auszugsgeschwindigkeit, Richtung der Schubkräfte und Frequenz waren gleich wie für Fig.2 beschrieben. Die Uebertemperatur betrug 430C. Die Stärke für den Erregerstrom betrug für die eine Phase 830 A und für die andere Phase 1000 Ampere. Die eine Phase ist also gegenüber der anderen Phase mit einem um ca. 20% höheren Strom beaufschlagt, d.h. die Phasen der elektromagnetischen Felder sind asymmetrisch. Im Schliffbild ist wiederum eine Zone 31 mit überwiegend globulitischem Gefüge zu erkennen. Daran anschliessend folgt eine Zone 32 mit gegen die Mitte der Bramme gerichteten Dendriten. Eine schwach ausgebildete Zone 33 mit einer Kristallstruktur, die keine Ausrichtung zeigt, schliesst sich der Zone 32 an. Die Mitte der Bramme verfügt über eine Zone 34 mit einer ebenfalls ungerichteten Kristallstruktur, die aber feiner und dichter als diejenige gemäss Fig.2 ist.
  • Fig.5 zeigt das Ergebnis der quantitativen Analyse des Schwefelanteils längs der Linie V-V der Fig.4. Die Analyse lässt erkennen, dass beim Rühren des flüssigen Kernes nach dem erfindungsgemässen Verfahren mit der dadurch erzeugten turbulenten Strömung eine relativ gleichmässige Verteilung des Schwefels erreicht wird. Sowohl die positive Mittenseigerung als auch die negative Seigerung in der Zone 32 treten zum grossen Teil nicht mehr auf und nur noch unbedeutende weisse Bänder sind vorhanden.
  • Durch die beschriebene Asymmetrie entstehen Schubkräfte mit unterschiedlicher Schubwirkung auf die Schmelze, d.h. durch den häufigen, frequenzabhängigen Wechsel zwischen stärkerer und schwächerer Schubkraft wird die Turbulenz innerhalb der Strömung im flüssigen Kern wesentlich erhöht. Durch die zeitliche Reihung der schwächeren vor der stärkeren Schubkraft, d.h. die mib 830 A beaufschlagte Phase wird vor derjenigen mit 1000 A wirksam, kommt es in Wirkrichtung des Wanderfeldes durch die periodisch pulsierende Schubkraft zu Turbulenzerhöhungen.
  • Anhand von Schliffbildern hat sich gezeigt, dass im praktischen Giessbetrieb bei Giessbeginn eine wesentlich längere Zeitspanne bis zum Erreichen eines qualitätsmässig einwandfreien Gussgefüges verstreicht, wenn anstelle einer annähernd symmetrischen Betriebsweise des Rührers dieser schon in der Anfahrperiode asymmetrisch betrieben wird. Es müssen nämlich, um die gewünschte Turbulenz in der Schmelze zu erzielen, zunächst im Strangkern geschlossene Strömungskreisläufe, sogenannte Strömungswalzen, ausgebildet werden, in welche sodann auf Grund des Unterschiedes in den Schubkräften beider Phasen bei asymmetrischer Betriebsweise zusätzliche Turbulenzen integriert werden. Dies sieht in der Praxis so aus, dass bei Giessbeginn, bis sich eine ausreichende Strömung im Sumpf des Stranges ausgebildet hat, das Rühren mit nur geringem Unterschied in der Strombeaufschlagung beider Phasen, z.B. wird Phase 1 mit 1000 und Phase 2 mit annähernd 1000 Ampere beaufschlagt, begonnen wird. Nach Ausbilden der notwendigen Strömung, d.h. nach Erreichen einer turbulenten umlaufenden Bewegung im flüssigen Kern, wird auf die schon beschriebene asymmetrische Beaufschlagung umgeschaltet. Auf diese Weise konnte der in der Qualität schlechtere, erste Teil der Bramme deutlich verkürzt werden.
  • Es hat sich weiterhin gezeigt, dass auch die Laufrichtung des Wanderfeldes einen entscheidenden Einfluss auf die Gussqualität ausübt. Beispielsweise kann beim Rühren quer zum Strang mit einer geradlinig verlaufenden Schubrichtung diese an einer Brammenbreitseite von links nach rechts oder umgekehrt verlaufen. Der Rührer kann auf einer oder auf beiden Breitseiten angeordnet sein. Mit der Asymmetrie entsteht eine resultierende, naturgegebene, senkrecht zur Hauptbewegungskomponente und ebenfalls senkrecht zur Strangausziehrichtung wirkende Querkraft. Im bevorzugten Fall soll durch Einstellen der Schubrichtung der Felder die aus der Asymmetrie in den Phasen resultierende, senkrecht zur Rühreroberfläche verlaufende Kraft von der dem Strang zugekehrten Rührerfläche weg wirksam sein. Bei gewissen Giessparametern kann ihre Wirkrichtung um 180° gedreht, d.h. von der Strangmitte weg auf die Stranghaut zu gerichtet, sein.
  • Bei Zusammenwirken zweier, einander gegenüberliegender Rührer, z.B. bei dicken Brammen, können diese vorzugsweise so geschaltet sein, dass ihre Wanderfelder gegeneinander laufen, damit sowohl die Querkraft des einen als auch die des anderen Wanderfeldes zur Strangmitte hin gerichtet sind.
  • Die nach dem beschriebenen Verfahren erzeugte dichtere, ungerichtete Kristallstruktur sowie die unbedeutenden weissen Bänder ergeben beim Auswalzen der Brammen wesentlich bessere Eigenschaften des gewalzten Produktes. Obendrein wird für die Vorrichtung zur Erzeugung der optimalen turbulenten Strömung wenig Platz beansprucht.
  • Im angeführten Beispiel werden die unterschiedlichen Schubkräfte durch Beaufschlagen der Windungen mit unterschiedlichen Stromstärken erzeugt. Diese unterschiedlichen Schubkräfte können aber auch durch unterschiedliche geometrische Ausbildung der Phasen, z.B. der Windungszahlen, erzeugt werden. Die Wanderfeld-Magnete können auch so angeordnet werden, dass die unterschiedlichen Schubkräfte in Richtung der Stranglängsachse oder schräg zu dieser wirken. Anstelle von einem, von einer Strangseite wirkenden Wanderfeld kann ein zusätzliches Wanderfeld an der anderen Strangseite vorgesehen werden. Bei Strängen mit langen flüssigen Kernen kann in Stranglängsrichtung mehr als ein Wanderfeld wirken. Die turbulente Strömung kann auch in der Kokille wirksam sein, wobei die Strömung vorteilhaft so gehalten wird, dass sie den Badspiegel nicht beeinflusst, um keine negative Wirkung auf die Oberflächenqualität des Stranges hervorzurufen. Die beschriebene Asymmetrie kann auch durch das Zusammenwirken mehrerer Rührsegmente im gleichen Rührer mit unterschiedlicher Beaufschlagung oder geometrischer Ausbildung der Phasen erreicht werden.
  • Anhand von Fig.6 wird die Anwendung des erfindungsgemässen Verfahrens für eine Knüppelkokille beschrieben, wobei eine bogenförmig verlaufende Schubrichtung eine Drehbewegung der Schmelze um die Stranglängsachse erzeugt. Mit 51 ist im Schnitt eine Kokille bezeichnet. Sie besteht aus einem Ko-killenrohr 52 aus Kupfer und einem Kokillenmantel 53. Um das Rohr 52 ist ein Kühlmantel 54 angeordnet. Durch den Raum zwischen Kokille 52 und Kühlmantel 54 strömt Kühlwasser. Im Innern der Kokille 52 ist ein teilerstarrter Strang 60 mit einem flüssigen Kern 61 gezeigt. Dieser Strang 60 wird mit bekannten Mitteln aus der Kokille gezogen und weiter gekühlt.
  • An jeder Seite des Kühlmantels 54 sind Magnetpole 70, 71, 72, 73 angebracht, die mit je einer Windung 74, 75, 76, 77 versehen sind. Diese Magnetpole werden durch Kühlwasser im Raum zwischen Kühlmantel 54 und Kokillenmantel 53 gekühlt. Die Windungen 74, 75, 76, 77 sind so geschaltet, dass ein Wanderfeld entsteht. Diese Magnetpole bilden einen elektromagnetische Felder in den Strang induzierenden Rührer. Entsprechend der Giessparameter wird dabei die eine Phase gegenüber der anderen, nachfolgenden Phase mit einem um 10 - 25% höheren Strom gespeist. Für einen Knüppel von 100 x 100 mm sind die Windungen 74 und 76 bei einer Frequenz von 50Hz und einer Spannung von 50 V mit 400 A und die Windungen 75 und 77 mit 320 A beaufschlagt. Das Wanderfeld erzeugt im flüssigen Stahl unterschiedlich wirkende Schubkräfte, die auf Grund der beschriebenen Anordnung der Magnetpole eine Drehbewegung der Schmelze bewirken. Wird tieferes Eindringen der Rührwirkung oder eine kleinere Rührgeschwindigkeit gewünscht, so wird die Frequenz entsprechend verringert, speziell bei grossen Wandstärken des Kokillenrohres.
  • Die Schaltung kann aber auch so gewählt werden, dass der magnetische Fluss zwischen den Polpaaren 70, 72 bzw. 71, 73 fliesst und mit Hilfe des magnetischen Feldes die Drehbewegung auf diese Weise erzeugt wird. Dabei werden die Polpaare 70, 72 beispielsweise mit 400 A und die Polpaare 71, 73 mit 320 A erregt.
  • Für grössere Knüppel- und Vorblockformate kann die Anzahl der Pole erhöht werden. Anstelle der asymmetrischen Beaufschlagung der Windungen mit Strom können die unterschiedlich wirkenden Schubkräfte durch unterschiedliche geometrische Ausbildung der Phasen erzeugt werden, z.B. durch unterschiedliche Windungszahl oder durch unterschiedliche Ausbildung der Poleisen, wie Form und Grösse der Eisenquerschnitte und/oder Polachsenrichtungen usw.
  • Die asymmetrische Beaufschlagung mit Strom oder die unterschiedliche geometrische Ausbildung können auch kombiniert werden. Im angeführten letzten Beispiel ist das Rühren mit bogenförmig verlaufender Schubrichtung in der Kokille beschrieben worden. Dieses Rühren kann aber auch in der Sekundärkühlzone Anwendung finden. Anstelle der bogenförmig verlaufenden Schubrichtung kann in der Kokille auch die geradlinige, in Stranglängsrichtung verlaufende Schubrichtung angewendet werden.
  • Das erfindungsgemässe Verfahren kann für alle Typen von Stranggiessanlagen mit Durchlaufkokillen Anwendung finden, auch für Anlagen zum Giessen von Träger-Vorprofilen und von Nichteisenmetallen. Bei Strängen mit langen, flüssigen Kernen können mehrere Rührer zusammen wirken.

Claims (9)

1. Verfahren zum Stranggiessen von Metall, bei dem Schmelze in eine Kokille gegossen, der entstehende, einen flüssigen Kern aufweisende Strang ausgezogen, geführt sowie weiter gekühlt und durch mindestens einen elektromagnetische Felder in den Strang induzierenden Rührer eine turbulente Strömung im flüssigen Kern erzeugt wird, dadurch gekennzeichnet, dass die turbulente Strömung durch unterschiedlich auf die Schmelze wirkende, von Asymmetrie in den Phasen der Felder beeinflusste Schubkräfte erzeugt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass von den unterschiedlich wirkenden Schubkräften innerhalb der Felder eine geradlinig verlaufende Schubrichtung in der Schmelze quer oder längs zur Stranglängsachse erzeugt wird.
3. Verfahren nach Anspruch l, dadurch gekennzeichnet, dass von den unterschiedlich wirkenden Schubkräften innerhalb der Felder eine bogenförmig um die Stranglängsachse verlaufende Schubrichtung in der Schmelze erzeugt wird.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 - 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Windungen einer Phase gegenüber den Windungen mindestens einer anderen Phase der Felder von unterschiedlichen Stromstärken beaufschlagt werden.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Windungen der einen Phase gegenüber den Windungen der anderen Phase mit einem um 10% bis 25% höheren Strom beaufschlagt werden.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 - 3, dadurch gekennzeichnet, dass die unterschiedlich wirkenden Schubkräfte durch unterschiedliche geometrische Ausbildungen der Phasen erzeugt werden.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 - 6, dadurch gekennzeichnet, dass die schwächere Schubkraft der einen Phase vor der stärkeren Schubkraft der in Schubrichtung nachfolgenden Phase wirksam wird.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 - 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Asymmetrie in den Phasen in der Anfahrperiode von annähernd Null auf einen vorgegebenen Maximalwert eingestellt wird.
9. Verfahren nach Anspruch 2 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass durch Einstellen der Schubrichtung der Felder die aus der Asymmetrie in den Phasen resultierende, senkrecht zur Rühreroberfläche verlaufende Kraft von der dem Strang zugekehrten Rührerfläche weg wirksam wird.
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