EP0850116A1 - Elektromagnetische einrichtung für eine stranggiesskokille - Google Patents

Elektromagnetische einrichtung für eine stranggiesskokille

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EP0850116A1
EP0850116A1 EP96932449A EP96932449A EP0850116A1 EP 0850116 A1 EP0850116 A1 EP 0850116A1 EP 96932449 A EP96932449 A EP 96932449A EP 96932449 A EP96932449 A EP 96932449A EP 0850116 A1 EP0850116 A1 EP 0850116A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
continuous casting
partial
pairs
mold
casting mold
Prior art date
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Application number
EP96932449A
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English (en)
French (fr)
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EP0850116B1 (de
Inventor
Dieter BÜLHOFF
Wolfram Jung
Hans-Joachim Paris
Otto-Alexander Schmidt
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Vodafone GmbH
Original Assignee
Mannesmann AG
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Publication date
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Application granted granted Critical
Publication of EP0850116B1 publication Critical patent/EP0850116B1/de
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Expired - Lifetime legal-status Critical Current

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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
    • B22D11/114—Treating the molten metal by using agitating or vibrating means
    • B22D11/115—Treating the molten metal by using agitating or vibrating means by using magnetic fields
    • 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

Definitions

  • the invention relates to a stationary continuous casting mold, in particular for casting steel, with an electromagnetic device which comprises a plurality of partial stirrers which are arranged on the outer wall of the continuous casting mold at a distance from one another and are connected to an alternating electrical voltage with a corresponding phase position for generating a rotating electromagnetic force field .
  • Stationary continuous casting molds are suitable for carrying out the method for casting steel in the immersion tube casting process, in which the immersion tube extending into the continuous casting mold is immersed in the melt. It is known to influence the solidification during the continuous casting of high-melting metals, such as steel, by generating rotating electromagnetic fields in the stationary continuous casting mold by stirring.
  • a stirring device for stationary continuous casting molds with two part stirring devices which can be operated independently of one another and which are arranged one behind the other in the casting direction on the outer wall of the continuous casting mold is known, for example, from DE-OS 38 19492.
  • the electromagnetic rotating fields are generated in the mold.
  • this stirring device is intended to achieve a uniform, finer structural structure of the cast strand, a uniform distribution of non-metallic inclusions, better heat dissipation, etc.
  • the stirring device (Herrmann, E., Manual of Continuous Casting, Aluminum-Verlag GmbH, Dusseldorf 1958, pages 417-429”) can be formed, for example, from a plurality of electromagnets made of horseshoe-shaped transformer sheets which are arranged vertically or horizontally on the wall of the Continuous casting mold are arranged.
  • the induction flow goes from one leg of the horseshoe to the other through the molten metal.
  • the molten metal passed through the mold is subjected to a continuous mechanical circulation flow due to the magnetic fluxes generated.
  • the stirring device is operated such that the electromagnets, the magnetic field of which, for example, propagates in the direction of the vertical axis of the mold, are controlled in such a way that the direction of the maximum magnetic flux rotates about the vertical axis of the mold. This is intended to achieve a good circulation of the molten metal with good efficiency at the same time.
  • Claim 1 specified features. Due to the characterizing features of subclaims 2 to 7, the inventive device of the stationary continuous casting coke can be designed in an advantageous manner.
  • the invention provides that the electromagnetic device comprises at least two pairs of partial stirrers and the partial stirrers of each pair are arranged opposite one another, namely rotated relative to one another by an x-shaped angle, the rotation taking place in a plane parallel to the pouring direction. All pairs are arranged essentially at the same height.
  • the electromagnetic devices each lead to a helical upward rotational movement of the molten metal in the central area of the mold, which causes superheated steel to move upward from the lower area of the mold, which in turn causes the melt to solidify between the ceramic inlet pipe and the mold wall (so-called bridging) prevented.
  • the electromagnetic device according to the invention results in horizontal and vertical rotation of the melt. These rotational movements generated in the melt effectively prevent the formation of white bands (bands with negative segregation).
  • the electromagnetic device also leads to an improvement in the degree of purity of the cast strand, since the reduction is more vertical
  • the electromagnetic device according to the invention has a particularly good effect if the amount of the angle by which the partial stirrers are rotated relative to the pouring direction is in the range between and 30 ° and 60 °.
  • the partial stirrers are designed as coils with a ferromagnetic U-shaped core. As a result, a strong magnetic field can be generated with little effort in the stationary caster.
  • an easy-to-use adaptation to different casting conditions is achieved by means of an actuator provided, by means of which the partial stirrers of each pair can be rotated against one another during operation.
  • the electromagnetic device can thus be optimally adjusted with little effort.
  • the partial stirrers are expediently mounted in rotatable brackets which can be adjusted by an actuator.
  • the control is usually done either manually or using a specified setting algorithm.
  • the frequency of the swellings on the surface of the melt can serve as a manipulated variable, however, the depth of the suction funnel of the metal melt that forms on the immersion tube can also be used.
  • Fig. 1 is a schematic spatial representation of a stationary
  • Fig. 2 is a plan view of the stationary shown in Fig. 1
  • Fig. 3 is a schematic spatial representation of a stationary
  • a stationary continuous casting mold 10 for the continuous casting of metals has a continuous casting mold which is formed by four mold walls 11, 12 made of metal, namely two broad sides 12 and two narrow sides 11.
  • the continuous casting coconut 10 is open at the top and bottom; the lower cross-sectional area through which the metal strand leaves the mold is normally less than or equal to the upper cross-sectional area of the continuous casting mold 10.
  • Mold walls 11, 12 enclose the mold cavity 13, into which a dip tube 14 protrudes, which has one or more outflow openings at the free end.
  • Molten metal is located in the mold cavity 13 and can be fed continuously via the dip tube 14 and is continuously discharged through the lower mold outlet opening.
  • the molten metal solidifies in contact with the cooled mold walls 11, 12 in the continuous casting mold 10, so that a shell is formed.
  • the thickness of this shell gradually increases as the metal passes through the continuous casting coconut 10 until it emerges as a strand from the lower part of the continuous casting cocily 10.
  • the shell must have a sufficient thickness upon exiting the continuous casting coke 10 because at that point the strand is not yet completely solidified in order to retain the molten core which finally solidifies and forms a solid strand.
  • the casting level which is set in the mold cavity 13 lies above the outflow opening of the dip tube 14 and is covered with casting powder.
  • the pouring memever serves as a lubricant and reduces the friction between the outer surface of the melt and the mold walls 11, 12.
  • the continuous casting mold 10 is provided with an electromagnetic device 20, which consists of the partial stirrers 21 - 24 arranged on the mold walls 11, 12 is formed.
  • the partial stirrers 21-24 are connected to form pairs 21, 24 and 22, 23.
  • two pairs 21, 24 and 22, 23 are provided, which are arranged to the right and left to the pouring direction A, the partial stirrers of a pair 21, 24 and 22, 23 each located opposite one another on the broad sides 12 of the continuous casting coke 10.
  • FIG. 1 reveals, the partial agitators 21, 24 and 22, 23 of a pair are rotated in an X-shaped manner parallel to one another in a plane parallel to the pouring direction.
  • the angle by which the partial stirrers of a pair are each rotated relative to one another is preferably in the range between and 30 ° and 60 °. in the exemplary embodiment, the partial stirrers of a pair are each rotated by 45 ° relative to one another, ie the rotation of the partial stirrers of a pair is (2 times 45 ° equal) 90 °.
  • the exact angle depends in a known manner on the phase position of the alternating voltage, which ensures the excitation of the partial stirrers 21-24.
  • the partial stirrers 21-24 are connected to alternating voltages which differ in the order of the partial stirrers 21-24 by a phase difference of 45 °, the angle by which the partial stirrers of a pair are to be arranged rotated relative to one another results , a value of 45 °.
  • Each partial stirrer 21 - 24 has a ferromagnetic U-shaped core.
  • the core is an iron core which is made from dynamo sheet and carries coils made of copper wires.
  • the cross section of the cores is rectangular; the Pohl shoes rest on the Kokiilenwallen 11, 12.
  • the generated magnetic fields of the partial stirrers 21-24 penetrate through the mold walls 11, 12 into the mold cavity 13 and penetrate the metal melt.
  • opposing force fields are induced in the left and right mold halves, which produce a flow in the melt rotating from the center to the left outer wall in the left mold half and a flow rotating from the center to the right wall in the right mold half.
  • the vertical components of the force fields are directed upwards in the central part of the mold; however, the horizontal vector components run in opposite directions for both mold halves.
  • the distance between the pairs of partial stirrers 21, 24 and 22, 23 is selected so that the melt performs a stirring movement in the area of the dip tube without the melt entering the mold through the dip tube being slowed down in the dip tube. Outside the immersion tube, the electromagnetic braking effect of the device 20 is quite desirable.
  • the electromagnetic device 20 makes it possible to reverse the vertical flow directions in the stationary continuous casting coke with the advantages mentioned, while at the same time stirring the melt horizontally. Due to the simultaneous horizontal stirring in the left and right part of the mold, temperature stratification is counteracted and the overheating heat is evenly reduced. Dendrites that form are stirred away and then accumulate as globulites on the solidification front of the melt. Due to the horizontal and vertical stirring of the melt, the formation of negative segregations (so-called white bands) is prevented.
  • Fig. 2 shows a plan view of the stationary continuous casting coke shown in Fig. 1.
  • the connection diagram of the partial agitators 21 -24 of the electromagnetic device 20 is shown.
  • the pairs 21, 24 and 22, 23 of the electromagnetic device 20 are each electrically connected in series.
  • the upper connections of the coils 25, 27 and 26, 28 are connected to one another.
  • the partial stirrers of a pair 21, 24 and 22, 23 can be operated on a normal AC voltage source.
  • an actuator (not shown) is provided, by means of which the partial stirrers of each pair 21, 24 and 22, 23 can be rotated relative to one another during operation in order to optimally adjust the electromagnetic device 20.
  • the partial stirrers 21, 24 and 22, 23 are expediently mounted in rotatable brackets which can be adjusted by the actuator.
  • the control is usually carried out by a microprocessor, either regulated by hand or using a predetermined setting algorithm.
  • the frequency of the swells on the surface of the melt can serve as the manipulated variable, but the depth of the suction funnel of the metal melt that forms on the immersion tube can also be used.
  • the electromagnetic device 20 can also be constructed from a multiplicity of pairs of partial stirrers 21, 24 and 22, 23, each of which corresponds to the corresponding ones described above in a subspace of the stationary continuous casting coke generate magnetic rotating fields with a corresponding sense of rotation, which can be set against one another by controlling the partial stirring pairs as well as a corresponding angular rotation of the partial stirrers of a pair 21, 24 and 22, 23.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
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Abstract

Die Erfindung betrifft eine stationäre Stranggiesskokille, insbesondere zum Giessen von Stahl, mit einer elektromagnetischen Einrichtung, die eine Vielzahl von Teilumrührern umfasst, welche paarweise auf der Aussenwand der Stranggiesskokille mit Abstand zueinander angeordnet und an eine elektrische Wechselspannung angeschlossen sind. Die Teilrührer (21-24) umfassen mindestens zwei Paare und die Teilumrührer jedes Paares sind einander gegenüberliegend und in einer Ebene parallel zur Giessrichtung gegeneinander um einen Winkel x-förmig verdreht angeordnet, wobei alle Paare im wesentlichen in derselben Höhe vorliegen.

Description

Elektromagnetische Einrichtung für eine Stranggießkokille
Beschreibung
Die Erfindung betrifft eine stationäre Stranggießkokille, insbesondere zum Gießen von Stahl, mit einer elektromagnetischen Einrichtung, die eine Vielzahl Teilumrührer umfaßt, welche auf der Außenwand der Stranggießkokiile mit Abstand zueinander angeordnet und an eine elektrische Wechseispannung mit entsprechender Phasenlage zur Erzeugung eines rotierenden elektromagnetischen Kraftfeldes angeschlossen sind.
Stationäre Stranggießkokillen eignen sich für die Durchführung des Verfahrens zum Gießen von Stahl im Tauchrohrgießverfahren, bei dem das in die Stranggießkokille hineinreichende Tauchrohr in die Schmelze eintaucht. Es ist bekannt, die Erstarrung beim Stranggießen hochschmelzender Metalle, wie Stahl, durch Erzeugung rotierender elekromagnetischer Felder in der stationären Stranggießkokille durch Rühren zu beeinflussen. Eine Rühreinrichtung für stationäre Stranggießkokillen mit zwei unabhängig voneinander betreibbaren Teilrühreinrichtungen, die hintereinander in Gießrichtung auf der Außenwand der Stranggießkokille angeordnet sind, ist beispielsweise aus der DE-OS 38 19492 bekannt. Die elektromagnetischen Drehfelder werden dabei in der Kokille erzeugt. Mit dieser Rühreinrichtung soll insbesondere eine gleichmäßige feinere Gefügestruktur des gegossenen Stranges, eine gleichmäßige Verteilung nichtmetallischer Einschlüsse, eine bessere Wärmeabfuhr usw. erzielt werden.
Zur Erzeugung des Magnetflusses kann die Rühreinrichtung ("Herrmann, E., Handbuch des Stranggießens, Aluminium-Verlag GmbH, Düsseldorf 1958, Seiten 417- 429") beispielsweise aus mehreren Elektromagneten aus hufeisenförmigen Transformatorblechen ausgebildet sein, die vertikal oder horizontal auf der Wand der Stranggießkokille angeordnet sind. Der Induktionsfluß geht dabei von einem Schenkel des Hufeisens zum anderen durch die flüssige Metallschmelze. Die durch die Kokille geleitete Metallschmelze wird dabei durch die erzeugten Magnetflüsse einer kontinuierlichen mechanischen Umwälzströmung unterworfen. Die Rühreinrichtung wird so betrieben, daß die Elektromagnete, deren magnetisches Feld sich beispielsweise in Richtung zur vertikalen Achse der Kokille ausbreitet, derart angesteuert werden, daß die Richtung des maximalen Magnetflusses um die vertikale Achse der Kokille rotiert. Damit soll eine gute Umwälzung der Metallschmelze bei gleichzeitig gutem Wirkungsgrad erzielt werden.
Das Rühren der Schmelze mit einer solchen Rühreinrichtung hat aber verschiedene Nachteile. So kommt es trotz des Rührens regelmäßig zu Aufwallungen an der Oberfläche der Schmelze, mit der Folge, daß Gießpulver und Schlackenteilchen am Tauchrohr in den Strangschalenbereich eingezogen werden. Ein weiterer Nachteil ist, daß sich trotz des Rührens immer wieder Brücken aus erstarrtem Metall zwischen Keramikeinlaufrohr und Kokillenwand im oberen Bereich der Stranggießkokille bilden. Auch kommt es bei dieser Art des Rührens immer noch zu einem Stau von Überhitzungswärme im inneren Bereich der Kokille, was die Bildung von Dendriten verstärkt, die sich dann meist unerwünschterweise als Globuliten an der Erstarrungsfront der Schmelze anlagern. Obwohl mit der bekannten Vorrichtung eine gleichmäßige Erstarrungsfront erzielbar ist, entstehen in der Schmelze Bänder mit negativer Seigerung.
Es ist das Ziel der vorliegenden Erfindung, eine elektromagnetische Einrichtung für eine stationäre Stranggießkokille anzugeben, bei der die Schmelze in der Stranggießkokilie so gerührt wird, daß Aufwallungen an der Oberfläche der Schmelze, die Bildung von Brücken aus erstarrtem Metall zwischen Keramikeinlaufrohr und Kokiilenwand im oberen Bereich der Stranggießkokilie und ein Stau von Überhitzungswärme im inneren Bereich der Kokille vermieden wird.
Die Erfindung löst das Problem durch die im kennzeichnenden Teil des
Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmale. Durch die kennzeichnenden Merkmaie der Unteransprüche 2 bis 7 ist die erfindungsgemaße Einrichtung der stationären Stranggießkokilie in vorteilhafter Weise ausgestaltbar. Die Erfindung sieht vor, daß die elektromagnetische Einrichtung mindestens zwei Paare Teilumrührer umfaßt und die Teilumrührer jedes Paares einander gegenüberliegend angeordnet sind, und zwar um einen Winkel x-förmig gegeneinander verdreht, wobei die Verdrehung in einer Ebene parallel zur Gießrichtung erfolgt. Alle Paare sind dabei im wesentlichen in derselben Höhe angeordnet.
Hierdurch wird erreicht, daß die ursprünglich vertikal gerichteten Strömungs¬ geschwindigkeiten der flüssigen Metallschmelze im Bereich des Einlaufrohrs umgekehrt, zumindest aber stark vermindert werden, wobei einer
Temperaturschichtung bei starker vertikaler Strömungsverminderung dadurch entgegengewirkt wird, daß die Teilrühreinrichtungen jeweils zusätzlich ein horizontales Rühren der flüssigen Metalischmelze bewirken. Die elektromagnetischen Einrichtungen führen jeweils zu einer wendeiförmig nach oben gerichteten Rotationsbewegung der flüssigen Metallschmelze im mittleren Bereich der Kokille, was bewirkt, daß überhitzter Stahl vom unteren Bereich der Kokille aufwärts bewegt wird, was wiederum eine Erstarrung der Schmelze zwischen Keramikeinlaufrohr und Kokillenwand (sogenannte Brückenbildung) verhindert. Durch die erfindungsgemäße elektromagnetische Einrichtung kommt es zu einer horizontalen und vertikalen Rotation der Schmelze. Diese in der Schmelze erzeugten Rotationsbewegungen verhindern wirkungsvoll das Entstehen weißer Bänder (Bänder mit negativer Seigerung).
Die elektromagnetische Einrichtung führt weiterhin zu einer Verbesserung des Reinheitsgrades des gegossenen Stranges, da die Verminderung vertikaler
Strömungen in der Schmelze das Aufschwimmen von Verunreinigungen in die Schlackenzone begünstigt.
Mit Vorteil wird bei einer stationären Stranggießkokilie mit rechteckigem, sogenanntem beam-blank Querschnitt vorgeschlagen, zwei Paare von Teilumrührem vorzusehen, wobei die Teilumrührer der Paare einander gegenüberliegend auf den Breitseiten angeordnet sind. Beide Paare erzeugen dabei unabhängig voneinander jeweils in dem zwischen ihnen liegenden Kokillenbereich eine wendeiförmig nach oben gerichtete Rotationsbewegung mit entgegengesetztem Drehsinn, wobei sich die Strömungen der Stahlschmelze in der stationären Stranggießkokilie im Bereich des Tauchrohrs gegenseitig so beeinflussen, daß auch um das Tauchrohr herum eine wendeiförmig nach oben gerichtete Rotationsbewegung der Schmelze entsteht.
Die Ansteuerung der Teilumrührer bei einer stationären Stranggießkokilie mit rechteckigem Querschnitt mit zwei Paaren von Teilumrührem vereinfacht sich, wenn die Teilumrührer eines jeden Paares elektrisch in Reihe geschaltet werden.
Eine besonders gute Wirkung weist die erfindungsgemäße elektromagnetische Einrichtung auf, wenn der Betrag des Winkels, um den die Teilumrührer gegenüber der Gießrichtung verdreht angeordnet sind, im Bereich zwischen und 30° und 60 ° liegt.
Bei einer günstigen Ausführungsform sind die Teilumrührer als Spulen mit einem ferromagnetischen U-förmigen Kern ausgebildet. Dadurch läßt sich ein starkes Magnetfeld mit geringem Aufwand in der stationären Stranggießkokilie erzeugen.
Eine einfach zu handhabende Anpassung an verschiedene Gießbedingungen wird durch einen vorgesehenen Stellantrieb erreicht, durch den die Teilumrührer jedes Paares während des Betriebs gegeneinander verdreht werden können. So kann die elektromagnetische Einrichtung mit geringem Aufwand optimal eingestellt werden. Die Teilumrührer sind dazu zweckmäßigerweise in drehbaren Halterungen gelagert, die von einem Stellantrieb verstellt werden können. Die Ansteuerung erfolgt üblicherweise entweder von Hand geregelt oder anhand eines vorgegebenen Einstellalgorithmus. Als Stellgröße kann beispielsweise die Häufigkeit der Aufwallungen an der Oberfläche der Schmelze dienen, es kann aber auch die Tiefe des sich am Tauchrohr bildenden Einsaugtrichters der Metallschmelze verwendet werden.
Ein Ausführungsbeispiel einer stationären Stranggießkokilie zum kontinuierlichen Gießen von Metallen, insbesondere Stahl, mit einer erfindungsgemäßen elektromagnetischen Einrichtung wird nachfolgend anhand der schematischen Zeichnung beschrieben. Diese zeigt in:
Fig. 1 eine schematische räumliche Darstellung einer stationären
Stranggießkokilie zum kontinuierlichen Gießen von Metallen mit einer erfindungsgemäßen elektromagnetischen Einrichtung, Fig. 2 eine Draufsicht auf die in Fig. 1 dargestellte stationäre
Stranggießkokilie mit dem Anschlußschema der Teilumrührer der elektromagnetischen Einrichtung an eine Wechselspannungsquelle und
Fig. 3 eine schematische räumliche Darstellung einer stationären
Stranggießkokilie nach Fig. 1 mit den durch die erfindungsgemäße elektromagnetische Einrichtung in der Schmelze induzierten mechanischen Kraftfeldern.
Wie in Fig. 1 gezeigt ist, weist eine stationäre Stranggießkokilie 10 zum kontinuierlichen Gießen von Metallen eine Stranggießkokillenform auf, die durch vier Kokillenwände 11, 12 aus Metall, nämlich zwei Breitseiten 12 und zwei Schmalseiten 11, gebildet wird. Die Stranggießkokilie 10 ist unten und oben offen; die untere Querschnittsfläche, durch die der Metallstrang die Kokille verläßt, ist normalerweise kleiner gleich der oberen Querschnittsfläche der Stranggießkokilie 10. Die
Kokillenwände 11, 12 umschließen den Kokillenhohlraum 13, in den ein Tauchrohr 14 hineinragt, das am freien Ende eine oder mehrere Ausströmöffnungen aufweist. In dem Kokillenhohlraum 13 befindet sich geschmolzenes Metall, das kontinuieriich über das Tauchrohr 14 zuführbar ist und durch die untere Kokillenaustrittsöffnung kontinuierlich abgeführt wird. Das geschmolzene Metali erstarrt bei Kontakt mit den gekühlten Kokillenwänden 11, 12 in der Stranggießkokilie 10, so daß eine Schale gebildet wird. Die Dicke dieser Schale nimmt allmählich zu, wenn das Metall die Stranggießkokilie 10 passiert, bis es als Strang aus dem Unterteil der Stranggießkokilie 10 austritt. Die Schale muß bei Austritt aus der Stranggießkokilie 10 eine ausreichende Dicke haben, weil der Strang zu dem Zeitpunkt noch nicht vollständig erstarrt ist, um den geschmolzenen Kern zurückzuhalten, der schließlich erstarrt und einen festen Strang bildet.
Der sich im Kokillenhohlraum 13 einstellende Gießspiegel liegt oberhalb der Ausströmöffnung des Tauchrohrs 14 und ist mit Gießpulver bedeckt. Das Gießpuiver dient als Gleitmittel und verringert die Reibung zwischen der Außenfläche der Schmelze und den Kokillenwänden 11, 12.
Die Stranggießkokilie 10 ist mit einer elektromagnetischen Einrichtung 20 versehen, die aus den auf den Kokillenwänden 11, 12 angeordneten Teilumrührem 21 - 24 gebildet wird. Die Teilumrührer 21 - 24 sind zu Paaren 21, 24 und 22, 23 zusammengeschaltet. Beim Ausführungsbeispiel sind je zwei Paare 21, 24 und 22, 23 vorgesehen, die rechts und links zur Gießrichtung A angeordnet sind, die Teilumrührer eines Paares 21, 24 und 22, 23 jeweils einander gegenüberliegend auf den Breitseiten 12 der Stranggießkokilie 10. Wie Fig. 1 erkennen läßt, sind die Teilumrührer 21 , 24 und 22, 23 eines Paares dabei in einer Ebene parallel zur Gießrichtung gegeneinander um einen Winkel x-förmig verdreht. Der Winkel, um den die Teilumrührer eines Paares jeweils gegeneinander verdreht angeordnet sind, liegt vorzugsweise im Bereich zwischen und 30° und 60°. im Ausführungsbeispiel sind die Teilumrührer eines Paares jeweils um 45° gegeneinander verdreht, d.h. die Verdrehung der Teilumrührer eines Paares ist (2 mal 45° gleich) 90°. Der genaue Winkel richtet sich in bekannter Weise nach der Phasenlage der Wechselspannung, die für die Erregung der Teilumrührer 21 - 24 sorgt. Werden wie im Ausführungsbeispiel die Teilumrührer 21 - 24 an Wecheispannungen angeschlossen, die sich in der Reihenfolge der Teilumrührer 21 - 24 jeweils um eine Phasendifferenz von 45° unterscheiden, so ergibt sich für den Winkel, um den die Teilumrührer eines Paares jeweils gegeneinander verdreht anzuordnen sind, ein Wert von 45°.
Jeder Teilumrührer 21 - 24 besitzt einen ferromagnetischen U-förmig ausgebildeten Kern. Beim Kern handelt es sich im Ausführungsbeispiel um einen Eisenkern, der aus Dynamoblech hergestellt ist und Spulen aus Kupferdrähten trägt. Der Querschnitt der Kerne ist rechteckig ausgebildet; die Pohlschuhe liegen auf den Kokiilenwänden 11, 12 auf. Die generierten Magnetfelder der Teilumrührer 21 - 24 dringen durch die Kokillenwände 11, 12 in den Kokillenhohlraum 13 ein und durchdringen die Metall- schmelze.
In der sich bewegenden Schmelze wird nach dem Induktionsgesetz eine Spannung induziert, die gleich der Ableitung des magnetischen Flusses nach der Zeit ist. Die aus der induzierten Spannung resultierenden elektrischen Ströme bewirken nach dem Biot-Sarvartschen Gesetz eine Kraftwirkung in der Schmelze, die dem vektoriellen
Produkt aus Induktion und Strom proportional ist. Das durch das Magnetfeld induzierte Kraftfeld führt in der Schmelze zu mechanischen Strömungen, die ein Umrühren der Schmelze bewirken. Jedes Paar Teilumrührer 21, 24 und 22, 23 wird unabhängig voneinander betrieben und phasenmäßig so angeschlossen, daß im Kokillenhohlraum 13 zwischen den Teilumrührem 21, 24 und 22, 23 jeweils ein resultierendes magnetisches Drehfeld erzeugt wird, das in der Schmelze ein drehendes mechanisches Kraftfeld, wie in Fig. 3 gezeigt, induziert, welches in der linken Kokillenhälfte seinen Ursprung nahe der vorderen Breitseite 12 und in der rechten Hälfte nahe der hinteren Breitseite 12 hat. Das drehende Kraftfeld ist dabei jeweils aufwärts, aber zur gegenüberliegenden Kokiilenwand gerichtet, d.h. es liegen Kraftkomponenten sowohl in vertikaler, als auch in horizontaler Richtung vor. Es werden also in der linken und rechten Kokillenhälfte gegensinnig verlaufende Kraftfelder induziert, die in der linken Kokillenhälfte eine von der Mitte zur linken äußeren Wand und in der rechten Kokillenhälfte eine von der Mitte zur rechten Wand rotierende Strömung in der Schmelze erzeugen. Dabei sind im mittleren Teil der Kokille die vertikalen Komponenten der Kraftfelder nach oben gerichtet; die horizontalen Vektorkomponenten verlaufen jedoch gegensinnig für beiden Kokillenhälften. Der Abstand der Teilumrührerpaare 21 , 24 und 22, 23 ist so gewählt, daß die Schmelze im Bereich des Tauchrohrs eine Rührbewegung ausführt, ohne daß die durch das Tauchrohr in die Kokille eintretende Schmelze bereits im Tauchrohr abgebremst wird. Außerhalb des Tauchrohrs ist die elektromagnetische Bremswirkung der Einrichtung 20 durchaus erwünscht.
im mittleren Bereich der Kokille wird durch die Teilumrührerpaare 21, 24 und 22, 23 folglich ein ständiges Aufwärtsströmen von heißer Schmelze erzeugt; der Schmelze wird dabei eine nach oben gerichtete wendeiförmige Rotationsbewegung aufgezwungen. Diese ist der natürlichen Bewegungsrichtung der Schmelze im Kokillenhohlraum 13 entgegengerichtet, so daß es innerhalb des Kokillenhohlraums 13 mindestens teilweise zu einer Unterdrückung der natürlichen Bewegung der Schmelze kommt und die damit verbundenen Aufwallungen an der Oberfläche mit den Nachteilen des Einziehens von Gießpulver und Schlackenteilchen in den Strangschalenbereich verhindert werden.
Die elektromagnetische Einrichtung 20 ermöglicht eine Umkehrung der vertikalen Strömungsrichtungen in der stationären Stranggießkokilie mit den genannten Vorteilen bei gleichzeitiger horizontaler Rührung der Schmelze. Durch die gleichzeitig erfolgende horizontale Rührung im linken und rechten Teil der Kokille wird einer Temperaturschichtung entgegengewirkt, die Überhitzungswärme gleichmäßig abgebaut. Es werden sich bildende Dendriten weggerührt, die sich dann als Globuliten an der Erstarrungsfront der Schmelze anlagern. Bedingt durch die horizontale und vertikale Rührung der Schmelze wird die Bildung negativer Seigerungen (sogenannte weiße Bänder) verhindert.
Fig. 2 zeigt eine Draufsicht auf die in Fig. 1 dargestellte stationäre Stranggießkokilie. Zusätzlich ist das Anschlußschema der Teilumrührer 21 -24 der elektromagnetische Einrichtung 20 dargestellt. Wie Fig. 2 erkennen läßt, sind die Paare 21, 24 und 22, 23 der elektromagnetische Einrichtung 20 jeweils elektrisch in Reihe geschaltet. So sind die oberen Anschlüsse der Spulen 25, 27 und 26, 28 miteinander verbunden. Durch die Reihenschaltung können die Teilumrührer eines Paares 21, 24 und 22, 23 an einer normalen Wechselsspannungsquelle betrieben werden.
Derselbe Effekt ist natürlich auch mit mehrphasigen um 120° zueinander phasenverschobenen Drehströmen erzielbar, wenn eine entsprechende asymmetrische räumliche Anordnung der Teilumrührerpaare 21, 24 und 22, 23 verwendet wird.
Um eine Anpassung an verschiedene Gießbedingungen zu erzielen, ist ein Stellantrieb (nicht gezeigt) vorgesehen, durch den die Teilumrührer jedes Paares 21, 24 und 22, 23 während des Betriebs vorgebbar gegeneinander verdreht werden können, um so die elektromagnetische Einrichtung 20 optimal einzustellen. Die Teilumrührer 21, 24 und 22, 23 sind dazu zweckmäßigerweise in drehbaren Halterungen gelagert, die von dem Stellantrieb verstellt werden können. Die Ansteuerung erfolgt üblicherweise durch einen Mikroprozessor, entweder von Hand geregelt oder anhand eines vorgegebenen Einstellalgorithmus. Als Stellgröße kann beispielsweise die Häufigkeit der Aufwallungen an der Oberfläche der Schmelze dienen, es kann aber auch die Tiefe des sich am Tauchrohr bildenden Einsaugtrichters der Metallschmelze verwendet werden.
Natürlich kann die elektromagnetische Einrichtung 20 auch aus einer Vielzahl von Teilumrührerpaaren 21, 24 und 22, 23 aufgebaut sein, die jeweils in einem Teilraum der stationären Stranggießkokilie die entsprechenden oben beschriebenen magnetischen Drehfelder mit entsprechendem Drehsinn erzeugen, was durch phasenrichtige Ansteuerung der Teilumrühreφaare sowie einer entsprechenden Winkelverdrehung der Teilumrührer eines Paares 21 , 24 und 22, 23 gegeneinander eingestellt werden kann.
BEZUGSZEICHENLISTE:
Stranggießkokillenform 10
Schmalseiten 11
Breitseiten 12
Kokillenhohlraum 13
Tauchrohr 14
elektromagnetische Einrichtung 20
Teilumrührer 21 -24
Spulen 25 -28
Gießrichtung A

Claims

Patentansprüche:
1. Stationäre Stranggießkokilie, insbesondere zum Gießen von Stahl, mit einer elektromagnetischen Einrichtung, die eine Vielzahl Teilumrührer umfaßt, welche paarweise auf der Außenwand der Stranggießkokilie mit Abstand zueinander angeordnet und an eine elektrische Wechseispannung mit entsprechender Phasenlage angeschlossen sind zur Erzeugung eines rotierenden elektro¬ magnetischen Kraftfeldes, dadurch gekennzeichnet, daß die Teilumrührer (21 -24) mindestens zwei Paare (21, 24 und 22,23) umfassen und die Teilumrührer jedes Paares (21, 24 und 22,23) einander gegenüberliegend und in einer Ebene parallel zur Gießrichtung gegeneinander um einen Winkel x-förmig verdreht und alle Paare (21, 24 und 22,23) im wesentlichen in derselben Höhe angeordnet sind.
2. Strangießkokille nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß bei einer stationären Stranggießkokilie mit rechteckigem Querschnitt die Teilumrührer der Paare (21 , 24 und 22,23) einander gegenüberliegend auf den Breitseiten (12) angeordnet sind.
3. Strangießkokille nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Teilumrührer eines jeden Paares (21, 24 und 22,23) elektrisch in Reihe geschaltet sind.
4. Strangießkokille nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrisch in Reihe geschalteten Teilumrührer (21, 24 und 22,23) jeweils an um 90° phasenverschobene Wechselspannungen angeschlossen sind.
5. Strangießkokille nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Betrag des Winkels, um den die Teilumrührer (21, 24 und 22,23) jeweils gegeneinander verdreht angeordnet sind, 30° bis 60° beträgt.
6. Strangießkokille nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Teilumrührer (21, 24 und 22,23) als Spulen (25 -28) mit einem ferromagnetischen U-förmigen Kern ausgebildet sind.
7. Strangießkokille nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß ein Stellantrieb vorgesehen ist, durch den die Teilumrührer jedes Paares (21 , 24 und 22,23) während des Betriebs vorgebbar gegeneinander verdrehbar sind.
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