Verfahren und Vorrichtung zur Umrührung in einem Giessstrang

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Umrührung in einem Giessstrang gemäss dem Oberbegriff des Anspruches 1 sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.

[0002] Beim Stranggiessen, bei dem ein Giessstrahl direkt oder durch ein Giessrohr aus einem Giesskasten oder einem anderen Metallschmelzenbehälter mit einer gewissen kinetischen Energie in eine Schmelze, d.h. in die nicht erstarrten Bereiche eines Giessstrangs gelangt, dringt der Giessstrang einschliesslich der mitgeführten Schlakkenteilchen tief in den Sumpf ein, was eine Abscheidung bzw. ein Hochfliessen der Schlacke an die Oberfläche unmöglich macht. Eine grosse Eindringtiefe des Giessstrahls erhöht die Gefahr, dass Schlackenteilchen an den Seiten des Strangs hängen bleiben und somit ihre Abscheidung an der Oberfläche erschweren.

[0003] Aufgrund des Impulses, den der Giessstrahl der Schmelze versetzt (wir sprechen hier also nicht von dem freien Giessstrahl vor dem Auftreffen auf die Schmelze) wird auch Schlacke an die Kokillenwand und dort in erstarrte und erstarrende Bereiche der Schmelze geschoben, wo sich die Schlakke festsetzen und folglich nicht abgeschieden werden kann.

[0004] Aufgrund einer starken Abkühlung und einer geringen Wärmezufuhr kann auch an der Oberfläche am Giessrohr eine Erstarrung eintreten. Diese drei Faktoren tragen auf verschiedene Art zu einer schlechteren Qualität des fertigen Rohlings bei.

[0005] Um u.a. die vorgenannten Probleme zu beheben, wäre es wünschenswert, das Strömungsbild in der Kokille steuern zu können, um dadurch einen schlackenfreieren Stahl mit geringerer Rohlingsbehandlung zu erhalten und um auch schweren Stahl giessen zu können.

[0006] Bei der Umrührung der Schmelze in einer Kokille mit Wechselstromumrührern ist es wegen der abschirmenden Wirkung der dicken Kokillenwände schwierig, mit dem magnetischen Feld in die Schmelze einzudringen. Die Wände der Kokille bestehen aus bis zu 80 mm dicken Kupferplatten, wodurch das Eindringen des magnetischen Feldes in die Schmelze auch bei niedrigen Frequenzen sehr erschwert wird. Die Eindringtiefe in Kupfer beträgt bei beispielsweise 1,5 Hz 50-60 mm, und somit muss vom Feld mindestens diese Eindringtiefe überwunden werden, bevor es die Schmelze erreicht. Die Schwierigkeit, mit üblichen Umrührern in der Kokille die Eindringung des Giessstrahls zu unterbrechen oder zu verringern, ist somit offensichtlich.

[0007] Es ist auch zu beachten, dass die Oberfläche der Schmelze in der Kokille nicht beunruhigt werden darf, dass die Wärmezufuhr an die Oberfläche trotzdem jedoch am liebsten verbessert werden soll.

[0008] Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren nebst Durchführungsanordnung zu entwickeln, durch welches die oben aufgezeigten Schwierigkeiten beseitigt werden.

[0009] Zur Lösung dieser Aufgabe wird ein Verfahren nach dem Oberbegriff des Anspruches 1 vorge. schlagen, welches erfindungsgemäss die im kenn. zeichnenden Teil des Anspruches 1 genannter Merkmale hat.

[0010] Vorteilhafte Weiterbildungen des Verfahrens sind in den Ansprüchen 2 bis 6 genannt.

[0011] Eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens ist durch die in Anspruch 7 genannten Merkmale gekennzeichnet.

[0012] Vorteilhafte Weiterbildungen dieser Vorrichtung sind in den Ansprüchen 8 bis 12 genannt.

[0013] Gemäss der Erfindung wird also ein statisches Magnetfeld mit grosser Eindringtiefe erzeugt und die hohe Geschwindigkeit des Stahls im Giessstrahl beim Eindringen in die Schmelze in der Kokille (Eindringgeschwindigkeit) ausgenutzt. Diese Eindringgeschwindigkeit liegt in der Grössenordnung von 1 bis 1.5 m/sec. Durch das Magnetfeld wird die Bewegung des Stahls gebremst und der Giessstrahl zersplittert. Die Wirkungsweise ist vergleichbar mit einer Wirbelstrombremse. Die Eindringtiefe wird vermindert und der grösste Teil der Schlacke wird auf der Oberfläche abgeschieden und bleibt nicht mehr an der Innenseite der bereits erstarrten Strangschale hängen.

[0014] Das statische Magnetfeld kann auch durch einen oder mehrere Dauermagnete erzeugt werden. Man erhält so eine einfache und wirksame Vorrichtung zum «Umrühren» in der Kokille, wobei die Schlacke abgeschieden wird, ohne im Rohling hängenzubleiben.

[0015] Bei einer bevorzugten Ausführung des Verfahrens beim Giessen mit einem Giessrohr werden die Pole (die Angriffsfläche des Feldes) derart in einem spitzen Winkel zu dem Giessstrahl angeordnet, dass eine Zersplitterung des Giessstrahls im wesentlichen nach oben hin erfolgt. Hierdurch wird vermieden, dass Schlacke in Giessrichtung nach unten gedrückt wird, wo sie hängen bleiben kann. Zugleich wird hierdurch der Oberfläche in der Kokille, insbesondere am Giessrohr, mehr Wärme zugeführt. Der vom Giessstrahl auf die Schmelze in der Kokille ausgeübte Impuls wird vermindert und in seiner Wirkung vom Eintritt in die Schmelze an derart in die Breite gezogen, dass der Strom des Giessstrahls nicht die Schmalseite des Rohlings trifft, wodurch eine Schlackenansammlung am Rand des Rohlings und eine Schalenerosion verringert werden. Durch die Erfindung ist es daher möglich, auch Stahl mit einer hinsichtlich der Schlackenreinheit hohen Oberflächengüte herzustellen.

[0016] Anhand der Figuren soll die Erfindung näher erläutert werden. Es zeigen

Figur 1 und 2 das Eindringen des Giessstrahls in die Schmelze für verschiedene Arten von Giessrohren,

Figur 3 die Wirkungsweise des Verfahrens und der Vorrichtung nach der Erfindung,

Figur 4 und 5 Beispiele für die Anordnung und Ausbildung der Umrührer.

[0017] Figur 1 zeigt, wie ein Giessstrahl über ein Giessrohr 1 aus einem nicht gezeigten Giesskasten oder einem anderen Schmelzenbehälter kommt. Das Giessrohr hat einen nach unten gerichteten Doppelabfluss, und der Impuls wird auf die Schmalseite der Kokille 4 gerichtet, wo sich Schlacke in der Strangschale absetzt. Auch besteht die Gefahr einer Schlackenpenetration weiter unten in der Giessrichtung (Pfeile 5).

[0018] Figur 2 zeigt die Penetration mit nach oben gerichteten Giessstrahlen aus einem Giessrohr 8, angedeutet durch die Pfeile 9.

[0019] Figur 3 zeigt, wie die aus einem Giessrohr 11 kommenden Giessstrahlen 10 in der Schmelze gerichtet sind und zersplittert werden, wobei Schlackenpartikel leichter an der Oberfläche abgeschieden werden.

[0020] Ein oder mehrere statische Magnetfelder 19, die durch gleichstromgespeiste «Umrührer» oder durch Dauermagnete erzeugt werden, liegen quer zur Giessrichtung mit der Angriffsfläche (den Polen) 12 in einem spitzen Winkel zum Giessstrahl 10, wobei der Strahl im wesentlichen in mehrere nach oben gerichtete Teilstrahlen 13 zersplittert wird und die Schlacke an der Oberfläche abgeschieden werden kann. Nur kleinere (oder gar keine) Teile der Schlackenpartikel bleiben an der Schmalseite oder im Rohling hängen. Man kann eine steuerbare Stabilisierung des Giessstrahls erreichen, indem man unter dem Feld 12 ein weiteres statisches Feld 14 anordnet.

[0021] Eventuell kann die Umrührung zusätzlich durch übliche mehrphasige, mit Wechselstrom gespeiste Umrührer erfolgen, die in (an) oder in Giessrichtung gesehen hinter der Kokille angebracht sind, um auch die üblichen Umrühreffekte beim kontinuierlichen Giessen zu erhalten.

[0022] Man kann den Giessstrahl auch zersplittern und beeinflussen, wenn dieser nicht durch ein Giessrohr, sondern in einem freien Strahl aus einem Giesskasten in die Schmelze abgegossen wird.

[0023] Die Vorrichtung nach der Erfindung ist in den Figuren 4 und 5 veranschaulicht, wo ein statisches Magnetfeld B von einem Umrührer in Form eines Eisenkerns 15, der gleichstromgespeiste Spulen 16' trägt, gezeigt ist. Das Feld kann im Sinne der Zeichenebene links von dem Giessrohr 18, welches einen doppelten Abfluss hat, nach innen und rechts vom Giessrohr nach aussen gerichtet sein. Die Zersplitterung der Giessstrahlen 16 und 17 geschieht in der in Figur 3 durch Pfeile angedeuteten Weise, und die Schlacke setzt sich nur in geringem Masse an den Schmalseiten der Kokille und weiter unten in Giessrichtung ab. Die Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens kann mit einem oder mehreren steuerbaren Gleichstromumrührern ausgerüstet sein. Sie kann ausserdem einen oder mehrere mehrphasige Wechselstromumrührer enthalten, die an der Kokille oder in Giessrichtung hinter der Kokille angeordnet sind, wobei sie mit ihrer Rührrichtung senkrecht oder in Längsrichtung zur Giessrichtung orientiert sein können.

Ansprüche

1. Verfahren zum Umrühren der nicht erstarrten Bereiche in einem Giessstrang, wobei der Strang in einer Kokille geformt und ein Giessstrahl durch ein Giessrohr (11) oder direkt in die Kokille strömt, dadurch gekennzeichnet, dass in der Kokille dort, wo der Giessstrahl (10) in die in der Kokille bereits befindliche Schmelze eindringt, mindestens ein in der Schmelze wirkendes statisches Magnetfeld (19) erzeugt wird, das den Giessstrahl bremst und ihn derart zersplittert, dass sein Impuls geschwächt oder aufgezehrt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Angriffsfläche (die Pole) (12) des Feldes derart in einem spitzen Winkel zum Giessstrahl (10) in der Schmelze zur Wirkung gebracht wird, dass die Zersplitterung im wesentlichen nach oben erfolgt (13).

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere statische Felder (12', 12, 14) zur Steuerung der Zersplitterung in Giessrichtung hintereinander zur Wirkung gebracht werden.

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere statische Felder (12', 12) hintereinander in Richtung des Giessstrahls (10) oder in der neuen Richtung des bereits beeinflussten Giessstrahls zur Wirkung gebracht werden.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Amplitude des Magnetfeldes/der Magnetfelder periodisch mit niedriger Frequenz derart variiert, dass die eindringenden Strömungsbewegungen (5 und 9) periodisch auf ein grösseres Volumen verteilt werden und somit die Eindringtiefe vermindert wird.

6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass neben dem statischen Feld/den statischen Feldern ein magnetisches Wechselfeld zur Einwirkung gebracht wird, welches von mindestens einem mehrphasigen, wechselstromgespeisten Umrührer erzeugt wird, der an und/oder hinter der Kokille angeordnet ist.

7. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche mit einer unten offenen Kokille in einer Stranggiessmaschine, wobei die Schmelze aus einer Pfanne oder einem Zwischenbehälter über ein oder mehrere Giessrohre (18) oder in freiem Strahl direkt in die Kokille abgiessbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass in, an oder neben der Kokille mindestens ein elektromagnetischer «Umrührer», der ein statisches Magnetfeld erzeugt, derart angeordnet ist, dass das Feld (19) gegen den Abfüllstrahl (16, 17) gerade nach dessen Eintritt in die in der Kokille bereits vorhandene Schmelze wirkt und den Giessstrahl zersplittert und bremst.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Umrührer aus einem oder mehreren Eisenkernen (15) mit gleichstromgespeisten Spulen (16) oder aus einem oder mehreren Dauermagneten besteht.

9. Vorrichtung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass der «Umrührer» so angeordnet ist, dass die Angriffsfläche (12) des Feldes einen spitzen Winkel zu dem in die Schmelze eindringenden Giessstrahl (10, 16, 17) bildet und dass die Zersplitterung des Giessstrahls im wesentlichen nach oben hin erfolgt.

10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass zwei oder mehrere statische Felder erzeugende «Umrührer» (12, 14) vorhanden sind, die räumlich derart angeordnet sind, dass ihre Felder zueinander parallel gerichtet sind und in Giessrichtung hintereinander liegen.

11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens zwei «Umrührer» (12', 12) vorhanden sind, die hintereinander in Richtung des Giessstrahls (10) oder in der neuen Richtung des beeinflussten Giessstrahls angeordnet sind.

12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass an oder in Giessrichtung hinter der Kokille mindestens ein mehrphasiger, mit Wechselstrom gespeister Umrührer angeordnet ist.

Revendications

1. Procédé de brassage des zones non solidifiées d'une barre de coulée continue qui consiste à former la barre dans une lingotière et à faire s'écouler un jet de coulée dans la lingotière directement ou par l'intermédiaire d'un tuyau de coulée (11 caractérisé en ce qu'il consiste à produire dans la lingotière, là où le jet de coulée (10) pénètre dans la masse en fusion se trouvant déjà dans la lingotière, au moins un champ magnétique (19) statique agissant dans la masse en fusion, freinant le jet de coulée et le faisant éclater de manière à affaiblir ou à épuiser sa quantité de mouvement.

2. Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce qu'il consiste à mettre en action les surfaces d'attaque (les pôles) (12) du champ dans la masse en fusion, suivant un angle aigu par rapport au jet de coulée (10) de manière à ce que l'éclatement s'effectue essentiellement vers le haut (13).

3. Procédé suivant la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce qu'il consiste à mettre en action plusieurs champs statiques (12', 12, 14) l'un derrière l'autre, suivant le sens de coulée, pour commander l'éclatement.

4. Procédé suivant l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il consiste à mettre en action plusieurs champs statiques (12', 12) l'un derrière l'autre, suivant le sens du jet de coulée (10) ou suivant le nouveau sens du jet de coulée déjà influencé.

5. Procédé suivant l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce qu'il consiste à faire varier l'amplitude du champ magnétique ou des champs magnétiques périodiquement, avec une fréquence basse, de manière à répartir périodiquement sur un plus grand volume les déplacements de courant de pénétration (5 et 9) et à diminuer ainsi la profondeur de pénétration.

6. Procédé suivant l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il consiste à mettre en action, outre le champ statique ou les champs statiques, un champ alternatif magnétique qui est produit par au moins un dispositif d'agitation polyphasé alimenté en courant alternatif, disposé sur et/ou derrière la lingotière.

7. Dispositif pour l'exécution du procédé suivant l'une des revendications précédentes, comprenant une lingotière ouverte vers le bas dans une machine de coulée continue, la masse en fusion pouvant être versée d'un panier ou d'un récipient intermédiaire par le moyen d'un ou de plusieurs tuyaux de coulée (18), ou pouvant être versée sous forme d'acier libre directement dans la lingotière, caractérisé en ce que dans, sur, ou à côté de la lingotière, est disposé au moins un «dispositif de brassage» électromagnétique qui produit un champ magnétique statique, de manière à ce que le champ (19) agisse sur le jet de sortie (16, 17) immédiatement après l'entrée de celui-ci dans la masse en fusion déjà présente dans la lingotière et fasse éclater et freine le jet de coulée.

8. Dispositif suivant la revendication 7, caractérisé en ce que le dispositif de brassage est constitué d'un ou de plusieurs noyaux de fer (15) ayant des bobines (16) alimentées en courant continu, ou d'un ou de plusieurs aimants permanents.

9. Dispositif suivant la revendication 7 ou 8, caractérisé en ce que le «dispositif de brassage» est disposé de manière à ce que la surface d'attaque (12) du champ forme un angle aigu avec le jet de coulée (10, 16, 17) pénétrant dans la masse en fusion et de manière à ce que l'éclatement du jet de coulée s'effectue essentiellement vers le haut.

10. Dispositif suivant l'une des revendications 7 à 9, caractérisé en ce qu'il y a deux ou plusieurs «dispositifs de brassage» (12, 14) produisant des champs statiques et disposés dans l'espace de manière à ce que leur champ soit dirigé parallèlement l'un à l'autre et se trouve l'un derrière l'autre suivant le sens de coulée.

11. Dispositif suivant l'une des revendications 7 à 10, caractérisé en ce qu'il y a au moins deux «dispositifs de brassage» (12', 12) qui sont disposés l'un derrière l'autre suivant le sens du jet de coulée (10) ou suivant le nouveau sens du jet de coulée influencé.

12. Dispositif suivant l'une des revendications 7 à 11, caractérisé en ce que, sur ou derrière la lingotiére, considérée suivant le sens de coulée, est disposé au moins un dispositif de brassage polyphasé alimenté en courant alternatif.

Claims

1. Method for stirring the unsolidified portions of a pouring stream, formed in an ingot mould, whereby a pouring stream flows either through a pouring pipe or directly into the ingot mould, characterized in that in the area of the ingot mould where the pouring stream (10) intrudes the body of molten metal already amassed in the ingot mould at least one static magnetic field (19) is provided that reduces the pouring streams's velocity and splits it up so as to weaken or absorb its momentum.

2. Method according to claim 1, characterized in that the working surface (the poles) (12) of the field are located at such an acute angle in relation to the pouring stream that the splitting up occurs substantially upwardly (13).

3. Method according to claim 1 or 2, characaterized in that for controlling the splitting process several static fields (12', 12, 14) are located one after the other in the pouring direction.

4. Method according to any of the preceding claims, characterized in that several static fields (12', 12) are located one after the other in the direction of the pouring stream (10) or in the new direction taken by the pouring stream under the effect of the preceding magnetic fields.

5. Method according to any of the claims 1 to 4, characterized in that the amplitude of the magnetic field/fields varies periodically at a low frequency in such a way that the intruding flow movements (5 and 9) are spread out periodically over a bigger volume, thereby reducing the penetration depth.

6. Method according to any of the preceding claims, characterized in that in addition to the static field/fields in alternating magnetic field is applied which is generated at least by one multi-phase, alternating current supplied stirrer located at and/or behind the ingot mould.

7. Apparatus for carrying out the method according to any of the preceding claims comprising a machine for continuous casting having an ingot mould open at the bottom, whereby the molten metal can be poured out of a ladle or an intermediate vessel into the ingot mould either through one or more pouring pipes (18) or directly in an open stream, characterized in that at least one electromagnetic «stirrer», which generates a static magnetic field, is arranged in, at, or beside the ingot mould in such a way that the field (19) acts on the pouring stream (16, 17) immediately after the stream's intrusion into the body of molten metal already amassed in the ingot mould thereby reducing the velocity of the pouring stream and splitting it up.

8. Apparatus according to claim 7, characterized in that the stirrer consists of one or more iron cores (15) carrying coils (16) to be supplied by direct current, or consisting of one or more permanent magnets.

9. Apparatus according to claim 7 or 8, characterized in that the stirrer is arranged in such a way that the working surfaces (12) of the field form an acute angle in relation to the pouring stream (10, 16, 17) intruding into the molten metal, and that the splitting up of the pouring stream occurs substantially upwardly.

10. Apparatus according to any of claim 7 to 9, characterized in that there are two or more stirrers (12, 14) generating static fields, which stirrers are arranged specially in such a way that their fields are directed parallel to each other and that they are located one after the other in the pouring direction.

11. Apparatus according to any of claim 7 to 10, characterized in that there are at least two stirrers (12', 12), which are arranged in the direction of the pouring stream (10) or in the direction taken by the pouring stream under the effect of the preceding magnetic fields.

12. Apparatus according to any of claim 7 to 11, characterized in that at least one multi-phase, alternating current supplied stirrer is arranged at or in the pouring direction behind the ingot mould.

Zeichnung