AT391432B - Vorrichtung zum horizontalen stranggiessen - Google Patents

Description

Nr. 391 432

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum horizontalen Stranggießen, welche Vorrichtung mit einem Schmelzenbehälter versehen ist, der eine seitliche Ausgußöffnung aufweist, deren Querschnitt etwa dem Sollquerschnitt des zu gießenden Stranges entspricht, und einen ersten, unter den Badspiegel im Behälter ragenden Stromkontakt enthält, wobei die Strangbahn einen zweiten Stromkontakt für den Strang aufweist und entlang der Strangbahn Magnete zur Erzeugung eines horizontalen und rechtwinklig zur Stranglängsrichtung gerichteten magnetischen Feldes angeordnet sind, wobei vorzugsweise im Stranglauürichtung hinter der Ausgußöffnung lange Spulen oder mehre Spulen und Kühlvorrichtungen abwechselnd hintereinander angeordnet sind, sowie mit Kühleinrichtungen zur Kühlung des Stranges.

Bei horizontal angeordneten Stranggießkokillen treten gegenüber vertikal angeordneten Stranggießkokillen zusätzliche Schwierigkeiten dadurch auf, daß sich die noch weiche Strangschale innerhalb der Kokille durch die Schwerkraft des Stranges im wesentlichen nur gegen die untere Halbschale der Kokille abstützt, so daß darin eine intensive Kühlung und durch das Entstehen eines Spaltes in der oberen Halbschale der Kokille eine mangelhafte Kühlung des Stranges entsteht, die vielfach ein Verziehen des Stranges und eine unregelmäßige, unerwünschte Strangstruktur erzeugt

Im weiteren stellt beim horizontalen Stranggießen das Oszillieren der Kokille ein noch nicht befriedigend gelöstes Problem dar. Zwischen der Ausgußdüse und dem Formhohlraum ist im Berührungsbereich der Relativbewegung zwischen diesen beiden Teilen eine Abdichtung notwendig. Die hohe Temperatur, die Wärmeausdehnung der Ausgußdüse und die Möglichkeit des Eintritts von flüssigem Metall in den Dichtungsbereich erschweren das Auffinden einer dieser komplexen Beanspruchung standhaltenden Dichtung. Verschiedene jüngere Vorschläge zum horizontalen Stranggießen sehen deshalb keine Kokillen-Oszillation vor. Die Kokille wird bei Wegfall der Oszillation fest mit der Ausgußdüse verbunden. Schmiermittel oder inerte Gase etc. sollen hier ein Festkleben der Strangschale an der Kokillenwand verhindern.

Ein zusätzliches allgemeines Problem beim horizontalen Stranggießen ist die Rückkühlung und ein Anfrieren von Metall in der Ausgußdüse durch die von der anliegenden, gekühlten Kokille abgeführte Wärme. Das Vorhandensein von Metallkrusten in der Ausgußdüse kann zu Störungen beim Gießen und zu Strangfehlem führen.

Es ist eine horizontale Stranggießanlage bekannt (DE-OS 1 558 217), die ein Zusammenbrechen oder Einfallen der Strangschale auf ihrer Oberseite dadurch verhindern will, daß da metallostatische Druck im teilweise erstarrten Strang so verstärkt wird, daß die Strangschale auch auf ihrer Oberseite ausreichend von innen gestützt wird. Der metallostatische Druck wird dabei durch Einwirkung elektromagnetischer Kräfte in axialer Richtung auf den noch flüssigen Strangkem beeinflußt. Diese Lösung beinhaltet ebenfalls eine nicht oszillierbare Kokille. Um ein Kleben der Strangschale an der Kokillenwand zu verhindern, ist vorgesehen, in den Spalt zwischen der Ausgußdüse und der gekühlten Kokille Schmiermittel einzupressen. Die Zugabe des Schmiermittels im vorgesehenen Bereich ist aber störanfällig, weil jede Druck- und Viscositätsveränderung im flüssigen Gießmetall unterschiedliche Druckverhältnisse zum Einpressen des Schmiermittels erfordert, deren Parameter mittels einer Steuerung kaum erfaßbar sind.

Es ist auch bekannnt (DE-OS 1558 224), die Schwerkraft eines horizontalen Stahlstranges nach dem Austritt aus der Kokille zu kompensieren, um eine Deformation der noch weichen Strangkruste durch das Eigengewicht des Stranges zu verhindern. Die Schwakraft wird dabei durch Beeinflussung des Stranges mittels vorzugsweise in seina Längsrichtung fließender Gleich- oder Wechselströme in Verbindung mit senkrecht auf diesen stehenden und horizontal verlaufenden Gleich- oder Wechselmagnetfedern kompensiert. Das flüssige Metall und die Strangschale erfahren dabei gemäß dem bekannten Prinzip der Dreifingerregel und richtiger gegenseitiga Polung von Strom und Magnetfeld in diesen Feldern aufwärts gerichtete Kräfte. Auch diesa Vorschlag sieht eine nicht oszillierbare, direkt an der Ausgußöffnung eines Metallbehälters anliegende Kokille vor. Die Wirkung des metallostatischen Druckes wird aba außer Acht gelassen. Dieser würde nämlich die Flüssigkeitsteilchen vom aus einem Behälter abgezogenen flüssigen Metall zerstreuen und/oder eine dünne Strangschale ausbeulen. Die genannten Probleme im Zusammenhang mit nicht oszillierbaren Kokillen, der Strangschmierung, der Rückkühlung und der ungleichmäßigen Kühlung der Strangober- und Unterseite innerhalb der Kokille waden durch die genannte Schwerkraftkompensation außerhalb der Kokille nicht beeinflußt

Aus der AT-PS 275 769 ist weiter ein kokillenloses vertikales Stranggießen von Leichtmetallegierungen bekannt das ein den flüssigen Metallstrom umgebendes elektromagnetisches Wechselfeld verwendet. Dieses Wechselfeld soll ein durch die Schwerkraft voursachtes Auseinanderfließen des Metalles verhüten und gleichzeitig einen Strang formen. Die beim horizontalen Stranggießen auftretenden Probleme sind gegenüba dem vertikalen Stranggießen stark verschieden, weil die Schwerkräfte im flüssigen Kern über den genannten Strangumfang unterschiedlich wirken.

Die Erfindung hat sich deshalb die Aufgabe gestellt, die vorgenannten Probleme und Nachteile im Zusammenhang mit dem horizontalen Stranggießen ganz oder teilweise auszuschalten und mittels immaterieller Strangunterstützung sowie mittels immateriellen Zusammenhalten des Stranges ein neues Horizontal-Stranggießkonzeptzu schaffen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der seitlichen Ausgußöffnung unmittelbar nachfolgend zumindest eine den Querschnitt der Ausgußöffnung umfassende Spule zur Erzeugung eines zur Strangbahn koaxialen elektromagnetischen Wechselfeldes vorgesehen ist. -2-

Nr. 391 432

Durch das induzierte Wechselmagnetfeld werden im Strang nach innen gerichtete Kräfte erzeugt, die das flüssige Metall bzw. den teilerstarrten Strang auf immaterielle Weise mit Hilfe magnetischer Wechselfelder Zusammenhalten. Gleichzeitig wird aber auch die Schwerkraft kompensiert, so daß mindestens ein der Ausgußdüse anschließender Teilbereich schwebend, d. h. ohne materielle Strangunterstützung und ohne materielles Zusammenhalten, überbrückt werden kann. Durch diesen schwebend übeibrückten Teilbereich steht die Ausgußöffnung oder Ausgußdüse des Behälters nicht mehr in Berührung mit einer Kokille und die genannten Probleme im Zusammenhang mit der Rückkühlung und der Dichtung zwischen der Kokille und der Ausgußdüse treten nicht mehr auf. Auch ist gewährleistet, daß das flüssige Metall bzw. der teilerstarrte Strang in der horizontalen Abzugsrichtung sich bewegt, wobei das flüssige Metall bzw. der teilerstarrte Strang in ihrer vorbestimmten Form verbleibt.

Ein weiteres Merkmal der Erfindung ist dadurch gegeben, daß im Teilbereich der Strang gleichzeitig gekühlt und eine selbststützende Strangschale erzeugt wird. Dabei werden mit Vorteil in Stranglaufrichtung lange Spulen oder mehrere Spulen und Kühlvorrichtungen hintereinander angeordnet Es wird nunmehr möglich, mit wenigen Tragrollen auszukommen oder sogar auf eine Kokille und auf Tragrollen überhaupt zu verzichten, was der Oberflächenbeschaffenheit wegen des Nichtvorhandenseins von Reibungsflächen zugute kommt. Auch wird die weiche Strangschale durch die Tragrollen nicht dauernd abwechslungsweise auf Zug und Druck belastet Eine gleichmäßige Kühlung kann ohne Kokille und ohne Behinderung durch Tragrollen besser verwirklicht werden.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigen: Fig. 1 einen Längsschnitt einer ersten, ohne Kokille arbeitende Ausführungsform der Erfindung, Fig. 2 einen Längsschnitt einer zweiten Ausführungsform der Erfindung, wobei eine Kokille zur Anwendung kommt, Fig. 3 einen Teil eines Längsschnittes nach Fig. 2 mit einer Spulenvariante, Fig. 4 einen Vertikalschnitt durch eine Ausführungsform einer Spulenanordnung und Fig. 5 einen Schnitt gemäß der Linie (V-V) in Fig. 4.

Fig. 1 zeigt einen mit Schmelze (3) gefüllten Behälter (1), in dessen unterem Bereich sich seitlich eine Ausgußöffnung (2) befindet. Anschließend an diese Ausgußöffnung (2) ist in einem Teilbereich (4) eine Strangunterstützung angeordnet. Sie besteht aus einer Einrichtung zur Kompensation der Schwerkraft und einer Einrichtung zur Kompensation des metallostatischen Druckes. Die Schwerkraftkompensation wird erreicht, indem einerseits mittels einer eingetauchten Elektrode (11) und einem Stromabnehmer (12) ein Wechsel- oder Gleichstromschaltkreis (10) vorgesehen ist, der durch die Schmelze (3) und einen sich bildenden Strang (6) verläuft. Anderseits wird ein Magnetgleich- oder Wechselfeld (18), bei der Ausgußdüse (2) beginnend, horizontal und rechtwinklig zur Stranglängsrichtung aufgebaut Die Richtung dieser Felder (18) verläuft durch den Strang und führt vom Betrachter weg. Dadurch werden gemäß der Dreifingerregel aufwärts gerichtete Kräfte bei richtiger Polung von Feld und Strom in einer Größenordnung erzeugt, die die Schwerkraft des Stranges in einstellbarem Maße kompensieren. Größe und Richtung dieser Kompensationskraft ergeben sich aus dem vektoriellen Produkt aus Stromdichte und magnetischer Induktion. Bei unrichtiger Einstellung der Phasenlage eines der beiden Komponenten kann beispielsweise die Schwerkraft verstärkt werden. Durch Umpolung entweder des Stromes oder des magnetischen Feldes wird sich die Kraftrichtung umkehren und als Kompensationskraft wirken.

Der metallostatische Druck wird mittels den Strang (6) umgebender Spulen (19), durch welche elektromagnetische Wechselfelder im Strang induziert werden, im wesentlichen kompensiert. Diese Felder bewirken radial nach innen gerichtete Volumenkräfte, deren Integration über die Wegstrecke von außen nach innen einen radial zur Stranglängsachse gerichteten Druck ergibt, der als Gegendruck zum metallostatischen Druck wirkt Dieser elektromagnetisch erzeugte Gegendruck kann durch die Wahl der Frequenz und die Stärke des Wechselstromes in den Spulen (19) des damit erzeugten Wechselfeldes reguliert werden. (Der Druck steigt mit dem Quadrat der Stromstärke und ist bei konstant gehaltener im Strang induzierter Verlustleistung umgekehrt proportional mit der Quadratwurzel aus der Frequenz). Der Wirkungsbereich dieses Gegendruckes sollte sich zweckmäßigerweise über einen solchen Bereich der Schwerkraft-Kompensation erstrecken, in welchem sich die Strangschale bildet oder noch nicht genügend tragfähig ist. Es ist bekannt, daß die vom Magnetfeld beeinflußte Schicht, innerhalb der der Gegendruck im wesentlichen aufgebaut wird, mit steigender Frequenz dünner wird. Im trag- oder stützrollenfreien Bereich sind mehrere solcher Spulen (19) in Stranglaufrichtung hintereinander angeordnet. Der Querschnitt der Ausgußöffnung (2) entspricht etwa dem Soll-Querschnitt des zu vergießenden Stranges und kann eine beliebige Form aufweisen. Der Querschnitt des von jeder Spule (19) umschlossenen Hohlraumes hat etwa die gleiche Form wie der Soll-Querschnitt des zu vergießenden Stranges, ist aber etwas größer als dieser Soll-Querschnitt.

Die Spulen (19) sind an den Außenseiten mit einer Isolationsschicht, wie Keramik, Email etc., versehen und weisen Kühlkanäle (20) auf. Zwischen den Spulen (19) sind Kühlvorrichtungen (24) in Form von Sprühdüsen angeordnet, welche die Bildung einer Strangschale beschleunigen. Die aus den Sprühdüsen austretenden Sprühfächer (25) bilden eine ununterbrochene Beaufschlagungszone. Es ist zur Vermeidung von Rückkühlung jedoch wichtig, daß die Ausgußdüse (2) durch die Sprühfächer (25) nicht gekühlt wird. Bei dieser Ausführung ist eine Verwendung von Schmiermitteln überflüssig. Auch können bei diesem Ausführungsbeispiel mehrlagige Spulenanordnungen angewendet werden.

Der elektromagnetisch gestützten Zone können Tragrollen (26) nachgeordnet werden. Durch angetriebene Rollen (5) wird der Strang bzw. bei Gießbeginn der Anfahrstrang bewegt -3-

Claims (2)

1. Nr. 391 432 Beim Anfahren wird ein nicht dargestellter, starrer Anfahrstrang mittels der Treiberrollen (5) entgegengesetzt zur Strangabzugsrichtung zu der Ausgußöffnung (2) gefahren und mittels dem Kopf des Anfahrstranges die Ausgußöffnung (2) verschlossen. Nur während des Ein- und Ausfahrens werden zur Unterstützung des Anfahrstranges nicht gezeichnete Rollen verwendet, die nach dem Erscheinen des Warmstranges weggeschwenkt werden. Bei Gießbeginn wird der Schaltkreis (10) über den Anfahrstrang geschlossen. Fig. 2 zeigt ein Beispiel bei Verwendung einer wassergekühlten Kokille (30) mit einem Oszillationsmechanismus (31). Für identische Teile sind hier die gleichen Bezugszeichen wie in Fig. 1 verwendet worden. Die Ausgußdüse (2) ragt in den Hohlraum einer Spule (34), die die Kompensation des metallostatischen Druckes mindestens in einem Teilbereich (7) zwischen der Ausgußöffnung (2) und der Kokille (30) bewerkstelligt. Die Stromstärke und die Frequenz werden so eingestellt, daß eine leichte Einschnürung des flüssigen Metalles zwischen dem Ausguß (2) und der Kokille (30) entsteht. Mit der Einschnürung wird bezweckt, daß die Gesamtheit des flüssigen Metalles in die Kokille (30) eintritL Zwischen der Spule (34) und der Kokille (30) ist immer wenigstens ein Spalt (35) vorhanden. Im Bereich zwischen der Ausgußöffnung (2) und der Koldlle (30) wirkt gleichzeitig die Schwerkraftkompensation wie es anhand der Fig. 1 beschrieben worden ist. Mit Vorteil wird die Schwerkraftkompensation auch in der Kokille (30) fortgesetzt. Dadurch kann erreicht werden, daß der Strang (6) konzentrisch in der Kokille (30) verläuft, so daß den durch Strangschwund verursachte Spalt gleichmäßig über den Umfang des Stranges verteilt wird, was der Strangqualität zugute kommt. Tragrollen (38) sind der Kokille nachgeordnet. An der Innenwand der Ausgußdüse (2), vorteilhafterweise im Bereich des Einschnürungsbeginnes, ist eine Ringnut (41) vorgesehen, die mit einer Zufuhrleitung (42) für ein Schmiermittel oder eine Gießpulverschlacke in Verbindung steht. Ein Film (43) aus Schmiermittel oder aus Schlacke ist in Fig. 3 dargestellt. Der Film (43) schützt das Metall zwischen der Ausgußöffnung (2) und der Kokille (30) vor Kontakt mit dem Luftsauerstoff und schmiert anschließend den Strang in der Kokille (30). Es ist aber auch möglich, die genannten Mittel auf den eingeschnürten Bereich aufzusprühen. In Fig. 3 ist auch eine andere Spulenanordnung dargestellt. Es handelt sich hier um drei konzentrische und etwa in der gleichen Ebene liegende Spulen (47), (48) und (49) oder um eine 3-lagige Spule, die zur Erhöhung der für die Formkraft auf den Strang eine sehr günstige Inhomogenität der Kraftwirkung erzeugt. Auch sind mehrere, in Strangabzugsrichtung hintereinander angeordnete Reihen von konzentrischen Spulen möglich, die jeweils verschiedene Frequenzen aufweisen und/oder miteinander phasenverschieden sein können. In den Fig. 4 und 5 sind der teilweise erstarrte Strang (6) durch die konzentrisch zur Stranglängsachse angeordneten Spulen (19) umgeben. Die Sprühfächer (25) sorgen für eine gleichmäßige Kühlung der Oberfläche des Stranges (6). Das in Fig. 1 und 2 schematisch dargestellte Magnetfeld, (18) wird durch eine Spule (50) erzeugt, deren Windungen parallel zur Stranglängsachse verlaufen. In der Regel besteht die Spule (50) aus zwei schalenförmigen Spulenhälften. Die Trennlinie der beiden Spulenhälften wird mit Vorteil vertikal angeordnet. Durch horizontales Verfahren mindestens einer Spulenhälfte kann eine Zugänglichkeit zum Strang geschaffen werden. Die Anwendung der Erfindung ist für Knüppel- und Vorblockformate besonders vorteilhaft. PATENTANSPRÜCHE 1. Vorrichtung zum horizontalen Stranggießen, welche Vorrichtung mit einem Schmelzenbehälter versehen ist, der eine seitliche Ausgußöffnung aufweist, deren Querschnitt etwa dem Sollquerschnitt des zu gießenden Stranges entspricht, und einen ersten, unter den Badspiegel im Behälter ragenden Stromkontakt enthält, wobei die Strangbahn einen zweiten Stromkontakt für den Strang aufweist und entlang der Strangbahn Magnete zur Erzeugung eines horizontalen und rechtwinkelig zur Stranglängsrichtung gerichteten magnetischen Feldes angeordnet sind, wobei vorzugsweise in Stranglaufrichtung hinter der Ausgußöffnung lange Spulen oder mehrere Spulen und Kühlvorrichtungen abwechselnd hintereinander angeordnet sind, sowie mit Kühleinrichtungen zur Kühlung des Stranges, dadurch gekennzeichnet, daß der seitlichen Ausgußöffnung (2) unmittelbar nachfolgend zumindest eine den Querschnitt der Ausgußöffnung (2) umfassende Spule (19; 34; 47,48,49) zur Erzeugung eines zur Strangbahn koaxialen elektromagnetischen Wechselfeldes vorgesehen ist. -4- Nr. 391 432
2. 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in Stranglaufrichtung hinter der Ausgußöffnung (2) lange Spulen oder mehrere Spulen (19) und Kühlvorrichtungen (24) abwechselnd hintereinander angeordnet sind (Fig. 1 und 5). 5 10 Hiezu 1 Blatt Zeichnung 15