CH635529A5 - Verfahren zum umruehren von nicht erstarrten bereichen in einem aus einer stranggiessmaschine kommenden giessstrang. - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Umrühren von nicht erstarrten Bereichen in einem aus einer Stranggiessmaschine kommenden Giessstrang, wobei der Strang in einer Kokille geformt und das Umrühren mit mindestens einem elektromagnetischen Umrührer vorgenommen wird.

Das Umrühren der nicht erstarrten Bereiche eines Giess-stranges ist in verschiedenen Formen bereits bekannt. Unter anderem ist das Umrühren dieser Bereiche mittels elektromagnetischer Umrührer quer zur Giessrichtung an einer oder mehreren Stellen bereits bekannt. Ein Grund hierfür ist, dass man Lunker (sog. mini-Ingots) und Seigerungen in dem fertigen Rohling vermeiden möchte und dass man eine möglichst gleichmässige Erstarrungsfront anstrebt. Ein Problem bei dieser Art von Umrührung ist, dass sogenannte weisse Bänder, d.h. Bänder mit negativer Seigerung auftreten, wenn die Schmelze auf diese Weise allzu abrupt in allzu kräftige Umrührung gesetzt wird. (Beim Erstarren von Stahl bilden sich Kristalle, sog. Dendrite, zwischen denen eine Anreicherung von Schwefel und Kohlenstoff stattfindet. Bei einer üblichen Umrührung werden diese Anreicherungen unter die Schmelze gerührt und durch eine andere Schmelze ersetzt, wodurch diese sogenannten weissen Bänder auftreten.)

Die Erfindung zielt auf eine Lösung dieser und anderer hiermit zusammenhängender Probleme hin und wird dadurch gekennzeichnet, dass der elektromagnetische Umrührer mit einem mehrphasigen Strom gespeist und das Umrühren asymmetrisch auf solche Weise vorgenommen wird, dass entweder der Phasenstrom in einer Phase mit mindestens 10% vom Phasenstrom in einer anderen Phase abweicht und/oder dass die Phasenspulen untereinander entsprechend asymmetrisch ausgeführt sind. Hierdurch erhält man eine bessere Gussstruktur als bei einer symmetrischen Speisung. Der Umrührer kann normalerweise symmetrisch aufgebaut sein, doch ist es auch vorstellbar, die einzelnen Phasenspulen im Umrührer asymmetrisch auszuführen, wobei man im Umrührer eine Asymmetrie bei symmetrischer Speisung erhält.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform hat der mehrphasige Strom eine Frequenz, die zwischen 0,5 und 4 Hz liegt und vorzugsweise 1-2 Hz beträgt. Die Nachteile bei zu hohen ( > 4 Hz) und zu niedrigen ( < 0,5 Hz) Frequenzen für den mehrphasigen Umrührerstrom kann man wie folgt zusammenfassen:

Bei zu hoher Frequenz erhält man eine allzu turbulente Strömung, und in die Kokille gelangt kein in der Schmelze wirksamer Umrührerstrom hinein.

Bei zu niedriger Frequenz erhält man eine allzu langsame Strömung, und diese gelangt nicht in die Kokille hinein.

Ein Optimum liegt bei 1-2 Hz.

Hierdurch erreicht man eine niedrigere Schmelzenge-schwindigkeit als bei den bereits bekannten Verfahren, wodurch eine Turbulenz in der Schmelze vermieden wird. Die Rückströmung wird in der unter dem Umrührer hegenden Ebene niedriger, da die Eindringtiefe bei den niedrigen Umrührerfrequenzen grösser ist. Die grössere Strömung nach oben erhöht die Lebensdauer der dendritischen Zuwachskerne, und diese Kerne werden mit dem Metallstrom von dem warmen Bereich in der Kokille nach unten transportiert. (Bei dem bekannten Verfahren reicht die Umrührung normalerweise nicht bis in die Kokille hinein.) Dies bedeutet bei dem Verfahren nach der Erfindung, dass die globulare Zone in der Mitte des Stranges markant an Grösse zunimmt und dass sie feinkörniger wird. Die früher vorkommenden weissen Bänder verschwinden im wesentlichen, und zwar u. a. aufgrund der im wesentlichen fehlenden Turbulenz beim Umrühren. Man kann die Umrührer vorteilhaft ausserhalb der Stützrollen anbringen, wobei die Stützrollen am Umrührer aus nichtmagnetischem Material bestehen sollen.

Die Erfindung ist in den beiliegenden Zeichnungen näher veranschaulicht. Fig. 1 zeigt eine Seitenansicht des Verfahrens nach der Erfindung. Fig. 2 zeigt die Umrührströme bei höherer Frequenz und bei niedrigerer Frequenz. Fig. 3 zeigt das Umrührschema in einem Querschnitt durch den Giessstrang am Umrührer.

In Fig. 1 wird das Einfüllen von Stahl oder Eisenschmelze bei 4 in eine unten offene, gekühlte Kokille 3 gezeigt, in welcher der Giessstrang 5 geformt wird und nach und nach erstarrt, und zwar zuerst an der Oberfläche. Die Erfindung betrifft ein vorteilhaftes Verfahren zum Umrühren des nicht erstarrten Teils 6 des Stranges 5. Ein Stück unterhalb der Kokille ist quer zur Giessrichtung ein mehrphasiger, elektromagnetischer Umrührer 7 einseitig, doppelseitig oder zylindrisch relativ dem Giessstrang 5 angebracht. Eventuell können zwischen dem Umrührer 7 und dem Giessstrang 5 Stützrollen 8 aus nichtmagnetischem Material angeordnet werden. (Siehe auch Fig. 3.) Die Umrührrichtung entspricht in dem gezeigten Fall dem Pfeil D in Fig. 1.

In Fig. 2 wird links die Umrührung mit einer höheren Frequenz als 4 Hz gezeigt, d.h. ein Verfahren bereits bekannter Art, und rechts in Fig. 2 wird die Umrührung bei einer zwischen 0,5 und 4 Hz, vorzugsweise 1-2 Hz, liegenden Frequenz gezeigt, die im Rahmen der Erfindung liegt. In dem Fall entsprechend der Erfindung, also rechts in Fig. 2, erhält man für den Umrührer, der quer zum Giessstrang rührt (siehe den Pfeil B), eine markant erhöhte Umrührleistung längs des Giessstranges gegenüber dem, was bei dem bereits bekannten Verfahren, der Umrührrichtung A, der Fall ist. Bei dem Verfahren nach der Erfindung erhält man in der Ebene unter dem Umrührer (siehe die Pfeile 2) aufgrund

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der grösseren Eindringtiefe eine niedrigere Rückströmung. Die grössere Strömung nach oben bringt es mit sich, dass kaltes Material von unten in die Kokille 3 hineinströmt, wodurch die Lebensdauer der Zuwachskerne erhöht wird. Wie bereits erwähnt, werden die Kerne mit dem Metallstrom aus s dem warmen Bereich in der Kokille forttransportiert, und hierdurch erhält man die vorgenannten Vorteile hinsichtlich der Qualität der fertigen Struktur. Bei einer Umrührung mit der höheren Frequenz erhält man, wie aus den Pfeilen 1 ersichtlich ist, eine ausgeprägte Rückströmung. Die Dendrite schmelzen, was praktisch die Herstellung eines festen Materials bedeutend erschwert. In dem Fall entsprechend der Erfindung können die Dendrite auf vorteilhafte Weise zu einem festen Material anwachsen.

Dass man den Umrührer quer zur Giessrichtung rühren lässt bedeutet, dass es einfacher ist, denselben mechanisch zu installieren, da der zur Verfügung stehende Platz quer zum Giessstrang grösser ist als der entsprechende Platz längs des Giessstranges. Man kann also eine grössere Polteilung bekommen. Es ist jedoch zu beachten, dass die Umrührung quer zum Giessstrang an und für sich bereits bekannt ist.

Gemäss der Erfindung möchte man unter dem Umrührer eine gewisse Wirbelbildung haben, damit eventuellen Seige-rungstendenzen entgegengewirkt wird. Dieses erreicht man, wenn der Metallstrom nach oben bzw. nach unten im Strang abweicht.

Bei dem Fall entsprechend dem bekannten Verfahren (links in Fig. 2) entsteht eine kräftige Rückströmung, was deutliche Spuren in der Gussstruktur, u.a. weisse Bänder, Rissbildungen usw. hinterlässt. Wenn die Frequenz gesenkt und das Verfahren nach der Erfindung angewendet wird,

wird die Geschwindigkeit der Wanderwelle (des Feldes) proportional geringer, was eine niedrigere Turbulenz mit sich führt. Hierdurch wird die kräftige Rückströmung entsprechend dem Bild links in Fig. 2 direkt unter dem Umrührer verschwinden oder bedeutend weniger werden, so dass die Metallströmung bis zur Kokille hinaufreicht. Dies hat zur Folge, dass die Temperatur in der Kokille sinkt, wenn Material mit Liquidustemperatur hineinströmt. Dies wiederum bedeutet, dass die vielen Zuwachskerne, die sich normalerweise in der Kokille bilden, nicht schmelzen, sondern die

Möglichkeit zum Überleben und zum Aufbau einer gleich-achsigen bzw. globularen Gussstruktur bekommen.

Die Zuwachskerne in der Kokille, die normalerweise aufgrund einer zu hohen Temperatur geschmolzen sind, werden in den Sumpf unter der Kokille transportiert. Da die Temperatur hier auf Liquidus oder unmittelbar darunter liegt, werden diese Kerne überleben und wachsen und somit dazu beitragen,

- die Säulenkristallzone zu brechen,

- eine gleichachsige sowie eine globulare Gussstruktur aufzubauen,

- eine feinkörnigere, gleichachsige sowie globulare Struktur zu bekommen.

Die Leistung im Umrührer soll ebenfalls so angepasst werden, dass die Strömung vom Umrührer in dem nicht erstarrten Teil 6 bis in die Kokille hinaufreicht.

Dadurch, dass die Strömungsveränderungen im Sumpf ausserordentlich weich vor sich gehen, treten im grossen und ganzen keine weissen Bänder oder andere Beeinflussungen in der Gussstruktur auf. Die Zuwachskerne, die mit dem Metallstrom mitgeführt werden, setzen sich an den Dendritenspitzen ab und verringern somit auch die Strömung in dem interdendritischen Bereich.

In Fig. 3 wird die Anbringung eines geraden Umrührers 7 an den Rollen 8 an einem Giessstrang gezeigt, und in dem oberen Teil der Figur wird die Strömung bei dem Verfahren nach der Erfindung gezeigt. Die Alternative unten (siehe Pfeil C in Fig. 3) zeigt die allzu heftige Umrührung bei über 4 Hz liegenden Frequenzen.

Es hat sich gezeigt, dass die Gussstruktur noch besser wird, wenn man den Umrührer mit einer gewissen Asymmetrie speist, d.h. die Stromstärke in einer Phase soll mindestens 10% von einer angrenzenden Phase abweichen. Der Umrührer ist gleichzeitig symmetrisch aufgebaut, doch ist es auch möglich, die einzelnen Phasenspulen im Umrührer asymmetrisch herzustellen, wobei man die Asymmetrie im Umrühren bei symmetrischer Speisung erhält.

Das vorstehend beschriebene Verfahren kann im Rahmen der Patentansprüche in vielfacher Weise variiert werden.

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1 Blatt Zeichnungen

Claims (5)

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1. Verfahren zum Umrühren von nicht erstarrten Bereichen in einem aus einer Stranggiessmaschine kommenden Giessstrang, wobei der Strang in einer Kokille geformt wird und das Umrühren mit mindestens einem elektromagnetischen Umrührer erfolgt, dadurch gekennzeichnet, dass der elektromagnetische Umrührer mit mehrphasigem Strom gespeist und das Umrühren asymmetrisch auf solche Weise vorgenommen wird, dass entweder der Phasenstrom in einer Phase mit mindestens zehn Prozent vom Phasenstrom in einer anderen Phase abweicht und/oder dass die Phasenspulen untereinander entsprechend asymmetrisch ausgeführt sind.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Umrühren mit wenigstens einem geraden Umrührer (7) vorgenommen wird.

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PATENTANSPRÜCHE

3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Umrühren mit mindestens einem quer zur Giessrichtung angebrachten elektromagnetischen Umrührer (7) vorgenommen wird, der zweckmässigerweise ausserhalb der Stützrollen des Stranges angebracht ist.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der elektrische Umrührer oder die elektrischen Umrührer mit einer solchen Umrührleistung gespeist wird/werden, dass der Umrührfluss in der Schmelze bis in die Kokille hinaufreicht.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der mehrphasige Strom eine Frequenz hat, die zwischen 0,5 und 4 Hz liegt und vorzugsweise 1-2 Hz beträgt.