DE2641260A1

DE2641260A1 - Verfahren und vorrichtung zur beeinflussung eines eine kokille durchsetzenden metallstrangs mittels eines einen ruehreffekt bewirkenden magnetischen feldes

Info

Publication number: DE2641260A1
Application number: DE19762641260
Authority: DE
Inventors: Robert Alberny; Louis Vedda
Original assignee: Institut de Recherches de la Siderurgie Francaise IRSID
Current assignee: Institut de Recherches de la Siderurgie Francaise IRSID
Priority date: 1975-09-19
Filing date: 1976-09-14
Publication date: 1977-03-24
Also published as: JPS5937712B2; IT1068513B; SE431070B; FR2324397B1; CA1079796A; JPS5256015A; FR2324397A1; AT353997B; DE2641260C2; BE846159A; US4040467A; ATA689576A; GB1542316A; SE7610115L

Description

DR.-ING. EUGEN MAiER DR.-ING. ECKHARD WOLF

PATENTANWÄLTE 2 6 4 1 2 G

DRESDNER BANK AG

TELEFON: (0711)242761/2 _{s τ} _Ό _{TT G A R T} NR. 192Ο634

TELESRAMME: MENTOR 7 STUTTGART 1, P IS C H E KSTR. 1 9 POSTSCHECK STQT. 252ΟΟ-7Ο9

A. 11 951

6.9.1976 i - kt

IHSTITUT DE RECHERCHES DE LA SIDERURGIE FRANCAISE

184, rue President Roosevelt Saint-Germain-en-Laye, Yvelines (Frankreich)

Verfahren und Vorrichtung zur Beeinflussung eines eine Kokille durchsetzenden Metallstrangs mittels eines einen Rühreffekt bewirkenden magnetischen Feldes

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum kontinuierlichen Vergießen von Metall mittels einer einen verhältnismäßig großen Querschnitt aufweisenden Kokille, innerhalb derer mittels mindestens eines an einer Breitseitenwand der Kokille angeordneten, von einem Mehrphasenstrom gespeisten Induktors ein magnetisches, auf die Bewegung des flüssigen Metallstrangs einwirkendes Wanderfeld erzeugt wird.

Beim kontinuierlichen Vergießen von Metallen in einer

709812/0808

— 2 —

A 11 951 6.9.1976 - / - i - kt

H 26A12G0

Kokille treten gewisse Schwierigkeiten auf, insbesondere was die Ausscheidung von Einschlüssen betrifft, die zur Erlangung einer größtmöglichen Reinheit der Gußerzeugnisse auf einem niedrigen Wert gehalten werden müssen. Hierbei spielt auch die Konvektxonsstromung des Metalls eine Rolle, die sich aufgrund der Beschickung der Kokille mittels einer oder mehrerer Düsen ausbildet und die Einschlüsse wiederholt in die Nähe der Oberfläche des Gießstrangs bringt. Durch eine Steuerung dieser Konvektionsstromung kann man die Oberflächenreinheit verbessern und damit eine glatte Gußhaut erzielen, ein Verfahren, dem insbesondere beim Vergießen von Stählen mit niedrigem Kohlenstoff-Gehalt, denen zur Beruhigung Aluminium beigegeben wird, eine besondere Bedeutung zukommt.

Bei Stranggußanlagen verwendet man zur Beschickung der Kokille.in den Gießstrang eintauchende, aus feuerfestem Material bestehende Einfach- oder Mehrfach-Düsen, durch deren Strahlrichtung eine Strömung erzeugt wird, aufgrund deren Einschlüsse in die Schlackenschicht gelangen, in der sie festgehalten werden. Diese Beschickungsdüsen erfüllen diesen Zweck jedoch nur in unzureichendem Maße, so daß sich längs der Breitseitenwände einer Kokille Bereiche ausbilden, in denen waagerechte oder auch nach unten gerichtete Strömungen vorherrschen, was es sehr

709812/0808

A 11 951 6.9.1976 i - kt

26A1260

schwierig, wenn nicht unmöglich macht, ein Ausscheiden der Einschlüsse nach oben zu erreichen. An diesen Stellen weist dann der GuO eine porige Oberfläche auf. Bestimmten Düsen mit zwei Düsenöffnungen haftet beispielsweise der Nachteil an, daß sich zwischen ihnen und den Breitseitenwänden der Kokille eine solche tote Zone ausbildet. Ändere Düsenformen haben wiederum den Nachteil, daß sich solche toten Zonen im Bereich der seitlichen Ränder einer Breitseitenwand ausbilden.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, die Ausbildung solcher unregelmäßiger und ungleichmäßiger Strömungen innerhalb des absinkenden Strangs zu vermeiden und den Einschlüssen über die ganze Breite der Kokille denselben gleichbleibenden Impuls zu erteilen. Zu diesem Zweck sieht die Erfindung vor, bei einer Kokille, bei der der Strang der Einwirkung eines vertikal sich bewegenden Magnetfeldes unterworfen ist, die Auswirkungen dieses Magnetfeldes auf die Strömung entlang der ganzen Breite der Breitseitenwand zu modulieren, um den hydrodynamischen Gegebenheiten der Beschickungsdüse.Rechnung zu tragen und gegebenenfalls durch sie hervorgerufene Ungleichmäßigkeiten auszugleichen.

709812/0808 " ⁴ "

A 11 951 6.9.1976 4 - i - kt

Die Erfindung bestellt somit in erster Linie darin, ein Verfahren der vorgenannten Art dadurch zu verbessern, daß zum Zweck der Ausscheidung von Einschlüssen mittels eines in mehrere Gruppen längs einer Breitseitenwand unterteilten Induktors, dessen Gruppen gleichzeitig von je einem getrennten Generator unterschiedlicher Charakteristik gespeist werden, der auf das Metall ausgeübte Impuls auf der ganzen Breite der Kokille moduliert wird. Diese Modulation erfolgt vorteilhafterweise derart, daß in den Bereichen geringer,, durch die Beschickungsdüsen hervorgerufener Konvektionsströmung auf das Metall ein größerer magnetischer Impuls als auf die übrigen Bereiche ausgeübt wird. Insbesondere bei Verwendung einer Beschickungsdüse mit zwei Öffnungen ist es vorteilhaft, die einzelnen Induktorgruppen so zu betreiben, daß sie in Richtung auf die Mitte der Breitseitenwand mit wachsender Stromstärke und/oder mit steigenden Frequenzen betrieben werden.

Eine zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens dienende Anlage ist gemäß der Erfindung so ausgebildet, daß der Induktor eine Mehrzahl von in unterschiedlicher Höhe angeordneten Induktor-Elementen aufweist, mittels derer ein in. der Vertikalen wanderndes Magnetfeld mit senkrecht auf der Kokillenwand stehenden Kraftlinien

709812/0808

A 11 951 6.9.1976 i - kt

erzeugt wird, daß an einer Breitseitenwand der Kokille mehrere, einander seitlich benachbarte, magnetisch und elektrisch voneinander getrennte Gruppen solcher Induktor-Elemente angeordnet sind und daß jeder, eine Induktorgruppe aufnehmende Teil des Kühlmantels eine äußere Abdeckplatte aufweist, in der eine wasserdichte Durchführung der Kabel vorgesehen ist.

Mit einer solchen Vorrichtung ist es möglich, die Oberflächengüte so hergestellter Gußerzeugnisse, insbesondere von Brammen zu verbessern, indem die in der Nähe der Stranghaut befindlichen Einschlüsse an die Oberfläche und in die Schlackenschicht befördert werden. Hierbei wird eine Kokillenanlage verwendet, bei der längs der Außenwände der Kokille eine Mehrzahl von Induktorelementen angeordnet ist, deren Spulen so miteinander verbunden sind, daß im Inneren der Kokille auf den Metallstrang eine Kraft ausgeübt wird, die eine Bewegung des Metallstrangs parallel zu der Kokillenachse hervorruft.

Die Verwendung von magnetischen Wanderfeidern zur Erzielung eines Rühreffektes ist bei Stranggußverfahren an sich bekannt. Ein wesentlicher Vorteil besteht jedoch darin, diese auf den Metallstrang wirkenden Kräfte des Hagnetfeldes mit einer sehr großen Genauigkeit über die

709812/0808

Λ 11 951 6.9.1976 / - i - let

Breite der Breitseitenwände einer Kokille modulieren zu können. Je nach 3elieben kann hierbei die Stromstärke und/oder die Frequenz des die Spulen durchfließenden Stroms verändert werden, wobei jede Gruppe von Induktor-Elementen an eine besondere Kehrphasen-Stromquelle angeschlossen ist, die daher getrennt ge- · regelt werden kann. Je nach der Schaltung und der Erregung der einzelnen Induktorgruppen können auf diese Vfeise ira Metallstrang beliebige Strömungen hervorgerufen v/erden.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Kokillenaufbaus in schernatischer Weise dargestellt. Es zeigen

Fig. 1 die Strömungslinien einer mittels einer zwei Austrittsöffnungen aufv/eisenden Tauchdüse beaufschlagten Kokille;

Fig. 2 eine perspektivische Darstellung einer Kokille, die längs ihrer beiden Breitseitenwände je drei Gruppen mit je 6 vorstehenden Magnetpolen aufweist;

Fig. 3 einen waagerechten Schnitt durch den an einer Breitseite der Kokille vorgesehenen Kühlmantel in Richtung der Pfeile A , A der Fig. 2 gesehen;

709812/0808

A 11 6.9.1976 - X - i - kt

Fig. 4 eine Schaltskizze für die einzelnen Spulen einer Induktorgruppe mit eingezeichnetem Kraftlinienverlauf.

Aus Fig. 1 sind die Bewegungsbahnen 4 ersichtlich, längs derer das aus einer zwei seitliche Austrittsöffnungen aufweisenden Tauchdüse 1 austretende Metall sich ohne Einwirkung eines elektromagnetischen Feldes bewegt. Diese Bewegungsbahnen erstrecken sich über die ganze Breite des Strangs bis zu den Schmalseitenwänden der Kokille, an denen die Strömung nach oben abbiegt. In der Mitte der beiden Breitseitenwände 2 und 3 bildet sich jedoch eine tote Zone aus, in der der Strang lediglich eine der Absinkgeschwindigkeit entsprechende Abv/ärtsbewegung ausführt und in ihm vorhandene Einschlüsse mitführt. Im Gegensatz hierzu wird bei Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens auch längs der beiden Breitseitenwände 2 und 3 eine Aufwärtsbewegung mit längs der Breite dieser •Wände ungleicher Geschwindigkeit hervorgerufen, deren Maximum etwa im Bereich der Mitte dieser Wände liegt, so daß auch in diesen Bereichen Einschlüsse nach oben geführt werden, wo sie in der Schlackenschicht 5 festgehalten werden.

709812/0808

A 11 951 6.9.1976 i - kt

Der in Fig. 2 dargestellte Kokillenaufbau entspricht im Prinzip dem Aufbau, wie er in der Anmeldung der Anmelderin beschrieben ist. Diese Kokille weist zwei Schmalseitenwände 6 und zwei Breitseitenwände 7 aus einer Kupferlegierung auf, an deren letztere ein Kühlmantel 8 angrenzt, in dem Induktor-Elemente 12 übereinander angeordnet sind. Das Kühlmittel wird dem Kühlmantel 8 über eine Zuflußleitung 9 zugeführt und fließt über eine Leitung 10 ab. Der Kühlmantel 8 wird mittels Zuganker 11 dicht an der Breitseitenwand 7 anliegend gehalten. Die Spulen 24 der einzelnen Induktor-Elemente umschließen Platten 16, die sich in Richtung auf die Kokillenwand verbreitern und Magnetpole 23 bilden und mittels Zuganker 15 zwischen einer gegen die Breitseitenwand 7 der Kokille anliegenden Platte 13 aus unmagnetischem Stahl und einer äußeren, aus magnetischem Material bestehenden Abdeckplatte 14 gehalten werden. Diese die Pole 23 bildenden Platten 16 dienen gleichzeitig zur Versteifung des Kokillenaufbaus. Die den Kühlmantel durchströmende Kühlflüssigkeit kühlt sowohl die Breitseitenwände der Kokille als auch die Induktor-Elemente.

Wie aus Fig. 2 ersichtlich ist, sind in dem an die Wand angrenzenden Kühlmantel 8 drei Gruppen von Induktoren gleicher Bauart vorgesehen, von denen jede in einem be-

709812/0808

-_,■-. . ' " A 11 951

6.9.1976

. ■ ■ .-- ■: · -■:-■■■-■ - # - . . I - let

sonderen Raum angeordnet ist. Die einzelnen Räume werden durch senkrechte-Scheidewände 10 voneinander getrennt, die ebenfalls der Verstärkung des Gesarat-'" aufbaus dienen, bezüglich der Ausbildung dor magnetischen ■ Felder "jedoch, nicht notwendig sind, da die Stromlinien jeder einzelnen Gruppe mittels der magnetischen Teile so geleitet werden",, daß swischen den einzelnen sich ausbildenden I-Iagnetfeldern keine störende Überschneidung erfolgt. Die Scheidewände IS weisen Durchbrüche 19 für den Durchfluß des Kühlwassers und Längsbohrungen für . die Aufnahme von Zugankern 11 auf, mittels derer sie mit der Breitseitenwand 7 verspannt werden. Bai dem in Fig. 2 dargestellten Ausführungsbeispiel sind drei Induktorgruppan 17 nebeneinander angeordnet. Entsprechend den Abmessungen der Kokille und der einzelnen .Gruppe können auch mehr als drei solcher Gruppen vorgesehen sein.

Jeder einzelne, eine Gruppe 17 von Induktoren aufnehmende Raum ist mittels einer rückwärtigen aus Stahl bestehenden Abdeckplatte 20 hermetisch verschlossen, die zum Zweck der Montage öder auch der Wartung abgenommen werden kann. In jeder Abdeckplatte 20 ist eine Aussparung zur Aufnahme einer Buchse 21 für die wasserdichte Durchführung des bzw. "der Zuleitungskabel 22 vorgesehen.

Jeder einzelne· Hagnetpol weist eine aus mehreren Lagen bestehende Wicklung aus isoliertem leitenden Draht großer Stärke auf,um den Induktor mit großer Leistung betreiben zu können. Zwischen den die Pole bildenden Platten 16

7098 12/0808

A 11 951 6.9.1976 i - kt

und den Wicklungen 24 wie auch zwischen den einzelnen Wicklungen untereinander sind in der Zeichnung nicht dargestellte Abstandshalter vorgesehen.

Fig. 4 zeigt, wie die einzelnen Spulen, die eine Induktorgruppe 17 bilden, elektrisch miteinander verbunden sind, um ein von unten nach oben wanderndes Magnetfeld zu erzeugen. Die mit A,B,C,D,E,F bezeichneten Spulen werden nacheinander von den einzelnen Phasen einer Dreiphasen-Stromquelle, beispielsweise in Sternschaltung, mit den drei Phasen U,V,W und dem Null-Leiter N, beaufschlagt. Hierbei wird die Spannung zwischen der U-Phase und dem Null-Leiter an ein Paar von zwei Spulen, beispiels weise den Spulen A und D, angelegt, die in reihenschaltung gegeneinander geschaltet sind. Die Anschlußklemme s der Spule A ist mit der Klemme s der Spule D verbunden, während die Klemmen e der beiden Spulen an die Stromquelle angeschlossen sind. Die beiden Spulenpaare Β-Ξ und C-F sind auf dieselbe Weise an die Phasen V und VJ angeschlossen.

Mittels dieser Spulenschaltung wird über die ganze Hohe der breitoiiViand 7 ein Wandorfeld mit sich nach oben in Richtung des Pfeils bewegenden Nord- und Südpolen erzeugt, dessen Fortpflanzungsgeschwindigkeit direkt -proportional

7 0 9 8 12/0808

A 11 951 ■ 6.9.1976 i - kt

der Frequenz des Erreger Stroms ist,- -Der entsprechende magnetische' Fluß durchsetzt den durch die unmagnetische Platte 13 gebildeten magnetischen Spalt, die Kühlraittelscliicht 25 sowie die Dicke der breitenwand 7 und erzeugt im Strang 26 entsprechende, durch Inductionsströme hervorgerufene elektromotorische Kräfte. Der von diesen Induktionsströmen resultierende magnetische Fluß bewegt sieh im-Verhältnis sum■Induktor und dem flüssigen Metall, bleibt jedoch gegenüber dem magnetischen Hauptfluß unbeweglich. Die Wechselwirkung des magnetischen Hauptflusses und des magnetischen induzierten Flusses ergibt eine lineare Antriebskraft, die sich in einer Bewegung äußert, wenn sie die die Absinkgeschwindigkeit verursachende Kraft übersteigt.

Jede Gruppe von Spulen besitzt ihren eigenen Drehstrom-.anschluß, wofür ein in die rückwärtige Abdeckplatte 23 wasserdicht eingesetzter Kabelbuchse 21 vorgesehen ist. Die die einzelnen Spulen untereinander verbindenden Leitungen sind innerhalb des Kühlmantels verlegt. Auf diese Weise ist es möglich, die auf den"Strang wirkenden elektromagnetischen Kräfte so zu steuern, daß in den . Bereichen, in denen aufgrund der Düsenanordnung und ■-Ausbildung die geringste Aufwärtsbewegung erfolgt, die

- 12 ·-

709812/0808

A 11 951 6.9.1976 i - kt

stärkste elektromagnetische Kraft wirkt. Die Steuerung kann über die Stromstärke, die Spannung oder auch die Frequenz der einzelnen Erregerströme erfolgen. Die Veränderung der Spannung kann auf verschiedene Weise vorgenommen werden, z.B. mittels eines Spartransformators, eines Induktionsspannungsreglers, eines Thyristors oder auch mittels einer Gruppe von Kotorgeneratoren. Das einfachste Mittel zur Spannungsregelung besteht darin, die Verdrahtung der Wicklungsspulen zu verändern, was jedoch zur Voraussetzung hat, daß die Klemmen der Spulen leicht zugänglich sind. Man kann auf diese Weise in Abänderung des Schaltschemas der Fig. 4 Sternschaltungen oder auch Einfach- oder Doppel- Dreieckschaltungen verwenden. Bei der vorgeschlagenen Verwirklichung kann die Stromstärke in der Leitung zwischen den einzelnen Gruppen um einige 100 Ampere variieren, wobei die Strömstärke in den Spulen von der verwendeten Verdrahtung und der Steuerung abhängt. Die Änderung der Frequenz kann mittels ruhender oder umlaufender Umformer erfolgen. Eine Verringerung der Frequenz hat zur Folge, daß die Eindringtiefe des magnetischen Feldes vergrößert wird. Es hat sich gezeigt, daß mit Frequenzen zwischen 0,1 und 20 Hz zufriedenstellende Ergebnisse erzielt wurden.

Anstelle magnetischer Pole mit rechteckigem Querschnitt

- 13 -

709812/0808

A 11 951 6.9.1976 --MT- · i ■- kt

!tonnen auch solche mit kreisrundem Querschnitt Verwendung finden, deren Zahl bei gleicher Breite der Kokille dann wesentlich größer ist, was die Möglichkeit einer noch feineren Steuerung der Stärke der einzelnen magnetischen Felder bietet. In einem einzelnen zwischen zwei Trennwänden 18 gelegenen Teilraum des Kühlmantels können auch mehrere Gruppen von übereinander angeordneten Spulen vorgesehen sein, die jeweils einzeln oder auch zu Gruppen zusammengefaßt an eine Stromquelle angeschlossen werden können.

- 14 -

7098 12/0808

Leerseite

Claims

:\ ii 951 6.9.1975 i - kt Patentansprüche

1. Verfahren zum kontinuierlichen Vergießen von Metall mittels einer einen verhältnismäßig großen Querschnitt aufweisenden Kokille, innerhalb deren mittels mindestens eines an einer Ereitseitenwand der Kokille angeordneten, vcn einem Mehrphasenstrom gespeisten Induktors ein magnetisches,eine Rührbewegung des flüssigen Metallstrangs bewirkendes Wanderfeld erzeugt wird, dadurch gekennzeichnet, daß zum Zweck der Ausscheidung von Einschlüssen der auf das Metall ausgeübte magnetische Impuls mittels eines in mehrere Gruppen längs einer Breitseitenwand unterteilten Induktors, dessen Gruppen gleichzeitig von je einem getrennten Generator unterschiedlicher Charakteristik gespeist werden, auf der ganzen Breite der Kokille moduliert wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß in den Bereichen geringer, durch die Beschickungsdüsen hervorgerufener Konvektionsstromung auf das Metall ein größerer magnetischer Impuls ausgeübt wird.

709812/Ö808

- 15 -

A 11 951 6.9.1976 - J* - i - let

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet , daß zur Erhöhung des auf das Metall ausgeübten magnetischen Impulses im mittleren Bereich einer Breitseitenwand die in diesem Bereich angeordneten Induktorgruppen mit größerer Stromstärke und/oder mit höherer Frequenz betrieben werden.

4. Kokille, die mindestens an einer Breitseite des Gießkanals einen an eine Zuleitung und eine Ableitung angeschlossenen Kühlmantel auf v/eist, zur Durchführung des Verfahrens nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet , daß der Induktor eine Mehrzahl von in unterschiedlicher Höhe angeordneten Induktor-Elementen (12) aufweist, mittels derer ein in der Vertikalen wanderndes Magnetfeld mit senkrecht auf der Kokillenwand (7) stehenden Kraftlinien erzeugt wird, daß an einer Breitseitenwand (7) mehrere, einander seitlich benachbarte magnetisch und elektrisch voneinander getrennte Gruppen (17) von Induktor-Elementen (12) angeordnet sind und daß jeder eine Induktorgruppe (17) aufnehmende Teil des Kühlmantels (8) eine äußere Abdeckplatte (20) aufweist, in die eine Buchse (21) für die wasserdichte Durchführung des bzw. der Zuleitungskabel (22) eingesetzt ist.

709812/0808