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Verfahren und Durchführungsanordnung zum Umrühren in aus einer
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Kokille kommenden Gießsträngen.
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Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Durchführungsanordnung
zum Umrühren in aus einer Kokille kommenden Gießsträngen beim Stranggießen.
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Das Umrühren der nichterstarrten Bereiche eines Gießstranges ist bereits
in verschiedenen Ausführungen bekannt. Unter anderem ist es bekannt, diese Bereiche
an einer oder mehreren Stellen in einer Ebene senkrecht zur Gießrichtung umzurühren.
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Einer der GRünde für diese Umrührung besteht darin, daß man Lunker
(sogenannte mini-ingots) und Seigerungen in dem fertigen Gußstück vermeiden will
und daß man eine möglichst gleichmäßige Erstarrungsfront anstrebt. Ein Problem bei
dieser Art von Umrührung besteht dain, daß sogenannte weiße Bänder, d.h.
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Bänder mit negativer Seigerung entstehen, wenn die Schmelze auf diese
Weise allzu plötzlich in eine allzu kräftige Rührbewegung versetzt wird.
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Es ist auch bekannt, derartige Schmelzen mit doppelten, in Längsrichtung
wirkenden Umrührern umzurUhren, die entweder paarweise oder im Zick-Zack längs des
Stranges angeordnet sind, wobei man ein oder mehrere Umrührmuster erhält.
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Auch eine einfache, in Längsrichtung wirkende Umrührung ist bekannt,
doch ist es bisher unklar gewesen, wie man hierbei weiße Bänder vermeiden kann oder
wie man eine ausreichende Rührwirkung erzielen kann.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs
genannten Art nebst Durchführungsanordnung zu entwickeln, bei dem die ausgeprägten
weißen Bänder im wesentlichen vermieden werden.
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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 aufweist.
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Vorteilhafte Weiterbildungen des Verfahrens sind in den Ansprüchen
2 - 5 genannt. Eine Anordnung zur Durchfürhung des Verfahrens ist gemäß der Erfindung
durch die im Anspruch 6 genannten Merkmale gekennzeichnet. Eine vorteilhafte Weiterbildung
dieser Anordnung ist im Anspruch 7 genannt.
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Anhand der Figuren soll die Erfindung näher erläutert werden.
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Es zeigen Fig. 1 eine Umriihrung in Längsrichtung des Gießstranges
gemäß der Erfindung, Fig. 2 die erfindungsgemäße Anbringung eines Umrührers
gemäß
der Erfindung längs eines gekrümmten Gießstranges, Fig. 3 die Verteilung der Umrührkräfte
über den Querschnitt des Gießstranges, Fig. 4 ein sogenanntes weißes Band in einem
Rohling oder Gußkörper, Fig. 5 ein Ausführungsbeispiel für eine kombinierte Längsumrührung
und Rundumrührung (Querumrührung), Fig. 6 den Zusammenhang zwischen der Umrührkraft
F und der Frequenz f des Stromes, mit dem der Umrührer betrieben wird.
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Nachdem man aus einer Gießkokille zum kontinuierlichen Gießen (Stranggießen)
Rohlinge oder Gußstücke ("billets" oder "blooms") erhalten hat, was in Figur 1 nicht
dargestellt ist, wird der Gießstrang Walzen zugeführt zum Zwecke des Weitertransports
und der weiteren Behandlung. Seitlich des nichterstarrten inneren Bereiches 1 dieses
Gießstranges 2 wird einseitig ein mehrphasiggespeister induktiver Umrührer 3 angeordnet,
der mit Strom von Netzfrequenz (5Q - 60 Hz) oder niedrigerer Frequenz im Bereich
von 10 - 20 Hz gespeist wird. Der Umrührer 3 erzeugt ein Wanderfeld parallel zur
Gießrichtung und hat eine-Länge, die wesentlich kürzer ist als die vertikale Länge
des nichterstarrten inneren Bereiches 1 des.Gießstranges. Die von dem Umriihrer
erzeugte Metallbewegung hat in Längsrichtung eine Ausdehung, die mindestens der
doppelten Länge des Umrührers entspricht.
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Dadurch erreicht man einen allmählichen Übergang von dem Bereich
mit umgerührter Schmelze zu dem Bereich mit nicht umgerührter Schmelze 1. Man vermeidet
hierdurch die beim Rundumrühren und anderem bekannten Umrühren autretenden sogenannten
weißen Bänder sowie auch entsprechende Anreicherungen von Kohlenstoff und Schwefel
in der Mitte des Stranges. Das UmrUhrmuster ist einfach. In dem in Figur 1 gezeigten
Fall verläuft die Rührbewegung auf der linken Seite nach unten und auf der rechten
Seite nach oben. Die Anbringung des geraden Umrührers 3 kann nicht nur bei einem
gerade verlaufenden Gießstrang 2 erfolgen, sondern auch bei einem bogenförmig verlaufenden
Gießstrang (siehe Fig. 2). Dabei kann der Umrührer statt seitlich - wie in Fig.
2 dargestellt - auch an der schräg nach oben weisenden Seite', also oberhalb des
schräg verlaufenden Gießstranges angeordnet sein.
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Der Umrührer wird zweckmäßigerweise so angebracht, daß er so nahe
unterhalb der Kokille 13 liegt, daß sich die von ihm erzeugte Rührbewegung nach
oben bis in die Kokille hineinerstreckt.
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Bei dem Verfahren gemäß der Erfindung wird mittels einer Netzfrequenz
oder einer im Bereich von 10 - 20 Hz liegenden Frequenz und mit einer Ausdehnung
der Rührbewegung im flüssigen Bereich in Längsrichtung von etwa der doppelten Länge
des Umrührers 3 umgerührt, wodurch man den angestrebten weichen Ubergang zwischen
umgerührtem und nichtumgerührtem Bereich der Schmelze 1 erhält.
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Beim Erstarren bilden sich Kristalle, sogenannte Dendriten, zwischen
denen eine Anreicherung von Schwefel und Kohlenstoff stattfindet. Bei der üblichen
Umrührung werden diese Anreicherungen in die noch flüssige Schmelze übergeführt
und durch Teile der noch flüssigen Schmelze ersetzt, die keine solchen Anreicherungen
enthalten, wodurch ein sogenanntes "weißes Band 4 gemäß Figur 4 entsteht. Man erhält
im Bereich 5 Veränderungen im Schwefel- und/oder Kohlenstoffgehalt, und in dem Gußbereich
7 entsteht eine sogenannte negative Seigerung.
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Durch die Anwendung des relativ kurzen in Längsrichtung wirkenden
Umrührers am Gießstrang und durch weit ausgedehnte Rührwirkung (Aufbau, Leistungsverhältnisse,
Frequenz) erhält man ein entsprechend wirksames Feld und eine weiche, wirkungsvolle
Umriihrung weit außerhalb der strangparallelen Länge des Umrührers selbst. Die Umrührrichtung
kann in Gießrichtung oder gegen die Gießrichtung erfolgen, und man erhält eine Verteilung
der Anreicherungen gemäß der Kurve 6 in Figur 4.
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Man erhält eine gleichmäßige Verteilung der genannten Anreicherungen
mit einem im wesentlichen ausgeglichenen"weißen Band".
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Figur 3 zeigt einen Teil eines Stranges und das sukzessiv abnehmende
Eindringen der Rührkräfte bei 8 zur Mitte 9 hin.
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Hierdurch erhält man das in Figur 1 gezeigte Umrührmuster.
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Bei konventionell stranggegossenen Guß stücken treten folgende Qualitätsprobleme
auf: a) Schlackenpartikel in der Strangoberfläche, was Durchbruchgefahren begründet
und daher zu einer beschränkten Gießgeschwindigkeit zwingt.
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b) Die genannten Probleme mit Seigerungen und Porosität in der Mitte,
die die Qualität der fertigen Stücke beeinträchtigen.
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Das ProbLem a) kann zweckmäßigerweise dadurch gelöst werden, daß der
vorstehend beschriebene, in Längsrichtung wirkende Umrührer 11 (Fig. 5) durch einen
Rundumrührer in der Kokille ergänzt wird. Dieser Rundumrührer kann zylindrisch aufgebaut
sein oder aus mehreren geraden Umrührern bestehen, die in einer horizontalen Ebene
um den Strang herum angebracht sind. Gleichzeitig wird Problem b) mittels eines
vorstehend beschriebenen, einseitig angeordneten Umriihrers 11 (Seitenmontage) gelöst.
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Der Umrührer 11 erfordert nicht viel Platz und kann zwischen Rollen
in der Gießmaschine (nicht gezeigt) angebracht werden.
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Bei dieser Umruhrung erhält man zuerst eine schlacken- und porenfreie
Oberflächenschicht durch den Umrührer 12 und danach einen gleichmäßigen Seigerungsausgleich
durch den Umrührer 11, die beide mehrphasig gespeist sind.
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Bei dem Rundumrührer erzielt man u.a. den Vorteil, daß Schlackeneinschlüsse
von den Außenwänden des Gußstückes entfernt werden und eine Porenbildung dort verhindert
wird.
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Das Umrühren in Längsrichtung geschieht also mit einer Rückströmung
an der dem Umriihrer abgewandten Seite der Schmelze.
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Figur 6 zeigt den Zusammenhang zwischen der Umrührkraft F und die
Frequenz f. Vorzugsweise' arbeitet man im Bereich von 10 - 20 Hz und im allgemeinen
im Bereich von 5 - 500 Hz ( cL in Figur 6). Bei Frequenzen unterhalb des Bereiches
schlägt das Feld durch den Strang durch und verursacht nur einen statischen Druck.
Bei Frequenzen oberhalb des Bereiches wird vor allem Wärme in der äußeren festen
Schale erzeugt.
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Anhand des offenbarten allgemeinen Erfindungsgedankens kann das vorstehend
konkret beschribbene Verfahren in vielfacher Weise variiert werden.
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L e e r s e i t e