Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Gießen von flüssigen Metallen, insbesondere von flüssigen Stahlwerkstoffen zur Erzeugung von Brammen- und Dünnbrammenprodukten mit Formatbreiten von 750 bis 3500 mm und Formatdicken von 30 bis 500 mm in einer Stranggießanlage, die zur Verbesserung der Produktqualität mit einer elektromagnetischen Bremseinrichtung ausgerüstet ist, bestehend aus Spulen mit Kernen und Joch, durch deren erzeugte Magnetfeldwirkung die Strömungsverhältnisse innerhalb des Flüssigmetalls in der Kokille beeinflusst werden.

Zur Verbesserung der Produktqualität durch eine positive Beeinflussung der Strömungsverhältnisse innerhalb der Stranggießkokille ist es bekannt, diese mit einer elektromagnetischen Bremse auszurüsten. Diese besteht aus Spulen mit Kernen und Joch, mit denen Magnetfelder erzeugt werden, die auf die bestehenden Strömungsverhältnisse des Stahlbades innerhalb der Kokille einwirken. Zur möglichst vollen Entfaltung der Wirksamkeit der Magnetfelder ist es dabei erforderlich, die Magnetfelder möglichst nahe an die Stranggießkokille heranzuführen. Üblicherweise werden deshalb entweder die elektromagnetischen Bremssysteme erst nach dem Einsetzen der Kokille in die Gießmaschine hydraulisch oder elektromechanisch an die Kokille herangefahren oder sie sind in verschiedenen Anordnungen fest an der Kokille der Stranggießanlage installiert. Im Wesentlichem werden hierbei die Spule oder die Spulenkombinationen jeweils mit Kern von außen an die Kokille bzw. an den wasserdurchströmten Wasserkasten oder an der Kupferplattenrückseite positioniert, oder die Spule ist ortsfest am Stahlbau fixiert und ein beweglicher Kern wird durch sie hindurch in die Kokille bewegt.

So ist aus der WO 2004/022264 A1 eine elektromagnetische Bremsvorrichtung für in eine Stranggießkokille einströmende Stahlschmelze bekannt, umfassend mindestens eine Magnetspule mit einem den Kokillenbreitseiten zuordenbaren ferromagnetischen Kern. Zur Verringerung der oszillierenden Massen und um zugleich die Magnetfeldstärke zu erhöhen, besteht der Kern einerseits aus einem die Magnetspule aufnehmenden, im Abstand zu den Breitseitenwänden verfahrbaren Hauptteil und andererseits aus in Wasserkästen der Kokille fest angeordneten Zusatzteilen, wobei die Kernteile in zusammengefahrener Betriebsposition u-förmige Joche zur Ausbildung eines geschlossenen Magnetflusses ergeben.

Aus der DE 10 2004 046 729 A1 ist eine magnetische Bremse für eine Stranggießkokille bekannt, bei der ein durch Permanentmagnete erzeugtes Magnetfeld eine Beeinflussung die Strömung des Flüssigmetalls herbeiführen soll. Um eine Variation der magnetischen Feldstärke zu erhalten, sind die an der Kokille angeordnete Permanentmagnete für eine unterschiedliche Feldstärkenverteilung in Gruppen unterschiedlich anstellbar. Hierbei ist auch vorgesehen, dass Permanentmagnete im Wasserkasten der Stranggießkokille angeordnet und zur direkten Anlage an die Kokillenplatte anstellbar sind.

In der DE 600 16 255 T2 wird eine Vorrichtung zum Gießen von Metallen mit einer elektromagnetischen Bremse beschrieben, umfassend Magnetkerne, die an einer Seite der Kokille so permanent befestigt sind, dass sie im Wesentlichen die gesamte Breite der Kokille mit Ausnahme eines zentralen Abschnitts bedecken und die mit einem abnehmbaren Joch verbunden sind, wobei die Wicklung um das Joch derart angeordnet ist, dass sich die Zentralachse der Wicklung im Wesentlichen parallel zu einer Längsachse der Kokille und rechtwinklig zur Gussrichtung der Kokille erstreckt. Durch die Maßnahmen wird erreicht, dass die ursprünglich vertikal gerichtete Strömungsgeschwindigkeit der flüssigen Metallschmelze im Bereich des Einlaufrohrs umgekehrt, zumindest aber stark vermindert (abgebremst) wird. Zusätzlich kommt es zu einer horizontalen und vertikalen Rotation der Schmelze.

So ist aus der WO 2004/022264 A1 eine elektromagnetische Bremsvorrichtung für in eine Stranggießkokille einströmende Stahlschmelze bekannt, umfassend mindestens eine Magnetspule mit einem den Kokillenbreitseiten zuordenbaren ferromagnetischen Kern. Zur Verringerung der oszillierenden Massen und um zugleich die Magnetfeldstärke zu erhöhen, besteht der Kern einerseits aus einem die Magnetspule aufnehmenden, im Abstand zu den Breitseitenwänden verfahrbaren Hauptteil und andererseits aus in Wasserkästen der Kokille fest angeordneten Zusatzteilen, wobei die Kernteile in zusammengefahrener Betriebsposition u-förmige Joche zur Ausbildung eines geschlossenen Magnetflusses ergeben.

Aus der DE 10 2004 046 729 A1 ist eine magnetische Bremse für eine Stranggießkokille bekannt, bei der ein durch Permanentmagnete erzeugtes Magnetfeld eine Beeinflussung die Strömung des Flüssigmetalls herbeiführen soll. Um eine Variation der magnetischen Feldstärke zu erhalten, sind die an der Kokille angeordnete Permanentmagnete für eine unterschiedliche Feldstärkenverteilung in Gruppen unterschiedlich anstellbar. Hierbei ist auch vorgesehen, dass Permanentmagnete im Wasserkasten der Stranggießkokille angeordnet und zur direkten Anlage an die Kokillenplatte anstellbar sind.

In der DE 600 16 255 T2 wird eine Vorrichtung zum Gießen von Metallen mit einer elektromagnetischen Bremse beschrieben, umfassend Magnetkerne, die an einer Seite der Kokille so permanent befestigt sind, dass sie im Wesentlichen die gesamte Breite der Kokille mit Ausnahme eines zentralen Abschnitts bedecken und die mit einem abnehmbaren Joch verbunden sind, wobei die Wicklung um das Joch derart angeordnet ist, dass sich die Zentralachse der Wicklung im Wesentlichen parallel zu einer Längsachse der Kokille und rechtwinklig zur Gussrichtung der Kokille erstreckt. Durch die Maßnahmen wird erreicht, dass die ursprünglich vertikal gerichtete Strömungsgeschwindigkeit der flüssigen Metallschmelze im Bereich des Einlaufrohrs umgekehrt, zumindest aber stark vermindert (abgebremst) wird. Zusätzlich kommt es zu einer horizontalen und vertikalen Rotation der Schmelze.

Die JP 08 01 9841 offenbart ein Verfahren und eine Kokille zum Gießen von flüssigen Metallen zur Erzeugung von Brammenprodukten in einer Stranggießanlage, die zur Verbesserung der Produktqualität mit einer elektromagnetischen Bremseinrichtung ausgerüstet ist. Die Bremseinrichtung besteht aus Spulen mit Kernen und Joch, durch deren erzeugte Magnetfeldwirkung die Strömungsverhältnisse innerhalb des Flüssigmetalls in der Kokille der Stranggießanlage beeinflusst werden. Zur direkten und unmittelbaren elektromagnetischen Beeinflussung der aus dem Kokillentauchrohr austretenden Flüssigkeitsstrahlen sind je Kokillenbreitseite mindestens zwei symmetrisch zur senkrechten Bezugslinie des Kokillentauchrohrs angeordnete Pole vorgesehen, wobei die beiden Pole auf jeder Kokillenbreitseite mit den bei ihren Austrittsquerschnitten ausgeprägten Hauptachsen in Bezug auf die senkrechte Bezugslinie des Kokillentauchrohrs in einem bestimmten Winkel ausgerichtet sind.

Schließlich wird in der DE 602 19 062 T2 eine Vorrichtung zum Gießen von Metallen beschrieben, wobei Magnetkerne und elektrische Leiterwicklungen umfassende Magnetelemente zum Erzeugen eines Magnetfeldes durch eine angelegte Mehrphasen-Wechselspannung entlang jeder Längsseite der Kokille angeordnet sind. Durch die Anordnung solcher magnetischer Elemente werden Bewegungen des geschmolzenen Materials in dem Bereich der oberen Oberfläche in den Endbereichen beeinflusst und ein Bremsen der Abwärtsbewegung der Schmelze ermöglicht.

Ausgehend von diesem geschilderten Stand der Technik besteht die Aufgabe der Erfindung darin, für die Pole der elektromagnetischen Bremssysteme von Stranggießkokillen eine solche Anordnung und Ausrichtung anzugeben, durch die eine Beeinflussung der Flüssigkeitsströmung des Flüssigstahls aus dem Tauchrohr der Kokille in direkter Weise durchgeführt werden kann.

Die gestellte Aufgabe wird mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 dadurch gelöst, dass zur direkten bzw. unmittelbaren elektromagnetischen Beeinflussung der aus dem Kokillentauchrohr austretenden Flüssigkeitsstrahlen je Kokillenbreitseite mindestens zwei symmetrisch zur senkrechten Bezugslinie des Kokillentauchrohrs angeordnete Pole mit ihren Hauptachsen des Austrittsquerschnitts in einem bestimmten Winkel α₁ bzw. α₂ entsprechend ausgerichtet werden.

Durch die Ausrichtung der Pole der elektromagnetischen Bremseinrichtung in die Hauptstromrichtung der Tauchrohrströmung beeinflusst die elektromagnetische Bremseinrichtung als lokal wirkendes Feld die aus dem Kokillentauchrohr austretenden Flüssigkeitsstrahlen direkt bzw. unmittelbar bezüglich ihrer Richtung, ihrem Geschwindigkeitsprofil und ihrer Turbulenzstruktur. Durch die in dieser Weise modifizierten Flüssigkeitsstrahlen werden mit Vorteil die Entstehung von schädlichen Geschwindigkeitsschwankungen im Badspiegel zumindest begrenzt und sind dadurch kontrollierbar. Die hierdurch erzielbaren Ergebnisse sind u. a. geringe Turbulenzen im Badspiegel, weniger unerwünschte Einschlüsse von beispielsweise Gießpulver oder Schlacke und eine homogene Temperaturverteilung und damit insgesamt eine verbesserte Qualität der Gießprodukte und eine Steigerung der Gießgeschwindigkeit.

Durch die konzentrierte Wirkung der erfindungsgemäßen Polanordnung und Polausbildung der elektromagnetischen Bremseinrichtung auf die Tauchrohrströmung ist der erforderliche Leistungsbedarf der Bremseinrichtung sehr gering und beträgt nur ca. ¼ bis ½ der sonst aufzubringenden elektrischen Leistung, wobei keine formatbreitenabhängige Anpassung der Bremseinrichtung, sondern nur eine Einstellung der Feldstärke in Abhängigkeit zur Durchsatzmenge vorzusehen ist.

Die Bremseinrichtung wird dabei im Wesentlichen mit einem permanenten Feld und einstellbarer Feldstärke mittels Gleichstrom betrieben; aber auch ein Betrieb mit wechselnder Feldstärke und möglicher Richtungsumkehr mittels Wechselstrom kann alternativ durchgeführt werden.

Die Pole der erfindungsgemäßen elektromagnetischen Bremseinrichtung weisen einen beliebigen Austrittsquerschnitt unter Ausprägung einer Hauptachse auf, wobei dieser Austrittsquerschnitt beispielsweise als Dreieck, als Rechteck, als beliebiges Vieleck oder mit einer bogenförmigen Kontur ausgebildet sein kann.

Gemäß der Erfindung wird die Ausrichtung der Hauptachsen so definiert durchgeführt, dass sich die Hauptachsen der Pole mit der senkrechten Bezugslinie des Kokillentauchrohrs oberhalb der Pole in einem Winkel α₁ zwischen 1° bis 89° oder alternativ unterhalb der Pole in einem Winkel α₂ zwischen 1° bis 89° schneiden.

Die Einstellungen der Winkel α₁ bzw. α₂ werden vor dem Betrieb der Stranggießanlage durch Drehung der Pole manuell eingestellt oder sie werden nach einer weiteren Ausführungsform der Erfindung während des Betriebs der Stranggießanlage variabel durch motorische Drehung der Pole eingestellt und dann bei Bedarf geändert, wobei die motorische Einstellung der Winkel beispielsweise mittels Motor, Hydraulikdrehantrieb, Hydraulik- oder Pneumatikzylinder erfolgt. Die möglichen Drehpunkte der Pole liegen vorzugsweise auf ihrer Hauptachse, sie können aber auch je nach ihrer geometrischen Ausbildung alternativ außerhalb der Pole angeordnet sein.

In einer möglichen Ausführung der Erfindung ist die elektromagnetische Bremseinrichtung mit Spulen, Kernen und Joch direkt auf der Kokille angeordnet, so dass sie während des Betriebs der Stranggießanlage gemeinsam mit der Kokille oszilliert.

In einer weiteren möglichen Ausführung der Erfindung ist die elektromagnetische Bremseinrichtung getrennt von der Kokille ortsfest angeordnet, so dass sie nun die Oszillation der Kokille nicht mit ausführt.

Schließlich ist auch eine Auftrennung der elektromagnetischen Bremseinrichtung möglich, wobei beispielsweise die Polenden auf der Kokille und die Spulen, der Teilkern sowie das Joch auf der ortsfesten Maschinenkonstruktion angeordnet sind.

Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung werden nachfolgend an in schematischen Zeichnungsfiguren dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1

eine Kokille mit elektromagnetischer Bremseinrichtung in perspektivischer Darstellung,

Fig. 2

eine Kokille für Dickbrammen mit elektromagnetischer Bremseinrichtung in geschnittener Seitenansicht,

Fig. 3

eine Kokille für Dünnbrammen mit elektromagnetischer Bremseinrichtung in geschnittener Seitenansicht,

Fig. 4 u. 5

die Kokille der Fig. 2 mit drehbaren Polen in unterschiedlicher Winkelstellung,

Fig. 6 - 8

die Kokille mit drehbaren Polen in unterschiedlicher Winkelstellung in einer alternativen Polausbildung,

Fig. 9

beispielhafte Polausbildungen mit Darstellung der Hauptachse.

In der Figur 1 ist die Kokille 1 einer Stranggießanlage mit im unteren Bereich des Kokillentauchrohrs 2 angeordneter elektromagnetischer Bremseinrichtung in einer perspektivischen Ansicht dargestellt. Die elektromagnetische Bremseinrichtung, bestehend aus den Kernen 14, den Jochs 14' und den Magnetspulen 13, ist erfindungsgemäß so angeordnet, dass auf jeder Kokillenbreitseite 3 zwei Pole 10 einander gegenüberliegen. Sie sind symmetrisch zur senkrechten Bezugslinie 4 des Kokillentauchrohrs 2 zur Hauptstromrichtung der Tauchrohrströmung ausgerichtet, dass ihre Hauptachse 12 des Austrittsquerschnitts diese Bezugslinie 4 in einem bestimmten Winkel α₁ schneidet. Durch den Bezug der Ausrichtung der Pole 10 zur Hauptstromrichtung der Tauchrohrströmung werden durch die zwischen den Polen 10 aufgebauten Magnetfeldlinien 15 auf direktem Wege die in die Kokille 1 einströmenden Flüssigkeitsstrahlen beeinflusst. Die in der perspektivischen Ansicht der Fig. 1 nicht eingezeichnete Hauptstromrichtung der Tauchrohrströmung wird in den Figuren 2 bis 5 in jeweils geschnittener Seitenansicht dargestellt.

Die Figur 2 zeigt eine Kokille 1 für Dickbrammen mit aus dem Kokillentauchrohr 2 in etwa rechtem Winkel seitlich austretender Hauptstromrichtung 5 der Tauchrohrströmung. Entsprechend dieser Hauptstromrichtung 5 sind seitlich im unteren Bereich des Kokillentauchrohrs 2 jeweils ein Pol 10 so angeordnet, dass die Hauptachsen 12 des Austrittsquerschnitts 11_a jedes Pols 10 die senkrechte Bezugslinie 4 des Kokillentauchrohrs 2 in einem Winkel α schneidet. Da sich der Schnittpunkt oberhalb der Pole 10 befindet, ist dieser Winkel mit α₁ bezeichnet.

In der Figur 3 ist eine Kokille 1 für Dünnbrammen dargestellt mit aus dem Kokillentauchrohr 2 mit etwa 45° seitlich austretender Hauptstromrichtung 5 der Tauchrohrströmung. Die Anordnung der Pole 10 bezüglich dieser Hauptstromrichtung 5 ist gegenüber der Figur 2 so geändert, dass der Schnittpunkt der Hauptachsen 12 des Austrittsquerschnitts 11_a jedes Pols 10 mit der senkrechten Bezugslinie 4 des Kokillentauchrohrs 2 sich nun unterhalb der Pole 10 befindet, weshalb dieser Winkel zur Unterscheidung gegenüber dem Winkel α₁ mit α₂ bezeichnet ist.

Eine alternative Ausbildung einer elektromagnetischen Bremseinrichtung für eine Dickbrammenkokille 1 entsprechend der Fig. 2 zur Anpassung an veränderte Bedingungen der aus dem Kokillentauchrohr 2 austretenden Flüssigkeitsstrahlen ist in den Figuren 4 und 5 dargestellt. Die Pole 10 dieses Ausführungsbeispiels sind um einen auf den Hauptachsen 12 des Austrittsquerschnitts 11_a liegenden Drehpunkt 20 in Uhrzeigerichtung 18 bzw. entgegengesetzt 19 drehbar ausgebildet. In der Figur 5 wurden beide Pole 10 entsprechend der Drehrichtung 18 bzw. 19 gegenüber der ursprünglichen Stellung der Fig. 4 gedreht, wodurch der ursprüngliche Winkel α₁ der Figuren 2 und 4 auf einen neuen Wert α₁' in der Figur 5 vergrößert wurde.

Beispielhafte mögliche Drehungen der Pole 10 werden in den Figuren 6 bis 8 dargestellt. Die mit einer bogenförmigen Kontur ihrer Austrittsquerschnitte 11_e ausgebildeten Pole 10 sind an der Kokille 1 symmetrisch zur senkrechten Bezugslinie 4 des Kokillentauchrohrs 2 im Bereich der Austrittsöffnung 6 angeordnet. Die Figur 6 zeigt eine angenommene Ausgangsstellung. Gegenüber dieser Ausgangsstellung der Fig. 6 wurden der linke Pol 10 in Drehrichtung 18, also in Uhrzeigerichtung und der rechte Pol 10 entgegengesetzt in Drehrichtung 19 um jeweils einen Winkelbetrag von 5° nach innen gedreht, wodurch die in der Figur 7 dargestellte Stellung der Pole erhalten wurde. Eine gegenüber der Ausgangsstellung der Figur 6 entgegengesetzte Drehung der Pole 10 nach außen um einen Winkelbetrag von 20° ergibt die in der Figur 8 dargestellte Polstellung.

Um aufzuzeigen, welche Austrittsquerschnitte 11 der Pole 10 gemäß der Erfindung verwendbar sind, ist in der Figur 9 eine Auswahl möglicher unterschiedlicher Austrittsquerschnitte 11 angegeben. Die Austrittsquerschnitte 11 sind mit eingezeichneter Hauptachse 12 des Austrittsquerschnitts 11 dargestellt, wobei die obere Figurenreihe eine angenommene Ausgangsstellung und die untere Figurenreihe die in Drehrichtung 19 um einen Winkelbetrag gedrehte Endstellung zeigt. Im Einzelnen sind folgende Austrittsquerschnitte von links nach rechts dargestellt:

• Rechteckiger Austrittsquerschnitt 11_a
• Dreieckiger Austrittsquerschnitt 11_b
• Als Vieleck ausgebildeter Austrittsquerschnitt 11_c
• Ovaler Austrittsquerschnitt 11_d

1

Kokille

2

Kokillentauchrohr

3

Kokillenbreitseite

4

senkrechte Bezugslinie des Kokillentauchrohrs

5

Hauptstromrichtung der Tauchrohrströmung

6

Austrittsöffnung des Kokillentauchrohrs

10

Pol

11_a-e

Austrittsquerschnitt des Pols

12

Hauptachse des Austrittsquerschnitts der Pole

13

Magnetspulen

14

Kern

14'

Joch

15

Magnetfeldlinien

16

Schnittpunkt oberhalb der Pole

17

Schnittpunkt unterhalb der Pole

18

Drehrichtung (Uhrzeigerichtung)

19

Drehrichtung (gegen Uhrzeigerichtung)

20

Drehpunkt

α₁

Winkel zwischen senkrechter Bezugslinie des Kokillentauchrohrs und Hauptachse im Austrittsquerschnitt der Pole mit Schnittpunkt oberhalb der Pole

α₂

Winkel zwischen senkrechter Bezugslinie des Kokillentauchrohrs und Hauptachse im Austrittsquerschnitt der Pole mit Schnittpunkt oberhalb der Pole