EP4249146A1 - Electromagnetic stirring and braking device for a mould for producing metal slabs - Google Patents
Electromagnetic stirring and braking device for a mould for producing metal slabs Download PDFInfo
- Publication number
- EP4249146A1 EP4249146A1 EP23162226.7A EP23162226A EP4249146A1 EP 4249146 A1 EP4249146 A1 EP 4249146A1 EP 23162226 A EP23162226 A EP 23162226A EP 4249146 A1 EP4249146 A1 EP 4249146A1
- Authority
- EP
- European Patent Office
- Prior art keywords
- coil
- mold
- coils
- braking device
- yoke
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 238000003756 stirring Methods 0.000 title claims abstract description 72
- 239000002184 metal Substances 0.000 title claims abstract description 40
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 40
- 238000005266 casting Methods 0.000 claims abstract description 71
- 230000001133 acceleration Effects 0.000 claims abstract description 26
- 230000003068 static effect Effects 0.000 claims description 13
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 10
- 230000005672 electromagnetic field Effects 0.000 claims description 8
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 8
- 239000002826 coolant Substances 0.000 claims description 7
- 230000010363 phase shift Effects 0.000 claims description 5
- 230000002441 reversible effect Effects 0.000 claims description 5
- 229910001313 Cobalt-iron alloy Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 229910017052 cobalt Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 239000010941 cobalt Substances 0.000 claims description 2
- GUTLYIVDDKVIGB-UHFFFAOYSA-N cobalt atom Chemical compound [Co] GUTLYIVDDKVIGB-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 230000008859 change Effects 0.000 abstract description 8
- 230000004907 flux Effects 0.000 description 16
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 15
- 238000009749 continuous casting Methods 0.000 description 7
- 238000007654 immersion Methods 0.000 description 7
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 6
- 238000013461 design Methods 0.000 description 5
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N Iron Chemical compound [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 4
- 239000004020 conductor Substances 0.000 description 3
- 238000011161 development Methods 0.000 description 3
- 229910001338 liquidmetal Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 3
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000000155 melt Substances 0.000 description 2
- 230000008569 process Effects 0.000 description 2
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000013459 approach Methods 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 230000001276 controlling effect Effects 0.000 description 1
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 1
- 230000001419 dependent effect Effects 0.000 description 1
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 1
- 230000002500 effect on skin Effects 0.000 description 1
- 238000012423 maintenance Methods 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 230000010355 oscillation Effects 0.000 description 1
- 230000035515 penetration Effects 0.000 description 1
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 1
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 description 1
- 238000005476 soldering Methods 0.000 description 1
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 1
- 239000010959 steel Substances 0.000 description 1
- 239000002436 steel type Substances 0.000 description 1
- 230000001360 synchronised effect Effects 0.000 description 1
- 230000002123 temporal effect Effects 0.000 description 1
- 230000003685 thermal hair damage Effects 0.000 description 1
- 238000005406 washing Methods 0.000 description 1
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000003313 weakening effect Effects 0.000 description 1
- 238000003466 welding Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B22—CASTING; POWDER METALLURGY
- B22D—CASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
- B22D11/00—Continuous casting of metals, i.e. casting in indefinite lengths
- B22D11/10—Supplying or treating molten metal
- B22D11/11—Treating the molten metal
- B22D11/114—Treating the molten metal by using agitating or vibrating means
- B22D11/115—Treating the molten metal by using agitating or vibrating means by using magnetic fields
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B22—CASTING; POWDER METALLURGY
- B22D—CASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
- B22D11/00—Continuous casting of metals, i.e. casting in indefinite lengths
- B22D11/12—Accessories for subsequent treating or working cast stock in situ
- B22D11/122—Accessories for subsequent treating or working cast stock in situ using magnetic fields
Definitions
- the invention relates to an electromagnetic device for influencing the flow of liquid metal melt in a continuous casting mold using electromagnetic traveling fields.
- Continuous casting systems for an endless casting operation for producing a metal slab comprise as a casting mold at least one so-called continuous casting mold, hereinafter also simply referred to as a 'mold'.
- Such molds are generally formed - in accordance with the dimensions of the metal slabs produced with them - from two broad side plates that run essentially parallel to one another and two narrow side plates oriented perpendicular to the broad side plates, with the four mold plates forming a casting mold that is open on both sides.
- liquid metal melt - for example liquid steel - is introduced into the mold using an immersion tube and at its outlet end a partially solidified metal strand is withdrawn from the mold.
- the direction of passage of the molten metal through the mold which is also referred to as the 'pouring direction', is essentially vertically oriented, which is why the entry-side area of the mold is also referred to as the 'upper' area and the exit-side area as the 'lower' area of the die become.
- the extent of the broad side plates of a continuous casting mold is usually a multiple of the extent of the narrow side plates.
- a horizontal direction parallel to a broad side plate is referred to as the 'transverse direction' of the mold, while a horizontal direction parallel to a narrow side plate is referred to as the 'narrow side direction' or 'Thickness direction' of the mold is referred to.
- the free surface of the molten metal within the mold is called the 'casting surface' and is usually permanently covered with a layer of casting powder several centimeters thick during the casting process.
- the molten metal is introduced into the mold using an immersion tube, the immersion tube having one or more outflow openings for the molten metal to be introduced at its lower, outlet end, and the outlet end being located below the casting level.
- electromagnetic braking and stirring devices are used to generate static magnetic fields as well as special spatially and temporally variable electromagnetic fields - so-called electromagnetic traveling fields - by means of which a flow of molten metal within the mold can be slowed down or a direction of the flow velocity can be changed .
- magnetic field strength configuration ⁇ The spatial arrangement formed by a current-carrying coil at a certain point in time magnetic field strength lines are hereinafter referred to as magnetic field strength configuration ⁇ . Furthermore, the temporal development of the field strength configuration ⁇ (t) can be determined from the respective coil geometry, any yoke of the coil, the materials surrounding the coil (such as molten metal or a mold plate) and the current with which the coil is controlled.
- Fields are referred to as 'traveling electromagnetic fields' whose magnetic field strength configuration - repeats itself periodically over time, but shifts in a spatial direction.
- the generation of such traveling fields on molds is achieved by controlling coils arranged next to one another, which are fed with three-phase alternating currents. Although these alternating currents each have the same frequency, they are out of phase with each other.
- Such three-phase alternating currents can be generated, for example, by separate power sources or a frequency converter.
- the specific form of an electromagnetic traveling field generated by such a coil arrangement depends on the spatial arrangement of the individual coil groups, the frequency of the alternating current and the phase shift between the individual coil groups.
- the so-called 'stirring mode' refers to a control of a coil arrangement arranged on both broad side plates of a mold, in which the electromagnetic traveling fields generated by the coils move along the circumferential direction of the mold in time.
- a stirring mode the magnetic field strength configurations formed on the respective broad side plates of the mold shift opposite to one another in the transverse direction of the mold.
- Such electromagnetic traveling fields are subsequently also referred to as 'stirring fields'.
- a coil arrangement is operated in a so-called 'braking and acceleration mode' when the magnetic field strength configurations generated on the two broadside plates move synchronously towards or away from the dip tube in time sequence along the transverse direction of the mold.
- the electromagnetic traveling fields generated in this process are also referred to as braking or acceleration fields, since they have a braking or accelerating effect on the flowing metal melt depending on their relative speed.
- a flow pattern in the form of a pair of upwardly directed loops can be formed in the mold for the molten metal emerging from the immersion tube, with the near-surface flow sections of the loops directed towards the immersion tube: in this case, the acceleration mode and the braking mode are formed by traveling fields, the Movement is also directed towards or away from the dip tube.
- such a braking and acceleration mode can also counteract the formation of standing waves on the casting surface.
- electromagnetic traveling fields are limited to a range with very low frequencies due to the so-called skin effect, which increasingly weakens the penetration of alternating electromagnetic fields into an electrically conductive medium with increasing frequency.
- a static magnetic field which is generated either by permanent magnets or by coils fed with direct current, is particularly suitable as a means for braking a flow of liquid molten metal in a mold.
- Such devices are also referred to as 'brake coils' or 'DC brakes'.
- a wide variety of devices for braking and accelerating molten metal in molds are known from the prior art.
- a device is known in which im Four coil groups are arranged in the area of the casting level, which are powered by a four-phase alternating current system and can be operated in a braking and acceleration mode, and brake coils that can also be controlled with track current are arranged in an area below the dip tube.
- JP 4910357 B2 and the JP 2006255759 A each a device for a continuous casting mold comprising a total of four coil groups, which can be operated in a braking and acceleration mode as well as in a stirring mode, with two coil groups each being arranged along the broad side plates of the mold and at the height of the casting level.
- the CN 205816758 U a device is known which comprises twelve coils in the transverse direction on each broad side plate of a mold, which are powered by a three-phase power system and can be operated in different braking, acceleration and stirring modes.
- Electromagnetic traveling fields can also be directly overlaid with static fields. This is how it reveals EP 2 500 121 B1
- an outer yoke arranged at the same height of a mold for a static magnetic field, the coils of which are fed with direct current. Both the coils and the respective yoke for generating the traveling field or the static magnetic field are each independent of one another or structurally separated.
- the invention is based on the object of further developing the prior art and of specifying a device for influencing the flow of liquid metal melt in a continuous casting mold, the device being operable in both a braking and acceleration mode as well as in a stirring mode, with a simple structural design at the same time has high efficiency and at the effort required to convert or switch between the individual modes is as low as possible.
- the first and second coil arrangements are arranged in a first plane, which runs normal to the casting direction of the mold, and each include a plurality of coils that can be fed by a three-phase direct and alternating current system and whose axes are normal to the first and second, respectively Broadside plate of the mold are oriented.
- a three-phase direct and alternating current system is understood to mean a power source which comprises three phase lines and provides either alternating currents or alternating currents superimposed with a direct current component in the phase lines for feeding the first and second coil arrangements.
- the frequency of the alternating currents in such a power system is adjustable, but has the same value for all phase lines.
- the alternating currents of the individual phase lines have a fixed phase shift from one another.
- Any direct current component is required under certain production conditions and causes a static field component that exerts a braking effect on the molten metal at the level of the first and second coil arrangements. This may be necessary, for example large casting widths to limit the vertical flow speed of the metal melt in order to prevent the ingress of unmelted casting powder.
- the electromagnetic stirring and braking device is set up to generate moving electromagnetic traveling fields and/or stationary magnetic fields in the mold.
- the first and second coil arrangements each have a number of 3m+1 coils on both sides of a second center plane ⁇ 2 , which runs parallel to the casting direction of the mold and normal to the first broadside plate, where m is a natural number.
- m is a natural number.
- the first and second coil arrangements each have a total of 8, 14 or 20 coils.
- Those two coils in each group which, due to their arrangement on the mold, have the smallest or largest distance from the second center plane ⁇ 2 (and which are referred to below as the 'innermost' or 'outermost' coils) can each be of the same phase line are fed, whereby the current flow direction of these two coils can be the same or opposite relative to each other.
- three coils (namely - as described above - the innermost and outermost as well as a middle coil), for example, is fed by a first phase line of the three-phase direct and alternating current system, while two coils are fed by a second and third phase line of the three-phase direct and alternating current system.
- the direction of current flow through the coils is irrelevant in this consideration.
- the electromagnetic fields generated by the 'innermost' and 'outermost' coils are subject to a spatial scattering effect and are consequently weakened in their effect because the 'innermost' and 'outermost' coils are only directly adjacent to a single other coil. Due to the flow conditions within the mold - for example due to the effect of the immersion tube - the two 'innermost' coils on one and the same broad side of the mold are further apart from one another than an immediately adjacent coil on the same side of the second center plane ⁇ 2 .
- the electromagnetic stirring and braking device comprises a first and a second magnetically conductive, one-piece outer yoke.
- Each coil of the first and second coil arrangements is arranged on a respective magnetically conductive coil yoke of the stirring and braking device according to the invention.
- the ends of each coil yoke of the first coil arrangement facing away from the mold are connected to one another via the first outer yoke and the ends of each coil yoke of the second coil arrangement facing away from the mold are connected to one another via the second outer yoke.
- the stirring and braking device has its own coil yoke per coil and an outer yoke per broadside plate, although the outer yoke on one broadside plate is not connected to the outer yoke on the opposite broadside plate and therefore does not form a yoke surrounding the mold.
- the electromagnetic stirring and braking device comprises magnetically conductive pole pieces on the side facing the mold of each coil yoke of the first and second coil arrangement, the pole pieces being arranged in a first or second support plate of the mold.
- the first plane can be defined, for example, by the geometric centers of the end-side, mold-facing cross-sectional area of the pole shoes of the first and second coil arrangements on the respective outer surfaces of the first and second broadside plates.
- Electromagnetic traveling fields are advantageously guided in the direction of the casting volume of the mold and stray fields are largely avoided.
- the electromagnetic stirring and braking device on the first and second broadside plates each comprises a switching device with terminals and connecting elements arranged on the first and second coil arrangement, each connecting element being reversibly electrically connectable to two terminals.
- 'reversible' is understood to mean a positive or non-positive electrical connection (e.g. in the form of a clamp, a screw or a plug connection) between two elements, but not a material connection (e.g. by soldering or welding). It follows that the connection of a first reversibly connectable electrical connection point to a second electrical connection point can be changed (e.g. during a maintenance operation) in such a way that after the change has been made, the first connection point is no longer electrically connected to the second, but to a different connection point is ("enclose”). In contrast, a permanently installed electrical line between two electrical connection points cannot be reversibly connected and is therefore not intended to be "enclosed” in the sense described.
- the electromagnetic stirring and braking device can be reconfigured in a particularly simple manner for a subsequent casting campaign simply by the aforementioned enclosing, so that the first and second coil arrangements for the casting campaign can either be in a stirring mode or in a braking and Acceleration mode can be operated.
- a casting campaign involves the casting of one or more metal slabs using the mold while maintaining certain casting parameters, but in any case maintaining them the casting mode for the first and second coil arrangements is understood.
- the switching device of the electromagnetic stirring and braking device according to the invention thus advantageously enables the change between a stirring mode and a braking or acceleration mode directly on the mold itself, without it having to be removed.
- it is usually only necessary to remove the mold cover and change the connections in the manner described, which saves a lot of time.
- the described change in the electrical connection configuration itself can also be omitted, since in this case only the electrical control of the individual coils of the first and second coil arrangement has to be changed, for example by reversing a phase shift ⁇ between the individual phase lines of the three-phase direct and alternating current system.
- one or more coils of the first coil arrangement and one or more coils of the second coil arrangement are combined to form a coil group.
- the coils of a coil group are electrically connected to one another in such a way that all coils of a coil group can be powered by the same phase line of the three-phase direct and alternating current system.
- a coil group can include both coils of the first coil arrangement and coils of the second coil arrangement.
- the coils of a coil group can be connected to one another in series or parallel as well as in a combination of series and parallel connection. Each coil group is connected to a different phase line three-phase direct and alternating current system.
- the alternating currents of all phase lines each have the same frequency, which lies in a range between 0 and 5 Hz.
- ⁇ At frequencies in the range mentioned, the attenuation of the magnetic field in the mold caused by eddy currents is relatively small, so that the individual modes of the stirring and braking device can be carried out with a high degree of efficiency.
- both the first and the second coil arrangement of the stirring and braking device according to the invention each comprise at least two coils of each coil group.
- the pole pieces of the first and second coil arrangement are designed such that the end-side cross-sectional area of the pole pieces facing the mold is reduced to a value reduced by at least 30% compared to the cross-sectional area of the associated coil yoke, in this context one Cross-sectional area runs parallel to the respective broad side plate of the mold.
- One or more of the magnetic pole pieces can consist of a magnetically highly permeable material made of a cobalt-iron alloy, the highly permeable material having a mass-related cobalt content greater than or equal to 17%.
- one or more pole pieces of the first and second coil arrangement are guided upwards at their ends facing the mold, so that the end cross-sectional area of such a pole piece facing the mold is offset in the vertical direction to the corresponding cross-sectional areas of the associated coil yoke.
- the support plate for a broadside plate of a mold is arranged below a casting platform, usually below a corresponding mold cover. For structural reasons, the space for arranging additional structures, such as a coil arrangement of the device according to the invention, is therefore limited in the vertical direction.
- the above-mentioned design of the upwardly guided ends of the pole pieces allows the voltage generated by the coil arrangement magnetic flux in the vertical direction within the support plate to a desired position of or near the casting level of the mold, so that a stirring or braking effect of the device according to the invention can advantageously be effected on or near the casting level.
- the connecting elements and the terminals can be arranged such that it is possible to switch between a stirring mode and a braking and acceleration mode. This is advantageous because the mode in which the device according to the invention is operated essentially depends on the casting parameters and the product quality to be achieved or the specified steel type of the molten metal.
- the switching device can be designed as an electrical switch, which can be controlled remotely, for example by a system automation. As a result, manual intervention is no longer necessary for switching, so that there is no need to remove the mold cover for this purpose.
- This configuration is particularly advantageous because it enables switching between the individual casting modes when changing between successive casting campaigns (for example when changing the casting width) without requiring manual operator intervention on the mold itself. A new casting for a changed casting mode during such a change between successive casting campaigns can also be advantageously avoided with this embodiment.
- the coils of the first and second coil arrangements are designed as waveguides into which a cooling medium - for example water - can be fed or passed through.
- a waveguide is therefore an electrical conductor carrying a coolant and not an electrical waveguide for generating TE or TM waves to understand.
- the inlets and outlets of the individual coils of the first coil arrangement and the second coil arrangement can each be combined by means of collecting lines to form a common feed point or outlet point on the mold, which reduces the number of coolant lines leading to the mold.
- the thermal load on the coil material which is caused on the one hand by ohmic losses in the coil material itself and by casting heat derived from the mold, can be controlled.
- the temperatures of the relevant coils can be regulated to a predetermined value, for example by using the temperature and/or the coolant flow passed through the coils as manipulated variables. Since the ohmic resistance of the coil material - for example copper - is temperature-dependent, a constant strength of the magnetic field generated by the coils can be achieved - for a given current strength - through temperature control or thermal damage to the coils can be prevented.
- the stirring and braking device comprises a third and a fourth coil arrangement for generating at least two static magnetic fields in a second plane which extends normal to the casting direction of the mold, the third coil arrangement being on the first broad side plate and the fourth coil arrangement is arranged on the second broad side plate of the mold.
- the third and fourth coil arrangements can each also include more than two coils. Some of the coils of the third and fourth coil arrangements can - viewed in the transverse direction of the mold - be arranged in front of or behind the immersion tube of the mold.
- 'a' static magnetic field is understood to mean a field that is generated by two coils directly opposite one another on the mold, the first of the two coils being a coil from the third coil arrangement and the second coil being a coil from the fourth coil arrangement .
- 'a' static magnetic field in this sense is formed by a pair of coils whose coil axes are arranged on different broadside plates and are directly opposite each other.
- the coils of the third and fourth coil arrangements each comprise at least two coils and can be powered by a common or several separate direct current sources. Furthermore, the coils of the third and fourth coil arrangements are each arranged on their own magnetically conductive coil yoke. Each coil yoke is connected on the mold side to a magnetically conductive pole piece, which is arranged in the first or second support plate of the mold in the second level. The ends of each coil yoke of the third coil arrangement facing away from the mold are connected to one another via a third, one-piece, magnetically conductive outer yoke. Likewise, the ends of each coil yoke of the fourth coil arrangement facing away from the mold are connected to one another via a fourth, one-piece, magnetically conductive outer yoke. The outer yoke of the third coil arrangement is not mechanically connected to the outer yoke of the fourth coil configuration. This configuration advantageously allows the magnetic flux to be guided exclusively outside the mold within magnetically conductive materials without using a yoke surrounding the mold.
- the static magnetic field generated is directed into the interior of the mold in the second level, where it exerts a desired braking effect on the flow of the melt within the mold against the casting direction.
- the second level can be, for example, through the geometric centers of the support surfaces of the pole shoes of the third and fourth coil arrangements on the respective outer surfaces of the first and second broadside plates are defined.
- the third and fourth coil arrangements each comprise two coils.
- the second level is spaced 450mm to 800mm in the casting direction from the inlet end of the mold.
- the braking effect of the third and fourth coil arrangement develops in an area which, in the case of a substantially vertically oriented mold, is usually below the outlet openings of the dip tube of the mold.
- one or more coils of the third coil arrangement and one or more coils of the fourth coil arrangement can each be fed from a separate direct current source.
- each individual coil of the third and fourth coil arrangement can be fed from a separate direct current source, but in this embodiment several coils of the third and fourth coil arrangement can also be fed together from the same direct current source.
- coils of the third and fourth coil arrangements that are opposite one another on the first and second broadside plates can be connected in series with one another or can each be fed from the same direct current source.
- This configuration makes it possible, viewed in the casting direction, to generate magnetic fields with different strengths in the left and right parts of the mold and thus to exert an asymmetrical braking effect on the molten metal, for example to compensate for an asymmetrical flow of the molten metal within the mold.
- the electromagnetic stirring and braking device is used to reversibly electrically connect the electrical connection lines of the three-phase direct and alternating current system to the connection terminals.
- the connecting elements are reversibly electrically connected to the switchable terminals of the switching device.
- the electrical connection lines and the connecting elements for the first and second coil arrangements are connected in accordance with a previously defined casting mode, in which the first and second coil arrangements are controlled in the manner described above either in a stirring mode or in a braking and acceleration mode.
- a casting strand is cast onto the mold, which can be done, for example, with the aid of a cold strand through the mold.
- the casting strand can be the first casting strand of a casting campaign.
- electromagnetic traveling fields are generated in accordance with a predetermined stirring mode or a braking and acceleration mode for the first and second coil arrangements.
- one or more static magnetic fields can be generated in the second level by feeding the third and fourth coil arrangements from the one or more direct current sources.
- electromagnetic traveling fields are generated by feeding the first and second coil arrangements from the three-phase direct and alternating current system, which move in the mold - or relative to it - and correspond to either a first or a second stirring or braking and acceleration mode.
- the reversible electrical connection of the connecting elements to the switchable terminals takes place remotely, for example via control of the switching device by a system automation.
- connection between the electrical connection lines of the three-phase direct and alternating current system with the connection terminals of the stirring and braking device according to the invention remains, but the direct and alternating current system is preferably de-energized during this switching process in order to avoid electrical flashovers.
- FIG 1 shows schematically a section through an embodiment of the electromagnetic stirring and braking device 1 according to the invention, which is arranged on a mold 2 for casting metal slabs.
- a first, second and third spatial direction X, Y and Z which together form an orthogonal tripod.
- the image plane of FIG 1 is aligned normal to the transverse direction of the mold 2, the transverse direction coinciding with the first spatial direction X.
- the casting direction of the mold is opposite to the third spatial direction Z.
- the mold 2 comprises a first broadside plate 5 and a second broadside plate 5′, which are oriented essentially normal to the second spatial direction Y and are spaced apart from one another at a distance which corresponds to the thickness of a metal slab cast with the mold 2 and is also referred to as the casting thickness.
- the first and second broadside plates 5, 5' are mounted on a respective first and second support plate 7, 7', which ensure the stability and cooling of the first and second broadside plates 5 and 5' required during a casting process.
- cooling channels run in or between the broad side plates 5, 5' and the respective support plates 7, 7', through which a coolant can be passed to remove the casting heat from the mold 2 (in FIG 1 not shown).
- Such configurations of cooling and arrangements of broadside and support plates are known to those skilled in the art and are not the subject of the invention.
- Liquid molten metal 9 is introduced into the mold 2 via a dip tube 3, which protrudes into the interior of the mold 2 at the pouring-side end 2 ', with the molten metal 9 emerging essentially parallel to the broad side plates 5 and 5' through one or more outlet openings 4 flows out of the dip tube 3.
- the molten metal 9 is introduced during the casting process - apart from a short pouring phase - in such a way that the outlet openings 4 are completely below of the casting level 19, which is formed by the surface of the molten metal 9 introduced into the mold 2.
- a partially solidified casting strand (in FIG 1 not shown) is supported by support rollers 16, 16 ', 16", which, viewed in the casting direction, are behind the first and second broadside plates 5, 5' or behind (in FIG 1 Also not shown) narrow side plates of the mold 2 are arranged, mechanically supported when exiting the mold 2. Furthermore, the first and second broad side plates 5, 5 'together with the first and second support plates 7, 7' as well as the narrow side plates (not shown) are permanently moved up and down ("oscillated") in the casting direction by an oscillation device 18 during the casting process to prevent the solidifying molten metal 9 from adhering to the inner surfaces of the mold 2.
- An electromagnetic stirring and braking device 1 is arranged on the mold 2 and has a first coil arrangement 11 on the first broadside plate 5 and a second coil arrangement 11 'on the second broadside plate 5'.
- the first and second coil arrangements 11, 11' of the exemplary embodiment are each arranged in or along a first plane 10, which is oriented normal to the casting direction of the mold 2.
- the first and second coil arrangements 11, 11' each comprise a plurality of individual coils 31...38 and 31'...38', the axes of which are each normal to the first and second broadside plates 5, 5' of the mold 2 are oriented.
- Each of the coils 31...38 or 31'...38' is arranged on its own magnetically conductive coil yoke 30 or 30', the ends of each coil yoke 30 of the first coil arrangement 11 facing away from the mold being connected to one another via a first, magnetically conductive outer yoke 13 and the ends of each coil yoke 30' of the second coil arrangement 11' facing away from the mold are connected to one another via a second, magnetically conductive outer yoke 13'.
- each pole piece 39, 39 ' is arranged in the first or second support plate 7, 7' of the mold and mechanically contacts the outside of the first or second broadside plate 5, 5'.
- the magnetically non-conductive support plates 7, 7' have corresponding recesses through which the magnetically conductive pole pieces 39, 39' are passed.
- the first plane 10 is defined by the geometric centers of the end cross-sectional areas of the pole shoes 39, 39 'facing the mold on the respective outer surfaces of the first and second broadside plates 5, 5'.
- FIG 1 a third coil arrangement 21 on the first broadside plate 5 and a fourth coil arrangement 21 'on the second broadside plate 5' of the electromagnetic stirring and braking device 1 according to the invention are shown.
- the third and fourth coil arrangements 21, 21' of the exemplary embodiment shown are each arranged in or along a second plane 20, which in turn is oriented normal to the casting direction of the mold 2.
- the third and fourth coil arrangements 21, 21' each comprise a plurality of individual coils 41, 42 and 41', 42', the axes of which are oriented normal to the first and second broadside plates 5, 5' of the mold 2.
- Each of the coils 41, 42 and 41'...42' is arranged on its own magnetically conductive coil yoke 40 or 40', the ends of each coil yoke 40 of the third coil arrangement 21 facing away from the mold being connected to one another via a third, magnetically conductive outer yoke 23 and the ends of each coil yoke 40' of the fourth coil arrangement 21' facing away from the mold are connected to one another via a fourth, magnetically conductive outer yoke 23'.
- each pole piece 49, 49 ' is arranged in the first or support plate 7, 7' of the mold and mechanically contacts the outside of the first or second broadside plate 5, 5'.
- the magnetically non-conductive support plates 7, 7' in turn have corresponding recesses through which the magnetically conductive pole pieces 49, 49' are passed.
- the second level 20 is defined by the geometric centers of the contact surfaces of the pole shoes 49, 49 'on the respective outer surfaces of the first and second broadside plates 5, 5'.
- FIG 2 shows an oblique view of the structural half of the electromagnetic stirring and braking device 1 according to the invention according to the exemplary embodiment of FIG 1 , which is on the first broadside plate 5 of the mold 2 (in FIG 2 not shown).
- the other half of the device according to the invention is designed in mirror image and in FIG 1 arranged on the second broadside plate 5 '.
- FIG 2 3 accordingly shows the first and third coil arrangements 11 and 21 with the first and third outer yokes 13 and 23.
- the first coil arrangement 11 comprises eight coils 31 to 38, each of which is arranged on its own coil yoke 30. From each coil yoke 30 extends along the second spatial direction Y - ie normal to the first broadside plate 5 (in FIG 2 not shown) - a magnetically conductive pole piece 39.
- the geometric center points of the end cross-sectional areas of the pole shoes 39 facing the mold are indicated on the first broad side plate 5 in the form of crosses, these center points defining the position of a first plane 10 normal to the third spatial direction Z.
- FIG 2 the coils 41, 42 of the third coil arrangement 21 are shown, which are arranged below the first coil arrangement 11 with respect to the third spatial direction Z.
- the coils 41, 42 are each on one magnetically conductive coil yoke 40 arranged and axially aligned in the direction of the second spatial direction Y.
- a magnetically conductive third outer yoke 23 connects each coil yoke 40 of the coils 41, 42 of the third coil arrangement 21 to one another.
- a magnetically conductive fourth outer yoke 23' connects each coil yoke 40' of the coils 41', 42' of the fourth coil arrangement 21' to one another (in FIG 2 not shown).
- a pole piece 49 extends from each coil yoke 40 along the second spatial direction Y through a corresponding recess in the first support plate 7 in the direction of the first broadside plate 5 in order to bring the magnetic flux generated by the coils 41, 42 as close as possible to the molten metal in the mold and thus develop the best possible braking effect.
- a pole piece 49' extends from each coil yoke 40' of the coils 41', 42' of the fourth coil arrangement 21' along the second spatial direction Y through a corresponding recess in the second support plate 7' in the direction of the second broad side plate 5' (in FIG 2 not shown).
- the centers of the contact surfaces of the pole pieces 49 are in FIG 2 each shown with a cross and define a second plane 20 normal to the third spatial direction Z.
- FIG 3 shows a section through the exemplary embodiment of the electromagnetic stirring and braking device 1 according to the invention along the first plane 10 normal to the third spatial direction Z.
- Liquid molten metal is introduced into the interior of the mold 2 via the dip tube 3, which passes through the first and second broad side plates 5, 5 ' and by two narrow side plates (in FIG 3 not shown).
- the coils 31 to 38 of the first coil arrangement 11 are each arranged on their own magnetically conductive coil yoke 30.
- Each coil yoke 30 is contacted by a pole piece 39, which transmits the magnetic flux generated by the coils 31 to 38 through corresponding recesses in the non-magnetic first support plate 7 the first broadside plate 5 approaches.
- the coil yoke 30 of each coil 31 to 38 is contacted by the first outer yoke 13.
- the arrangement of the coils 31' to 38' of the second coil arrangement 11' on a respective coil yoke 30' with a corresponding pole piece 39' and connecting second outer yoke 13' along the second broadside plate 5' of the mold 2 is a mirror image with respect to a plane normal to the second Spatial direction Y to the coils 31 to 38 of the first coil arrangement 11 or their pole pieces 39 and first outer yoke 13.
- Each of the coils 31 to 38 or 31' to 38' of the first and second coil arrangements 11, 11' comprises two electrical connection points, each of these connection points being connected via a permanent electrical line (in FIG 3 each symbolized by a solid line) is connected either to a first or second connection terminal 50, 50', to a first or second switchable terminal 60, 60' or to a connection point of a further coil 31 to 38 or 31' to 38'.
- the first connection terminals 50 are in FIG 3 marked with L1, L2 or L3 and each with a first connecting line of a first, second or third phase line of a three-phase direct and alternating current system (in FIG 3 not shown) electrically connectable.
- the second connection terminals 50' are analogous to this FIG 3 marked with L1', L2' or L3' and can each be connected to a second connection line of a first, second or third phase of the three-phase direct and alternating current system.
- the first and second connecting lines of the first, second and third phase lines of the three-phase direct and alternating current system are each fed from a separate power source, whereby the electrical potentials of the first, second and third phase lines are separated from each other.
- FIG 3 the first and second switchable terminals 60 and 60 'are shown in the form of rectangular symbols without identification or with the designation A and B.
- Each of the switchable terminals 60, 60' is connected via a permanent electrical line (solid line) either to one of the connection terminals 50, 50' or to a connection point of one of the coils 31 to 38 or 31' to 38'.
- each of the switchable terminals 60, 60' can be connected via a connecting element 70, 71, 72 (in FIG 3 shown as dashed lines) can be reversibly (in the sense defined above) electrically connected to another of the switchable terminals 60, 60 '.
- the first and second switchable terminals 60, 60', together with the connecting elements 70, 71, 72, are part of a first and second switching device 80, 80', respectively, which are switched, for example, manually by an operator in accordance with a stirring or braking and acceleration mode can be.
- the first and second switching devices 80, 80 ' can be controlled remotely by a system automation system (in FIG 3 not shown).
- the coils 31 to 38 and 31 'to 38' of the first and second coil arrangements 11 and 11' are connected in series to form three different coil groups U, V, W, the in FIG 3 top, fourth and fifth top and bottom coils 38, 38', 35, 35', 34, 34', 31 and 31' of the first and second coil arrangements 11 and 11' form the coil group U with the aid of four switchable first and second coils Terminals 60 and 60 'and four connecting elements 70 form.
- the second highest and second lowest coils 37, 37 ', 32 and 32' of the first and second coil arrangements 11 and 11' together form the coil group V with the aid of four switchable first and second terminals 60 and 60 ', four Connecting elements 70 and the connecting element 71, which connects the switchable first terminal 60 designated B with the switchable second terminal 60 'designated B.
- the third highest and third lowest coils 36, 36 ', 33 and 33' of the first and second coil arrangements 11 and 11' form the coil group W with the aid of four switchable first and second terminals 60 and 60 ', four connecting elements 70 and the connecting element 72 , which connects the switchable first terminal 60 designated A with the switchable second terminal 60 'designated A.
- the electromagnetic stirring and braking device 1 can be operated in a 'braking and acceleration mode': the direction of movement of the magnetic flux strength ( specifically: an absolute value of the vector magnetic flux, for example its maximum absolute value) of the electromagnetic traveling fields generated in this mode is represented by arrows which are oriented in the same direction along the insides of the first and second broadside plates 5, 5 '.
- the same direction means that the direction of movement of the magnetic flux strength on the first broadside plate 5 is synchronous with the direction of movement of the magnetic flux strength on the second broadside plate 5 'and on both broadside plates 5, 5' either the dip tube 3 is directed towards or away from the dip tube 3 (in FIG 3 the latter is shown).
- FIG 4 shows the identical exemplary embodiment FIG 3 with the difference that in FIG 4 there is an electrical connection of the coils 31 to 38 and 31 'to 38' of the first and second coil arrangements 11 and 11', by means of which the electromagnetic stirring and braking device 1 can be operated in a 'stirring mode' in which the direction of movement of the magnetic flux strength the electromagnetic traveling fields are oriented in opposite directions, which in FIG 4 is shown by corresponding arrows along the insides of the first and second broadside plates 5, 5 '.
- the movement of the magnetic flux strength along the first broadside plate 5 is at all times opposite to the movement of the magnetic flux strength along the second broadside plate 5 '.
- a difference to the connection according to FIG 3 is that in the connection according to FIG 4 six connecting elements 70 each connect two first switchable terminals 60 and another six connecting elements 70 each connect two second switchable terminals 60 'in a changed configuration.
- the connecting element 71 contacts that second switchable terminal 60' (identifier B) which is connected to the third lowest coil 33' of the second coil arrangement 11' and that the connecting element 72 contacts that second switchable terminal 60' (identifier A ) contacted, which is connected to the second lowest coil 32 'of the second coil arrangement 11'.
- the connecting elements 71 and 72 are connected to the second-lowest coil 32' or second-lowest coil 33' via a respective second switchable terminal 60 '.
- FIG 5 shows a section through the exemplary embodiment of FIG 1 in a second plane 20 normal to the third spatial direction Z, which comprises a third coil arrangement 21 along the first broadside plate 5 and a fourth coil arrangement 21 'along the second broadside plate 5' of the mold 2.
- a first and a second center plane ⁇ 1 and ⁇ 2 through the geometric center of the mold 2, the first center plane ⁇ 1 being normal to the second spatial direction Y and the second center plane ⁇ 2 being normal to the first spatial direction X.
- the third coil arrangement 21 comprises two coils 41 and 42, each of which is arranged on its own magnetically conductive coil yoke 40.
- a magnetically conductive pole piece 49 is arranged on each coil yoke 40, which extends through recesses in the magnetically non-conductive first support plate 7 (in FIG 5 not shown) extends directly to the outside of the first broadside plate 5.
- the ends of each coil yoke 40 facing away from the first broadside plate 5 are connected to one another via a third outer yoke 23.
- the fourth coil arrangement 21' includes two coils 41' and 42' on a respective coil yoke 40' and, together with corresponding magnetically conductive pole pieces 49' and a connecting fourth outer yoke 23', is a mirror image of the first coil arrangement 21 along the second broadside plate 5' the first center plane ⁇ 1 is arranged.
- the third and fourth coil arrangements 21, 21 ' static magnetic fields can be generated inside the mold 2, which exert a braking force on the molten metal flowing in the casting direction of the mold 2.
- opposing coils 41 and 41' or 42 and 42' of the first and second coil arrangements 21 and 21' are electrically connected in such a way that - as in FIG 5 shown by solid arrows - in relation to the second center plane ⁇ 2 results in an opposite magnetic field course.
- the coils 41, 41', 42, 42' of the third and fourth coil arrangements 21, 21' can be powered, for example, from a single direct current source (in FIG 5 not shown).
Abstract
Die Erfindung betrifft eine elektromagnetische Rühr- und Bremseinrichtung (1) für eine Kokille (2) zum Gießen von Metallbrammen, umfassend eine an einer ersten bzw. zweiten Breitseitenplatte (5, 5') der Kokille (2) angeordnete erste und zweite Spulenanordnung (11, 11'), umfassend jeweils eine Mehrzahl einzelner Spulen (31,...,38,31',...,38'), die von einem dreiphasigen Gleich- und Wechselstromsystem zur Erzeugung von sich in der Kokille (2) bewegenden elektromagnetischen Wanderfeldern angespeist in einem Rührmodus oder einem Brems- und Beschleunigungsmodus betrieben werden können. Für einen raschen Wechsel zwischen diesen Modi weist die Rühr- und Bremseinrichtung (1) erste und zweite Anschlussterminals (50, 50') auf, mit denen die elektrischen Anschlussleitungen des dreiphasigen Gleich- und Wechselstromsystems reversibel verbindbar sind, sowie umschaltbare Terminals (60, 60') mit Verbindungselementen (70, 71, 72), wobei jedes Verbindungselement (70, 71, 72) mit jeweils zwei umschaltbaren Terminals (60, 60') reversibel elektrisch verbindbar ist.The invention relates to an electromagnetic stirring and braking device (1) for a mold (2) for casting metal slabs, comprising a first and second coil arrangement (11) arranged on a first and second broadside plate (5, 5') of the mold (2). , 11 '), each comprising a plurality of individual coils (31,...,38,31',...,38'), which are supplied by a three-phase direct and alternating current system for generating moving in the mold (2). fed by electromagnetic traveling fields can be operated in a stirring mode or a braking and acceleration mode. For a quick change between these modes, the stirring and braking device (1) has first and second connection terminals (50, 50'), to which the electrical connection lines of the three-phase direct and alternating current system can be reversibly connected, as well as switchable terminals (60, 60 ') with connecting elements (70, 71, 72), each connecting element (70, 71, 72) being reversibly electrically connectable to two switchable terminals (60, 60').
Description
Die Erfindung betrifft eine elektromagnetische Vorrichtung zur Beeinflussung der Strömung von flüssiger Metallschmelze in einer Stranggießkokille mit Hilfe elektromagnetischer Wanderfelder.The invention relates to an electromagnetic device for influencing the flow of liquid metal melt in a continuous casting mold using electromagnetic traveling fields.
Stranggießanlagen für einen Endlosgießbetrieb zur Erzeugung einer Metallbramme, insbesondere Stranggießanlagen, die in einem Endlosgießbetrieb betrieben werden, umfassen als Gießform zumindest eine sogenannte Stranggießkokille, im Weiteren auch einfach als 'Kokille' bezeichnet. Derartige Kokillen werden in der Regel - entsprechend den Abmessungen der damit erzeugten Metallbrammen - aus zwei im Wesentlichen parallel zueinander verlaufenden Breitseitenplatten und zwei senkrecht zu den Breitseitenplatten orientierten Schmalseitenplatten gebildet, wobei die vier Kokillenplatten eine beidseitig offene Gießform ausbilden. Am eintrittseitigen Ende der Kokille wird flüssige Metallschmelze - beispielsweise flüssiger Stahl - mittels eines Tauchrohrs in die Kokille eingebracht und an ihrem austrittseitigen Ende wird ein teilerstarrter Metallstrang aus der Kokille abgezogen. Dabei ist die Durchtrittsrichtung der Metallschmelze durch die Kokille, die im Weiteren auch als 'Gießrichtung' bezeichnet wird, im Wesentlichen vertikal orientiert, weswegen der eintrittsseitige Bereich der Kokille auch als 'oberer' Bereich und der austrittseitige Bereich als 'unterer' Bereich der Kokille bezeichnet werden.Continuous casting systems for an endless casting operation for producing a metal slab, in particular continuous casting systems that are operated in an endless casting operation, comprise as a casting mold at least one so-called continuous casting mold, hereinafter also simply referred to as a 'mold'. Such molds are generally formed - in accordance with the dimensions of the metal slabs produced with them - from two broad side plates that run essentially parallel to one another and two narrow side plates oriented perpendicular to the broad side plates, with the four mold plates forming a casting mold that is open on both sides. At the inlet end of the mold, liquid metal melt - for example liquid steel - is introduced into the mold using an immersion tube and at its outlet end a partially solidified metal strand is withdrawn from the mold. The direction of passage of the molten metal through the mold, which is also referred to as the 'pouring direction', is essentially vertically oriented, which is why the entry-side area of the mold is also referred to as the 'upper' area and the exit-side area as the 'lower' area of the die become.
In einer horizontalen Ebene beträgt die Erstreckung der Breitseitenplatten einer Stranggießkokille in der Regel ein Vielfaches der Erstreckung der Schmalseitenplatten. Eine parallel zu einer Breitseitenplatte verlaufende horizontale Richtung wird als 'Querrichtung' der Kokille bezeichnet, während eine parallel zu einer Schmalseitenplatte verlaufende horizontale Richtung als 'Schmalseitenrichtung' oder 'Dickenrichtung' der Kokille bezeichnet wird. Die freie Oberfläche der Metallschmelze innerhalb der Kokille wird als 'Gießspiegel' bezeichnet und wird in der Regel während des Gießvorganges permanent mit einer mehrere Zentimeter dicken Gießpulverschickt bedeckt.In a horizontal plane, the extent of the broad side plates of a continuous casting mold is usually a multiple of the extent of the narrow side plates. A horizontal direction parallel to a broad side plate is referred to as the 'transverse direction' of the mold, while a horizontal direction parallel to a narrow side plate is referred to as the 'narrow side direction' or 'Thickness direction' of the mold is referred to. The free surface of the molten metal within the mold is called the 'casting surface' and is usually permanently covered with a layer of casting powder several centimeters thick during the casting process.
Die Metallschmelze wird beim Gießvorgang mittels eines Tauchrohres in die Kokille eingebracht, wobei das Tauchrohr an seinem unteren, austrittseitigen Ende eine oder mehrere Ausflussöffnungen für die einzubringende Metallschmelze aufweist und wobei sich das austrittseitige Ende unterhalb des Gießspiegels befindet. Dabei werden im Bereich der Kokille elektromagnetische Brems- und Rühreinrichtungen zur Erzeugung statischer Magnetfelder sowie von speziellen räumlich und zeitlich veränderlichen elektromagnetischen Feldern - sogenannten elektromagnetischen Wanderfeldern - eingesetzt, mittels derer eine Strömung der Metallschmelze innerhalb der Kokille abgebremst bzw. eine Richtung der Strömungsgeschwindigkeit geändert werden kann.During the casting process, the molten metal is introduced into the mold using an immersion tube, the immersion tube having one or more outflow openings for the molten metal to be introduced at its lower, outlet end, and the outlet end being located below the casting level. In the area of the mold, electromagnetic braking and stirring devices are used to generate static magnetic fields as well as special spatially and temporally variable electromagnetic fields - so-called electromagnetic traveling fields - by means of which a flow of molten metal within the mold can be slowed down or a direction of the flow velocity can be changed .
Einerseits wird durch ein Abbremsen der Strömung eine Beruhigung des Gießspiegels in der Kokille und eine Reduktion der Anzahl nichtmetallischer Einschlüsse (wie z.B.On the one hand, slowing down the flow calms the casting level in the mold and reduces the number of non-metallic inclusions (such as
Einschlüsse von Gießpulver), die durch hohe Strömungsgeschwindigkeiten der Metallschmelze in den Strang eingebracht werden, erreicht. Andererseits werden durch Rühren Temperaturunterschiede innerhalb der durch die Kokille hindurchtretenden Metallschmelze ausgeglichen, sodass ein zu starkes Abkühlen der Schmelze in der Nähe der Kokilleninnenwände verhindert bzw. durch den sogenannten 'Washing-Effekt' ein Anhaften nichtmetallischer Einschlüsse an der Strangschale verhindert wird.Inclusions of casting powder), which are introduced into the strand by high flow velocities of the molten metal. On the other hand, stirring compensates for temperature differences within the metal melt passing through the mold, so that excessive cooling of the melt near the inner walls of the mold is prevented and the so-called 'washing effect' prevents non-metallic inclusions from adhering to the strand shell.
Entsprechend dem gewünschtem Effekt sind unterschiedliche Ausprägungen der elektromagnetischen Felder erforderlich, was dementsprechende Verschaltungen und Ansteuerungen von Spulen, mittels derer die Felder erzeugt werden, erforderlich macht. Die zu einem bestimmten Zeitpunkt von einer stromdurchflossenen Spule gebildete räumliche Anordnung der magnetischen Feldstärkelinien wird im weiteren als magnetische Feldstärkenkonfiguration Ĥ bezeichnet. Weiterhin lässt sich die zeitliche Entwicklung der Feldstärkenkonfiguration Ĥ(t) aus der jeweiligen Spulengeometrie, einem allfälligen Joch der Spule, den die Spule umgebenden Materialien (wie z.B. Metallschmelze oder einer Kokillenplatte) sowie aus dem Strom, mit dem die Spule angesteuert wird, ermitteln.Depending on the desired effect, different characteristics of the electromagnetic fields are required, which requires appropriate interconnections and controls of coils by means of which the fields are generated. The spatial arrangement formed by a current-carrying coil at a certain point in time magnetic field strength lines are hereinafter referred to as magnetic field strength configuration Ĥ. Furthermore, the temporal development of the field strength configuration Ĥ(t) can be determined from the respective coil geometry, any yoke of the coil, the materials surrounding the coil (such as molten metal or a mold plate) and the current with which the coil is controlled.
Als 'elektromagnetische Wanderfelder' werden solche Felder bezeichnet, deren magnetische Feldstärkenkonfiguration Ĥ sich zeitlich periodisch wiederholt, sich dabei aber in einer Raumrichtung verschiebt. Die Erzeugung derartiger Wanderfelder an Kokillen wird durch eine Ansteuerung von nebeneinander angeordneten Spulen erreicht, die mit dreiphasigen Wechselströmen gespeist werden. Diese Wechselströme weisen zwar jeweils dieselbe Frequenz auf, sind jedoch zueinander phasenverschoben. Solche dreiphasigen Wechselströme können beispielsweise von separaten Stromquellen oder einem Frequenzumrichter erzeugt werden. Die konkrete Ausprägung eines von einer solchen Spulenanordnung erzeugten elektromagnetischen Wanderfeldes hängt von der räumlichen Anordnung der einzelnen Spulengruppen, der Frequenz des Wechselstroms sowie von der Phasenverschiebung zwischen den einzelnen Spulengruppen ab.Fields are referred to as 'traveling electromagnetic fields' whose magnetic field strength configuration - repeats itself periodically over time, but shifts in a spatial direction. The generation of such traveling fields on molds is achieved by controlling coils arranged next to one another, which are fed with three-phase alternating currents. Although these alternating currents each have the same frequency, they are out of phase with each other. Such three-phase alternating currents can be generated, for example, by separate power sources or a frequency converter. The specific form of an electromagnetic traveling field generated by such a coil arrangement depends on the spatial arrangement of the individual coil groups, the frequency of the alternating current and the phase shift between the individual coil groups.
Als sogenannter 'Rührmodus' wird dabei eine Ansteuerung einer an beiden Breitseitenplatten einer Kokille angeordneten Spulenanordnung bezeichnet, bei der die von den Spulen erzeugten elektromagnetischen Wanderfelder sich zeitlich gesehen entlang der Umfangsrichtung der Kokille bewegen. In einem Rührmodus verschieben sich demnach die an den jeweiligen Breitseitenplatten der Kokille ausgebildeten magnetischen Feldstärkenkonfigurationen Ĥ in Querrichtung der Kokille gegengleich zueinander. Derartige elektromagnetische Wanderfelder werden in der Folge auch als 'Rührfelder' bezeichnet.The so-called 'stirring mode' refers to a control of a coil arrangement arranged on both broad side plates of a mold, in which the electromagnetic traveling fields generated by the coils move along the circumferential direction of the mold in time. In a stirring mode, the magnetic field strength configurations formed on the respective broad side plates of the mold shift opposite to one another in the transverse direction of the mold. Such electromagnetic traveling fields are subsequently also referred to as 'stirring fields'.
Demgegenüber wird eine Spulenanordnung in einem sogenannten 'Brems- und Beschleunigungsmodus' betrieben, wenn sich die an den beiden Breitseitenplatten erzeugten magnetischen Feldstärkenkonfigurationen Ĥ in zeitlicher Abfolge entlang der Querrichtung der Kokille jeweils synchron auf das Tauchrohr zu- bzw. von dem Tauchrohr wegbewegen. Die dabei erzeugten elektromagnetischen Wanderfelder werden auch als Brems- bzw. Beschleunigungsfelder bezeichnet, da sie abhängig von ihrer Relativgeschwindigkeit zur strömenden Metallschmelze bremsend oder beschleunigend auf diese wirken. Beispielsweise kann sich in der Kokille für die aus dem Tauchrohr austretenden Metallschmelze ein Strömungsverlauf in Form eines Paares aufwärtsgerichteter Loops ausbilden, wobei die oberflächennahen Strömungsabschnitte der Loops zum Tauchrohr hin gerichtet sind: in diesem Fall werden der Beschleunigungsmodus bzw. der Bremsmodus durch Wanderfelder ausgebildet, deren Bewegung ebenfalls zum Tauchrohr hin bzw. von diesem weg gerichtet ist. Weiterhin kann mit einem derartigen Brems- und Beschleunigungsmodus auch der Ausbildung von stehenden Wellen an der Gießspiegeloberfläche entgegengewirkt werden.In contrast, a coil arrangement is operated in a so-called 'braking and acceleration mode' when the magnetic field strength configurations generated on the two broadside plates move synchronously towards or away from the dip tube in time sequence along the transverse direction of the mold. The electromagnetic traveling fields generated in this process are also referred to as braking or acceleration fields, since they have a braking or accelerating effect on the flowing metal melt depending on their relative speed. For example, a flow pattern in the form of a pair of upwardly directed loops can be formed in the mold for the molten metal emerging from the immersion tube, with the near-surface flow sections of the loops directed towards the immersion tube: in this case, the acceleration mode and the braking mode are formed by traveling fields, the Movement is also directed towards or away from the dip tube. Furthermore, such a braking and acceleration mode can also counteract the formation of standing waves on the casting surface.
Weiterhin sind elektromagnetische Wanderfelder aufgrund des sogenannten Skin-Effekts, der ein Eindringen von elektromagnetischen Wechselfeldern in ein elektrisch leitfähiges Medium mit steigender Frequenz zunehmend abschwächt, auf einen Bereich mit sehr niedrigen Frequenzen beschränkt. Aus diesem Grund eignet sich insbesondere ein statisches Magnetfeld, das entweder durch Permanentmagnete oder durch mit Gleichstrom gespeiste Spulen erzeugt wird, als Mittel zum Abbremsen einer Strömung aus flüssiger Metallschmelze in einer Kokille. Derartige Vorrichtungen werden auch als 'Bremsspulen' bzw. 'Gleichstrombremsen' bezeichnet.Furthermore, electromagnetic traveling fields are limited to a range with very low frequencies due to the so-called skin effect, which increasingly weakens the penetration of alternating electromagnetic fields into an electrically conductive medium with increasing frequency. For this reason, a static magnetic field, which is generated either by permanent magnets or by coils fed with direct current, is particularly suitable as a means for braking a flow of liquid molten metal in a mold. Such devices are also referred to as 'brake coils' or 'DC brakes'.
Aus dem Stand der Technik sind unterschiedlichste Vorrichtungen zum Bremsen und Beschleunigen von Metallschmelze in Kokillen bekannt. Beispielsweise ist aus der
Beispielsweise offenbaren die
Elektromagnetische Wanderfelder können weiterhin auch direkt mit statischen Feldern überlagert werden. So offenbart die
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den Stand der Technik weiterzuentwickeln und eine Vorrichtung zur Beeinflussung der Strömung von flüssiger Metallschmelze in einer Stranggießkokille anzugeben, wobei die Vorrichtung sowohl in einem Brems- und Beschleunigungsmodus als auch in einem Rührmodus betreibbar ist, einen einfachen konstruktiven Aufbau bei gleichzeitig hohem Wirkungsgrad aufweist und bei der der Aufwand zur Umrüstung bzw. Umschaltung zwischen den einzelnen Modi möglichst gering ist.The invention is based on the object of further developing the prior art and of specifying a device for influencing the flow of liquid metal melt in a continuous casting mold, the device being operable in both a braking and acceleration mode as well as in a stirring mode, with a simple structural design at the same time has high efficiency and at the effort required to convert or switch between the individual modes is as low as possible.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine elektromagnetische Rühr- und Bremseinrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 12 gelöst.The object is achieved according to the invention by an electromagnetic stirring and braking device with the features of claim 1 and a method with the features of claim 12.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.Advantageous embodiments of the invention are the subject of the subclaims.
Eine erfindungsgemäße elektromagnetische Rühr- und Bremseinrichtung für eine Kokille zum Gießen von Metallbrammen umfasst eine an einer ersten Breitseitenplatte der Kokille angeordnete erste Spulenanordnung und eine an einer zweiten Breitseitenplatte der Kokille angeordnete zweite Spulenanordnung. Die erste und die zweite Spulenanordnung sind in einer ersten Ebene, die normal zur Gießrichtung der Kokille verläuft, angeordnet und umfassen jeweils eine Mehrzahl von Spulen, die von einem dreiphasigen Gleich- und Wechselstromsystem anspeisbar sind und deren Achsen jeweils normal zur ersten bzw. zur zweiten Breitseitenplatte der Kokille orientiert sind. Unter einem dreiphasigen Gleich- und Wechselstromsystem wird im Folgenden eine Stromquelle verstanden, die drei Phasenleitungen umfasst in den Phasenleitungen jeweils entweder Wechselströme oder mit einem Gleichstromanteil überlagerte Wechselströme für die Anspeisung der ersten und der zweiten Spulenanordnung bereitstellt. Die Frequenz der Wechselströme bei einem derartigen Stromsystem ist einstellbar, besitzt jedoch für alle Phasenleitungen denselben Wert. Die Wechselströme der einzelnen Phasenleitungen weisen eine feste Phasenverschiebung zueinander auf.An electromagnetic stirring and braking device according to the invention for a mold for casting metal slabs comprises a first coil arrangement arranged on a first broad side plate of the mold and a second coil arrangement arranged on a second broad side plate of the mold. The first and second coil arrangements are arranged in a first plane, which runs normal to the casting direction of the mold, and each include a plurality of coils that can be fed by a three-phase direct and alternating current system and whose axes are normal to the first and second, respectively Broadside plate of the mold are oriented. In the following, a three-phase direct and alternating current system is understood to mean a power source which comprises three phase lines and provides either alternating currents or alternating currents superimposed with a direct current component in the phase lines for feeding the first and second coil arrangements. The frequency of the alternating currents in such a power system is adjustable, but has the same value for all phase lines. The alternating currents of the individual phase lines have a fixed phase shift from one another.
Ein allfälliger Gleichstromanteil ist unter bestimmten Produktionsbedingungen erforderlich und bewirkt einen statischen Feldanteil, der eine Bremswirkung auf die Metallschmelze in Höhe der ersten und zweiten Spulenanordnung ausübt. Dies kann notwendig sein, um beispielsweise bei großen Gießbreiten die vertikale Strömungsgeschwindigkeit der Metallschmelze zu begrenzen um so den Einzug von nicht aufgeschmolzenem Gießpulver zu verhindern.Any direct current component is required under certain production conditions and causes a static field component that exerts a braking effect on the molten metal at the level of the first and second coil arrangements. This may be necessary, for example large casting widths to limit the vertical flow speed of the metal melt in order to prevent the ingress of unmelted casting powder.
Durch die vorgenannte erste und die zweite Spulenanordnung ist die elektromagnetische Rühr- und Bremseinrichtung eingerichtet, sich in der Kokille bewegende elektromagnetische Wanderfelder und/oder stationäre magnetische Felder zu erzeugen.Through the aforementioned first and second coil arrangements, the electromagnetic stirring and braking device is set up to generate moving electromagnetic traveling fields and/or stationary magnetic fields in the mold.
Weiterhin weisen die erste und die zweite Spulenanordnung beidseits einer zweiten Mittenebene ε2, die parallel zur Gießrichtung der Kokille und normal zur ersten Breitseitenplatte verläuft, jeweils eine Anzahl von 3m+1 Spulen auf, wobei m eine natürliche Zahl ist. Beispielsweise weisen die erste und die zweite Spulenanordnung im Fall von m gleich 1, 2 oder 3 insgesamt jeweils 8, 14 oder 20 Spulen auf. Dabei können jene beiden Spulen in jeder Gruppe, die aufgrund ihrer Anordnung an der Kokille den geringsten bzw. den größten Abstand zur zweiten Mittenebene ε2 aufweisen (und die folgend als die 'innersten' bzw. 'äußersten' Spulen bezeichnet werden), jeweils von derselben Phasenleitung angespeist werden , wobei die Stromdurchflussrichtung dieser beiden Spulen relativ zu einander gleichgerichtet oder entgegengesetzt sein kann.Furthermore, the first and second coil arrangements each have a number of 3m+1 coils on both sides of a second center plane ε 2 , which runs parallel to the casting direction of the mold and normal to the first broadside plate, where m is a natural number. For example, in the case of m equal to 1, 2 or 3, the first and second coil arrangements each have a total of 8, 14 or 20 coils. Those two coils in each group which, due to their arrangement on the mold, have the smallest or largest distance from the second center plane ε 2 (and which are referred to below as the 'innermost' or 'outermost' coils) can each be of the same phase line are fed, whereby the current flow direction of these two coils can be the same or opposite relative to each other.
Die genannte Spulenanordnung und Spulenanzahl bewirken, dass pro Spulengruppe die Anzahl der Spulen, die jeweils mit derselben Phasenleitung angespeist werden, nicht gleich ist, sondern dass die Anzahl jener Spulen, die mit derselben Phasenleitung angesteuert werden wie die vorgenannten innersten und äußersten Spulen, um 1 größer ist als die Anzahl der Spulen, die mit jeweils einer der beiden anderen Phasenleitung angespeist werden. Beispielsweise werden bei der Wahl von m = 2 insgesamt 14 Spulen an jeder Breitseitenplatte der Kokille angeordnet, wobei jeweils sieben Spulen beidseits der zweiten Mittenebene ε2 platziert sind. Von diesen sieben Spulen werden drei Spulen (nämlich die - wie vorab beschrieben - innerste und äußerste sowie einem mittlere Spule) beispielsweise von einer ersten Phasenleitung des dreiphasigen Gleich- und Wechselstromsystems angespeist, während je zwei Spulen von einer zweiten und dritten Phasenleitung des dreiphasigen Gleich- und Wechselstromsystems angespeist werden. Die Stromdurchflussrichtung durch die Spulen ist in dieser Betrachtung unerheblich.The above-mentioned coil arrangement and number of coils mean that the number of coils per coil group that are powered with the same phase line is not the same, but that the number of those coils that are controlled with the same phase line as the aforementioned innermost and outermost coils is increased by 1 is greater than the number of coils that are each fed with one of the other two phase lines. For example, if m = 2 is chosen, a total of 14 coils are arranged on each broad side plate of the mold, with seven coils being placed on both sides of the second center plane ε 2 . Of these seven coils, three coils (namely - as described above - the innermost and outermost as well as a middle coil), for example, is fed by a first phase line of the three-phase direct and alternating current system, while two coils are fed by a second and third phase line of the three-phase direct and alternating current system. The direction of current flow through the coils is irrelevant in this consideration.
Um vorteilhaft möglichst gleichmäßige elektromagnetische Wanderfelder zu erzielen, ist es einerseits erforderlich, dass sich diese zu möglichst gleichen Teilen aus den Beiträgen jener Spulen zusammensetzen, die jeweils mit derselben Phasenleitung angespeist werden. Der Ausdruck 'gleichmäßig' bezieht sich hierbei sowohl auf die räumliche Verteilung als auch auf die Kraftwirkung der Wanderfelder auf die Metallschmelze in der Kokille.In order to advantageously achieve electromagnetic traveling fields that are as uniform as possible, it is necessary, on the one hand, that these are composed in as equal parts as possible of the contributions of those coils that are each fed with the same phase line. The term 'uniform' refers to both the spatial distribution and the force effect of the traveling fields on the molten metal in the mold.
Andererseits unterliegen die von der 'innersten' und 'äußersten' Spule erzeugten elektromagnetischen Felder einer räumlichen Streuwirkung und werden folglich in ihrer Wirkung abgeschwächt, weil die 'innerste' und 'äußerste' Spule jeweils nur zu einer einzigen weiteren Spule unmittelbar benachbart sind. So sind auch die beiden 'innersten' Spulen an ein- und derselben Kokillenbreitseite zueinander aufgrund der Strömungsverhältnisse innerhalb der Kokille - beispielsweise aufgrund der Wirkung des Tauchrohrs - zueinander weiter beabstandet als eine jeweils unmittelbar benachbarte Spule auf derselben Seite der zweiten Mittenebene ε2.On the other hand, the electromagnetic fields generated by the 'innermost' and 'outermost' coils are subject to a spatial scattering effect and are consequently weakened in their effect because the 'innermost' and 'outermost' coils are only directly adjacent to a single other coil. Due to the flow conditions within the mold - for example due to the effect of the immersion tube - the two 'innermost' coils on one and the same broad side of the mold are further apart from one another than an immediately adjacent coil on the same side of the second center plane ε 2 .
Die beiden beschriebenen Effekte - eine höhere Anzahl von Spulen mit derselben Phasenanspeisung wie die 'innerste' und 'äußerste' Spule einerseits sowie die Abschwächung der Wirkung dieser Spulen aufgrund von deren randseitiger Lage andererseits - kompensieren sich zu großen Teilen gegenseitig, sodass zur Erzielung von möglichst gleichmäßigen elektromagnetischen Wanderfeldern im vorgenannten Sinne in der Regel keine weiteren konstruktiven Maßnahmen erforderlich sind. Allenfalls ist eine geringfügige Anpassung der Breite der 'innersten' und/oder 'äußersten' Spule nötig, jedoch keine Änderung der Windungsanzahl oder der Dicke des die Spule ausbildenden stromführenden Leiters. Somit können durch die vorgenannte Wahl der Spulenanzahl und Spulenanordnung vorteilhaft gleichmäßige elektromagnetische Wanderfelder bei allenfalls geringem konstruktivem Aufwand erzielt werden.The two effects described - a higher number of coils with the same phase feed as the 'innermost' and 'outermost' coils on the one hand and the weakening of the effect of these coils due to their edge location on the other hand - largely compensate for each other, so that as much as possible Uniform electromagnetic traveling fields in the aforementioned sense generally require no further design measures. At most, the width needs to be adjusted slightly the 'innermost' and/or 'outermost' coil is necessary, but no change in the number of turns or the thickness of the current-carrying conductor forming the coil. Thus, through the aforementioned choice of the number of coils and coil arrangement, uniform electromagnetic traveling fields can advantageously be achieved with at best little design effort.
Weiterhin umfasst die elektromagnetische Rühr- und Bremseinrichtung ein erstes und ein zweites magnetisch leitendes, jeweils einteilig ausgebildetes Außenjoch. Jede Spule der ersten und der zweiten Spulenanordnung ist auf einem jeweiligen magnetisch leitenden Spulenjoch der erfindungsgemäßen Rühr- und Bremseinrichtung angeordnet. Dabei sind die kokillenabgewandten Enden jedes Spulenjochs der ersten Spulenanordnung miteinander über das erste Außenjoch und die kokillenabgewandten Enden jedes Spulenjochs der zweiten Spulenanordnung miteinander über das zweite Außenjoch verbunden. Anders ausgedrückt: die erfindungsgemäße Rühr- und Bremseinrichtung weist pro Spule ein eigenes Spulenjoch sowie pro Breitseitenplatte ein Außenjoch auf, wobei das Außenjoch an einer Breitseitenplatte jedoch nicht mit dem Außenjoch an der gegenüberliegenden Breitseitenplatte verbunden ist und somit kein die Kokille umschließendes Joch bildet.Furthermore, the electromagnetic stirring and braking device comprises a first and a second magnetically conductive, one-piece outer yoke. Each coil of the first and second coil arrangements is arranged on a respective magnetically conductive coil yoke of the stirring and braking device according to the invention. The ends of each coil yoke of the first coil arrangement facing away from the mold are connected to one another via the first outer yoke and the ends of each coil yoke of the second coil arrangement facing away from the mold are connected to one another via the second outer yoke. In other words: the stirring and braking device according to the invention has its own coil yoke per coil and an outer yoke per broadside plate, although the outer yoke on one broadside plate is not connected to the outer yoke on the opposite broadside plate and therefore does not form a yoke surrounding the mold.
Weiterhin umfasst die elektromagnetische Rühr- und Bremseinrichtung magnetisch leitende Polschuhe an der kokillenzugewandten Seite eines jeden Spulenjochs der ersten und zweiten Spulenanordnung, wobei die Polschuhe in einer ersten oder zweiten Stützplatte der Kokille angeordnet sind. Die erste Ebene kann beispielsweise durch die geometrischen Mittelpunkte der endseitigen, kokillenzugewandten Querschnittsfläche der Polschuhe der ersten und zweiten Spulenanordnung an den jeweiligen Außenflächen der ersten bzw. zweiten Breitseitenplatte definiert werden.Furthermore, the electromagnetic stirring and braking device comprises magnetically conductive pole pieces on the side facing the mold of each coil yoke of the first and second coil arrangement, the pole pieces being arranged in a first or second support plate of the mold. The first plane can be defined, for example, by the geometric centers of the end-side, mold-facing cross-sectional area of the pole shoes of the first and second coil arrangements on the respective outer surfaces of the first and second broadside plates.
Durch die beschriebene Anordnung von Außenjoch sowie Spulenjoch und Polschuh je Spule wird der magnetische Fluss der von der ersten Spulenanordnung erzeugten elektromagnetischen Wanderfelder vorteilhaft in Richtung des Gießvolumens der Kokille geführt und Streufelder werden weitgehend vermieden.The described arrangement of the outer yoke as well as the coil yoke and pole piece per coil results in the magnetic flux generated by the first coil arrangement Electromagnetic traveling fields are advantageously guided in the direction of the casting volume of the mold and stray fields are largely avoided.
Weiterhin umfasst die elektromagnetische Rühr- und Bremseinrichtung an der ersten und zweiten Breitseitenplatte jeweils eine an der ersten und zweiten Spulenanordnung angeordnete Schaltvorrichtung mit Terminals und Verbindungselementen, wobei jedes Verbindungselement mit jeweils zwei Terminals reversibel elektrisch verbindbar ist.Furthermore, the electromagnetic stirring and braking device on the first and second broadside plates each comprises a switching device with terminals and connecting elements arranged on the first and second coil arrangement, each connecting element being reversibly electrically connectable to two terminals.
Unter 'reversibel' wird in diesem Zusammenhang im Weiteren eine form- oder kraftschlüssige elektrische Verbindung (z.B. in Form einer Klemmung, einer Schraub- oder einer Steckverbindung) zwischen zwei Elementen, jedoch keine stoffschlüssige Verbindung (z.B. durch Löten oder Schweißen) verstanden. Daraus folgt, dass die Verbindung eines ersten reversibel verbindbaren elektrischen Anschlusspunktes mit einem zweiten elektrischen Anschlusspunkt dahingehend (z.B. während eines Wartungseinsatzes) verändert werden kann, dass nach erfolgter Änderung der erste Anschlusspunkt nicht mehr mit dem zweiten, sondern mit einem von diesem verschiedenen Anschlusspunkt elektrisch verbunden ist ("Umschließen"). Im Gegensatz dazu ist eine permanent installierte elektrische Leitung zwischen zwei elektrischen Anschlusspunkten nicht reversibel verbindbar und dementsprechend nicht dazu vorgesehen, im beschriebenen Sinne "umgeschlossen" zu werden.In this context, 'reversible' is understood to mean a positive or non-positive electrical connection (e.g. in the form of a clamp, a screw or a plug connection) between two elements, but not a material connection (e.g. by soldering or welding). It follows that the connection of a first reversibly connectable electrical connection point to a second electrical connection point can be changed (e.g. during a maintenance operation) in such a way that after the change has been made, the first connection point is no longer electrically connected to the second, but to a different connection point is ("enclose"). In contrast, a permanently installed electrical line between two electrical connection points cannot be reversibly connected and is therefore not intended to be "enclosed" in the sense described.
Durch Ändern der Anschlusskonfiguration der Verbindungselemente der Schaltvorrichtung kann die elektromagnetische Rühr- und Bremseinrichtung in besonders einfacher Weise lediglich durch das vorgenannte Umschließen für eine nachfolgende Gießkampagne umkonfiguriert werden, sodass die erste und zweite Spulenanordnung für die Gießkampagne wahlweise in einem Rührmodus oder in einem Brems- und Beschleunigungsmodus betrieben werden können. Unter einer Gießkampagne wird das Gießen einer oder mehrerer Metallbrammen mittels der Kokille unter Beibehaltung bestimmter Gießparameter, jedenfalls aber unter Beibehaltung des Gießmodus für die erste und zweite Spulenanordnung verstanden.By changing the connection configuration of the connecting elements of the switching device, the electromagnetic stirring and braking device can be reconfigured in a particularly simple manner for a subsequent casting campaign simply by the aforementioned enclosing, so that the first and second coil arrangements for the casting campaign can either be in a stirring mode or in a braking and Acceleration mode can be operated. A casting campaign involves the casting of one or more metal slabs using the mold while maintaining certain casting parameters, but in any case maintaining them the casting mode for the first and second coil arrangements is understood.
Die Schaltvorrichtung der erfindungsgemäßen elektromagnetischen Rühr- und Bremseinrichtung ermöglicht somit in vorteilhafter Weise den Wechsel zwischen einem Rührmodus und in einem Brems- bzw. Beschleunigungsmodus direkt an der Kokille selbst, ohne dass diese dafür ausgebaut werden müsste. Bei einem manuellen Umschließen der Verbindungselemente der Schaltvorrichtung beispielsweise müssen in der Regel dafür lediglich die Kokillenabdeckung entfernt und die Anschlüsse in beschriebener Weise geändert werden, was eine große Zeitersparnis darstellt.The switching device of the electromagnetic stirring and braking device according to the invention thus advantageously enables the change between a stirring mode and a braking or acceleration mode directly on the mold itself, without it having to be removed. When manually enclosing the connecting elements of the switching device, for example, it is usually only necessary to remove the mold cover and change the connections in the manner described, which saves a lot of time.
Weiterhin kann speziell für einen Wechsel zwischen einem Bremsmodus und einem Beschleunigungsmodus auch das beschriebene Ändern der elektrischen Anschlusskonfiguration selbst entfallen, da in diesem Fall lediglich die elektrische Ansteuerung der einzelnen Spulen der ersten und zweiten Spulenanordnung geändert werden muss, beispielsweise durch eine Umkehrung einer Phasenverschiebung ϕ zwischen den einzelnen Phasenleitungen des dreiphasigen Gleich- und Wechselstromsystems.Furthermore, especially for a change between a braking mode and an acceleration mode, the described change in the electrical connection configuration itself can also be omitted, since in this case only the electrical control of the individual coils of the first and second coil arrangement has to be changed, for example by reversing a phase shift ϕ between the individual phase lines of the three-phase direct and alternating current system.
In einer bevorzugten Ausführung der erfindungsgemäßen Rühr- und Bremseinrichtung werden eine oder mehrere Spulen der ersten Spulenanordnung und eine oder mehrere Spulen der zweiten Spulenanordnung zu einer Spulengruppe zusammengefasst. Dies bedeutet, dass die Spulen einer Spulengruppe elektrisch derart miteinander verschaltet werden, dass alle Spulen einer Spulengruppe jeweils von derselben Phasenleitung des dreiphasigen Gleich- und Wechselstromsystems angespeist werden können. Eine Spulengruppe kann dabei sowohl Spulen der ersten Spulenanordnung als auch Spulen der zweiten Spulenanordnung umfassen. Weiterhin können die Spulen einer Spulengruppe zueinander in Serie oder parallel sowie in einer Kombination aus Serien- und Parallelschaltung verschaltet sein. Jede Spulengruppe wird dabei von einer anderen Phasenleitung des dreiphasigen Gleich- und Wechselstromsystems angespeist. Die Wechselströme aller Phasenleitungen weisen jeweils dieselbe Frequenz auf, welche in einem Bereich zwischen 0 und 5 Hz liegt. Zwischen den Wechselströmen der einzelnen Phasenleitungen besteht eine feste Phasenverschiebung ϕ. Bei Frequenzen in dem genannten Bereich ist die durch Wirbelströme verursachte Abschwächung des magnetischen Feldes in der Kokille relativ gering, sodass die einzelnen Modi der Rühr- und Bremseinrichtung mit einem hohen Wirkungsgrad ausgeführt werden können.In a preferred embodiment of the stirring and braking device according to the invention, one or more coils of the first coil arrangement and one or more coils of the second coil arrangement are combined to form a coil group. This means that the coils of a coil group are electrically connected to one another in such a way that all coils of a coil group can be powered by the same phase line of the three-phase direct and alternating current system. A coil group can include both coils of the first coil arrangement and coils of the second coil arrangement. Furthermore, the coils of a coil group can be connected to one another in series or parallel as well as in a combination of series and parallel connection. Each coil group is connected to a different phase line three-phase direct and alternating current system. The alternating currents of all phase lines each have the same frequency, which lies in a range between 0 and 5 Hz. There is a fixed phase shift ϕ between the alternating currents of the individual phase lines. At frequencies in the range mentioned, the attenuation of the magnetic field in the mold caused by eddy currents is relatively small, so that the individual modes of the stirring and braking device can be carried out with a high degree of efficiency.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung wird für m ein Wert größer oder gleich 2 gewählt, sodass sowohl die erste als auch die zweite Spulenanordnung der erfindungsgemäßen Rühr- und Bremseinrichtung jeweils zumindest zwei Spulen einer jeden Spulengruppe umfasst. Durch eine Erhöhung der Anzahl der Spulen pro Spulengruppe bzw. pro Spulenanordnung lassen sich die elektromagnetischen Wanderfelder mit entsprechend höherer räumlicher Auflösung entlang der Umfangsrichtung der Kokille einstellen. Dabei können unterschiedliche Spulengruppen Spulen unterschiedlicher Bauart - beispielsweise mit unterschiedlicher Erstreckung entlang einer Breitenplatte der Kokille - aufweisen.According to a further preferred embodiment, a value greater than or equal to 2 is selected for m, so that both the first and the second coil arrangement of the stirring and braking device according to the invention each comprise at least two coils of each coil group. By increasing the number of coils per coil group or per coil arrangement, the electromagnetic traveling fields can be set with a correspondingly higher spatial resolution along the circumferential direction of the mold. Different coil groups can have coils of different designs - for example with different extensions along a width plate of the mold.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung sind die Polschuhe der ersten und zweiten Spulenanordnung derart ausgestaltet, dass sich die endseitige, kokillenzugewandte Querschnittsfläche der Polschuhe jeweils auf einen um mindestens 30% reduzierten Wert im Vergleich zur Querschnittsfläche des zugehörigen Spulenjochs verringert, wobei in diesem Zusammenhang eine Querschnittsfläche parallel zur jeweiligen Breitseitenplatte der Kokille verläuft. Ein oder mehrere der magnetischen Polschuhe können aus einem magnetisch hochpermeablem Material aus einer Kobalt-Eisen-Legierung bestehen, wobei das hochpermeable Material einen massebezogenen Kobaltanteil größer oder gleich 17% aufweist.According to a further preferred embodiment of the invention, the pole pieces of the first and second coil arrangement are designed such that the end-side cross-sectional area of the pole pieces facing the mold is reduced to a value reduced by at least 30% compared to the cross-sectional area of the associated coil yoke, in this context one Cross-sectional area runs parallel to the respective broad side plate of the mold. One or more of the magnetic pole pieces can consist of a magnetically highly permeable material made of a cobalt-iron alloy, the highly permeable material having a mass-related cobalt content greater than or equal to 17%.
An der Außenseite einer Breitseitenplatte einer Kokille sind in geringen Abständen zueinander eine Vielzahl von Stützelementen zur mechanischen Stützung derselben, beispielsweise Schrauben, sowie Kühlkanäle zur Durchleitung eines Kühlmittels angeordnet. In einer die Breitseitenplatte unmittelbar kontaktierenden Stützplatte sind diese Stützelemente bzw. Kühlkanäle aus konstruktiven Gründen ebenfalls ausgeführt bzw. setzen sich in dieser fort. Um daher die Polschuhe möglichst nahe an die Außenfläche der betreffenden Breitseitenplatte heranzuführen und dadurch eine Streuung der von der erfindungsgemäßen Rühr- und Bremsvorrichtung erzeugten magnetischen Felder möglichst gering zu halten, ist eine genannte Querschnittsverringerung der Polschuhe - insbesondere in Breitenrichtung der Kokille - erforderlich, um die verjüngten Enden der Polschuhe in Ausnehmungen zwischen den genannten Störstrukturen der Stützplatte anordnen zu können. Da weiterhin ein vorgenanntes hochpermeables Material eine höhere magnetische Sättigungsflussdichte als reines Eisen aufweist, kann mittels aus diesem Material gefertigten, verjüngten Polschuhen ein entsprechend höherer magnetischer Fluss in die Kokille eingeleitet werden im Vergleich zu Polschuhen, die dieselbe Form bzw. Verjüngung aufweisen, jedoch aus herkömmlichem Eisen gefertigt sind.On the outside of a broadside plate of a mold there are a large number of molds at small distances from one another Support elements for mechanical support of the same, for example screws, and cooling channels for the passage of a coolant are arranged. For structural reasons, these support elements or cooling channels are also designed or continue in a support plate that directly contacts the broadside plate. In order to bring the pole pieces as close as possible to the outer surface of the broad side plate in question and thereby keep the spread of the magnetic fields generated by the stirring and braking device according to the invention as low as possible, a reduction in the cross-section of the pole pieces - in particular in the width direction of the mold - is required in order to achieve this to be able to arrange the tapered ends of the pole pieces in recesses between the mentioned interference structures of the support plate. Furthermore, since an aforementioned highly permeable material has a higher magnetic saturation flux density than pure iron, a correspondingly higher magnetic flux can be introduced into the mold using tapered pole pieces made from this material compared to pole pieces that have the same shape or taper, but made of conventional are made of iron.
In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung sind ein oder mehrere Polschuhe der ersten und zweiten Spulenanordnung an ihren kokillenzugewandten Enden nach oben geführt, sodass die endseitige, kokillenzugewandten Querschnittsfläche eines derartigen Polschuhs in vertikaler Richtung zur entsprechenden Querschnittsflächen des zugehörigen Spulenjochs versetzt ist. Die Stützplatte für eine Breitseitenplatte einer Kokille ist unterhalb einer Gießbühne, zumeist unterhalb einer entsprechenden Kokillenabdeckung, angeordnet. Aus baulichen Gründen ist daher der Raum zum Anordnen zusätzlicher Strukturen, wie beispielsweise einer Spulenanordnung der erfindungsgemäßen Vorrichtung, in vertikaler Richtung begrenzt. Durch die genannte Ausgestaltung der nach oben geführten Enden der Polschuhe lässt sich der von der Spulenanordnung erzeugte magnetische Fluss in vertikaler Richtung innerhalb der Stützplatte zu einer gewünschten Position des oder in der Nähe des Gießspiegels der Kokille führen, sodass dadurch vorteilhaft eine Rühr- oder Bremswirkung der erfindungsgemäßen Vorrichtung am oder in der Nähe des Gießspiegels bewirkt werden kann.In a particularly preferred embodiment of the device according to the invention, one or more pole pieces of the first and second coil arrangement are guided upwards at their ends facing the mold, so that the end cross-sectional area of such a pole piece facing the mold is offset in the vertical direction to the corresponding cross-sectional areas of the associated coil yoke. The support plate for a broadside plate of a mold is arranged below a casting platform, usually below a corresponding mold cover. For structural reasons, the space for arranging additional structures, such as a coil arrangement of the device according to the invention, is therefore limited in the vertical direction. The above-mentioned design of the upwardly guided ends of the pole pieces allows the voltage generated by the coil arrangement magnetic flux in the vertical direction within the support plate to a desired position of or near the casting level of the mold, so that a stirring or braking effect of the device according to the invention can advantageously be effected on or near the casting level.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung können die Verbindungselemente und die Terminals derart angeordnet sein, dass zwischen einem Rührmodus und einem Brems- und Beschleunigungsmodus umgeschaltet werden kann. Dies ist vorteilhaft, da der Modus, in dem die erfindungsgemäße Vorrichtung betrieben wird, im Wesentlichen von den Gießparametern und der zu erzielenden Produktqualität bzw. der vorgegebenen Stahlsorte der Metallschmelze abhängt.According to a further preferred embodiment of the invention, the connecting elements and the terminals can be arranged such that it is possible to switch between a stirring mode and a braking and acceleration mode. This is advantageous because the mode in which the device according to the invention is operated essentially depends on the casting parameters and the product quality to be achieved or the specified steel type of the molten metal.
Die Schaltvorrichtung kann als ein elektrischer Schalter ausgebildet sein, welcher fernschalttechnisch, beispielsweise von einer Anlagenautomatisierung, angesteuert werden kann. In der Folge ist kein manueller Eingriff für das Umschalten mehr nötig, sodass zu diesem Zweck ein Ausbau der Kokillenabdeckung entfallen kann. Diese Ausgestaltung ist besonders vorteilhaft, weil damit ein Umschalten zwischen den einzelnen Gießmodi beim Wechsel zwischen aufeinanderfolgenden Gießkampagnen ermöglicht wird (beispielsweise im Zuge einer Änderung der Gießbreite), ohne dass dafür ein manueller Bedienereingriff an der Kokille selbst nötig wird. Auch ein erneutes Angießen für einen geänderten Gießmodus bei einem derartigen Wechsel zwischen aufeinanderfolgenden Gießkampagnen kann mit dieser Ausgestaltung vorteilhaft vermieden werden.The switching device can be designed as an electrical switch, which can be controlled remotely, for example by a system automation. As a result, manual intervention is no longer necessary for switching, so that there is no need to remove the mold cover for this purpose. This configuration is particularly advantageous because it enables switching between the individual casting modes when changing between successive casting campaigns (for example when changing the casting width) without requiring manual operator intervention on the mold itself. A new casting for a changed casting mode during such a change between successive casting campaigns can also be advantageously avoided with this embodiment.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung sind die Spulen der ersten und der zweiten Spulenanordnung als Hohlleiter ausgeführt, in die ein Kühlmedium - beispielsweise Wasser - eingespeist bzw. durchgeleitet werden kann. Ein Hohlleiter ist in diesem Zusammenhang somit als ein Kühlmittel führender elektrischer Leiter und nicht als ein elektrischer Hohlleiter zur Erzeugung von TE- oder TM-Wellen zu verstehen. Beispielsweise können die Einlässe und die Auslässe der einzelnen Spulen der ersten Spulenanordnung sowie der zweiten Spulenanordnung jeweils mittels Sammelleitungen zu einem gemeinsamen Einspeisepunkt bzw. Auslasspunkt an der Kokille zusammengefasst werden, was die Anzahl der zur Kokille führenden Kühlmittelleitungen verringert.According to a further preferred embodiment of the invention, the coils of the first and second coil arrangements are designed as waveguides into which a cooling medium - for example water - can be fed or passed through. In this context, a waveguide is therefore an electrical conductor carrying a coolant and not an electrical waveguide for generating TE or TM waves to understand. For example, the inlets and outlets of the individual coils of the first coil arrangement and the second coil arrangement can each be combined by means of collecting lines to form a common feed point or outlet point on the mold, which reduces the number of coolant lines leading to the mold.
Durch die Ausgestaltung der Spulen als Hohlleiter im vorgenannten Sinn kann die thermische Belastung des Spulenmaterials, die einerseits durch Ohm'sche Verluste im Spulenmaterial selbst als auch durch von der Kokille abgeleitete Gießwärme hervorgerufen wird, kontrolliert werden. Insbesondere können dadurch die Temperaturen der betreffenden Spulen auf einen vorgegebenen Wert geregelt werden, indem beispielsweise die Temperatur und/oder der durch die Spulen hindurchgeleitete Kühlmittelstrom als Stellgrößen verwendet werden. Da der ohmsche Widerstand des Spulenmaterials - beispielsweise Kupfer - temperaturabhängig ist, kann - bei vorgegebener Stromstärke - durch eine Temperaturregelung eine gleichbleibende Stärke des von den Spulen erzeugten Magnetfeldes realisiert bzw. es kann eine thermische Beschädigung der Spulen verhindert werden.By designing the coils as waveguides in the aforementioned sense, the thermal load on the coil material, which is caused on the one hand by ohmic losses in the coil material itself and by casting heat derived from the mold, can be controlled. In particular, the temperatures of the relevant coils can be regulated to a predetermined value, for example by using the temperature and/or the coolant flow passed through the coils as manipulated variables. Since the ohmic resistance of the coil material - for example copper - is temperature-dependent, a constant strength of the magnetic field generated by the coils can be achieved - for a given current strength - through temperature control or thermal damage to the coils can be prevented.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung umfasst die erfindungsgemäße Rühr- und Bremseinrichtung eine dritte und eine vierte Spulenanordnung zur Erzeugung zumindest zweier statischer Magnetfelder in einer zweiten Ebene, die sich normal zur Gießrichtung der Kokille erstreckt, wobei die dritte Spulenanordnung an der ersten Breitseitenplatte und die vierte Spulenanordnung an der zweiten Breitseitenplatte der Kokille angeordnet ist. Die dritte und vierte Spulenanordnung können jeweils auch mehr als zwei Spulen umfassen. Ein Teil der Spulen der dritten und vierten Spulenanordnung kann - in Querrichtung der Kokille gesehen - jeweils vor bzw. hinter dem Tauchrohr der Kokille angeordnet sein.According to a further preferred embodiment, the stirring and braking device according to the invention comprises a third and a fourth coil arrangement for generating at least two static magnetic fields in a second plane which extends normal to the casting direction of the mold, the third coil arrangement being on the first broad side plate and the fourth coil arrangement is arranged on the second broad side plate of the mold. The third and fourth coil arrangements can each also include more than two coils. Some of the coils of the third and fourth coil arrangements can - viewed in the transverse direction of the mold - be arranged in front of or behind the immersion tube of the mold.
Als 'ein' statisches Magnetfeld wird in diesem Zusammenhang ein Feld verstanden, das von zwei einander an der Kokille direkt gegenüberliegenden Spulen erzeugt wird, wobei die erste der beiden Spulen eine Spule aus der dritten Spulenanordnung und die zweite Spule eine Spule aus der vierten Spulenanordnung ist. Anders ausgedrückt wird 'ein' statisches Magnetfeld in diesem Sinn von einem Paar Spulen gebildet, deren Spulenachsen auf verschiedenen Breitseitenplatten angeordnet sind und einander direkt gegenüberliegen.In this context, 'a' static magnetic field is understood to mean a field that is generated by two coils directly opposite one another on the mold, the first of the two coils being a coil from the third coil arrangement and the second coil being a coil from the fourth coil arrangement . In other words, 'a' static magnetic field in this sense is formed by a pair of coils whose coil axes are arranged on different broadside plates and are directly opposite each other.
Die Spulen der dritten und vierten Spulenanordnung umfassen jeweils zumindest zwei Spulen und können von einer gemeinsamen oder mehreren separaten Gleichstromquellen angespeist werden. Weiterhin sind die Spulen der dritten und vierten Spulenanordnung jeweils auf einem eigenen magnetisch leitenden Spulenjoch angeordnet. Jedes Spulenjoch ist kokillenseitig jeweils mit einem magnetisch leitenden Polschuh verbunden, der jeweils in der ersten oder zweiten Stützplatte der Kokille in der zweiten Ebene angeordnet ist. Dabei sind die kokillenabgewandten Enden jedes Spulenjochs der dritten Spulenanordnung über ein drittes, einteiliges magnetisch leitendes Außenjoch miteinander verbunden. Ebenso sind die kokillenabgewandten Enden jedes Spulenjochs der vierten Spulenanordnung über ein viertes, einteiliges magnetisch leitendes Außenjoch miteinander verbunden. Das Außenjoch der dritten Spulenanordnung ist dabei mechanisch nicht mit dem Außenjoch der vierten Spulenkonfiguration verbunden. Diese Konfiguration erlaubt vorteilhaft die ausschließliche Führung des magnetischen Flusses außerhalb der Kokille innerhalb von magnetisch leitenden Materialien ohne Verwendung eines die Kokille umschließenden Jochs.The coils of the third and fourth coil arrangements each comprise at least two coils and can be powered by a common or several separate direct current sources. Furthermore, the coils of the third and fourth coil arrangements are each arranged on their own magnetically conductive coil yoke. Each coil yoke is connected on the mold side to a magnetically conductive pole piece, which is arranged in the first or second support plate of the mold in the second level. The ends of each coil yoke of the third coil arrangement facing away from the mold are connected to one another via a third, one-piece, magnetically conductive outer yoke. Likewise, the ends of each coil yoke of the fourth coil arrangement facing away from the mold are connected to one another via a fourth, one-piece, magnetically conductive outer yoke. The outer yoke of the third coil arrangement is not mechanically connected to the outer yoke of the fourth coil configuration. This configuration advantageously allows the magnetic flux to be guided exclusively outside the mold within magnetically conductive materials without using a yoke surrounding the mold.
Entsprechend der Position der Polschuhe der dritten und vierten Spulenanordnung wird in der zweiten Ebene das erzeugte statische Magnetfeld in den Innenraum der Kokille geleitet, wo es eine erwünschte Bremswirkung auf den Fluss der Schmelze innerhalb der Kokille entgegen der Gießrichtung ausübt. Die zweite Ebene kann beispielsweise durch die geometrischen Mittelpunkte der Auflageflächen der Polschuhe der dritten und der vierten Spulenanordnung an den jeweiligen Außenflächen der ersten bzw. zweiten Breitseitenplatte definiert werden. Im einfachsten Fall umfassen die dritte und die vierte Spulenanordnung jeweils zwei Spulen.Depending on the position of the pole pieces of the third and fourth coil arrangement, the static magnetic field generated is directed into the interior of the mold in the second level, where it exerts a desired braking effect on the flow of the melt within the mold against the casting direction. The second level can be, for example, through the geometric centers of the support surfaces of the pole shoes of the third and fourth coil arrangements on the respective outer surfaces of the first and second broadside plates are defined. In the simplest case, the third and fourth coil arrangements each comprise two coils.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung ist die zweite Ebene 450mm bis 800mm in Gießrichtung vom eintrittsseitigen Ende der Kokille beabstandet. Dadurch entfaltet sich die Bremswirkung der dritten und vierten Spulenanordnung in einem Bereich, der bei einer im Wesentlichen senkrecht orientierten Kokille in der Regel unterhalb der Austrittsöffnungen des Tauchrohres der Kokille liegt.According to a preferred development, the second level is spaced 450mm to 800mm in the casting direction from the inlet end of the mold. As a result, the braking effect of the third and fourth coil arrangement develops in an area which, in the case of a substantially vertically oriented mold, is usually below the outlet openings of the dip tube of the mold.
Gemäß einer besonders bevorzugten Weiterbildung können bei einer jeweils mehrere Spulen umfassenden dritten und vierten Spulenanordnung eine oder mehrere Spulen der dritten Spulenanordnung sowie eine oder mehrere Spulen der vierten Spulenanordnung jeweils aus einer separaten Gleichstromquelle gespeist werden. Anders ausgedrückt: es kann jede einzelne Spule der dritten und vierten Spulenanordnung aus jeweils einer separaten Gleichstromquelle gespeist werden, es können bei dieser Ausgestaltung jedoch auch mehrere Spulen der dritten und vierten Spulenanordnung jeweils gemeinsam von derselben Gleichstromquelle gespeist werden. Insbesondere können einander an der ersten und an der zweiten Breitseitenplatte gegenüberliegende Spulen der dritten und vierten Spulenanordnung miteinander in Serie geschaltet sein bzw. jeweils aus derselben Gleichstromquelle gespeist werden. Diese Ausgestaltung ermöglicht es, in Gießrichtung gesehen, im linken und im rechten Teil der Kokille jeweils Magnetfelder mit unterschiedlicher Stärke zu erzeugen und damit eine asymmetrisch verlaufende Bremswirkung auf die Metallschmelze auszuüben, um beispielsweise einen asymmetrischen Fluss der Metallschmelze innerhalb der Kokille auszugleichen.According to a particularly preferred development, in the case of a third and fourth coil arrangement each comprising several coils, one or more coils of the third coil arrangement and one or more coils of the fourth coil arrangement can each be fed from a separate direct current source. In other words: each individual coil of the third and fourth coil arrangement can be fed from a separate direct current source, but in this embodiment several coils of the third and fourth coil arrangement can also be fed together from the same direct current source. In particular, coils of the third and fourth coil arrangements that are opposite one another on the first and second broadside plates can be connected in series with one another or can each be fed from the same direct current source. This configuration makes it possible, viewed in the casting direction, to generate magnetic fields with different strengths in the left and right parts of the mold and thus to exert an asymmetrical braking effect on the molten metal, for example to compensate for an asymmetrical flow of the molten metal within the mold.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Gießen einer Metallbramme in einer Kokille mit einer erfindungsgemäßen elektromagnetischen Rühr- und Bremseinrichtung werden in einem ersten Schritt die elektrischen Anschlussleitungen des dreiphasigen Gleich- und Wechselstromsystems mit den Anschlussterminals reversibel elektrisch verbunden. Weiterhin werden die Verbindungselemente mit den umschaltbaren Terminals der Schaltvorrichtung reversibel elektrisch verbunden. Das Anschließen der elektrischen Anschlussleitungen und der Verbindungselemente für die erste und die zweite Spulenanordnung erfolgt dabei entsprechend einem zuvor festgelegten Gießmodus, in dem die erste und zweite Spulenanordnung in vorbeschriebener Weise entweder in einem Rührmodus oder in einem Brems- und Beschleunigungsmodus angesteuert werden.In the method according to the invention for casting a metal slab in a mold with a mold according to the invention In a first step, the electromagnetic stirring and braking device is used to reversibly electrically connect the electrical connection lines of the three-phase direct and alternating current system to the connection terminals. Furthermore, the connecting elements are reversibly electrically connected to the switchable terminals of the switching device. The electrical connection lines and the connecting elements for the first and second coil arrangements are connected in accordance with a previously defined casting mode, in which the first and second coil arrangements are controlled in the manner described above either in a stirring mode or in a braking and acceleration mode.
In einem darauffolgenden Schritt des erfindungsgemäßen Verfahrens erfolgt das Angießen eines Gießstranges an der Kokille, was beispielsweise unter Zuhilfenahme eines Kaltstranges durch die Kokille erfolgen kann. Bei dem Gießstrang kann es sich um den ersten Gießstrang einer Gießkampagne handeln. Gleichzeitig werden durch Anspeisen der ersten und der zweiten Spulenanordnung aus dem dreiphasigen Gleich- und Wechselstromsystem elektromagnetische Wanderfelder entsprechend einem vorgegebenen Rührmodus oder einem Brems- und Beschleunigungsmodus für die erste und die zweite Spulenanordnung erzeugt. Zudem können ein oder mehrere statische Magnetfelder in der zweiten Ebene durch Anspeisen der dritten und der vierten Spulenanordnung aus der einen oder den mehreren Gleichstromquellen erzeugt werden.In a subsequent step of the method according to the invention, a casting strand is cast onto the mold, which can be done, for example, with the aid of a cold strand through the mold. The casting strand can be the first casting strand of a casting campaign. At the same time, by feeding the first and second coil arrangements from the three-phase direct and alternating current system, electromagnetic traveling fields are generated in accordance with a predetermined stirring mode or a braking and acceleration mode for the first and second coil arrangements. In addition, one or more static magnetic fields can be generated in the second level by feeding the third and fourth coil arrangements from the one or more direct current sources.
Bei einer weiteren Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens mit einer erfindungsgemäßen elektromagnetischen Rühr- und Bremseinrichtung, bei der die Schaltvorrichtung als ein fernschalttechnisch ansteuerbarer elektrischer Schalter ausgebildet ist, werden durch Anspeisen der ersten und der zweiten Spulenanordnung aus dem dreiphasigen Gleich- und Wechselstromsystem elektromagnetische Wanderfelder erzeugt, die sich in der Kokille - bzw. relativ zu dieser - bewegen und entweder einem ersten oder einem zweiten Rühr- oder Brems- und Beschleunigungsmodus entsprechen. Zum Zwecke des Wechselns vom ersten auf den zweiten Rühr- oder Brems- und Beschleunigungsmodus erfolgt das reversible elektrische Verbinden der Verbindungselemente mit den umschaltbaren Terminals fernschalttechnisch, beispielsweise via Ansteuerung der Schaltvorrichtung durch eine Anlagenautomatisierung. Dabei bleibt die Verbindung zwischen den elektrischen Anschlussleitungen des dreiphasigen Gleich- und Wechselstromsystems mit den Anschlussterminals der erfindungsgemäßen Rühr- und Bremseinrichtung bestehen, jedoch wird das Gleich- und Wechselstromsystems während dieses Umschaltvorgangs bevorzugt stromlos geschaltet, um elektrische Überschläge zu vermeiden.In a further embodiment of the method according to the invention with an electromagnetic stirring and braking device according to the invention, in which the switching device is designed as an electrical switch that can be controlled remotely, electromagnetic traveling fields are generated by feeding the first and second coil arrangements from the three-phase direct and alternating current system, which move in the mold - or relative to it - and correspond to either a first or a second stirring or braking and acceleration mode. For the purpose of When changing from the first to the second stirring or braking and acceleration mode, the reversible electrical connection of the connecting elements to the switchable terminals takes place remotely, for example via control of the switching device by a system automation. The connection between the electrical connection lines of the three-phase direct and alternating current system with the connection terminals of the stirring and braking device according to the invention remains, but the direct and alternating current system is preferably de-energized during this switching process in order to avoid electrical flashovers.
Die oben beschriebenen Eigenschaften, Merkmale und Vorteile dieser Erfindung sowie die Art und Weise, wie diese erreicht werden, werden klarer und deutlicher verständlich im Zusammenhang mit der folgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels, das in Zusammenhang mit den Figuren näher erläutert wird. Dabei zeigen:
-
Figur 1 (FIG 1 ) einen Schnitt durch ein schematisches Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen elektromagnetischen Rühr- und Bremseinrichtung, -
Figur 2 (FIG 2 ) eine Schrägansicht einer baulichen Hälfte des Ausführungsbeispiels vonFIG 1 , -
Figur 3 (FIG 3 ) eine Verschaltung des erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiels ausFIG 1 zum Betrieb in einem Brems- und Beschleunigungsmodus, -
Figur 4 (FIG 4 ) eine Verschaltung des erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiels zum Betrieb in einem Rührmodus, und -
Figur 5 (FIG 5 ) einen Schnitt des erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiels in einer zweiten Ebene.
-
Figure 1 (FIG 1 ) a section through a schematic embodiment of the electromagnetic stirring and braking device according to the invention, -
Figure 2 (FIG 2 ) an oblique view of a structural half of the exemplary embodiment ofFIG 1 , -
Figure 3 (FIG 3 ) an interconnection of the exemplary embodiment according to the inventionFIG 1 to operate in a braking and acceleration mode, -
Figure 4 (FIG 4 ) an interconnection of the exemplary embodiment according to the invention for operation in a stirring mode, and -
Figure 5 (FIG 5 ) a section of the exemplary embodiment according to the invention in a second level.
Einander entsprechende Teile sind in den Figuren mit denselben Bezugszeichen versehen.Corresponding parts are provided with the same reference numbers in the figures.
Die Kokille 2 umfasst eine erste Breitseitenplatte 5 und eine zweite Breitseitenplatte 5', die im Wesentlichen normal zur zweiten Raumrichtung Y orientiert und in einem Abstand voneinander beabstandet sind, der der Dicke einer mit der Kokille 2 gegossenen Metallbramme entspricht und auch als Gießdicke bezeichnet wird. Die erste und die zweite Breitseitenplatte 5, 5' sind auf einer jeweiligen ersten bzw. zweiten Stützplatte 7, 7' montiert, die die während eines Gießvorganges erforderliche Stabilität und Kühlung der ersten und zweiten Breitseitenplatte 5 und 5' gewährleisten. Beispielsweise verlaufen in oder zwischen den Breitseitenplatten 5, 5' und den jeweiligen Stützplatten 7, 7' Kühlkanäle, durch die ein Kühlmittel zur Abfuhr der Gießwärme aus der Kokille 2 geleitet werden kann (in
Über ein Tauchrohr 3, das am eingießseitigen Ende 2' der Kokille 2 in deren Innenraum ragt, wird flüssige Metallschmelze 9 in die Kokille 2 eingebracht, wobei die Metallschmelze 9 im Wesentlichen parallel zu den Breitseitenplatten 5 und 5' durch eine oder mehrere Austrittsöffnungen 4 aus dem Tauchrohr 3 ausströmt. Das Einbringen der Metallschmelze 9 erfolgt während des Gießvorganges - abgesehen von einer kurzen Angießphase - derart, dass die Austrittsöffnungen 4 vollständig unterhalb des Gießspiegels 19 liegen, der von der Oberfläche, der in die Kokille 2 eingebrachten Metallschmelze 9 gebildet wird. Ein teilerstarrter Gießstrang (in
An der Kokille 2 ist eine erfindungsgemäße elektromagnetische Rühr- und Bremseinrichtung 1 angeordnet, die eine erste Spulenanordnung 11 an der ersten Breitseitenplatte 5 und eine zweite Spulenanordnung 11' an der zweiten Breitseitenplatte 5' aufweist. Die erste und die zweite Spulenanordnung 11, 11' des Ausführungsbeispiels sind jeweils in bzw. entlang einer ersten Ebene 10 angeordnet, die normal zur Gießrichtung der Kokille 2 orientiert ist. Weiterhin umfassen die erste und die zweite Spulenanordnung 11, 11' jeweils eine Mehrzahl einzelner Spulen 31...38 bzw. 31'...38', deren Achsen jeweils normal zur ersten bzw. zur zweiten Breitseitenplatte 5, 5' der Kokille 2 orientiert sind. Jede der Spulen 31...38 bzw. 31'...38' ist auf einem eigenen magnetisch leitenden Spulenjoch 30 bzw. 30' angeordnet, wobei die kokillenabgewandten Enden jedes Spulenjochs 30 der ersten Spulenanordnung 11 miteinander über ein erstes, magnetisch leitendes Außenjoch 13 und die kokillenabgewandten Enden jedes Spulenjochs 30' der zweiten Spulenanordnung 11' miteinander über ein zweites, magnetisch leitendes Außenjoch 13' verbunden sind.An electromagnetic stirring and braking device 1 according to the invention is arranged on the
An der kokillenzugewandten Seite jedes Spulenjochs 30, 30' der ersten und zweiten Spulenanordnung 11, 11' sind magnetisch leitende Polschuhe 39, 39' angeordnet (
Weiterhin sind in
Die dritte und die vierte Spulenanordnung 21, 21' des dargestellten Ausführungsbeispiels sind jeweils in bzw. entlang einer zweiten Ebene 20 angeordnet, die wiederum normal zur Gießrichtung der Kokille 2 orientiert ist. Die dritte und die vierte Spulenanordnung 21, 21' umfassen jeweils eine Mehrzahl einzelner Spulen 41, 42 bzw. 41', 42', deren Achsen jeweils normal zur ersten bzw. zur zweiten Breitseitenplatte 5, 5' der Kokille 2 orientiert sind. Jede der Spulen 41, 42 bzw. 41'...42' ist auf einem eigenen magnetisch leitenden Spulenjoch 40 bzw. 40' angeordnet, wobei die kokillenabgewandten Enden jedes Spulenjochs 40 der dritten Spulenanordnung 21 miteinander über ein drittes, magnetisch leitendes Außenjoch 23 und die kokillenabgewandten Enden jedes Spulenjochs 40' der vierten Spulenanordnung 21' miteinander über ein viertes, magnetisch leitendes Außenjoch 23' verbunden sind.The third and
Wiederum sind an der kokillenzugewandten Seite jedes Spulenjochs 40, 40' der dritten und vierten Spulenanordnung 21, 21' magnetisch leitende Polschuhe 49, 49' angeordnet (
Weiterhin sind in
Von jedem Spulenjoch 40 erstreckt sich entlang der zweiten Raumrichtung Y ein Polschuh 49 durch eine entsprechende Ausnehmung in der ersten Stützplatte 7 in Richtung der ersten Breitseitenplatte 5, um den von den Spulen 41, 42 erzeugten magnetischen Fluss möglichst nahe an die Metallschmelze in der Kokille heranzuführen und so eine möglichst optimale Bremswirkung zu entfalten. In analoger Weise erstreckt sich von jedem Spulenjoch 40' der Spulen 41', 42' der vierten Spulenanordnung 21' entlang der zweiten Raumrichtung Y ein Polschuh 49' durch eine entsprechende Ausnehmung in der zweiten Stützplatte 7' in Richtung der zweiten Breitseitenplatte 5' (in
Die Anordnung der Spulen 31' bis 38' der zweiten Spulenanordnung 11' auf einem jeweiligen Spulenjoch 30' mit entsprechendem Polschuh 39' und verbindendem zweitem Außenjoch 13' entlang der zweiten Breitseitenplatte 5' der Kokille 2 ist spiegelbildlich in Bezug auf eine Ebene normal zur zweiten Raumrichtung Y zu den Spulen 31 bis 38 der ersten Spulenanordnung 11 bzw. deren Polschuhen 39 und erstem Außenjoch 13 ausgeführt.The arrangement of the coils 31' to 38' of the second coil arrangement 11' on a respective coil yoke 30' with a corresponding pole piece 39' and connecting second outer yoke 13' along the second broadside plate 5' of the
Jede der Spulen 31 bis 38 bzw. 31' bis 38' der ersten und zweiten Spulenanordnung 11, 11' umfasst zwei elektrische Anschlusspunkte, wobei jeder dieser Anschlusspunkt über eine permanente elektrische Leitung (in
Die ersten Anschlussterminals 50 sind in
Weiterhin sind in
Konkret sind in dem in
Die einzelnen Spulen 31 bis 38 und 31' bis 38' sind in
Durch die in
Ein Unterschied zur Verschaltung gemäß
Kurz ausgedrückt kann zwischen einer Verschaltung für einen 'Brems- und Beschleunigungsmodus' gemäß
Die dritte Spulenanordnung 21 umfasst zwei Spulen 41 und 42, die jeweils auf einem eigenen magnetisch leitenden Spulenjoch 40 angeordnet sind. An dem der ersten Breitseitenplatte 5 zugewandten Ende ist an jedem Spulenjoch 40 ein magnetisch leitender Polschuh 49 angeordnet, der sich durch Ausnehmungen in der magnetisch nichtleitenden ersten Stützplatte 7 (in
Die vierte Spulenanordnung 21' umfasst zwei Spulen 41' und 42' auf einem jeweiligen Spulenjoch 40' und ist zusammen mit entsprechenden magnetisch leitenden Polschuhen 49' und einem verbindenden vierten Außenjoch 23' entlang der zweiten Breitseitenplatte 5' spiegelbildlich zur ersten Spulenanordnung 21 in Bezug auf die erste Mittenebene ε1 angeordnet.The fourth coil arrangement 21' includes two coils 41' and 42' on a respective coil yoke 40' and, together with corresponding magnetically conductive pole pieces 49' and a connecting fourth outer yoke 23', is a mirror image of the
Mithilfe der dritten und vierten Spulenanordnung 21, 21' können statische Magnetfelder im Inneren Der Kokille 2 erzeugt werden, welche eine bremsende Kraft auf die in Gießrichtung der Kokille 2 fließende Metallschmelze ausüben. Konkret werden dazu jeweils einander gegenüberliegende Spulen 41 und 41' bzw. 42 und 42' der ersten und zweiten Spulenanordnung 21 und 21' elektrisch so verschaltet, dass sich - wie in
- 11
- Elektromagnetische Rühr- und BremseinrichtungElectromagnetic stirring and braking device
- 22
- Kokillemold
- 2'2'
- eingießseitiges Endepouring end
- 33
- TauchrohrDip tube
- 44
- AustrittsöffnungExit opening
- 5, 5'5, 5'
- erste, zweite Breitseitenplattefirst, second broadside plate
- 7, 7'7, 7'
- erste, zweite Stützplattefirst, second support plate
- 99
- Metallschmelzemolten metal
- 1010
- erste Ebenefirst floor
- 11, 11'11, 11'
- erste, zweite Spulenanordnungfirst, second coil arrangement
- 13, 13'13, 13'
- erstes, zweites Außenjochfirst, second outer yoke
- 16, 16', 16"16, 16', 16"
- StützrollenSupport rollers
- 1818
- OszillationsvorrichtungOscillating device
- 1919
- Gießspiegelcasting mirror
- 2020
- zweite Ebenesecond level
- 21, 21'21, 21'
- dritte, vierte Spulenanordnungthird, fourth coil arrangement
- 23, 23'23, 23'
- drittes, viertes Außenjochthird, fourth outer yoke
- 30, 30'30, 30'
- SpulenjochCoil yoke
- 31 ... 3831...38
- SpuleKitchen sink
- 31' ... 38'31' ... 38'
- SpuleKitchen sink
- 39, 39'39, 39'
- PolschuhPole shoe
- 40, 40'40, 40'
- SpulenjochCoil yoke
- 41, 42,41, 42,
- SpuleKitchen sink
- 41', 42'41', 42'
- SpuleKitchen sink
- 49, 49'49, 49'
- PolschuhPole shoe
- 50, 50'50, 50'
- erste, zweite Anschlussterminalsfirst, second connection terminals
- 60, 60'60, 60'
- umschaltbares Terminalswitchable terminal
- 70, 71, 7270, 71, 72
- Verbindungselementconnecting element
- 80, 80'80, 80'
- SchaltvorrichtungSwitching device
- ε1, ε2ε1, ε2
- erste, zweite Mittenebenefirst, second middle level
- U, V, WAND MANY MORE
- SpulengruppeCoil group
- X, Y, ZX, Y, Z
- orthogonale Raumrichtungenorthogonal spatial directions
Claims (14)
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
EP22163318 | 2022-03-21 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
EP4249146A1 true EP4249146A1 (en) | 2023-09-27 |
Family
ID=80928787
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
EP23162226.7A Pending EP4249146A1 (en) | 2022-03-21 | 2023-03-16 | Electromagnetic stirring and braking device for a mould for producing metal slabs |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
EP (1) | EP4249146A1 (en) |
Citations (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US20050039876A1 (en) * | 2001-09-27 | 2005-02-24 | Abb Ab | Device and a method for continuous casting |
JP2006255759A (en) | 2005-03-18 | 2006-09-28 | Jfe Steel Kk | Method for continuously casting steel |
US20080236780A1 (en) * | 2005-11-28 | 2008-10-02 | Rotelec | Adjusting the Mode of Electromagnetic Stirring Over the Height of a Continous Casting Mould |
JP4910357B2 (en) | 2005-03-11 | 2012-04-04 | Jfeスチール株式会社 | Steel continuous casting method |
EP2500121B1 (en) | 2009-11-10 | 2014-05-07 | JFE Steel Corporation | Method of continuous casting of steel |
CN205816758U (en) | 2016-07-05 | 2016-12-21 | 湖南中科电气股份有限公司 | Multi-functional multi-mode continuous casting crystallizer for plate billet electromagnetism flow control device |
WO2021132821A1 (en) | 2019-12-27 | 2021-07-01 | 주식회사 포스코 | Casting equipment and casting method |
-
2023
- 2023-03-16 EP EP23162226.7A patent/EP4249146A1/en active Pending
Patent Citations (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US20050039876A1 (en) * | 2001-09-27 | 2005-02-24 | Abb Ab | Device and a method for continuous casting |
JP4910357B2 (en) | 2005-03-11 | 2012-04-04 | Jfeスチール株式会社 | Steel continuous casting method |
JP2006255759A (en) | 2005-03-18 | 2006-09-28 | Jfe Steel Kk | Method for continuously casting steel |
US20080236780A1 (en) * | 2005-11-28 | 2008-10-02 | Rotelec | Adjusting the Mode of Electromagnetic Stirring Over the Height of a Continous Casting Mould |
EP2500121B1 (en) | 2009-11-10 | 2014-05-07 | JFE Steel Corporation | Method of continuous casting of steel |
CN205816758U (en) | 2016-07-05 | 2016-12-21 | 湖南中科电气股份有限公司 | Multi-functional multi-mode continuous casting crystallizer for plate billet electromagnetism flow control device |
WO2021132821A1 (en) | 2019-12-27 | 2021-07-01 | 주식회사 포스코 | Casting equipment and casting method |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
DE2731238A1 (en) | METHOD AND DEVICE FOR CONTINUOUS PASTING, IN PARTICULAR STEEL, UNDER THE EFFECT OF A MAGNETIC WALKING FIELD | |
AT391432B (en) | DEVICE FOR HORIZONTAL CONTINUOUS CASTING | |
EP1815925B1 (en) | Method and apparatus for the continuous casting of double-T-bleam blanks | |
DE60003945T2 (en) | METHOD FOR VERTICAL CONTINUOUS CASTING OF METALS USING ELECTROMAGNETIC FIELDS, AND SYSTEM FOR CARRYING OUT IT | |
DE3016044A1 (en) | TWO-PIECE SHIELDING FOR SHAPE CONTROL IN ELECTROMAGNETIC CASTING | |
DE3122155C2 (en) | ||
DE19533577C1 (en) | Electromagnetic system for continuous casting mould | |
DE69632434T2 (en) | Strangiessenanlage | |
EP2326441B1 (en) | Electromagnetic braking device on continuous casting molds | |
EP0774313A1 (en) | Electromagnetic stirring device for a slab caster mould | |
EP4249146A1 (en) | Electromagnetic stirring and braking device for a mould for producing metal slabs | |
EP1427553B1 (en) | Method and device for producing a metal strip in a strip casting machine with rolls | |
EP3433038B1 (en) | Stirring coil which partly surrounds a metal strand | |
EP0009803B1 (en) | Method for continuously casting steel | |
EP0021219A1 (en) | Device for delivering or adjusting a flow of liquid metal in a tube | |
EP2692461A2 (en) | Device for shaped application of at least partly solidified metal, in particular continuous casting mould, and method for operating such a device | |
DE69912105T2 (en) | DEVICE FOR FOUNDING METAL | |
DE69909062T2 (en) | DEVICE FOR CASTING METAL | |
EP0019118B1 (en) | Installation for stirring metal melts in continuous casting plants | |
CA1155630A (en) | Apparatus and method for electromagnetic stirring in a continuous casting installation | |
DE2827240A1 (en) | Metal agitator in continuous casting plant - applies magnetic field in solidification phase superposed to direct current | |
WO2001036130A1 (en) | Method for adjusting the force density during inductive stirring and the inductive discharge as well as inductors for inductive stirring and the inductive discharge of electroconductive liquids | |
DE60121169T2 (en) | A DEVICE FOR CONTINUOUS OR HALF-CONTINUOUS CASTING OF METAL | |
DE102004044637B3 (en) | Controlled solidification plant for melts of electrically conductive material includes an annular cathode and several annular part anodes spaced out from each other | |
EP0015301B1 (en) | Method and apparatus for the electromagnetic stirring of the liquid core of a metallic billet that is transported between the supporting rollers of a strand guide outside the casting mould |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
PUAI | Public reference made under article 153(3) epc to a published international application that has entered the european phase |
Free format text: ORIGINAL CODE: 0009012 |
|
STAA | Information on the status of an ep patent application or granted ep patent |
Free format text: STATUS: THE APPLICATION HAS BEEN PUBLISHED |
|
AK | Designated contracting states |
Kind code of ref document: A1 Designated state(s): AL AT BE BG CH CY CZ DE DK EE ES FI FR GB GR HR HU IE IS IT LI LT LU LV MC ME MK MT NL NO PL PT RO RS SE SI SK SM TR |
|
STAA | Information on the status of an ep patent application or granted ep patent |
Free format text: STATUS: REQUEST FOR EXAMINATION WAS MADE |