DE2756112B2

DE2756112B2 - Verfahren und Vorrichtung zum horizontalen Stranggießen

Info

Publication number: DE2756112B2
Application number: DE2756112A
Authority: DE
Inventors: Dipl.-Ing. Dr. Wilfried Richterswil Heinemann; Prof. Dipl.-Ing. Dr. Theodor 3000 Hannover Rummel
Original assignee: Concast AG
Current assignee: SMS Concast AG
Priority date: 1976-12-17
Filing date: 1977-12-16
Publication date: 1981-06-11
Also published as: CH604974A5; FR2374113A1; FR2374113B1; JPS5376130A; DE2756112A1; AT391432B; US4146078A; CA1097880A; DE2756112C3; GB1571744A; ATA903777A

Description

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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum horizontalen Stranggießen, bei dem aus einer seitlichen Ausgußöffnung eines Behälters flüssiges Metall abgezogen, der sich bildende Strang gekühlt, in seiner Längsrichtung ein elektrischer Strom geleitet, ein Magnetfeld horizontal und rechtwinklig zur Stranglängsrichtung aufgebaut und dadurch die Schwerkraft des Stranges im wesentlichen kompensiert wird.

Bei horizontal angeordneten Stranggießkokillen treten gegenüber vertikal angeordneten Stranggießkokillen zusätzliche Schwierigkeiten dadurch auf, daß sich die noch weiche Strangschale innerhalb der Stranggießkokille durch die Schwerkraft des Stranges im wesentlichen nur gegen die untere Halbschale der ω Stranggießkokille abstützt, so daß darin eine intensive Kühlung und durch das Entstehen eines Spaltes in der oberen Halbschale der Stranggießkokille 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 Stranggießkokille ein noch nicht befriedigend gelöstes Problem dar. Im Berührungsbereich zwischen der Ausgußdüse und dem Formhohlraum besteht eine Relativbewegung. Die hohe Temperatur, die Wärmeausdehnung der Ausgußdüse und die Möglichkeit des Eintritts von flüssigem Metall zwischen die Ausgußdüse und den Formhohlraum erschweren das Auffinden einer dieser komplexen Beanspruchung standhaltenden Dichtung. Verschiedene jüngere Vorschläge zum horizontalen Stranggießen sehen deshalb keine Kokillen-Oszillation vor. Die Stranggießkokille wird bei Wegfall der Oszillation fest mit der Ausgußdüse verbunden. Schmiermittel oder inerte Gase eta sollen hier ein Festkleben der Strangschale an der Kokillenwand verhindern.

Ein zusätzliches allgemeines Problem beim horizontalen Stranggießen ist ein Anfrieren von Metall in der Ausgußdüse. Das Vorhandensein von Metallkrusten in der Ausgußdüse kann zu Störungen beim Gießen und zu Strangfehlern führen.

Es ist eine horizontale Stranggießanlage bekannt, die ein Zusammenbrechen oder Einfallen der Strangschale auf ihrer Oberseite dadurch verhindern will, daß der 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 Strangkern beeinflußt Diese Lösung beinhaltet ebenfalls eine nicht oszillierbare Stranggießkokille. Um ein Kleben der Strangschale an der Kokillenwand zu verhindern, ist vorgesehen, in den Spalt zwischen der Ausgußdüse und der gekühlten Stranggießkokille 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 bekannt, die Schwerkraft eines horizontalen Stahlstranges nach dem Austritt aus der Stranggießkokille zu kompensieren, um eine Deformation der noch weichen Strangkruste durch das Eigengewicht des Stranges zu verhindern. Die Schwerkraft wird dabei durch Beeinflussung des Stranges mittels vorzugsweise in seiner Längsrichtung fließender Gleich- oder Wechselströme in Verbindung mit senkrecht auf diesen stehenden und horizontal verlaufenden Gleich- oder Wechselmagnetfeldern kompensiert Das flüssige Metall und die Strangschale erfahren dabei gemäß dem bekannten Prinzip der Dreifingerregel und richtiger gegenseitiger Polung von Strom und Magnetfeld in diesen Feldern aufwärts gerichtete Kräfte. Auch dieser Vorschlag sieht eine nicht oszillierbare, direkt an der Ausgußöffnung eines Metallbehälters anliegende Stranggießkokille vor. Die Wirkung des metallostatischen Druckes wird aber 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 Stranggießkokillen, der Strangschmierung, des Anfrierens an die Ausgußdüse und der ungleichmäßigen Kühlung der Strangober- und Unterseite innerhalb der Stranggießkokille werden dur'.h die genannte Schwerkraftkompensation nach der Stranggießkokille nicht beeinflußt.

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 immatrieller Strangunterstützung sowie mittels immatriellen Zusammenhaltens des Stranges ein neues Horizontal-Stranggießkonzept zu schaffen. Als zusätzliche Aufgabe liegt der Erfindung eine Verbesserung der bein horizontalen Stranggießen noch unbefriedigenden Kokillenoszillation zugrunde.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß in einem Bereich zwischen der Ausgußöffnung und einer oszillierenden Stranggießkokille im flüssigen Metall ein, das Metall umgebendes, den metallostatischen Druck im Strang kompensierendes Wechselmagnetfeld induziert wird.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der seitlichen Ausgußöffnung und der oszillierenden Stranggießkokille eine den Querschnitt der Ausgußcffnung umfassende Spule zur Erzeugung eines Wechseimagnetfeldes angeordnet ist

Durch das induzierte Wechselmagnetfeld werden im Strang nach innen gerichtete Kräfte erzeugt, die das flüssige Metall bzw. den teilerstarrten Strang auf immatrielle Weise mit Hilfe magnetischer Wechselfelder zusammenhalten. Gleichzeitig wird aber auch die Schwerkraft kompensiert, so daß der der Ausgußdüse anschließende Teilbereich schwebend, d. h. ohne materielle Strangunterstützung und ohne materielles Zusammenhalten, überbrückt werden kann. Durch diesen schwebend überbrückten Teilbereich steht die Ausguß-Öffnung oder Ausgußdüse des Behälters nicht mehr in Berührung mit der Kokille und die genannten Probleme des Anfrierens von Stahl an der Ausgußdüse und der Dichtung zwischen der Stranggießkokille und der Ausgußdüse treten nicht mehr auf. Durch die Kompensation der Schwerkraft und des metallostatischen Druckes läuft der Strang konzentrisch in die Stranggießkokille, so daß eine gleichmäßige Kühlung ermöglicht wird, die wiederum eine homogene Struktur fördert und einem Verzug entgegenwirkt.

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 Spulen und Kühlvorrichtungen hintereinander angeordnet.

Durch die räumliche Trennung zwischen der Ausgußdüse und der oszillierenden Kokille kann zwischen den flüssigen Metallstrom und die Kokillenwand Schmiermittel oder Gießpulverschlacke eingebracht werden. Zu diesem Zweck ist es von Vorteil, wenn vor der Kokille eine Zuführleitung für ein Schmiermittel oder eine Gießpulverschlacke vorgesehen ist. Dadurch können die Auszugskräfte auf den teilerstarrten Strang niedrig gehalten werden. Auch ist eine verbesserte Strtngoberfläche erreichbar.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigt

F i g. 1 einen Längsschnitt durch eine schematische dargestellte Horizontalstranggießanlage ohne oszillierende Kokille,

F i g. 2 einen Längsschnitt der erfindungsgemäßen Vorrichtung,

F i g. 3 einen Teil eines Längsschnittes nach F i g. 2 mit einer Spulenvariante,

F i g. 4 einen Vertikalschnitt durch eine Ausführungsform einer Spulenanordnung und

F i g. 5 einen Schnitt gemäß der Linie V-V der F i g. 4.

Die oszillierende Stranggießkokille wurde bei der Darstellung gemäß F i g. 1 fortgelassen, um die Spulenanordnung besser verdeutlichen zu können.

F i g. 1 zeigt einen mit Schmelze 3 gefüllten Behälter 1, in dessen unterem Bereich sich seitlich eine Austrittsoder Ausgußöffnung 2 befindet. Anschließend an diese Ausgußöffnung 2 ist in einem Teilbereich 4 eine immaterielle 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 Andererseits 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 fuhrt 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 Verlustleitung umgekehrt proportional mit der Quadratwurzel aus der Frequenz). Der Wirkungsbereich dieses Gegendruckes kann sich über einen solchen Bereich der Schwerkraft-Kompensation erstrecken, in welchem sich die Strangschale bildet. Es ist bekannt daß die vom Magnetfeld beeinflußte Schicht, innerhalb der der Gegendruck im wesentlichen aufgebaut wird, mit steigender Frequenz dünner wird. 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 diese> 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 können Kühlvorrichtungen in Form von Sprühdüsen 24 angeordnet sein, welche die Bildung einer Strangschale beschleunigen. Die aus den Sprühdüsen 24 austretenden

Sprühfächer 25 bilden eine ununterbrochene Beaufschlagungszone. Bei diesem Ausführungsbeispiel können auch mehrlagige Spulenanordnungen angewendet werden. Durch angetriebene Rollen 5 wird der Strang bzw. bei Gießbeginn der Anfahrstrang bewegt.

Beim Anfahren wird ein nicht dargestellter, starrer Anfahrstrang mittels der Treiberrollen 5 entgegengesetzt zur Strangabzugsrichtung zu der Ausgußöffnung 2 gefahren und mit dem Kopf des Anfahrstranges die Ausgußöffnung 2 verschlossen.

F i g. 2 zeigt ein Beispiel mit einer wassergekühlten Stranggießkokille 30 mit einem Oszillationsmechanismus 3t. Für identische Teile sind hier die gleichen Bezugszeichen wie in F i g. 1 verwendet worden. Die Ausgußdüse 2 ragt in den Sloh'raurn einer Spule 34, die die Kompensation des metallostatischen Druckes mindestens in einem Teilbereich 7 zwischen der Ausgußöffnung 2 und der Stranggießkokille 30 bewerkstelligt. Die Stromstärke und die Frequenz werden so eingestellt, daß eine leichte Einschnürung des flüssigen Metalles zwischen dem Ausguß 2 und der Stranggießkokille 30 entsteht Mit der Einschnürung wird bezweckt, daß die Gesamtheit des flüssigen Metalles in die Stranggießkokille 30 eintritt Zwischen der Spule 34 und der Stranggießkokille 30 ist immer wenigstens eine Spalte 33 vorhanden. Im Bereich zwischen der Ausgußöffnung 2 und der Stranggießkokille 30 wirkt gleichzeitig die Schwerkraftkompensation wie es anhand der F i g. 1 beschrieben worden ist Mit Vorteil wird die Schwerkraftkompensation auch in der Stranggießkokille 30 fortgesetzt Dadurch kann erreicht werden, daß der Strang 6 konzentrisch in der Stranggießkokille 30 verläuft, so daß die durch Strangschwund verursachte Spalte gleichmäßig über den Umfang des Stranges verteilt wird, was der Strangqualität zugute kommt. Tragrollen 38 sind der Stranggießkokille nachgeordnet.

An der Innenwand der Ausgußdüse 2, vorteilhafterweise im Bereich des Einschnürungsbeginnes, ist eine

^ri Zufuhreinrichtung in Form einer 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

ίο zwischen der Ausgußöffnung 2 und der Stranggießkokille 30 vor Kontakt mit dem Luftsauerstoff und schmiert anschließend den Strang in der Stranggießkokille 30. Es ist aber auch möglich, die genannten Mittel auf den eingeschnürten Bereich aufzusprühen.

η !n 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 31agige 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.

Das in F i g. 1 und 2 mit Bezugszeichen 18 schematisch dargestellte Magnetfeld wird wie in Fig.4 und 5 dargestellt, durch eine Spule 50 erzeugt, deren Windungen parallel zur Stranglängsachse verlaufen. In der Regel besteht die Spule 50 aus zwei schalenförmigen

jo 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. Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zum horizontalen Stranggießen, bei dem aus einer seitlichen Ausgußöffnung eines Behälters flüssiges Metall abgezogen, der sich bildende Strang gekühlt, in seiner Längsrichtung ein elektrischer Strom geleitet, ein Magnetfeld horizontal und rechtwinklig zur Stranglängsrichtung aufgebaut und dadurch die Schwerkraft des Stranges im wesentlichen kompensiert wird, dadurch gekennzeichnet, daß in einem Bereich zwischen der Ausgußöffnung und einer oszillierenden Stranggießkokille im flüssigen Metall ein, das Metall umgebendes, den metallostatischen Druck im Strang kompensierendes Wechselmagnetfeld induziert wird.

2. Vorrichtung zur Durchführung de£ Verfahrens narh Patenanspruch 1, wobei ein Behälter mit einer seitlichen Ausgußöffnung, ein erster unter den Badspiegel im Behälter ragender Stromkontakt und an der Strangbahn ein zweiter Stromkontakt für den Strang vorgesehen sind, entlang der Strangbahn Magnete zur Erzeugung eines horizontalen und rechtwinklig zur Strangbahn-Längsrichtung gerichteten magnetischen Feldes angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der seitlichen Ausgußöffnung (2) und der oszillierenden Stranggießkokille (30) eine den Querschnitt der Ausgußöffnung (2) umfassende Spule (19, 34) zur Erzeugung eines Wechselmagnetfeldes angeordnet ist

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß in Stranglaufrichtung Spulen (19) und Kühlvorrichtungen (24) hintereinander angeordnet sind.

4. Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß vor der Stranggießkokille (30) eine Zuführleitung (42) für ein Schmiermittel oder eine Gießpulverschlacke vorgesehen ist

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2—4, dadurch gekennzeichnet, daß der Querschnitt der Ausgußöffnung (2) etwa dem Soll-Querschnitt des zu gießenden Stranges (6) entspricht.