DE2424610A1

DE2424610A1 - Verfahren zur steuerung der sich beim kontinuierlichen giessen metallischer gusserzeugnisse bildenden erstarrungsstruktur mittels elektromagnetischer durchwirbelung

Info

Publication number: DE2424610A1
Application number: DE2424610A
Authority: DE
Inventors: Robert Alberny; Jean-Pierre Birat; Alain Leclerq
Original assignee: Institut de Recherches de la Siderurgie Francaise IRSID
Current assignee: Institut de Recherches de la Siderurgie Francaise IRSID
Priority date: 1973-05-21
Filing date: 1974-05-21
Publication date: 1974-12-12
Also published as: JPS5019632A; JPS5744430B2; BE815163A; US3981345A; FR2236584B1; GB1454704A; IT1012330B; FR2236584A1

Description

DR.-ING. EUGEN MAIER DR.- ING. ECKHARD WOLF PATENTANWÄLTE DRESDNER BANK A3 TlLBFONl (Ο711)343Τ·1/ϋ ITUTTSART NR. 1930534 TELEBRAMME: MENTOR 7 STUTTGART 1, PI S C H E KSTR. 1 9 POSTSCHECK STQT. 3*200-708

A 11 656 3.5.1974 f - kt

INSTITUT DE RECHERCHES DE LA SIDERURGIE FRANCAISE 185, rue President Roosevelt F-78 Saint-Germain-en-Laye ( Frankreich )

Verfahren zur Steuerung der sich beim kontinuierlichen Gießen metallischer Gußerzeugnisse bildenden Erstarrungsstruktur mittels elektromagnetischer Durchwirbelung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung der sich beim kontinuierlichen Gießen metallischer Gußerzeugnisse bildenden Erstarrungsstruktur mittels eines auf das Erzeugnis während des Erstarrens einwirkenden, das im flüssigen Zustand befindliche Metall zumindest im Bereich der Erstarrungsfront in Bewegung versetzenden magnetischen Feldes.

— 2 —

40 9850/0333

A 11 656

3.5.1974 O / O / ß 1 Π

Beim kontinuierlichen Stranggießverfahren ist es bekannt, mittels eines magnetischen Feldes auf den Erstarrungsprozeß eines mit einem Kühlmittel beaufschlagten Gußerzeugnisses derart einzuwirken, daß das flüssige Metall im Inneren des Erzeugnisses in Bewegung versetzt wird. Das üblicherweise mittels eines Induktors in der Nähe der äußeren Oberfläche des Gußkörpers erzeugte magnetische Feld ruft innerhalb des Körpers Induktionsströme hervor, wodurch aufgrund der sich auf die noch nicht erstarrten Teile des Körpers übertragenden Kräfte das flüssige Metall in Bewegung versetzt wird.

Darüberhinaus ist es bekannt, daß ein solches Inbewegungversetzen des flüssigen Metalles im allgemeinen eine Veränderung der Erstarrungsstruktur des Gußerzeugnisses zur Folge hat. In der Tat hängt diese Struktur von einer Reihe von Parametern ab, wie vom Temperaturgradienten in der anfänglichen Erstarrungszone, der Geschwindigkeit des Kornwachstums und der Konzentration gelöster Stoffe in der Flüssigkeit. Diese Parameter werden modifiziert durch eine Bewegung des flüssigen Metalls im Inneren des Gußkörpers. Die auftretenden Phänomene sind voneinander abhängig, so daß die qualitative Abhängigkeit eines Inbewegungversetzens des flüssigen Metalls auf die Erstarrungsstruktur des Gußerzeugnisses nur experimentell ermittelt werden kann.

409850/0333 _ ₃ _

A 11 656

3.5.1974 242 461 O

f - kt - 3 -

Mit dem Verfahren der elektromagnetischen Durchwirbelung metallischer Produkte im Verlauf ihrer Erstarrung wird vor allem angestrebt, die Bildung einer basaltischen Struktur im Inneren des Gußerzeugnisses zu vermeiden. Unter einer basaltischen Struktur versteht man ein Gefüge mit baumartigen Dendriten die in Richtung des Temperaturgradienten, d.h. im allgemeinen senkrecht zur äußeren Oberfläche des Gußkörpers gerichtet sind. Diese Art der Erstarrung kommt in einer systematischen Weise insbesondere beim Gießen beruhigter oder halbberuhigter Stähle vor, und tritt vor allem in einem Teil des Erzeugnisses auf, der sich in einem Zwischenbereich zwischen dem äußeren Teil und dem Kern des Erzeugnisses befindet, wobei es möglich ist, daß sich dieser Bereich zumindest lokal bis zum Kern des Erzeugnisses erstreckt. Im allgemeinen weisen derartige Erzeugnisse selbst nach einer eventuellen Verformung relativ schlechte mechanische Eigenschaften auf.

Die vorteilhafte Wirkung der elektromagnetischen Durchwirbelung hinsichtlich der Unterdrückung der basaltischen Zone und deren Ersetzen durch eine Zone mit einer feineren Erstarrungsstruktur ist qualitativ bekannt. Insbesondere wurde auch schon vorgeschlagen, dieses Verfahren beim

A09850/03:33

3.5.1974

f - kt - 4 -

kontinuierlichen Gießen zur Beeinflussung der Erstarrungsstruktur des Gußerzeugnisses anzuwenden. Aus den experimentellen Untersuchungen auf diesem Gebiet konnten bisher jedoch noch keine ausreichend übergeordneten Gesichtspunkte hergeleitet werden, um mit der elektromagnetischen Durchwirbelungstechnik in reproduzierbarer Weise bestimmte Ergebnisse zu erhalten, abhängig von der Art des Gußerzeugnisses und den Gießbedingungen. Bei einer industriellen Auswertung dieses Verfahrens kommt es aber darauf an, daß das Gießerzeugnis bestimmte und . relativ konstante Eigenschaften aufweist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur magnetischen Durchwirbelung von im kontinuierlichen Gießverfahren hergestellten Gußerzeugnissen anzugeben, womit eine in konstanter und reproduzierbarer Weise bestimmte Erstarrungsstruktur des Erzeugnisses erhalten werden kann.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung durch folgende Verfahrensschritte gelöst:

- Das Gußerzeugnis wird dort mit dem Magnetfeld beaufschlagt, wo die Gesamtdicke des erstarrten Teils über

4Q98&0/Q333

f - kt - 5 -

den Querschnitt bezogen auf die betreffende Querschnittsabmessung des Gußerzeugnisses bei einer der nominalen Extraktionsgeschwindigkeit entsprechenden Extraktionsgeschwindigkeit den Wert I//2 aufweist, wobei das Magnetfeld über eine Strecke *t = KV längs des Erzeugnisses aufrechterhalten wird, worin V die maximale Extraktionsgeschwindigkeit des Erzeugnisses gemessen in m/min und K eine Konstante von mindestens dem Viert 0,17 min bedeuten;

die Extraktionsgeschwindigkeit V des Gußerzeugnisses wird kontinuierlich gemessen;

die magnetische Feldstärke wird in Abhängigkeit der Extraktionsgeschwindigkeit des Gußerzeugnisses derart geregelt, daß der Wert a, der. durch die folgende Beziehung definiert ist, konstant bleibt:

a = B₀ . e(V)

. \ß

Hierin bedeuten

B die effektive magnetische Induktion in Tesla im Bereich der Erstarrungsfront, f die Speisefrequenz in Hz eines bipolaren Induktors zur Erzeugung eines Drehfeldes, angewandt auf ein Re-

409850/0333 " ■

A 11 656
3.5.1974

ferenzerzeugnis mit kreisförmigem Querschnitt mit einem Durchmesser, der der Dicke des Erzeugnisses entspricht und das dem gleichen Erstarrungsgesetz wie das Erzeugnis gehorcht,

9 den spezifischen Widerstand des flüssigen Gußmetalls inXlm,

e(V) den mittleren Abstand in m zwischen zwei einander an der Erstarrungsfront gegenüberliegenden Punkten in einer zur äußeren Oberfläche des Erzeugnisses senkrechten Richtung im Bereich des Magnetfeldes, wobei dieser Abstand gegeben ist durch die Beziehung

e(V) = E - 2k

YV

wobei E den Abstand in m zwischen zwei einander gegenüberliegenden Punkten der Oberfläche des Erzeugnisses in senkrechter Richtung zu dieser Oberfläche,

k einen Erstarrungskoeffizienten des betreffenden Erzeugnisses ,

und H den Abstand in m zwischen der mittleren Stelle des Magnetfeldes und der Stelle, an welcher der gesamte Querschnitt des Gußerzeugnisses sich in flüssigem Zustand befindet, bedeuten.

409850/0333

A 11 656 242A610

3.5.1974

f - kt - 7 -

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens liegt der Wert der Konstante a in einem Bereich von

•a c -V.A = c ·3 Tesla . m 3,5 bis 5,3

s⁰'⁵ .nm⁰'⁵

Aufgrund des erfindungsgemäßen Verfahrens ist es möglich, die Bedingungen der Durchwirbelung derart festzulegen, daß in dem behandelten Gußerzeugnis eine erwünschte Erstarrungsstruktur erhalten wird. Diese Bedingungen ermöglichen es dem Benutzer, in Abhängigkeit von den Betriebsbedingungen eines Gießvorganges die nachfolgend aufgezählten Kriterien für die Durchwirbelung zu bestimmen:

a) den Zeitpunkt, in welchem im Laufe des Erstarrungsprozesses die Durchwirbelungsbehandlung vorgenommen werden muß;

b) die Stärke der vorzunehmenden Durchwirbelung;

c) die minimale Dauer der Durchwirbelungsbehandlung.

Ohne diese Angaben würde der Betreiber nur rein qualitative Vorkehrungen zum Durchwirbeln des flüssigen Metalls im Inneren des Gußerzeugnisses treffen können, die entweder sich als wirkungslos erweisen oder aber nachteilige

4Q9850/Q333

A 11 656

Effekte bezüglich der Erstarrungsstruktur nach sich ziehen können.

Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren lassen sich jedoch von.vornherein Kriterien für die Durchwxrbelungsbehandlung bestimmen, die von den Abmessungen des Gußerzeugnisses und von dem Erstarrungsprozeß des Erzeugnisses abhängen. Im Laufe eines Gießvorganges gewährleistet es außerdem reproduzierbare Ergebnisse in dem Sinne, daß die Eigenschaften der Erstarrungsstruktur der Gußerzeugnisse im wesentlichen konstant bleiben.

Im folgenden wird die Erfindung anhand der in den Zeichnungen dargestellten Beispiele näher erläutert. Es zeigen

Fig. 1 einen Schnitt durch eine vertikale Einrichtung zum kontinuierlichen Gießen von Knüppeln mit einer Vorrichtung zur elektromagnetischen Durchwirbelung in schematischer Darstellung;

Fig. 2 eine Querschnittsansicht des Knüppels im mittleren Bereich der Verwirbelungsvorrichtung gemäß Fig. 1;

Fig. 3 einen axialen Längsschnitt durch einen Knüppel, der keiner Durchwirbelungsbehandlung entsprechend der Erfindung unterzogen wurde*

— 9 —

409850/0333

A 11 656

₉ 2 A 2 4 610

Fig. 4 einen axialen Längsschnitt eines Knüppels, der einer Durchwirbelungsbehandlung gemäß der Erfindung unterzogen wurde.

In Fig. 1 ist eine Einrichtung zum kontinuierlichen Gießen von im Querschnitt quadratischen Knüppeln dargestellt, die eine über eine Rinne 2 kontinuierlich mit flüssigem Metall versorgte, wassergekühlte Kokille 1 enthält. Der Knüppel 3 wird im Laufe der Erstarrung unterhalb der Kokille mittels Rollen 4 geführt und wird kontinuierlich aus der Kokille herausgezogen. Unterhalb der Kokille wird der Knüppel durch Besprühen mit Wasser über die Kühldüsen 5 gekühlt. Der Knüppel verfestigt sich ausgehend von dem Flüssigkeitsniveau Η, innerhalb der Kokille allmählich, bis er auf dem Niveau H_, das einen üblicherweise als metallurgische Länge bezeichneten Abstand L von dem Niveau H₁. aufweist, über dem ganzen Querschnitt verfestigt ist. Das flüssige Metall bildet über diese Länge eine längliche konische Säule. Zum Zwecke der besseren zeichnerischen Darstellung sind die geometrischen Verhältnisse in Fig. 1 nicht maßstäblich dargestellt.

Ein elektromagnetischer Induktor 6 ist in einem solchen Bereich in der Nähe des Gußerzeugnisses angeordnet, in welchem der Abstand zwischen der Erstarrungsfront und der

409850/0333 - io -

f - kt - 10 -

äußeren Oberfläche des Erzeugnisses einerseits und die halbe Dicke des Erzeugnisses andererseits ein Verhältnis von I//2 zueinander aufweisen.

Der elektromagnetische Induktor besteht im Fall des Ausführungsbeispieles aus einem Metallgehäuse mit drei stromdurchflossenen Spulen, die so geschaltet sind, daß drei bipolare Windungen gebildet werden, die jeweils an eine Phase einer dreiphasigen Wechselspannungsquelle angeschlossen sind. Mit diesem Induktor kann ein Drehfeld von im wesentlichen konstanter Intensität über den gesamten Querschnitt des Gußkörpers erzeugt werden, das es erlaubt, die Flüssigkeit im Inneren des Körpers in Bewegung zu versetzen. Aufgrund des durch den Induktor erzeugten Magnetfeldes entstehen im Inneren des Gußkörpers Wirbelströme, die ihrerseits mechanische Kräfte zur Folge haben, die das flüssige Metall in eine Rotationsbewegung versetzen, und zwar um so stärker, je höher die Versorgungsleistung des Induktors ist.

Die Fig. 2 zeigt einen Querschnitt des Knüppels in der Mittelebene der Durchwxrbelungszone. Wenn die Dicke des Knüppels mit E bezeichnet wird, so beträgt die Gesamtdicke des erstarrten Teils in dieser Zone etwa E/y2.

- 11 -

409850/0333

^{A X1 656}'
3.5.1974 -

f - kt - 11 -

Wie oben beschrieben, besteht der erste Verfahrensschritt darin, abhängig von der Dicke des erstarrten Metalls eine Zone entlang der metallurgischen Länge des Gußerzeugnisses auszuwählen, in der die elektromagnetische Durchwirbelung vorgenommen wird. Die Wahl dieser Zone ergibt sich aus metallurgischen Überlegungen, wie sie im folgenden ausgeführt sind.

Ausgehend von der Beobachtung, daß die Bildung einer basaltischen Erstarrungsstruktur als solche noch keinen Nachteil bedeutet, war im vorliegenden Fall nicht beabsichtigt, mehr oder weniger die gesamte basaltische Zone in eine Gleichverteilungszone umzuwandeln, wie dies in bekannter Weise durch eine Durchwirbelung des flüssigen Metalls über die gesamte Erstarrungsstrecke des Gußerzeugnisses bewerkstelligt werden könnte, sondern es wurde eine bevorzugte Zone für die Durchwirbelung ausgewählt, um systematisch die auf das basaltische Kornwachstum zurückzuführenden Phänomene auszuschalten, wobei ein besonderes Augenmerk auf den Achsenbereich des Gußerzeugnisses zu richten ist.

Wie aus dem in Fig. 3 gezeigten Längsschnitt eines kontinuierlich gegossenen Knüppels ersichtlich ist, beobachtet

- 12 -

409850/0333 ■

A 11 656

3.5.1974 _ _i2 _ 242461G

man im Achsenbereich eines Gußerzeugnisses eine Diskontinuität in der Struktur, die in keiner Weise die scheinbare Kontinuität des Erstarrungsvorganges widerspiegelt. Diese Diskontinuität wird durch die Bildung von "Erstarrungsbrücken" erklärt, die auf das basaltische Kornwachstum zurückzuführen sind. Unter einer Erstarrungsbrücke versteht man ein lokales Phänomen, das dadurch gegeben ist, daß das Gußerzeugnis in einem Abstand von dem Flüssigkeitsniveau in der Kokille, der kleiner als die metallurgische Länge des betreffenden Erzeugnisses ist, sich über den gesamten Querschnitt in einem erstarrten Zustand befindet, so daß die Metallsäule in zwei Teile unterteilt ist, wovon sich der eine über und der andere unter der Erstarrungsbrücke befindet. Aufgrund einer wiederholten Ausbildung von Erstarrungsbrüdfcen ergeben sich praktisch voneinander unabhängige Taschen aus flüssigem Metall, in denen in verkleinertem Maßstab Erscheinungen auftreten, wie sie beim Gießen von Blöcken bekannt sind, nämlich eine Lunkerbildung im oberen Bereich des Gußblocks, eine Abscheidung von Einschlüssen, die sich in Form von Haufen am unteren Teil des Gußblocks ansammeln, sowie eine Heterogenität in der Zusammensetzung über die Höhe des Gußblockes. Diese Erscheinungen sind praktisch irreversibel und sind insbesondere beim kontinuierlichen Gießen von Nachteil, da es unmöglich ist, auch nur Anschnitte

409850/0333

13 -

f - kt - 13 -

in dem die Lunker enthaltenden Teil auszuführen, wie dies sich beim üblichen Block-Gießen einfach machen läßt.

Man erklärt sich die Bildung dieser Erstarrungsbrücken entweder durch ein lokales unregelmäßiges Wachstum der basaltischen Zone, wobei sich die baumartigen Dendriten (dendrites) im axialen Bereich des Gußerzeugnisses zusammenfügen, oder durch ein Abfallen von Dendriten von der Erstarrungsfront, die eine zunehmende lokale Verstopfung der Flüssigkeitssäule hervorrufen, oder durch eine Kombination dieser beiden Erscheinungen.

Vorliegendenfalls wird vornehmlich davon ausgegangen, die vorzeitige Bildung von Erstarrungsbrücken zu vermeiden, in der Absicht, die Erscheinung einer Erstarrung in nacheinanderfolgende Unterblöcke und die Heterogenitäten, die dieser Art der Erstarrung anhaften, zu unterdrücken.

Es hat sich daher die Frage gestellt, ob ein Erstarrungsgrad des Erzeugnisses existiert, der einer unregelmäßigen quasiirreversiblen Ausbildung der Erstarrungssäule in aufeinanderfolgende Unterblöcke entspricht. Es versteht- sich, daß dieser Zustand erst relativ spät im Laufe des Erstarrungsprozesses auftritt. Die durchgeführten systematischen experimentellen Untersuchungen haben gezeigt, daß die Er-

409850/0333 - 14 -

A 11 656

f - kt - 14 -

starrungsbrücken sich in einer Zone der Flüssigkeitssäule bilden können, die unterhalb derjenigen Stelle des Erzeugnisses liegt, für die das Verhältnis zwischen der Gesamtdicke des erstarrten Teils und der Dicke des Produkte näherungsweise ^ beträgt.

Eine eventuelle Durchwirbelungs-Behandlung unterhalb dieser oben definierten Stelle blieb ohne Einfluß im Hinblick auf die Bildung von Unterblöcken, und führte lediglich zu einer Modifikation der Erstarrungsstruktur eines jeden Unterblockes, ohne jedoch die Erscheinungen der Seigerung und der Lunkerbildung zu verhüten. Hierzu eignet sich jedoch eine Durchwirbelungsbehandlung oberhalb oder auf dem Niveau der genannten Stelle. Zweckmäßig wird die Behandlung auf dem Niveau dieser Stelle, also so spät wie möglich im Verlauf des Erstarrungsprozesses vorgenommen, und zwar aufgrund der Erscheinung des basaltischen Rückwachstums. Es wurde festgestellt, daß eine vorzeitige Durchwirbelungsbehandlung, auch wenn sie ein gewisses lokales Aufhalten des basaltischen Kornwachstums bewirkt, dennoch die nachfolgende Bildung von Unterblöcken nicht verhindern kann, wobei das basaltische Kornwachstum nach der Durchwirbelungsbehandlung um so eher wieder auftritt, je weiter die Zone der Durchwirbelung von der oben definierten Stelle entfernt ist.

- 15 -

409850/0333

A 11 656

Es versteht sich daher, daß die hier getroffene Wahl des Bereichs der Durchwirbelung ein Einwirken auf die basaltische Zone erlaubt, bevor die Voraussetzungen für eine Erstarrung in Unterblöcke auftreten, wobei die Erscheinung des basaltischen Rückwachstüms unterhalb der durchwirbelten Zone weitgehend vermieden wird.

Die bevorzugte Durchwirbelungszone befindet sich auf der metallurgischen Länge in einer Höhe, auf der die Werte der Dicke der erstarrten Haut und der halben Dicke des Gußerzeugnisses im wesentlichen ein Verhältnis von 1/f2 aufweisen. Es ist zweckmäßig, diese Bedingung durch Angabe einer bevorzugten Lage der Durchwirbelungsvorrichtung bezüglich des Gußerzeugnisses wiederzugeben.

Es ist bekannt, daß die allgemeine Gesetzmäßigkeit der Erstarrung eines kontinuierlich gegossenen Erzeugnisses durch folgende vereinfachte Formel wiedergegeben werden kann:

Hierin bedeuten

E„ die Dicke der erstarrten Haut,

t die Gießzeit vom Anfangszeitpunkt der Erstarrung an gemessen,

k eineis Erstarrungskoeffizienten, der von den Betriebs-

" £3@iiS0/0333 -16-

f - kt - 16 -

bedingungen und der Art des Gießmetalles abhängt.

Hieraus ergibt sich, daß. der Verlauf der Dicke der erstarrten Haut ein parabolisches Verhalten aufweist. Bezeichnet man mit Hj. = 0 das Niveau des Flüssigkeitsspiegels in der Kokille und mit H„ die Höhe, in welcher das Gußerzeugnis über den ganzen Querschnitt"erstarrt ist, so ist die metallurgische Länge durch

= ^HS - ^HL

gegeben. Wenn man des weiteren mit H die bevorzugte Höhe für die Durchwirbelung und mit E die Dicke des.Erzeugnisses bezeichnet, so sollte in dieser Höhe

E_s = E/2Ü

sein. Bezeichnet man die Extraktionsgeschwindigkeit des Erzeugnisses mit V, so ergibt sich mit der Beziehung (1)

v~ ~" T

woraus sich nach Dividieren und Quadrieren die Beziehung

H/H_s = 1/2
ergibt. - 17 -

4Q9850/0333

A 11 656
3.5.1974

f - kt - ι? -

Die letzte Beziehung bedeutet, daß die bevorzugte Zone der Durchwirbelung sich in der Nähe der halben Höhe der Flüssigkeitssäule befindet, oder, mit anderen Worten, die Durchwirbelungsvorrichtung ist in der Nähe der Mitte der metallurgischen Länge anzuordnen.

Die oben beschriebenen Vorkehrungen führen jedoch nur zu dem gewünschten Ergebnis, wenn sie mit den zusätzlichen Maßnahmen, die Gegenstand der folgenden Betrachtungen sind, kombiniert werden. Eine nicht ausreichende Durchwirbelungsbehandlung kann nämlich, selbst wenn sie in der oben definierten bevorzugten Zone vorgenommen wird, die Bildung von Erstarrungsbrücken nicht verhindern. Andererseits kann eine übermäßige Durchwirbelungsbehandlung vom metallurgischen Standpunkt aus gesehen gewisse Nachteile nach sich ziehen, die weiter unten näher erläutert werden.

Es ist leicht verständlich, daß das Inbewegungversetzen des flüssigen Metalls im Inneren des Gußstranges unter der Wirkung eines Magnetfeldes eine Erscheinung darstellt, die sich aufgrund von Trägheitskräften und natürlichen Konvektionsbewegungen in einer progressiven Weise entwickelt. Es ist daher notwendig, die Wirkung des Magnetfeldes über eine gewisse Mindestlänge ^ aufrechtzuerhalten, so daß die sich im Inneren des Gußstranges einstellende Relativbewegung

409850/0333

- 18 -

A 11 656
3.5.1974
f - kt - 18 -

überwiegend auf das angelegte Feld zurückzuführen ist. Diese Entfernung ist um so kleiner, je größer die durch die betreffende, mit einer bestimmten Frequenz gespeiste Vorrichtung zur Durchwirbelung erzeugte Feldstärke ist, und um so größer, je höher die Extraktionsgeschwindigkeit ist. Mit anderen Worten wird ein anhaltender Zustand der Durchwirbelung für ein gegebenes Feld dann erreicht, wenn die Dauer der Einwirkung des Feldes einen bestimmten Minimalwert einhält oder überschreitet. Es wurde experimentell ermittelt, daß dieser minimale Wert im Falle eines auf ein geschmolzenes Metall einwirkenden Drehfeldes in der Nähe von 10 Sekunden liegt. Daraus folgt, daß, wenn V„ die maximale ins Auge gefasste Extraktionsgeschwindigkeit in m/min für ein gegebenes Erzeugnis in einer gegebenen Einrichtung ist, die minimale Entfernung in Meter, entlang der eine Durchwirbelung ausgeübt werden muß, durch die Beziehung

4 - kv_m

gegeben ist, mit

K ^ 0,17 min.

Es ist darüberhinaus erforderlich, in Verbindung mit den vorhergehenden Betrachtungen den Wert der anzuwendenden Feldstärke festzulegen, um die gewünschten Ergebnisse zu erhalten, d.h., das basaltische Kornwachstum im Bereich der Erstarrungsfront zu hemmen.

409850/0333 -19-

A 11 656

3.5.1974 2A2A610

f - kt - 19 -

Als Beispiel wird in einem Sonderfall angenommen, daß die Durchwirbelungsbehandlung an einem Knüppel mit kreisförmigem Querschnitt vorgenommen wird, der von einem Induktor umgeben ist, wie er in Fig. 1 dargestellt ist. Wie bereits erwähnt, sind die Induktoren für diese Art der Anwendung zweckmäßig bipolare Induktoren, womit ein von der Oberfläche bis zum Zentrum des Knüppels im wesentlichen konstantes Feld erzeugt werden kann. Folglich verwendet man im Fall einer Versorgung mit einem dreiphasigen Wechselstrom einen'Induktor mit drei Polpaaren, wovon jedes Polpaar an eine Phase des Drehstromnetzes angeschlossen ist. Die Rotationsgeschwindigkeit des Drehfeldes eines solchen Induktors ist gegeben durch

wobei f die Frequenz des Netzstromes und ρ die Zahl der Polpaare pro Phase, hier ρ = 1, bedeuten.

Unter diesen Voraussetzungen kann errechnet werden, daß der Wert des Kurvenintegrals entlang der Erstarrungsfront über die magnetische Kraft, die sich nach dem Gesetz von Laplace aus der Wechselwirkung zwischen dem Feld und den in dem Erzeugnis induzierten Wirbelströmen ergibt, durch folgende Beziehung gegeben ist

- 20 -

A 11 656

1^B²e² (2)

to die Kreisfrequenz des Feldes,

ο den spezifischen Widerstand des flüssigen Metalls, B den Maximalwert der magnetischen Induktion und e den Durchmesser der Flüssigmetall-Säule im Bereich der Erstarrungsfront auf der Höhe, auf der das Magnetfeld angreift , bedeuten.

Der oben angegebene Wert P hat die Dimension eines Druckes und wird daher im folgenden mit dem Ausdruck "magnetischer Druck" bezeichnet.

Die Anmelderin hat experimentell nachgewiesen, daß der Wert des magnetischen Druckes maßgeblich ist für die Hemmung des basaltischen Kornwachstums, wobei diese Feststellung sich zumindest zum Teil dadurch bestätigt, daß der magnetische Druck ein Abbrechen von über den erstarrten Teil überstehenden, in die Flüssigkeitssäule eintauchenden Kornteilen bewirkt. Es hat sich gezeigt, daß ein Minimalwert des magnetischen Druckes existiert, unterhalb dessen eine Durchwirbelungsbehandlung unwirksam blieb. Experimentell wurde ermittelt, daß der betreffende minimale Effektivwert

2 —^

des magnetischen Druckes etwa 120 N/m ,das sind 1,22.10 kg/cm beträgt. Unter dem Effektivwert des magnetischen Druckes versteht man denjenigen Wert, der ausgehend von dem

409850/0333 _ 21 -

A 11 656 3.5.1974

-21- 2A24610

τι

Effektivwert der magnetischen Induktion B_Q = -rne berechnet ist.

Die Gleichung (2) zeigt, daß der magnetische Druck vom äußeren Umfang nach dem Zentrum des Knüppels hin abnimmt, und zwar mit dem Quadrat des Radius. Pur ein gegebenes Gußmaterial kann die Gleichung (2) in folgende Form gebracht werden:

a =

eine Konstante ist.

Wählt man als Effektivwert des magnetischen Druckes den

—3 2

oben angegebenen Minimalwert 1,22.10 kg/cm , so erhält man die folgende Beziehung:

Β_Λ = 3.5|/£ . f (3)

'ft ■ I

B
wobei B = —m den Effektivwert der magnetischen Induktion in Tesla, e den Durchmesser der Metallsäule in m, ο den spezifischen Widerstand des flüssigen Metalls in£tm und -f die Frequenz des Speisestroms für den Induktor in Hz. bedeuten.

- 22 -

409850/0333

f - kt - 22 -

Für den Effektivwert der magnetischen Induktion läßt sich ein bestimmter Variationsbereich definieren. Nach, unten hin ist dieser Bereich durch den oben angegebenen Minimalwert für den magnetischen Druck im Bereich der Erstarrungsfront begrenzt. Der Maximalwert des zulässigen Variationsbereichs für den Effektivwert der magnetischen Induktion ist ausschließlich durch Betrachtungen metallurgischer Art bestimmt. Die Anmeldärin hat experimentell festgestellt, daß sich bei einer zu starken Durchwirbelung des flüssigen Metalls im Bereich der Erstarrungsfront eine sogenannte negative Seigerungs-Zone bildet, die einer lokalen Verarmung an Legierungselementen, insbesondere Schwefel, die sich mit dem gegossenen Stahl verbinden, entspricht, wodurch eine kontinuierliche koaxiale Heterogenität des Erzeugnisses hervorgerufen wird. Die Erscheinung der negativen Seigerung ist um so stärker ausgeprägt, je stärker die Durchwirbelung ist. Es wurde experimentell festgestellt, daß diese Erscheinung sich merklich zu entwickeln begann, wenn der Wert der magnetischen Induktion im wesentlichen gleich dem 1,5-fachen desjenigen Wertes beträgt, der dem oben definierten minimalen magnetischen Druck entspricht, also für

a = 5,3
oder

409850/0333 -23-

A 11 656

³·⁵·¹⁹⁷⁴ ο/ ο/ cm

Somit ergibt sich im Falle von Stahl, dessen spezifischer

—ß Widerstand im flüssigen Zustand 160.10 Am beträgt, und für f = 50 Hz ein Variationsbereich für den Effektivwert der magnetischen Induktion von

worin aus Bequemlichkeitsgründen B in Gauss und e in cm gemessen ist.

Es ist zu bemerken, daß nach' Gleichung (2) der magnetische Druck quadratisch von der magnetischen Induktion abhängt, woraus folgt, daß der zulässige Bereich für den effektiven

magnetischen Druck sich von dem Minimalwert 120 N/m bis

etwa zu dem 2,25-fachen dieses Wertes", also bis 270 N/m erstreckt.

Im vorstehenden ist die Gesamtheit der Kriterien für die Durchwirbelung angegeben, die einem ausgewählten Erstarrungszustand entspricht. Dieser Erstarrungszustand stellt jedoch im Laufe des Gießbetriebes keine vorgegebene Konstante dar. In Wirklichkeit ist die Gießgeschwindigkeit als variabel zu betrachten. So kann zu Beginn des Betriebs die Gießgeschwindigkeit zunehmen, am Ende des Betriebs abnehmen und im Laufe des Betriebs mehr oder weniger stark schwanken. Mit diesen vornehmlich von außen vorgenommenen Änderungen

409850/0333 -24-

A 11 656 3.5.1974 f - kt - 24 -

ist es möglich, den Temperaturschwankungen des in die Kokille eingeführten Metalls Rechnung zu tragen mit dem Ziel, bei möglichst hoher Produktivität einen zuverlässigen Betrieb der Gießanlage aufrecht zu erhalten.

Daraus ergibt sich aber, daß die Wandstärke des erstarrten Bereichs in der Zone, in der das Magnetfeld einwirkt, variiert, und zwar nach dem Erstarrungsgesetz:

E_s = kt⁰'⁵ (1)

wobei die zu der bevorzugten Zone der Durchwirbelung zugehörige Zeit durch die Beziehung

^{fc =} V

gegeben ist, wenn H der mittlere Abstand zwischen der Stelle, an der das Magnetfeld erzeugt wird und dem Flüssigkeitsspiegel in der Kokille bedeutet, also die halbe metallurgische Länge, und .V die Extraktionsgeschwindigkeit des Gußstranges.

Damit ergibt sich für den Durchmesser der flüssigen Metallsäule auf der mittleren Höhe der Einwirkung des Magnetfeldes die Beziehung:

e (V) = E - 2k ^S (5)

- 25 -

409850/0333

worin E den äußeren Durchmesser des Gußstranges bedeutet.

Daraus ergibt sich zusammen mit den Gleichungen (3) und (4) als Bereich für die zulässige magnetische Induktion der Ausdruck:

^Bo ^{= a}/l ·^1/(Ε " ^2k^v* ⁽⁶⁾

ο _e _ _^_e ο Tesla.m

S .OKI

Gemäß einem erfindungsgemäßen Verfahrensschritt wird der magnetische Druck auf einem konstanten Wert vorteilhafterweise innerhalb der oben angegebenen Grenzen gehalten« indem die effektive magnetische Induktion B in Abhängigkeit von der Extraktionsgeschwindigkeit V entsprechend der Beziehung (6) variiert wird. Die Extraktionsgeschwindigkeit kann dabei beispielsweise mittels eines mit einer Transportrolle verbundenen Meßfühlers gemessen werden. Das vom Meßfühler kommende Signal kann über eine Steuervorrichtung zur Regelung der Speisespannung der Induktorspulen und damit zur Steuerung der magnetischen Feldstärke verwendet werden; Zu diesem Zweck enthält die Steuervorrichtung eine Schaltung zur Lösung der Gleichung (6) in Abhängigkeit von den eingestellten bzw. sich einstellenden Eingangsparametern.

- 26 -

AO9850/0333

A 11 656

f - kt - 26 -

Die Feldstärke wird anfangs in Abhängigkeit von den nominalen Betriebsbedingungen der Anlage eingestellt, d.h. im wesentlichen in Abhängigkeit von den Abmessungen des Gußerzeugnisses und von der nominalen Extraktionsgeschwindigkeit. Mit Hilfe eines Gaussmeters kann die effektive magnetische Induktion in Luft die von dem Induktor bei Abwesenheit des Gußkörpers erzeugt wird» zur Bestimmung des Anfangswerts von B gemessen werden; dabei ist zu berücksichtigen, daß die Permeabilität von Luft sehr nahe der Permeabilität von geschmolzenem Stahl ist. Der Wert von B_Q kann auch aus Kennlinien des verwendeten Induktors ermittelt werden.

Der Nominalwert der Extraktionsgeschwindigkeit entspricht der normalen Prodüktionerate der Anlage. Im Verlauf des Gießens wird dieser Wert nur gelegentlich überschritten; dabei kann lokal die Erscheinung der negativen Seigerung eintreten. Wenn die Geschwindigkeit ansteigt, wird nämlich der Durchmesser des flüssigen Metalls in der Durchwirbelungszone größer entsprechend der Beziehung (5). Dabei kann sich eine übermäßige Durchwirbelung einstellen, wenn die effektive magnetische Induktion B nicht entsprechend der Beziehung (6) variiert wird, und zwar um so eher, wenn der Anfangewert von B so gewählt wird, daß der sich bei der nominalen Extraktionsgeschwindigkeit an der Erstarrungsfront ein-

409850/0333 - 27 -

^A11'⁶⁵⁶ o/ο/cm

f - kt - 27 -

stellende magnetische Druck in der Nähe der oberen Grenze des zulässigen Variationsbereiches für den magnetischen Druck befindet. Um die magnetische Induktion in einem solchen Fall zu reduzieren, verhält sich die Steuervorrichtung für die Speisespannung des Induktors entsprechend der Beziehung (6), so daß der magnetische Druck im Bereich der Erstarrungsfront auf einem konstanten Wert innerhalb des zulässigen Variationsbereichs gehalten wird.

Häufiger tritt jedoch der Fall auf, daß die Extraktionsgeschwindigkeit kleiner ist als die Nominalgeschwindigkeit. In diesem Fall wird entsprechend Gleichung (5) der Durchmesser des flüssigen Metalls im Bereich der Durchwirbelung verkleinert. Dadurch wird die Bildung von Erstarrungsbrücken aus zwei Gründen begünstigt: erstens weil die einander gegenüberliegenden Punkte der Erstarrungsfront einander relativ näher liegen und zweitens weil die magnetische Feldstärke, sofern sie nicht modifiziert wird, im Bereich der Erstarrungsfront einen möglicherweise nicht ausreichenden magnetischen Druck erzeugt, um das basaltische Kornwachstum zu hemmen. Der erste Effekt könnte theoretisch dadurch kompensiert werden, daß die Lage der Durchwirbelungsvorrichtung verändert wird, was allerdings praktisch nicht diskutabel erscheint. Jedenfalls wird durch eine Modifikation

4 09850/0333 -28-

A 11 656

f-kt -28- ^^^ÜIU

der effektiven magnetischen Induktion B entsprechend Gleichung (6) der magnetische Druck im Bereich der Erstarrungsfront auf einen Wert angehoben, der höher liegt als der für eine Hemmung des basaltischen Kornwachstums notwendige Minimalwert. Der erste Effekt braucht daher nicht in Betracht gezogen zu werden; dennoch ist es aus Sicherheitsgründen zweckmäßig, den Anfangswert von B so zu wählen, daß der an der Erstarrungsfront auftretende magnetische Druck bei der nominalen Extraktionsgeschwindigkeit einen relativ hohen Wert innerhalb des Zulässigkeitsbereichs für den magnetischen Druck aufweist.

Die vorstehenden Betrachtungen bezüglich des Bereichs für die zulässige Änderung des magnetischen Druckes wurden unter Bezugnahme auf¹ ein Gußerzeugnis mit kreisförmigem Querschnitt entwickelt: dennoch lassen sich die hieraus ergebenden Schlußfolgerungen auch^ auf solche Erzeugnisse anwenden, die keinen Rotationskörper bilden, beispielsweise auf Erzeugnisse mit viereckigem Querschnitt, wie Knüppel mit quadratischem Querschnitt, Blöcke mit rechteckigem Querschnitt oder andere kontinuierlich gießbare Erzeugnisse, sofern ihre Außenabmessungen für die Verwendung eines Induktors der vorgeschlagenen Art geeignet sind.

Das mit einem solchen Induktor erzeugte Drehfeld tritt nämlich in jedem Punkt des flüssigen Metalls auf, unab-

409850/0333 - 29 -

A 11 656

hängig von der Gestalt der die flüssige von der festen Phase trennenden Berandung. Das Drehfeld erzeugt zusammen mit den induzierten Strömen mechanische Kräfte, die eine Vielzahl von lokalen Rotationsbewegungen in dem flüssigen Metall hervorrufen, deren Gesamtheit den Effekt der Durchwirbelung bilden. Im Falle eines Rotationskörpers führt die Resultierende dieser Bewegungen zu einer Rotationsbewegung des gesamten flüssigen Metalls, wobei das Gleiten außerordentlich wichtig ist. Je mehr sich die äußere Gestalt des Erzeugnisses von einem Rotationskörper entfernt, um so weniger kann sich eine Rotationsbewegung, über den gesamten Flüssigkeitsquerschnitt einstellen; es verbleibt davon also nicht weniger, als daß die lokalen Rotationsbewegungen im wesentlichen dieselben bleiben und einen Verwirbelungseffekt der gleichen Art ergeben. Die Gleichung (2) für den magnetischen Druck kann in der Praxis auch auf einen viereckigen Körper angewandt werden, wenn für den Durchmesser des flüssigen Metalls die Dicke des flüssigen Metalls an der Stelle, an der das Magnetfeld einwirkt, genommen wird.

Im Falle eines Gußstranges mit quadratischem Querschnitt kann auch die Gleichung (6) angewandt werden, indem für E die Dicke des . Gußstranges genommen wird und der Induktor so angeordnet und geregelt wird, als ob es sich* um die Durchwirbelungsbehandlung eines Gußstranges kreisförmigen

409850/0333

- 30 -

A 11 656 3.5.1974 f - kt - 30 -

Querschnitts vom Durchmesser E handele, der dem gleichen Erstarrungsgesetz wie der Gußstrang mit quadratischem
Querschnitt gehorcht.

Im Falle eines Blockes mit - rechteckigem Querschnitt kann ebenfalls die Gleichung (6) angewendet werden, indem für E der Wert der kürzeren Querschnittsseite genommen wird.
Die Erstarrungsbrücken entwickeln sich nämlich bevorzugt zwischen den einander gegenüberliegenden Punkten der Erstarrungsfront, die sich einander am nächsten kommen.
Dabei kann es sich jedoch ergeben, daß in gewissen Zonen ein Wert für den magnetischen Druck auftritt, der außerhalb des zulässigen Variationsbereichs liegt, und daß es zu
lokalen negativen Seigerungen kommt. Dies läßt sich jedoch vermeiden« wenn der Anfangewert für die magnetisch· Induktion so gewählt wird, daß der betreffende magnetische Druck bei mittleren oder niedrigeren Werten des zulässigen Variationsbereiches liegt, wobei berücksichtigt ist, daß die Bildung von Erstarrungsbrücken die Erscheinung bleibt, deren Entwicklung in erster Linie verhindert werden soll. Der Induktor wird auch im Falle dieses Ausführungsbeispiels so angeordnet und geregelt, als ob es sich um die Durch-Wirbelungsbehandlung eines Gußstranges von kreisförmigem Querschnitt mit Durchmesser E handele, der dem gleichen Erstarrungsgesetz gehorcht wie der Erstarrungsprozeß der großen Seiten des rechteckigen Blockes.

- 31 -

409850/0333

A 11 656

f - kt -31- £ M £ H υ ι u

In Fig. 3 ist ein axialer Schnitt eines kontinuierlich gegossenen Knüppels nach dessen Erstarrung wiedergegeben, der keiner Durchwirbelungsbehandlung unterzogen worden ist* die Erstarrungsstruktur wurde mittels eines Baumannschen Abdruckes sichtbar gemacht. Der gezeigte Knüppel hatte ein quadratisches Profil mit 120 mm Seitenlänge und gehorchte dem Erstarrungsgesetz E„ = 29jft. Das gegossene Metall war ein schwachlegierter Chrom-Nickel-Stahl, der 0,16% Kohlenstoff, 1,7% Nickel und 0,3% Chrom enthielt. Die nominale Extraktionsgeschwindigkeit betrug 1,5 m/min.

Es ist festzustellen, -daß der Knüppel interessante Erstarrungsfehler insbesondere im axialen Bereich aufweist. Die äußerste Zone zeigt in bekannter Weise in einem koaxialen Bereich ein relativ,feines Gefüge, das nach innen hin in eine Zone von basaltischer Struktur übergeht, die sich in Richtung zu der Achse des Knüppels über eine variable Strecke hinweg erstreckt, wodurch die Bildung von Erstarrungsbrücken, wie sie oben beschrieben sind, ermöglicht wird. Diese Erstarrungsbrücken unterteilen den axialen Bereich des Knüppels in eine Folge von Unterblöcke,. in denen eine sehr starke Lunkerbildung eingetreten ist.

In Fig. 4 ist. ein Axialschnitt eines Knüppels aus dem gleichen Material dargestellt, der unter denselben Be-

- 32 -

9850/03

A 11 656

f-kt - 32 - ^Z-HUiU

dingungen gegossen, jedoch beim Gießen der erfindungsgemäßen Durchwirbelungsbehandlung unterzogen wurde.

Nachdem die metallurgische Länge bei der nominalen Extraktionsgeschwindigkeit 7,4 m betrug, wurde die Durchwirbelungseinrichtung in einer mittleren Entfernung von 3,7 m unterhalb der Kokille angeordnet. Unter Berücksichtigung einer angenommenen maximalen Extraktionsgeschwindigkeit von 2,5 m/min war für die Durchwirbelungseinrichtung ein Bereich des Erzeugnisses von Bedeutung, der sich von dem mittleren Niveau aus nach beiden Seiten über 22 cm erstreckt. Als Durchwirbelungseinrichtung wurde ein bipolarer Stator gewählt, der mit einem Dreiphasen-Strom von 50 Hz gespeist wurde. Die effektive magnetische Induktion wurde so gewählt, daß sie der oben angegebenen Beziehung

625 940

e ^< ^Bo ^< ~

genügte. Bei einer Extraktionsgeschwindigkeit von 1,7 m/min betrug die Dicke des erstarrten Teils in der Mitte des angreifenden Magnetfeldes 4,28 cm, d.h. e = 3,44 cm, wodurch der Effektivwert der magnetischen Induktion auf folgenden Bereich festgelegt wurde:

182 Gauss<B <273 Gauss.

409850/0333

A 11 656

Sicherheitshalber wurde der Nominalwert der magnetischen Induktion B= 220 Gauss gewählt» Damit konnte die Gießgeschwindigkeit in einem Bereich von 1,5 m/min bis 1,9 m/min variiert werden; daraus ergibt sich nach Gleichung (6) wechselseitig eine Vatiation von B zwischen 261 Gauss und 194 Gauss, womit ein konstanter magnetischer Druck an der Erstarrungsfront aufrechterhalten und damit eine kontinuierliche Hemmung des basaltischen Kornwachstums erhalten werden kann. Die Unterbrechung des basaltischen Kornwachstums aufgrund des Durchwirbelungseffekts zeigt sich sehr deutlich in Fig. 4; die Bildung von Unterblöcken ist vollständig vermieden, was eine deutliche Verbesserung der Homogenität im axialen Bereich des Knüppels zur Folge hat. Analysen über den Kohlenstoffgehalt in der axialen Zone zeigen, daß die Variationen dieses Gehaltes 20.10 % nicht überschreiten, was etwa einem Drittel der ohne eine Durchwirbelungsbehandlung auftretenden Variationen entspricht. Weiter zeigen die in der axialen Zone durchgeführten Härtemessungen nach Vickers Abweichungen in der Größenordnung 20%, was etwa der Hälfte der Abweichungen entspricht, die ohne eine Durchwirbelungsbehandlung auftreten. Schließlich ist der Zustand der Porosität im axialen Bereich deutlich ver-. bessert, da durch die Durchwirbelungsbehandlung eine Lunkerbildung vollständig unterdrückt wirdj die Porosität der durchwirbelten Erzeugnisse ist über die axiale Zone im wesentlichen gleichverteilt.

409850/0333 - 34 -

A 11 656

Das in Fig. 5 dargestellte Diagramm soll unter Bezugnahme auf das den Figuren 3 und 4 zugrundeliegende Ausführungsbeispiel zur weiteren Veranschaulichung des erfindungsgemäßen Verfahrens dienen. Auf der Ordinate des Diagramms ist die effektive magnetische Induktion B und auf der Abszisse die Dicke des flüssigen Metalls aufgetragen. Der Bereich der zulässigen Variation des magnetischen Druckes wird im Falle des Ausführungsbeispieles durch zwei hyperbolische Kurven begrenzt, entsprechend den Beziehungen

B_o = 625/e
und

B_o = 940/e.

Für eine nominale Extraktionsgeschwindigkeit von 1,7 m/min wurde als Effektivwert der magnetischen Induktion 220 Gauss gewählt. Der diese Einstellung betreffende Punkt ist mit K gekennzeichnet, wobei die Abszisse des Punktes K die Dicke des flüssigen Metalls in der Mitte des angreifenden Magnetfeldes ist, also 3,44 .cm. Wie man sieht, liegt der Betriebspunkt K für die betrachtete Dicke des flüssigen Metalls im Inneren der zulässigen Variationsbreite von B . Im Verlauf des Betriebs kann die Extraktionsgeschwindigkeit einer gewissen Variation unterliegen, um beispielsweise Temperaturschwankungen des in die Kokille eingeführten flüssigen Metalls Rechnung zu tragen. In dem in dem Diagramm der Fig.

409850/0333 - 35 -

A 11 656
3.5.1974

gezeigten Ausführungsbeispiel ist im Verlauf des Gießens eine Anhebung der Gießgeschwindigkeit auf 1,9 m/min und eine Verminderung auf 1,5 m/min angenommen. Bei einer Extraktionsgeschwindigkeit von 1,9 m/min beträgt die Dicke der Flüssig-Metall-Säule in der Mitte des einwirkenden Magnetfeldes 3,90 cm. Ohne eine Regelung der magnetischen Induktion würde sich dabei ein Betriebspunkt ergeben, der in dem. Diagramm durch N¹ gekennzeichnet ist* dieser Punkt entspricht einem relativ hohen Wert des magnetischen Druckes. Daxüberhinaus ist zu berücksichtigen, daß der Bereich der Einwirkung des magnetischen Feldes sich nach beiden Seiten von dem betreffenden Mittelpunkt erstreckt; daraus folgt, daß sich an bestimmten Stellen der Erstarrungsfront der magnetische Druck auf einen Wert einstellt, der die vorgeschriebene obere Grenze übersteigt. Gemäß Gleichung (6) wird daher die magnetische Induktion auf einen Wert von 194 Gauss abgesenkt; dieser mit N bezeichnete Betriebspunkt liegt innerhalb des.zulässigen Variationsbereichs. Durch die an den Enden mit Begrenzungsstrichen versehenen horizontalen Linien ist in dem Diagramm der Fig. 5 außerdem die Ausdehnung des Magnetfeldbereiches längs des Gußstranges angedeutet, die der Länge des Induktors, im Falle des Ausführungsbeispiels 44 cm entspricht.

Bei einer Extraktionsgeschwindigkeit von 1,5 m/min beträgt die Dicke der Metallsäule in der Mitte das Mägnetfeld-

A 11 656

bereiches 2,9 cm. Ohne eine Regelung der magnetischen Induktion würde der Betriebspunkt dem Punkt M¹ in dem Diagramm entsprechen. Dieser Punkt befindet sich auf der Grenze des zulässigen Bereichs und stellt, wie weiter oben ausgeführt, einen mittleren Betriebspunkt dar. Daraus folgt, daß der magnetische Druck über einen gewissen Teil, des Magnetfeldes unzureichend ist, um ein basaltisches Kornwachstum zu verhindern. Eine Veränderung des Wertes der magnetischen Induktion B entsprechend der Beziehung (6) hebt den Betriebspunkt auf den Punkt M an, so daß sich in der Durchwirbelungszone ein magnetischer Druck ergibt, der sich innerhalb der vorgeschriebenen Grenzen befindet und der die Unterbrechung des basaltischen Kornwachstums bewirkt. Es sei noch bemerkt, daß die Punkte K, M und N in dem Diagramm sich auf Einstellungen der magnetischen Induktion beziehen, die demselben Wert des magnetischen Druckes in der Mitte des Induktors entsprechen. Dieser Wert beträgt hier etwa 175 N/m .

Die in dem Diagramm berücksichtigten Temperaturschwankungen beziehen sich auf einen normalen kontinuierlichen Betrieb der betreffenden Gießanlage. Es versteht sich von selbst, daß in den allerersten Augenblicken eines Gießbetriebes die Extraktionsgeschwindigkeit einen sehr niedrigen Wert aufweist und rasch ansteigt, um nach einigen Minuten den in Betracht gezogenen Geschwindigkeitsbereich zu erreichen.

409850/0333

- 37 -

A 11 656

Es ist praktisch unmöglich, eine Durchwirbelungsbehandlung in den betreffenden Abschnitten des Gußerzeugnisses durchzuführen, wenn das Gußerzeugnis bereits vollständig erstarrt ist, bevor es an der Stelle des Induktors vorbeikommt. Andererseits ist jedoch zu berücksichtigen, daß eine um so geringere Tendenz zur Bildung von Erstarrungsbrücken besteht, je kleiner die Extraktionsgeschwindigkeit ist. Die gleichen Überlegungen gelten für die starke Absenkung der Extraktionsgeschwindigkeit gegen Ende des Gießvorganges.

Das erfindungsgemäße Verfahren ist auf Gußerzeugnisse der oben erwähnten Art anwendbar und gewährleistet qualitativ bessere Erzeugnisse aufgrund einer Modifikation insbesondere der Eigenschaften des Gefüges in der Nähe ihrer Achse. Der wichtigste Vorteil dieses Verfahrens ist allerdings darin zu sehen, daß damit die Produktivität von Stranggießanlagen wesentlich erhöht werden kann. Bisher war man nämlich in der Praxis häufig gezwungen, die Leistungsfähigkeit solcher Anlagen durch die Wahl relativ kleiner Gießgeschwindigkeiten nur teilweise auszunutzen, gerade um die Erscheinung einer Erstarrung in Unterblöcke zu vermeiden. Die Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens erlaubt dagegen die Ausnutzung der maximalen Leistungsfähigkeit der kontinuierlichen Gießanlagen durch

409850/0333

- 38 -

A 11 656

f-kt -38- £*»^hu ι υ

Zulassen von Gießgeschwindigkeiten, die früher nicht in Betracht gezogen werden konnten.

- 39 -

409850/0333

Claims

^A ^λ1 ⁶⁵⁶ ο / ο / c 1 η

3.5.1974 2A246IÜ

f - kt - 39 -

Patentansprüche

1. Verfahren zur Steuerung des sich beim kontinuierlichen Gießen metallischer Gußerzeugnisse bildenden Erstarrungsgefüges mittels eines auf das Erzeugnis während des Erstarrens einwirkenden, das im flüssigen Zustand befindliche Metall zumindest im Bereich der Erstarrungsfront in Bewegung versetzenden magnetischen Feldes, dadurch gekennzeichnet, daß das Gußerzeugnis dort mit dem Magnetfeld beaufschlagt wird, wo die Gesamtdicke des erstarrten Teils über den Querschnitt bezogen auf die betreffende Querschnittsabmessung des Gußerzeugnisses bei einer der nominalen Extraktionsgeschwindigkeit entsprechenden Extraktionsgeschwindigkeit den Wert 1//2 aufweist, wobei das Magnetfeld über eine Strecke -£ = KV_M längs des Erzeugnisses aufrechterhalten wird,worin V_M die maximale Extraktionsgeschwindigkeit des Erzeugnisses gemessen in m/min und K eine Konstante von mindestens dem Viert 0,17 min bedeuten*

daß die Extraktionsgeschwindigkeit V des Gußerzeugnisses kontinuierlich gemessen wird;
und daß die magnetische Feldstärke in Abhängigkeit der

409850/0333 . -40-

Extraktionsgeschwindigkeit des Gußerzeugnisses derart geregelt wird, daß der durch die folgende Beziehung definierte Wert a konstant bleibt:

a = B_Q . e (V)

hierin bedeuten

B die effektive magnetische Induktion gemessen in Tesla im Bereich der Erstarrungsfront,
f die Speisefrequenz in Hz eines bipolaren Induktors zur Erzeugung eines Drehfeldes, das angev/andt wird auf ein Referenzerzeugnis mit kreisförmigem Querschnitt mit einem Durchmesser, der der Dicke des Erzeugnisses entspricht und das dem gleichen Erstarrungsgesetz wie das Erzeugnis gehorcht,

O₁ den spezifischen Widerstand in JQm des flüssigen Gußmetalls ,

e (V) den mittleren Abstand in m zwischen zwei einander an der Erstarrungsfront gegenüberliegenden Punkten in einer zur äußeren Oberfläche des Erzeugnisses senkrechten Richtung im Bereich des Magnetfeldes, wobei dieser Abstand gegeben ist durch die Beziehung

e (V) = E - 2k ^l

wobei E"den Abstand in m zwischen zwei einander gegenüberliegenden Punkten der Oberfläche des Erzeugnisses in

409850/0333

- 41 -

senkrechter Richtung zu dieser Oberfläche, k einen Erstarrungskoeffizienten des betreffenden Erzeugnisses ,

und H den Abstand in m zwischen der mittleren Stelle des Magnetfeldes und der Stelle, an welcher der gesamte Querschnitt des Gußerzeugnisses sich in flüssigem Zustand befindet, bedeuten.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß sich der Wert der Konstante a in einem Bereich von

3 5 bis 5 3 ^Tesla ♦ ^m

³'¹⁵ '³ s°'⁵..am⁰'⁵

befindet.

409850/0333