Vorrichtung zur geformten Ausbringung zumindest teilweise erstarrten Metalls, insbesondere Stranggießkokille, und Verfahren zum Betreiben einer solchen Vorrichtung

Abstract

 Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung (1) zur geformten Ausbringung zumindest teilweise erstarrten Metalls, insbesondere eine Stranggießkokille, umfassend einen Austrittskanal zum vertikalen Austritt für zumindest teilweise erstarrtes Metall, wobei der Austrittskanal durch Seitenwände (2, 3, 4, 5) begrenzt wird, wobei zumindest in zwei sich gegenüber liegenden Seitenwänden (2, 3) mindestens ein elektromagnetischer Induktor (6, 7, 8, 9) angeordnet ist, mit dem auf das Metall eine elektromagnetische Kraft ausgeübt werden kann. Um eine hohe Formstabilität der Vorrichtung zu erreichen, dennoch aber eine effiziente Beeinflussung des noch schmelzflüssigen Metalls durch die elektromagnetischen Induktoren zu ermöglichen, sieht die Erfindung vor, dass in den beiden sich gegenüber liegenden Seitenwänden (2, 3) jeweils mindestens zwei elektromagnetische Induktoren (6, 7, 8, 9) angeordnet sind, wobei diese in Ausnehmungen (10, 11) in den Seitenwänden (2, 3) eingesetzt sind, wobei zwischen den Ausnehmungen (10, 11) mindestens ein sich vertikal erstreckender Steg (12) angeordnet ist. Des weiteren betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Betreiben einer solchen Vorrichtung.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur geformten Ausbringung zumindest teilweise erstarrten Metalls, insbesondere eine Stranggießkokille, umfassend einen Austrittskanal zum vertikalen Austritt für zumindest teilweise erstarrtes Metall, wobei der Austrittskanal durch Seitenwände begrenzt wird, wobei zumindest in zwei sich gegenüber liegenden Seitenwänden mindestens ein elektromagnetischer Induktor angeordnet ist, mit dem auf das Metall eine elektromagnetische Kraft ausgeübt werden kann. Des weiteren betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Betreiben einer solchen Vorrichtung.

[0002] Eine gattungsgemäße Vorrichtung in Form einer Stranggießkokille ist beispielsweise in der DE 195 42 211 A1 beschrieben. Hier sind im Bereich der Seitenwandungen der langen Seiten der Kokille elektromagnetische Induktoren angeordnet, mit denen ein elektromagnetischer Effekt auf das noch schmelzflüssige Metall im Inneren der Kokille ausgeübt werden kann. Die entlang der Breitseitenwände der Kokille angeordneten elektromagnetischen Spulen können dabei mit verschiedenen Stromformen beaufschlagt werden, um eine umlaufende oder statische Feldwirkung zu erzeugen.

[0003] Ähnliche Lösungen zeigen die JP 2005 230 901 A, die JP 2004 322 179 A, die EP 1 954 427 B1, die DE 698 03 775 T2, die DE 195 33 577 C1 und die CN 201 405 048 Y.

[0004] Die vorbekannten Lösungen sind teilweise nachteilig, weil die Kokillenrührer bzw. elektromagnetischen Bremsen oder Kombinationseinrichtungen aus beiden groß bauen und schwer sind. Daher sind sie in ihrem Einfluss auf die Konstruktion des Maschinenkopfes einer Stranggießmaschine sehr nachteilig. Andere bekannte elektromagnetische Einrichtungen bauen über die gesamte Strangbreite und schwächen so den Wasserkasten der Kokille in Bezug auf seine Steifigkeit signifikant. Dies kann zu unerwünschten Verwerfungen der Wasserkastenstruktur führen, wodurch die Gefahr der Spaltbildung zwischen den Kupferplatten steigt und die Qualität des Gießgutes negativ beeinflusst.

[0005] Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der gattungsgemäßen Art zu schaffen, insbesondere eine Stranggießkokille, die die genannten Nachteile vermindert. Es soll eine flexible elektromagnetische Einrichtung zur Verfügung gestellt werden, die den Anforderungen an eine formstabile und steife Kokillenkonstruktion gerecht wird. Insbesondere soll im oberen Kokillenbereich durch elektromagnetische Gleich- oder Wanderfelder die Strömung des Flüssigstahls positiv beeinflusst werden können.

[0006] Die Lösung dieser Aufgabe durch die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass zumindest in den beiden sich gegenüber liegenden Seitenwänden jeweils mindestens zwei elektromagnetische Induktoren angeordnet sind, wobei diese in Ausnehmungen in den Seitenwänden eingesetzt sind, wobei zwischen den Ausnehmungen mindestens ein sich vertikal erstreckender Steg angeordnet ist.

[0007] Die einzelnen elektromagnetischen Induktoren sind dabei bevorzugt als separate Einheiten ausgebildet, die unabhängig voneinander betrieben werden können. Auch ist ein unabhängiger Austausch, d. h. Aus- und Einbau, der einzelnen Einheiten möglich, was die Flexibilität des Systems entsprechend erhöht.

[0008] Die Vorrichtung ist dabei bevorzugt eine Stranggießkokille.

[0009] Dabei können zwei sich gegenüber liegende Seitenwände in horizontale Richtung mindestens doppel so lang ausgebildet sein wie zwei andere sich gegenüber liegende Seitenwände, wobei nur in den längeren Seitenwänden elektromagnetische Induktoren angeordnet sind. Die Kokille hat demgemäß zwei "lange" und zwei "kurze" Seiten. Hierbei können genau zwei elektromagnetische Induktoren in den längeren Seitenwänden angeordnet sein.

[0010] Die Ausnehmungen für die elektromagnetischen Induktoren sind bevorzugt in der Vorderansicht der Seitenwand rechteckförmig ausgebildet. Die Mitte der Ausnehmungen, gesehen in vertikale Richtung, liegt dabei bevorzugt um einen Versatz oberhalb der Mitte der Seitenwand, wiederum gesehen in vertikale Richtung. Besagter Versatz beträgt bevorzugt mindestens 30 mm, vorzugsweise mindestens 50 mm.

[0011] Zumindest die Seitenwände, die mit elektromagnetischen Induktoren versehen sind, können eine Wasserkühlung aufweisen.

[0012] Die elektromagnetischen Induktoren können mit Mitteln zur Erzeugung eines elektromagnetischen Gleichfeldes oder eines elektromagnetischen Wanderfeldes in Verbindung stehen.

[0013] Die elektromagnetischen Induktoren sind bevorzugt unabhängig voneinander ein-und ausbaubar ausgebildet.

[0014] Das vorgeschlagene Verfahren zum Betrieb der beschriebenen Stranggießkokille stellt darauf ab, dass die in den beiden sich gegenüber liegenden Seitenwänden jeweils vorhandenen mindestens zwei elektromagnetische Induktoren ausgetauscht werden, wobei der Austausch der einzelnen elektromagnetischen Induktoren unabhängig vom Austausch eines andern elektromagnetischen Induktors erfolgt.

[0015] Wenngleich vorliegend von einer Stranggießkokille gesprochen wird, ist die beschriebene Erfindung generell dort vorteilhaft einsetzbar, wo Flüssigmetall, insbesondere Flüssigstahl mittels elektromagnetischer Felder beeinflusst werden soll.

[0016] Durch die Kombination von Rühren und Bremsen kann ein weitläufigeres Gebiet der Einsatzmöglichkeiten zur gezielten Optimierung der Flüssigstahlströmung innerhalb der Kokille erschlossen werden. Durch die spezielle Anordnung von vier separaten Spulen (elektromagnetischen Induktoren) werden dabei insbesondere metallurgische Produktverbesserungen, eine hohe Betriebssicherheit und minimale Investitions- und Betriebskosten für den Anlagenbetreiber erzielbar.

[0017] Die vorgeschlagene Kokille ist somit bevorzugt mit vier separaten elektromagnetischen Induktionsspulen zum wahlweisen Rühren oder Bremsen des Flüssigmetall versehen, die in die Kokille eingebaut oder eingefahren werden. Die Mitte der Induktoren ist in Vertikalrichtung bevorzugt mindestens 50 mm von der Kokillenmitte nach oben in Richtung des Gießspiegels versetzt. In jedem Kokillenwasserkasten sind jeweils mindestens zwei Fenster (Ausnehmungen) zur Aufnahme der elektromagnetischen Spulen so eingebracht, dass sie durch einen stützenden Vertikalsteg horizontal voneinander getrennt sind und die Spulen jede einzeln und unabhängig von der benachbarten Spule ein- und ausgebaut werden kann. Insbesondere sind vier Teilspulen in den Seitenwänden vorgesehen, die unabhängig voneinander ein- und ausgebaut werden können.

[0018] Demgemäß ergibt sich in vorteilhafter Weise eine Verbesserung des Endprodukts durch den Einsatz der vorgeschlagenen Vorrichtung.

[0019] Von zentraler Bedeutung ist in diesem Zusammenhang zunächst die Erhöhung der Steifigkeit des Wasserkastens, was zu einer besseren Brammenqualität führt. Es wird eine hohe Formstabilität der Kokille sichergestellt, das heißt es besteht eine geringere Gefahr der Verwerfung der Kokillenstützstruktur, die zu Durchbrüchen der Strangschale als Folge von Stahlinfiltration in Spalte zwischen den Kupferplatten führen kann. Somit ist auch eine höhere Betriebssicherheit gegeben.

[0020] Weiterhin kann eine Verlängerung der Standzeiten der Kupferplatten erreicht werden, indem ein Umschalten auf Bremsen erfolgt, wodurch der Stahlfluss bei geringerer Gießbreite gebremst wird.

[0021] Eine reduzierte oszillierende Masse hat ferner vorteilhaft weniger eingeleitete Kräfte in das Fundament zur Folge, wodurch weniger aufwändige Umbauten möglich werden.

[0022] Es ist ein größerer Betriebsbereich der Kokillenoszillation in Richtung höherer Frequenzen möglich, das heißt eine höhere Oszillationsdynamik. Ferner sind geringe Schwerpunktverlagerungen bei festem Einbau möglich, was eine sichere Kontrolle der Schließkräfte der Kokillenbreitseitenklemmung erlaubt. Damit einher geht eine größere Sicherheit gegen das Öffnen der Kokille und ein geringerer Verschleiß der Kupferplatten während der Schmalseitenverstellung im Gießbetrieb.

[0023] Weiterhin ergibt sich vorteilhaft eine Verringerung des Einbauraumes, wodurch manche Umbauten erst möglich werden.

[0024] Durch den modularen Aufbau der vorgeschlagenen Kokille können die Investitionskosten reduziert werden.

[0025] Es ist weiterhin eine geringere Anzahl von elektromagnetischen Reserve-Spulen nötig, da durch den modularen Aufbau ein Austausch möglich ist. Die Investitionskosten vermindern sich auch insofern.

[0026] Durch die sich ergebende kompakte Bauweise ist die externe Anordnung auf einem Manipulationssystem möglich.

[0027] Durch die spezielle Kompakt-Anordnung im Oberteil der Kokille können wesentliche Bauteile der Kokille, wie Fußrollen und Fußrollengerüste, aus festem Carbon-Stahl ausgeführt werden. Es ist nicht notwendig, austenitische Weichmaterialien oder sehr teure hochfeste austenitische Spezialmaterialien einzusetzen. Dieser Vorteil kommt dem Betreiber der Anlage zu Gute, da diese Bauteile immer dem Verschleiß ausgesetzt sind und somit regelmäßig erneuert werden müssen.

[0028] Durch die Rührfunktion kann im oberen Bereich auf der Innenseite der Strangschale ein Reinigungseffekt ("washing effect") erreicht werden, das heißt der Reinheitsgrad der Bramme kann erhöht werden. Ferner kann ein homogenes Strangschalenwachstum positiv beeinflusst werden. Auch die Gefügeausbildung wird positiv beeinflusst.

[0029] Weiterhin wird eine Minimalströmung an der Oberfläche des Flüssigstahls in den Kokille sichergestellt. Hierdurch können Einfrierungen oder lokale Brückenbildungen vermieden werden. Dies ist speziell für große Gießbreiten sehr vorteilhaft. Bei risssensitiven Stählen, die zu Längsrissen in der Mitte der Kokille neigen, ist dies sehr hilfreich, wenn langsam gegossen wird.

[0030] In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt. Es zeigen:

Fig. 1

in perspektivischer Darstellung eine Stranggießkokille in fertig montiertem Zustand,

Fig. 2

die Stranggießkokille gemäß Fig. 1 in teilweiser Explosions-darstellung,

Fig. 3 bis Fig. 7

schematisch verschiedene Draufsichten auf die Stranggießkokille, teilweise mit Angabe der von den elektromagnetischen Induktoren erzeugten Magnetfelder.

[0031] In den Figuren 1 und 2 ist eine Stranggießkokille 1 skizziert, die im wesentlichen aus vier Wandungsteilen besteht. Die vier Seitenwände sind mit 2, 3, 4 und 5 bezeichnet. Dabei sind die beiden Seitenwände 2 und 3 "lange" Wände, die beiden Seitenwände 4 und 5 sind "kurze" Wände, die die beiden langen verbinden. Die Stranggießkokille 1 ist dabei zunächst weitgehend vorbekannt ausgebildet, das heißt es sind Kupferplatten 13 vorhanden, die die Seitenwände 2, 3, 4, 5 zum Inneren der Stranggießkokille 1 hin begrenzen. Die Seitenwände selber - jedenfalls die beiden langen Seitenwände 2, 3 - sind als Wasserkästen ausgeführt, um sie hinreichend kühlen zu können.

[0032] In den beiden langen Seitenwänden 2, 3 sind jeweils zwei Ausnehmungen 10 und 11 eingearbeitet, die eine quaderförmige Ausgestaltung haben. Passend hierzu sind Abschnitte von elektromagnetischen Induktoren 6, 7, 8 und 9 ausgebildet. Demgemäß können die Induktoren 6, 7, 8, 9 in die Ausnehmungen 10 und 11 eingeschoben werden, um die Induktoren in ihre Arbeitsposition zu bringen.

[0033] Wesentlich ist dabei, dass zwischen den Ausnehmungen 10 und 11 ein sich vertikal erstreckender Steg 12 angeordnet ist. Dieser Steg 12 stellt eine signifikante Stabilisierung der Seitenwand 2, 3 bzw. des Wasserkastens dar, so dass die oben genannten Vorteile erzielt werden können.

[0034] Wie es sich aus Fig. 2 ergibt, ist dabei die vertikale Lage der Ausnehmungen 10, 11 relativ zu den Seitenwänden 2, 3 versetzt. Der Versatz ist mit a angegeben (Versatz zwischen der vertikalen Mitte der Seitenwand 2, 3 und der vertikalen Mitte der Ausnehmung 10, 11) und beträgt bevorzugt mindestens 50 mm.

[0035] In den Figuren 3 bis 7 sind verschiedene Beispiele für den Betrieb der vorgeschlagenen Vorrichtung skizziert. Gezeigt ist jeweils schematisch die Draufsicht auf die Brammenkokille 1 einer Stranggießanlage, wobei an den beiden Längsseiten mit den Seitenwänden 2 und 3 jeweils die beiden elektromagnetischen Induktoren 6 und 7 bzw. 8 und 9 angeordnet sind.

[0036] Moderne PWM-Umrichter (Pulsweitenmodulations-Umrichter) können, wenn sie im 4-Quadranten-Betrieb betrieben werden, sowohl Gleichstrom als auch Wechselstrom unterschiedlicher Frequenz erzeugen. Betreibt man einen solchen PWM-Umrichter an einer Einrichtung wie in Fig. 3 dargestellt, kann je nach Betriebsweise ein elektromagnetisches Gleichfeld oder ein Wanderfeld erzeugt werden.

[0037] Werden in einem 3-Phasen-Umrichter die Ausgangsströme des ersten und des dritten Umrichters konstant und in Gegenphase gehalten, so wird ein Gleichstrom erzeugt, der vom ersten zum dritten Wechselrichter fließt. Bei entsprechender Schaltung der Blockwickel auf den Zähnen der Magnetjoche wird ein Gleichfeld in der Brammenkokille aufgebaut. Die Feldstärke des Gleichfeldes kann entsprechend der Stromstärke, die der Generator erzeugt, reguliert werden. Dies ist in Fig. 4 angedeutet, wo der sich ergebende magnetische Fluss angedeutet ist (s. Nord- und Südpole der Magneten und die Pfeilrichtung des magnetischen Flusses).

[0038] Werden die Wechselrichter des Umrichters um 120° zueinander phasenverschoben und als Wechselrichter betrieben, so wird ein Wanderfeld erzeugt (s. Fig. 5). Hiermit können Schmelzeströmungen erzeugt werden, wie es in den Figuren 6 und 7 angedeutet ist (rechtsdrehende oder linksdrehende Strömung).

[0039] Da die PWM-Umrichter jede beliebige Stromkurvenform erzeugen können, sind auch modulierte Gleichströme möglich, die modulierte Gleichfelder aufbauen, das heißt ein Gleichfeld wird von Wechselfeldern überlagert. Hierbei sind alle denkbaren Modulierungen und Schmelzeströmungen möglich.

Bezugszeichenliste:

[0040] 

1

Vorrichtung zur geformten Ausbringung von Metall (Stranggießkokille)

2

Seitenwand

3

Seitenwand

4

Seitenwand

5

Seitenwand

6

elektromagnetischer Induktor

7

elektromagnetischer Induktor

8

elektromagnetischer Induktor

9

elektromagnetischer Induktor

10

Ausnehmung

11

Ausnehmung

12

Steg

13

Kupferplatte

V

vertikale Richtung

a

Versatz

Ansprüche

1. Vorrichtung (1) zur geformten Ausbringung zumindest teilweise erstarrten Metalls, umfassend einen Austrittskanal zum vertikalen Austritt für zumindest teilweise erstarrtes Metall, wobei der Austrittskanal durch Seitenwände (2, 3, 4, 5) begrenzt wird, wobei zumindest in zwei sich gegenüber liegenden Seitenwänden (2, 3) mindestens ein elektromagnetischer Induktor (6, 7, 8, 9) angeordnet ist, mit dem auf das Metall eine elektromagnetische Kraft ausgeübt werden kann,
dadurch gekennzeichnet,
dass zumindest in den beiden sich gegenüber liegenden Seitenwänden (2, 3) jeweils mindestens zwei elektromagnetische Induktoren (6, 7, 8, 9) angeordnet sind, wobei diese in Ausnehmungen (10, 11) in den Seitenwänden (2, 3) eingesetzt sind, wobei zwischen den Ausnehmungen (10, 11) mindestens ein sich vertikal erstreckender Steg (12) angeordnet ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sie eine Stranggießkokille ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass zwei sich gegenüber liegende Seitenwände (2, 3) in horizontale Richtung mindestens doppelt so lang ausgebildet sind wie zwei andere sich gegenüber liegende Seitenwände (4, 5), wobei nur in den längeren Seitenwänden (2, 3) elektromagnetische Induktoren (6, 7, 8, 9) angeordnet sind.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass zwei elektromagnetische Induktoren (6, 7, 8, 9) in den längeren Seitenwänden (2, 3) angeordnet sind.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausnehmungen (10, 11) für die elektromagnetischen Induktoren (6, 7, 8, 9) in der Vorderansicht der Seitenwand (2, 3) rechteckförmig ausgebildet sind.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Mitte der Ausnehmungen (10, 11), gesehen in vertikale Richtung, um einen Versatz (a) oberhalb der Mitte der Seitenwand (2, 3), gesehen in vertikale Richtung, liegt.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Versatz (a) mindestens 30 mm, vorzugsweise mindestens 50 mm, beträgt.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest die Seitenwände (2, 3), die mit elektromagnetischen Induktoren (6, 7, 8, 9) versehen sind, eine Wasserkühlung aufweisen.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die elektromagnetischen Induktoren (6, 7, 8, 9) mit Mitteln zur Erzeugung eines elektromagnetischen Gleichfeldes in Verbindung stehen.

10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die elektromagnetischen Induktoren (6, 7, 8, 9) mit Mitteln zur Erzeugung eines elektromagnetischen Wanderfeldes in Verbindung stehen.

11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die elektromagnetischen Induktoren (6, 7, 8, 9) unabhängig voneinander ein- und ausbaubar ausgebildet sind.

12. Verfahren zum Betreiben einer Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 11,
dadurch gekennzeichnet,
dass die in den beiden sich gegenüber liegenden Seitenwänden (2, 3) jeweils vorhandenen mindestens zwei elektromagnetische Induktoren (6, 7, 8, 9) ausgetauscht werden, wobei der Austausch der einzelnen elektromagnetischen Induktoren (6, 7, 8, 9) unabhängig vom Austausch eines andern elektromagnetischen Induktors (6, 7, 8, 9) erfolgt

Zeichnung