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Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum unmittelbaren Giessen einer Metallschmelze zu einem kontinuierlichen Metallband, bestehend aus der Zufuhr der Metallschmelze zu mindestens einer bewegbaren gekühlten Giessfläche, Bewegen der Giessfläche mittels einer ersten Antriebsvornchtung, Abnehmen des kontinuierlichen gegossenen Bandes von der Giessfläche, kontinuierliches Transportieren des abgenommenen Bandes von der Giessfläche durch den Walzenspalt zumindest eines Walzenpaares, Antreiben des Walzenpaares mittels einer zweiten Antriebsvorrichtung sowie auf eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.
Das eingangs genannte Verfahren sowie eine dazugehörige Vorrichtung sind durch die US 4 341 259 A bekanntgeworden. Gemäss dieser wird die Geschwindigkeit des gegossenen Bandes mit Hilfe eines separaten Geschwindigkeitsmessers erfasst, der sich zwischen der Giesseinnchtung und der Walzeinrichtung befindet.
Trotzdem gewährleisten Verfahren und Vorrichtung keine reproduzierbare gleichmässige Qualität des gegossenen Bandes, zumal trotz dieser Geschwindigkeitsregelung im Giessband unvorhersehbare Stauchungen und Dehnungen auftreten
Von Bandgiess-, Stranggiess- oder Walzverfahren sind unzählige Geschwindigkeitsregel- und Synchronisiermethoden bekannt, die darauf abzielen, Produktionsfehler des Strang- oder Bandproduktes soweit wie möglich auszuschliessen Die JP 1-166865 A offenbart z.B eine Stranggiessanlage mit einer Synchronisierung der Antnebsmotoren von Quetschwalzen eines Walzgerüstes und der Aufwickelwalze fur das Walzband Auch die JP 63-171257 A bezieht sich auf das Stranggiessen und betnfft eine Steuerung der Walzengeschwindigkeit in Abhängigkeit vom gewünschten Ingotgewicht, um die Qualität des Ingotendes zu verbessern.
Die EP 455 381 A1 bezieht sich wiederum auf eine Geschwindigkeitsregelung zweier aufeinander folgender Walzgerüste in Abhangigkeit von Spannungsänderungen im Walzband
Bandguss- oder Stranggussprodukte werden in der Regel nachfolgenden Bearbeitungen unterworfen Solche Bearbeitungen umfassen das Kaltwalzen, Egalisierwalzen, Glühen und Beizen sowie Trenn- und Schlitzvorgange Die US-5 045 124 A beschreibt z B ein Verfahren, bei dem das gegossene Band anschliessend egalisiert wird Solche nachfolgenden Bearbeitungen werden haufig mit einem Walzenpaar durchgefuhrt, wie Quetschwalzen, das für das Egalisierwalzen oder zum Abkuhlen des gegossenen Bandes verwendet werden kann, wodurch die Dicke verringert oder die Ober- und Unterseite des Bandes geglättet wird Weiters hat sich herausgestellt,
dass durch die Verwendung eines Quetschwalzenpaares die spater durch nachfolgende Bearbeitungen hervorgerufenen Zug- und Druckkräfte von der Storung des vorherigen Giessvorganges ausgeschlossen werden können Dies ist besonders wichtig, wenn das heisse Band vom Giessrad in einer Weise kontinuierlich abtransportiert wird, wie sie in der US 5 293 926 A beschrieben ist Ein Problem bei vielen der verschiedenen Verfahren liegt dann, dass das gegossene Band eine unebene oder rauhe Ober- oder Unterseite haben kann, was bei den Quetschwalzen Geschwindigkeitsstörungen hervorruft und zu Falten oder Rissen im gegossenen Band stromauf zur Giessvorrichtung führen kann
Ziel der Erfindung ist daher ein Verfahren und eine Vorrichtung zum unmittelbaren Giessen von Bahnen und Bandern mit einer Oberflächengüte,
die vergleichbar mit derjenigen oder besser ist als diejenige herkömmlich hergestellter Bänder Solch ein Verfahren und solch eine Vorrichtung sollen die Erzeugung von Bahn- und Bandprodukten ermöglichen, wobei das gegossene Band von der Giessflache oder den Giessflachen zu den Quetschwalzen transportiert wird, ohne dass dazwischen Bruche oder Falten im Band auftreten Das unmittelbar gegossene Band soll eine hohe Gute der Oberflächen und der Ränder sowie eine Struktur aufweisen, die genauso gut wie bei einem her- kommlich gegossenen Band sind
Dieses Ziel wird mit einem Verfahren der eingangs genannten Art erfindungsgemäss erreicht, durch das Synchronisieren der Geschwindigkeiten der Giessflache und der angetriebenen Walzen unter Schaffung emer Master-Slave-Beziehung zur Steuerung des Giessens,
wobei die Geschwindigkeit und die Winkelposition der angetriebenen Walzen den Master und die Geschwindigkeiten der Giessfläche sowie deren Antriebsvorrichtung den Slave darstellen
Die erfindungsgemass eingesetzte Master-Slave-Beziehung gewährleistet, dass es zwischen der Giessflache und dem Walzenspalt zu keinen unerwünschten Spannungen im Giessband kommen kann.
Im Einklang mit der Erfindung kann die Zufuhr der Metallschmelze zu einer oder zwischen zwei Giessflachen erfolgen Falls nur eine einzige Giessfläche vorgesehen ist, ist die Oberfläche eines Giessrades empfehlenswert Das Band kann dabei horizontal oder vertikal abgenommen werden.
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Es hat sich ferner als vorteilhaft erwiesen, die Geschwindigkeit des Walzenmotors in den Master einzubeziehen.
Die erfindungsgemässe Vorrichtung zum unmittelbaren Giessen einer Metallschmelze zu einem kontinuierlichen Metallband, besteht aus einer bewegbaren Giessfläche, einer Zufuhreinrichtung zur Zufuhr der Metallschmelze zur Giessfläche, einer ersten Antriebsvorrichtung zum Antrieb der Giessfläche, einer Abnahmeeinrichtung zur Abnahme des Bandes von der Giessfläche, wenigstens einem Paar angetriebener Walzen, einer zweiten Antriebsvorrichtung zum Antrieb der Walzen, sowie aus einer Transporteinrichtung zum kontinuierlichen Transport des abgenommenen Bandes durch den Walzenspalt der Walzen.
Zur Verwirklichung der vorstehend genannten Ziele ist diese Vorrichtung gekennzeichnet durch eine Einrichtung zur synchronen Steuerung der Winkelposition und Geschwindigkeit der angetriebenen Walzen und der Giessfläche unter Anwendung einer Master-Slave-Beziehung, wobei die angetriebenen Walzen den Master und die Geschwindigkeit der Giessfläche den Slave darstellen.
Die Erfindung wird im folgenden anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele näher erläutert, die in den Zeichnungen schematisch dargestellt sind ; zeigen Fig. 1 eine Bandgiessvorrichtung mit einem einzigen Rad, Fig. 2 eine Bandgiessvorrichtung mit zwei Rädern, Fig. 3 eine vertikale Bandgiessvorrichtung, Fig. 4 ein Diagramm des erfindungsgemässen Geschwindigkeits-Steuersystems und Fig. 5 einen Ausschnitt aus aufgezeichneten Geschwindigkeitssignalen des erfindungsgemä- #en Giessvorganges.
Fig. 1 ist eine schematische Ansicht einer Bandgiessvorrichtung 10a mit einem einzigen Rad, wie eine, die im US-Patent Nr. 5 293 926 geoffenbart ist. Fig. 1 zeigt allgemein einen Giessbehälter 15a zum unmittelbaren Giessen einer Metallschmelze auf eine Giessfläche 20a, um ein kontinuierliches Produkt 25a in Bahn- oder Bandform herzustellen, bevor es durch den Walzenspalt von Quetschwalzen 30a geleitet wird. Die Giessfläche 20a wird von einer ersten Antriebsvorrichtung 55a bewegt, und die Quetschwalzen 30a werden von einer zweiten Antriebsvorrichtung 60a angetrieben.
Fig. 2 zeigt schematisch eine horizontale Bandgiessvorrichtung 10b. Fig. 2 zeigt allgemein einen Giessbehälter 15b zum unmittelbaren Giessen einer Metallschmelze auf eine horizontale Laufband-Giessfläche 20b, um ein kontinuierliches Produkt 25b in Bahn- oder Bandform herzustellen, bevor es durch stromab angeordnete Quetschwalzen 30b geleitet wird. Die Giessfläche 20b wird von einer ersten Antriebsvorrichtung 55b bewegt, und die Quetschwalzen 30b werden von einer zweiten Antriebsvorrichtung 60b angetrieben.
Fig. 3 zeigt schematisch eine Bandgiessvorrichtung 10c mit zwei Rädern. Fig. 3 zeigt allgemein einen Giessbehälter 15c zum unmittelbaren Giessen einer Metallschmelze durch Giessflächen 20c, um ein kontinuierliches Produkt 25c in Bahn- oder Bandform herzustellen, bevor es durch stromab angeordnete Quetschwalzen 30c geleitet wird. Die Giessflächen 20c werden von einer ersten Antriebsvorrichtung 55c bewegt, und die Quetschwalzen 30c werden von einer zweiten Antriebsvorrichtung 60c angetrieben.
Für die Zwecke der Erfindung zeigen alle drei in den Fig. 1, 2 und dargestellten Giessverfahren Ähnlichkeiten, die sie für die beanspruchte Erfindung tauglich machen. Insbesondere weist jedes der Verfahren eine Metallschmelzezufuhr, einen Giessbehälter, eine bewegte Giessfläche und ein stromab angeordnetes Walzenpaar auf, durch welches das gegossene Band geleitet wird. Wie hier verwendet, können wegen der ähnlichen Funktion der Vorrichtungsmerkmale die Bezugszeichen 10, 15, 20,25, 30,55 und 60 ohne die in den Fig. 1 bis 3 gezeigten #a", #b" oder #c"-Indices genommen werden.
Die Zufuhr der Metallschmelze zum Giessbehälter 15 kann mittels geeigneter herkömmlicher Verfahren und Vorrichtungen z. B. mit Behältern, Giesstrichtern oder Metallschmelzepumpen durchgeführt werden.
Die Giessfläche kann eine einzige Giessradfläche 20a, eine einzige horizontale Fläche 20b oder eine Fläche an einem Einzel- oder Zwillings-Giessrad oder eine Walzenfläche 20c sein. Die Giessfläche 20 muss am Giessbehälter 15 mit gesteuerten Geschwindigkeiten vorbeibewegbar sein und die Soll-Druckbeträge ermöglichen, um genügend Wärme abzuführen, um zumindest die Verfestigung der Metallschmelze in Bandform einzuleiten.
Obwohl bekannt war, stromab Quetschwalzen 30 zum Glätten oder weiteren Kühlen oder zur Dickenverringerung oder zur Ausschaltung von Druck- oder Zugkräften im Band anzuordnen, war
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die Synchronisation zur Vermeidung stromauf auftretender Risse oder Brüche oder Falten des Bandes ungenügend. Fig. 4 ist ein schematisches Diagramm des erfindungsgemässen Geschwindigkeits-Steuerschemas. Ein wichtiges Merkmal der Geschwindigkeits-Synchronisation ist die Schaffung einer Master-Slave-Beziehung zwischen den Geschwindigkeiten der verschiedenen Bauelemente der Vorrichtung, um das Verfahren zu steuern. Es hat sich herausgestellt, dass das Quetschwalzenpaar 30 angetrieben werden soll.
Weiters hat sich herausgestellt, dass die Geschwindigkeiten der Giessfläche 20 und der angetriebenen Quetschwalzen 30 in einer MasterSlave-Beziehung synchronisiert werden sollen, um das Giessverfahren zu steuern Die Geschwindigkeit und die Position der angetriebenen Quetschwalzen 30 stellen den Master und die Geschwindigkeiten der Giessfläche und des Giessflächenmotors, d. h. der ersten Antriebsvorrichtung den Slave dar
Fig. 4 zeigt einen Positions/Geschwindigkeits-Regler 70, der zur Steuerung der Position der Antriebsvorrichtung 55 der Giessfläche dient, die der Position und Geschwindigkeit der Antriebsvornchtung der Quetschwalzen 60 genau folgen soll.
Auf an den Quetschwalzen 30 auftretende Storungen, wie die Folge eines stromab auftretenden Zuges oder Druckes im gegossenen Band 25, spncht der Regler 70 mit einer Geschwindigkeitskorrektur der Antriebsvorrichtung 55 der Giessflä- che an, um Positionsfehler zu vermeiden, die zwischen den Quetschwalzen 30 und der Giessfläche 20 auftreten konnten
Wie insbesondere in Fig 4 dargestellt ist, sind die Quetschwalzen 30 über Antriebswellen mit einem Getriebe 40 und einer zweiten Antriebsvorrichtung 60 bzw einem Motor verbunden.
Die Quetschwalzen-Antriebsvorrichtung 60 ist an einen Codeumsetzer 45 zur Codierung der Informationen über Geschwindigkeit und Position der Antriebsvorrichtung 60 angeschlossen Diese Informationen werden dann durch den Positions/Geschwindigkeits-Regler 70 zu einem GeschwindigkeitsRegler/Verstärker 65 und danach zur Quetschwalzen-Antriebsvorrichtung 60 ruckgekoppelt Vorzugsweise ist die zweite Antriebsvorrichtung 60 an einen Code/Geschwindigkeits-Umsetzer 46 angeschlossen, der zwischen dem Codeumsetzer 45 und dem Positions/Geschwindigkeits-Regler 70 zwischengeschaltet ist Der Code/Geschwindigkeits-Umsetzer 46 decodiert die Informationen uber die Geschwindigkeit der Antriebsvorrichtung 60 Vorzugsweise ist auch ein GeschwindigkeitsBezug 47 vorgesehen,
der dem Verstarker und Geschwindigkeits-Regler 65 Informationen einspeist. Der Geschwindigkeits-Bezug 47 ist eine elektronische Einrichtung zur Geschwindigkeitsbegrenzung, die gegebenenfalls 0 bis 1,778 m/s (0 bis 350 ft/min) betragt
Die Giessfläche 20 ist uber ein Getriebe 50 an die Antriebsvorrichtung 55 für das Giessrad und an einen Codeumsetzer 56 zur Codierung von Informationen über die Geschwindigkeit und Position der Giessflache 20 sowie der Giessflachen-Antnebsvornchtung 55 angeschlossen Wie in Fig 4 gezeigt,
stehen die Giessflachen-Geschwindigkeit und die Giessflachen-Antnebsvorrichtung 55 in einer Slave-Beziehung zur Geschwindigkeit und Position der angetriebenen Quetschwalzen 30 Vorzugsweise ist die erste Antriebsvorrichtung 55 an den Codeumsetzer 56 und danach an einen Code/Geschwindigkeits-Umsetzer 57 angeschlossen,
der zwischen den Codeumsetzer 56 und den Verstarker und Geschwindigkeits-Regler 58 geschaltet ist Die Geschwindigkeits- und Positionsin- formationen des Codeumsetzers 56 werden danach durch den Positions/Geschwindigkeits-Regler 70 dem Verstärker und Geschwindigkeits-Regler 58 und dann der Giessflächen-Antriebsvorrichtung 55 zugefuhrt
Bei diesem Steuerschema gibt es wenig bis keine Positionsfehler zwischen der Giessfläche 20 und dem Quetschwalzenpaar 30 Diese Ausgestaltung beseitigt jegliche das Band schädigenden Zug- und Druckkrafte im gegossenen Band, nachdem dieses den Giessbehälter 15 und die Giessflache 20 verlassen hat, die Bruche oder Falten im Band bilden würden Dies tnfft zu,
solange kein Schlupf zwischen dem gegossenen Band 25 und dem Walzenspalt der Quetschwalzen 30 auftntt Durch die Kombination einer "sanften" Geschwindigkeitsregelung fur das Quetschwalzensystem und der richtigen Abwartskraft der oberen Quetschwalze 30 kann Schlupf beseitigt werden.
BEISPIEL
Das erfindungsgemässe Verfahren wurde beim Giessen eines rostfreien Stahlbandes unter Anwendung des Verfahrens sowie der Vorrichtung gemäss dem US-Patent Nr. 5 293 926 geprüft. Das verfahrensgemäss hergestellte Band hatte eine Dicke von etwa 1,143 mm (0,045"), gleichmässige
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Dicke und Ebenheit sowie eine glatte Ober- und Unterseite ohne Porosität der Bahn. Weiters wurde die Bahn gegossen und durch die Steuerungen 30 ohne Brüche oder Falten im gegossenen Band transportiert. Dies hat sich als besonders hilfreich erwiesen, wenn das Verfahren nach dem US-Patent Nr. 5 293 926 angewendet wurde, bei dem das gegossene Band in halbfester Form von der Giessfläche 20 abgenommen wurde, bevor es sich verfestigte.
Obwohl das Verfahren nach diesem Patent im wesentlichen keine resultierenden Kräfte auf das halbfeste gegossene Band ausgeübt werden, können stromauf Risse oder Brüche sowie Falten zufolge von Gravitationskräften, zu grossen Zug- oder Geschwindigkeitsstörungen an den Quetschwalzen als Folge unebener Oberflächen oder möglicher auf dem Band verbliebener Schlacke auftreten. Wie in Fig. 5 gezeigt, folgen in dem dargestellten Abschnitt des Giessens die drei Hauptparameter, die Giessflächengeschwindigkeit A, die Geschwindigkeit B der Giessflächen-Antriebsvorrichtung und die Geschwindigkeit C der Quetschwalzen-Antriebsvorrichtung einander sehr gut.
Gemäss der Aufgabe der Erfindung schaffen das Verfahren und die Vorrichtung ein unkompliziertes und unmittelbares Verfahren zum unmittelbaren Giessen eines Metallbandes oder einer Metallbahn aus einer Metallschmelze in ein kontinuierliches Bandprodukt. Die nachfolgende Behandlung des Bandes nach dem Giessen vermeidet Risse, Brüche, Falten od. dgl. im Band, die seine Oberflächengüte sowie Unversehrtheit abträglich beeinflussen würden.
Obwohl das Verfahren und die Vorrichtung gemäss der Erfindung in Zusammenhang mit den vorstehenden bevorzugten Ausführungsformen beschrieben sind, versteht sich, dass das Verfahren und die Vorrichtung nach der Erfindung abgewandelt werden können, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Verfahren zum unmittelbaren Giessen einer Metallschmelze zu einem kontinuierlichen Me- tallband, bestehend aus der Zufuhr der Metallschmelze zu mindestens einer bewegbaren gekühlten Giessfläche, Bewegen der Giessfläche mittels einer ersten Antriebsvorrichtung,
Abnehmen des kontinuierlichen gegossenen Bandes von der Giessfläche, kontinuierliches
Transportieren des abgenommenen Bandes von der Giessfläche durch den Walzenspalt zumindest eines Walzenpaares, Antreiben des Walzenpaares mittels einer zweiten An- triebsvorrichtung, gekennzeichnet durch das Synchronisieren der Geschwindigkeiten der
Giessfläche und der angetriebenen Walzen unter Schaffung einer Master-Slave-Beziehung zur Steuerung des Giessens,
wobei die Geschwindigkeit und die Winkelposition der ange- triebenen Walzen den Master und die Geschwindigkeiten der Giessfläche sowie deren An- triebsvorrichtung den Slave darstellen.