DE2641260A1 - Verfahren und vorrichtung zur beeinflussung eines eine kokille durchsetzenden metallstrangs mittels eines einen ruehreffekt bewirkenden magnetischen feldes - Google Patents
Verfahren und vorrichtung zur beeinflussung eines eine kokille durchsetzenden metallstrangs mittels eines einen ruehreffekt bewirkenden magnetischen feldesInfo
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Description
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DRESDNER BANK AG
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TELESRAMME: MENTOR 7 STUTTGART 1, P IS C H E KSTR. 1 9 POSTSCHECK STQT. 252ΟΟ-7Ο9
A. 11 951
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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
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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
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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.
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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
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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
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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;
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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.
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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-
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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
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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
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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
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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
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!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.
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Claims (4)
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.
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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.
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