EP3134220B2 - Verfahren und vorrichtung zum dunnbrammenstranggiessen - Google Patents

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EP3134220B2
EP3134220B2 EP15716054.0A EP15716054A EP3134220B2 EP 3134220 B2 EP3134220 B2 EP 3134220B2 EP 15716054 A EP15716054 A EP 15716054A EP 3134220 B2 EP3134220 B2 EP 3134220B2
Authority
EP
European Patent Office
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strand
thin
mold
electromagnetic
slab strand
Prior art date
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Active
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EP15716054.0A
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English (en)
French (fr)
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EP3134220A1 (de
EP3134220B1 (de
Inventor
Eberhard Sowka
Frank Spelleken
Andy Rohe
Helmut OSTERBURG
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
ThyssenKrupp Steel Europe AG
ThyssenKrupp AG
Original Assignee
ThyssenKrupp Steel Europe AG
ThyssenKrupp AG
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Publication date
Family has litigation
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Application filed by ThyssenKrupp Steel Europe AG, ThyssenKrupp AG filed Critical ThyssenKrupp Steel Europe AG
Publication of EP3134220A1 publication Critical patent/EP3134220A1/de
Application granted granted Critical
Publication of EP3134220B1 publication Critical patent/EP3134220B1/de
Publication of EP3134220B2 publication Critical patent/EP3134220B2/de
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    • 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
    • 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
    • B22D11/04—Continuous casting of metals, i.e. casting in indefinite lengths into open-ended moulds
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B22D11/103—Distributing the molten metal, e.g. using runners, floats, distributors
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    • 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
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    • B22D11/16—Controlling or regulating processes or operations
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B22D11/16—Controlling or regulating processes or operations
    • B22D11/20—Controlling or regulating processes or operations for removing cast stock

Definitions

  • the present invention is based on a method for thin slab continuous casting according to the preamble of claim 1.
  • EBR Electromagnetic Brake
  • the mold typically has a funnel-shaped, expanded cross-section in the upper part and a rectangular cross-section in the lower part. Due to these small thicknesses, the solidification times in thin slab continuous casting are comparatively short and the proportion of liquid melt inside the partially solidified strand is low. This inevitably results in a coarse, strictly oriented, columnar crystalline structure when thin slabs are continuously cast. However, such a structure can have a detrimental effect on the surface and internal properties of the products made from the thin slabs.
  • products made from the thin slab material may exhibit longitudinal streaks on the product surface, inhomogeneous mechanical properties, microstructure lines, core segregation, reduced HIC resistance (hydrogen induced cracking) and susceptibility to internal cracking.
  • a device for casting metal which comprises a mold for forming a cast strand and means for supplying a primary flow of hot metallic melt to the mold.
  • the device has a magnetic device which applies a static or periodic magnetic field to the flow of metal in the non-solidified parts of the cast strand in order to act on the molten metal in the mold during casting. This is intended to slow down and divide the flow of the hot metal in order to achieve a secondary flow pattern in the mold.
  • this document does not disclose in which area the electromagnetic stirrer is to be arranged in relation to the mold.
  • a method and a device for the continuous casting of thin slabs are known, which comprise ultrasonic transmitters mounted in the mold area and an electromagnetic brake.
  • the ultrasonic transmitters cause the mold wall to vibrate in order to reduce the temperature load, friction forces, adhesives and longitudinal depressions.
  • the particular difficulty in thin slab continuous casting is to achieve a significant microstructure refinement given the short solidification times and the small volume of liquid in the interior of the strand compared to thick slab continuous casting.
  • the present invention solves this problem.
  • a method for thin slab continuous casting comprising the method steps: feeding a metallic melt into a mold, forming a partially solidified thin slab strand from the metallic melt in the mold, reducing the flow rate of the metallic melt in the partially solidified thin slab strand by means of an electromagnetic brake (EMBR) arranged in the region of the mold and removing the partially solidified thin slab strand from the mold by means of a strand guide system, wherein non-solidified parts of the partially solidified thin slab strand are stirred by means of an electromagnetic stirrer arranged downstream below the mold along the strand withdrawal direction of the thin slab strand, wherein by means of the electromagnetic stirrer an electromagnetic traveling field is generated in an area of the thin slab strand is produced.
  • EMBR electromagnetic brake
  • the device according to the invention has the advantage over the prior art that a refinement of the solidification structure inside the thin slab strand is achieved by a concept for electromagnetic stirring specifically designed for thin slab continuous casting, and the simultaneous use of an electromagnetic brake prevents the increase in the flow rate of the molten steel in the mold area induced by the stirrer from leading to unacceptably strong local bath level fluctuations, ie bath level fluctuations of more than 15 mm, for example.
  • High turbulence at the bath level can lead to strand breakouts or strand surface defects due to casting slag caught on the bath level of the mold. Both strand breakouts and strand surface defects should be avoided.
  • the extent of the globulitic core zone in the direction of thickness is then at least 30% in particular.
  • longitudinal streaks, microstructure, core segregation and susceptibility to internal cracking can thus be reduced and the HIC resistance and the homogeneity of the mechanical and magnetic properties can be increased.
  • an electromagnetic traveling field is generated in an area of the thin slab strand that is between 0.9 and 3.8 m away from the bath level of the mold along the strand withdrawal direction.
  • an area of the thin slab strand that is between 0.9 and 3.8 m away from the bath level of the mold is understood to mean the area of the thin slab strand that is between 0.9 and 3.8 m away from the bath level in the mold, which is typically around 100 millimeters below the top of the mold.
  • the electromagnetic stirrer is preferably arranged in such a way that the traveling field acts on the parts of the strand that have not yet solidified immediately below the mold, since the traveling field can no longer have a positive influence on the grain structure in parts of the strand that have already solidified.
  • the electromagnetic traveling field is preferably generated in an area that is between 1.5 and 2.5 m away from the bath level of the mold along the strand withdrawal direction.
  • the position of the electromagnetic stirrer or the electromagnetic alternating field along the strand withdrawal direction is defined by the distance to the bath level in the mold: the distance to the bath level along the strand withdrawal direction is between 0.9 and 3.8 meters and preferably between 1.5 and 2.5 meters.
  • either a single electromagnetic stirrer is arranged on one side of the thin slab strand, either on the fixed side or the loose side, or a separate electromagnetic stirrer is arranged on each side, i.e. on both the fixed side and the loose side.
  • the fixed side is in particular the broad side of the strand guide segments, the position of which always remains unchanged and serves as a so-called reference line. Adjustments to the strand thickness formats are then always made via the opposite loose side.
  • the method according to the invention is used in particular for producing thin slabs in the continuous casting process and hot strip or cold strip made from them.
  • the hot strip or cold strip is used in particular for the production of electrical sheets (non-grain-oriented or grain-oriented) or sheets of high-strength steels with yield strength values greater than 400 megapascals (e.g. tempering steel).
  • a thin slab in the sense of the present invention comprises in particular a slab with a thickness of between 40 and 120 millimeters.
  • the first transverse direction always runs perpendicular to the strand withdrawal direction and parallel to the strand surface normal of the slab broadside, while the second transverse direction always runs perpendicular to the strand withdrawal direction and parallel to the strand surface on the slab broadside.
  • the slab broadside is understood to be the side of the rectangular cross-section of the thin slab strand that has the greater extent.
  • the first and second transverse directions therefore both run perpendicular to the strand withdrawal direction and perpendicular to each other.
  • the non-solidified parts are stirred within the mold and/or during the removal of the partially solidified thin slab strand from the mold through the strand guide system by means of the electromagnetic stirrer, which is positioned below the mold.
  • This advantageously ensures that during stirring the proportion of not yet solidified metallic melt inside the thin slab strand is still sufficiently large, i.e. at least 50% of the strand thickness, in order to obtain a core zone with the largest possible cross-section and a fine-grained, globulitic structure, i.e. in order to obtain a globulitic core zone with an extension in the thickness direction of the slab of at least 30%.
  • the electromagnetic stirrer is set in such a way that the electromagnetic traveling field runs along a second transverse direction, which runs perpendicular to the strand withdrawal direction and parallel to a strand surface on a broad side of the thin slab strand, from a first edge region of the thin slab strand to a second edge region of the thin slab strand opposite the first edge region.
  • the not yet solidified metallic melt in the thin slab strand is stirred so that fine, globulitic grains form in the solidification structure during solidification.
  • the electromagnetic traveling field is preferably reversed after a period of 1 to 60 seconds, particularly preferably between 1 and 10 seconds, so that the electromagnetic traveling field then runs along the second transverse direction from a second edge region of the thin slab strand to the first edge region of the thin slab strand. After the time period of 1 to 60 seconds has elapsed again, preferably again 1 to 10 seconds, the electromagnetic traveling field is reversed again and the cycle begins again.
  • a bidirectional, symmetrical electromagnetic traveling field is generated across the width of the thin slab strand by means of the electromagnetic stirrer, wherein the electromagnetic stirrer is adjusted such that a first subfield of the electromagnetic traveling field runs from the center of the thin slab strand to a first edge region of the thin slab strand and that a second subfield of the electromagnetic traveling field runs from the center to a second edge region of the thin slab strand opposite the first edge region.
  • This electromagnetic traveling field is preferably maintained for 1 to 60 seconds, particularly preferably between 1 and 10 seconds. After that, the electromagnetic traveling field generated by the electromagnetic stirrer and thus the direction of the two subfields are reversed.
  • This reversed electromagnetic traveling field is also preferably maintained for between 1 to 60 seconds and particularly preferably between 1 and 10 seconds. After that, the electromagnetic traveling field is reversed again and the cycle begins again.
  • This preferred embodiment ensures symmetrical stirring of the not yet solidified metallic melt within the already solidified edge zone of the thin slab strand, so that a symmetrical solidification structure with fine, globulitic grains is created.
  • a bidirectional, symmetrical electromagnetic traveling field is generated across the width of the thin slab strand by means of the electromagnetic stirrer, wherein the electromagnetic stirrer is set such that a first subfield of the electromagnetic traveling field runs from a first edge region of the thin slab strand to the center of the thin slab strand and that a second subfield of the electromagnetic traveling field runs from a second edge region of the thin slab strand opposite the first edge region to the center of the thin slab strand.
  • This electromagnetic traveling field is preferably held for 1 to 60 seconds, in particular between 1 and 10 seconds. After that, the electromagnetic traveling field generated by the electromagnetic stirrer and thus the direction of the two subfields are reversed.
  • This reversed electromagnetic traveling field is also held for between 1 to 60 seconds, in particular between 1 and 10 seconds. After that, the electromagnetic traveling field is reversed again and the cycle starts again.
  • This preferred embodiment also ensures a symmetrical stirring of the not yet solidified metallic melt within the already solidified edge zone of the thin slab strand, so that a symmetrical solidification structure with fine, globulitic grains is created.
  • an electromagnetic traveling field is generated across the width of the thin slab strand by means of the electromagnetic stirrer, the magnetic flux density of which is on average preferably 0.1 to 0.6 Tesla, particularly preferably 0.3 to 0.5 Tesla and very particularly preferably essentially 0.4 Tesla. It has been shown that an alternating field with amplitudes in the range of preferably 0.1 to 0.6 Tesla, particularly preferably 0.3 to 0.5 Tesla and very particularly preferably essentially 0.4 Tesla is sufficient to achieve accelerated and uniform overheating reduction in the metallic melt.
  • the flow velocity of the non-solidified parts in the partially solidified thin slab strand is a maximum of 0.7 meters per second or at least 0.2 meters per second and is preferably between 0.2 and 0.7 meters per second.
  • the associated circulation of the non-solidified parts in the thin slab strand ensures the accelerated and uniform reduction of the superheat and thus the desired microstructure refinement, without having to select a lower superheat from the outset, which would drastically increase the risk of immersion tube clogging.
  • the electromagnetic stirrer is set such that the stirring frequency is at least 0.1 Hz or a maximum of 10 Hertz and is preferably between 1 and 10 Hz. It has been shown that this stirring frequency range is particularly advantageous. At a stirring frequency of less than 0.1 Hz, there is no electromagnetic traveling field, so that no stirring effect occurs. If the stirring frequency is greater than 10 Hz, the penetration depth of the electromagnetic traveling field into the interior of the strand is too low and no refinement of the structure is achieved.
  • an electromagnetic field is generated within the mold by means of the electromagnetic brake, the magnetic flux density of which is preferably 0.1 to 0.3 Tesla, particularly preferably 0.15 to 0.25 Tesla and very particularly preferably essentially 0.2 Tesla.
  • the magnetic flux density of which is preferably 0.1 to 0.3 Tesla, particularly preferably 0.15 to 0.25 Tesla and very particularly preferably essentially 0.2 Tesla.
  • the magnetic field strengths of the electromagnetic traveling field caused by the electromagnetic stirrer and the field caused by the electromagnetic brake are coordinated with one another. It has been shown that a coordination of the magnetic field strengths of the electromagnetic traveling field caused by the electromagnetic stirrer and the field caused by the electromagnetic brake is advantageous.
  • the coordination is preferably carried out by increasing the magnetic field strength of the field of the electromagnetic brake by 20 to 80% of its basic value to values between 0.1 and 0.3 Tesla when the electromagnetic stirrer is switched on.
  • the basic value in this context is understood to be the magnetic field strength of the field of the electromagnetic brake, as it is typically achieved without the additional use of an electromagnetic stirrer. is used.
  • Typical basic settings for an electromagnetic brake without the use of an electromagnetic stirrer are fields with magnetic field strengths between 0.08 and 0.2 Tesla.
  • a further object of the present invention to solve the problem mentioned at the outset is a device for thin slab continuous casting, in particular using the method according to the invention, which has a feed means for feeding a metallic melt, a mold for forming a partially solidified thin slab strand from the metallic melt, an electromagnetic brake arranged in the region of the mold for reducing the flow rate of the metallic melt inside the partially solidified strand within the mold and a strand guide system for removing the partially solidified thin slab strand from the mold, wherein the device further has an electromagnetic stirrer arranged downstream below the mold along the strand withdrawal direction of the thin slab strand for stirring non-solidified parts of the partially solidified thin slab strand, wherein the electromagnetic stirrer is spaced between 0.9 and 3.8 m from the bath level of the mold along the strand withdrawal direction.
  • the device according to the invention has the advantage over the prior art that the metallic melt is stirred by the electromagnetic stirrer during continuous casting, thereby achieving a refinement of the solidification structure inside the thin slab strand.
  • Stirring the metallic melt ensures accelerated and uniform overheating reduction, which advantageously leads to the formation of a core zone with a fine-grained, globulitic structure inside the thin slab strand, while coarse columnar crystalline structures are broken up by stirring.
  • this fine-grained, globulitic core zone forms in the solidification structure, thereby avoiding or at least suppressing the formation of columnar crystals between the edge zone and the center region of the strand.
  • the products made from the thin slabs therefore have significantly reduced longitudinal streaks, microstructures and susceptibility to internal cracking, as well as increased HIC resistance and homogeneity of the mechanical and magnetic properties.
  • the electromagnetic stirrer generates in particular a spatially and/or temporally variable magnetic field in the area of the thin slab strand.
  • the electromagnetic stirrer preferably comprises a linear field stirrer, which is arranged on one of the two broad sides of the thin slab strand.
  • a linear field stirrer it would also be conceivable for a linear field stirrer to be arranged on each of the two opposite broad sides of the thin slab strand.
  • the electromagnetic stirrer comprises a rotating field stirrer or a helicoidal stirrer.
  • the electromagnetic stirrer is arranged along the direction of the thin slab strand's withdrawal below the electromagnetic brake. This advantageously achieves rapid and even reduction of overheating in the parts of the thin slab strand that have not yet solidified before solidification progresses into the interior of the thin slab strand, so that the solidification structure is refined.
  • the proportion of the globulitic core zone in the thin slab is greater the closer the electromagnetic stirrer is arranged to the meniscus of the thin slab strand or to the bath level.
  • the electromagnetic stirrer is also effective in the lower area of the mold so that early and rapid reduction of overheating in the interior of the strand is achieved, and that the currents in the metallic melt generated by the electromagnetic stirrer do not lead to increased bath level fluctuations or increased local bath level elevations in the mold.
  • the distance between the electromagnetic stirrer and the bath level is between 0.9 and 3.8 meters and preferably between 1.5 and 2.5 meters.
  • the electromagnetic stirrer is spaced 20 to 1000 millimeters, preferably 20 to 200 millimeters and particularly preferably 20 to 40 millimeters from a surface of the thin slab strand along the first transverse direction.
  • the device according to the invention is used in particular for producing thin slabs using the continuous casting process and hot strip or cold strip made from them.
  • the hot strip or cold strip is used in particular for producing electrical sheets (non-grain-oriented or grain-oriented) or sheets of high-strength steels with yield strength values greater than 400 megapascals (e.g. tempering steel).
  • a thin slab in the sense of the present invention includes in particular a slab with a thickness of between 40 and 120 millimeters.
  • the electromagnetic stirrer comprises a linear field stirrer for generating an electromagnetic traveling field in the region of the thin slab strand, wherein the direction of travel of the electromagnetic traveling field is aligned parallel to the second transverse direction.
  • the electromagnetic stirrer is in particular configured such that a first subfield of the electromagnetic traveling field runs from the center of the thin slab strand to a first edge region of the thin slab strand and a second subfield of the electromagnetic traveling field runs from the center to a second edge region of the thin slab strand opposite the first edge region.
  • This electromagnetic traveling field is maintained for between 1 and 60 seconds, preferably between 1 and 10 seconds.
  • the first subfield runs from the first edge region of the thin slab strand and the second Subfield from the second edge area of the thin slab strand, opposite the first edge area, to the center of the thin slab strand.
  • This field is also held for between 1 and 60 seconds, preferably between 1 and 10 seconds.
  • the cycle starts again from the beginning.
  • This advantageously achieves a uniform and symmetrical flow inside the strand and thus also a uniform removal of the overheating. On the one hand, this should bring about a homogeneous microstructure refinement inside the strand and, on the other hand, a uniform strand shell growth across the strand width. In this way, strand breakouts or longitudinal surface cracks are prevented from occurring.
  • the electromagnetic stirrer is set such that the flow rate of the metallic melt generated by the stirrer is at least 0.2 meters per second or a maximum of 0.7 meters per second and in particular is between 0.2 and 0.7 meters per second.
  • the flow rate of the metallic melt generated by the stirrer is at least 0.2 meters per second or a maximum of 0.7 meters per second and in particular is between 0.2 and 0.7 meters per second.
  • the flow rate should not be less than 0.2 meters per second because otherwise sufficient microstructure refinement cannot be achieved. For example, a globulitic core zone whose extent in the thickness direction is less than 30% can be considered insufficient.
  • the flow velocity should also not be greater than 0.7 meters per second to avoid a depletion of the melt in alloying elements in the area of the solidification front. The depletion of the melt in alloying elements in the area of the solidification front is measurable in the solidified material. This phenomenon is referred to as "white bands" or "white stripes”. White bands lead to inhomogeneous properties of the end product.
  • the electromagnetic brake in the upper half of the mold is spaced 20 to 150 millimeters, preferably 25 to 100 millimeters and particularly preferably substantially 75 millimeters from a surface of the thin slab strand along the first transverse direction.
  • the aforementioned distance is to be understood in particular as the smallest distance between the electromagnetic brake and the strand surface.
  • Figure 1 is a schematic sectional view of a device 1 for producing thin slabs in the continuous casting process according to an exemplary embodiment of the present invention.
  • metallic melt 2 is transferred from a steel ladle 6 into a distributor 3 and poured from the distributor 3 via a pouring pipe 4 (feeding means) into a mold 5 of the device 1.
  • the flow through the pouring pipe is controlled by a stopper 8 or a slide valve depending on the pouring level 7 in the mold 5.
  • the mold 5 comprises a mold with a downwardly open passage opening with a rectangular cross-section.
  • the broad sides 28 of the mold are spaced between 40 and 120 millimeters apart so that the mold 5 is suitable for casting thin slabs.
  • the mold consists of water-cooled copper plates which cause the supplied metallic melt to solidify in the edge area of the mold 5.
  • a thin slab strand 9 is formed from the continuously supplied metallic melt 2 with a solidified shell 10 and a largely unsolidified cross-section 11 within the solidified shell 10.
  • the mold 5 oscillates to prevent the strand surface from sticking to the mold 5.
  • the thin slab strand 9 passes through the Mould 5 along a vertical strand withdrawal direction 15.
  • the thin slab strand 9 is picked up by a transport system 12 (also referred to as strand guide system) with a plurality of strand guide rollers 13 and guided through a so-called casting arch 14.
  • the thin slab strand 9 is cooled until it is completely solidified.
  • first transverse direction 18 and a second transverse direction 30 are Figure 1
  • the first transverse direction 18 runs perpendicular to the strand withdrawal direction 15 and parallel to a strand surface normal of the slab broadside 28 (the slab broadside 28 protrudes Figure 1 into the drawing plane), while the second transverse direction 30 runs perpendicular to the strand withdrawal direction 15 and parallel to the strand surface on the slab broadside 28, ie perpendicular to the first transverse direction 18.
  • an electromagnetic brake 16 (EMBR: Electromagnetic Brake) is arranged, which slows down the flow rate of the metallic melt 2 inside the already partially solidified thin slab strand 9 and thus reduces bath level fluctuations in the mold 5.
  • the electromagnetic brake 16 comprises two coils arranged on both sides of the thin slab strand 9.
  • the electromagnetic brake 16 generates an electromagnetic field within the mold 5, the magnetic flux density of which is preferably 0.1 to 0.3 Tesla and particularly preferably essentially 0.2 Tesla.
  • the device 1 below the mold 5, the device 1 according to the invention has an electromagnetic stirrer 17 for stirring non-solidified parts of the partially solidified thin slab strand 9.
  • the electromagnetic stirrer 17 comprises a linear field stirrer which extends along one of the two broad sides 28 of the strand.
  • the linear field stirrer generates an electromagnetic traveling field 19 across the width of the thin slab strand 9 (see Figures 2a and 2b ), which runs cyclically back and forth between a first edge region 20 of the thin slab strand 9 and an opposite second edge region 21 of the thin slab strand 9 along a second transverse direction 30 that is perpendicular to the strand withdrawal direction 15 and parallel to the broad side 28 of the strand surface.
  • the electromagnetic traveling field 19 is generated in a region along the strand withdrawal direction 15 between 0.9 and 3.8 m, preferably between 1.5 and 2.5 m, away from the bath level of the mold 5 and comprises on average a magnetic flux density between 0.1 and 0.6 Tesla and preferably essentially 0.4 Tesla.
  • the electromagnetic traveling field leads to stirring of the metallic melt, which causes an accelerated and uniform reduction in overheating in the metallic melt. This advantageously leads to the formation of a larger core zone with a fine-grained, globulitic structure inside the thin slab strand 9, while coarse columnar crystalline structures are restricted by the electromagnetic stirring.
  • this effect is achieved by an electromagnetic stirrer 17 set in such a way that the flow speed of the non-solidified parts in the partially solidified thin slab strand is less than 0.7 meters per second and preferably between 0.2 and 0.7 meters per second.
  • the fine-grained, globulitic core zone then forms in the solidification structure, whereby the formation of columnar crystals between the edge zone and the center region of the thin slab strand 9 is suppressed.
  • the device or method described above is used to produce thin slabs, particularly for hot strip or cold strip.
  • the hot strip or cold strip is used in particular to produce electrical sheets (non-grain-oriented or grain-oriented) or sheets of high-strength steels with yield strength values greater than 400 megapascals (e.g. tempering steel).
  • the upper figure shows that the feed means comprises the pouring pipe 4, which is immersed in the metallic melt 2 in the mold 5, and pouring holes 22 formed on the pouring pipe 4 below the pouring level 7 in the lower part of the pouring pipe 4.
  • the metallic melt 2 is introduced by means of the pouring holes 22 at an angle to the strand withdrawal direction 15 of the thin slab strand 9 (see flow arrows 23).
  • the electromagnetic traveling field 19, induced by the electromagnetic stirrer 17 (not shown), is arranged below the mold 5.
  • the electromagnetic stirrer 17, which is arranged below the mold 5, generates the electromagnetic traveling field 19 below the mold 5, which in turn causes flows that can reach into the mold 5 - under certain circumstances even to the bath level.
  • the electromagnetic stirrer 17 is configured such that the electromagnetic traveling field 19 comprises two subfields, a first subfield 24 and a second subfield 25.
  • the first subfield 24 of the electromagnetic traveling field 19 moves cyclically back and forth between a center 26 of the thin slab strand 9 and the first edge region 20 of the thin slab strand 9, while the second subfield 25 of the electromagnetic traveling field 19 moves cyclically back and forth between the center 26 and the second edge region 21 of the thin slab strand 9.
  • the movement of the electromagnetic traveling field 19 is shown schematically by the movement arrows 27.
  • the division of the electromagnetic traveling field 19 into two bidirectional, symmetrical subfields leads to a uniform and symmetrical flow inside the thin slab strand 9 and thus also to a rapid and uniform dissipation of the overheating. On the one hand, this is intended to bring about a homogeneous microstructure refinement in the interior of the strand and, on the other hand, uniform strand shell growth across the width of the strand. In this way, the electromagnetic stirring prevents the potential risk of strand breakage or longitudinal surface cracks from occurring.
  • the electromagnetic stirrer 17 is also not adjusted according to the invention such that the flow rate of the metallic melt generated by the stirrer at the solidification front is between 0.2 and 0.7 meters per second.
  • the electromagnetic stirrer 17 must be adjusted in such a way that the currents generated by the electromagnetic stirrer 17 in the metallic melt 2 do not lead to increased bath level fluctuations and do not lead to increased local bath level elevations in the mold 5.
  • the magnetic field strengths of the electromagnetic stirrer 17 and the electromagnetic brake 16 should be coordinated with one another.
  • the coordination takes place, for example, by increasing the magnetic field strength of the electromagnetic brake 16 by 20 to 80% of its base value to values between 0.1 and 0.3 Tesla when the electromagnetic stirrer 17 is switched on.
  • the base value in this context is understood to be the magnetic field strength of the electromagnetic brake 16 as it is typically used without the additional use of an electromagnetic stirrer 17.
  • Typical basic settings for an electromagnetic brake 16 without the use of an electromagnetic stirrer 17 are 0.08 to 0.2 Tesla.
  • the electromagnetic traveling field 19 is not divided into two subfields 24, 25, but runs cyclically back and forth along the second transverse direction 30 between the first edge region 20 of the thin slab strand 9 and the opposite second edge region 21 of the thin slab strand 9.
  • This embodiment is shown by way of example in Figure 2b illustrated.
  • GKZ globulitic core zone
  • a test was therefore carried out with the steel grade S420MC, a casting speed of 5 meters per minute, a superheat in the tundish of 30 Kelvin, a strand thickness of 65 millimeters, a strand width of 1550 millimeters and a mold height of 1100 millimeters, in which the electromagnetic brake (EMBR) was arranged in the upper half of the mold and the electromagnetic stirrer (EMS) was arranged below the mold behind non-magnetic rollers of the transport system.
  • the electromagnetic stirrer or the electromagnetic alternating field of the electromagnetic stirrer was arranged at a distance of 2960 millimeters from the casting level.
  • the test series show that by switching on an electromagnetic stirrer arranged below the mold, the proportion of the globulitic core zone (GKZ) increases from 0 to 10 percent to a proportion of 40 to 60 percent.
  • the proportion of the globulitic core zone should be at least 30 percent and preferably greater than 50 percent. Overheating of less than 20 K should, however, be avoided, as otherwise problems would arise in the form of clogging of the immersion tubes in the mold (so-called "clogging"), which could result in strand surface defects or even strand breakages.
  • the distance between the bath level of the mold and the electromagnetic stirrer is therefore between 0.9 and 3.8 m and preferably between 1.5 and 2.5 m.

Landscapes

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

Description

    Stand der Technik
  • Die vorliegende Erfindung geht aus von einem Verfahren zum Dünnbrammen-Stranggießen nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
  • Es ist aus dem Stand der Technik allgemein bekannt, Dünnbrammen im Stranggussverfahren herzustellen. Hierbei wird eine metallische Schmelze erzeugt, welche mittels einer Stahlgießpfanne in einen Verteiler überführt wird. Von dem Verteiler fließt die metallische Schmelze über ein Gießrohr in eine Kokille, welche gekühlt und oszillierend bewegt wird. In der Kokille bildet sich aus der metallischen Schmelze ein Strang mit einer erstarrten Schale und einem großenteils noch nicht erstarrten Querschnitt innerhalb der erstarrten Schale. Beim Verlassen der Kokille wird der Strang von einem Transportsystem mit einer Vielzahl von Strangführungsrollen aufgenommen, zwischen welchen der Strang durch den sogenannten Gießbogen geführt wird und bis zur vollständigen Durcherstarrung abgekühlt wird. Es ist ferner bekannt, die Strömungsgeschwindigkeit der metallischen Schmelze im Inneren des bereits teilerstarrten Strangs innerhalb der Kokille mittels einer elektromagnetischen Bremse (EMBR: Electromagnetic Brake) zu verlangsamen. Hierbei ist das Ziel, die Strömungsgeschwindigkeit der Stahlschmelze am Badspiegel zu verringern und das Badspiegelprofil zu vergleichmäßigen, um die Schmierung zwischen Strang und Kokille zu verbessern und Strangoberflächenfehler, welche durch ein Einfangen von Gießschlacke entstehen können, zu verringern.
  • Zur Herstellung der Dünnbrammen mit Dicken zwischen 40 bis 120 Millimetern weist die Kokille typischerweise im oberen Teil einen trichterförmig erweiterten Querschnitt auf und im unteren Teil einen rechteckigen Querschnitt. Aufgrund dieser geringen Dicken sind die Durcherstarrungszeiten beim Dünnbrammen-Stranggießen vergleichsweise kurz und der Anteil von flüssiger Schmelze im Inneren des teilerstarrten Stranges gering. Hierdurch ergibt sich zwangsläufig ein grobes, streng gerichtetes, stengelkristallines Gefüge beim Stranggießen von Dünnbrammen. Ein solches Gefüge kann sich jedoch nachteilig auf die Oberflächen- und Innenbeschaffenheit der aus den Dünnbrammen hergestellten Produkte auswirken. Beispielsweise können je nach Stahlsorte und Gießbedingungen an den aus dem Dünnbrammenmaterial gefertigten Produkten Längsstreifigkeiten an der Produktoberfläche, inhomogene mechanische Eigenschaften, Gefügezeiligkeiten, Kernseigerungen, reduzierte HIC-Beständigkeit (Hydrogen Induced Cracking: Wasserstoff induzierte Rissbildung) und Innenrissanfälligkeiten auftreten.
  • Es ist vom konventionellen Dickbrammen-Stranggießen bekannt, Längsstreifigkeiten bei Dynamostählen durch ein Gießen mit sehr niedriger Überhitzung zu vermeiden. Beim Dickbrammen-Stranggießen ist jedoch eine vergleichsweise lange Durcherstarrungszeit gegeben, so dass Überhitzungen der Stahlschmelze im Tundish unterhalb von ca. 12 Kelvin ausreichen, um eine ausreichende Gefügeverfeinerung zu erzielen. Die Gefügeverfeinerung kann als ausreichend bezeichnet werden, wenn die Ausdehnung der globulitischen Kernzone in Dickenrichtung mehr als 30 % beträgt. Um den gleichen Effekt bei Dünnbrammen zu erzielen, müsste aufgrund der kürzeren Durcherstarrungszeiten eine derart niedrige Überhitzung gewählt werden, dass gießtechnische Probleme in Form von Zusetzungen der Tauchrohre in der Kokille (sogenanntes "Clogging") auftreten würden, woraus Strangoberflächenfehler oder sogar Strangdurchbrüche resultieren können.
  • Aus der Fachliteratur (z.B. "Improved quality and productivity in slab casting by electromagnetic breaking and stirring", C. Crister et al., 41th Steelmaking Seminar International, Resende, Brasilien, 23.-26. Mai 2010, Seite 1-15) ist weiterhin bekannt, dass in einigen Dickbrammenstranggießanlagen elektromagnetische Rührer zur Verfeinerung des Erstarrungsgefüges eingesetzt werden. Die Rührer sind hierbei entweder im Kokillenbereich oder mehrere Meter unterhalb des Kokillen-Badspiegels installiert.
  • Aus der Druckschrift DE 698 24 749 T2 ist ferner eine Vorrichtung zum Gießen von Metall bekannt, welche eine Form zum Bilden eines Gussstrangs und Mittel zum Zuführen eines primären Flusses heißer metallischer Schmelze zu der Form umfasst. Die Vorrichtung weist dabei eine magnetische Einrichtung auf, welche ein statisches oder periodisches Magnetfeld auf den Fluss des Metalls in den nicht-verfestigten Teilen des Gussstrangs anwendet, um während dem Gießen auf das geschmolzene Metall in der Form einzuwirken. Hierdurch soll der Fluss des heißen Metalls gebremst und aufgeteilt werden, um in der Form ein sekundäres Flussmuster zu erzielen. Darüber hinaus ist aus dieser Druckschrift auch bekannt, eine weitere Vorrichtung in Form eines elektromagnetischen Rührers vorzusehen, um auf die Schmelze in der Form oder auf die Schmelze stromabwärts der Form einzuwirken. Es wird in dieser Druckschrift allerdings nicht offenbart, in welchem Bereich der elektromagnetische Rührer in Bezug auf die Form angeordnet sein soll.
  • Der Einsatz einer elektromagnetischen Bremse und/oder eines elektromagnetischen Rührers beim Stranggießen von Stahl ist für Dickbrammenformate ferner bekannt aus den Druckschriften DE 21 2009 000 056 U1 und DE 10 2009 056 000 A1 .
  • Aus DE 100 20 703 A1 sind ein Verfahren und eine Vorrichtung zum kontinuierlichen Stranggießen von Dünnbrammen bekannt, welche im Kokillenbereich angebrachte Ultraschallgeber sowie eine elektromagnetische Bremse umfassen. Mittels der Ultraschallgeber wird eine Vibration der Kokillenwand zur Reduzierung der Temperaturbelastung, Reibkräfte, Kleber und Längsdepressionen bewirkt.
  • Aus JPH-08 323454 A ist ein Verfahren zum kontinuierlichen Stranggießen von Dünnbrammen bekannt, bei welchem in der Kokille eine Überhitzung von weniger als 0 °C eingestellt werden soll oder bei welchem unterhalb der Kokille die nicht erstarrte Schmelze gerührt werden soll. Während des Abführens des Stranges soll unterhalb der Kokille innerhalb des Biegebereichs des Stranges, in welchem eine Vielzahl an Drückrollen angeordnet ist, die vollständige Durcherstarrung des Stranges verhindert werden, um das Zusammendrücken des nicht vollständig erstarrten Stranges durch die Drückrollen zu ermöglichen. Ziel des Verfahrens ist die Herstellung von Dünnbrammen mit geringer Mittenseigerung.
  • Aus DE 195 42 211 A1 ist eine elektromagnetische Rühreinrichtung für Brammenstranggießkokillen bekannt, mittels derer die Strömungsgeschwindigkeit der Schmelze in der Kokille verlangsamt werden kann.
  • Aus EP 0 092 126 A1 ist ein Verfahren zum Umrühren flüssigen Metalls in einer Kokille bekannt, bei welchem die Bereiche in der Kokille, welche nicht durch den in die Schmelze eindringenden Gießsstrahl durchrührt werden, durch das Zusammenwirken eines statischen Magnetfeldes und der beim Bremsen des Gießstrahls induzierten Ströme umgerührt werden.
  • Aus JP 2003-326339 A ist ein Verfahren zum Stranggießen von Dünnbrammen bekannt, bei welchem die Strömungen in der Kokille beeinflusst werden, indem um das Tauchrohr ein nahezu U-förmiges elektromagnetisches Feld angelegt wird.
  • Beim Dünnbrammenstranggießen besteht die besondere Schwierigkeit darin, bei den im Vergleich zum Dickbrammenstranggießen kurzen Durcherstarrungszeiten und dem kleinvolumigen Flüssiganteil im Stranginneren eine signifikante Gefügeverfeinerung zu erreichen. Die vorliegende Erfindung löst dieses Problem.
  • Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung von Dünnbrammen im Stranggussverfahren bereitzustellen, welche trotz kurzer Durcherstarrungszeiten und vergleichsweise kleinvolumiger Flüssiganteile im Stranginneren die Erzeugung einer großen Kernzone mit feinkörnigem, globulitischem Gefüge im Dünnbrammenstrang ermöglichen, um die beim Stand der Technik durch ein grobes, streng gerichtetes, stengelkristallines Gefüge im Dünnbrammenstrang hervorgerufenen Nachteile zu verhindern. Ferner soll die Gefahr von Tauchrohrzusetzungen durch eine zu niedrige Überhitzung vermieden werden. Gelöst wird diese Aufgabe mit einem Verfahren zum Dünnbrammen-Stranggießen nach Anspruch 1, aufweisend die Verfahrensschritte: Zuführen einer metallischen Schmelze in eine Kokille, Formen eines teilerstarrten Dünnbrammenstrangs aus der metallischen Schmelze in der Kokille, Reduzieren der Strömungsgeschwindigkeit der metallischen Schmelze im teilerstarrten Dünnbrammenstrang mittels einer im Bereich der Kokille angeordneten elektromagnetischen Bremse (EMBR) und Abführen des teilerstarrten Dünnbrammenstrangs aus der Kokille mittels eines Strangführungssystems, wobei nichterstarrte Teile des teilerstarrten Dünnbrammenstrangs mittels eines entlang der Strangabzugsrichtung des Dünnbrammenstrangs stromabwärts unterhalb der Kokille angeordneten elektromagnetischen Rührers gerührt werden, wobei mittels des elektromagnetischen Rührers ein elektromagnetisches Wanderfeld in einem entlang der Strangabzugsrichtung zwischen 0,9 und 3,8 m vom Badspiegel der Kokille entfernten Bereich des Dünnbrammenstrangs erzeugt wird.
  • Die erfindungsgemäße Vorrichtung hat gegenüber dem Stand der Technik den Vorteil, dass durch eine spezifisch für das Dünnbrammenstranggießen ausgelegte Konzeption zum elektromagnetischen Rühren eine Verfeinerung des Erstarrungsgefüges im Inneren des Dünnbrammenstrangs erzielt wird und durch den gleichzeitigen Einsatz einer elektromagnetischen Bremse verhindert wird, dass die vom Rührer induzierte Erhöhung der Strömungsgeschwindigkeit der Stahlschmelze im Kokillenbereich zu unzulässig starken lokalen Badspiegelschwankungen, d.h. zu Badspiegelschwankungen von beispielsweise mehr als 15 mm, führt. Hohe Turbulenzen am Badspiegel können zu Strangdurchbrüchen oder zu Strangoberflächenfehlern durch am Badspiegel der Kokille eingefangene Gießschlacke führen. Sowohl Strangdurchbrüche als auch Strangoberflächenfehler sollen vermieden werden. Es hat sich überraschenderweise gezeigt, dass durch das elektromagnetische Rühren im Abstand von 0,9 bis 3,8 m unterhalb des Badspiegels der Kokille und insbesondere von der Kokillenunterseite ein beschleunigter und gleichmäßiger Überhitzungsabbau bewirkt wird, welcher vorteilhafterweise zur Bildung einer ausreichend großen, d.h. insbesondere mindestens 30 % in Dickenrichtung betragenden, Kernzone mit feinkörnigem, globulitischem Gefüge im Inneren des Dünnbrammenstrangs führt, während grobe, stengelkristalline Strukturen durch das Rühren limitiert werden. Trotz der beim Stranggießen von Dünnbrammen typischen kurzen Durcherstarrungszeiten und kleinvolumigen Flüssiganteile im Inneren des Dünnbrammenstrangs bildet sich diese feinkörnige, globulitische Kernzone im Erstarrungsgefüge aus, wodurch die Entstehung von Stengelkristallen zwischen der Randzone und dem Zentrumsbereich des Strangs stark reduziert wird. Die Ausdehnung der globulitischen Kernzone in Dickenrichtung beträgt dann insbesondere mindestens 30 %. Beim hergestellten Produkt können somit Längsstreifigkeiten, Gefügezeiligkeiten, Kernseigerungen und Innenrissanfälligkeiten verringert und die HIC-Beständigkeit und die Homogenität der mechanischen und magnetischen Eigenschaften gesteigert werden. Vorteilhafter Weise kann ferner an einer höheren und unkritischen Überhitzung festgehalten werden, so dass die Gefahr von Gießstörungen in Form von Tauchrohrzusetzungen und daraus resultierenden Strangoberflächenfehlern oder Strangdurchbrüchen ausgeräumt wird. Denkbar ist, dass beim vorliegenden Verfahren beispielsweise eine Überhitzung der Stahlschmelze im Tundish zwischen 10 und 50 Kelvin, vorzugsweise um 20 Kelvin, angewandt wird. Mittels des elektromagnetischen Rührers wird ein elektromagnetisches Wanderfeld in einem entlang der Strangabzugsrichtung zwischen 0,9 und 3,8 m vom Badspiegel der Kokille entfernten Bereich des Dünnbrammenstrangs erzeugt. Unter einem zwischen 0,9 und 3,8 m vom Badspiegel der Kokille entfernten Bereich des Dünnbrammenstrangs ist im Sinne der vorliegenden Erfindung derjenige Bereich des Dünnbrammenstrangs zu verstehen, der zum Badspiegel in der Kokille einen Abstand zwischen 0,9 und 3,8 m aufweist, welcher typischerweise um die 100 Millimeter unterhalb der Kokillenoberseite liegt. Vorzugsweise ist der elektromagnetische Rührer derart angeordnet, dass das Wanderfeld unmittelbar unterhalb der Kokille auf die noch nicht erstarrten Teile des Strangs einwirkt, da eine positive Beeinflussung des Korngefüges bei bereits erstarrten Teilen des Strangs durch das Wanderfeld nicht mehr möglich ist. Bevorzugt wird das elektromagnetische Wanderfeld in einem entlang der Strangabzugsrichtung zwischen 1,5 und 2,5 m vom Badspiegel der Kokille entfernten Bereich erzeugt. Erfindungsgemäß ist somit die Position des elektromagnetischen Rührers bzw. des elektromagnetischen Wechselfeldes entlang der Strangabzugsrichtung über den Abstand zum Badspiegel in der Kokille definiert: Der Abstand zum Badspiegel entlang der Strangabzugsrichtung umfasst zwischen 0,9 und 3,8 Meter und vorzugsweise zwischen 1,5 und 2,5 Meter. Im Sinne der vorliegenden Erfindung ist insbesondere entweder ein einziger elektromagnetischer Rührer auf einer Seite des Dünnbrammenstrangs, entweder auf der Festseite oder der Losseite, angeordnet oder es ist auf jeder Seite, d.h. sowohl auf der Festseite, als auch auf der Losseite ein separater elektromagnetischer Rührer angeordnet. Als Festseite wird dabei insbesondere diejenige Breitseite der Strangführungssegmente bezeichnet, die in ihrer Position stets unverändert bleibt und als sogenannte Bezugslinie dient. Anpassungen der Strangdickenformate werden dann stets über die gegenüberliegende Losseite vorgenommen. Das erfindungsgemäße Verfahren wird insbesondere zur Herstellung von Dünnbrammen im Stranggießverfahren und daraus gefertigtem Warmband oder Kaltband verwendet. Das Warmband oder Kaltband wird insbesondere zur Herstellung von Elektroblechen (nichtkornorientiert oder kornorientiert) oder Blechen höherfester Stähle mit Streckgrenzenwerten größer als 400 Megapascal (bspw. Vergütungsstahl) verwendet. Eine Dünnbramme im Sinne der vorliegenden Erfindung umfasst insbesondere eine Bramme mit einer Dicke zwischen 40 bis 120 Millimeter. Zur präzisen Beschreibung der geometrischen Verhältnisse werden im Folgenden neben der Strangabzugsrichtung noch zwei Querrichtungen, eine erste Querrichtung und eine zweite Querrichtung, erwähnt. Die erste Querrichtung verläuft dabei stets senkrecht zur Strangabzugsrichtung und parallel zur Strangoberflächennormalen der Brammenbreitseite, während die zweite Querrichtung stets senkrecht zur Strangabzugsrichtung und parallel zur Strangoberfläche auf der Brammenbreitseite verläuft. Unter der Brammenbreitseite ist dabei diejenige Seite des rechteckförmigen Querschnitts des Dünnbrammenstrangs zu verstehen, welche die größere Ausdehnung aufweist. Die erste und die zweite Querrichtung verlaufen somit beide senkrecht zur Strangabzugsrichtung, sowie senkrecht zueinander.
  • Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind den Unteransprüchen sowie der Beschreibung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen entnehmbar.
  • Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, dass die nichterstarrten Teile innerhalb der Kokille und/oder während des Abführens des teilerstarrten Dünnbrammenstrangs aus der Kokille durch das Strangführungssystems mittels des elektromagnetischen Rührers, welcher unterhalb der Kokille positioniert ist, gerührt werden. In vorteilhafter Weise wird hierdurch sichergestellt, dass beim Rühren der Anteil noch nicht erstarrter metallischer Schmelze im Inneren des Dünnbrammenstrangs noch ausreichend groß ist, d.h. mindestens 50 % der Strangdicke beträgt, um eine im Querschnitt möglichst großflächige Kernzone mit feinkörnigem, globulitischem Gefüge zu erhalten, d. h. um eine globulitische Kernzone mit einer Ausdehnung in Dickenrichtung von der Bramme von mindestens 30 % zu erhalten.
  • Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, dass der elektromagnetische Rührer derart eingestellt wird, dass das elektromagnetische Wanderfeld entlang einer zweiten Querrichtung, die senkrecht zur Strangabzugsrichtung und parallel zu einer Strangoberfläche auf einer Breitseite des Dünnbrammenstrangs verläuft, von einem ersten Randbereich des Dünnbrammenstrangs zu einem dem ersten Randbereich gegenüberliegendem zweiten Randbereich des Dünnbrammenstrangs läuft. Auf diese Weise wird ein Umrühren der noch nicht erstarrten metallischen Schmelze im Dünnbrammenstrang erzielt, so dass sich beim Erstarren feine, globulitische Körner im Erstarrungsgefüge bilden. Vorzugsweise wird das elektromagnetische Wanderfeld nach Ablauf einer Zeitspanne von 1 bis 60 Sekunden, besonders bevorzugt zwischen 1 und 10 Sekunden, umgekehrt, so dass das elektromagnetische Wanderfeld anschließend entlang der zweiten Querrichtung von einem zweiten Randbereich des Dünnbrammenstrangs zum ersten Randbereich des Dünnbrammenstrangs läuft. Nach einem erneuten Ablauf der Zeitspanne von 1 bis 60 Sekunden, vorzugsweise wiederum 1 bis 10 Sekunden, wird das elektromagnetische Wanderfeld erneut umgekehrt und der Zyklus beginnt von vorn.
  • Gemäß einer alternativen bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, dass mittels des elektromagnetischen Rührers ein bidirektionales, symmetrisches elektromagnetisches Wanderfeld über die Breite des Dünnbrammenstrangs erzeugt wird, wobei der elektromagnetische Rührer derart eingestellt wird, dass ein erstes Subfeld des elektromagnetischen Wanderfelds vom Zentrum des Dünnbrammenstrangs zu einem ersten Randbereich des Dünnbrammenstrangs läuft und dass ein zweites Subfeld des elektromagnetischen Wanderfelds vom Zentrum zu einem dem ersten Randbereich gegenüberliegenden zweiten Randbereich des Dünnbrammenstrangs läuft. Bevorzugt wird dieses elektromagnetische Wanderfeld 1 bis 60 Sekunden, besonders bevorzugt zwischen 1 und 10 Sekunden, gehalten. Danach werden das durch den elektromagnetischen Rührer erzeugte elektromagnetische Wanderfeld und damit die Richtung der beiden Subfelder umgekehrt. Dieses umgekehrte elektromagnetische Wanderfeld wird ebenfalls bevorzugt zwischen 1 bis 60 Sekunden und besonders bevorzugt zwischen 1 und 10 Sekunden, gehalten. Danach wird das elektromagnetische Wanderfeld erneut umgekehrt und der Zyklus beginnt von vorn. Diese bevorzugte Ausführungsform sorgt für ein symmetrisches Umrühren der noch nicht erstarrten metallischen Schmelze innerhalb der bereits erstarrten Randzone des Dünnbrammenstrangs, so dass ein symmetrisches Erstarrungsgefüge mit feinen, globulitischen Körnern entsteht.
  • Gemäß einer weiteren alternativen bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, dass mittels des elektromagnetischen Rührers ein bidirektionales, symmetrisches elektromagnetisches Wanderfeld über die Breite des Dünnbrammenstrangs erzeugt wird, wobei der elektromagnetische Rührer derart eingestellt wird, dass ein erstes Subfeld des elektromagnetischen Wanderfelds von einem ersten Randbereich des Dünnbrammenstrangs zum Zentrum des Dünnbrammenstrangs läuft und dass ein zweites Subfeld des elektromagnetischen Wanderfelds von einem dem ersten Randbereich gegenüberliegenden zweiten Randbereich des Dünnbrammenstrangs zum Zentrum des Dünnbrammenstrangs läuft. Vorzugsweise wird dieses elektromagnetische Wanderfeld 1 bis 60 Sekunden, insbesondere zwischen 1 und 10 Sekunden, gehalten. Danach werden das durch den elektromagnetischen Rührer erzeugte elektromagnetische Wanderfeld und damit die Richtung der beiden Subfelder umgekehrt. Dieses umgekehrte elektromagnetische Wanderfeld wird ebenfalls zwischen 1 bis 60 Sekunden, insbesondere zwischen 1 und 10 Sekunden, gehalten. Danach wird das elektromagnetische Wanderfeld erneut umgekehrt und der Zyklus beginnt von vorn. Diese bevorzugte Ausführungsform sorgt ebenfalls für ein symmetrisches Umrühren der noch nicht erstarrten metallischen Schmelze innerhalb der bereits erstarrten Randzone des Dünnbrammenstrangs, so dass ein symmetrisches Erstarrungsgefüge mit feinen, globulitischen Körner entsteht.
  • Gemäß einer nicht erfindungsgemäßen Ausführungsform ist vorgesehen, dass mittels des elektromagnetischen Rührers ein elektromagnetisches Wanderfeld über die Breite des Dünnbrammenstrangs erzeugt wird, dessen magnetische Flussdichte im Mittel bevorzugt 0,1 bis 0,6 Tesla, besonders bevorzugt 0,3 bis 0,5 Tesla und ganz besonders bevorzugt im Wesentlichen 0,4 Tesla beträgt. Es hat sich gezeigt, dass ein Wechselfeld mit Amplituden im Bereich von bevorzugt 0,1 bis 0,6 Tesla, besonders bevorzugt 0,3 bis 0,5 Tesla und ganz besonders bevorzugt im Wesentlichen 0,4 Tesla ausreicht, um einen beschleunigten und gleichmäßigen Überhitzungsabbau in der metallischen Schmelze zu erreichen. Dieser Effekt wird vorteilhafterweise durch einen derart eingestellten elektromagnetischen Rührer erzielt, dass die Strömungsgeschwindigkeit der nicht erstarrten Teile im teilerstarrten Dünnbrammenstrang maximal 0,7 Meter pro Sekunde oder mindestens 0,2 Meter pro Sekunde beträgt und bevorzugt zwischen 0,2 und 0,7 Meter pro Sekunde liegt. Die hiermit verbundene Umwälzung der nichterstarrten Teile im Dünnbrammenstrang sorgt für den beschleunigten und gleichmäßigen Abbau der Überhitzung und dadurch für die gewünschte Gefügeverfeinerung, ohne dass eine von vorneherein niedrigere Überhitzung gewählt werden muss, durch welche die Gefahr von Tauchrohrzusetzungen drastisch zunehmen würde.
  • Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, dass der elektromagnetische Rührer derart eingestellt wird, dass die Rührfrequenz mindestens 0,1 Hz oder maximal 10 Hertz beträgt und bevorzugt zwischen 1 und 10 Hz liegt. Es hat sich gezeigt, dass dieser Rührfrequenzbereich besonders vorteilhaft ist. Bei einer Rührfrequenz kleiner als 0,1 Hz liegt kein elektromagnetisches Wanderfeld vor, so dass keine Rührwirkung auftritt. Wenn die Rührfrequenz größer als 10 Hz ist, dann ist die Eindringtiefe des elektromagnetischen Wanderfelds in das Stranginnere zu gering und es wird keine Gefügeverfeinerung erzielt.
  • Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, dass mittels der elektromagnetischen Bremse ein elektromagnetisches Feld innerhalb der Kokille erzeugt wird, dessen magnetische Flussdichte bevorzugt 0,1 bis 0,3 Tesla, besonders bevorzugt 0,15 bis 0,25 Tesla und ganz besonders bevorzugt im Wesentlichen 0,2 Tesla beträgt. Vorteilhafterweise wird hierdurch die Strömungsgeschwindigkeit der metallischen Schmelze zwischen den teilerstarrten Randbereichen des Strangs gebremst und somit Gießspiegelschwankungen, sowie aus Gießspiegelschwankungen resultierende Oberflächenfehler (sogenannte Schalenfehler) und Innenfehler (bspw. Gießschlackeneinschlüsse) verhindert.
  • Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, dass die Magnetfeldstärken des durch den elektromagnetischen Rührer hervorgerufenen elektromagnetischen Wanderfeldes und des durch die elektromagnetische Bremse hervorgerufenen Feldes aufeinander abgestimmt werden. Es hat sich gezeigt, dass eine Abstimmung der Magnetfeldstärken des durch den elektromagnetischen Rührer hervorgerufenen elektromagnetischen Wanderfeldes und des durch die elektromagnetische Bremse hervorgerufenen Feldes vorteilhaft ist. Die Abstimmung erfolgt vorzugsweise, indem die Magnetfeldstärke des Feldes der elektromagnetischen Bremse bei Zuschalten des elektromagnetischen Rührers um 20 bis 80 % ihres Grundwerts auf Werte zwischen 0,1 bis 0,3 Tesla angehoben wird. Als Grundwert wird in diesem Zusammenhang die Magnetfeldstärke des Feldes der elektromagnetischen Bremse verstanden, wie sie ohne zusätzlichen Einsatz eines elektromagnetischen Rührers typischerweise eingesetzt wird. Typische Grundeinstellungen für eine elektromagnetische Bremse ohne Einsatz eines elektromagnetischen Rührers sind Felder mit Magnetfeldstärken zwischen 0,08 und 0,2 Tesla.
  • Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung zur Lösung der eingangs genannten Aufgabe ist eine Vorrichtung zum Dünnbrammenstranggießen, insbesondere unter Verwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens, welches ein Zuführmittel zum Zuführen einer metallischen Schmelze, eine Kokille zum Formen eines teilerstarrten Dünnbrammenstrangs aus der metallischen Schmelze, eine im Bereich der Kokille angeordnete elektromagnetische Bremse zum Reduzieren der Strömungsgeschwindigkeit der metallischen Schmelze im Inneren des teilerstarrten Stranges innerhalb der Kokille und ein Strangführungssystem zum Abführen des teilerstarrten Dünnbrammenstrangs aus der Kokille aufweist, wobei die Vorrichtung ferner einen entlang der Strangabzugsrichtung des Dünnbrammenstrangs stromabwärts unterhalb der Kokille angeordneten elektromagnetischen Rührer zum Rühren von nichterstarrten Teilen des teilerstarrten Dünnbrammenstrangs aufweist, wobei der elektromagnetische Rührer entlang der Strangabzugsrichtung zwischen 0,9 und 3,8 m vom Badspiegel der Kokille beabstandet ist.
  • Die erfindungsgemäße Vorrichtung hat gegenüber dem Stand der Technik den Vorteil, dass die metallische Schmelze durch den elektromagnetischen Rührer während des Stranggießens gerührtwird, wodurch eine Verfeinerung des Erstarrungsgefüges im Inneren des Dünnbrammenstrangs erzielt wird. Das Rühren der metallischen Schmelze sorgt für einen beschleunigten und gleichmäßigen Überhitzungsabbau, welcher vorteilhafterweise zur Bildung einer Kernzone mit feinkörnigem, globulitischem Gefüge im Inneren des Dünnbrammenstrangs führt, während grobe stengelkristalline Strukturen durch das Rühren aufgebrochen werden. Trotz der beim Stranggießen von Dünnbrammen typischen kurzen Durcherstarrungszeiten und kleinvolumigen Flüssiganteile im Inneren des Dünnbrammenstrangs bildet sich diese feinkörnige, globulitische Kernzone im Erstarrungsgefüge aus, wodurch die Entstehung von Stengelkristallen zwischen der Randzone und dem Zentrumsbereich des Strangs vermieden oder zumindest unterdrückt wird. Die aus den Dünnbrammen hergestellten Produkte weisen somit deutlich verringerte Längsstreifigkeiten, Gefügezeiligkeiten und Innenrissanfälligkeiten, sowie erhöhte HIC-Beständigkeit und Homogenität der mechanischen und magnetischen Eigenschaften auf. Der elektromagnetische Rührer erzeugt insbesondere ein räumlich und/oder zeitlich veränderliches Magnetfeld im Bereich des Dünnbrammenstrangs. Der elektromagnetische Rührer umfasst vorzugsweise einen Linearfeldrührer, welcher an einer der beiden Breitseiten des Dünnbrammenstrangs angeordnet ist. Denkbar wäre aber auch, dass an beiden gegenüberliegenden Breitseiten des Dünnbrammenstrangs je ein Linearfeldrührer angeordnet ist. Alternativ umfasst der elektromagnetische Rührer einen Drehfeldrührer oder einen Helicoidalrührer.
  • Der elektromagnetische Rührer ist entlang der Strangabzugsrichtung des Dünnbrammenstrangs unterhalb der elektromagnetischen Bremse angeordnet. In vorteilhafter Weise wird somit in den noch nicht erstarrten Teilen des Dünnbrammenstrangs ein rascher und gleichmäßiger Abbau der Überhitzung erreicht, bevor die Erstarrung ins Innere des Dünnbrammenstrangs voranschreitet, so dass die Verfeinerung des Erstarrungsgefüges erzielt wird. Grundsätzlich ist der Anteil der globulitischen Kernzone in der Dünnbramme größer, je näher der elektromagnetische Rührer am Meniskus des Dünnbrammenstrangs bzw. am Badspiegel angeordnet ist. Gleichzeitig muss jedoch sichergestellt sein, dass der elektromagnetische Rührer auch im unteren Bereich der Kokille wirksam ist, damit ein frühzeitiger und rascher Abbau der Überhitzung im Stranginneren erzielt wird, und die von dem elektromagnetischen Rührer erzeugten Strömungen in der metallischen Schmelze nicht zu verstärkten Badspiegelschwankungen und nicht zu vergrößerten lokalen Badspiegelüberhöhungen in der Kokille führen. Der Abstand zwischen dem elektromagnetischen Rührer und dem Badspiegel umfasst zwischen 0,9 und 3,8 Meter und vorzugsweise zwischen 1,5 und 2,5 Meter. Ferner ist insbesondere vorgesehen, dass der elektromagnetische Rührer 20 bis 1000 Millimeter, vorzugsweise 20 bis 200 Millimeter und besonders bevorzugt 20 bis 40 Millimeter von einer Oberfläche des Dünnbrammenstrangs entlang der ersten Querrichtung beabstandet ist.
  • Die erfindungsgemäße Vorrichtung dient insbesondere zur Herstellung von Dünnbrammen im Stranggussverfahren und daraus gefertigtem Warmband oder Kaltband. Das Warmband oder Kaltband wird insbesondere zur Herstellung von Elektroblechen (nicht kornorientiert oder kornorientiert) oder Blechen höherfester Stähle mit Streckgrenzenwerten größer als 400 Megapascal (bspw. Vergütungsstahl) verwendet. Eine Dünnbramme im Sinne der vorliegenden Erfindung umfasst insbesondere eine Bramme mit einer Dicke zwischen von 40 bis 120 Millimeter.
  • Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, dass der elektromagnetische Rührer einen Linearfeldrührer zur Erzeugung eines elektromagnetischen Wanderfeldes im Bereich des Dünnbrammenstrangs umfasst, wobei die Laufrichtung des elektromagnetischen Wanderfeldes parallel zur zweiten Querrichtung ausgerichtet ist. Der elektromagnetische Rührer ist insbesondere derart konfiguriert, dass ein erstes Subfeld des elektromagnetischen Wanderfelds vom Zentrum des Dünnbrammenstrangs zu einem ersten Randbereich des Dünnbrammenstrangs läuft und ein zweites Subfeld des elektromagnetischen Wanderfelds vom Zentrum zu einem dem ersten Randbereich gegenüberliegenden zweiten Randbereich des Dünnbrammenstrangs läuft. Dieses elektromagnetische Wanderfeld wird zwischen 1 und 60 Sekunden, vorzugsweise zwischen 1 und 10 Sekunden gehalten. Danach wird es umgekehrt, so dass das erste Subfeld vom ersten Randbereich des Dünnbrammenstrangs und das zweite Subfeld vom zweiten, dem ersten Randbereich gegenüberliegendem Randbereich des Dünnbrammenstrangs zum Zentrum des Dünnbrammenstrangs laufen. Auch dieses Feld wird zwischen 1 und 60 Sekunden, vorzugsweise zwischen 1 und 10 Sekunden gehalten. Danach beginnt der Zyklus wieder von vorne. In vorteilhafter Weise werden somit eine gleichmäßige und symmetrische Strömung im Inneren des Strangs und somit auch eine gleichmäßige Abfuhr der Überhitzung erzielt. Einerseits soll hierdurch eine homogene Gefügeverfeinerung im Stranginneren und andererseits ein gleichmäßiges Strangschalenwachstum über die Strangbreite herbeigeführt werden. Auf diese Weise wird verhindert, dass Strangdurchbrüche oder Oberflächen-Längsrisse entstehen.
  • Gemäß einer nicht erfindungsmäßen Ausführungsform ist vorgesehen, dass der elektromagnetische Rührer derart eingestellt wird, dass die durch den Rührer erzeugte Strömungsgeschwindigkeit der metallischen Schmelze mindestens 0,2 Meter pro Sekunde oder maximal 0,7 Meter pro Sekunde beträgt und insbesondere zwischen 0,2 bis 0,7 Meter pro Sekunde liegt. Auf diese Weise wird sichergestellt, dass einerseits das Strangschalenwachstum an der Strangschmalseite nicht zu stark geschwächt wird (Verringerung der Strangdurchbruchgefahr) und andererseits starke Elementverarmungen (sogenannte weiße Bänder, d.h. Verarmung an C, Mn, Si, P, S, etc.) an der Erstarrungsfront im Wirkbereich des Rührers vermieden werden. Es hat sich gezeigt, dass die Strömungsgeschwindigkeit nicht kleiner als 0,2 Meter pro Sekunde sein sollte, weil ansonsten keine ausreichende Gefügeverfeinerung erreicht werden kann. Als nicht ausreichend kann dabei beispielsweise eine globulitische Kernzone angesehen werden, deren Ausdehnung in Dickenrichtung weniger als 30 % beträgt. Die Strömungsgeschwindigkeit sollte ferner nicht größer als 0,7 Meter pro Sekunde sein, um eine Verarmung der Schmelze an Legierungselementen im Bereich der Erstarrungsfront zu vermeiden. Die Verarmung der Schmelze an Legierungselementen im Bereich der Erstarrungsfront ist im erstarrten Material messbar. Dieses Phänomen wird als "weiße Bänder" oder "weiße Streifen" bezeichnet. Weiße Bänder führen zu inhomogenen Eigenschaften des Endprodukts.
  • Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, dass die elektromagnetische Bremse in der oberen Hälfte der Kokille, 20 bis 150 Millimeter, vorzugsweise 25 bis 100 Millimeter und besonders bevorzugt im Wesentlichen 75 Millimeter von einer Oberfläche des Dünnbrammenstrangs entlang der ersten Querrichtung beabstandet ist. Unter dem vorgenannten Abstand ist im Sinne der vorliegenden Erfindung insbesondere der kleinste Abstand zwischen der elektromagnetischen Bremse und der Strangoberfläche zu verstehen.
  • Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Zeichnungen, sowie aus der nachfolgenden Beschreibung von bevorzugten Ausführungsformen anhand der Zeichnungen. Die Zeichnungen illustrieren dabei lediglich beispielhafte Ausführungsformen der Erfindung, welche den wesentlichen Erfindungsgedanken nicht einschränken.
    • Kurze Beschreibung der Zeichnungen
    • Figur 1
    zeigt eine schematische Schnittbildansicht einer Vorrichtung zum Dünnbrammenstranggießen gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
    Figuren 2a und 2b
    zeigen schematische Detailansichten der Vorrichtung zum Dünnbrammenstranggießen gemäß der beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung im Bereich der Kokille und unterhalb der Kokille.
    Ausführungsformen der Erfindung
  • In den verschiedenen Figuren sind gleiche Teile stets mit den gleichen Bezugszeichen versehen und werden daher in der Regel auch jeweils nur einmal benannt bzw. erwähnt.
  • In Figur 1 ist eine schematische Schnittbildansicht einer Vorrichtung 1 zum Herstellen von Dünnbramen im Stranggussverfahren gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dargestellt.
  • Im vorliegenden Beispiel wird metallische Schmelze 2 aus einer Stahlgießpfanne 6 in einen Verteiler 3 überführt und von dem Verteiler 3 über ein Gießrohr 4 (Zuführmittel) in eine Kokille 5 der Vorrichtung 1 gegossen. Der Durchfluss durch das Gießrohr wird in Abhängigkeit vom Gießspiegel 7 in der Kokille 5 mit einem Stopfen 8 oder einem Schieber gesteuert. Die Kokille 5 umfasst eine Form mit einer nach unten offenen Durchlassöffnung mit rechteckigem Querschnitt. Die Breitseiten 28 der Form sind zwischen 40 und 120 Millimeter voneinander beabstandet, damit die Kokille 5 zum Gießen von Dünnbrammen geeignet ist. Die Form besteht aus wassergekühlten Kupferplatten, welche ein Erstarren der zugeführten metallischen Schmelze im Randbereich der Kokille 5 bewirken. In der Kokille 5 bildet sich somit aus der kontinuierlich zugeführten metallischen Schmelze 2 ein Dünnbrammenstrang 9 mit einer erstarrten Schale 10 und einem großenteils noch nicht erstarrten Querschnitt 11 innerhalb der erstarrten Schale 10. Optional oszilliert die Kokille 5, damit ein Anhaften der Strangoberfläche an der Kokille 5 verhindert wird. Der Dünnbrammenstrang 9 durchläuft die Kokille 5 entlang einer vertikalen Strangabzugsrichtung 15. Beim Verlassen der nach unten offenen Kokille 5 wird der Dünnbrammenstrang 9 von einem Transportsystem 12 (auch als Strangführungssystem bezeichnet) mit einer Vielzahl von Strangführungsrollen 13 aufgenommen und durch einen sogenannten Gießbogen 14 geführt. Der Dünnbrammenstrang 9 wird dabei bis zur vollständigen Durcherstarrung abgekühlt.
  • Neben der Strangabzugsrichtung 15 sind eine erste Querrichtung 18 und eine zweite Querrichtung 30 in Figur 1 skizziert. Die erste Querrichtung 18 verläuft dabei senkrecht zur Strangabzugsrichtung 15 und parallel zu einer Strangoberflächennormalen der Brammenbreitseite 28 (die Brammenbreitseite 28 ragt bei Figur 1 in die Zeichnungsebene hinein), während die zweite Querrichtung 30 senkrecht zur Strangabzugsrichtung 15 und parallel zur Strangoberfläche auf der Brammenbreitseite 28, d.h. also senkrecht zur ersten Querrichtung 18, verläuft.
  • Im oberen Bereich der Kokille 5 ist eine elektromagnetische Bremse 16 (EMBR: Electromagnetic Brake) angeordnet, welche die Strömungsgeschwindigkeit der metallischen Schmelze 2 im Inneren des bereits teilerstarrten Dünnbrammenstrangs 9 verlangsamt und damit Badspiegelschwankungen in der Kokille 5 verringert. Die elektromagnetische Bremse 16 umfasst im vorliegenden Beispiel zwei beidseitig des Dünnbrammenstrangs 9 angeordnete Spulen. Durch die elektromagnetische Bremse 16 wird ein elektromagnetisches Feld innerhalb der Kokille 5 erzeugt, dessen magnetische Flussdichte bevorzugt 0,1 bis 0,3 Tesla und besonders bevorzugt im Wesentlichen 0,2 Tesla beträgt. Durch das Abbremsen der Strömungsgeschwindigkeit der metallischen Schmelze 2 zwischen den teilerstarrten Randbereichen 10 des Dünnbrammenstrangs 9 können Gießspiegelschwankungen, sowie aus Gießspiegelschwankungen resultierende Oberflächenfehler (sogenannte Schalenfehler) und Innenfehler (bspw. Gießschlackeneinschlüsse) verhindert werden.
  • Unterhalb der Kokille 5 weist die erfindungsgemäße Vorrichtung 1 einen elektromagnetischen Rührer 17 zum Rühren von nichterstarrten Teilen des teilerstarrten Dünnbrammenstrangs 9 auf. Der elektromagnetische Rührer 17 umfasst im vorliegenden Beispiel einen Linearfeldrührer, welcher sich entlang einer der beiden Breitseiten 28 des Strangs erstreckt. Der Linearfeldrührer erzeugt über die Breite des Dünnbrammenstrangs 9 ein elektromagnetisches Wanderfeld 19 (siehe Figuren 2a und 2b ), welches entlang einer zur Strangabzugsrichtung 15 senkrechten und zur Breitseite 28 der Strangoberfläche parallelen zweiten Querrichtung 30 zyklisch zwischen einem ersten Randbereich 20 des Dünnbrammenstrangs 9 und einem gegenüberliegenden zweiten Randbereich 21 des Dünnbrammenstrangs 9 hin und her läuft. Das elektromagnetische Wanderfeld 19 wird in einem entlang der Strangabzugsrichtung 15 zwischen 0,9 und 3,8 m, vorzugsweise zwischen 1,5 und 2,5 m vom Badspiegel der Kokille 5 entfernten Bereich erzeugt und umfasst im Mittel eine magnetische Flussdichte zwischen 0,1 bis 0,6 Tesla und bevorzugt von im Wesentlichen 0,4 Tesla. Das elektromagnetische Wanderfeld führt zu einem Rühren der metallischen Schmelze, wodurch ein beschleunigter und gleichmäßiger Überhitzungsabbau in der metallischen Schmelze bewirkt wird. Dies führt vorteilhafterweise zur Bildung einer größeren Kernzone mit feinkörnigem, globulitischem Gefüge im Inneren des Dünnbrammenstrangs 9, während grobe stengelkristalline Strukturen durch das elektromagnetische Rühren eingeschränkt werden. Nicht erfindungsgemäß ist, dass dieser Effekt durch einen derart eingestellten elektromagnetischen Rührer 17 erzielt wird, dass die Strömungsgeschwindigkeit der nichterstarrten Teile im teilerstarrten Dünnbrammenstrang kleiner als 0,7 Meter pro Sekunde und bevorzugt zwischen 0,2 und 0,7 Meter pro Sekunde ist. Trotz der beim Stranggießen von Dünnbrammen typischen kurzen Durcherstarrungszeiten und kleinvolumigen Flüssiganteile im Inneren des Dünnbrammenstrangs 9 bildet sich dann die feinkörnige, globulitische Kernzone im Erstarrungsgefüge aus, wodurch die Entstehung von Stengelkristallen zwischen der Randzone und dem Zentrumsbereich des Dünnbrammenstrangs 9 unterdrückt wird. Bei einem aus den stranggegossenen Dünnbrammen hergestellten Endprodukt können somit Längsstreifigkeiten, Gefügezeiligkeiten, Kernseigerungen und Innenrissanfälligkeiten verringert und die HIC-Beständigkeit und die Homogenität der mechanischen und magnetischen Eigenschaften gesteigert werden. Vorliegend wird beispielsweise mit einer Überhitzung, d.h. mit einer Temperaturdifferenz aus Schmelzen-Ist-Temperatur minus Liquidustemperatur, zwischen 10 und 50 Kelvin, vorzugsweise um 30 Kelvin gegossen. Es kann also an einer höheren und unkritischen Überhitzung festgehalten werden, so dass die Gefahr von Gießstörungen in Form von Tauchrohrzusetzungen und daraus resultierenden Strangoberflächenfehlern oder Strangdurchbrüchen ausgeräumt wird.
  • Mit der vorstehend beschriebenen Vorrichtung bzw. dem vorstehend beschriebenen Verfahren werden Dünnbrammen insbesondere für Warmband oder Kaltband hergestellt. Das Warmband oder Kaltband wird insbesondere zur Herstellung von Elektroblechen (nichtkornorientiert oder kornorientiert) oder Blechen höherfester Stähle mit Streckgrenzenwerten größer als 400 Megapascal (bspw. Vergütungsstahl) verwendet.
  • Anhand der oberen Figur ist jeweils zu sehen, dass das Zuführmittel das Gießrohr 4, welches in die in der Kokille 5 befindliche metallische Schmelze 2 eintaucht, und unterhalb des Gießspiegels 7 an dem Gießrohr 4 ausgebildete Ausgusslöcher 22 im unteren Teil des Gießrohres 4 umfasst. Die metallische Schmelze 2 wird mittels der Ausgusslöcher 22 unter einem Winkel zur Strangabzugsrichtung 15 des Dünnbrammenstranges 9 eingeleitet (siehe Strömungspfeile 23). Unterhalb der Kokille 5 ist das elektromagnetische Wanderfeld 19, induziert durch den nichtdargestellten elektromagnetischen Rührer 17, angeordnet. Der elektromagnetische Rührer 17, der unterhalb der Kokille 5 angeordnet ist, erzeugt unterhalb der Kokille 5 das elektromagnetische Wanderfeld 19, welches wiederum Strömungen bewirkt, die bis in die Kokille 5 reichen können - unter Umständen sogar bis zum Badspiegel. Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Figur 2a ist der elektromagnetische Rührer 17 derart konfiguriert, dass das elektromagnetische Wanderfeld 19 zwei Subfelder, ein erstes Subfeld 24 und ein zweites Subfeld 25, umfasst. Das erste Subfeld 24 des elektromagnetischen Wanderfelds 19 wandert zyklisch zwischen einem Zentrum 26 des Dünnbrammenstrangs 9 und dem ersten Randbereich 20 des Dünnbrammenstrangs 9 hin und her, während das zweite Subfeld 25 des elektromagnetischen Wanderfelds 19 zyklisch zwischen dem Zentrum 26 und dem zweiten Randbereich 21 des Dünnbrammenstrangs 9 hin und her wandert. Die Bewegung des elektromagnetischen Wanderfelds 19 wird durch die Bewegungspfeile 27 schematisch dargestellt. Die Aufteilung des elektromagnetischen Wanderfelds 19 in zwei bidirektionale, symmetrische Subfelder führt zu einer gleichmäßigen und symmetrischen Strömung im Inneren des Dünnbrammenstrangs 9 und somit auch zu einer raschen und gleichmäßigen Abfuhr der Überhitzung. Einerseits soll hierdurch eine homogene Gefügeverfeinerung im Stranginneren und andererseits ein gleichmäßiges Strangschalenwachstum über die Strangbreite herbeigeführt werden. Auf diese Weise wird verhindert, dass durch das elektromagnetische Rühren die potentielle Gefahr eines Strangdurchbruchs oder von Oberflächen-Längsrissen entsteht. Der elektromagnetische Rührer 17 wird nicht erfindungsgemäß ferner derart eingestellt, dass die durch den Rührer erzeugte Strömungsgeschwindigkeit der metallischen Schmelze an der Erstarrungsfront zwischen 0,2 bis 0,7 Meter pro Sekunde liegt. Auf diese Weise wird sichergestellt, dass einerseits das Strangschalenwachstum an der Strangschmalseite nicht zu stark geschwächt wird (Verringerung der Strangdurchbruchgefahr) und andererseits starke Elementverarmungen (sogenannte weiße Bänder, d.h. Verarmung an C, Mn, Si, P, S, etc.) an der Erstarrungsfront im Wirkbereich des elektromagnetischen Rührers 17 vermieden werden. Zudem muss der elektromagnetische Rührer 17 derart eingestellt werden, dass die von dem elektromagnetischen Rührer 17 erzeugten Strömungen in der metallischen Schmelze 2 nicht zu verstärkten Badspiegelschwankungen und nicht zu vergrößerten lokalen Badspiegelüberhöhungen in der Kokille 5 führen. Dabei sollten die Magnetfeldstärken des elektromagnetischen Rührers 17 und der elektromagnetischen Bremse 16 aufeinander abgestimmt sein. Die Abstimmung erfolgt beispielsweise, indem die Magnetfeldstärke der elektromagnetischen Bremse 16 bei Zuschalten des elektromagnetischen Rührers 17 um 20 bis 80 % ihres Grundwerts auf Werte zwischen 0,1 bis 0,3 Tesla angehoben wird. Als Grundwert wird in diesem Zusammenhang die Magnetfeldstärke der elektromagnetischen Bremse 16 verstanden, wie sie ohne zusätzlichen Einsatz eines elektromagnetischen Rührers 17 typischerweise eingesetzt wird. Typische Grundeinstellungen für eine elektromagnetische Bremse 16 ohne Einsatz eines elektromagnetischen Rührers 17 sind 0,08 bis 0,2 Tesla.
  • In der unteren Darstellung von Figur 2a ist der rechteckige Querschnitt der Durchgangsöffnung der Kokille 5 schematisch zu erkennen. Das elektromagnetische Wanderfeld 19 bzw. die beiden Subfelder 24, 25 wandern entlang der Breitseiten 28 durch den Dünnbrammenstrang 9.
  • Alternativ wird das elektromagnetische Wanderfeld 19 nicht in zwei Subfelder 24, 25 aufgeteilt, sondern läuft entlang der zweiten Querrichtung 30 zyklisch zwischen dem ersten Randbereich 20 des Dünnbrammenstrangs 9 und dem gegenüberliegenden zweiten Randbereich 21 des Dünnbrammenstrangs 9 hin und her. Dieses Ausführungsbeispiel ist beispielhaft in Figur 2b illustriert.
  • Die nachfolgenden Ausführungsbeispiele wurden mit einer Vorrichtung gemäß Figuren 1 und 2a durchgeführt:
    • Ausführungsbeispiel 1:
  • Ein Maß für den Erfolg der Verfeinerung des Erstarrungsgefüges im Inneren des Dünnbrammenstrangs ist der Anteil der globulitischen Kernzone (GKZ). Die Ausdehnung der globulitischen Kernzone in Prozent ist definiert als GKZ (%) = DGKZ (mm) / D (mm) ▪ 100 mit DGKZ = Dicke der globulitischen Kernzone und D = Brammendicke.
  • Es wurde daher ein Versuch mit der Stahlsorte S420MC, einer Gießgeschwindigkeit von 5 Meter pro Minute, einer Überhitzung im Tundish von 30 Kelvin, einer Strangdicke von 65 Millimetern, einer Strangbreite von 1550 Millimetern und einer Kokillenhöhe von 1100 Millimetern durchgeführt, bei welchem die elektromagnetische Bremse (EMBR) in der oberen Hälfte der Kokille und der elektromagnetische Rührer (EMS) unterhalb der Kokille hinter amagnetischen Rollen des Transportsystems angeordnet war. Der elektromagnetische Rührer bzw. das elektromagnetische Wechselfeld des elektromagnetischen Rührers war in einem Abstand von 2960 Millimeter vom Gießspiegel angeordnet. Dabei wurden die in der folgenden Tabelle aufgeführten Ergebnisse erzielt:
    Bsp. Magnetfeldstärke (T) Abstand von der Strangoberfläche (mm) GKZ (%) nur EMBR GKZ (%) EMBR + EMS
    1 EMBR 0,1 75 0 - 10 40 - 50
    EMS 0,1 310
    2 EMBR 0,2 75 0 - 10 50 - 60
    EMS 0,4 310
  • Die Testreihen belegen, dass durch das Zuschalten eines unterhalb der Kokille angeordneten elektromagnetischen Rührers der Anteil der globulitischen Kernzone (GKZ) von 0 bis 10 Prozent auf einen Anteil von 40 bis 60 Prozent anwächst.
    • Ausführungsbeispiel 2:
  • Es wurde ein Zusammenhang zwischen Überhitzung der Stahlschmelze im Tundish und dem Anteil der globulitischen Kernzone einerseits und der daraus resultierenden Längsstreifigkeit am Fertigband bei Dynamostählen und der Mittenseigerung experimentell an Dynamostählen mit 2,4 % Silizium ermittelt:
    Überhitzung (K) GKZ in Dickenrichtung (%) Längsstreifigkeit am kaltgewalzten Fertigband Mittenseigerung
    37 0 stark mittel
    24 3 stark mittel
    11 6 mittel - stark mittel
    6 30 leicht - mittel leicht - mittel
    3 50-70 keine keine
  • Hieraus folgt, dass zur Vermeidung von Längsstreifigkeit und zur Verringerung der Mittenseigerung der Anteil der globulitischen Kernzone (GKZ) wenigstens 30 Prozent und vorzugsweise größer als 50 Prozent sein sollte. Eine Überhitzung von weniger als 20 K ist jedoch zu vermeiden, da andernfalls Probleme in Form von Zusetzungen der Tauchrohre in der Kokille (sogenannten "Clogging") auftreten würden, woraus Strangoberflächenfehler oder sogar Strangdurchbrüche resultieren können.
  • Nachfolgend wird am Beispiel für den Dynamostahl mit 2,4 % Silizium und Dünnbrammen mit einer Dicke von 63 Millimetern, einer Überhitzung im Tundish von 30 Kelvin, einer Strangbreite von 1550 Millimetern und einer Kokillenhöhe von 1100 Millimetern, der Gießspiegel lag 1000 Millimeter oberhalb der Kokillenunterseite, die Rührfrequenz betrug 6 Hz, die Strömungsgeschwindigkeit an der Erstarrungsfront betrug 0,4 m/s, gezeigt, dass durch eine entsprechende Wahl des Abstands zwischen dem Gießspiegel und dem elektromagnetischen Rührer (EMS) der erforderliche Anteil der globulitischen Kernzone (GKZ) von wenigstens 30 Prozent und vorzugsweise mindestens 50 Prozent bei unterschiedlichen Gießgeschwindigkeiten VG erzielt werden kann:
    GKZ (%) Strangschalen-Dicke "S" an der jeweiligen Breitseite (mm) Abstand des EMS vom Badspiegel (m)
    VG = 4,0 m/min VG = 5,0 m/min VG = 6,0 m/min
    30 22 4,8 6,1 7,3
    40 19 3,6 4,5 5,4
    50 16 2,6 3,2 3,8
    60 13 1,7 2,1 2,5
  • Die vorstehenden Messreihen zeigen, dass der elektromagnetische Rührer bei den für Dünnbrammen-Stranggießanlagen üblichen Gießgeschwindigkeiten (VG) zwischen 4 und 6 m/min für einen Anteil der globulitischen Kernzone von 50 Prozent zwischen 2,6 und 3,8 Meter, von 60 Prozent zwischen 1,7 und 2,5 Meter unterhalb des Badspiegels der Kokille angeordnet sein muss. Befriedigende Ergebnisse werden aber auch schon mit einem Abstand des elektromagnetischen Rührers vom Badspiegel zwischen 3,6 und 7,3 Metern erreicht.
  • Der Abstand zwischen Badspiegel der Kokille und dem elektromagnetischen Rührer liegt somit zwischen 0,9 und 3,8 m und bevorzugt zwischen 1,5 und 2.5 m.
    • Bezugszeichenliste
    • 1
    Vorrichtung
    2
    metallische Schmelze
    3
    Verteiler
    4
    Gießrohr
    5
    Kokille
    6
    Stahlgießpfanne
    7
    Gießspiegel
    8
    Stopfen
    9
    Dünnbrammenstrang
    10
    Erstarrte Strangschale
    11
    Nichterstarrter Querschnitt
    12
    Transportsystem
    13
    Strangführungsrolle
    14
    Gießbogen
    15
    Strangabzugsrichtung
    16
    Elektromagnetische Bremse
    17
    Elektromagnetischer Rührer
    18
    Erste Querrichtung (verläuft senkrecht zur Strangabzugsrichtung und parallel zur Strangoberflächennormalen der Brammenbreitseite)
    19
    Elektromagnetisches Wanderfeld
    20
    Erster Randbereich
    21
    Zweiter Randbereich
    22
    Ausgusslöcher im unteren Teil des Gießrohres
    23
    Strömungspfeil
    24
    Erstes Subfeld
    25
    Zweites Subfeld
    26
    Zentrum
    27
    Bewegungspfeil
    28
    Breitseiten
    29
    Kokillenunterseite
    30
    Zweite Querrichtung (verläuft senkrecht zur Strangabzugsrichtung und parallel zur Strangoberfläche auf der Brammenbreitseite bzw. verläuft senkrecht zur Strangabzugsrichtung und senkrecht zur ersten Querrichtung)
    31
    Kokillenoberseite

Claims (16)

  1. Verfahren zum Stranggießen von Dünnbrammen aufweisend die Verfahrensschritte:
    - Zuführen einer metallischen Schmelze (2) in eine Kokille (5),
    - Formen eines teilerstarrten Dünnbrammenstrangs (9) aus der metallischen Schmelze (2) in der Kokille (5),
    - Reduzieren der Strömungsgeschwindigkeit der metallischen Schmelze (2) im teilerstarrten Dünnbrammenstrang (9) mittels einer im Bereich der Kokille (5) angeordneten elektromagnetischen Bremse (16) und
    - Abführen des teilerstarrten Dünnbrammenstrangs (9) aus der Kokille (5) mittels eines Strangführungssystems (12),
    dadurch gekennzeichnet, dass
    - nichterstarrte Teile des teilerstarrten Dünnbrammenstrangs (9) mittels eines entlang der Strangabzugsrichtung (15) des Dünnbrammenstrangs (9) stromabwärts unterhalb der Kokille (5) angeordneten elektromagnetischen Rührers (17) gerührt werden,
    - wobei mittels des elektromagnetischen Rührers (17) ein elektromagnetisches Wanderfeld (19) in einem entlang der Strangabzugsrichtung (15) zwischen 0,9 und 3,8 m vom Badspiegel der Kokille (5) entfernten Bereich des Dünnbrammenstrangs (9) erzeugt wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das elektromagnetische Wanderfeld (19) in einem entlang der Strangabzugsrichtung (15) zwischen 1,5 und 2,5m vom Badspiegel der Kokille (5) entfernten Bereich des Dünnbrammenstrangs (9) erzeugt wird.
  3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei mittels der elektromagnetischen Bremse (16) ein elektromagnetisches Feld innerhalb der Kokille (5) erzeugt wird, wobei die elektromagnetische Bremse (16) in der oberen Hälfte der Kokille bevorzugt zwischen 20 bis 150 Millimeter von einer Oberfläche des Dünnbrammenstrangs entlang einer ersten Querrichtung (18), die senkrecht zur Strangabzugsrichtung (15) und parallel zu einer Strangoberflächennormalen auf einer Breitseite (28) des Dünnbrammenstrangs (9) verläuft, beabstandet ist.
  4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der elektromagnetische Rührer (17) derart eingestellt wird, dass das elektromagnetische Wanderfeld (19) entlang einer zweiten Querrichtung (30), die senkrecht zur Strangabzugsrichtung (15) und senkrecht zur ersten Querrichtung (18) verläuft, von einem ersten Randbereich (20) des Dünnbrammenstrangs (9) zu einem dem ersten Randbereich (20) gegenüberliegenden zweiten Randbereich (21) des Dünnbrammenstrangs (9) läuft.
  5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei mittels des elektromagnetischen Rührers (17) ein bidirektionales, symmetrisches elektromagnetisches Wanderfeld (19) über die Breite des Dünnbrammenstrangs (9) erzeugt wird, wobei der elektromagnetische Rührer (17) derart eingestellt wird, dass ein erstes Subfeld (24) des elektromagnetischen Wanderfelds (19) von einem Zentrum (26) des Dünnbrammenstrangs (9) zu einem ersten Randbereich (20) des Dünnbrammenstrangs (9) läuft und dass ein zweites Subfeld (25) des elektromagnetischen Wanderfelds (19) vom Zentrum (26) des Dünnbrammenstrangs (9) zu einem dem ersten Randbereich (20) gegenüberliegenden zweiten Randbereich (21) des Dünnbrammenstrangs (9) läuft.
  6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei mittels des elektromagnetischen Rührers (17) ein bidirektionales, symmetrisches elektromagnetisches Wanderfeld (19) über die Breite des Dünnbrammenstrangs (9) erzeugt wird, wobei der elektromagnetische Rührer (17) derart eingestellt wird, dass ein erstes Subfeld (24) des elektromagnetischen Wanderfelds (19) von einem ersten Randbereich (20) des Dünnbrammenstrangs (9) zu einem Zentrum (26) des Dünnbrammenstrangs (9) läuft und dass ein zweites Subfeld (25) des elektromagnetischen Wanderfelds (19) von einem dem ersten Randbereich (20) gegenüberliegenden zweiten Randbereich (21) des Dünnbrammenstrangs (9) zum Zentrum (26) des Dünnbrammenstrangs (9) läuft.
  7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei mittels des elektromagnetischen Rührers (17) ein elektromagnetisches Wanderfeld im Bereich des Dünnbrammenstrangs (9) erzeugt wird, dessen magnetische Flussdichte im Mittel bevorzugt 0,1 bis 0,6 Tesla, besonders bevorzugt 0,3 bis 0,5 Tesla und ganz besonders bevorzugt 0,4 Tesla beträgt.
  8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der elektromagnetische Rührer (17) derart eingestellt wird, dass die Rührfrequenz mindestens 0,1 Hz oder maximal 10 Hertz beträgt und bevorzugt zwischen 0,1 und 10 Hz liegt.
  9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei mittels der elektromagnetischen Bremse (16) ein elektromagnetisches Feld innerhalb der Kokille (5) erzeugt wird, dessen magnetische Flussdichte bevorzugt 0,1 bis 0,3 Tesla, besonders bevorzugt 0,15 bis 0,25 Tesla und ganz besonders bevorzugt 0,2 Tesla beträgt.
  10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Verfahren zur Herstellung von Dünnbrammen für die Fertigung von Warmband oder Kaltband, insbesondere zur Herstellung von Elektroblechen oder Blechen höherfester Stähle vorzugsweise mit Streckgrenzwerten größer als 400 Megapascal verwendet wird.
  11. Vorrichtung (1) zum Stranggießen von Dünnbrammen, insbesondere mittels eines Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche, aufweisend
    - ein Zuführmittel zum Zuführen einer metallischen Schmelze (2),
    - eine Kokille (5) zum Formen eines teilerstarrten Dünnbrammenstrangs (9) aus der zugeführten metallischen Schmelze (2),
    - eine im Bereich der Kokille (5) angeordnete elektromagnetische Bremse (16) zum Reduzieren der Strömungsgeschwindigkeit der metallischen Schmelze (2) im Innern des teilerstarrten Dünnbrammenstrangs (9) und
    - ein Strangführungssystem (12) zum Abführen des teilerstarrten Dünnbrammenstrangs (9) aus der Kokille (2),
    dadurch gekennzeichnet, dass
    - die Vorrichtung (1) einen entlang der Strangabzugsrichtung (15) des Dünnbrammenstrangs (9) stromabwärts unterhalb der Kokille (5) angeordneten elektromagnetischen Rührer (17) zum Rühren von nichterstarrten Teilen des teilerstarrten Dünnbrammenstrangs (9) aufweist, welcher entlang der Strangabzugsrichtung (15) zwischen 0,9 und 3,8 m vom Badspiegel der Kokille (5) beabstandet ist.
  12. Vorrichtung (1) nach Anspruch 11, wobei der elektromagnetische Rührer (17) entlang der Strangabzugsrichtung (15) zwischen 1,5 und 2,5 m vom Badspiegel der Kokille (5) beabstandet ist.
  13. Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 11 oder 12, wobei der elektromagnetische Rührer (17) einen Linearfeldrührer zur Erzeugung eines elektromagnetischen Wanderfeldes (19) im Bereich des Dünnbrammenstrangs (9) umfasst, wobei die Laufrichtung des elektromagnetischen Wanderfeldes (19) senkrecht zur Strangabzugsrichtung (15) und parallel zu einer zweiten Querrichtung (30), die senkrecht zur Strangabzugsrichtung (15) und parallel zu einer Strangoberfläche auf einer Breitseite (28) des Dünnbrammenstrangs (9) verläuft, ausgerichtet ist und wobei die Laufrichtung des elektromagnetischen Wanderfeldes (19) umkehrbar ist.
  14. Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 11 bis 13, wobei der elektromagnetische Rührer (17) 20 bis 1000 Millimeter, vorzugsweise 20 bis 200 Millimeter und besonders bevorzugt 20 bis 40 Millimeter von einer Oberfläche des Dünnbrammenstrangs (9) entlang einer ersten Querrichtung (18), die senkrecht zur Strangabzugsrichtung (15) und senkrecht zur zweiten Querrichtung (30) verläuft, beabstandet ist.
  15. Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 11 bis 14, wobei der elektromagnetische Rührer (17) derart konfiguriert ist, dass die Rührfrequenz zwischen 0,1 und 10 Hz liegt.
  16. Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 11 bis 14, wobei die elektromagnetische Bremse (16) in der oberen Hälfte der Kokille bevorzugt zwischen 20 bis 150 Millimeter von einer Oberfläche des Dünnbrammenstrangs entlang der ersten Querrichtung (18) beabstandet ist.
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