EP0758277A1 - Verfahren und vorrichtung zum erwärmen einer metallischen schmelze - Google Patents

Verfahren und vorrichtung zum erwärmen einer metallischen schmelze

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EP0758277A1
EP0758277A1 EP95914277A EP95914277A EP0758277A1 EP 0758277 A1 EP0758277 A1 EP 0758277A1 EP 95914277 A EP95914277 A EP 95914277A EP 95914277 A EP95914277 A EP 95914277A EP 0758277 A1 EP0758277 A1 EP 0758277A1
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melt
thermal energy
casting
heating
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Mannesmann 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
    • B22D11/10—Supplying or treating molten metal
    • B22D11/11—Treating the molten metal

Definitions

  • the invention relates to a method for heating a metallic melt introduced into a mold of a continuous casting system by means of an immersion nozzle, in particular a steel melt covered with a casting powder, and a device for carrying out the method.
  • Casting speed causes lower friction forces than with high or low casting speed. From this it can be deduced that the
  • the mold stroke and the strand lubrication must be optimally adjusted to the casting conditions.
  • the casting powder on the melt influences the
  • Casting area is largest and decreases towards the mold exit.
  • pouring aids are essentially only affected in the area of the pouring level.
  • the strand shell cools under the great heat removal, shrinks and lifts off the mold wall.
  • Liquid steel contributes to the heat dissipated in the mold
  • Strand shell prevented. Cracks develop in the strand shell for example by hanging up during or after the mold overflows or when bridges are formed between the immersion spout and the strand shell.
  • the invention has therefore set itself the goal of creating a method and a corresponding device with which a uniform
  • the invention achieves this goal by the characterizing features of method claim 1 and device claim 4.
  • a laser beam is used, in which the energy of a bundled light beam is used for heating.
  • Laster beam differs from ordinary light in its high monochrome, coherence, parallelism and energy density.
  • Beam quality influences the concrete work size value.
  • the intensity can be adjusted by varying the values mentioned.
  • Laser energy sources can directly influence the critical area in the continuous casting of steel materials, namely the area of the mold level.
  • the punctiform thermal energy is not only set in the amount of its thermal energy, but also in its temporal use.
  • punctiform is not here
  • the thermal energy point has the usual finite expansion when using lasers. It is suggested that the thermal energy point in the areas between the immersion nozzle and the to move the corresponding long side of the mold edge.
  • the starting point, the end point and the paths and speeds between these end points can be freely selected.
  • the devices for generating the laser beam can be arranged at a safe location outside the mold and the immersion nozzle, the laser beam being able to be guided to the desired area on the surface of the melt via a mirror.
  • Figure 2 shows the location of the thermal energy point.
  • FIG. 1 shows a section in the upper region and a top view of the continuous casting device 10 in the lower region.
  • the melt S on which the casting powder G floats.
  • the immersion spout 12 is immersed in the melt 5.
  • a laser energy duel 21 is arranged, from which a laser beam is guided via laser optics 27 via a movable central mirror 22 or a movable outside mirror 23 onto the surface of the molten bath S.
  • the laser energy source 21 can be at any point outside of the
  • the mirrors 22 and 23 are pivotable about an axis 26.
  • the axis 26 is connected to a control unit 32, which with a
  • Calculator 31 is connected.
  • This computing element 31 is connected to a temperature sensor 33 in terms of measurement technology and to the laser energy source 21 in terms of control technology.
  • a temperature sensor 33 in terms of measurement technology
  • the laser energy source 21 in terms of control technology.
  • the melt surface can be coated on both sides of the immersion spout 12 via a laser energy source 21 through the use of two fixed mirrors 24, of which front mirrors can be designed to pivot away in the laser steel direction.
  • FIG. 2 shows the position of the energy point as a function of time.
  • the position L in the area between the mold 11 and the immersion spout 12 is shown in the upper left side.
  • the thermal energy point is on one side of the
  • the middle of the bath surface is led outwards at a slow speed and then jerkily taken back to the center in order to be brought out again at a reduced speed.
  • a heat point is started from the center and led outwards, then jerked back to the center to be led out to the other side at a slow speed and then to jump back to the center and the heat in to the other side at a slow speed bring in the surface of the weld pool.

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
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Description

Verfahren und Vorrichtung zum Erwärmen einer metallischen Schmelze - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Erwärmen einer über einen Tauchausguß in eine Kokille einer 5tranggießanlage eingeführten metallischen Schmelze, insbesondere einer mit einem Gießpulver abgedeckten Stahlschmelze und einer Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens.
Beim Stranggießen von Stahl treten Adhäsionskräfte zwischen Strang und Kokille auf, die zu hohen Zugspannungen in der Strangschale und dadurch zu Rissen in der Strangoberfläche oder sogar zum Abreißen des Stranges führen können. Beim Stranggießen von Stahl wird daher für eine
Oszillationsbewegung zwischen der Kokille und dem Strang gesorgt. Dies wird beim Vertikalstranggießen regetmäßig durch eine sinusförmige Aufund Abbewegung der Kokille erzeugt.Diese Kokillenbewegung verhindert ein Kleben der neugebildeten Strangschale an der Kokillenwand.
Zwischen, der Kokille und der Strangschale treten in Abhängigkeit der Oszillations- und Gießgeschwindigkeit Reibungskräfte auf. Diese
Reibungskräfte sind darüber hinaus noch abhängig von der
Kokillenbreite, Kokillenlänge, Kokillenkonizität und auch von der Schmierung. Dabei hat sich gezeigt, daß unabhängig von der
Kokillengröße ein Hubtischsystem bei einer bestimmten mittleren
Gießgeschwindigkeit niedrigere Reibungskräfte verursacht als bei hoher oder niedriger Gießgeschwindigkeit. Daraus läßt sich ableiten, daß der
Kokillenhub und die Strangschmierung auf die Gießbedingungen optimal einzustellen sind.
Das auf der Schmelze sich befindende Gießpulver nimmt Einfluß auf den
Wärmestrom der über die Kokille abgeführten Wärme. Die Unterschiede im
Wärmestrom durch den Einfluß der Gießhilfsmittel sind im
Gießspiegelbereich am größten und nehmen zum Kokillenaustritt hin ab.
Hieraus kann geschlossen werden, daß die Strangschalendicke durch das
Gießhilfsmittel im wesentlichen nur im Bereich des Gießspiegels beeinflußt wird.
Es hat sich gezeigt, daß mit der Gießgeschwindigkeit die
Wärmestromdichte in einer Kokille ansteigt.Die abgeführte Wärme ist im
Gießspiegel am höchsten. Hier steht nämlich der flüssige Stahl in engem
Kontakt mit der Kokillenwand und weist die höchste Temperatur auf.
Unter dem großen Wärmeentzug kühlt sich die Strangschale ab, sie schrumpft dabei und hebt sich von der Kokillenwand ab.
Art und Verhalten des Gießpulvers nehmen dabei Einfluß auf die abgeführte Wärme der Kokille. Dabei hat sich gezeigt, daß aus dem
Flüssigstahl die abgeführte Wärme in der Kokille bei
leichtschmelzendem Gießpulver größer ist als bei einem
schwerschmetzenden. Ein noch höherer Anstieg der abgeführten Wärme konnte bei Verwendung von Rüböl als Kokillenschmierung festgestellt werden.
Ungenügende Wärmeabfuhr ist eins der Ursachen für Durchbrüche beim
Stranggießen. Beim Durchbruch geht regelmäßig eine Schwächung der
Strangschale in der Kokille voraus, es entsteht also ein Riß in der
Strangschale oder die Schlacke hat die Wärmeabfuhr durch die
Strangschale unterbunden. Risse in der Strangschale entstehen beispielsweise durch Aufhängen bei oder nach dem überlaufen der Kokille oder bei Brückenbildung zwischen Tauchausguß und Strangschale.
Die Erfindung hat sich daher das Ziel gesetzt, ein Verfahren und eine entsprechende Vorrichtung zu schaffen, mit der eine gleichmäßige
Wärmeabfuhr über die Kokille und konstante Reibungskräfte zwischen Strangschale und Kokille gewährleistet werden.
Die Erfindung erreicht dieses Ziel durch die kennzeichnenden Merkmale des verfahrensanspruchs 1 und des Vorrichtungsanspruchs 4.
Erfindungsgemäß wird vorgeschlagen, die Wärmeenergie in die Oberfläche des Schmelzbades punktformig einzubringen und dabei den
Wärmeenergiepunkt an der Oberfläche auf einer vorgebbaren Linie zu führen. Eingesetzt wird hierzu ein Laserstrahl, bei dem die Energie eines gebündelten Lichtstrahls zum Erwärmen eingesetzt wird. Ein
Lasterstrahl unterscheidet sich vom gewöhnlichen Licht durch hohe Monochromie, Kohärenz, Parallelität und Energiedichte.
Durch den Einsatz eines Laserstrahls ist es möglich, Werkstoffe, einschließlich Metallen, in eng begrenzten Bereichen zu erwärmen bzw. aufzuschmelzen. Die von der Justierung, dem Durchmesser, der
Leistungsstabilität, der Fokussierung und ähnlichen abhängige
Strahlqualität beeinflußt den konkreten Arbeitsgrößenwert. Durch
Variiern der genannten werte läßt sich die Intensität einstellen.
Durch die außerhalb der Stranggießkokille anordnenbare
Laserenergiequelle läßt sich unmittelbar Einfluß nehmen auf den kritischen Bereich beim Stranggießen von Stahlwerkstoffen, nämlich der Bereich des Gießspiegels.
Die punktformig eingebrachte Wärmeenergie wird erfindungsgemäß nicht nur in der Höhe ihrer Wärmeenergie, sondern auch in ihrem zeitlichen Einsatz vorgebba.r eingestellt. Der Begriff punktformig ist hier nicht
mathematisch zu verstehen, der Wärmeenergiepunkt hat die beim Einsatz von Lasern übliche endliche Ausdehnung. So wird vorgeschlagen, den Wärmeenergiepunkt in den Bereichen zwischen dem Tauchausguß und der korrespondierenden Längsseite des Kokillenrandes zu bewegen. Frei wählbar sind dabei der Startpunkt, der Endpunkt sowie die Wege und die Geschwindigkeiten zwischen diesen Endpunkten.
Die Geräte zur Erzeugung des Laserstrahls lassen sich an sicherer Stelle außerhalb von Kokille und Tauchausguß anordnen, wobei der Laserstrahl über einen Spiegel auf den gewünschten Bereich an der Oberfläche der Schmelze führbar ist.
Ein Beispiel der Erfindung ist in der beigefügten Zeichnung dargelegt.
Dabei zeigen die
Figur 1 skizzenhaft die Lasterstrahleinrichtung
Figur 2 die Lage des Wärmeenergiepunktes.
In der Figur 1 ist im oberen Bereich ein Schnitt und im unteren Bereich eine Draufsicht der Stranggießeinrichtung 10 dargestellt. In der Kokille 11 befindet sich die Schmelze S, auf der das Gieθpulver G aufschwimmt. In die Schmelze 5 taucht der Tauchausguß 12 ein.
Außerhalb der Stranggießeinrichtung 10 ist eine Laserenergieouelle 21 angeordnet, von der über eine Laseroptik 27 ein Laserstrahl über einen beweglichen Zentralspiegel 22 bzw. einen beweglichen Außenspiegel 23 auf die Oberfläche des Schmelzbades S geführt wird.Die Laserenergiequelle 21 läßt sich dabei an einem beliebigen Punkt außerhalb der
Stranggießeinrichtung anordnen, wobei der Laserstrahl über feste Spiegel 24 leitbar ist.
Die Spiegel 22 bzw.23 sind um eine Achse 26 schwenkbar. Die Achse 26 ist dabei an eine Steuereinheit 32 angeschlossen, die mit einem
Rechenglied 31 in Verbindung steht. Dieses Rechenglied 31 ist dabei meßtechnisch mit einem Temperaturfühler 33 und steuerungstechnisch mit der Laserenergiequelle 21 verbunden. Im unteren Teil der Figur 1 ist auf der rechten Seite dargestellt, daß über eine Laserenergiequelle 21 durch den Einsatz von zwei festen Spiegeln 24, von denen in Laserstahlrichtung vordere wegschwenkbar ausgestaltet sein kann, die Schmelzenoberfläche zu beiden Seiten des Tauchausgusses 12 bestreichbar ist.
Die Figur 2 zeigt die Lage des Energiepunktes in Abhängigkeit von der Zeit. In der linken oberen Seite ist die Lage L in den Bereich zwischen der Kokille 11 und dem Tauchausguß 12 dargestellt.
Im oberen Diagramm wird der Wärmeenergiepunkt auf einer Seite des
Schmelzbades zwischen Kokille und Tauchausguß gleichmäßig hin- und hergeführt.
Im mittleren Diagramm werden zwei Wärmeenergiepunkte jeweils von der
Mitte der Badoberfläche mit langsamer Geschwindigkeit nach außen geführt und dann ruckartig wieder zum Mittelpunkt zurückgenommen zu werden, um wieder erneut mit verminderter Geschwindigkeit nach außen geführt zu werden.
Im unteren Diagramm wird ein Wärmepunkt jeweils von der Mitte gestartet und nach außen geführt, dann ruckartig zur Mitte zurückgeführt um zur anderen Seite mit langsamer Geschwindigkeit nach außen geführt zu werden um dann wieder zur Mitte zurückzuspringen, um zur anderen Seite mit langsamer Geschwindigkeit die Wärme in die Oberfläche des Schmelzbades einzubringen.

Claims

Patentansprüche:
1. Verfahren zum Erwärmen einer über einen Tauchausguß in eine Kokille einer Stranggießanlage eingeführten metallischen Schmelze, insbesondere einer mit einem Gießpulver abgedeckten Stahlschmelze, dadurch gekennzeichnet,
daß die Wärmeenergie in die Oberfläche des Schmelzbades punktformig eingebracht wird und
daß der Wärmeenergiepunkt an der Oberfläche des Schmelzbades auf einer vorgebbaren Linie geführt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß mindestens je ein Wärmeenergiepunkt in den Bereichen zwischen dem Tauchausguß und dem der korrespondierenden Längsseite des Kokillenrandes bewegt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Wärmeenergiepunkt der natürlichen Strömung der
Flüssigschmelze folgend im Zentrum der Schmetzenoberflache im Schattenbereich Tauchausguß und Kokille beginnend in den freien Schmelzenoberflächenbereich geführt wird.
4. Einrichtung zum Erwärmen einer über einen Tauchausguß in eine
Kokille einer Stranggießanlage eingeführten metallischen Schmelze, insbesondere einer mit einem Gießpulver abgedeckten Stahlschmelze, zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß eine Laserenergiequelle (21) sowie eine Laseroptik (27) außerhalb der Kokille (11) angeordnet sind und
daß ein beweglicher Spiegel (22,23) vorgesehen ist, mit dem die
Wärmeenergie lokal vorbestimmbar in die Oberfläche der Schmelze
(S) einbringbar ist.
5. Einrichtung nach Anspruch 4,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Spiegel (22,23) an einer drehbaren, über eine Steuereinheit (32) antreibbaren Achse (26) aufgehängt ist.
6. Einrichtung nach Anspruch 5,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Steuereinheit (32) an ein Rechenglied (31) gekoppelt ist und nach einem wiederholbaren, vorgebbaren Programm den Spiegel (22,23) schwenkt.
7. Einrichtung nach Anspruch 6,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Rechenglied (31) mit Meßelementen (33), insbesondere Temperaturfühler, verbunden ist, die mit der Steuereinheit (32) einen Regelkreis bildend den Laserstrahl führt.
EP95914277A 1994-04-26 1995-03-30 Verfahren und vorrichtung zum erwärmen einer metallischen schmelze Expired - Lifetime EP0758277B1 (de)

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