[0001] Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Umrühren beim Stranggießen gemäß dem Oberbegriff
des Anspruches 1. Die hierbei verwendeten Umrührer werden im allgemeinen zwei-, drei-
oder mehrphasig gespeist.
[0002] Das Umrühren der nicht erstarrten Bereiche eines Gießstranges ist bereits in verschiedenen
Ausführungen bekannt. U.a. ist es bekannt, diese Bereiche mittels eines elektromagnetischen
Umrührers quer zur Gießrichtung an einer oder mehreren Stellen umzurühren. Ein Grund
für diese Umrührung besteht darin, daß man Lunker (sogenannte mini-ingots) und Seigerungen
in dem fertigen Gußstück (Rohling) vermeiden möchte und daß man eine möglichst gleichmäßige
Erstarrungsfront anstrebt. Ein Problem bei dieser Art der Umrührung besteht jedoch
darin, daß sogenannte weiße Bänder, d.h. Bänder mit negativer Seigerung entstehen,
wenn die Schmelze hierbei allzu plötzlich in eine allzu kräftige Rührbewegung versetzt
wird. Beim Erstarren von Stahl bilden sich nämlich Kristalle, sogenannte Dendrite,
zwischen denen eine Anreicherung von Schwefel und Kohlenstoff stattfindet. Bei einer
üblichen Umrührung werden diese Anreicherungen unter die Schmelze gerührt und durch
eine andere Schmelze ersetzt, wodurch die sogenannten weißen Bänder entstehen. Eine
Möglichkeit, das genannte Problem zu lösen, ist bereits vorgeschlagen worden. Diese
Möglichkeit besteht darin, daß der elektrische Umrührer mit einem mehrphasigen Strom
gespeist wird und daß das Umrühren auf solche Weise asymmetrisch erfolgt, daß entweder
der Phasenstrom in einer Phase um mindestens 10 % vom Phasenstrom in einer anderen
Phase abweicht und/oder daß die Phasenspulen untereinander asymmetrisch ausgeführt
sind. Hierdurch erhält man eine bessere Gußstruktur als bei einer symmetrischen Speisung
Der Umrührer kann normalerweise symmetrisch aufgebaut sein, doch ist es auch vorstellbar,
die Phasenspulen im Umrührer asymmetrisch aufzubauen, so daß man eine asymmetrische
Umrührung bei symmetrischer Speisung erhält.
[0003] f Die Frequenz/des mehrphasigen Stromes kann im Bereich 0 < f ä 10 Hz liegen, und
zwar normalerweise beim Umrühren in sog. slabs (Platten), die einen großen Querschnitt
haben. Jedoch kann man auch eine Frequenz zwischen 10 bis 30 Hz bei sog. blooms (Luppen),
also mittelgroßen Rohlingen, oder eine Frequenz zwischen 50 bis 60 Hz bei kleineren
Rohlingen, sog. billets (Barren) anwenden. In dem erstgenannten Fall handelt es sich
normalerweise um ein Umrühren in Querrichtung, wobei die Umrührrichtung etwa senkrecht
zur Gießrichtung liegt, während es sich in dem anderen Fall normalerweise um ein Umrühren
in Längsrichtung, also in Gießrichtung handelt.
[0004] Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten Art.zu
entwickeln, bei dem die asymmetrische Umrührung in anderer Weise vorgenommen wird,
was bestimmte, aus den weiteren Ausführungen ersichtliche Vorteile hat.
[0005] 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 hat.
[0006] Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen genannt.
[0007] Mit dem in Anspruch 1 beschriebenen Verfahren erzielt man die Vorteile, die bisher
mit stromasymmetrischen Umrührern erzielt wurden, wie sie beispielsweise in den DE-OSen
29 11 842 und 29 45 018 beschrieben werden.
[0008] Ein Nachteil bei der genannten Art von asymmetrischer Umrührung besteht in der verhältnismäßig
schlechten Ausnutzung des Umrührers; Eisenkern und Wicklung des Umrührers werden hier
zu gering ausgenutzt. Eine Möglichkeit zur Lösung dieses Problemes ist aus der schwedischen
Patentanmeldung 7902317-2 bekannt; danach werden entweder zwei oder mehrere Umrührer
oder ein Umrührer und eine separate Spule verwendet, wobei in dem erstgenannten Fall
beide bzw. alle Umrührer mit mehrphasigem Strom gespeist werden und die Umrührung
von mindestens einem der Umrührer symmetrisch vorgenommen wird, während die Umrührung
von mindestens einem der anderen dadurch asymmetrisch vorgenommen wird, daß entweder
der Phasenstrom in einer Phase um mindestens 10 % vom Phasenstrom in einer anderen
Phase abweicht und/oder daß die Phasenspulen untereinander entsprechend asymmetrisch
ausgebildet sind. Zusammen mit dem-symmetrisch gespeisten Umrührer erhält man hier
also eine asymmetrische Umrührung, die nachstehend noch näher beschrieben wird. Die
symmetrische Umrührung ist-also für die motorische Umrührung verantwortlich, während
die asymmetrische Umrührung teilweise für die auftretende Turbulenz verantwortlich
ist, welche die Viskosität der Schmelze verringert und zu einer Vermeidung der sog.
weißen Bänder beiträgt.
[0009] In bekannter Weise entstehen durch einen Umrührer im Gießstrang einerseits eine in
Längsrichtung des Umrührers wandernde, entsprechend dem Quadrat einer Sinusfunktion
geformte, zwischen Null und einem Maximum verlaufende Umrührkraft, die, wenn sie an
einer festen Stelle des Gießstrangs über eine bestimmte Zeit integriert wird, eine
in Längsrichtung des Umrührers resultierende Umrührkraft ergibt, und andererseits
eine im wesentlichen sinusförmige, in Längsrichtung des Umrührers wandernde, zwischen
einem absolut gleich großen positiven Maximum und negativen Minimum verlaufende, quer
zur Oberfläche des Umrührers oder des entsprechenden Polschuhs wirkende Querkraft,
deren Integral an einer festen Stelle des Gießstrangs über eine bestimmte Zeit den
Wert Null ergibt und die somit keine resultierende Kraft liefert, und eine diesen
beiden Kräften zugeordnete (superponierte), stationäre, zeitlich und räumlich in Längsrichtung
des Umrührers sich periodisch zwischen 0 und einem Maximum ändernde, im wesentlichen
quer zur Oberfläche des Umrührers oder des entsprechenden Polschuhs wirkenden Querkraft
zusammengesetzt, wobei diese superponierte Querkraft eine starke Erhöhung der Turbulenz
in der Strömung im flüssigen Kern des Gießstranges erzeugt. Die letztgenannte Kraft
entsteht durch das asymmetrische Umrühren, während die beiden erstgenannten Kräfte
im wesentlichen durch den symmetrischen _ Umrührer, jedoch teilweise auch von dem
asymmetrischen Umrührer erzeugt werden. Die beiden Umrührer werden also besser ausgenutzt,
und normalerweise wird der symmetrische Umrührer mit bedeutend größerer Leistung als
der asymmetrische gespeist.
[0010] Bei einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens gemäß der Erfindung erhält man
eine weitere Verbesserung der Struktur des durch eine kontinuierliche.Stranggießmaschine
gegossenen Stranges. Dieses Verfahren ist durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruches
3 genannten Merkmale gekennzeichnet.
[0011] Der erste und/oder zweite Umrührer können/kann von einer phasenasynmetrischen Stromquelle
gespeist werden, wobei der/ die Umrührer symmetrisch oder asymmetrisch ausgebildet
sein kann/können.
[0012] Der/die Umrührer kann/können auch mit abweichender Stromstärke in einer Phase relativ
zu mindestens einer anderen Phase gespeist werden.
[0013] Insgesamt soll die Asymmetrie des Umrührers und der Stromquelle einem Stromunterschied
von 10 % (bei einer reinen Stromasymmetrie) entsprechen.
[0014] Anhand der Figuren soll die Erfindung näher erläutert werden. Es zeigen
Fig. 1 eine erste Art der Anordnung von Umrührern zur Durchführung des Verfahrens
nach der Erfindung,
Fig. 2 eine zweite Art der Anordnung von Umrührern zur Durchführung des Verfahrens
gemäß der Erfindung,
Fig. 3 eine dritte Art der Anordnung der Umrührer zur Durchführung des Verfahrens
gemäß der Erfindung,
Fig. 4 das Stromzeigerdiagramm bei stromasymmetrischer Umrührung,
Fig. 5 das Stromzeiger diagramm bei phasenasymmetrischer Umrührung.
[0015] Das Zeigerdiagramm gemäß Figur 4 zeigt ein Dreiphasenstromsystem R, S, T, wobei die
Stromasymmetrie beispielsweise dadurch hergestellt wird, daß der Stromvektor der Phase
T kleiner ist als die unter sich gleich großen Stromvektoren der Phasen R und S.
[0016] Figur 5 zeigt das Stromzeigerdiagramm eines Dreiphasenstromsystems R, S, T, bei dem
eine Phasenasymmetrie eingeführt worden ist. Zu diesem Zweck ist der Phasenwinkel
zwischen den Phasen R und T gegenüber dem symmetrischen Wert von 120° um α° vergrößert
und der Phasenwinkel zwischen den Phasen T und S entsprechend um cr° verkleinert,
α beträgt vorzugsweise mehr als 5°. Diese Phasenasymmetrie kann beispielsweise durch
eine spätere Zündung des die Phase T speisenden Thyristors erreicht werden. Die phasenasymmetrische
Speisung bewirkt ein asymmetrisches Umrühren, was eine bessere Gußstruktur zur Folge
hat, beispielsweise bei einem asymmetrischen Umrührer 1 (siehe Figur 1), der den nicht
erstarrten Bereich eines Gießstranges 3 entsprechend der Erfindung umrührt.
[0017] Figur 1 zeigt das Umrühren in Quer- oder Längsrichtung des Stranges bei billets,
blooms oder slabs mit beispielsweise einem elektromagnetischen, mehrphasig gespeisten
Umrührer 1, der dadurch für asymmetrisches Umrühren ausgebildet ist, daß die Speisung
entweder zweiphasig mit einer von 90° abweichenden Verschiebung zwischen den beiden
Phasen oder dreiphasig mit einer von 120° abweichenden Verschiebung zwischen den Phasen
erfolgt. Der zweite Umrührer 2 wird mit demselben Phasensystem wie der erste Umrührer
gespeist, jedoch entweder symmetrisch oder mit einer anderen Art von Asymmetrie als
der erste Umrührer. Die Umrührer können sich eventuell gegenüberstehen und beide können
für ein Umrühren in Querrichtung oder beide für ein Umrühren in Längsrichtung ausgebildet
sein. In besonderen Fällen kann der Anordnungswinkel zwischen dem Umrührer und der
Gießrichtung für die beiden Umrührer 1 und 2 unterschiedliche sein. In beiden Fällen
kann die Speisung der beiden Umrührer 1, 2 auch mit phasenasymmetrischer Umrührung
erfolgen.
[0018] Figur 2 zeigt zwei dreiphasig gespeiste Umrührer 1, 2, die einander gegenüberstehend
an dem aus der Gießkokille 4 austretenden Gießstrang 3 angeordnet sind. Beide Umrührer
haben dieselbe Umrührrichtung. Der Verlauf der Umrührung ist durch die Pfeile 5 angedeutet.
Der zweite Umrührer 2 kann hierbei mit einer gegenseitigen Phasenverschiebung arbeiten
und mit einer Unsymmetrie in den Phasenströmen von solcher Art, daß der Strom einer
Phase um mindestens 10 % vom Strom einer anderen Phase abweicht. Man verwendet hier
also einen Umrührer, bei dem gleichzeitig von zwei Möglichkeiten zur Schaffung einer
Asymmetrie Gebrauch gemacht wird.
[0019] Der zweite Umrührer 2 kann auch mit einer gegenseitigen Verschiebung der Phasenströme
und einer asymmetrischen Ausbildung der Phasenwicklungen untereinander arbeiten, so
daß eine Kombination aus Phasenasymmetrie und Amplitudenasymmetrie entsteht.
[0020] Figur 3 zeigt zwei Umrührer 1 und 2, die, beispielsweise beim Gießen von billets,
hintereinander längs des Gießstranges angeordnet sind; auch hier können dieselben
Abweichungen zwischen den beiden Umrührern 1 und 2-untereinander wie bei den Anordnungen
nach Figur 1 und 2 vorgesehen werden. Somit kann für die beiden Umrührer 1 und 2 sowohl
ein Umrühren in Querrichtung wie auch ein Umrühren in Längsrichtung vorgesehen werden,
wie es in Figur 3 angedeutet ist. Man ist bestrebt, die Umrührkräfte zwischen den
Umrührern 1 und 2 so einander anzupassen, daß sich die Umrührung bis in die Kokille
hinein erstreckt, d.h. die Umrührströmung soll hoch in die Kokille hineinreichen und
die weißen Bänder sollen verschwinden. Es gilt, die Umrührkraft des Umrührers 1 relativ
zur Umrührkraft des Umrührers 2 anzupassen, damit nicht einer der beiden Umrührer
zu stark dominiert, was den Umrühreffekt verschlechtert. Bei dem Ausführungsbeispiel
mit unterschiedlichen Windungszahlen der Phasenspulen ist es wichtig, daß die Amperewindungszahl
für mindestens eine Phase um mindestens 10 % von der Amperewindungszahl in einer anderen
Phase abweicht. Man erhält somit eine magnetische Wanderwelle und ein stationäres
Feld, und die Umrührer sind linear und gerade. Man erhält unter dem Umrührer eine
größere Turbulenz, was mit den verschiedenen Kombinationen erreicht werden kann, die
vorstehend erläutert wurden und in den Figuren gezeigt sind.
[0021] Die vorstehend beschriebenen Verfahren können im Rahmen des offenbarten allgemeinen
Erfindungsgedankens in vielfacher Weise variiert werden.
1. Verfahren zum Umrühren der nicht erstarrten Bereiche eines aus einer Stranggießmaschine
austretenden Gießstranges, wobei der Strang in einer Kokille (4) geformt.wird und
das Umrühren mittels mindestens eines elektromagnetischen Umrührers (1) erfolgt, dadurch
gekennzeichnet, daß das Umrühren dadurch asymmetrisch durchgeführt wird, daß die Speisung
des Umrührers (1) oder der Umrührer (1, 2) entweder zweiphasig mit einer von 90° abweichenden
Verschiebung zwischen den beiden Phasen oder dreiphasig mit einer von 120° abweichenden
Verschiebung zwischen den Phasen erfolgt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Umrühren asymmetrisch
mit einer gegenseitigen Verschiebung der Phasen erfolgt, die um mindestens 5° von
der Phasenverschiebung der symmetrischen Phasensysteme abweicht.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Umrühren mit
mindestens einem ersten und einem zweiten Umrührer (1, 2) erfolgt, wobei der erste
Umrührer-j(1) asymmetrisch arbeitet, während der zweite Umrührer (2) mit gleicher
Phasenzahl wie der erste Umrührer arbeitet, jedoch entweder symmetrisch oder mit einer
anderen Art der Asymmetrie als der erste Umrührer, beispielsweise mit einem Strom
in einer Phase, der um mindestens 10 % von dem Strom in einer anderen Phase abweicht,
oder mit entsprechend asymmetrisch aufgebauten Phasenspulen oder als symmetrisch aufgebauter
Umrührer mit einer Kombination von Strom- und Phasenasymmetrie.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Umrührer (2)
mit einer Phasenverschiebung und mit einer untereinander asymmetrischen Ausführung
der Spulen arbeitet, wobei man eine Kombination von Phasen- und Amplitudenasymmetrie
erhält.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß
der erste und/oder der zweite Umrührer von einer phasenasymmetrischen Stromquelle
gespeist werden/wird, wobei der/die Umrührer (1, 2) symmetrisch oder asymmetrisch
eingebaut sein kann/können.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der/die Umrührer auch mit
einer abweichenden Stromstärke in der einen Phase relativ zu einer anderen Phase gespeist
wird/werden.
7. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Umrühren mit zwei Umrührern
(1, 2) erfolgt, wobei beide Umrührer auf gleiche Art asymmetrisch arbeiten.