WO2009068232A1 - Verfahren und vorrichtung zum vergleichmässigen des erstarrungsvorganges eines insbesondere beim strang- oder bandgiessen erzeugten schmelzflüssigen metalles - Google Patents
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- B22D11/115—Treating the molten metal by using agitating or vibrating means by using magnetic fields
Definitions
- the invention relates to a method for uniforming the solidification process of a molten metal produced in particular during strand or strip casting, wherein the molten metal is subjected to a particular electromagnetic stirring and wherein a magnetic field is applied to the metal located there upstream of the location of the particular electromagnetic stirring ,
- the invention also relates to an apparatus for carrying out this method.
- US 4 933 005 relates to an induction stirring method in which molten metal is stirred electromagnetically with an intensity normally producing in the molten metal turbulence and a static magnetic field is applied at the location of the electromagnetic stirring to the molten metal with an intensity which is at least sufficient to reduce the turbulence at the mentioned location to the smallest dimension.
- the described method is directed to improving applications of induction stirring where there exists a free surface such as, among other things, stirring in the mold during continuous casting and electromagnetic stirring in pans or other containers, and surface disorders and deformations in the meniscus Minimum be reduced.
- JP 06182502 A relates to a single metal belt type continuous casting apparatus, which proposes to arrange an electromagnetic brake over the molten metal area to avoid discarding a molten metal area and to obtain a metal strip having a flat surface with no roughness. on the drawing side of the metal strip as well as a tearing off of the molten metal area at this point.
- warping is produced by the cut-off flow of the molten metal onto the surface of the molten metal portion.
- an electromagnetic brake is placed over the molten metal area, on the drawing side of the metal strip as well as at the point where the molten metal is cut off.
- the invention has for its object to improve or further develop the known methods and devices while maintaining the previous advantages in such a way that the disadvantages mentioned are avoided, in particular an optimization of the dimensional accuracy of the strand, a better control of the metallurgical length and a better adaptation of the casting speed is to be achieved.
- the object is achieved with respect to the method according to the invention in that during the solidification process at least one electromagnetic field is applied to the already externally solidified to the strand areas of the molten metal. It is thus homogenized in a still way by the action of an electron-magnetic field on the melt already solidified externally to the strand, the naturally occurring temperature profile in the still liquid core. Due to the even distribution of energy in the liquid core, there is always the highest possible temperature on the inside of the strand shell. As a result, the thickness growth of the shell is retarded, with the heat flow increasing. Due to the now higher heat dissipation, the casting belt will stiffen faster.
- the electromagnetic field is applied to the already externally solidified to the strand areas substantially at the bottom of the molten metal. At this point there is usually a greater heat dissipation than on the top and the narrow sides.
- the position of the electromagnetic stirring is adapted in the casting direction.
- the object underlying the invention is achieved with respect to the device according to the invention in that a device for applying at least one electromagnetic field is formed during the solidification process to the already externally solidified to the strand areas of the molten metal.
- the device for applying at least one electromagnetic field is formed on the already externally solidified to the strand areas substantially at the bottom of the molten metal.
- FIG. 1 is a schematic representation of the temperature profile in the molten metal and the strand shell using the erfindungsgze touch method compared to the prior art
- Fig. 2 is an enlarged view of the left portion of Fig. 1, and
- Fig. 3 seen a schematic representation of the solidification distances of the molten metal in the casting direction.
- the method according to the invention serves to equalize the solidification process of a molten metal which is generally denoted by 10 in the case of strand or strip casting.
- the molten metal 10 is subjected to an electromagnetic stirring operation here and upstream of the location of the electromagnetic stirring, a magnetic field is applied to the metal located there.
- at least one electromagnetic field is applied to the regions 11 of the molten metal 10 that have already solidified externally to the strand.
- the solidified portion 11 of the metal 10 and thus the thickness 0 2 of the strand shell 12 substantially thicker than the solidified portion 13 of the metal 10 in delayed solidification and thus the thickness di of the strand shell 12 in this case, see Figs. 1 and 2.
- the temperature profile in the molten metal 10 and the strand shell 12 wherein the temperature ⁇ m j st stirrer the temperature with stirring and the temperature ⁇ oh n e Joh r he called the temperature without stirring. It can be seen that the temperature rises significantly more without stirring and finally lent is at a higher level than the temperature with stirring.
- the electromagnetic field is applied to the already externally solidified to the strand regions 11 substantially on the underside of the molten metal 10. Furthermore, it can be provided that the position of the electromagnetic stirring process in the casting direction is adapted.
- the solidification distances of the molten metal 10 in the direction indicated by the arrow A casting direction are shown in FIG. It is the solidification distance EN the normal solidification distance and the solidification distance Ev the shortened solidification distance while stirring. The resulting shortening of the solidification path depends on the length of the stirring section.
- the present invention also relates to a device, not shown in the figures, for carrying out the method, in particular an electromagnetic stirring process on the molten metal 10.
- the device is designed to apply at least one electromagnetic field during the solidification process to the already outwardly Strand solidified areas 11 of the molten metal 10, preferably on the underside of the molten metal 10. Furthermore, it can be provided that the position of the electromagnetic stirring in the casting direction is formed adaptable. LIST OF REFERENCE NUMBERS
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Abstract
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Vergleichmäßigen des Erstarrungsvorganges eines insbesondere beim Strang- oder Bandgießen erzeugten schmelzflüssigen Metalles (10), wobei das schmelzflüssige Metall (10) einem insbesondere elektromagnetischen Rührvorgang unterzogen wird und wobei stromauf der Stelle des insbesondere elektromagnetischen Rührens ein Magnetfeld an das dort befindliche Metall angelegt wird. Es ist dabei erfindungsgemaß vorgesehen, dass während des Erstarrungsvorganges wenigstens ein elektromagnetisches Feld an die bereits äußerlich zum Strang erstarrten Bereiche (11) des schmelzflüssigen Metalles 10 angelegt wird. Die Erfindung bezieht sich außerdem auf eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens.
Description
Verfahren und Vorrichtung zum Vergleichmäßigen des Erstarrungsvorganges eines insbesondere beim Strang- oder Bandgießen erzeugten schmelzflüssigen Metalles
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Vergleichmäßigen des Erstarrungsvorganges eines insbesondere beim Strang- oder Bandgießen erzeugten schmelzflüssigen Metalles, wobei das schmelzflüssige Metall einem insbesondere elektromagnetischen Rührvorgang unterzogen wird und wobei stromauf der Stelle des insbesondere elektromagnetischen Rührens ein Magnetfeld an das dort befindliche Metall angelegt wird. Die Erfindung bezieht sich außerdem auf eine Vorrichtung zum Durchführung dieses Verfahrens.
Grundsätzlich herrscht während des Erstarrungsvorganges z.B. auf dem ge- kühlten, mitlaufenden Transportband auf der Unterseite des Gussbandes in der Regel eine größere Wärmeabfuhr als auf der Oberseite und den Schmalseiten. Infolgedessen bildet sich ein inhomogenes Temperaturprofil über den Querschnitt des Gussbandes aus, das im weiteren Abkühlvorgang Spannungen im Band verursacht, die zum Verwerfen des Bandes führen können. Damit ist der Kontakt des Gussbandes auf dem Transportband vor allem in Breitenrichtung nicht konstant und die Wärmeabfuhr aus dem Gussband über die Breite inhomogen, was wiederum zu einer inhomogenen Erstarrungsstruktur führt.
Aus dem Stand der Technik sind in diesem Zusammenhang verschiedene Ver- fahren und Vorrichtungen bekannt mit einem elektromagnetischen Rühren im Bereich flüssiger Stahlschmelzen, es sei dazu beispielhaft auf die folgenden Druckschriften verwiesen:
Die US 4 933 005 bezieht sich auf ein Induktionsrührverfahren, bei welchem geschmolzenes Metall elektromagnetisch mit einer normalerweise im geschmolzenen Metall Turbulenz erzeugenden Intensität gerührt wird und strom-
auf der Stelle des elektromagnetischen Rührens an das geschmolzene Metall ein statisches Magnetfeld mit einer Intensität angelegt wird, die zumindest ausreicht, die Turbulenz an der erwähnten Stelle auf das Kleinstmaß zu verringern.
Das beschriebene Verfahren ist darauf gerichtet, Anwendungen des Induktions- rührens dort zu verbessern, wo, wie unter anderem beim Rühren in der Form beim Stranggießen und beim elektromagnetischen Rühren in Pfannen oder anderen Behältern, eine freie Oberfläche existiert und Oberflächenstörungen und Verformungen im Meniskus auf ein Mindestmaß verringert werden sollen.
Die JP 06182502 A bezieht sich auf eine Stranggussvorrichtung vom Einzel- Metall- Band- Typ, es wird dabei zur Vermeidung eines Verwerfens eines schmelzflüssigen Metallbereiches und zum Erhalten eines Metallbandes mit einer flachen Oberfläche ohne Rauhigkeiten vorgeschlagen, eine elektromagnetische Bremse über dem schmelzflüssigen Metallbereich anzuordnen, und zwar an der Ziehseite des Metallbandes ebenso wie ein Abstechen des schmelzflüssigen Metallbereich an dieser Stelle. Zum Zeitpunkt des Abstechens des schmelzflüssigen Metalles von einem Gießbehälter auf das Metallband wird ein Verwerfen erzeugt durch den Abstechstrom des schmelzflüssigen Metalles auf die Oberfläche des schmelzflüssigen Metallbereiches. Um dieses Verwerfen zu vermeiden, wird eine elektromagnetische Bremse über dem schmelzflüssigen Metallbereich angeordnet, und zwar an der Ziehseite des Metallbandes ebenso wie am Abstechpunkt des schmelzflüssigen Metalles. Durch diese Vorrichtung wird ein Verwerfen verhindert in Richtung des Metallbandes von der elektromagnetischen Bremse aus gesehen, und ein flaches schmelzflüssiges Metall geformt. Dadurch wird, weil die erstarrte Schale geformt wird ohne ein Verwerfen auf dem schmelzflüssigen Metallbereich, eine flache Oberflächenform auf der Oberfläche der erstarrten Schale erzielt und zwar ohne Rauhigkeiten.
Bezüglich dieser beiden Druckschriften lässt sich aber insgesamt festhalten, dass mit den daraus bekannten Verfahren bzw. Vorrichtungen die oben beschriebenen Probleme ebenfalls nicht verhindert werden können.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die bekannten Verfahren bzw. Vorrichtungen unter Beibehaltung der bisherigen Vorteile in der Weise zu verbessern bzw. weiterzuentwickeln, dass die genannten Nachteile vermieden werden, wobei insbesondere eine Optimierung der Formgenauigkeit des Strangs, eine bessere Steuerung der metallurgischen Länge sowie eine bessere Anpassung der Gießgeschwindigkeit erreicht werden soll.
Die Aufgabe wird bezüglich des Verfahrens erfindungsgemäß dadurch gelöst, das während des Erstarrungsvorganges wenigstens ein elektromagnetisches Feld an die bereits äußerlich zum Strang erstarrten Bereiche des schmelzflüssigen Metalles angelegt wird. Es wird dadurch auf einfache Weise durch das Einwirken eines elektronmagnetischen Feldes auf die bereits äußerlich zum Strang erstarrte Schmelze das natürlich entstehende Temperaturprofil im noch flüssigen Kern homogenisiert. Durch die gleichmäßige Verteilung der Energie im liquiden Kern besteht immer die höchst mögliche Temperatur an der Innenseite der Strangschale. Das Dickenwachstum der Schale wird infolge dessen verzögert, wobei der Wärmeabfluss zunimmt. Aufgrund des nun höheren Wärmeabflusses wird das Gießband schneller durcherstarren. Insgesamt wird durch die Erzeugung eines gleichmäßigen Temperaturfeldes über den Quer- schnitt des flüssigen Kerns die Strangschale zu Beginn des Rührens wieder etwas aufgeheizt und somit ihr Dickenwachstum verzögert, so dass die nun länger warm bleibende und dünner bleibende Schale erst später mechanische Eigenschaften annimmt. Sie liegt dadurch längere Zeit flach auf dem kühlenden Transportband und führt gleichmäßiger die Wärme ab, was zur Verringerung der inneren Spannungen und eines möglichen Hochwölbens der Ränder führt.
Bei der bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens ist vorgesehen, dass das elektromagnetische Feld an die bereits äußerlich zum Strang erstarrten Bereiche im Wesentlichen an der Unterseite des schmelzfiüs- sigen Metalles angelegt wird. An dieser Stelle herrscht in der Regel eine größere Wärmeabfuhr als auf der Oberseite und den Schmalseiten.
Nach einem weiteren und bezüglich des Verfahrens letzten Merkmal des erfindungsgemäßen Verfahrens ist vorgesehen, dass die Position des elektromagnetischen Rührvorganges in Gießrichtung angepasst wird.
Die der Erfindung zu Grunde liegende Aufgabe wird bezüglich der Vorrichtung erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass eine Vorrichtung zum Anlegen wenigstens eines elektromagnetischen Feldes während des Erstarrungsvorganges an die bereits äußerlich zum Strang erstarrten Bereiche des schmelzflüssigen Metalles ausgebildet ist. Bezüglich der sich dabei ergebenden Vorteile wird zur Vermeidung von Wiederholungen auf die beschriebenen Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens verwiesen.
Bei der bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist vorgesehen, dass die Vorrichtung zum Anlegen wenigstens eines elektromag- netischen Feldes an die bereits äußerlich zum Strang erstarrten Bereiche im wesentlichen an der Unterseite des schmelzflüssigen Metalles ausgebildet ist.
Nach einem letzten Merkmal der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist vorgesehen, dass die Position des elektromagnetischen Rührvorganges in Gießrichtung anpassbar ausgebildet ist.
Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen und aus der nachfolgenden Beschreibung, in der die in den Figuren der dargestellte Ausführungsform der Erfindung näher erläutert wird. Dabei sind neben den oben angeführten Kombinationen von Merkmalen auch Merkmale allein oder in anderen Kombinationen erfindungswesentlich. Es zeigen:
Fig. 1 eine schematische Darstellung des Temperaturverlaufes in dem schmelzflüssigen Metall und der Strangschale unter Anwendung des erfindungsgmäßen Verfahrens im Vergleich zum Stand der Technik,
Fig. 2 eine vergrößerte Darstellung des linken Teilbereiches der Fig. 1 , und
Fig. 3 eine schematische Darstellung der Erstarrungsstrecken des schmelzflüssigen Metalles in der Gießrichtung gesehen.
Das erfindungsgemäße Verfahren dient zum Vergleichmäßigen des Erstarrungsvorganges eines insbesondere beim Strang- oder Bandgießen erzeugten, in den Fig. generell mit 10 bezeichneten schmelzflüssigen Metalles. Dabei wird das schmelzflüssige Metall 10 einem hier elektromagnetischen Rührvorgang unterzogen und stromauf der Stelle des elektromagnetischen Rührens wird ein Magnetfeld an das dort befindliche Metall angelegt wird. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren ist dabei vorgesehen, dass während des Erstarrungsvorganges wenigstens ein elektromagnetisches Feld an die bereits äußerlich zum Strang erstarrten Bereiche 11 des schmelzflüssigen Metalles 10 angelegt wird.
Durch diese erfindungsgemäße Ausbildung ergeben sich die zuvor beschriebenen Vorteile. Dazu zählt insbesondere, dass durch die Erzeugung eines gleichmäßigen Temperaturfeldes über den Querschnitt des flüssigen Kerns die Strangschale 12 zu Beginn des Rührens wieder etwas aufgeheizt und somit ihr Dickenwachstum verzögert wird, so dass die nun länger warm bleibende und dünner bleibende Schale 12 erst später mechanische Eigenschaften annimmt. Sie liegt dadurch längere Zeit flach auf einem kühlenden Transportband auf und führt gleichmäßiger die Wärme an das Transportband ab, was zur Verringerung der inneren Spannungen und eines möglichen Hochwölbens der Ränder führt. Es ist dazu in den Fig. 1 und 2 der Temperaturverlauf in dem schmelzflüssigen Metall 10 und der Strangschale 12 unter Anwendung des erfindungsgmäßen Verfahrens im Vergleich zum Stand der Technik schematisch dargestellt. Dabei ist zu erkennen, dass der erstarrte Bereich 11 des Metalles 10 und somit die Dicke 02 der Strangschale 12 wesentlich dicker als der erstarrte Bereich 13 des Metalles 10 bei verzögerter Erstarrung und somit die Dicke di der Strangschale
12 in diesem Fall ist, siehe die Fig. 1 und 2. Weiterhin dargestellt ist der Temperaturverlauf in dem schmelzflüssigen Metall 10 und der Strangschale 12, wobei die Temperatur θmjt Rührer die Temperatur mit Rührvorgang und die Temperatur θohne Rührer die Temperatur ohne Rührvorgang bezeichnet. Es ist zu erkennen, dass die Temperatur ohne Rührvorgang deutlich stärker ansteigt und schließ- lieh sich auf höherem Niveau befindet als die Temperatur mit Rührvorgang.
Bei der bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens ist dabei vorgesehen, dass das elektromagnetische Feld an die bereits äußerlich zum Strang erstarrten Bereiche 11 im wesentlichen an der Unterseite des schmelzflüssigen Metalles 10 angelegt wird. Weiterhin kann vorgesehen sein, dass die Position des elektromagnetischen Rührvorganges in Gießrichtung an- gepasst wird.
In der Fig. 3 sind außerdem die Erstarrungsstrecken des schmelzflüssigen Me- talles 10 in der mit dem Pfeil A angedeuteten Gießrichtung gesehen dargestellt. Es ist dabei die Erstarrungsstrecke EN die normale Erstarrungsstrecke und die Erstarrungsstrecke Ev die verkürzte Erstarrungsstrecke beim Rühren. Die sich dabei ergebende Verkürzung der Erstarrungstrecke ist von der Länge der Rührstrecke abhängig.
Die vorliegende Erfindung bezieht sich außerdem auf eine in den Fig. selbst nicht dargestellte Vorrichtung zum Durchführen des Verfahrens insbesondere eines elektromagnetischen Rührvorganges an dem schmelzflüssigen Metall 10. Die Vorrichtung ist ausgebildet zum Anlegen wenigstens eines elektromagneti- sehen Feldes während des Erstarrungsvorganges an die bereits äußerlich zum Strang erstarrten Bereiche 11 des schmelzflüssigen Metalles 10, vorzugsweise an der Unterseite des schmelzflüssigen Metalles 10. Weiterhin kann vorgesehen sein, dass die Position des elektromagnetischen Rührvorganges in Gießrichtung anpassbar ausgebildet ist.
Bezugszeichenliste
10 schmelzflüssiges Metall
11 erstarrter Bereich (von 10)
12 Strangschale
13 erstarrter Bereich bei verzögerter Erstarrung A Gießrichtung EN normale Erstarrung strecke
Ev verkürzte Erstarrungsstrecke
Claims
1. Verfahren zum Vergleichmäßigen des Erstarrungsvorganges eines insbesondere beim Strang- oder Bandgießen erzeugten schmelzflüssigen Me- talles (10), wobei das schmelzflüssige Metall (10) einem insbesondere elektromagnetischen Rührvorgang unterzogen wird und wobei stromauf der Stelle des insbesondere elektromagnetischen Rührens ein Magnetfeld an das dort befindliche Metall angelegt wird, dadurch gekennzeichnet, dass während des Erstarrungsvorganges wenigstens ein elektromagnetisches
Feld an die bereits äußerlich zum Strang erstarrten Bereiche (11 ) des schmelzflüssigen Metalles (10) angelegt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das elektromagnetische Feld an die bereits äußerlich zum Strang erstarrten Bereiche (11 ) im Wesentlichen an der Unterseite des schmelzflüssigen Metalles (10) angelegt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Position des elektromagnetischen Rührvorganges in Gießrichtung an- gepasst wird.
4. Vorrichtung zum Vergleichmäßigen des Erstarrungsvorganges eines insbesondere beim Strang- oder Bandgießen erzeugten schmelzflüssigen Metalles (10), mit Mitteln zur Durchführung insbesondere eines elektromagnetischen Rührvorganges an dem schmelzflüssigen Metall (10) und mit Mitteln zum Anlegen eines Magnetfeldes an das stromauf der Stelle des insbesondere elektromagnetischen Rührens befindliche Metall, dadurch gekennzeichnet, dass eine Vorrichtung zum Anlegen wenigstens eines elektromagnetischen Feldes während des Erstarrungsvorganges an die bereits äußerlich zum Strang erstarrten Bereiche (11 ) des schmelzflüssigen Metalles (10) ausgebildet ist.
5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung zum Anlegen wenigstens eines elektromagnetischen Feldes an die bereits äußerlich zum Strang erstarrten Bereiche (11) im Wesentlichen an der Unterseite des schmelzflüssigen Metalles (10) ausge- bildet ist.
6. Vorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Position des elektromagnetischen Rührvorganges in Gießrichtung an- passbar ausgebildet ist.
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