Verfahren zum Stranggiessen von Stahl

Abstract

 Zur Verbesserung der Kristallstruktur und zur Verminderung der Nachteile von positiven und negativen Seigerungen beim Stranggiessen von Stahl wird mit Hilfe von mindestens zwei Wanderfeldern unterschiedliche Schubkräfte auf den flüssigen Stahl erzeugt, wobei sich die entstehenden turbulenten Strömungen gegenseitig beeinflussen.

Beschreibung

[0001] Die vorliegende Erfindung behandelt ein Verfahren zum Stranggiessen von Stahl, bei dem Schmelze in eine Kokille gegossen, der entstehende, einen flüssigen Kern aufweisende Strang ausgezogen, in einer Führungsbahn geführt sowie gestützt und durch mindestens zwei elektromagnetische Wanderfelder eine turbulente Strömung im flüssigen Kern erzeugt wird.

[0002] Das Gefüge einer im Stranggiessverfahren hergestellten Bramme ist von der Zusammensetzung des Materials und von der Giesstemperatur abhängig. Bei Giesstemperaturen von nur wenigen Grad Celsius über der Schmelztemperatur überwiegt ein globulitisches, ungerichtetes und bei Giesstemperaturen mit 15⁰C und mehr über der Schmelztemperatur ein kolumnares, gerichtetes Gefüge mit einer starken zentralen, positiven Seigerung der Begleitelemente. Wegen der guten Verarbeitungseigenschaften, insbesondere beim Walzen, werden Brammen mit einem globulitischen Gefüge bevorzugt. Aus giesstechnischen Gründen, beispielsweise wegen der Schwierigkeit, bei einer grossen Charge während der gesamten Giesszeit eine einheitliche Temperatur auf wenige Grad genau einzustellen und zum Verhindern, dass die Schmelze bereits in der Pfanne teilweise erstarrt, muss in der Praxis mit Temperaturen über Liquidus (im folgenden auch Uebertemperaturen genannt) von mehr als 20 C gegossen werden. Es sind darum schon viele Anstrengungen unternommen worden, auch beim Stranggiessen mit Uebertemperatur eine Bramme mit überwiegend globulitischem, ungerichtetem Gefüge und ohne zentrale Seigerung zu erhalten.

[0003] Beim Stranggiessen von Stahl ist es bekannt, durch magnetisches Rühren der Schmelze im flüssigen Kern eine Verbesserung der Qualität des gegossenen Materials mittels einer mehr oder weniger starken turbulenten Strömung zu erhalten. Diese Verbesserungen sind durch verschiedene Verfahren zum Aufbringen der Schubkräfte auf die Schmelze erzielt worden. Zur Erzeugung der Schubkräfte werden in vielen Fällen Wanderfelder angewendet.

[0004] Im Stahl sind Legierungs- und Begleitelemente, wie C, Si, Mn, P, S usw. enthalten, die beim Erstarren zu Seigerungen, insbesondere Zentralseigerungen, führen können.-Solche Seigerungen, wie auch die Kristallstruktur, sind bekanntlich u.a. von der Höhe der Uebertemperatur abhängig. Durch das elektromagnetische Rühren bzw. durch die erzeugte turbulente Strömung sollen solche Seigerungen verhindert werden. Das Erstarrungsgefüge soll derart beeinflusst werden, dass eine möglichst grosse Zone von dichter, ungerichteter Kristallstruktur erhalten wird. Es hat sich aber gezeigt, dass durch die lokale starke Bewegung der Schmelze die Erstarrungsfront so beeinflusst wird, dass sich sogenannte weisse Bänder bilden. Diese weissen Bänder sind negative Seigerungen, die sich qualitätsverschlechternd auswirken können.

[0005] Nach einem bekannten Verfahren werden mit einem elektromagnetischen Wanderfeld Schubkräfte in Richtung der Stranglängsachse erzeugt, wobei die um den Strang verlaufenden Magnete zwischen den Rollenpaaren von der Kokille bis zum Sumpfende angeordnet sind. Die entlang des Sumpfes erzeugte Strömung bringt den gewünschten Bereich von nicht kolumnarem Gefüge und verhindert das Entstehen von massgebenden _Seigerungen, insbesondere der Mittenseigerung und weissen Bändern. Ein solches System benötigt durch die Vielzahl der Magnete einen zu grossen Platz, behindert das Stützen und Kühlen des Stranges, was die Leistung der Anlage vermindert. Ferner ist dieses System viel zu aufwendig.

[0006] Mit einem anderen bekannten Verfahren für Brammenformate wird versucht, diese weissen Bänder zu eliminieren, indem mit elektromagnetischen Wanderfeldern, erregt durch zwei an den Längsseiten sich gegenüber befindliche Magnete, gleichgerichtete Schubkräfte auf den flüssigen Stahl erzeugt werden. Diese Schubkräfte sollen so quer zur Stranglängsachse wirken, dass ein sanftes Anstossen der Strömung an der erstarrten Wand erzielt wird, so dass die umgelenkte Strömung innerhalb eines begrenzten Bereiches gehalten wird. Dieser begrenzte Wirkungsbereich ergibt eine ungenügende Zone von dichter, ungerichteter Kristallstruktur. Im weitern hat sich gezeigt, dass mit diesem Verfahren die weissen Bänder nur mangelhaft eliminiert werden können, so dass durch diese Nachteile kein optimales Produkt erhalten werden kann, was sich z.B. auf das gewalzte Produkt qualitätsmässig negativ auswirken kann. Erschwerend für den Einbau der Magnete ist die Notwendigkeit des Anordnens unmittelbar bei der Strangoberfläche, was wegen der fehlenden Rollen und Kühlung das Ausbauchen begünstigt.

[0007] Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zu schaffen, das eine genügende Zone von dichter, ungerichteter Kristallstruktur ergibt. Das gegossene Material soll seigerungsarm sein, insbesondere in bezug auf die Zentralseigerung und weisse Bänder. Im weitern soll der Platzbedarf zur Erzeugung des magnetischen Rühreffektes klein sein.

[0008] Die Lösung dieser Aufgabe wird erfindungsgemäss erhalten, indem die turbulente Strömung durch von Wanderfeldern hervorgerufenen, auf den flüssigen Stahl wirkenden Schubkräften unterschiedlicher Grösse und durch gegenseitige Beeinflussung der durch die unterschiedlichen Schubkräfte verursachten Strömungen erzeugt wird.

[0009] Durch die von den Wanderfeldern erzeugten, auf den flüssigen Stahl im Kern wirkenden Schubkräfte unterschiedlicher Grösse und die dadurch verursachten, unterschiedlichen, sich gegenseitig beeinflussenden Strömungen wird eine derartige turbulente Strömung erzeugt, dass praktisch keine negativen Seigerungen, d.h. keine weissen Bänder, im Schliffbild sichtbar sind. Trotz hoher Uebertemperatur wird die gewünschte Zone von nicht kolumnarem, dichtem Gefüge erhalten, insbesondere kann die Zentrumsporosität verhindert werden, so dass verbesserte Walzprodukte erzeugt werden können. Der benötigte Platz für die Erzeugung der Wanderfelder ist im Verhältnis zum Wirkungsbereich klein.

[0010] Für Brammen- und grössere Vorblockformate wird die turbulente Strömung vorteilhaft durch von einer Strangseite her wirkenden Wanderfelder erzeugt.

[0011] Eine weitere Form der vorteilhaften Anwendung besteht darin, dass die turbulente Strömung durch von Wanderfeldern hervorgerufenen, auf den flüssigen Stahl wirkenden, gleichgerichteten Schubkräften erzeugt wird.

[0012] Zur Erzeugung der unterschiedlichen Schubkräfte können nach einem Merkmal der Erfindung die Wanderfelder mit unterschiedlichen Stromstärken erregt werden. Die dadurch entstehende Querkraft zu der auf den flüssigen Stahl wirkenden Schubkraft bringt eine wirksamere turbulente Strömung, die das gewünschte Gussgefüge hervorbringt. Mit Vorteil wird der Magnet des einen Wanderfeldes gegenüber dem Magneten des anderen Wanderfeldes mit einem um 10% bis 2500 höheren Strom beaufschlagt.

[0013] Vorteilhaft werden die unterschiedlichen Schubkräfte quer zur Stranglängsschse erzeugt. Beim Auftreffen der turbulenten Strömung auf die erstarrte Seitenwand des Stranges lösen sich Wirbel ab, die sich mehrheitlich in Richtung der Kokille bewegen- Auf diese Weise wird mit der turbulenten Strömung die Schmelze nicht nur in der Ebene des Strangquerschnittes, sondern über einen grossen Bereich in der Längsrichtung des Stranges umgewälzt, was einen vorteilhaften Austausch der Schmelze aus dem direkten Einwirkungsbereich der Magzete mit frisch von der Kokille einfliessendem Stahl und damit einen Temperaturausgleich in der gesamten Schmelze ermöglicht. Trotz dem geringen Platzbedarf der Magnete in Stranglängsrichtung wird in diesem grossen Bereich der flüssige Stahl umgerührt.

[0014] Die Vermischung von sich unterhalb der Magnete befindlichem, kaltem Stahl mis zufliessendem heissem Stahl kann nach einem weiteren Merkmal dadurch verbessert werden, dass im der Kokille abgewandten Wanderfeld eine schwächere Schubkraft als im der Kokille zugewandten Wanderfeld erzeugt.wird. Mit einem zusätzlichen Merkmal kann dieser Austausch von kaltem und heissem Stahl in einem noch grösseren Bereich erhalten werden, indem die unterschiedlichen Schubkräfte entgegen der Stranglaufrichtung erzeugt werden, was aber einen etwas grösseren Platzbedarf für die Magnete erfordert.

[0015] Um die Turbulenz noch wirkungsvoller an die jeweilig herrschenden Giessparameter anzupassen, besteht ein anderes Merkmal der Erfindung darin, dass die turbulente Strömung durch unterschiedlich wirkende Schubkräfte innerhalb mindestens eines der Wanderfelder erzeugt wird. Dabei werden vorteilhaft die Windung einer Phase des unterschiedliche Schubkräfte erzeugenden Magneten gegenüber der Windung mindestens einer anderen Phase von unterschiedlichen Stromstärken beaufschlagt.

[0016] In diesem Zusammenhang empfiehlt die Erfindung noch zusätzlich, dass die unterschiedlich wirkenden Schubkräfte innerhalb eines Wanderfeldes wechselweise zwischen den Wanderfeldern erzeugt werden.

[0017] Im folgenden wird die Erfindung mit Hilfe von Figuren an zwei Ausführungsbeispielen erläutert. Es zeigen:

Fig. l die Anordnung der Magnete zur Durchführung des Verfahrens in einer Bogenanlage mit quer zum Strang wirkenden Wanderfeldern und

Fig. 2 eine Anordnung der Magnete in einer Senkrecht-Anlage mit in Stranglaufrichtung wirkenden Wanderfeldern.

[0018] In Fig. 1 ist mit 1 eine gekühlte, gebogene und oszillierende Kokille zum Giessen einer Bramme bezeichnet, die aus einem nicht dargestellten Giessgefäss über ein in die Kokille 1 reichendes Giessrohr mit flüssigem Stahl versorgt wird. Der in der Kokille 1 entstehende, einen flüssigen Kern 3 aufweisende Strang 2 wird in einer der Kokille 1 folgenden gebogenen Strangbahn 4 mit einem Radius von 10 m mit Hilfe von Rollen 5 geführt und gestützt. Zwischen den Rollen 5 sind Sprühdüsen 6 zur weiteren Kühlung des Stranges 2 angeordnet. Von einem Treib-Richter 7 wird der Strang ausgezogen und gerichtet.

[0019] In einem Abstand von ca. 5 m unterhalb des Kokillenendes ist ein Gehäuse 10 mit einer Gruppe von zwei Wanderfeld-Magneten 11, 12 bekannter Konstruktion an der Innenseite des Strangbogens angeordnet. Die Anordnung an einer anderen Strangseite ist ebenfalls möglich. Die Wanderfelder 11, 12 erzeugen gleichgerichtete, quer zum Strang wirkende, unterschiedliche Schubkräfte auf den flüssigen Stahl im Kern 3. Zwischen den beiden Magneten 11 und 12 besteht ein freier Abstand. Je nach Format, speziell nach dem Flächenverhältnis flüssig zu fest, und gewünschtem Bereich der turbulenten Strömung kann durch Veränderung dieses Abstandes die gegenseitige Beeinflussung der durch die Schubkräfte verursachten Strömungen angepasst werden. Der Abstand muss aber kleiner sein als die Grösse der zwei benachbarten, von den Magneten erzeugten Strömungszellen. Zwischen den Magneten 11 und 12 und der Oberfläche des Stranges 2 sind Rollen 5' aus einem antimagnetischen Material, beispielsweise rostfreiem Stahl, angebracht.

[0020] Für eine Bramme eines Formates von 1500 mm x 250 mm werden die Windungen des der Kokille 1 zugewandten Magneten 11 mit einem Strom von 1000 A und die Windungen des der Kokille 1 abgewandten.Magneten 12 mit einem Strom von 850 A beaufschlagt. Die Frequenz für beide Magnete beträgt 2 Hz. Die Frequenzen können aber auch unterschiedlich sein, bei-. spielsweise 2 Hz und 1,5 Hz, was die Turbulenz ebenfalls beeinflusst. Die durch die beiden quer zur Stranglängsachse wirkenden Wanderfelder erzeugten gleichgerichteten Schubkräfte unterschiedlicher Grösse verursachen unterschiedliche Strömungsgeschwindigkeiten, wodurch im gegenseitigen Beeinflussungsbereich der beiden Strömungen eine wirkungsvolle Turbulenz erzeugt wird. Beim Auftreffen der turbulenten Strömung auf die Seitenwand entstehen noch zusätzliche Wirbel. Durch die von der Kokille zugewandten Wanderfeld gegenüber dem der Kokille abgewandten Wanderfeld erzeugte grössere Geschwindigkeit der Strömung wird ein Aufsteigen des flüssigen Stahles längs der Seitenwand in Richtung der Kokille begünstigt.

[0021] Zur Anpassung der Turbulenz an die unterschiedlichen Giessparameter von Anlage zu Anlage, aber auch an die wechselnden Giessparameter innerhalb einer Anlage, kann folgendes Verfahren angewendet werden. Die beiden Windungen des Magneten 11 werden mit 1000 A beaufschlagt, so dass innerhalb seines Wanderfeldes gleiche Schubkräfte auf den flüssigen Stahl wirken. Der Magnet 12 ist in diesem Beispiel ebenfalls zweiphasig aufgebaut.

[0022] Beide Magnete können aber auch mehr als zwei Phasen aufweisen. Die Windungen der ersten Phase werden mit 900 A und diejenigen der zweiten Phase mit 800 A gespeist, wodurch unterschiedliche Schubkräfte innerhalb des Wanderfeldes des Magneten 12 erzeugt werden. Im Beeinflussungsbereich der Strömungen, erzeugt von den Magneten 11 und 12, werden durch die früher erwähnten Querkräfte andere Turbulenzen auftreten gegenüber den Turbulenzen, die mit gleichen Schubkräften innerhalb der beiden Wanderfelder vorhanden sind. Es können aber auch beide Magnete 11 und 12 innerhalb des entsprechenden Wanderfeldes unterschiedlich wirkende Schubkräfte erzeugen.

[0023] Die Anpassung an die wechselnden Giessparameter kann noch erleichtert werden, indem wechselweise der Magnet 12 mit 1000 A und die beiden Phasen des Magneten 11 mit 900 A und 800 A beaufschlagt werden. Dieser Wechsel kann beispielsweise alle 10 Sekunden erfolgen.

[0024] In Fig. 2 ist wiederum die Kokille mit 1 und der Strang mit 2 bezeichnet. Die Rollen 5 führen den Strang. In einem Gehäuse 20 sind zwei Wanderfeld-Magnete 21 und 22 in Stranglängsrichtung angeordnet. Für kleinere Formate, wie Knüppel und kleinere Vorblöcke, fehlt der Platz für das Nebeneinander der Magnete. Für diese Fälle wird der eine der Magnete von einer andern Strangseite auf den flüssigen Stahl wirken und eine gegenseitige Beeinflussung der Strömungen verursachen. Die Windungen der beiden Magnete werden mit unterschiedlichen Stromstärken beaufschlagt, um unterschiedliche Schubkräfte entgegen der Stranglaufrichtung zu erzeugen. Dadurch entstehen turbulente Strömungen, wie sie mit den Pfeilen 23 und 24 angedeutet sind. Damit wird der sich unterhalb der Magnete befindliche kalte Stahl in Richtung zur Kokille transportiert, wo er sich mit dem einfliessenden heissen Stahl vermischt.

[0025] In den beiden Beispielen ist das Verfahren mit zwei nebeneinander angeordneten Wanderfeld-Magneten als Gruppe angewendet worden. Es ist aber auch möglich, mit 3 Magneten das Verfahren durchzuführen, wobei die beiden äusseren Magnete vorteilhaft mit der gleichen Stromstärke beaufschlagt werden. Die Durchführung des Verfahrens mit mehr als 3 Magneten ist ebenfalls möglich.

[0026] Es versteht sich auch, dass die zum Erzeugen einer turbulenten Strömung verwendeten magnetischen Wanderfelder nicht notwendigerweise quer oder parallel zur Längsrichtung des Stranges ausgerichtet sein müssen, sondern ebensogut irgendeinen Winkel mit dieser Richtung einschliessen können. Die Wanderfelder müssen auch nicht von Elektromagneten erzeugt werden, die zu einer einzigen Baugruppe verbunden sind. Es kann sogar vorteilhaft sein, Baugruppen unabhängig voneinander und bewegbar anzuordnen. Eine solche Anordnung ermöglicht, die Magnete sowohl in der Längs- als auch in der Querrichtung des Stranges gegeneinander zu verschieben und unabhängig voneinander zu verschwenken.

[0027] Eine andere Möglichkeit zur Erzeugung unterschiedlich wirkender Schubkräfte besteht in der Verwendung von zwei ungleichartig aufgebauten Wanderfeld-Magneten. Bei Strängen mit langen, flüssigen Kernen können in Stranglängsrichtung mehrere Gruppen von Wanderfeldern wirksam sein. Das erfindungsgemässe Verfahren kann für alle Typen von Stranggiessanlagen mit Durchlaufkokillen Anwendung finden.

Ansprüche

1. Verfahren zum Stranggiessen von Stahl, bei dem Schmelze in eine Kokille gegossen, der entstehende, einen flüssigen Kern aufweisende Strang ausgezogen, in einer Führungsbahn geführt sowie gestützt und durch mindestens zwei elektromagnetische Wanderfelder eine turbulente Strömung im flüssigen Kern erzeugt wird, dadurch gekennzeichnet, dass die turbulente Strömung durch von Wanderfeldern hervorgerufenen, auf den flüssigen Stahl wirkenden Schubkräften unterschiedlicher Grösse und durch gegenseitige Beeinflussung der durch die unterschiedlichen Schubkräfte verursachten Strömungen erzeugt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die turbulente Strömung durch von einer Strangseite her wirkenden Wanderfelder erzeugt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die turbulente Strömung durch von Wanderfeldern hervorgerufenen, auf den flüssigen Stahl wirkenden, gleichgerichteten Schubkräften erzeugt wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche l - 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Wanderfelder von unterschiedlichen Stromstärken erregt werden.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Magnet des einen Wanderfeldes gegenüber dem Magneten des anderen Wanderfeldes mit einem um 10% bis 25% höheren Strom beaufschlagt wird.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche-1 - 5, dadurch gekennzeichnet, dass die unterschiedlichen Schubkräfte quer zur Stranglängsachse erzeugt werden.

₇. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass im der Kokille abgewandten Wanderfeld eine schwächere Schubkraft als im der Kokille zugewandten Wanderfeld erzeugt wird.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 - 5, dadurch gekennzeichnet, dass die unterschiedlichen Schubkräfte entgegen der Stranglaufrichtung erzeugt werden. 4

9. Verfahren nach einem der Ansprüche l - 8, dadurch gekennzeichnet, dass die turbulente Strömung durch unterschiedlich wirkende Schubkräfte innerhalb mindestens eines der Wanderfelder erzeugt wird.

10.Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Windung einer Phase des unterschiedliche Schubkräfte erzeugenden Magneten gegenüber der Windung mindestens einer anderen Phase von unterschiedlicher Stromstärke beaufschlagt wird.

11.Verfahren nach einem der Ansprüche 9 und 10, dadurch gekennzeichnet, dass die unterschiedlich wirkenden Schubkräfte innerhalb eines Wanderfeldes wechselweise zwischen den Wanderfeldern erzeugt werden.

Zeichnung