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EP0028761A1 - Verfahren zum Umrühren beim Stranggiessen - Google Patents

Verfahren zum Umrühren beim Stranggiessen Download PDF

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Publication number
EP0028761A1
EP0028761A1 EP80106596A EP80106596A EP0028761A1 EP 0028761 A1 EP0028761 A1 EP 0028761A1 EP 80106596 A EP80106596 A EP 80106596A EP 80106596 A EP80106596 A EP 80106596A EP 0028761 A1 EP0028761 A1 EP 0028761A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
stirrer
phase
stirring
phases
current
Prior art date
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Granted
Application number
EP80106596A
Other languages
English (en)
French (fr)
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EP0028761B1 (de
Inventor
Sten Dipl.Ing. Kollberg
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
ABB Norden Holding AB
Original Assignee
ASEA AB
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by ASEA AB filed Critical ASEA AB
Publication of EP0028761A1 publication Critical patent/EP0028761A1/de
Application granted granted Critical
Publication of EP0028761B1 publication Critical patent/EP0028761B1/de
Expired legal-status Critical Current

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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
    • B22D11/12—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 stirring of the non-solidified areas of a casting strand is already known in various designs. It is known, inter alia, to stir these areas at one or more points transversely to the casting direction by means of an electromagnetic stirrer.
  • One reason for this stirring is that cavities (so-called mini-ingots) and segregations in the finished casting (blank) are to be avoided and that the solidification front is as uniform as possible.
  • a problem with this type of stirring is that so-called white tapes, ie tapes with negative segregation, are formed when the melt is suddenly set into an all-too strong stirring movement. When steel solidifies, crystals, so-called dendrites, form between which there is an accumulation of sulfur and carbon.
  • the frequency / multi-phase current can be in the range 0 ⁇ f 10 10 Hz, usually when stirring in so-called slabs (plates) that have a large cross-section.
  • it is usually a stirring in the transverse direction, the stirring direction being approximately perpendicular to the pouring direction, while in the other case it is normally a stirring in the longitudinal direction, that is, in the pouring direction.
  • a disadvantage of the type of asymmetrical stirring mentioned is the relatively poor utilization of the stirrer; Iron core and winding of the stirrer are underused here.
  • One way to solve this problem is known from the Swedish patent application 7902317-2; Thereafter, either two or more stirrers or a stirrer and a separate coil are used, in the former case both or all stirrers being fed with multiphase current and the stirring being carried out symmetrically by at least one of the stirrers, while the stirring by at least one of the another is carried out asymmetrically in that either the phase current in one phase deviates by at least 10% from the phase current in another phase and / or in that the phase coils are designed correspondingly asymmetrically with respect to one another.
  • a stirrer in the casting strand on the one hand creates one in the longitudinal direction of the stirring rers wandering, shaped according to the square of a sine function, running between zero and a maximum stirring force, which, when integrated at a fixed location on the casting strand for a certain time, results in a stirring force resulting in the longitudinal direction of the stirrer, and on the other hand a substantially sinusoidal , shear force migrating in the longitudinal direction of the stirrer, running between an absolutely equal positive maximum and negative minimum, acting transversely to the surface of the stirrer or the corresponding pole piece, the integral of which at a fixed point on the casting strand gives the value zero over a certain time and thus provides no resulting force, and a (superposed) stationary, temporally and spatially associated longitudinal force of the stirrer which changes periodically between 0 and a maximum and acts transversely to the surface of the stirrer or the corresponding pole piece put together, whereby this superposed transverse force produces a strong increase in the
  • the first and / or second stirrer can be fed by a phase-asymmetrical current source, wherein the stirrer (s) can be designed symmetrically or asymmetrically.
  • the stirrer (s) can also be supplied with a different current intensity in one phase relative to at least one other phase.
  • the asymmetry of the stirrer and the current source should correspond to a current difference of 10% (with a pure current asymmetry).
  • the vector diagram according to FIG. 4 shows a three-phase current system R, S, T, the current asymmetry being established, for example, by the current vector of phase T being smaller than the current vectors of phases R and S, which are of equal size.
  • FIG. 5 shows the current vector diagram of a three-phase current system R, S, T, in which a phase asymmetry has been introduced.
  • the phase angle between the phases R and T is increased by ⁇ ° compared to the symmetrical value of 120 ° and the phase angle between the phases T and S is correspondingly reduced by cr °, ⁇ is preferably more than 5 °.
  • This phase asymmetry can be achieved, for example, by later ignition of the thyristor feeding the phase T.
  • the phase-asymmetrical feed causes an asymmetrical stirring, which results in a better casting structure, for example in the case of an asymmetrical stirrer 1 (see FIG. 1) which stirs the non-solidified region of a casting strand 3 in accordance with the invention.
  • FIG. 2 shows two three-phase stirrers 1, 2 which are arranged opposite one another on the casting strand 3 emerging from the casting mold 4. Both stirrers have the same direction of stirring. The course of the stirring is indicated by the arrows 5.
  • the second stirrer 2 can work with a mutual phase shift and with an asymmetry in the phase currents such that the current of one phase deviates by at least 10% from the current of another phase. So a stirrer is used here, in which two options for creating an asymmetry are used simultaneously.
  • the second stirrer 2 can also work with a mutual displacement of the phase currents and an asymmetrical configuration of the phase windings with one another, so that a combination of phase asymmetry and amplitude asymmetry arises.
  • FIG. 3 shows two stirrers 1 and 2 which are arranged one behind the other along the casting strand, for example when pouring billets; here too, the same deviations between the two stirrers 1 and 2 can be provided as in the arrangements according to FIGS. 1 and 2.
  • both stirring in the transverse direction and stirring in the longitudinal direction can be provided for the two stirrers 1 and 2, as is indicated in FIG. 3.
  • the aim is to adapt the stirring forces between the stirrers 1 and 2 so that the stirring extends into the mold, ie the stirring flow should reach high into the mold and the white bands should disappear. It is necessary to adjust the stirring force of the stirrer 1 relative to the stirring force of the stirrer 2 so that one of the two stirrers does not dominate too much, which worsens the stirring effect.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Continuous Casting (AREA)
  • Mixers With Rotating Receptacles And Mixers With Vibration Mechanisms (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Umrühren der nicht erstarrten Bereiche eines aus einer Stranggießmaschine austretenden Gießstranges. Der Strang wird in einer Kokille (4) geformt, und das Umrühren erfolgt mit zwei elektromagnetischen Umrührern (1, 2). Das Umrühren mit dem einen Umrührer erfolgt asymmetrisch, indem die Speisung dieses Umrührers entweder zweiphasig mit einer von 90° abweichenden Verschiebung zwischen den Phasenströmen erfolgt oder dreiphasig mit einer von 120° abweichenden Verschiebung zwischen den Phasenströmen. Zur Zusammenfassung gehört Figur 2.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Umrühren beim Stranggießen gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1. Die hierbei verwendeten Umrührer werden im allgemeinen zwei-, drei- oder mehrphasig gespeist.
  • Das Umrühren der nicht erstarrten Bereiche eines Gießstranges ist bereits in verschiedenen Ausführungen bekannt. U.a. ist es bekannt, diese Bereiche mittels eines elektromagnetischen Umrührers quer zur Gießrichtung an einer oder mehreren Stellen umzurühren. Ein Grund für diese Umrührung besteht darin, daß man Lunker (sogenannte mini-ingots) und Seigerungen in dem fertigen Gußstück (Rohling) vermeiden möchte und daß man eine möglichst gleichmäßige Erstarrungsfront anstrebt. Ein Problem bei dieser Art der Umrührung besteht jedoch darin, daß sogenannte weiße Bänder, d.h. Bänder mit negativer Seigerung entstehen, wenn die Schmelze hierbei allzu plötzlich in eine allzu kräftige Rührbewegung versetzt wird. Beim Erstarren von Stahl bilden sich nämlich Kristalle, sogenannte Dendrite, zwischen denen eine Anreicherung von Schwefel und Kohlenstoff stattfindet. Bei einer üblichen Umrührung werden diese Anreicherungen unter die Schmelze gerührt und durch eine andere Schmelze ersetzt, wodurch die sogenannten weißen Bänder entstehen. Eine Möglichkeit, das genannte Problem zu lösen, ist bereits vorgeschlagen worden. Diese Möglichkeit besteht darin, daß der elektrische Umrührer mit einem mehrphasigen Strom gespeist wird und daß das Umrühren auf solche Weise asymmetrisch erfolgt, daß entweder der Phasenstrom in einer Phase um mindestens 10 % vom Phasenstrom in einer anderen Phase abweicht und/oder daß die Phasenspulen untereinander asymmetrisch ausgeführt sind. Hierdurch erhält man eine bessere Gußstruktur als bei einer symmetrischen Speisung Der Umrührer kann normalerweise symmetrisch aufgebaut sein, doch ist es auch vorstellbar, die Phasenspulen im Umrührer asymmetrisch aufzubauen, so daß man eine asymmetrische Umrührung bei symmetrischer Speisung erhält.
  • f Die Frequenz/des mehrphasigen Stromes kann im Bereich 0 < f ä 10 Hz liegen, und zwar normalerweise beim Umrühren in sog. slabs (Platten), die einen großen Querschnitt haben. Jedoch kann man auch eine Frequenz zwischen 10 bis 30 Hz bei sog. blooms (Luppen), also mittelgroßen Rohlingen, oder eine Frequenz zwischen 50 bis 60 Hz bei kleineren Rohlingen, sog. billets (Barren) anwenden. In dem erstgenannten Fall handelt es sich normalerweise um ein Umrühren in Querrichtung, wobei die Umrührrichtung etwa senkrecht zur Gießrichtung liegt, während es sich in dem anderen Fall normalerweise um ein Umrühren in Längsrichtung, also in Gießrichtung handelt.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten Art.zu entwickeln, bei dem die asymmetrische Umrührung in anderer Weise vorgenommen wird, was bestimmte, aus den weiteren Ausführungen ersichtliche Vorteile hat.
  • 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 der Erfindung sind in den Unteransprüchen genannt.
  • Mit dem in Anspruch 1 beschriebenen Verfahren erzielt man die Vorteile, die bisher mit stromasymmetrischen Umrührern erzielt wurden, wie sie beispielsweise in den DE-OSen 29 11 842 und 29 45 018 beschrieben werden.
  • Ein Nachteil bei der genannten Art von asymmetrischer Umrührung besteht in der verhältnismäßig schlechten Ausnutzung des Umrührers; Eisenkern und Wicklung des Umrührers werden hier zu gering ausgenutzt. Eine Möglichkeit zur Lösung dieses Problemes ist aus der schwedischen Patentanmeldung 7902317-2 bekannt; danach werden entweder zwei oder mehrere Umrührer oder ein Umrührer und eine separate Spule verwendet, wobei in dem erstgenannten Fall beide bzw. alle Umrührer mit mehrphasigem Strom gespeist werden und die Umrührung von mindestens einem der Umrührer symmetrisch vorgenommen wird, während die Umrührung von mindestens einem der anderen dadurch asymmetrisch vorgenommen wird, daß entweder der Phasenstrom in einer Phase um mindestens 10 % vom Phasenstrom in einer anderen Phase abweicht und/oder daß die Phasenspulen untereinander entsprechend asymmetrisch ausgebildet sind. Zusammen mit dem-symmetrisch gespeisten Umrührer erhält man hier also eine asymmetrische Umrührung, die nachstehend noch näher beschrieben wird. Die symmetrische Umrührung ist-also für die motorische Umrührung verantwortlich, während die asymmetrische Umrührung teilweise für die auftretende Turbulenz verantwortlich ist, welche die Viskosität der Schmelze verringert und zu einer Vermeidung der sog. weißen Bänder beiträgt.
  • In bekannter Weise entstehen durch einen Umrührer im Gießstrang einerseits eine in Längsrichtung des Umrührers wandernde, entsprechend dem Quadrat einer Sinusfunktion geformte, zwischen Null und einem Maximum verlaufende Umrührkraft, die, wenn sie an einer festen Stelle des Gießstrangs über eine bestimmte Zeit integriert wird, eine in Längsrichtung des Umrührers resultierende Umrührkraft ergibt, und andererseits eine im wesentlichen sinusförmige, in Längsrichtung des Umrührers wandernde, zwischen einem absolut gleich großen positiven Maximum und negativen Minimum verlaufende, quer zur Oberfläche des Umrührers oder des entsprechenden Polschuhs wirkende Querkraft, deren Integral an einer festen Stelle des Gießstrangs über eine bestimmte Zeit den Wert Null ergibt und die somit keine resultierende Kraft liefert, und eine diesen beiden Kräften zugeordnete (superponierte), stationäre, zeitlich und räumlich in Längsrichtung des Umrührers sich periodisch zwischen 0 und einem Maximum ändernde, im wesentlichen quer zur Oberfläche des Umrührers oder des entsprechenden Polschuhs wirkenden Querkraft zusammengesetzt, wobei diese superponierte Querkraft eine starke Erhöhung der Turbulenz in der Strömung im flüssigen Kern des Gießstranges erzeugt. Die letztgenannte Kraft entsteht durch das asymmetrische Umrühren, während die beiden erstgenannten Kräfte im wesentlichen durch den symmetrischen _ Umrührer, jedoch teilweise auch von dem asymmetrischen Umrührer erzeugt werden. Die beiden Umrührer werden also besser ausgenutzt, und normalerweise wird der symmetrische Umrührer mit bedeutend größerer Leistung als der asymmetrische gespeist.
  • Bei einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens gemäß der Erfindung erhält man eine weitere Verbesserung der Struktur des durch eine kontinuierliche.Stranggießmaschine gegossenen Stranges. Dieses Verfahren ist durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruches 3 genannten Merkmale gekennzeichnet.
  • Der erste und/oder zweite Umrührer können/kann von einer phasenasynmetrischen Stromquelle gespeist werden, wobei der/ die Umrührer symmetrisch oder asymmetrisch ausgebildet sein kann/können.
  • Der/die Umrührer kann/können auch mit abweichender Stromstärke in einer Phase relativ zu mindestens einer anderen Phase gespeist werden.
  • Insgesamt soll die Asymmetrie des Umrührers und der Stromquelle einem Stromunterschied von 10 % (bei einer reinen Stromasymmetrie) entsprechen.
  • Anhand der Figuren soll die Erfindung näher erläutert werden. Es zeigen
    • Fig. 1 eine erste Art der Anordnung von Umrührern zur Durchführung des Verfahrens nach der Erfindung,
    • Fig. 2 eine zweite Art der Anordnung von Umrührern zur Durchführung des Verfahrens gemäß der Erfindung,
    • Fig. 3 eine dritte Art der Anordnung der Umrührer zur Durchführung des Verfahrens gemäß der Erfindung,
    • Fig. 4 das Stromzeigerdiagramm bei stromasymmetrischer Umrührung,
    • Fig. 5 das Stromzeiger diagramm bei phasenasymmetrischer Umrührung.
  • Das Zeigerdiagramm gemäß Figur 4 zeigt ein Dreiphasenstromsystem R, S, T, wobei die Stromasymmetrie beispielsweise dadurch hergestellt wird, daß der Stromvektor der Phase T kleiner ist als die unter sich gleich großen Stromvektoren der Phasen R und S.
  • Figur 5 zeigt das Stromzeigerdiagramm eines Dreiphasenstromsystems R, S, T, bei dem eine Phasenasymmetrie eingeführt worden ist. Zu diesem Zweck ist der Phasenwinkel zwischen den Phasen R und T gegenüber dem symmetrischen Wert von 120° um α° vergrößert und der Phasenwinkel zwischen den Phasen T und S entsprechend um cr° verkleinert, α beträgt vorzugsweise mehr als 5°. Diese Phasenasymmetrie kann beispielsweise durch eine spätere Zündung des die Phase T speisenden Thyristors erreicht werden. Die phasenasymmetrische Speisung bewirkt ein asymmetrisches Umrühren, was eine bessere Gußstruktur zur Folge hat, beispielsweise bei einem asymmetrischen Umrührer 1 (siehe Figur 1), der den nicht erstarrten Bereich eines Gießstranges 3 entsprechend der Erfindung umrührt.
  • Figur 1 zeigt das Umrühren in Quer- oder Längsrichtung des Stranges bei billets, blooms oder slabs mit beispielsweise einem elektromagnetischen, mehrphasig gespeisten Umrührer 1, der dadurch für asymmetrisches Umrühren ausgebildet ist, daß die Speisung entweder zweiphasig mit einer von 90° abweichenden Verschiebung zwischen den beiden Phasen oder dreiphasig mit einer von 120° abweichenden Verschiebung zwischen den Phasen erfolgt. Der zweite Umrührer 2 wird mit demselben Phasensystem wie der erste Umrührer gespeist, jedoch entweder symmetrisch oder mit einer anderen Art von Asymmetrie als der erste Umrührer. Die Umrührer können sich eventuell gegenüberstehen und beide können für ein Umrühren in Querrichtung oder beide für ein Umrühren in Längsrichtung ausgebildet sein. In besonderen Fällen kann der Anordnungswinkel zwischen dem Umrührer und der Gießrichtung für die beiden Umrührer 1 und 2 unterschiedliche sein. In beiden Fällen kann die Speisung der beiden Umrührer 1, 2 auch mit phasenasymmetrischer Umrührung erfolgen.
  • Figur 2 zeigt zwei dreiphasig gespeiste Umrührer 1, 2, die einander gegenüberstehend an dem aus der Gießkokille 4 austretenden Gießstrang 3 angeordnet sind. Beide Umrührer haben dieselbe Umrührrichtung. Der Verlauf der Umrührung ist durch die Pfeile 5 angedeutet. Der zweite Umrührer 2 kann hierbei mit einer gegenseitigen Phasenverschiebung arbeiten und mit einer Unsymmetrie in den Phasenströmen von solcher Art, daß der Strom einer Phase um mindestens 10 % vom Strom einer anderen Phase abweicht. Man verwendet hier also einen Umrührer, bei dem gleichzeitig von zwei Möglichkeiten zur Schaffung einer Asymmetrie Gebrauch gemacht wird.
  • Der zweite Umrührer 2 kann auch mit einer gegenseitigen Verschiebung der Phasenströme und einer asymmetrischen Ausbildung der Phasenwicklungen untereinander arbeiten, so daß eine Kombination aus Phasenasymmetrie und Amplitudenasymmetrie entsteht.
  • Figur 3 zeigt zwei Umrührer 1 und 2, die, beispielsweise beim Gießen von billets, hintereinander längs des Gießstranges angeordnet sind; auch hier können dieselben Abweichungen zwischen den beiden Umrührern 1 und 2-untereinander wie bei den Anordnungen nach Figur 1 und 2 vorgesehen werden. Somit kann für die beiden Umrührer 1 und 2 sowohl ein Umrühren in Querrichtung wie auch ein Umrühren in Längsrichtung vorgesehen werden, wie es in Figur 3 angedeutet ist. Man ist bestrebt, die Umrührkräfte zwischen den Umrührern 1 und 2 so einander anzupassen, daß sich die Umrührung bis in die Kokille hinein erstreckt, d.h. die Umrührströmung soll hoch in die Kokille hineinreichen und die weißen Bänder sollen verschwinden. Es gilt, die Umrührkraft des Umrührers 1 relativ zur Umrührkraft des Umrührers 2 anzupassen, damit nicht einer der beiden Umrührer zu stark dominiert, was den Umrühreffekt verschlechtert. Bei dem Ausführungsbeispiel mit unterschiedlichen Windungszahlen der Phasenspulen ist es wichtig, daß die Amperewindungszahl für mindestens eine Phase um mindestens 10 % von der Amperewindungszahl in einer anderen Phase abweicht. Man erhält somit eine magnetische Wanderwelle und ein stationäres Feld, und die Umrührer sind linear und gerade. Man erhält unter dem Umrührer eine größere Turbulenz, was mit den verschiedenen Kombinationen erreicht werden kann, die vorstehend erläutert wurden und in den Figuren gezeigt sind.
  • Die vorstehend beschriebenen Verfahren können im Rahmen des offenbarten allgemeinen Erfindungsgedankens in vielfacher Weise variiert werden.

Claims (7)

1. Verfahren zum Umrühren der nicht erstarrten Bereiche eines aus einer Stranggießmaschine austretenden Gießstranges, wobei der Strang in einer Kokille (4) geformt.wird und das Umrühren mittels mindestens eines elektromagnetischen Umrührers (1) erfolgt, dadurch gekennzeichnet, daß das Umrühren dadurch asymmetrisch durchgeführt wird, daß die Speisung des Umrührers (1) oder der Umrührer (1, 2) entweder zweiphasig mit einer von 90° abweichenden Verschiebung zwischen den beiden Phasen oder dreiphasig mit einer von 120° abweichenden Verschiebung zwischen den Phasen erfolgt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Umrühren asymmetrisch mit einer gegenseitigen Verschiebung der Phasen erfolgt, die um mindestens 5° von der Phasenverschiebung der symmetrischen Phasensysteme abweicht.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Umrühren mit mindestens einem ersten und einem zweiten Umrührer (1, 2) erfolgt, wobei der erste Umrührer-j(1) asymmetrisch arbeitet, während der zweite Umrührer (2) mit gleicher Phasenzahl wie der erste Umrührer arbeitet, jedoch entweder symmetrisch oder mit einer anderen Art der Asymmetrie als der erste Umrührer, beispielsweise mit einem Strom in einer Phase, der um mindestens 10 % von dem Strom in einer anderen Phase abweicht, oder mit entsprechend asymmetrisch aufgebauten Phasenspulen oder als symmetrisch aufgebauter Umrührer mit einer Kombination von Strom- und Phasenasymmetrie.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Umrührer (2) mit einer Phasenverschiebung und mit einer untereinander asymmetrischen Ausführung der Spulen arbeitet, wobei man eine Kombination von Phasen- und Amplitudenasymmetrie erhält.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der erste und/oder der zweite Umrührer von einer phasenasymmetrischen Stromquelle gespeist werden/wird, wobei der/die Umrührer (1, 2) symmetrisch oder asymmetrisch eingebaut sein kann/können.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der/die Umrührer auch mit einer abweichenden Stromstärke in der einen Phase relativ zu einer anderen Phase gespeist wird/werden.
7. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Umrühren mit zwei Umrührern (1, 2) erfolgt, wobei beide Umrührer auf gleiche Art asymmetrisch arbeiten.
EP80106596A 1979-11-06 1980-10-27 Verfahren zum Umrühren beim Stranggiessen Expired EP0028761B1 (de)

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EP0028761B1 EP0028761B1 (de) 1985-02-20

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