DE3128056C2 - Verfahren zur Förderung der Keimbildung beim Abkühlen metallischer Schmelzen, insbesondere von Stahlschmelzen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Förderung der Keimbildung beim Abkühlen metallischer Schmelzen, insbesondere von Stahlschmelzen, über Kavitation,

Es ist bekannt, in einem flüssigen Metall, z. B. in einer Stahlstranggußkokille, eine Rührbewegung zu erzeugen. Der Rühreffekt soll einigen Verbesserungen dienen. Insbesondere sollen folgende Wirkungen erzielt werden:

— ein feinkörniges (globulares) Erstarrungsgefüge,

— geringe Steigerungen, jo

— Verwirbeln bzw. weitergehendes des Abscheiden von Einschlüssen,

— Verhindern von Lunkern bzw. Verbesserung des Speisevermögens durch Globulargefüge und

— insgesamt allgemeine Verbesserungen der Gießtechnik, z. B. auf dem Stranggußsektor zur Steigerung von Gußqualität und Erzeugungsleistung.

Es ist außerdem bekannt, das Rühren in Metallschmelzen aufgrund der Wirkungen elektromagnet!- scher Felder vorzunehmen. So wird in einem flüssigen Metall durch die Wirkung eines elektromagnetischen Dreh- oder Wanderfeldes die Rührbewegung erzeugt. Als wichtigstes Ergebnis elektrisch bewegten Flüssigmetalls gilt das Abbrechen der Dendritenspitzen, welche anschließend als Keime wirksam werden sollen, um Globulargefüge zu erzeugen. Es hat sich jedoch gezeigt, daß bei derartigen Rührverfahren ein wesentlicher Nachteil auftritt, der unter dem Begriff »weiße Streifen« bekannt ist und eine starke Steigerung vor allem von Kohlenstoff und Schwefel an der »Rührstelle« im Grenzbereich flüssig/fest darstellt. Allerdings sind hinsichtlich der »weißen Streifen« und anderer Vorgänge bzw. Erscheinungen gewisse Zusammenhänge nicht ausreichend geklärt. So stehen zur Zeit immer noch folgende Fragen zur Aufklärung an:

— Entstehung des »weißen Streifens«.

— Anreicherung von Keimen (Globulargefüge) im Zentrum, wobei angenommen wird, daß die Keime eigentlich durch die Rührbewegung und durch das höhere spezifische Gewicht nach außen getragen werden müssen,

— die Koagulation von Einschlüssen und deren Abscheidung/Erstarrung in den äußeren Zonen — trotz geringeren spezifischen Teilchengewichten,

— das Abbrechen von Dendritenspitzen, obwohl an der Übergangsslelle fest/flüssig durch hohe Schmelzenviskosität die Rührgeschwindigkeit gegen Null geht. Diese Erscheinung ist deshalb besonders auffällig, weil bei geringer Überhitzung der Schmelze kaum Wirkungen der elektromagnetischen Felder auftreten, dennoch aber entsprechend viele Dendritenspitzen zur Verfugung stehen,

— der Keimbildungseffekt ist bei höherer Überhitzung (z. B. in der Stranggießkokille) größer, obwohl nur ein geringes Angebot an Dendriten vorhanden ist,

— die Rührgeschwindigkeit, je nach Ortsverhältnissen im Rührbereich wird unterschiedlich bestimmt bzw. berechnet, mit entsprechend unterschiedlichen Ergebnissen,

— mit steigender Stärke des elektrischen Stromes wird der »weiße Streifen« stärker und die Globularzone größer; es steht aber nur eine normale in etwa gleichbleibende Dendri.enspitzenmenge zur Verfugung,

— mit unterschiedlichem Kohlenstoff-Gehalt der Stahlschmelze, aber gleicher Stärke des Magnetfeldes ändert sich die Stärke des »weißen .Streifens«.

Die genannten Erscheinungen beim Rühren im flüssigen Metall unter der Wirkung von elektromagnetischen Feldern lassen sich demnach nicht mit der herkömmlichen Metallkunde in Einklang bringen. Es kann nur vermutet werden, daß durch die Verfahrenstechnik der elektromagnetischen Felder Vorgänge ablaufen, die noch nicht ausreichend erforscht sind.

Andererseits ist es bekannt, daß Schwingungen im Ultraschallbereich bei Metallen durch Kavitation in der Schmelze Keime und damit Feinkorngefüge entstehen lassen. Dieses Verfahren bedarf jedoch der Ultraschallanwendung, ein Verfahren, das nicht immer erwünscht ist.

Der vorliegenden Erfindung ist demzufolge die Aufgabe zugrunde gelegi, ein Verfahren unter Ausschaltung der Ultraschallanwendung zur Förderung der Keimbildung beim Abkühlen metallischer Schmelzen, insbesondere von Stahlschmelzen, über Kavitation vorzuschlagen.

Die gestellte Aufgabe, d. h. die Kavitalionsbildung in metallischen Schmelzen, wird gelöst durch die Anwendung elektromagnetischer Dreh-, Wander- oder Wechselfelder bei einer Erzeugungsfrequenz von 15 bis 30 kHz. Bei der Anwendung derartiger elektromagnetischer Dreh-, Wander- oder Wechselfelder werden Kräfte für die Kavitationsbildung und damit Keime erzeugt.

In Ausgestaltung des erfindunsgemäßen Verfahrens wird vorgeschlagen, daß das elektromagnetische Feld in Abhängigkeit der Viskosität der Schmelze eingestellt wird. Hierfür kommen Stromstärken zwischen etwa 50 bis 500 A in Betracht. Die zugehörige Spannung liegt je nach gewählter Leistung in der Größenordnung von bis zu 500 V. Die Einwirkzeit bestimmt sich jeweils nach dem Abkühlverhaltcn des betreffenden Metalls. Dabei ist bei geringer Keimbildung eine höhere Überhitzung anzustreben. Eine weitere Erhöhung der Keimbildung kann aber auch durch Impfung mit geeigneten Stoffen erfolgen. Die Viskosität bestimmt sich im Grunde nach der jeweiligen Zusammensetzung der Metallschmelze und liegt deshalb je nach Art der Metallschmelze fest. Hierbei ist selbstverständlich der Überhitzungsgrad ebenfalls zu berücksichtigen.

Ferner ist vorgesehen, daß gleichzeitig Inertgas der

Schmelze in Bläschenform zugeführt wird. Auch diese Maßnahme unterstützt die Kavitationsbildung und damit die Vorausst^ung für die Förderung der Keimbildung.

Als wesentlichste Vorteile der erfindungsgemäß elektromagnetisch-kavitativen Keimerzeugung sollen herausgestellt werden:

— weitgehende globulare Erstarrung,

— höhere Gußdichte,

— keine negativen Steigerungen (»weiße Streifen«) bzw. verminderte Steigerungen,

— bessere Abscheidung von inneren Schlacken bzw. gleichmäßigere Verteilung,

— gleichmäßige Schmelzenviskosität, demzufolge auch bessere Formfüllungs- und Laufeigenschaften des Flüssigmetalls,

— Keimerzeugung bei entsprechend höheren Temperaturen sind schon vor dem Abgießen möglich, wodurch sich Auswirkungen auf das Einbringen des Schmelzmetalls, z. B. in eine Stranggießkokille ergeben, wobei ferner unmittelbar nach der Stahlerzeugung bereits mit der Keimerzeugung begonnen werden kann,

— Kombination mit der Inertgasanwendung als "> Unterstützung für die Kavitation durch Gasbläschen,

— Verfahrensverbesserungen, wie z. B. längere zur Verfugung stehende Gießzeiten, höhere Gießgeschwindigkeiten,

i" — geringere Anfälligkeiten für Gußfehler — duruh Verbesserung des Erstarrungstypes und damit höhere Produktivität und höheres Ausbringen.

Der Erfindung liegt daher der Gedanke zugrunde, daß ein elektromagnetisches Dreh-, Wander- oder Wechselfeld bsi entsprechend erzeugter Frequenz in flüssigen Metallen ebenfalls Kavitation erzeugt Aufgrund dieser Kavitation und der verbesserten Keimbildung ist es möglich, eine gesteuerte Erstarrung im Metallguß, tvie -'" z. B. im Strangguß, vorzunehmen.

Claims (1)

1. Patentansprüche:

   I. Verfahren zur Förderung der Keimbildung beim Abkühlen metallischer Schmelzen, insbesondere von Stahlschmelzen,fiber Kavitation, ge kenn?.eichnet durch die Anwendung elektromagnetischer Dreh-, Wander- oder Wechselfelder bei einer Erzeugungsfrequenz von 15 bis 30 kHz.

   Z Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das elektromagnetische Feld in Abhängigkeit der Viskosität der Schmelze eingestellt wird

   3. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß gleichzeitig Inertgas der Schmelze in Bläschenform zugeführt wird.