DE2731238C2

DE2731238C2 - Verfahren und Vorrichtung zum kontinuierlichen Vergießen insbesondere von Stahl unter Einwirkung eines magnetischen Wanderfeldes

Info

Publication number: DE2731238C2
Application number: DE2731238A
Authority: DE
Inventors: Jean-Pierre Metz Birat; Roger Alrange Ventavoli
Original assignee: Institut de Recherches de la Siderurgie Francaise IRSID
Current assignee: Institut de Recherches de la Siderurgie Francaise IRSID
Priority date: 1976-07-13
Filing date: 1977-07-11
Publication date: 1987-04-16
Also published as: ES460691A1; SE7707978L; SE440320B; JPS5328033A; GB1572065A; JPS6254579B2; BE856671A; DE2731238A1; LU77742A1; JPS6188950A; IT1077320B; JPH0115345B2; FR2358222A1; CA1091787A; NL7707822A; US4178979A; FR2358222B1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum kontinuierlichen Vergießen insbesondere von Stahl, bei dem der eine Kokille durchsetzende Gießstrang während des Erstarrens der Einwirkung eines nicht stationären, parallel zur Achse und entgegen der Fließrichtung des Gießstrangs wandernden magnetischen Feldes unterworfen wird.
Die Erfindung betrifft des weiteren eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens, bei der zur Erzeugung eines Rühreffektes bzw. einer Durchwirbelung des flüssigen Metalls ein dem Stator eines Linearmotors ähnlicher, ein nichtstationäres Magnetfeld erzeugender Mehrphaseninduktor vorgesehen ist.
Bei einem solchen Verfahren bzw. einer solchen Vorrichtung wird das schmelzflüssige Metall kontinuierlich in eine an ihren beiden Enden offene und nachhaltig gekühlte Kokille eingeführt, an deren Ende ebenfalls kontinuierlich äußerlich erstarrte Brammen oder Knüppel abgezogen werden, deren noch flüssiger Kern allmählich erstarrt.
Halbzeug dieser vorwiegend aus Stahl bestehenden Art weist an seiner Oberfläche und unmittelbar unter seiner Oberfläche Anhäufungen von nichtmetallischen Einschlüssen auf. Man könnte zur Verbesserung der Qualität die oberste Oberfläche von solchem Rohhalbzeug in der Stärke von einigen Millimetern entfernen. Ein solches als "Abbrennen" bezeichnetes Verfahren führt jedoch zu einem Verlust an Stahl, der bei Brammen üblicher Abmessungen je Tonne vergossenem Stahl leicht etwa 40 kg betragen kann.
Es ist bekannt, daß die Menge und die Verteilung solcher Einschlüsse auf die Fließbedingungen in der Kokille zurückzuführen sind, und es ist auch schon bekannt, daß es möglich ist, auf das zur Oberflächenvergütung von Gußerzeugnissen übliche Verfahren des Abbrennens zu verzichten, indem man in ausreichendem Maß auf die Strömungen einwirkt, die sich innerhalb der Kokille im schmelzflüssigen Metall ausbilden.
In den Anmeldungen P 24 48 275.5, P 26 41 261.3 und P 26 41 260.2 wurde vorgeschlagen, die sich im schmelzflüssigen Metall ausbildenden Strömungen mit Hilfe nichtstationärer magnetischer Felder zu steuern, die sich entgegen der Strömungsrichtung des fließenden Metalls längs der Kokillenwände verschieben. Diese Bewegungen, die denen vergleichbar sind, die beim Gießen von Stahlblöcken aus nicht beruhigtem Stahl auftreten, bewirken dann eine Reinigung der erstarrenden Haut, und die Einschlüsse, die sonst von der erstarrenden Schicht eingefangen würden, werden in Richtung auf die freie Oberfläche des in der Kokille noch flüssigen Metalls geführt, wo sie sich in großen Mengen ablagern.
Das magnetische Wanderfeld wird durch einen Mehrphaseninduktor erzeugt, der in den Kühlkammern einer speziell diesem Zweck entsprechend ausgebildeten Kokille angeordnet ist.
Die mit den vorgenannten Vorrichtungen erzielten Ergebnisse sind insoweit befriedigend, als sie tatsächlich eine Verringerung der Menge an Einschlüssen im Verhältnis zu solchen Erzeugnissen zeigen, die ohne ein auf das flüssige Metall einwirkendes elektromagnetisches Wanderfeld gegossen wurden, und auch eine Verlagerung der Einschlüsse nach dem Inneren der Gußerzeugnisse zeigen.
Diese Verfahren werfen jedoch eine Anzahl von Problemen sowohl elektrotechnischer als auch metallurgischer Natur auf. Eines dieser Probleme besteht darin, die die Auswirkung des magnetischen Feldes bestimmenden Parameter so genau festzulegen, daß ohne vermeidbares langwieriges und kostspieliges Experimentieren in der Praxis rasch und mit Sicherheit ein gewünschtes Resultat erzielt wird.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Steuerung des magnetischen Feldes so vorzunehmen, daß in konstanter und reproduzierbarer Weise eine Verlagerung der Anhäufung der nichtmetallischen Einschlüsse in Richtung auf die Achse des Halbzeugs bis zu einer gewünschten vorbestimmten Tiefe gewährleistet ist.
Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung bei einem Verfahren der vorgenannten Art dadurch gelöst, daß das magnetische Feld auf das den Gießkanal durchfließende Metall mindestens bis zu einem oberen, dem Beginn des Erstarrens entsprechenden Niveau einwirkt und daß die Einwirkung des Feldes in Anhängigkeit von der gewünschten Tiefe der Anhäufung der nichtmetallischen Einschlüsse im Inneren des Gießstrangs derart gesteuert wird, daß der Beziehung
°KB°k¥¤´¤°KL°k¤=¤@W:1:&udf57;°Kg&udf56;°Kv°k&udf54;¤(16¤°Kd°k¤¥¤+¤120¤°Kd)°k&udf53;zl10&udf54;genügt wird, in der

B die wirksame magnetische Induktion in [Tesla],
L die Länge der Einwirkung des magnetischen Feldes in [m],
γ die elektrische Leitfähigkeit des vergossenen Metalls in [Ω^-1 · m^-1] und
v das Maß der Wandergeschwindigkeit des magnetischen Feldes in [m/sec] und
d das Maß der Verlagerung der Anhäufung der Einschlüsse in [mm]

Die zur Durchführung dieses Verfahrens dienende Vorrichtung, bei der in einer Stranggußkokille mittels eines dem Stator eines Linearmotors ähnlichen Mehrphaseninduktors ein nichtstätionäres Magnetfeld erzeugt wird, ist so ausgebildet, daß der Induktor aus zwei Teilen besteht, nämlich einem oberen fest angeordneten Teil, der sich im Inneren eines Kühlmantels über die gesamte Länge der Kokillenwand von einem oberen, dem Ort der beginnenden Erstarrung entsprechenden Niveau bis zum Austritt des Gießstrangs am unteren Ende der Kokille erstreckt, und einem unteren beweglichen, in der Länge beliebig veränderbaren, außerhalb der Kokille mit dem vorgenannten festen Teil fluchtend angeordneten, eine Verlängerung des Induktors nach unten bildenden Teil.
Zum Gießen von Halbzeug mit verhältnismäßig kleinem Querschnitt, wie z. B. von Knüppeln, einerseits und zum Gießen von Halbzeug mit verhältnismäßig großem Querschnitt, wie z. B. von Brammen andererseits ist die erfindungsgemäße Vorrichtung vorteilhafterweise so ausgebildet, wie dies im Kennzeichen der Ansprüche 3 und 4 angegeben ist.
Unter "beweglichem Teil" soll nicht nur ein Teil verstanden werden, bei dem die Möglichkeit besteht, die einzelnen Elemente dieses unteren Teils des Induktors abzubauen oder wieder anzubauen, je nachdem eine Verringerung oder Vergrößerung der wirksamen Länge des Induktors, somit der wirksamen Länge des magnetischen Spaltes gewünscht wird, sondern auch ein Teil, bei dem die Möglichkeit besteht, seine einzelnen Elemente an das Stromnetz anzuschließen, ohne sie entfernen zu müssen. Man kann somit die Länge des wirksamen Teils des Spaltes auf zwei gleichwirksame Arten ändern: einmal, indem man die Höhe des Induktors verändert, was gleichbedeutend mit der Veränderung der Länge des wirksamen Teils des Spaltes ist, und ein andermal, indem man die Anschlüsse des unteren Teils des Induktors, ohne Veränderung seiner Höhe ändert, in welch letzterem Fall man die Länge des wirksamen Teils des magnetischen Spaltes verändert, ohne die Länge des Induktors zu verändern.
Die Erfindung dient somit dem Zweck, die Reinheit von Stranggußstücken in ihrem Oberflächenbereich zu verbessern. Sie stellt ein wirksames und zuverlässiges Mittel zur Steuerung der Wirksamkeit des magnetischen Feldes dar, durch die die starke Anreicherung von Einschlüssen, die sich bei nicht vorhandener elektromagnetischer Durchwirbelung in einer unmittelbar unter der Oberfläche gelegenen, nur wenige Millimeter starken Schicht ablagern, in Richtung auf die Achse der Gußstücke bis zu einer gewünschten vorbestimmten Tiefe verlagert wird.
Im industriellen Rahmen durchgeführte Untersuchungen haben ergeben, daß einerseits eine aufsteigende elektromagnetische Durchwirbelung, also eine Wellenfortpflanzung des magnetischen Flusses in einem der Fließrichtung des Metalls entgegengesetzten Sinn, nicht nur eine Verminderung der Menge der Einschlüsse insgesamt, sondern auch und vorwiegend eine Verlagerung der Anhäufung der Einschlüsse in Richtung auf die Achse der Gußstücke verursacht und daß andererseits das Maß dieser Verlagerung eine Funktion der Intensität der Wirkung des magnetischen Feldes ist.
Nähere Untersuchungen dieser Abhängigkeit haben ergeben, daß sich diese in der einfachen vorgenannten Formel darstellen läßt.
Für einen im voraus bestimmten Wert d kann man die Wirkung des Induktors so festlegen, daß er der vorgenannten Gleichung genügt, indem man für die Parameter B und L entweder getrennt oder gleichzeitig einen entsprechenden Wert wählt.
Die Wahl des Parameters B erfolgt in bekannter Weise durch Einstellung einer entsprechenden, den Induktor speisenden Stromstärke. Die entsprechende Wahl des Parameters L erfolgt durch eine Einstellung der wirksamen Länge des magnetischen Spaltes und somit durch eine entsprechende Änderung der Länge des Induktors. Hierbei muß jedoch eine wesentliche Bedingung eingehalten werden, derzufolge die Wirkung des magnetischen Feldes nicht unterhalb des Niveaus beginnen darf, in welchem das Halbzeug in der Kokille zu erstarren beginnt. Diese Bedingung hat ihren Grund darin, daß die Möglichkeit gegeben sein muß, die Konvektionsströmungen des flüssigen Metalls vom ersten Augenblick der beginnenden Erstarrung an zu steuern.
Nach dem derzeitigen Stand der Erfahrung kann man die Stelle der Kokille, an der das flüssige Metall an seiner gegen die Innenwände der Kokille anliegenden Oberfläche eine erstarrende Haut zu bilden beginnt, also die Stelle, die als Beginn der Erstarrungszone definiert wird, nicht mit Sicherheit bestimmen. Man könnte sich von dieser Unsicherheit auf einfache Weise dadurch befreien, daß man mit der Wirkung des Magnetfeldes schon im Bereich der freien Oberfläche des flüssigen Metalls beginnt.
Streng genommen ist es möglich, der vorgenannten Gleichung zu genügen, da die Größe d sich ändert, wenn die Wandergeschwindigkeit v des Magnetfeldes sich ändert, d. h. wenn die Frequenz N des den Induktor speisenden Stroms geändert wird, da es bekannt ist, daß für die Größe v die Beziehung v = 2τ N gilt, in der τ die Polteilung des Induktors in [m] bedeutet.
Es konnte jedoch schon nachgewiesen werden, daß bei einer aus elektrisch leitendem Material, also in erster Linie aus Kupfer oder einer Kupferverbindung bestehenden Kokille das die Kokille durchsetzende Magnetfeld sich abschwächt, wenn die Frequenz N des den Induktor speisenden Stroms wächst. Es besteht somit für eine gegebene Kokille eine optimale Frequenz N, oberhalb der sich die auf das flüssige Metall ausgeübte und in diesem sich auswirkende elektromagnetische Kraft verringert. Ein Vorteil der vorliegenden Erfindung bei ihrer praktischen Anwendung besteht darin, daß man v als einen auf einen vorbestimmten Wert festgelegten Parameter betrachtet, der der optimalen Frequenz des Speisestromes entspricht.
In der Zeichnung sind in schematischer Weise zwei Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen Vorrichtung dargestellt. Es zeigen
Fig. 1 einen senkrechten Längsschnitt durch eine vorzugsweise zur Erzeugung von Halbzeug mit geringem Querschnitt dienende Vorrichtung;
Fig. 2 einen senkrechten Längsschnitt durch eine Vorrichtung, die vorzugsweise zum Gießen von Halbzeug mit größerem Querschnitt dient.
Die in Fig. 1 dargestellte Kokille 1 ist auf ihrer ganzen Länge von einem Ringraum 2 verhältnismäßig geringer Breite umgeben, der von einem kräftigen Strom Kühlflüssigkeit durchflossen wird, der durch einen Einlaßkanal bzw. eine Einlaßkammer 3 eintritt und durch einen Auslaßkanal bzw. eine Auslaßkammer 4 abfließt. Die Beschickung der Kokille 1 mit flüssigem Metall erfolgt mittels eines Tauchrohrs 6, das den Eintrittsstrahl 7 des Metalls vor einer nicht erwünschten Reoxidation durch die Umgebungsluft schützt. Die an der Oberfläche des Gießstrahls durch beginnende Erstarrung sich bildende Schicht 8 wächst mit sich absenkendem Gießstrahl an; ihre innere, an das flüssige Metall angrenzende Oberfläche 9 wird allgemein "Erstarrungsfront" genannt.
Der elektromagnetische Induktor 10 besteht aus zwei getrennten Teilen. Das eine fest angeordnete, in die Kühlkammer der Kokille eingebettete Teil 11 erstreckt sich im wesentlichen über die größte Länge der Kokille von der oberen freien Oberfläche 12 des flüssigen Metalls bis zum unteren Ende der Kokille. Das andere beweglich ausgebildete Teil 13 ist außerhalb der Kokille mit dem fest angeordneten Teil 11 fluchtend angeordnet.
Die beiden den Induktor 10 bildenden Teile 11 und 13 werden durch eine regelmäßige Aufeinanderschichtung von untereinander gleichen ringförmigen Spulen 14 gebildet, die den Gießstrang 8 umschließen. Diese Spulen sind so an eine Mehrphasen-Stromquelle angeschlossen, daß die in den Spulen fließenden Ströme ein magnetisches Feld erzeugen, das in den Gießstrang eindringt und längs der Achse der Kokille nach oben, entgegengesetzt dem in Fig. 1 eingezeichneten, die Fließrichtung des Gießstrahls anzeigenden Pfeil wandert. Ein sich so verlagerndes Magnetfeld wird im allgemeinen "Wanderfeld" genannt, wobei der Induktor 10 den Stator eines linearen Induktionsmotors bildet.
Da das durch das Tauchrohr 6 in die Kokille einfließende Metall 5 mit einer gewissen Geschwindigkeit und damit einem dieser Geschwindigkeit entsprechenden Bewegungsimpuls auf das im Gießkanal befindliche Metall wirkt, so bildet sich in der Achse des Gießstrangs eine abwärtsgerichtete Strömung aus. Das magnetische Wanderfeld, das hauptsächlich auf den Außenbereich des flüssigen Metalls, also auf die Ringzone wirkt, die der bereits erstarrten Oberflächenschicht 8 unmittelbar benachbart ist, übt auf das sich in dieser Zone befindliche Metall einen nach oben gerichteten Bewegungsimpuls aus, wie dies in Fig. 1 durch eine Mehrzahl von nach oben weisenden Pfeilen angedeutet ist. Durch das Zusammenwirken dieser beiden Bewegungsimpulse bildet sich in dem noch flüssigen Teil des Gießstrangs eine dauernde Zirkulationsströmung aus. Unter der Wirkung der dem Gießstrang durch das Wanderfeld aufgezwungenen elektromagnetischen Kraft werden die peripheren Strömungen beschleunigt, so daß sie am Ende eines bestimmten Beschleunigungswegs eine Geschwindigkeit erreichen, die ausreichend ist, um einen wirksamen Reinigungseffekt in der Erstarrungsfront 9 zu bewirken. Dieser Effekt ist darauf zurückzuführen, daß die Einschlußteilchen nicht von der erstarrenden Randschicht eingefangen werden, sondern an die obere freie Oberfläche 12 bewegt werden, wo ein Teil von ihnen auf natürliche Weise dekantiert und der Rest im achsennahen Bereich des Gießstrahls von der Strömung nach unten bis zu einer Tiefe mitgerissen wird, in der außerhalb des wirksamen Bereichs des Induktors die elektromagnetischen Kräfte das flüssige Metall nicht mehr erreichen, so daß die Verunreinigungen an dieser Stelle der Erstarrungsfront von dem erstarrenden Metall leicht eingefangen werden.
Ein wesentliches Merkmal der erfindungsgemäßen Vorrichtung besteht darin, daß das untere Teil 13 des Induktors 10 in seiner wirksamen Länge verändert werden kann. Dies kann dadurch erreicht werden, daß man über die außerhalb der Kokille gelegenen, entfernbaren oder nur einfach einzeln abschaltbaren Spulen 14 entsprechend verfügt. Die Verbindung der einzelnen Spulen untereinander und mit der Basis der Kokille kann auf an sich bekannte Weise erfolgen. Bei dem in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel finden Kronenbolzen 15 und Ringflansche 16 Verwendung. Jede einzelne der lösbaren Spulen 14 ist zur Vermeidung einer zu hohen, die Wicklungen gefährdenden Temperatur in einer Wasserkammer 17 angeordnet. Jeder der Spulen ist auf diese Weise ein eigenes Kühlsystem zugeordnet. Trotzdem ist es auch möglich, einen gemeinsamen Kühlmittelumlauf und eine entsprechende Verbindung der einzelnen Kühlkammern und sogar eine Verbindung mit der Kühlkammer der Kokille vorzusehen. Auf eine zeichnerische Darstellung solcher Möglichkeiten wurde verzichtet.
Wie man aus dem Vorhergehenden schon ersehen konnte, setzt die Anwendung der erfindungsgemäßen Vorrichtung zu einer praktischen Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens voraus, daß eine untere Grenze des zulässigen Änderungsbereichs der Längenabmessungen des wirksam einzusetzenden Teils des Induktors 5 und demgemäß auch der Länge L besteht, innerhalb der das magnetische Feld wirksam ist. Diese untere Grenze L&sub0; ist durch die Länge des fest angeordneten Teils 11 des Induktors definiert und entspricht dem Fall einer Verwendung der Vorrichtung ohne zusätzliche äußere Spulen 14 bzw. dem Fall einer äquivalenten Abschaltung der Spulen 14.
Eine solche Art der Verwendung der erfindungsgemäßen Vorrichtung empfiehlt sich immer dann, wenn der Wert für die Tiefenverlagerung d der Einschlüsse verhältnismäßig klein ist und sich etwa zwischen 1 und 10 mm bewegt, wozu es zur Einstellung der erforderlichen Wirksamkeit des Magnetfeldes genügt, die wirksame magnetische Induktion B des Magnetfeldes entsprechend zu wählen.
Bei dem zweiten Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung, das insbesondere zur Herstellung von Gußblöcken größerer Abmessungen, wie z. B. von Brammen, bestimmt ist, bereitet es Schwierigkeiten, einen Induktor vorzusehen, der, wie bei dem vorhergehenden Ausführungsbeispiel, zylinderförmig ausgebildet ist und den Gießstrang umfaßt. Eine solche Anordnung hätte für die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens auch keine besondere Bedeutung, denn das auf die schmalen Seitenflächen eines Gußblocks wirkende Magnetfeld wäre auf den angestrebten metallurgischen Zweck ohne wesentliche Auswirkung. Man bildet daher, wie es Fig. 2 zeigt, den fest angeordneten Teil 11 des Induktors 10, der wiederum in der Kühlkammer angeordnet ist, so aus, daß er gegen die den Gießstrang an seinen beiden Breitseitenflächen begrenzenden Wände 1 der Kokille anliegt. Dieser fest angeordnete Teil wird durch horizontal angeordnete, elektrisch leitende Schienen 18 gebildet, die in senkrecht zur Achse der Kokille sich erstreckenden Aussparungen 19 angeordnet sind, die aus zwei einander gegenüberliegenden, aus magnetischem Material bestehenden Blechpaketen 20 ausgespart sind, die regelmäßig an den beiden Breitseitenflächen des Gießkanals angeordnet sind und das magnetische Joch für den rückseitigen magnetischen Rückfluß bilden. Eine ausführlichere Beschreibung der Ausbildung einer solchen Vorrichtung findet sich in der vorgenannten Anmeldung P 26 41 261.3. Das in der Länge veränderbare Teil 13 des Induktors wird durch Stützrollen 21 gebildet, die unmittelbar unterhalb der Kokille zu beiden Seiten der Breitseitenwände des Gießkanals angeordnet sind und gegen diese anliegen. Diese hohl ausgebildeten Stützrollen weisen eine axial symmetrische Nabe 22 auf, die aus einem Blechpaket vorzugsweise unmagnetischer Bleche gebildet wird und achsenparallele längliche Aussparungen 23 aufweist, in denen elektrische Leiter 24 angeordnet sind. Diese mittelachsige Nabe 22 kann entweder starr oder um die Achse der Stützrollen drehbar angeordnet sein. In diesem letzteren Fall ist an einem stirnseitigen Ende der Nabe ein in der Zeichnung nicht dargestellter Kollektor angeordnet, der einen Stromdurchgang durch die Leiter 24 in der Richtung bewirkt, daß dauernd ein nichtstätionäres magnetisches Feld in einer Ebene senkrecht zur Achse des Gießkanals aufrechterhalten wird.
Diese Wicklungen sind, wie auch die Stromschienen 18 des fest angeordneten Teils 11, an ein Mehrphasennetz angeschlossen, um einen magnetischen Fluß zu erzeugen, dessen Wanderwelle sich von unten nach oben im Spalt des Induktors 10 bewegt. Es ist leicht verständlich, daß die gewünschten Veränderungen der wirksamen Länge L des Induktors dadurch hervorgerufen werden, daß man die Zahl der Stützrollen 21 oder auch nur die Zahl der an das elektrische Netz angeschlossenen, auf die Stützrollen aufgebrachten Wicklungen ändert. Die Stützrollen sind an einem im einzelnen zeichnerisch nicht dargestellten Gestell 25 angeordnet, an dem Sprühdosen 26 vorgesehen sind, um gleichzeitig eine Abkühlung des erstarrenden Gießstrangs und der elektrischen Leitungen 24 zu bewirken.
Es könnte bei erster Betrachtung den Anschein erwecken, daß die Konstruktion dieses in Fig. 2 dargestellten Ausführungsbeispiels einige Schwierigkeiten mit sich bringt, einerseits was den unterschiedlichen Aufbau des Induktors des fest angeordneten Teils 11 und der Induktoren des beweglich angeordneten Teils 13 anlangt, und andererseits was die Unterbrechung des zusammenhängenden Aufbaus dieser beiden Teile an der Stelle ihrer gegenseitigen Verbindung anlangt.
Erfahrungen haben jedoch gezeigt, daß bei Beachtung bestimmter elementarer Vorsichtsmaßnahmen die Abstände an der Trennstelle der verschiedenen Leiter des Induktors so weitgehend egalisiert werden können, daß die im Vorstehenden angegebene Gleichung bezüglich der wirksamen Länge L bis auf etwa 15% bestätigt werden konnte.
Im folgenden wird ein praktisches Beispiel unter Angabe von Zahlen beschrieben, bei dem Knüppel mit einem quadratischen Querschnitt mit der Seitenlänge 120 mm mittels einer Vorrichtung entsprechend dem in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel gegossen wurden.
Die Geschwindigkeit, mit der die Knüppel abgezogen werden, betrug dauernd etwa 2 m/min. Bei dieser Geschwindigkeit und vorgegebenen Abkühlbedingungen betrug die erstarrte Oberflächenschicht im Bereich des unteren Endes der Kokille etwa 12 mm.
Der Induktor wird von Drehstrom gespeist, und die an eine gemeinsame Phase angeschlossenen Spulen sind paarweise so hintereinandergeschaltet, daß die Stromrichtungen in zwei hintereinandergeschalteten Leitern einander entgegengesetzt sind. Zwei aufeinanderfolgende, an dieselbe Phase angeschlossene Spulen sind gegeneinander durch zwei Spulen getrennt, die an zwei andere Phasen angeschlossen sind. Der Induktor weist somit eine Polteilung von 0,24 m auf. Der Induktor war so ausgelegt, daß in jeder Phase ein Strom von max. 350 A fließen konnte, ohne daß die Gefahr einer übermäßigen Erhitzung bestand. Eine solche Stromstärke entspricht der Induktion eines Magnetfeldes von etwa 0,042 Tesla in der Zone des flüssigen Metalls, die an die Erstarrungsfront angrenzt.
Die Stromfrequenz betrug 10 Hz, was bei den durchgeführten Versuchen einem optimalen Wert entspricht.
Die Ablagerung der Einschlüsse sollte in einer Tiefe von etwa 8 mm unter der Oberfläche der Knüppel erfolgen. Nach der im Vorstehenden angegebenen Gleichung mußte daher die Wirksamkeit des Induktors so eingestellt werden, daß das Produkt B ² · L den Wert 6,6×10^-4 Tesla²×m annimmt, wobei die elektrische Leitfähigkeit γ des schmelzflüssigen Stahls etwa 6,25 · 10^-5 Ω^-1 · m^-1 beträgt.
Wenn man ohne den unteren Teil 13 des Induktors, also mit einer wirksamen Verlängerung des Induktors 10 vom Wert Null arbeitet, so weist der Induktor einen Spalt von der Länge L&sub0; auf, die dem Zweifachen der Polteilung, also 0,48 m entspricht.
Die hierzu notwendige wirksame magnetische Induktion beträgt 0,037 Tesla. Bei Versuchen, die nur mit dem oberen fest angeordneten Teil des Induktors, also mit einer Länge von 0,48 m gefahren wurden, wurde eine Anhäufung der Einschlüsse in einer Tiefe von 8 mm bei einer wirksamen magnetischen Induktion von 0,042 Tesla erzielt, wobei die effektive Stromstärke in jeder Phase 350 A betrug.
Bei weiteren Versuchen wurde der Induktor an seinem unteren Ende durch drei wirksame Spulen, also um eine Länge von 0,24 m - die einer Polteilung entspricht - verlängert. Gemäß der Erfindung sollte der angestrebte metallurgische Effekt theoretisch durch ein Magnetfeld erzielt werden, das eine wirksame Induktion von 0,030 Tesla aufweist. Die Ergebnisse dieser Versuche haben gezeigt, daß tatsächlich ein Feld mit einer wirksamen magnetischen Induktion von 0,034 Tesla zur Erzielung des Effektes erforderlich war. Die Abweichung liegt somit in der Größenordnung von nur 10%.
Die Erfindung kann bei beliebigen Stranggußverfahren Verwendung finden, einerlei welche Zusammensetzung das zu vergießende Metall und welche Abmessungen das zu gießende Halbzeug aufweist. Das Maß der Zurückdrängung der nichtmetallischen Einschlüsse in das Innere des erstarrenden Gießstrangs kann von der Art der nachfolgenden metallurgischen Behandlung des Halbzeugs, wie z. B. der Besonderheit des Walzverfahrens, abhängig gemacht werden, so daß auf diese zuverlässige Weise eine gute Oberflächenbeschaffenheit der Produkte erzielt wird.

Claims

1. Verfahren zur elektromagnetischen Durchwirbelung eines beim kontinuierlichen Vergießen insbesondere von Stahl erstarrenden Gießstrangs, der der Einwirkung eines nichtstationären, parallel zur Achse und entgegen der Fließrichtung des Metalls wandernden magnetischen Feldes unterworfen ist, dadurch gekennzeichnet, daß das magnetische Feld auf das den Gießkanal durchfließende Metall mindestens bis zu einem oberen, dem Beginn des Erstarrens entsprechenden Niveau einwirkt und daß die Einwirkung des Feldes in Abhängigkeit von der gewünschten Tiefe der Anhäufung der nichtmetallischen Einschlüsse im Inneren des Gießstrangs derart gesteuert wird, daß der Beziehung
B¥¤´¤°KL°k¤=¤@W:1:°K&udf57;°Kg&udf56;°Kv°k&udf54;¤(16¤°Kd°k¤¥¤+¤120¤°Kd)°k&udf53;zl10&udf54;genügt wird, in der

B die wirksame magnetische Induktion in [Tesla],

L die Länge der Einwirkung des magnetischen Feldes in [m],

γ die elektrische Leitfähigkeit des vergossenen Metalls in [Ω^-1 · m^-1],

v das Maß der Wandergeschwindigkeit des magnetischen Feldes in [m/sec] und

d den radialen Abstand der Anhäufung der Einschlüsse von der Oberfläche des Gießstrangs in [mm]

bedeutet.

2. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 unter Verwendung einer Stranggußkokille und eines ein nichtstationäres Magnetfeld erzeugenden, dem Stator eines Linearmotors ähnlichen Mehrphaseninduktors, dadurch gekennzeichnet, daß der Induktor (10) aus zwei Teilen besteht:

- einem oberen, fest angeordneten Teil (11), der sich im Inneren des Kühlmantels (2) über die gesamte Länge der Kokillenwand (1) von einem oberen, dem Ort der beginnenden Erstarrung entsprechenden Niveau bis zum Austritt des Gießstrangs am unteren Ende der Kokille erstreckt, und

- einem unteren beweglichen, in der Länge beliebig veränderbaren, außerhalb der Kokille mit dem vorgenannten festen Teil (11) fluchtend angeordneten, eine Verlängerung des Induktors (10) nach unten bildenden Teil (13).

3. Vorrichtung nach Anspruch 2 zur elektromagnetischen Durchwirbelung eines Gießstrangs zur Herstellung von Halbzeug verhältnismäßig kleinen Querschnitts, wie z. B. Knüppeln, dadurch gekennzeichnet, daß der Induktor (10) durch einen regelmäßigen Stapel von gleichen, den Gießstrang umgebenden Spulen (14) gebildet wird und die den unteren beweglichen Teil (13) bildenden Spulen (14) einzeln voneinander trennbar angeordnet sind, um die nutzbare Länge des Induktors beliebig in vorgenannter Abhängigkeit von der gewünschten Lokalisierung der Einschlüsse im Inneren des Gießstrangs ändern zu können.

4. Vorrichtung nach Anspruch 2 zur elektromagnetischen Durchwirbelung eines Gießstrangs zur Herstellung von Halbzeug mit verhältnismäßig großem Querschnitt, wie z. B. Brammen, dadurch gekennzeichnet, daß der fest in dem Kühlmantel (2) der Kokille (1) angeordnete Teil (11) des Induktors (10) aus zwei getrennten, je an den beiden Breitseiten des Gießstrangs angeordneten, auf die ganze Breite des Gießstrangs einwirkenden Wicklungen (18) besteht, und daß der bewegliche Teil (13) des Induktors aus zwei Wicklungen (24) besteht, die im Inneren von im Kontakt mit den Breitseiten des Gießstrangs stehenden Stützrollen (21) angeordnet sind, die am Ende der Kokille (1) in einem in Abhängigkeit von der gewünschten Lokalisierung der Einschlüsse vorbestimmten Abstand voneinander angeordnet sind.