SE500745C2 - Sätt och anordning vid gjutning i kokill - Google Patents

Description

fl- '_ f: r? :fp 2 Q_,g ¿l+ diskt lágfrekventa magnetfält i smältans väg för att bromsa och splittra den inströmmande smältan. Magnetfälten genere- ras medelst magnetiska poler, permanentmagneter eller lik- strömsmatade induktionsspolar, och anordnas att verka tvärs den inströmmande smältan. De magnetiska polerna anordnas i anslutning till tvà varandra motstàende kokillväggar. Lös- ningen enligt ovan tar dock ingen hänsyn till förändringar och osymmetri i strömningsbilden. Förändringar och osymmetri i strömningsbilden uppstår, förutom vid ändrad kokilldimen- sion och osymmetrisk placering av gjutrören, även genom att exempelvis erosion eller igensättningar stör utströmningen ur gjutröret.

Osymmetrisk strömningsbild medför stora kvalitets och pro- duktionstekniska problem, exempelvis kan varm smälta, med eller utan icke-metalliska partiklar, obromsad, tränga djupt ned i de icke-stelnade delarna av strängen med åtföljande kvalitetsproblem. De uppàtgàende strömmarna av varm smälta mot överytan, menisken, kan bli för svaga varvid menisken riskerar att frysa till. Blir istället uppátströmmarna för kraftiga uppstår vágbildning på överytan till följd av tur- bulensen vilket drar ned slagg fràn överytan in i smältan med åtföljande kvalitetsproblem.

UPPF INNINGEN Enligt uppfinningen kontrolleras smältans strömning i icke- stelnade partier av ett gjutämne, vid gjutning av metall där minst ett gjutämne, slab, bloom eller billet, formas i en kokill som är öppen nedåt och som, direkt eller genom ett gjutrör tillföres minst en primär ström av varm inströmmande smälta, medelst minst ett statisk eller periodiskt làgfrek- vent magnetfält. Det statiska magnetfältet genereras i an- slutning till kokillen medelst magnetiska poler, permanent- magneter eller likströmsmatade spolar. Nämnda statiska magnetfält appliceras att verka, med en maximal magnetisk fältstyrka i kokillen överstigande 1000 Gauss, i den in- strömmande smältans väg för att bromsa och uppdela den pri- mära strömmen av in i kokillen strömmande smälta och därmed förhindra inströmmande varm smälta från att obromsad tränga djupt ned i strängens, ämnets, icke-stelnade delar, sumpen.

Samtidigt styrs en del av den inströmmande varma smältan att strömma mot överytan så att en önskvärd styrd cirkulation av smälta erhålles i de icke-stelnade delarna av ämnet.

En styrd cirkulation av smälta, avskiljning av i den inströmmande smältan innehållna partiklar samt kontrollerad värmetillförseln till smältan i kokillens övre delar, utan att turbulensen i anslutning till smältans överyta, menis- ken, blir sá stor att vågor bildas och partiklar dras ned i smältan, erhålles genom att, enligt uppfinningen, applicera ett statiskt magnetfält, vilket i kokillen har en maximal magnetisk fältstyrka överstigande 1000 Gauss. Nämnda statis- ka magnetfält styrs och fördelas, företrädesvis genom att de magnetiska polerna anordnas flyttbara och/eller med inställ- bara kärnelement, för att applicera minst ett statiskt mag- netfält att verka över väsentligen hela bredden, W, av i kokillen format gjutämne varvid magnetfältets styrka, dess magnetiska fältstyrka, varierar inom ett intervall av 60 till 100 procent av sitt maximala värde i ett plan tvärs gjutriktningen, i nivå med centrum av magnetfältets verkans- område samtidigt som den magnetiska fältstyrkan vid smältans överyta/menisken maximalt uppgår till 500 Gauss.

Vid större variationer i magnetfältets fältstyrka, än ovan nämnda, i ett plan tvärs gjutriktningen, i nivå med centrum av magnetfältets verkansområde uppkommer oönskade sekundära strömmar.

Lämpligen styrs och fördelas magnetfältet så att maximal fältstyrka i kokillen uppgår till mellan 1000 och 2000 Gauss, företrädesvis till mellan 1000 och 1800 Gauss.

För att erhålla en tillräcklig strömningskanal i anslutning till menisken och därmed undvika att denna fryser till sam- tidigt som strömningen i dessa de övre delarna av de icke- f- w. -. 1-3 '- 1' w., '_.' _' '-' stelnade partierna av gjutämnet ej blir så stark att vågor bildas på smältans överyta, menisken, bör vid applicering av magnetfält enligt uppfinningen de magnetiska polerna anord- nas så att centrum av magnetfältets verkansomráde, dess pol- mitt, anordnas pà ett avstånd av 300 till 600 mm nedanför smältans överyta, menisken, För att applicera magnetfältet i anslutning till kokillen krävs en magnetisk krets i vilket magnetfältet kan flöda runt. En sådan magnetisk krets innefattar utöver de magne- tiska polerna och mellan polerna anordnat statiskt magnet- fält, en magnetisk àterföring, företrädesvis i form av ett utanpåliggande magnetok. Härigenom uppnås nödvändig magne- tisk flödesbalans för en sträng eller kokill. Naturligvis kan magnetfältet, med tillhörande poler och ok, anordnas så att magnetisk flödesbalans erhålles för varje kokillhalva eller för delar av en kokill. Med fördel kan i kokillen ingående magnetiskt material användas såsom magnetisk åter- föring varvid i många fall speciella magnetiska ok är över- flödiga för att erhålla magnetiska kretsar med magnetisk flödesbalans.

Enligt ytterliggare en utföringsform av uppfinningen åstad- kommes fördelningen av det statiska magnetfältet över vä- sentligen hela det i kokillen formade gjutämnets bredd, W, medelst en, i anslutning till magnetisk pol och kokillvägg anordnad polplatta. Företrädesvis sträcker sig polplattorna längs kokillens làngsidor. Bakom polplattorna anordnas ett antal magnetiska poler. Genom polplattorna sammanförs och fördelas magnetfält från ett flertal magnetiska poler till att generera och applicera ett statiskt magnetfält att verka mellan polplattorna över väsentligen hela bredden av i ko- killen gjutet ämne. Genom att anordna polplattor blir dess- utom magnetfältet lättare att anpassa till variationer i ämnesdimensioner, exempelvis slabsbredden vid gjutning av slabs.

Företrädesvis anordnas de magnetiska polerna enligt uppfin- ningen i, kring kokillen anordnade, vattenládbalkar eller i ett utrymme mellan vattenlàdbalkarna och ett dem omgivande ramverk.

De magnetiska polerna är enligt en tidigare angiven utfö- ringsform av uppfinningen, anordnade flyttbara och/eller med inställbara kärnelemnet, härigenom kan fältets utbredning och styrka styras och fördelas för att säkerställa en god kontroll över inkommande primär ström och uppkomna sekundära strömmar trots de inbyggnadsbegränsningar som förekommer vid nuvarande konventionella stränggjutningskokiller. De magne- tiska polerna, i form av lösa spolar eller permanentmagne- ter, anordnas i spár eller pà stödbalkar, anordnade i eller i anslutning till kring kokillen anordnade vattenlàdbalkar.

Det statiska magnetfältet kan enligt en i det föregående nämnd utföringsform styras och fördelas genom att de magne- tiska polerna anordnas med inställbara kärnelement.

Med magnetiska poler i form av likströmsmatade spolar ástad- kommes denna styrning genom att spolens kärna anordnas med magnetiska och omagnetiska sektioner vilka infogas och ut- bytes växelvis för att förändra spolkärnans geometri och därmed utbredning och styrka hos medelst spolen genererat magnetfält.

Med magnetiska poler i form av permanentmagneter ástadkommes denna styrning genom att en, mellan permanentmagneten och kokillen anordnad, polkärna anordnas med magnetiska och omagnetiska sektioner vilka infogas och utbytes växelvis för att förändra polkärnans geometri och därmed utbredning och styrka hos medelst permanentmagneten genererat magnetfält.

Strömning är en trög företeelse, med en tidskonstant av 10 sekunder eller mer varför styrka och riktning hos det sta- tiska magnetfältet med fördel kan anordnas att variera i tiden, med låg frekvens, för att kontrollera impulsen på uppkomna sekundära strömmar.

Genom uppfinningen kontrolleras smältans rörelser i de icke- stelnade delarna av det gjutna ämnet. Kvalitetsmässiga för- bättringar erhålles då avskiljningen av icke-metalliska par- tiklar förbättras samtidigt som strukturen hos den stelnade metallen kontrolleras. Dessutom erhålls produktionsmässiga fördelar då riskerna för uppsmältning av det stelnade yt- skiktet eller frysning av smältans överyta väsentligen eli- mineras, vilket återspeglar sig i förhöjd produktivitet i anläggningen till följd av bättre tillgänglighet och högre gjuthastighet.

FIGURER Ett statiskt magnetfält anordnat för att vid gjutning i en kokill kontrollera strömningen i icke-stelnade partier av ett gjutämne visas i figur 1, anordnat att enligt uppfin- ningen verka över väsentligen hela bredden av ett, i kokil- len, format ämne och där utbredning och styrka styres och fördelas enligt uppfinningen. Figurerna 2 till 5 visar hur magnetiska poler, i form av flyttbara och/eller inställbara magnetiska poler, enligt olika utföringsformer av uppfin- ningen anordnas relativt kokill, i anslutning till kokillen anordnade vattenlådbalkar och kring vattenládbalkarna an- ordnat ramverk.

FIGURBESKRIVNING Vid stränggjutning av minst ett gjutämne i en kokill appli- ceras, vilket framgår av figur 1, minst ett statiskt magnet- fält 10 för att bromsa och dela upp den in i kokillen ll, genom minst en primär ström 20, inströmmande smältan och förhindra den primära strömmen 20 av varm smälta, som vanli- gen innehåller icke-metalliska partiklar från att tränga djupt ned i de icke-stelnade delarna av gjutämnet 1. Smältan kan tillföras kokillen ll genom en fri tappstràle, men är företrädesvis anordnad att tillföras genom ett gjutrör 12.

Gjutröret 12 är försett med ett godtyckligt antal utlopp, riktade pà ett godtyckligt sätt, och anordnas företrädesvis centralt i kokillen 11. Av olika anledningar blir ändock den primära strömmen 20 av inströmmande varm smälta i många fall osymmetrisk. Enligt uppfinningen är därför ett eller flera statiska magnetfält 10 anordnade att verka över väsentligen hela bredden, W, av i kokillen 11 format ämne 1. Härvid bromsas den primära strömmen 20 upp och uppdelas i sekundära strömmar 21 vilkas strömning kontrolleras och en kontrolle- rad cirkulation av smälta i de icke-stelnade partierna av gjutämnet 1 erhálles, vilket innebär god avskiljning av eventuellt medföljande partiklar, god kontroll av gjutstruk- turen samt goda förutsättningar för ökad produktivitet.

Genom att enligt uppfinningen, anordna det statiska magnet- fältet 10 med centrum av sitt verkansomràde, sin polmitt, pá ett avstànd, H, av 300 till 600 mm nedanför menisken 13 erhålles en strömningskanal i anslutning till menisken 13.

Denna strömningskanal säkerställer en tillräcklig värmetill- försel till smältans överyta 13 för att förhindra att denna stelnar utan att turbulens och vágbildning i anslutning till överytan 13 blir för stark med risk för neddragning av slagg in i smältan. Dessutom säkerställes att icke-metalliska par- tiklar avskiljes och flyter upp till pá överytan 13 liggande slaggskikt.

Enligt uppfinningen styres och fördelas magnetfältets 10 styrka och utbredning så att den maximala fältstyrkan i ko- killen överstiger 1000 Gauss. Lämpligen bör den maximala fältstyrkan i kokillen hållas inom ett intervall av 1000 till 2000 Gauss, företrädesvis inom ett intervall av 1000 till 1800 Gauss. Fältstyrkan hos applicerat magnetfält 10 kan enligt uppfinningen, i ett plan tvärs gjutriktningen över hela bredden av i kokillen 11 format gjutämne 1 och i nivå med centrum av magnetfältets verkansomràde, polmitten, variera inom ett intervall av 60 till 100 procent av maximal 500 74:" fältstyrka utan att oönskade, okontrollerade sekundära strömmar uppkommer.

Stränggjutningskokiller består, som framgár av figur 2 till figur 5, vanligen av en inre kyld kokill 11, företrädesvis en vattenkyld kopparkokill. Kokillen 11 omges av vattenlàd- balkar 14, vilka i sin tur är kringbyggda av ett ramverk 17.

För att enligt uppfinningen àstadkomma en kontroll av smäl- tans strömning i icke-stelnade partierna av ett i sträng- gjutningskokillen 11 gjutet ämne 1 anordnas magnetiska poler 15 i eller i anslutning till kokillen 11 omgivande vatten- ládbalkar 14, fig 3. Alternativt anordnas de magnetiska polerna 15 mellan vattenlàdbalkarna 14 och det vattenlàdbal- karna kringbyggda ramverket 17, fig 5. Enligt uppfinningen är magnetiska poler 15 anordnade att generera ett statiskt magnetfält 10 med en fältstyrka vars styrka och utbredning styres och fördelas att verka över väsentligen hela bredden av i kokillen ll gjutet ämnes 1 bredd W och med en maximal magnetisk fältstyrka överstigande 1000 Gauss samtidigt som den magnetiska fältstyrkan i nivån med menisken maximalt uppgår till 500 Gauss. Ramverket 17 förses med en magnetisk àterföring 18, i figurerna visad som en i ramverket 17 an- ordnad järnkärna vilken tillsammans med de magnetiska po- lerna 15 och mellan polerna 15 verkande magnetfält 10 bildar en magnetisk krets för kokillen 11. Naturligtvis kan de mag- netiska polerna 15, magnetfältet 10 och järnkärnan 18 anord- nas sà att kretsar med magnetisk flödesbalans erhålles för vardera kokillhalvan eller för mindre delar av kokillen 11.

En sàdan konstruktion kan medföra stora begränsningar i möj- ligheten att bygga in magnetiska poler 15, i form av såväl magnetiska spolar som permanentmagneter, speciellt då ett statiskt magnetfält 10 täckande väsentligen hela bredden W av i kokillen 11 format gjutämne 1 önskas och där det sta- tiska magnetfältets styrka och utbredning styres enligt upp- finningen. För att överkomma sádana begränsningar anordnas i en utföringsform av uppfinningen de magnetiska polerna 15 flyttbara i spår i kokillens stödbalkar 14, fig.3. Alterna- 9 500 1745 tivt kan de flyttbara magnetiska polerna 15 anordnas mellan vattenládbalkarna 14 och dem kringbyggt ramverk 17, fig. 5.

Med magnetiska poler 15 anordnade flyttbara kan det statiska magnetfältets 10 styrka och utbredning vid förändringar i strömningsbilden exempelvis till följd av dimensionsvaria- tioner, förträdesvis breddvariationer, hos gjutna ämnen lätt ändras.

För att ytterliggare förbättra möjligheterna att styra och fördela magnetfältets 10 utbredning och styrka anordnas, en- ligt en utföringsform av uppfinningen, de magnetiska polerna 15 med inställbara kärnelement 19, i form av såväl magnetis- ka som omagnetiska sektioner. Dessa kärnelement 19 anordnas att växelvis infogas/utbytas för att förändra det magnetiska fältets 10 utbredning och styrka. Med magnetiska poler 15 i form av likströmsmatade induktionsspolar 15a, se figur 3, anordnas spolens kärna 151 med inställbara kärnelement 19 av såväl magnetiskt som omagnetiskt material. Härigenom ökas möjligheterna att styra och kontrollera styrka och utbred- ning pà medelst induktionsspolen 15a genererat magnetfält 10. Med magnetiska poler 15 i form av permanentmagneter l5b, se figur 5, anordnas en polkärna 152 mellan permanentmagne- ten 15b och kokillen 11, polkärnan 152 består av magnetiska och omagnetiska kärnelement 19 vilka infogas/utbytes för att förändra genom permanentmagneten 15b genererat magnetfält 10. Naturligtvis är användandet av permanentmagneter 15b/- induktionspolar l5a ej knutet till de installationsutförande de exemplifierats i utan typ av magnetisk pol 15 och instal- lationsutförande kan bytas oberoende av varandra.

Figur 2 till 5 visar också hur, enligt en utföringsform av uppfinningen, polplattor 16 är anordnade i anslutning till tvà varandra motstáende sidor hos kokillen 11. Polplattorna 16 är anordnade så att de sträcker sig längs kokillens 11 sidor. Bakom polplattorna 16 anordnas en eller flera magne- tiska poler 15, i form av likstömsmatade spolar eller perma- nentmagneter. Fälten frán dessa magnetiska poler 15 samman- förs och fördelas, för att generera och applicera ett sta-

Claims (14)

1 :nn 7[E 0 uu v r f -' tiskt magnetfält 10 med en maximal fältstyrka uppgående till åtminstone 1000 Gauss, lämpligen till mellan 1000 och 2000 Gauss, företrädesvis till mellan 1000 och 1800 Gauss. Ett statiskt magnetfält 10 applicerat, styrt och fördelat enligt uppfinningen förhindrar smälta att obromsad tränga ned i gjutämnet l, samtidigt ger det en kontroll över smäl- tans strömning i icke-stelnade partier av gjutämnet 1. Dess- utom säkerställes att i den inströmmande smältan innehàllna icke-metalliska partiklar avskiljes till överytan 13, att överytan/menisken 13 tillföres tillräcklig mängd varm smälta för att ej stelna, och att turbulens och vàgbildning vid menisken väsentligen undvikes vilket eliminerar risken för neddragning av gjutpulver/slagg från pà överytan 13 liggande slaggskikt. Sammantaget möjliggörs ett bättre utbyte och en högre produktivitet dà, bättre kvalitetsstyrning i form av förbättrad kontroll över mängden inneslutningar och gjut- struktur kan kombineras med ökad tillgänglighet och högre gjuthastighet. PATENTKRAV

1. Sätt att, vid gjutning av metall, kontrollera smältans strömning i icke-stelnade partier av ett gjutämne, där en kokill (11), direkt eller genom ett gjutrör (12), tillföres minst en primär ström (20) av varm inströmmande smälta och minst ett gjutämne (1) formas i kokillen, varvid minst ett statisk eller periodiskt làgfrekvent magnetiskt fält (10) genereras, medelst i anslutning till kokillen anordnade mag- netiska poler (15), permanentmagneter eller likströmsmatade spolar, och det statiska magnetfältet appliceras att verka med en maximal magnetisk fältstyrka i kokillen överstigande 1000 Gauss i den inströmmande smältans väg för att bromsa och uppdela den primära strömmen (20) av in i kokillen strömmande smälta samt kontrollera uppkomna sekundära ström- mar(21,22), k ä n n e t e c k n a t a v, att det statiska magnetfältet (10) appliceras att verka över väsentligen hela det i kokillen formade gjutämnets (1) bredd (W), varvid den 11 magnetiska fältstyrkan i ett plan tvärs gjutriktningen, i nivå med centrum av det magnetiska fältets (10) verkans- omráde, varierar inom ett intervall av 60 till 100 procent av sitt maximala värde samtidigt som fältstyrkan i nivå med smältans överyta/minsken maximalt uppgår till 500 Gauss.

2. Sätt enligt patentkrav 1, k ä n n e t e c k n a t a v, att magnetfältet (10) styres och fördelas att verka med en maximal fältstyrka i kokillen uppgående till mellan 1000 och 2000 Gauss.

3. Sätt enligt patentkrav 1 eller patentkrav 2, k ä n n e t e c k n a t a v, att magnetfältet (10) styres och fördelas att verka med centrum av sitt verkansområde anordnat på ett avstånd (H), av 300 till 600 mm, nedanför smältans överyta/ menisken (13), för att kontrollera smäl- tans strömning i icke-stelnade partier av gjutämnet (1).

4. Sätt enligt något av föregående patentkrav, att det magnetiska fältet (10) styres och fördelas genom att de magnetiska polerna (15) an- (19). k ä n n e t e c k n a t a v, ordnas flyttbara och/eller med inställbara kärnelement

5. Sätt enligt patentkrav 4, k ä n n e t e c k n a t a att det statiska magnetiska fältets (10) utbredning styres och fördelas medelst i eller i anslutning V: styrka och till de magnetiska polerna (15) anordnade inställbara kärnelement (19), varvid kärnelementen utgöres av såväl magnetiska som omagnetiska sektioner vilka växelvis infogas i eller i anslutning till de magnetiska polerna för att styra styrka och utbredning av medelst den magnetiska polen genererat magnetfält.

6. Sätt enligt något av föregående patentkrav, k ä n n e t e c k n a t a v, att magnetfältet 10 fördelas att verka över väsentligen hela bredden (W) av i kokillen format, gjutämne (1) medelst en polplatta(16) vilken anord- nas i anslutning till kokillens (ll) vägg. i'__'í'“l 12 (' .v i CD CJ NJ |\ \."__ï'í

7. Anordning för att vid gjutning av metall kontrollera smältans strömning i icke-stelnade partier av ett gjutämne, där en kokill (ll) är anordnad att, direkt eller genom ett gjutrör (12), tillföras minst en primär ström (20) av varm inströmmande smälta och forma minst ett gjutämne (1), varvid magnetiska poler (15), permanentmagneter eller likströmsma- tade spolar, är anordnade i anslutning till kokillen för att generera minst ett statisk eller periodiskt lágfrekvent mag- netiskt fält (10) med en magnetisk fältstyrka i kokillen uppgående till ett maximalt värde överstigande 1000 Gauss, för att verka i den inströmmande smältans väg och därvid bromsa och uppdela den primära strömmen (20) av in i kokil- len (11) strömmande smälta samt kontrollera uppkomna sekun- dära strömmar, att de magnetiska polerna (15) är de magnetiska polerna (15) är anordnade flyttbara och/eller med inställbara kärnelement (19) för att fördela det statiska magnetfältet (10) att verka över väsentligen hela bredden (W) av i kokillen (ll) format gjutämne(1), varvid den magnetiska fältstyrkan hos applicerat magnetiskt fält (10), i nivà med centrum av det magnetiska fältets 10 k ä n n e t e c k n a d a v, i ett plan tvärs gjutrikt- ningen, verkansomráde, polmitten, varierar inom ett intervall av 60 till 100 procent av sitt maximala värde samtidigt som den magnetiska fältstyrkan i nivá med smältans överyta/menisken maximalt uppgår till 500 Gauss.

8. Anordning enligt patentkrav 7, k ä n n e t e c k n a d a v, att de magnetiska polerna (15) är anordnade med sin polmitt pá ett avstånd (H), av 300 till 600 mm, nedanför smältans överyta/menisken (13).

9. Anordning enligt patentkrav 7 eller patentkrav 8, k ä n n e t e c k n a d a v, att magnetiska poler (15), i form av likströmsmatade induktionsspolar (l5a), är anordnade med inställbara kärnelement (19) i form av såväl magnetiska som omagnetiska sektioner och att kärnelementen är anordnade 13 C39 7.475. att växelvis infogas i spolens kärna (151) för att förändra det magnetiska fältet (10)..

10. Anordning enligt patentkrav 7 eller patentkrav 8, k ä n n e t e c k n a d a v, att nämnda magnetiska poler (15) är anordnade i form av permanentmagneter (15b) och en mellan permanentmagneten (15b) och kokillen (11), anordnad polkärna (152), och att polkärnan är anordnad med inställba- ra kärnelement (19) i form av såväl magnetiska som omagne- tiska sektioner och att kärnelementen är anordnade att växelvis infogas i polkärnan (152) för förändra det magne- tiska fältet (10).

11. Anordning enligt något av patentkrav 7 till patentkrav 10, k ä n n e t e c k n a d a v, att de magnetiska polerna (15) är anordnade i kokillens vattenlàdbalkar (14).

12. Anordning enligt något av patentkrav 7 till patentkrav 10, k ä n n e t e c k n a d a v, att de magnetiska polerna (15) är anordnade mellan kokillens vattenlàdbalkar (14) och ett kokillens vattenlàdbalkar omgivande ramverk (17)

13. Anordning enligt något av patentkrav 7 till patentkrav 12, k ä n n e t e c k n a d a v, att en magnetisk åter- föring (18), är anordnad, i ett kokillens vattenlàdbalkar (14) omgivande ramverk (17), för att tillsammans med de magnetiska polerna (15) och det mellan de magnetiska polerna verkande magnetfältet (10) utgöra en magnetisk en krets.

14. Anordning enligt något av patentkrav 7 till patentkrav 13, k ä n n e t e c k n a d a v, att en polplatta (16) är anordnad i anslutning till kokillens (11) vägg för att fördela det statiska magnetiska fältet (10) över väsentligen hela det i kokillen formade gjutämnets (1) bredd (W)..