Verfahren und Einrichtung zum Stranggießen von Metallen, insbesondere von Stahl
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Einrichtung zum Stranggießen von Metallen, insbesondere von Stahl, in eine gekühlte, oszillierende Stranggießkokille, in der der Gießsumpf einer Behandlung durch das elektromagnetische Feld einer Rührspule unterzogen wird, wobei das Magnetfeld, das die Schmelzenteile umrührt, nahe am Gießstrang, in bzw. unterhalb der Stranggießkokille, erzeugt wird.
Das elektromagnetische Rühren dient im Gießstrang nach der Stranggießkokille zur Verbesserung und / oder zur Beeinflussung der Mitten-Seigerungen und der Oberflächenqualität des Gießproduktes. Bei Blockanlagen und Knüppelanlagen wird die Rührspule in vielen Fällen im Bereich der Strangführung unterhalb der Stranggießkokille angeordnet. Hierdurch ist die Rührspule an eine feste mechanische Position gebunden. Dementsprechend entsteht ein magnetisches Feld mit der Ausbreitung und Rückführung der Feldlinien im Raum.
Eine variable Rührposition längs der Strangführung wäre für eine optimale Rührwirkung in Abhängigkeit der wechselnden Prozess-Parameter wünschenswert. Dafür bietet sich eine Änderung der Position der Rührspule an. Eine Verschiebung der Rührspulen-Position während des Gießbetriebes, aufgrund von Änderungen der Prozess-Parameter, erfordert einen sehr hohen Konstruktionsaufwand. Hierzu gehören hydraulische und / oder elektrische Stellglieder und deren Schaltungen. Eine solche Gestaltung der Verschieblich- keit der Rührspule ist daher mit hohem Aufwand, hohen Kosten für den Betrieb und die Instandhaltung verbunden.
Es ist bekannt, eine Veränderung der Rührspulen-Position in einer Gießpause durch Verwendung von Distanzstücken in einem mechanischen Umbau vorzu-
nehmen. Ein solcher Umbau stellt gegenwärtig die einzige Maßnahme dar, um die veränderte Rührspulen-Position zu erzielen. Dieses Verfahren leidet an einer Berücksichtigung von aktuellen Prozess-Parametern und kann daher nur aufgrund von Erfahrungswerten in Gießpausen eingesetzt werden und besteht in einem beweglichen Teil der Rührspule, das in Richtung des Magnetfeldes verstellbar ist (WO 94 / 16844), wodurch die hier gewünschten Wirkungen nicht erzielt werden können.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Einrichtung zur Verstellung der Rührspulenwirkungen nicht nur außerhalb, sondern auch während des Gießprozesses zu schaffen.
Die gestellte Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass bei ortsfester, in Strangbewegungsrichtung an die Stranggießkokille anschließender Rührspule durch Verstellen des Oszillations-Bereiches der Stranggießkokille in Abhängigkeit der Gießparameter eine stufenlose, relative Positionsänderung des Magnetfeldes der Rührspule in Richtung der Strangader durchgeführt wird. Dadurch wird eine relative Verstellung des Magnetfeldes der Rührspule in seiner Wirkung auch während des Gießprozesses möglich. Die Verstellung des Oszillations-Bereiches führt zu einer veränderten Einflussnahme des Magnet- feldes auf den Gießstrang. Dabei kann die Rührspule ortsfest sein und bedarf keiner Lageveränderung. Die Verstellung des Oszillations-Bereiches führt zu einer veränderten Schalenbildung und zu einer Rührposition der Rührspule, in der eine verstärkte Einwirkung auf das Gießmaterial während der Strangschalenbildung erfolgen kann. Während des laufenden Gießbetriebes kann auf ver- schiedene Prozeßänderungen reagiert werden, z.B. auf eine Änderung der Stahlgütegruppe, die Gießgeschwindigkeit und / oder die Kühlstrategie.
In Ausgestaltung ist vorgesehen, dass die Oszillations-Einrichtung mit einem erweiterten Stellbereich betrieben wird. Die Veränderung der Oszillationspositi- on und der hiermit gekoppelten Badspiegelposition verschiebt den Erstarrungsverlauf relativ zur fest angeordneten Rührspule.
Das Verfahren ist ferner dahingehend weitergebildet, dass die Nulllage der Oszillation gegenüber dem ortsfesten Magnetfeld der Rührspule verschoben wird. Durch diesen Schritt kann vorteilhafterweise der erweiterte Stellbereich geschaffen werden.
Dabei ist es weiter vorteilhaft, dass der erweiterte Stellbereich von der Art der Oszillations-Einrichtung abhängig ausgedehnt wird. Einige Oszillations- Einrichtungen besitzen nur den normal notwendigen Bereich.
Entsprechend dem erweiterten Stellbereich der Oszillations-Einrichtung wird weiter vorgeschlagen, dass ein vor der Stranggießkokille angeordneter Zwischenbehälter mit Tauchausguss in Abhängigkeit der Einstellung des Oszillations-Bereichs der Stranggießkokille in der Höhenlage verstellt wird. Der Zwischenbehälter wird dabei entsprechend dem eingenommenen Stellbereich ebenfalls verstellt.
Ebenso ist nach weiteren Schritten vorgesehen, dass die Kokillenfüllstandsregelung in Abhängigkeit der Einstellung des Oszillations-Bereichs betrieben wird. Dadurch wird die konstante Badspiegelposition relativ zur Oberkante der Stranggießkokille kontinuierlich eingehalten.
Das Verfahren sieht außerdem vor, dass zusätzlich zur Veränderung der Einstellung des Oszillations-Bereiches die Oszillations-Parameter verändert werden. Es können dadurch alle Vorteile solcher Oszillations-Parameter, wie z.B. der Frequenzen, der Amplituden, des sog. Negativ-Strip u. dgl. nach Bedarf eingesetzt werden.
Dabei kann der Oszillations-Stellbereich zyklisch verändert werden. Darunter fallen ansteigende oder abfallende Amplitudenkurven.
Die Einrichtung zum Stranggießen von Metallen, insbesondere von Stahl, mit einer gekühlten, oszillierenden Stranggießkokille, der eine elektromagnetische Rührspule zugeordnet, z.B. nachgeordnet ist, deren Magnetfeld den Gießstrang im flüssigen, teilerstarrten und / oder durcherstarrten Längsabschnitten durchdringt, löst die gestellte Aufgabe erfindungsgemäß dadurch, dass die Oszilla- tions-Einrichtung in Abhängigkeit der Gießparameter mit einem erweiterten Stellbereich betätigbar ist, der im Abstand zur elektromagnetischen Rührspule wirkt. Je nach Veränderungen dieses Abstandes wirken sich unterschiedliche Magnetkräfte auf den betreffenden Gießstrangabschnitt aus.
Nach weiteren Merkmalen ist vorgesehen, dass ein mit dem Tauchrohr in die Stranggießkokille speisender Zwischenbehälter in Abhängigkeit der Oszillationsbereich-Verstellung höheneinstellbar ist. Dadurch kann der durch die Oszillations-Einrichtung eingenommene Stellbereich ausgeglichen werden.
Vorteilhaft ist ferner, dass die Oszillations-Einrichtung aus einer symmetrischen Vier-Zylinder-Einrichtung besteht. Eine solche Einrichtung arbeitet streng senkrecht und verbindet eine einfache Einstellung des Oszillations-Stellbereichs.
Dieselben Wirkungen lassen sich auch mittels einer Oszillations-Einrichtung, die aus einer Resonanz-Oszillationseinrichtung besteht, erzielen.
In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt, das nachfolgend näher erläutert wird.
Die einzige Figur der Zeichnung zeigt einen senkrechten Schnitt durch eine Stranggießvorrichtung mit zugeordneten Bewegungswegen der einzelnen Organe.
Das flüssige Metall 1 , insbesondere flüssiger Stahl, wird aus einem Zwischen- behälter 2 durch ein Tauchrohr 3 in eine gekühlte Stranggießkokille 4 geregelt und kontinuierlich eingegossen, wobei ein Gießspiegel 5 über eine nicht näher
dargestellte Gießspiegel-Regeleinrichtung eingehalten wird. Die Stranggießkokille 4 wird mittels einer Oszillations-Einrichtung 6, die z.B. aus mehreren Kolben-Zylinder-Einheiten 7 besteht, oszilliert. Der außen durch eine Strangschale gebildete Gießstrang 8 durchläuft eine elektromagnetische Rührspule 9, die ortsfest auf einem Gerüstrahmen 10 oder in einer Strangführung 11 angeordnet ist, die aus einer Vielzahl von Stützrollen 12 besteht, oder innerhalb der Stranggießkokille 4 selbst eingeschlossen ist.
In der Stranggießkokille 4 bildet der Gießstrang 8 die erwähnte Strangschale und ist in Abschnitten je nach Gießstrangweglänge 13 teilerstarrt, flüssig oder durcherstarrt und bildet einen spitz zulaufenden Sumpf. Das Magnetfeld der Rührspule 9 wird nahe am Gießstrang 8 mit (Oszillations-) Abstand unterhalb der Stranggießkokille 4 erzeugt.
Das Verfahren wird nunmehr dahingehend ausgeübt, dass bei der ortsfesten,, in Strangbewegungsrichtung 14 an die Stranggießkokille 4 angeschlossene elektromagnetische Rührspule 9 durch Verstellen eines Oszillations-Bereiches 15 der Stranggießkokille 4 in Abhängigkeit der Gießparameter (z.B. Gießgeschwindigkeit, Stahlqualität, Kühlsystem u. dgl.) eine stufenlose, relative Positionsänderung des Magnetfeldes der Rührspule 9 in Richtung der Strangader, die zwischen den Stützrollen 12 gebildet ist, durchgeführt wird.
In dieser momentanen Lage befindet sich, auf der Ordinate aufgetragen, die Rührspulen-Position 16, die Stranggießkokille 4 auf der Kokillen-Oszillations- Position 17 und der Zwischenbehälter 2 auf der Zwischenbehälter-Position 18 mit der Tauchrohr-Position 19.
Die Oszillations-Einrichtung 6 wird mit einem erweiterten Stellbereich 20 betrieben. Der Start der Oszillation der Stranggießkokille 4 erfolgt von einer Nulllage 21 aus.
Die Oszillation wird von dieser Nulllage 21 aus gegenüber dem ortsfesten Magnetfeld der Rührspule 9 verschoben.
Der erwähnte Stellbereich 20 wird von der Art der Oszillations-Einrichtung 6 abhängig gebildet, z.B. von einer Hebel-Oszillationsvorrichtung oder einer Re- sonanz-Federblatt-Oszillationsvorrichtung.
Der vor der Stranggießkokille 4 angeordnete Zwischenbehälter 2 mit Tauchrohr 3 wird in Abhängigkeit der Einstellung des Oszillations-Bereichs 15 der Stranggießkokille 4 in die Höhenlage der Zwischenbehälter-Position 18 verstellt. Ebenso wird die Kokillen-Füllstandsregelung für den Gießspiegel 5 in Abhängigkeit der Einstellung des Oszillations-Bereichs 15 betrieben. Außerdem können zusätzlich zur Veränderung der Einstellung des Oszillations-Bereiches 15 die Oszillations-Parameter (Amplitude, Frequenz, o.a.) verändert werden. Währenddem der erweiterte Oszillations-Stellbereich 20 für eine abfallende Schwin- gungskurve gezeichnet ist, kann entsprechend den jeweiligen Verhältnissen auch eine aufsteigende Schwingungskurve geeignet sein. Außerdem kann der erweiterte Oszillations-Stellbereich 20 auch zyklisch in der vorstehend beschriebenen Art verändert werden.
Die Kokillen-Oszillations-Position 17 zeigt den üblichen Stellbereich 22. Aufgrund des erweiterten Stellbereichs 20 endet die Oszillations-Nulllage 21 auf dem Niveau 23.
In dem Weg-Zeit-Diagramm der Rührspulen-Position 16 ist der Abfall zur Rühr- spule 9 im Bereich der abfallenden Schwingungskurve 24 ausgehend von der Kokillen- bzw. Oszillations-Position 17 ersichtlich. Analog ergibt sich in der Zwischenbehälter-Position 18 der abfallende Kurvenast 25 des Zwischenbehälters 2 bzw. des Tauchrohrs 3, wobei dann der Gießspiegel 5 wieder nachgeregelt werden muss und wobei sich durch eine spätere Strangschalenbildung die an- gestrebte verstärkte Wirkung der Rührspule 9 einstellt. Die Oszillations- Einrichtung 6 besteht z.B. aus einer symmetrischen Vier-Zylinder-Einrichtung
als Oszillations-Einrichtung 6 oder in der Ausführungsform einer Resonanz- Oszillationseinrichtung mit Blattfedern. Analog zeigt das Weg-Zeit-Diagramm der Rührspulen-Position 16 den abfallenden Kurvenast 26 bis zum Erreichen des erweiterten Stellbereiches 20. Die Schwingungskurve 24 kann auch zyklisch verändert, insbesondere positiv oder negativ verlaufend, eingestellt wer- den.
Bezugszeichenliste
1 flüssiges Metall 2 Zwischenbehälter
3 Tauchrohr
4 Stranggießkokille
5 Gießspiegel
6 Oszillations-Einrichtung 6a Kolben-Zylinder-Einheiten
7 Pfeilrichtungen
8 Gießstrang
9 elektromagnetische Rührspule
10 Gerüstrahmen 11 Strangführung
12 Stützrollen
13 Gießweglänge
14 Strangbewegungsrichtung
15 Oszillations-Stellbereich 16 Rührspulen-Position
17 Kokillenoszillations-Position
18 Zwischenbehälter-Position
19 Tauchrohr-Position
20 erweiterter Stellbereich 21 Nulllage der Oszillation
22 üblicher Stellbereich
23 Niveau
24 abfallende Schwingungskurve
25 abfallender Kurvenast 26 abfallender Kuπ/enast