EP0008376B1 - Method for continuously casting metal in a mould and influence of an electro-magnetic field - Google Patents
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- EP0008376B1 EP0008376B1 EP19790102611 EP79102611A EP0008376B1 EP 0008376 B1 EP0008376 B1 EP 0008376B1 EP 19790102611 EP19790102611 EP 19790102611 EP 79102611 A EP79102611 A EP 79102611A EP 0008376 B1 EP0008376 B1 EP 0008376B1
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Classifications
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- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B22—CASTING; POWDER METALLURGY
- B22D—CASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
- B22D11/00—Continuous casting of metals, i.e. casting in indefinite lengths
- B22D11/12—Accessories for subsequent treating or working cast stock in situ
- B22D11/122—Accessories for subsequent treating or working cast stock in situ using magnetic fields
Definitions
- the present invention relates to a process for the continuous casting of metal, in which the melt is poured into a mold, the resulting strand having a liquid core is drawn out, guided and further cooled and by means of at least one electro-, magnetic field in the strand-inducing stirrer by means of the Melt acting thrust a turbulent flow is generated in the liquid core.
- the structure of a strand produced by the continuous casting process depends, among other things, on the composition of the material and the casting temperature. At casting temperatures of only a few degrees Celsius above the melting temperature, a globular, non-directional structure, and at casting temperatures with more than 15 ° above liquidus, a columnar, directed structure with a strong, central positive segregation of the accompanying elements. In practice, for casting reasons, casting must be carried out at excess temperatures of more than 20 ° C. For this reason, many efforts have already been made to obtain a slab with a predominantly globulitic, undirected structure and little central segregation even with continuous casting at such excess temperatures.
- Alloy and accompanying elements such as C, Si, Mn, P, S etc. are contained in the steel, which can lead to segregation, especially central segregation, when solidified.
- segregations, as well as the crystal structure are known to include depending on the level of excess temperature.
- segregations are to be prevented by electromagnetic stirring or by the turbulent flow generated.
- the solidification structure should be influenced in such a way that the largest possible zone of dense, undirected crystal structure is obtained.
- the solidification front is influenced by the strong local movement of the melt in such a way that so-called white bands form. These white bands are negative segregations that can have a negative impact on quality.
- a device in which an electromagnetic device with three pole pairs is arranged around the mold tube, which sets the liquid core into a movement rotating about the longitudinal axis of the strand.
- This rotation created by a perfect rotating field, has an insufficient turbulence in its flow.
- the mixing of the liquid steel is imperfect because there is no force acting across the strand due to the uniform magnetic application of the melt.
- This relatively low turbulence leaves something to be desired in terms of the quality of the cast product in relation to the surface, the distribution of the alloy and accompanying elements, but also to the internal structure.
- thrust forces are generated in the direction of the longitudinal axis of the strand with an electromagnetic traveling field, the magnets running around the strand being arranged between the pairs of rollers up to the end of the sump.
- the flow created along the swamp brings the desired area of non-columnar structure and prevents the occurrence of significant segregations, in particular the central sedimentation and white bands.
- Such an arrangement requires too much space due to the large number of magnets, hinders sufficient cooling of the strand and is far too complex.
- the cast material should not have any white bands and should be low in segregation, particularly with regard to the central segregation.
- this object is achieved in that pulsating thrust forces acting differently on the melt are generated by applying a predetermined asymmetry in the phases.
- a linear thrust direction can be produced in the melt transversely or longitudinally to the longitudinal axis of the strand from the differently acting shear forces within the fields.
- the space required to produce a stirring effect which is sufficiently long in the direction of the strand is therefore reduced.
- the shear forces acting differently within the fields produce a shear direction in the melt that runs in an arc around the longitudinal axis of the strand.
- the strand surface can be improved in addition to the better internal structure.
- the windings of one phase coil in order to generate the different shear forces, can be acted upon by different currents in comparison to the windings of at least one other phase coil.
- These different current strengths are advantageously in a range between approximately 10% -25%.
- the differently acting thrust forces can also be generated by different geometrical designs of the phase coils.
- the asymmetry in the current application of the phase coils in the start-up period is set from approximately zero to a predetermined maximum value according to an additional criterion. It was thus possible to ensure that the foremost strand section also has the desired metallurgical quality.
- Fig. 1 denotes a cooled, curved and oscillating mold for casting a slab, which is supplied with liquid steel from a casting vessel, not shown, via a pouring tube reaching into the mold 1.
- the strand 2 formed in the mold 1 and having a liquid core 3 is guided and supported in a curved strand path 4 following the mold 1 with a radius of 10 m with the aid of rollers 5.
- Spray nozzles 6 for further cooling the strand 2 are arranged between the rollers 5.
- the strand is pulled out and straightened by a driving judge 7.
- a stirrer in the form of a traveling field magnet 10 of known construction is arranged on the inside of the strand 4 at a distance of approximately 5 m below the end of the mold. Between the magnet 10 and the inside of the strand 2, rollers 5 'made of an anti-magnetic material, for example stainless steel, are attached.
- the magnet 10 is constructed in two phases. Three-phase magnets can also be used. The shear forces generated by the stirrer act transversely to the longitudinal axis of the strand.
- Fig. 2 shows the micrograph of a steel cast at an excess temperature of 29 ° C with 0.15% C, 0.025% S and usual other accompanying elements, wherein, as mentioned, a conventional stirring method was used.
- the micrograph shows a relatively thin edge zone 20 with a predominantly globulitic structure. This zone 20 is followed by a zone 21 with a columnar structure of dendrites directed towards the center.
- Zone 21 is followed by zone 22, which has an undirected crystal structure, is lighter and represents a white band.
- This band can consist of one piece, as the reference number 22 indicates, or can be divided into several bands 23, 24, 25.
- the zone 22 is followed by a zone 26 with a dense, non-directional crystal structure, which merges into the central reduction 27.
- FIG. 3 shows the result of the quantitative analysis of the sulfur fraction length along line 111-111 in FIG. 2.
- the sulfur content is plotted on the ordinate and the slab thickness on the abscissa. It can be seen from the diagram that the sulfur content in the white band (zones 23, 24, 25) is markedly reduced.
- FIG. 4 illustrates a micrograph of half the cross-section of a slab stirred by the method according to the invention.
- the format of the slab cross-section, steel quality, pull-out speed, direction of the thrust forces and frequency were the same as described for FIG. 2.
- the excess temperature was 43 ° C.
- the strength for the excitation current was 830 A for one phase and 1000 amperes for the other phase.
- One phase is thus exposed to a current that is approx. 20% higher than the other phase, i.e. the phases of the electromagnetic fields are asymmetrical.
- a zone 31 with a predominantly globulitic structure can again be seen in the micrograph. This is followed by a zone 32 with dendrites directed towards the center of the slab.
- a weakly formed zone 33 with a crystal structure that shows no alignment is followed by zone 32.
- the center of the slab has a zone 34 with an also undirected crystal structure, which is, however, finer and denser than that according to FIG. 2.
- FIG. 5 shows the result of the quantitative analysis of the sulfur content along the line V-V of FIG. 4.
- the analysis reveals that when the liquid core is stirred by the method according to the invention, a relatively uniform distribution of the sulfur is achieved with the turbulent flow generated thereby. Both the positive central increase and the negative segregation in zone 32 largely no longer occur. Only insignificant white bands are present.
- phase 1 is charged with 1000 and phase 2 with approximately 1000 amperes.
- stirring transverse to the strand with a linear direction of thrust can run from left to right or vice versa on a broad side of the slab.
- the stirrer can be arranged on one or on both broad sides.
- Asymmetry creates a natural shear force that is natural, perpendicular to the main movement component and also perpendicular to the strand pulling direction.
- the force resulting from the asymmetry in the phases and perpendicular to the stirrer surface should be effective away from the stirrer surface facing the strand.
- their direction of action can be rotated by 180 °, i.e. away from the middle of the strand towards the strand skin.
- the denser, undirected crystal structure produced by the described method and the insignificant white bands result in much better properties of the rolled product when the slabs are rolled out. On top of that, little space is required for the device for generating the optimal turbulent flow.
- the different shear forces are generated by applying different currents to the windings.
- these different shear forces can also be caused by different geometrical designs of the phase coils, e.g. of the number of turns.
- the traveling field magnets can also be arranged in such a way that the different shear forces act in the direction of the longitudinal axis of the strand or at an angle to it.
- an additional hiking field can be provided on the other side of the strand.
- more than one moving field can act in the longitudinal direction of the strand.
- the turbulent flow can also be effective in the mold, the flow can also be effective in the mold, the flow advantageously being kept in such a way that it does not affect the bath level, so as not to have a negative effect on the surface quality of the strand.
- the asymmetry described can also be achieved by the interaction of several stirring segments in the same stirrer with different loading or geometric design of the phase coils.
- a mold is referred to on average. It consists of a mold tube 52 made of copper and a mold jacket 53. A cooling jacket 54 is arranged around the tube 52. Cooling water flows through the space between the mold 52 and the cooling jacket 54. A partially solidified strand 60 with a liquid core 61 is shown in the interior of the mold 52. This strand 60 is drawn from the mold by known means and cooled further.
- Magnetic poles 70, 71, 72, 73 are provided on each side of the cooling jacket 54, each of which is provided with a turn 74, 75, 76, 77. These magnetic poles are cooled by cooling water in the space between cooling jacket 54 and mold jacket 53. The turns 74, 75, 76, 77 are switched so that a traveling field is created. These magnetic poles form an electromagnetic field in the strand-inducing stirrer. According to the casting parameters, one phase is fed with a 1025% higher current than the other, subsequent phase. For a stick of 100x100 mm, the turns 74 and 76 are at a frequency of 50 Hz and a voltage of 50 V with 400 A and applied windings 75 and 77 with 320 A.
- the traveling field produces differently acting shear forces in the liquid steel which, due to the arrangement of the magnetic poles described, cause the melt to rotate. If a slower penetration of the stirring action or a lower stirring speed is desired, the frequency is reduced accordingly, especially with large wall thicknesses of the mold tube.
- the circuit can, however, also be selected such that the magnetic flux flows between the pole pairs 70, 72 or 71, 73 and the rotary movement is generated in this way with the aid of the magnetic field.
- the pole pairs 70, 72 are excited, for example, with 400 A and the pole pairs 71, 73 with 320 A.
- the number of poles can be increased for larger billet and bloom formats.
- the differently acting thrust forces can be generated by different geometrical designs of the phase coils, e.g. by different number of turns or by different formation of the pole irons, such as shape and size of the iron cross sections and / or polar axis directions etc.
- the method according to the invention can be used for all types of continuous casting plants with continuous molds, also for plants for casting beam pre-profiles and non-ferrous metals. In the case of strands with long, liquid cores, several stirrers can work together.
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Description
Die vorliegende Erfindung behandelt ein Verfahren zum Stranggiessen von Metall, bei dem Schmelze in eine Kokille gegossen, der entstehende, einen flüssigen Kern aufweisende Strang ausgezogen, geführt sowie weiter gekühlt und durch mindestens einen elektro-, magnetische Felder in den Strang induzierenden Rührer mittels auf die Schmelze wirkender Schubkräfte eine turbulente Strömung im flüssigen Kern erzeugt wird.The present invention relates to a process for the continuous casting of metal, in which the melt is poured into a mold, the resulting strand having a liquid core is drawn out, guided and further cooled and by means of at least one electro-, magnetic field in the strand-inducing stirrer by means of the Melt acting thrust a turbulent flow is generated in the liquid core.
Das Gefüge eines im Stranggiessverfahren hergestellten Stranges ist neben anderem von der Zusammensetzung des Materials und von der Giesstemperatur abhängig. Bei Giesstemperaturen von nur wenigen Grad Celsius über der Schmelztemperatur überwiegt ein globulitisches, ungerichtetes und bei Giesstemperaturen mit mehr als 15° über Liquidus ein kolumnares, gerichtetes Gefüge mit einer starken, zentralen positiven Seigerung der Begleitelemente. Aus giesstechnischen Gründen muss in der Praxis mit Uebertemperaturen von mehr als 20°C gegossen werden. Es sind darum schon viele Anstrengungen unternommen worden, auch beim Stranggiessen mit solchen Uebertemperaturen eine Bramme mit überwiegend globulitischem, ungerichtetem Gefüge und geringer zentraler Seigerung zu erhalten.The structure of a strand produced by the continuous casting process depends, among other things, on the composition of the material and the casting temperature. At casting temperatures of only a few degrees Celsius above the melting temperature, a globular, non-directional structure, and at casting temperatures with more than 15 ° above liquidus, a columnar, directed structure with a strong, central positive segregation of the accompanying elements. In practice, for casting reasons, casting must be carried out at excess temperatures of more than 20 ° C. For this reason, many efforts have already been made to obtain a slab with a predominantly globulitic, undirected structure and little central segregation even with continuous casting at such excess temperatures.
Beim Stranggiessen von Stahl ist es bekannt, durch magnetisches Rühren der Schmelze im flüssigen Kern Verbesserungen der Qualität des gegossenen Materials mittels einer mehr oder weniger starken turbulenten Strömung zu erhalten. Diese Verbesserungen sind durch verschiedene Verfahren zum Aufbringen der Schubkräfte auf die Schmelze erzielt worden.In the continuous casting of steel, it is known to obtain improvements in the quality of the cast material by means of a more or less strong turbulent flow by magnetic stirring of the melt in the liquid core. These improvements have been achieved through various methods of applying the shear forces to the melt.
Im Stahl sind Legierungs- und Begleitelemente, wie C, Si, Mn, P, S usw. enthalten, die beim Erstarren zu Seigerungen, insbesondere Zentralseigerungen, führen können. Solche Seigerungen, wie auch die Kristallstruktur, sind bekanntlich u.a. von der Höhe der Uebertemperatur abhängig. Durch das elektromagnetische Rühren bzw. durch die erzeugte turbulente Strömung sollen solche Seigerungen verhindert werden. Das Erstarrungsgefüge soll derart beeinflusst werden, dass eine möglichst grosse Zone von dichter, ungerichteter Kristallstruktur erhalten wird. Es hat sich aber gezeigt, dass durch die lokale starke Bewegung der Schmelze die Erstarrungsfront so beeinflusst wird, dass sich sogenannte weisse Bänder bilden. Diese weissen Bänder sind negative Seigerungen, die sich qualitätsverschlechternd auswirken können.Alloy and accompanying elements such as C, Si, Mn, P, S etc. are contained in the steel, which can lead to segregation, especially central segregation, when solidified. Such segregations, as well as the crystal structure, are known to include depending on the level of excess temperature. Such segregations are to be prevented by electromagnetic stirring or by the turbulent flow generated. The solidification structure should be influenced in such a way that the largest possible zone of dense, undirected crystal structure is obtained. However, it has been shown that the solidification front is influenced by the strong local movement of the melt in such a way that so-called white bands form. These white bands are negative segregations that can have a negative impact on quality.
Beim Vergiessen von Knüppeln oder Vorblöcken ist es zur Verbesserung der Oberflächen- sowie der Innenqualität bekannt, die Schmelze im flüssigen Kern mit Hilfe einer elektromagnetischen Einrichtung in eine um die Strahgtängsachse rotierende Bewegung zu versetzen. Hierbei wird die Rotation mit einem unvollkommenen Drehfeld (drei Magnetpole) erzeugt. Wohl wird dabei eine feinkörnigere Struktur erhalten, aber das Entstehen eines grossen weissen Bandes konnte nicht verhindert werden.When casting billets or blooms, to improve the surface and internal quality, it is known to set the melt in the liquid core with the help of an electromagnetic device in a rotating motion about the longitudinal axis of the beam. The rotation is generated with an imperfect rotating field (three magnetic poles). A fine-grained structure is probably obtained, but the formation of a large white band could not be prevented.
Es ist weiter eine Vorrichtung bekannt, bei der um das Kokillenrohr herum eine elektromagnetische Einrichtung mit drei Polpaaren angeordnet ist, die den flüssigen Kern in eine um die Stranglängsachse rotierende Bewegung versetzt. Diese von einem vollkommenen Drehfeld erzeugte Rotation weist in ihrer Strömung eine ungenügende Turbulenz auf. Die Durchmischung des flüssigen Stahles ist deshalb unvollkommen, weil sich durch die gleichmässige magnetische Beaufschlagung der Schmelze keine quer zum Strang wirkende Kraft ergibt. Diese relativ geringe Turbulenz lässt hinsichtlich der Qualität des gegossenen Produktes in bezug auf die Oberfläche, die Verteilung der Legierungs- und Begleitelemente, aber auch auf die innere Struktur, zu wünschen übrig.Furthermore, a device is known in which an electromagnetic device with three pole pairs is arranged around the mold tube, which sets the liquid core into a movement rotating about the longitudinal axis of the strand. This rotation, created by a perfect rotating field, has an insufficient turbulence in its flow. The mixing of the liquid steel is imperfect because there is no force acting across the strand due to the uniform magnetic application of the melt. This relatively low turbulence leaves something to be desired in terms of the quality of the cast product in relation to the surface, the distribution of the alloy and accompanying elements, but also to the internal structure.
Nach einem bekannten Verfahren werden mit einem elektromagnetischen Wanderfeld Schubkräfte in Richtung der Stranglängsachse erzeugt, wobei die um den Strang verlaufenden Magnete zwischen den Rollenpaaren bis zum Sumpfende angeordnet sind. Die entlang des Sumpfes erzeugte Strömung bringt den gewünschten Bereich von nicht kolumnarem Gefüge und verhindert das Entstehen von massgeb- .enden Seigerungen, insbesondere der Mittenseigerung und weissen Bändern. Eine solche Anordnung benötigt durch die Vielzahl der Magnete einen zu grossen Platz, behindert ein ausreichendes Kühlen des Stranges und ist viel zu aufwendig.According to a known method, thrust forces are generated in the direction of the longitudinal axis of the strand with an electromagnetic traveling field, the magnets running around the strand being arranged between the pairs of rollers up to the end of the sump. The flow created along the swamp brings the desired area of non-columnar structure and prevents the occurrence of significant segregations, in particular the central sedimentation and white bands. Such an arrangement requires too much space due to the large number of magnets, hinders sufficient cooling of the strand and is far too complex.
Mit einem andern bekannten Verfahren für Brammenformate wird versucht, diese weissen Bänder zu eliminieren, indem mit elektromagnetischen Wanderfeldern, erregt durch zwei an den Längsseiten sich gegenüber befindliche Magnete, Schubkräfte auf den flüssigen Stahl erzeugt werden. Diese Schubkräfte sollen so quer zur Stranglängsachse wirken, dass ein sanftes Anstossen der Strömung an der erstarrten Wand erzielt wird, so dass die umgelenkte Strömung innerhalb eines begrenzten Bereiches gehalten wird. Dieser begrenzte Wirkungsbereich ergibt eine ungenügende Zone von dichter, ungerichteter Kristallstruktur: Im weiteren hat sich gezeigt, dass mit diesem Verfahren die weissen Bänder nur mangelhaft eliminiert werden können, so dass durch diese Nachteile kein optimales Produkt erhalten werden kann, was sich z.B. auf das gewalzte Produkt qualitätsmässig negativ auswirken kann.Another known method for slab formats attempts to eliminate these white strips by generating shear forces on the liquid steel with electromagnetic traveling fields, excited by two magnets located on the long sides opposite one another. These shear forces should act transversely to the longitudinal axis of the strand so that the flow is gently knocked against the solidified wall so that the deflected flow is kept within a limited range. This limited range of action results in an insufficient zone of dense, undirected crystal structure: It has further been shown that the white bands can only be poorly eliminated with this process, so that these disadvantages do not allow an optimal product to be obtained, which can e.g. can have a negative impact on the quality of the rolled product.
Bei Versuchen mit von Symmetrie in den Phasen beeinflussten Schubkräften mit quer zur Stranglängsrichtung geradlinig verlaufender Schubrichtung, erzeugt von einem an der Längsseite einer Bramme angeordneten Rührer, zeigten die Schliffbilder weisse Bänder und eine breite Zone von Dendriten, was eine ungenügende Qualität des gegossenen Stahles erbrachte.In experiments with shear forces influenced by symmetry in the phases with straight lines running transversely to the longitudinal direction of the strand Thrust direction, generated by a stirrer arranged on the long side of a slab, the micrographs showed white bands and a wide zone of dendrites, which resulted in an unsatisfactory quality of the cast steel.
Es ist Aufgabe der Vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zu schaffen, mit dem eine Optimale Strangqualität erhalten wird. Im besonderen soll eine genügende Zone von dichter, ungerichteter Kristallstruktur vorhanden sein. Das gegossene Material soll keine weissen Bänder aufweisen und seigerungsarm sein, insbesondere in bezug auf die Zentralseigerung.It is the object of the present invention to create a method with which an optimal strand quality is obtained. In particular, there should be a sufficient zone of dense, undirected crystal structure. The cast material should not have any white bands and should be low in segregation, particularly with regard to the central segregation.
Die Lösung dieser Aufgabe besteht erfindungsgemäss darin, dass durch Aufbringen einer vorbestimmten Asymmetrie in den Phasen unterschiedlich auf die Schmelze wirkende, pulseirende Schubkräfte erzeugt werden.According to the invention, this object is achieved in that pulsating thrust forces acting differently on the melt are generated by applying a predetermined asymmetry in the phases.
Ueberrachenderweise konnte festgestellt werden, dass bei unterschiedlich auf die Schmelze wirkenden Schubkräften innerhalb der Felder eine derartige turbulente Strömung erzeugt wurde, dass trotz hoher Uebertemperatur praktisch keine weissen Bänder im Schliffbild auftraten sowie die gewünschte Zone von dichter, ungerichteter Kristallstruktur ohne massgebende Zentralseigerung erreicht wurde.Surprisingly, it was found that with shear forces acting differently on the melt within the fields, such a turbulent flow was generated that despite the high excess temperature there were practically no white bands in the micrograph and that the desired zone of dense, undirected crystal structure was reached without a significant central gradient.
In Abhängigkeit der gegebenen Giessparameter kann nach einer vorteilhaften Anwendung des Verfahrens, von den unterschiedlich wirkenden Schubkräften innerhalb der Felder eine geradlinig verlaufende Schubrichtung in der Schmelze quer oder längs zur Stranglängsachse erzeugt werden. Bei grösseren Strangquerschnitten mit quer zur Stranglaufrichtung verlaufender Schubwirkung wird daher der Platzbedarf zur Erzeugung eines in Stranglaufrichtung genügend langen Rühreffektes verringert.Depending on the given casting parameters, according to an advantageous application of the method, a linear thrust direction can be produced in the melt transversely or longitudinally to the longitudinal axis of the strand from the differently acting shear forces within the fields. In the case of larger strand cross sections with a thrust effect running transversely to the direction of the strand, the space required to produce a stirring effect which is sufficiently long in the direction of the strand is therefore reduced.
Für Knüppel- und Vorblockformate wird nach einer anderen vorteilhaften Anwendung von den unterschiedlich wirkenden Schubkräften innerhalb der Felder eine bogenförmig um die Stranglängsachse verlaufende Schubrichtung in der Schmelze erzeugt. Bei Anwendung dieses Verfahrens in der Kokille kann neben der besseren Innenstruktur die Strangoberfläche verbessert werden.For billet and billet formats, according to another advantageous application, the shear forces acting differently within the fields produce a shear direction in the melt that runs in an arc around the longitudinal axis of the strand. When using this process in the mold, the strand surface can be improved in addition to the better internal structure.
Nach einer Weiteren Anwendung der Erfindung können zur Erzeugung der unterschiedlichen Schubkräfte auf einfachste Weise die Windungen der einen Phasenspule gegenüber den Windungen mindestens einer anderen Phasenspule von unterschiedlichen Stromstärken beaufschlagt werden. Vorteilhaft liegen dabei diese unterschiedlichen Stromstärken in einem Bereich zwischen ca. 10%-25%. Die unterschiedlich wirkenden Schubkräfte können aber auch durch unterschiedlich geometrische Ausbildungen der Phasenspulen erzeugt werden.According to a further application of the invention, in order to generate the different shear forces, the windings of one phase coil can be acted upon by different currents in comparison to the windings of at least one other phase coil. These different current strengths are advantageously in a range between approximately 10% -25%. The differently acting thrust forces can also be generated by different geometrical designs of the phase coils.
Ueberraschenderweise hat sich herausgestellt, dass die turbulente Strömung effizienter wird, wenn, gemäss einem weiteren Merkmal der Erfindung, die schwächere Schubkraft der einen Phase vor der stärkeren Schubkraft der in Schubrichtung nachfolgenden Phase wirksam wird.Surprisingly, it has been found that the turbulent flow becomes more efficient if, according to a further feature of the invention, the weaker thrust of one phase takes effect before the stronger thrust of the phase following in the direction of thrust.
Bei Giessbeginn verstreicht eine gewisse Zeitspanne, bevor der flüssige Kern in umlaufende Bewegung versetzt werden kann. Um dabei möglichst rasch die angestrebte turbulente Strömung zu erreichen, wird, nach einem zusätzlichen Markmal, die Asymmetrie in der Strombeaufschlagung der Phasenspulen in der Anfahrperiode von annähernd Null auf einen vorgegebenen Maximalwert eingestellt. Damit konnte erreicht werden, dass auch der vorderste Strangabschnitt die gewünschte metallurgische Qualität aufweist.At the start of the pouring process, a certain period of time passes before the liquid core can be set into orbital motion. In order to achieve the desired turbulent flow as quickly as possible, the asymmetry in the current application of the phase coils in the start-up period is set from approximately zero to a predetermined maximum value according to an additional criterion. It was thus possible to ensure that the foremost strand section also has the desired metallurgical quality.
Beim erfindungsgemässen Verfahren ergibt sich auf Grund physikalischer Gesetze zusätzlich zu der in Rührrichtung wirkenden Kraft, eine zwischen Null und einem Maximum pulsierende Querkraft. Diese überlagerte Kraft wirkt sich durch eine zusätzliche Verstärkung der Turbulenz dann vorteilhaft aus, wenn, gemäss einem anderen Merkmal der Erfindung, durch Einstellen der Schubrichtung der Felder die aus der Asymmetrie in den Phasen resultierende, senkrecht zur Rühreroberfläche verlaufende Kraft von der, dem Strang zugekehrten Rührerfläche weg wirksam wird. Hierduch kann eine zusätzliche Qualitätsverbesserung, insbesondere bei einseitiger Rühreranordnung, erzielt werden.In the method according to the invention, due to physical laws, in addition to the force acting in the stirring direction, a transverse force pulsating between zero and a maximum results. This superimposed force has an advantageous effect through an additional amplification of the turbulence if, according to another feature of the invention, by adjusting the direction of thrust of the fields, the force resulting from the asymmetry in the phases and perpendicular to the stirrer surface is directed towards the strand Stirrer surface takes effect. In this way, an additional improvement in quality can be achieved, particularly in the case of a stirrer arrangement on one side.
Beispiele der Erfindung werden anhand von Figuren näher beschrieben, wobei diese Figuren folgendes veranschaulichen:
- Fig. 1 die Anordnung eines Rührers mit geradlinig verlaufender Schubrichtung zur' Durchführung des Verfahrens in einer Bogenanlage,
- Fig. 2 ein Schliffbild eines halben Querschnittes einer Bramme, deren Flüssiger Kern mit einem quer zum Strang wirkenden Wanderfeld gerührt wurde,
- Fig. 3 die Verteilung des Schwefels entlang der Linie 111-111 der Fig. 2,
- Fig. 4 ein Schliffbild einds halben Querschnittes einer Bramme, deren flüssiger Kern gemäss der Erfindung gerührt wurde,
- Fig. 5 die Verteilung des Schwefels entlang der Linie V-V der Fig. 4 und
- Fig. 6 einen Schnitt durch eine Knüppel-oder Vorblockkokille mit einem, die bogenförmig verlaufende Schubrichtung erzeugenden Rührer.
- 1 shows the arrangement of a stirrer with a linear direction of thrust for 'carrying out the method in a sheet feeder,
- 2 shows a micrograph of a half cross section of a slab, the liquid core of which was stirred with a traveling field acting transversely to the strand,
- 3 shows the distribution of the sulfur along the line 111-111 of FIG. 2,
- 4 shows a micrograph of half a cross section of a slab, the liquid core of which was stirred according to the invention,
- Fig. 5 shows the distribution of the sulfur along the line VV of Fig. 4 and
- 6 shows a section through a billet or bloom block with a stirrer which produces the arcuate direction of thrust.
In Fig. 1 ist mit 1 eine gekühlte, gebogene und oszillierende Kokille zum Giessen einer Bramme bezeichnet, die aus einem nicht dargestellten Giessgefäss über ein in die Kokille 1 reichendes Giessrohr mit flüssigem Stahl versorgt wird. Der in der Kokille 1 entstehende, einen flüssigen Kern 3 aufweisende Strang 2 wird in einer der Kokille 1 folgenden gebogenen Strangbahn 4 mit einem Radius von 10 m mit Hilfe von Rollen 5 geführt und gestützt. Zwischen den Rollen 5 sind Sprühdüsen 6 zur weiteren Kühlung des Stranges 2 angeordnet. Von einem Treib-Richter 7 wird der Strang ausgezogen und gerichtet.In Fig. 1, 1 denotes a cooled, curved and oscillating mold for casting a slab, which is supplied with liquid steel from a casting vessel, not shown, via a pouring tube reaching into the mold 1. The strand 2 formed in the mold 1 and having a liquid core 3 is guided and supported in a curved strand path 4 following the mold 1 with a radius of 10 m with the aid of
In einem Abstand von ca. 5 m unterhalb des Kokillenendes ist ein Rührer in Form eines Wanderfeld-Magneten 10 bekannter Konstruktion an der Innenseite der Strangbahn 4 angeordnet. Zwischen dem Magneten 10 und der Innenseite des Stranges 2 sind Rollen 5' aus einem antimagnetischen Material, beispielsweise rostfreiem Stahl, angebracht. Der Magnet 10 ist zweiphasig aufgebaut. Auch dreiphasige Magnete können Anwendung finden. Die von Rührer erzeugten Schubkräfte wirken quer zur Stranglängsachse.A stirrer in the form of a
Die auf der beschriebenen Anlage gegossenen Brammen hatten ein Format von 1550 mm x 270 mm. Die Auszugsgeschwindigkeit betrug etwa 0,55 m/min. Beide Phasen wurden zunächst bei einer Spannung von 200 V mit einer Frequenz von 2 Hz und ca. 1000 Ampere, d.h. in bekannter Weise, symmetrisch, beaufschlagt. Fig. 2 zeigt das Schliffbild eines mit einer Uebertemperatur von 29°C gegossenen Stahles mit 0,15% C, 0,025% S und üblichen weiteren Begleitelementen, wobei, wie erwähnt, ein konventionelles Rührverfahren angewendet wurde. Das Schliffbild zeigt eine relativ dünne Randzone 20 mit überwiegend globulitischem Gefüge. An diese Zone 20 schliesst sich eine Zone 21 mit kolumnarem Gefüge zur Mitte gerichteter Dendriten an. Der Zone 21 folgt eine Zone 22, die über eine ungerichtete Kristallstruktur verfügt, heller ist und ein weissen Band darstellt. Dieses Band kann aus einem Stück bestehen, wie das Bezugszeichen 22 verweist, oder in mehrere Bänder 23, 24, 25 unterteilt sein. Der Zone 22 folgt eine Zone 26 mit dichter, ungerichteter Kristallstruktur, die in die Mittenseigerung 27 übergeht.The slabs cast on the system described had a format of 1550 mm x 270 mm. The pull-out speed was about 0.55 m / min. Both phases were initially at a voltage of 200 V with a frequency of 2 Hz and approx. 1000 amperes, i.e. applied in a known manner, symmetrically. Fig. 2 shows the micrograph of a steel cast at an excess temperature of 29 ° C with 0.15% C, 0.025% S and usual other accompanying elements, wherein, as mentioned, a conventional stirring method was used. The micrograph shows a relatively
In Fig. 3 ist das Ergebnis der quantitativen Analyse des Schwefelanteils länge der Linie 111-111 der Fig. 2 dargestellt. Auf der Ordinate ist der Schwefelgehalt in Prozenten und auf der Abzisse die Brammendicke aufgetragen. Aus dem Diagramm ist zu erkennen, dass der Schwefelgehalt im weissen Band (Zone 23, 24, 25) merklich verringert ist.FIG. 3 shows the result of the quantitative analysis of the sulfur fraction length along line 111-111 in FIG. 2. The sulfur content is plotted on the ordinate and the slab thickness on the abscissa. It can be seen from the diagram that the sulfur content in the white band (
Fig. 4 veranschaulicht ein Schliffbild des halben Querschnittes einer nach dem erfindungsgemässen Verfahren gerührten Bramme. Format des Brammenquerschnittes, Stahlqualität, Auszugsgeschwindigkeit, Richtung der Schubkräfte und Frequenz waren gleich wie für Fig. 2 beschrieben. Die Uebertemperatur betrug 43°C. Die Stärke für den Erregerstrom betrug für die eine Phase 830 A und für die andere Phase 1000 Ampere. Die eine Phase ist also gegenüber der anderen Phase mit einem um ca. 20% höheren Strom beaufschlagt, d.h. die Phasen der elektromagnetischen Felder sind asymmetrisch. Im Schliffbild ist wiederum eine Zone 31 mit überwiegend globulitischem Gefüge zu erkennen. Daran anschliessend folgt eine Zone 32 mit gegen die Mitte der Bramme gerichteten Dendriten Eine schwach ausgebildete Zone 33 mit einer Kristallstruktur, die keine Ausrichtung zeigt, schliesst sich der Zone 32 an. Die Mitte der Bramme verfügt über eine Zone 34 mit einer ebenfalls ungerichteten Kristallstruktur, die aber feiner und dichter als diejenige gemäss Fig. 2 ist.4 illustrates a micrograph of half the cross-section of a slab stirred by the method according to the invention. The format of the slab cross-section, steel quality, pull-out speed, direction of the thrust forces and frequency were the same as described for FIG. 2. The excess temperature was 43 ° C. The strength for the excitation current was 830 A for one phase and 1000 amperes for the other phase. One phase is thus exposed to a current that is approx. 20% higher than the other phase, i.e. the phases of the electromagnetic fields are asymmetrical. A
Fig. 5 zeigt das Ergebnis der quantitativen Analyse des Schwefelanteils längs der Linie V-V der Fig. 4. Die Analyse lässt erkennen, dass beim Rühren des flüssigen Kernes nach dem erfindungsgemässen Verfahren mit der dadurch erzeugten turbulenten Strömung eine relativ gleichmässige Verteilung des Schwefels erreicht wird. Sowohl die positive Mittenseigerung als auch die negative Seigerung in der Zone 32 treten zum grossen Teil nicht mehr auf nur noch unbedeutende weise Bänder sind vorhanden.FIG. 5 shows the result of the quantitative analysis of the sulfur content along the line V-V of FIG. 4. The analysis reveals that when the liquid core is stirred by the method according to the invention, a relatively uniform distribution of the sulfur is achieved with the turbulent flow generated thereby. Both the positive central increase and the negative segregation in
Durch die beschriebene Asymmetrie entstehen Schubkräfte mit unterschiedlicher Schubwirkung auf die Schmelze, d.h. durch den häufigen, frequenzabhängigen Wechsel zwischen stärkerer und schwächerer Schubkraft wird die Turbulenz innerhalb der Strömung im flüssigen Kern wesentlich erhöht. Durch die zeitliche Reihung der schwächeren vor der stärkeren Schubkraft, d.h. die mit 830 A beaufschlagte Phase wird vor derjenigen mit 1000 A wirksam, kommt est in Wirkrichtung des Wanderfeldes durch die Periodisch pulsierende Schubkraft zu Turbulenzerhöhungen.The asymmetry described creates shear forces with different shear effects on the melt, i.e. The frequent, frequency-dependent change between stronger and weaker thrust increases the turbulence within the flow in the liquid core significantly. Due to the temporal ranking of the weaker before the stronger thrust, i.e. the phase charged with 830 A takes effect before the phase with 1000 A, increases in the direction of action of the traveling field due to the periodically pulsating thrust to turbulence increases.
Anhand von Schliffbildern hat sich gezeigt, dass im praktischen Giessbetrieb bei Giessbeginn eine wesentlich längere Zeitspanne bis zum Erreichen eines qualitätsmässig einwandfreien Gussgefüges verstreicht, wenn anstelle einer annähernd symmetrischen Betriebsweise des Rührers dieser schon in der Anfahrperiode asymmetrisch betrieben wird. Es müssen nämlich, um die gewünschte Turbulenz in der Schmelze zu erzielen, zunächst im Strangkern geschlossene Strömungskreisläufe, sogenannte Strömungswalzen, ausgebildet werden, in welche sodann auf Grund des Unterschiedes in den Schubkräften beider Phasen bei asymmetrischer Betriebsweise zusätzliche Turbulenzen integriert werden. Dies sieht in der Praxis so aus, dass bei Giessbeginn, bis sich eine ausreichende Strömung im Sumpf des Stranges ausgebildet hat, das Rühren mit nur geringem Unterschied in der Strombeaufschlagung beider Phasen, z.B. wird Phase 1 mit 1000 und Phase 2 mit annähernd 1000 Ampere beaufschlagt, begonnen wird. Nach Ausbilden der notwendigen Strömung, d.h. nach Erreichen einer turbulenten umlaufenden Bewegung im flüssigen Kern, wird auf die schon beschriebene asymmetrische Beaufschlagung umgeschaltet. Auf diese Weise konnte der in der Qualität schlechtere, erste Teil der Bramme deutlich verkürzt werden.On the basis of micrographs, it has been shown that in practical casting operation at the start of the pouring process, a considerably longer period of time elapses before a quality-perfect casting structure is achieved if, instead of an almost symmetrical mode of operation, the stirrer is already operated asymmetrically in the start-up period. In order to achieve the desired turbulence in the melt, closed flow circuits, so-called flow rollers, must first be formed in the strand core, into which additional turbulence is then integrated due to the difference in the thrust forces of the two phases in an asymmetrical mode of operation. In practice, this means that at the start of pouring until sufficient flow has formed in the bottom of the strand, stirring with only a slight difference in the current applied to both phases, e.g. phase 1 is charged with 1000 and phase 2 with approximately 1000 amperes. After forming the necessary flow, i.e. after a turbulent orbiting movement in the liquid core has been reached, the system switches over to the asymmetrical loading already described. In this way, the poorer quality of the first part of the slab could be significantly shortened.
Es hat sich weiterhin gezeigt, dass auch die Laufrichtung des Wanderfeldes einen entscheidenden Einfluss auf die Gussqualität ausübt. Beispielsweise kann einem Rühren quer zum Strang mit einer geradlinig verlaufenden Schubrichtung diese an einer Brammenbreitseite von links nach rechts oder umgekehrt verlaufen. Der Rührer kann auf einer oder auf beiden Breitseiten angeordnet sein. Mit der Asymmetrie entsteht eine resultierende, naturgegebene, senkrecht zur Hauptbewegungskomponente und ebenfalls senkfecht zur Strangausziehrichtung wirkende Querkraft. Im bevorzugten Fall soll durch Einstellen der Schubrichtung der Felder die aus der Asymmetrie in den Phasen resultierende, senkrecht zur Rühreroberfläche verlaufende Kraft von der dem Strang zugekehrten Rührerfläche weg wirksam sein. Bei gewissen Giessparametern kann ihre Wirkrichtung um 180° gedreht, d.h. von der Strangmitte weg auf die Stranghaut zu gerichtet, sein.It has also been shown that the running direction of the hiking field also has a decisive influence on the casting quality. For example, stirring transverse to the strand with a linear direction of thrust can run from left to right or vice versa on a broad side of the slab. The stirrer can be arranged on one or on both broad sides. Asymmetry creates a natural shear force that is natural, perpendicular to the main movement component and also perpendicular to the strand pulling direction. In the preferred case, by adjusting the direction of thrust of the fields, the force resulting from the asymmetry in the phases and perpendicular to the stirrer surface should be effective away from the stirrer surface facing the strand. With certain casting parameters, their direction of action can be rotated by 180 °, i.e. away from the middle of the strand towards the strand skin.
Bei Zusammenwirken zweier, einander gegenüberliegender Rührer, z.B. bei dicken Brammen, können diese vorzugsweise so geschaltet sein, dass ihre Wanderfelder gegeneinander laufen, damit sowohl die Querkraft des einen als auch die des anderen Wanderfeldes zur Strangmitte hin gerichtet sind.When two opposing stirrers interact, e.g. in the case of thick slabs, these can preferably be switched in such a way that their traveling fields run against one another, so that both the transverse force of one and the other traveling field are directed towards the middle of the strand.
Die nach dem beschriebenen Verfahren erzeugte dichtere, ungerichtete Kristallstruktur sowie die unbedeutenden weissen Bänder ergeben beim Auswalzen der Brammen wesentlich bessere Eigenschaften des Gewalzten Produktes. Obendrein wird für die Vorrichtung zur Erzeugung der optimalen turbulenten Strömung wenig Platz beansprucht.The denser, undirected crystal structure produced by the described method and the insignificant white bands result in much better properties of the rolled product when the slabs are rolled out. On top of that, little space is required for the device for generating the optimal turbulent flow.
Im angeführten Beispiel werden die unterschiedlichen Schubkräfte durch Beaufschlagen der Windungen mit unterschiedlichen Stromstärken erzeugt. Diese unterschiedlichen Schubkräfte können aber auch durch unterschiedliche geometrische Ausbildung der Phasenspulen, z.B. der Windungszahlen, erzeugt werden. Die Wanderfeld-Magnete können auch so angeordnet werden, dass die unterschliedlichen Schubkräfte in Richtung der Stranglängsachse oder schräg zu dieser wirken. Anstelle von einem, von einer Strangseite wirkenden Wanderfeld kann ein zusätzliches Wanderfeld an der anderen Strangseite vorgesehen werden. Bei Strängen mit lange flüssigen Kernen kann in Stranglängsrichtung mehr als ein Wanderfeld wirken. Die turbulente Strömung kann auch in der Kokille wirksam sein, wobei die Strömung kann auch in der Kokille wirksam seine, wobei die Strömung vorteilhaft so gehalten wird, dass sie den Badspiegel nicht beeinflusst, um keine negative Wirkung auf die Oberflächenqualität des Stranges hervorzurufen. Die beschriebene Asymmetrie kann auch durch das Zusammenwirken mehrerer Rührsegmente im gleichen Rührer mit unterschiedlicher Beaufschlagung oder geometrischer Ausbildung der Phasenspulen erreicht werden.In the example given, the different shear forces are generated by applying different currents to the windings. However, these different shear forces can also be caused by different geometrical designs of the phase coils, e.g. of the number of turns. The traveling field magnets can also be arranged in such a way that the different shear forces act in the direction of the longitudinal axis of the strand or at an angle to it. Instead of a hiking field acting from one strand side, an additional hiking field can be provided on the other side of the strand. With strands with long liquid cores, more than one moving field can act in the longitudinal direction of the strand. The turbulent flow can also be effective in the mold, the flow can also be effective in the mold, the flow advantageously being kept in such a way that it does not affect the bath level, so as not to have a negative effect on the surface quality of the strand. The asymmetry described can also be achieved by the interaction of several stirring segments in the same stirrer with different loading or geometric design of the phase coils.
Anhand von Fig. 6 wird die Anwendung des erfindungsgemässen Verfahrens für eine Knüppelkokille beschrieben, wobei eine bogenförmig verlaufende Schubrichtung eine Drehbewegung der Schmelze um die Stranglängsachse erzeugt. Mit 51 ist im Schnitt eine Kokille bezeichnet. Sie besteht aus einem Kokillenrohr 52 aus Kupfer und einem Kokillenmantel 53. Um das Rohr 52 ist ein Kühlmantel 54 angeordnet. Durch den Raum zwischen Kokille 52 und Kühlmantel 54 strömt Kühlwasser. Im Innern der Kokille 52 ist ein Teilerstarrter Strang 60 mit einem flüssigen Kern 61 gezeigt. Dieser Strang 60 wird mit bekannten Mitteln aus der Kokille gezogen und weiter gekühlt.The use of the method according to the invention for a billet mold is described with reference to FIG. 6, wherein an arc-shaped thrust direction produces a rotary movement of the melt about the longitudinal axis of the strand. With 51 a mold is referred to on average. It consists of a
An jeder Seite des Kühlmantels 54 sind Magnetpole 70, 71, 72, 73 angebracht, die mit je einer Windung 74, 75, 76, 77 versehen sind. Diese Magnetpole werden durch Kühlwasser im Raum zwischen Kühlmantel 54 und Kokillenmantel 53 gekühlt. Die Windungen 74, 75, 76, 77 sind so geschaltet, dass eine Wanderfeld entsteht. Diese Magnetpole bilden einen elektromagnetische Felder in den Strang induzierenden Rührer. Entsprechend der Giessparameter wird dabei die eine Phase gegenüber der anderen, nachfolgenden Phase mit einem um 1025% höheren Strom gespeist Für einen Knüppel von 100x100 mm sind die Windungen 74 und 76 bei einer Frequenz von 50 Hz und einer Spannung von 50 V mit 400 A und die Windungen 75 und 77 mit 320 A beaufschlagt. Das Wanderfeld erzeugt im flüssigen Stahl unterschiedlich wirkende Schubkräfte, die auf Grund der beschriebenen Anordnung der Magnetpole eine Drehbewegung der Schmelze bewirken. Wird trieferes Eindringen der Rührwirkung oder eine kleinere Rührgeschwindigkeit gewünscht so wird die Frequenz entsprechend verringert, speziell bei grossen Wandstärken des Kokillenrohres.
Die Schaltung kann aber auch so gewählt werden, dass der magnetische Fluss zwischen den Polpaaren 70, 72 bzw. 71, 73 fliesst und mit Hilfe des magnetischen Feldes die Drehbewegung auf diese Weise erzeugt wird. Dabei werden die Polpaare 70, 72 beispielsweise mit 400 A und die Polpaare 71, 73 mit 320 A erregt.The circuit can, however, also be selected such that the magnetic flux flows between the pole pairs 70, 72 or 71, 73 and the rotary movement is generated in this way with the aid of the magnetic field. The pole pairs 70, 72 are excited, for example, with 400 A and the pole pairs 71, 73 with 320 A.
Für grössere Knüppel- und Vorblockformate kann die Anzahl der Pole erhöht werden. Anstelle der asymmetrischen Beaufschlagung der Windungen mit Strom können die unterschiedlich wirkenden Schubkräfte durch unterschiedliche geometrische Ausbildung der Phasenspulen erzeugt werden, z.B. durch unterschiedliche Windungszahl oder durch unterschiedliche Ausbildung der Poleisen, wie Form und Grösse der Eisenquerschnitte und/oder Polachsenrichtungen usw.The number of poles can be increased for larger billet and bloom formats. Instead of the asymmetrical application of current to the turns, the differently acting thrust forces can be generated by different geometrical designs of the phase coils, e.g. by different number of turns or by different formation of the pole irons, such as shape and size of the iron cross sections and / or polar axis directions etc.
Die asymmetrische Beaufschlagung mit Strom oder die unterschiedliche geometrische Ausbildung können auch kombiniert werden. Im angeführten letzten Beispiel ist das Rühren mit bogenförmig verlaufender Schubrichtung in der Kokille beschrieben worden. Dieses Rühren kann aber auch in der Sekundärkühlzone Anwendung finden. Anstelle der bogenförmig verlaufenden Schubrichtung kann in der Kokille auch die geradlinige, in Stranglängsrichtung verlaufende Schubrichtung angewendet werden.The asymmetrical application of electricity or the different geometric Training can also be combined. In the last example cited, stirring was described with an arcuate thrust in the mold. This stirring can also be used in the secondary cooling zone. Instead of the arc-shaped thrust direction, the straight-line thrust direction in the strand longitudinal direction can also be used in the mold.
Das erfindungsgemässe Verfahren kann für alle Typen von Stranggiessanlagen mit Durchlaufkokillen Anwendung finden, auch für Anlagen zum Giessen von Träger-Vorprofilen und von Nichteisenmetallen. Bei Strängen mit langen, flüssigen Kernen können mehrere Rührer zusammen wirken.The method according to the invention can be used for all types of continuous casting plants with continuous molds, also for plants for casting beam pre-profiles and non-ferrous metals. In the case of strands with long, liquid cores, several stirrers can work together.
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