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EP0040383A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Umrührung in einem Giessstrang - Google Patents

Verfahren und Vorrichtung zur Umrührung in einem Giessstrang Download PDF

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EP0040383A1
EP0040383A1 EP81103569A EP81103569A EP0040383A1 EP 0040383 A1 EP0040383 A1 EP 0040383A1 EP 81103569 A EP81103569 A EP 81103569A EP 81103569 A EP81103569 A EP 81103569A EP 0040383 A1 EP0040383 A1 EP 0040383A1
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EP
European Patent Office
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pouring
mold
melt
jet
magnetic field
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EP81103569A
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English (en)
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Sten Dipl.-Ing. Kollberg
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ABB Norden Holding AB
Original Assignee
ASEA AB
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Publication date
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    • 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

Definitions

  • the invention relates to a method for stirring in a casting strand according to the preamble of claim 1 and an apparatus for performing the method.
  • the walls of the mold consist of copper plates up to 80 mm thick, which makes it very difficult for the magnetic field to penetrate the melt, even at low frequencies.
  • the penetration depth in copper is 50-60 mm at, for example, 1.5 Hz, and thus at least this penetration depth must be overcome by the field before it reaches the melt. The difficulty of interrupting or reducing the penetration of the pouring jet with conventional stirrers in the mold is thus evident.
  • the invention has for its object to develop a method and implementation arrangement by which the difficulties outlined above are eliminated.
  • a method is proposed according to the preamble of claim 1, which according to the invention has the features mentioned in the characterizing part of claim 1.
  • a device for performing the method is characterized by the features mentioned in claim 7.
  • a static magnetic field with a large penetration depth is thus generated and the high speed of the steel in the pouring jet is used when penetrating into the melt in the mold (penetration speed).
  • This penetration speed is of the order of 1 to 1.5 m / sec.
  • the movement of the steel is slowed down by the magnetic field and the pouring jet splinters.
  • the mode of operation is comparable to an eddy current brake.
  • the penetration depth is reduced and the majority of the slag is deposited on the surface and no longer gets stuck on the inside of the strand shell that has already solidified.
  • the static magnetic field can also be generated by one or more permanent magnets.
  • a simple and effective device for "stirring" in the mold is thus obtained, the slag being separated off without getting caught in the blank.
  • the poles (the attack surface of the field) are arranged at an acute angle to the pouring jet in such a way that the pouring jet essentially splits upwards. This prevents slag from being pressed downwards in the casting direction, where it can get caught.
  • more heat is supplied to the surface in the mold, especially on the pouring tube.
  • the momentum exerted by the pouring jet on the melt in the mold is reduced and its effect is spread out from the point of entry into the melt in such a way that the stream of the pouring jet does not hit the narrow side of the blank, as a result of which slag accumulation at the edge of the blank and one Shell erosion can be reduced.
  • the invention therefore makes it possible to also produce steel with a high surface quality in terms of slag purity.
  • FIG. 1 shows how a pouring stream comes out of a pouring box 1 or another melt container via a pouring tube 1.
  • the pouring tube has a downward double drain, and the impulse is directed to the narrow side of the mold 4, where Schlakke settles in the strand shell. There is also a risk of slag penetration further down in the pouring direction (arrows 5).
  • FIG. 2 shows the penetration with pouring jets directed upwards from a pouring tube 8, indicated by the arrows 9.
  • FIG. 3 shows how the pouring jets 10 coming from a pouring tube-11 are directed in the melt and are broken up, whereby slag particles are more easily separated on the surface.
  • the stirring can also be carried out by conventional multiphase, alternating current-supplied stirrers, which are arranged behind the mold in (on) or in the casting direction, in order to obtain the usual stirring effects during continuous casting.
  • the device according to the invention is illustrated in Figures 4 and 5, where a static magnetic field B is shown by a stirrer in the form of an iron core 15 which carries coils 16 'supplied with direct current.
  • the field can be directed inward to the left of the pouring tube 18, which has a double drain, and outward to the right of the pouring tube.
  • the splitting of the pouring jets 16 and 17 takes place in the manner indicated by arrows in FIG. 3, and the slag only settles to a small extent on the narrow sides of the mold and further down in the pouring direction.
  • the device for carrying out the method can be equipped with one or more controllable DC stirrers. It can also contain one or more multi-phase AC stirrers, which are arranged on the mold or in the casting direction behind the mold, with their stirring direction being oriented perpendicularly or in the longitudinal direction to the casting direction.

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

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Umrühren und zur Beeinflussung der nicht erstarrten Bereiche in einem Gießstrang, der in einer Kokille geformt wird und dem geschmolzener Stahl beispielsweise über ein Gießrohr oder in einem direkten freien Strahl aus einer Pfanne oder einem Zwischenbehälter zugeführt wird. Das Verfahren ist gemäß der Erfindung dadurch gekennzeichnet, daß in der Kokille dort, wo der Gießstrahl (10) in die in der Kokille bereits befindliche Schmelze eindringt, mindestens ein in der Schmelze wirkendes statisches Magnetfeld (19) erzeugt wird, welches die Bewegung des den Gießstrahl bildenden strömenden Metalls ausnutzt und die Geschwindigkeit dieses Metalls in der Schmelze bremst und den Gießstrahl derart zersplittert, ein Impuls geschwächt oder aufgezerrt wird. Das statische Magnetfeld wird dabei entweder durch Gleichstrom gespeiste, auf Eisenkernen sitzenden Spulen oder durch Dauermagnete erzeugt. Zur Erfindung gehört auch eine entsprechende Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Umrührung in einem Gießstrang gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1 sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.
  • Beim Stranggießen, bei dem ein Gießstrahl direkt oder durch ein Gießrohr aus einem Gießkasten oder einem anderen Metallschmelzenbehälter mit einer gewissen kinetischen Energie in eine Schmelze, d.h. in die nicht erstarrten Bereiche eines Gießstrangs gelangt, dringt der Gießstrang einschließlich der mitgeführten Schlackenteilchen tief in den Sumpf ein, was eine Abscheidung bzw. ein Hochfließen der Schlacke an die Oberfläche unmöglich macht. Eine große Eindringtiefe des Gießstrahls erhöht die Gefahr, daß Schlackenteilchen an den Seiten des Strangs hängen bleiben und somit ihre Abscheidung an der Oberfläche erschweren.
  • Aufgrund des Impulses, den der Gießstrahl der Schmelze versetzt (wir sprechen hier also nicht von dem freien Gießstrahl vor dem Auftreffen auf die Schmelze) wird auch Schlacke an die Kokillenwand und dort in erstarrte und erstarrende Bereiche der Schmelze geschoben, wo sich die Schlacke festsetzen und folglich nicht abgeschieden werden kann.
  • Aufgrund einer starken Abkühlung und einer geringen Wärmezufuhr kann auch an der Oberfläche am Gießrohr eine Erstarrung eintreten. Diese drei Faktoren tragen auf verschiedene Art zu einer schlechteren Qualität des fertigen Rohlings bei.
  • Um u.a. die vorgenannten Probleme zu beheben, wäre es wünschenswert, das Strömungsbild in der Kokille steuern zu können, um dadurch einen schlackenfreieren Stahl mit geringerer Rohlingsbehandlung zu erhalten und um auch schwereren Stahl gießen zu können.
  • Bei der Umrührung der Schmelze in einer Kokille mit Wechselstromumrührern ist es wegen der abschirmenden Wirkung der dicken Kokillenwände schwierig, mit dem magnetischen Feld in die Schmelze einzudringen. Die Wände der Kokille bestehen aus bis zu 80 mm dicken Kupferplatten, wodurch das Eindringen des magnetischen Feldes in die Schmelze auch bei niedrigen Frequenzen sehr erschwert wird. Die Eindringtiefe in Kupfer -beträgt bei beispielsweise 1,5 Hz 50 - 60 mm, und somit muß vom Feld mindestens diese Eindringtiefe überwunden werden, bevor es die Schmelze erreicht. Die Schwierigkeit, mit üblichen Umrührern in der Kokille die Eindringung des Gießstrahls zu unterbrechen oder zu verringern, ist somit offensichtlich.
  • Es ist auch zu beachten, daß die Oberfläche der Schmelze in der Kokille nicht beunruhigt werden darf, daß die Wärmezufuhr an die Oberfläche trotzdem jedoch am liebsten verbessert werden soll.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren nebst Durchführungsanordnung zu entwickeln, durch welches die oben aufgezeigten Schwierigkeiten beseitigt werden. Zur Lösung dieser Aufgabe wird ein Verfahren nach dem Oberbegriff des Anspruches 1 vorgeschlagen, welches erfindungsgemäß die im kennzeichnenden Teil des Anspruches 1 genannten Merkmale hat.
  • Vorteilhafte Weiterbildungen des Verfahrens sind in den Ansprüchen 2 bis 6 genannt.
  • Eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens ist durch die in Anspruch 7 genannten Merkmale gekennzeichnet.
  • Vorteilhafte Weiterbildungen dieser Vorrichtung sind in den Ansprüchen 8 bis 12 genannt.
  • Gemäß der Erfindung wird also ein statisches Magnetfeld mit großer Eindringtiefe erzeugt und die hohe Geschwindigkeit des Stahls im Gießstrahl beim Eindringen in die Schmelze in der Kokille (Eindringgeschwindigkeit) ausgenutzt. Diese Eindringgeschwindigkeit liegt in der Größenordnung von 1 bis 1,5 m/sec. Durch das Magnetfeld wird die Bewegung des Stahls gebremst und der Gießstrahl zersplittert. Die Wirkungsweise ist vergleichbar mit einer Wirbelstrombremse. Die Eindringtiefe wird vermindert und der größte Teil der Schlacke wird auf der Oberfläche abgeschieden und bleibt nicht mehr an der Innenseite der bereits erstarrten Strangschale hängen.
  • Das statische Magnetfeld kann auch durch einen oder mehrere Dauermagnete erzeugt werden. Man erhält so eine einfache und wirksame Vorrichtung zum "Umrühren" in der Kokille, wobei die Schlacke abgeschieden wird, ohne im Rohling hängenzubleiben.
  • Bei einer bevorzugten Ausführung des Verfahrens beim Gießen mit einem Gießrohr werden die Pole (die Angriffsfläche des Feldes) derart in einem spitzen Winkel zu dem Gießstrahl angeordnet, daß eine Zersplitterung des Gießstrahls im wesentlichen nach oben hin erfolgt. Hierdurch wird vermieden, daß Schlacke in Gießrichtung nach unten gedrückt wird, wo sie hängen bleiben kann. Zugleich wird hierdurch der Oberfläche in der Kokille, insbesondere am Gießrohr, mehr Wärme zugeführt. Der vom Gießstrahl auf die Schmelze in der Kokille ausgeübte Impuls wird vermindert und in seiner Wirkung vom Eintritt in die Schmelze an derart in die Breite gezogen, daß der Strom des Gießstrahls nicht die Schmalseite des Rohlings trifft, wodurch eine Schlackenansammlung am Rand des Rohlings und eine Schalenerosion verringert werden. Durch die Erfindung ist es daher möglich, auch Stahl mit einer hinsichtlich der Schlackenreinheit hohen Oberflächengüte herzustellen.
  • Anhand der Figuren soll die Erfindung näher erläutert werden. Es zeigen
    • Figur 1 und 2 das Eindringen des Gießstrahls in die Schmelze für-verschiedene Arten von Gießrohrm,
    • Figur 3 die Wirkungsweise des Verfahrens und der Vorrichtung nach der Erfindung,
    • Figur 4 und 5 Beispiele für die Anordnung und Ausbildung der Umrührer.
  • Figur 1 zeigt, wie ein Gießstrahl über ein Gießrohr 1 aus einem nicht gezeigten Gießkasten oder einem anderen Schmelzenbehälter kommt. Das Gießrohr hat einen nach unten gerichteten Doppelabfluß, und der Impuls wird auf die Schmalseite der Kokille 4 gerichtet, wo sich Schlakke in der Strangschale absetzt. Auch besteht die Gefahr einer Schlackenpenetration weiter unten in der Gießrichtung (Pfeile 5).
  • Figur 2 zeigt die Penetration mit nach oben gerichteten Gießstrahlen aus einem Gießrohr 8, angedeutet durch die Pfeile 9.
  • Figur 3 zeigt, wie die aus einem Gießrohr-11 kommenden Gießstrahlen 10 in der Schmelze gerichtet sind und zersplittert werden, wobei Schlackenpartikel leichter an der Oberfläche abgeschieden werden.
  • Ein oder mehrere statische Magnetfelder 19, die durch gleichstromgespeiste "Umrührer" oder durch Dauermagnete erzeugt werden, liegen quer zur Gießrichtung mit der Angriffsfläche (den Polen) 12 in einem spitzen Winkel zum Gießstrahl 10, wobei der Strahl im wesentlichen in mehrere nach oben gerichtete Teilstrahlen 13 zersplittert wird und die Schlacke an der Oberfläche abgeschieden werden kann. Nur kleinere (oder gar keine) Teile der Schlackenpartikel bleiben an der Schmalseite oder im Rohling hängen. Man kann eine steuerbare Stabilisierung des Gießstrahls erreichen, indem man unter dem Feld 12 ein weiteres statisches Feld 14 anordnet.
  • Eventuell kann die Umrührung zusätzlich durch übliche mehrphasige, mit Wechselstrom gespeiste Umrührer erfolgen, die in (an) oder in Gießrichtung gesehen hinter der Kokille angebracht sind, um auch die üblichen Umrühreffekte beim kontinuierlichen Gießen zu erhalten.
  • Man kann den Gießstrahl auch zersplittern und beeinflussen, wenn dieser nicht durch ein Gießrohr, sondern in einem freien Strahl aus einem Gießkasten in die Schmelze abgegossen wird.
  • Die Vorrichtung nach der Erfindung ist in den Figuren 4 und 5 veranschaulicht, wo ein statisches Magnetfeld B von einem Umrührer in Form eines Eisenkerns 15, der gleichstromgespeiste Spulen 16' trägt, gezeigt ist. Das Feld kann im Sinne der Zeichenebene links von dem Gießrohr 18, welches einen doppelten Abfluß hat, nach innen und rechts vom Gießrohr nach außen gerichtet sein. Die Zersplitterung der Gießstrahlen 16 und 17 geschieht in der in Figur 3 durch Pfeile angedeuteten Weise, und die Schlacke setzt sich nur in geringem Maße an den Schmalseiten der Kokille und weiter unten in Gießrichtung ab. Die Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens kann mit einem oder mehreren steuerbaren Gleichstromumrührern ausgerüstet sein. Sie kann außerdem einen oder mehrere mehrphasige Wechselstromumrührer enthalten, die an der Kokille oder in Gießrichtung hinter der Kokille angeordnet sind, wobei sie mit ihrer Rührrichtung senkrecht oder in Längsrichtung zur Gießrichtung orientiert sein können.

Claims (12)

1. Verfahren zum Umrühren der nicht erstarrten Bereiche in einem Gießstrang, wobei der Strang in einer Kokille geformt und ein Gießstrahl durch ein Gießrohr (11) oder direkt in die Kokille strömt, dadurch gekennzeichnet, daß in der Kokille dort, wo der Gießstrahl (10) in die in der Kokille bereits befindliche Schmelze eindringt, mindestens ein in der Schmelze wirkendes statisches Magnetfeld (19) erzeugt wird, welches die Bewegung des den Gießstrahl bildenden strömenden Metalls ausnutzt und die Geschwindigkeit dieses Metalls in der Schmelze bremst und den Gießstrahl derart zersplittert, daß sein Impuls geschwächt oder aufgezerrt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Angriffsfläche (die Pöle) (12) des Feldes derart in einem spitzen Winkel zum Gießstrahl (10) in der Schmelze zur Wirkung gebracht wird, daß die Zersplitterung im wesentlichen nach oben erfolgt (13).
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere statische Felder (12', 12, 14) zur Steuerung der Zersplitterung in Gießrichtung hintereinander zur Wirkung gebracht werden.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere statische Felder (12', 12) hintereinander in Richtung des Gießstrahls (10) oder in der neuen Richtung des bereits beeinflußten Gießstrahls zur Wirkung gebracht werden.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Amplitude des Magnetfeldes/ der Magnetfelder periodisch mit niedriger Frequenz derart variiert, daß die eindringenden Strömungsbewegungen (5 und 9) periodisch auf ein größeres Volumen werden verteiltfund somit die Eindringtiefe vermindert wird.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß neben dem statischen Feld/ den statischen Feldern ein magnetisches Wechselfeld zur Einwirkung gebracht wird, welches von mindestens einem mehrphasigen, wechselstromgespeisten Umrührer erzeugt wird, der an und/oder hinter der Kokille angeordnet ist.
7. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche mit einer unten offenen Kokille in einer Stranggießmaschine, wobei die Schmelze aus einer Pfanne oder einem Zwischenbehälter über ein oder mehrere Gießrohre (18) oder in freiem Strahl direkt in die Kokille abgießbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß in, an oder neben der Kokille mindestens ein elektromagnetischer "Umrührer", der ein statisches Magnetfeld erzeugt, derart angeordnet ist, daß das Feld (19) gegen den Abfüllstrahl (16, 17) gerade nach dessen Eintritt in die in der Kokille bereits vorhandene Schmelze wirkt und den Gießstrahl zersplittert und bremst.
8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Umrührer aus einem oder mehreren Eisenkernen (15) mit gleichstromgespeisten Spulen (16) oder aus einem oder mehreren Dauermagneten besteht.
9. Vorrichtung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß der "Umrührer" so angeordnet ist, daß die Angriffsfläche (12) des Feldes einen spitzen Winkel zu dem in die Schmelze eindringenden Gießstrahl (10, 16, 17) bildet und daß die Zersplitterung des Gießstrahls im wesentlichen nach oben hin erfolgt.
10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß zwei oder mehrere statische Felder erzeugende "Umrührer" (12, 14) vorhanden sind, die räumlich derart angeordnet sind, daß ihre Felder zueinander parallel gerichtet sind und in Gießrichtung hintereinander liegen.
11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens zwei "Umrührer" (12', 12) vorhanden sind, die hintereinander in Richtung des Gießstrahls (10) oder in der neuen Richtung des beeinflußten Gießstrahls angeordnet sind.
12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß an oder in Gießrichtung hinter der Kokille mindestens ein mehrphasiger, mit Wechselstrom gespeister Umrührer angeordnet ist.
EP81103569A 1980-05-19 1981-05-11 Verfahren und Vorrichtung zur Umrührung in einem Giessstrang Expired EP0040383B1 (de)

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SE8003695A SE436251B (sv) 1980-05-19 1980-05-19 Sett och anordning for omrorning av de icke stelnade partierna av en gjutstreng
SE8003695 1980-05-19

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EP0040383A1 true EP0040383A1 (de) 1981-11-25
EP0040383B1 EP0040383B1 (de) 1983-10-12

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