CH666842A5 - Verfahren und vorrichtung zum kontinuierlichen giessen von metallen in form von band zwischen zwei gekuehlten achsparallelen trommeln. - Google Patents

Verfahren und vorrichtung zum kontinuierlichen giessen von metallen in form von band zwischen zwei gekuehlten achsparallelen trommeln. Download PDF

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Description

BESCHREIBUNG
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zum kontinuierlichen Giessen von Metallen, insbesondere von Stahl, in Form von Band zwischen zwei gekühlte achsparallele Trommeln, deren einander gegenüberliegende Mantelflächen mit Strangabzugsgeschwindigkeit gleichförmig in Metallzufuhrrichtung bewegt werden, wobei das flüssige Metall in einen durch den Spalt zwischen den Trommeln begrenzten Formhohlraum zugeführt sowie das gegossene Band nach dem Spalt gegen die Mantelfläche der einen Trommel gehalten wird.
Aus der DE-OS 2 063 591 ist ein Verfahren und eine Vorrichtung zum kontinuierlichen Giessen von Metallen, insbesondere von Stahlbändern bekannt. Der Stahl wird dabei in einen Formhohlraum zwischen zwei gekühlte achsparallele Trommeln gegossen. Die einander gegenüberliegenden Mantelflächen dieser Trommeln bewegen sich gleichförmig in Metallzufuhrrichtung mit Strangabzugsgeschwindigkeit. Das gegossene Band wird nach dem engsten Querschnitt des Spaltes gegen die Mantelfläche der einen Trommel gehalten. Dieses Verfahren kann mit einer für Massenproduktion ausreichender Giessleistung nur zum Giessen dünner Bänder verwendet werden. Für dickere Bänder oder dünne Brammen von beispielsweise 10 oder mehr mm Dicke ist dieses Verfahren mit einer z.B. für eine rationelle Massen-stahlherstellung nötigen Leistung nicht mehr geeignet, basiert es doch auf weitgehender bis vollständiger Durcherstarrung des gegossenen Stranges beim Austritt aus dem Spalt. Bei einer Erhöhung der Giessgeschwindigkeit wird die erstarrte Strangkruste beim Austritt aus dem Spalt immer dünner. Ausbauchungen, hervorgerufen durch den Druck des noch flüssigen Kernes, und dadurch verursachte Durchbrüche, sind dann nicht zu vermeiden. Durch eine höhere Giessgeschwindigkeit wird bei dem beschriebenen Verfahren die Störungshäufigkeit so gross, dass keine wirtschaftliche Produktion mehr möglich ist.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Strang-giessverfahren gemäss Oberbegriff für Bänder zu schaffen, das die genannten Nachteile überwindet und mit wesentlich höherer Giessleistung und einfachen, betriebssicheren Und kostengünstigen Einrichtungen arbeiten kann.
Nach der Erfindung wird diese Aufgabe durch die kennzeichnenden Merkmale von Verfahrensanspruch 1 und/oder Vorrichtungsanspruch 6 gelöst.
Um eine solche Anlage mit hoher Produktivität betriebssicher starten zu können und dass gleichzeitig nach dem Spaltaustritt nur ein minimaler ferrostatischer Druck auf die noch dünne Strangkruste wirksam wird, schlägt die Erfindung zusätzlich die kennzeichnenden Merkmale der Ansprüche 2, 3 und 7 vor.
Ein weiteres charakteristisches Merkmal der Erfindung ist, dass der metallostatische Druck im Formhohlraum und unmittelbar nach dem Austritt aus diesem zusätzlich klein gehalten wird. Dazu wird das Giessmetall von einem Vorratsbehälter über eine mit diesem kommunizierend verbundene Zuführvorrichtung in den Formhohlraum derart eingebracht, dass der Badspiegel im Vorratsbehälter auf einer Höhe zwischen dem jeweils höchsten Punkt an der Eintritt-seite des Formhohlraumes und am Formhohlraumaustritt gehalten wird. Dadurch wird einerseits verhindert, dass beim Eintritt des Metalles in den Formhohlraum in diesen Luft gelangt, andererseits wirkt dadurch nach Austritt des Bandes aus dem Formhohlraum kein metallostatischer Druck auf die vorerst noch nicht abgestützte Oberseite des Bandes, sie baucht also nicht aus. Trotzdem kann, bedingt durch den auf dem Vorratsbehälter herrschenden Luftdruck, der flüssige Stahl im Bandinnern bis an den höchsten Punkt des um die untere Trommel geschlungenen Bandes steigen.
Eine gleichmässige Kühlung der beiden im Spalt zusammenlaufenden Krusten kann erzielt und Strangfehler oder Giessstörungen können nach einem zusätzlichen Merkmal verhindert werden, wenn die Umfangsgeschwindigkeit der mit den Breitseiten des sich bildenden Bandes in Berührung stehenden Oberflächen der beiden Trommeln ungleich ist und das Verhältnis der Umfangsgeschwindigkeit V3 der Mantelfläche der umschlungenen Trommel mit dem Radius R3 zur Umfangsgeschwindigkeit V2 der Mantelfläche der nichtumschlungenen Trommel der Gleichung
R, + d folgt, wobei d dem Rollenabstand im engsten Spalt entspricht.
Sowohl eine Erhöhung der Giessleistung wie der Durchbruchssicherheit wird durch eine hinreichend lange Erstarrungsstrecke an den durch die Mantelflächen der Trommeln gebildeten Breitseiten erreicht. Demgegenüber darf der Strang an den Schmalseiten erst dann erstarren, wenn der durch die beiden sich einander nähernden Mantelflächen der Trommeln begrenzte Formhohlraum sich nur unwesentlich verengt, etwa der thermischen Schrumpfung entsprechend. Andernfalls kann es zu einem Blockieren des Stranges im Formhohlraum oder zu einem unzulässigen Verformen der Strangschmalseiten kommen. Weiter ist es ökonomischer, die synchron mit einer, vorzugsweise der unteren, Trommel mitbewegten Schmalseitenflanken, die ebenfalls einen Teil der Begrenzung des Formhohlraumes bilden, möglichst niedrig auszuführen. Daher wird zusätzlich vorgeschlagen, den durch die Zuführvorrichtung, durch zwei mit einer Trommel synchron bewegten Schmalseitenflanken, durch die Mantelflächen der beiden Trommeln und durch die Spaltebene begrenzte Formhohlraum durch entsprechende Ausbildung der Zuführvorrichtung in Metallzufuhrrichtung an den Schmalseiten kürzer als in der Mitte der Breitseiten zu gestalten und die synchron mit einer Trommel bewegten Schmalseitenflanken nur wenig höher auszubilden als die Höhe des Formhohlraumes an seiner engsten Stelle.
Als weitere Massnahme kann im Sinne einer weiteren Ausbildung der Erfindung die Metallzuführvorrichtung an den Schmalseiten mit keilförmigen Wänden so weit in den Formhohlraum vorragen, bis diese durch die mit der einen Trommel synchron bewegten Schmalseitenflanken über ihre ganze Höhe überdeckt sind.
Für relativ niedrige Giessgeschwindigkeiten, wie sie bei Brammen mittlerer Dicke von etwa 40 — 60 mm oder ähnlich für eine hinreichende Produktion durchaus ausreichend sein können, ist es ohne Nachteil möglich, die synchron mit einer Trommel mitwandernden Schmalseitenflanken durch ökonomischere im Betrieb stationäre Schmalseitenplatten zu ersetzen. Daher wird als weiteres Merkmal vorgeschlagen, den Formhohlraum an den Schmalseiten in Metallzufuhrrichtung kürzer auszubilden als in der Mitte der Breitseiten und dass die stationären Schmalseitenplatten nur einen Teil der Schmalseiten des Formhohlraumes überdecken, aber aus Gründen der Betriebssicherheit über die engste Stelle des Formhohlraumes hinwegragen.
Im nachfolgenden werden anhand von Figuren Beispiele der Erfindung erläutert.
Es zeigen:
Fig. 1 einen Vertikalschnitt einer schematisch dargestellten erfindungsgemässen Giesseinrichtung,
Fig. 2 einen Vertikalschnitt durch den Formhohlraum eines anderen Beispiels und
Fig. 3 einen Schnitt nach der Linie III —III der Fig. 2.
In Fig. 1 ist mit 2 eine obere und mit 3 eine untere Kühltrommel achsparallel dargestellt. Die Trommelmäntel bestehen in an sich bekannter Weise aus einem Metall mit hoher Wärmeleitfähigkeit wie Kupfer etc. und sind wassergekühlt.
Zwischen dem engsten Trommelspalt 4 und einer Zuführvorrichtung 5 befindet sich auf der Eingiessseite des Spaltes 4 ein Formhohlraum 7 mit einer Länge 8. Auf der Strangaustrittsseite des Spaltes 4 bildet die Mantelfläche der Trommel 3 eine bogenförmige Strangführung, die zusammen mit Rollen 10 ein Stützkorsett für ein gegossenes Band 12 darstellt. Dieses gegossene Band 12 weist über einen Um-schlingungswinkel 15 von beispielsweise 180—210° des Trommelumfanges einen flüssigen Kern 11 auf. Dieser Um-schlingungswinkel 15 könnte auch kleiner, beispielsweise zwischen 90 und 100°, gewählt werden.
Die beiden Trommeln 2, 3 sind übereinander angeordnet. Die Zuführvorrichtung 5 ist mit einem Zwischengefass 13 kommunizierend verbunden und kann gegenüber einer Horizontalen 14 einen Winkel a von 5°—45°, vorzugsweise von 15° —30°, einschliessen. Das Giessmetall fliesst von dem Zwischengefass 13 über eine kommunizierende Verbindungsleitung 16, die in der Zuführvorrichtung 5 mündet in den Formhohlraum 7. Ein Badspiegel 17 im Zwischengefass oder Vorratsbehälter 13 wird auf einer Höhe gehalten, die jeweils zwischen dem höchsten Punkt 18 des Formhohlraumes 7 auf der Metalleintrittsseite und Punkt 19 des Formhohlraumes 7 auf der Strangaustrittsseite liegt.
In Fig. 2 und 3 ist eine untere Trommel 23 mit synchron bewegten Schmalseitenflanken 24 versehen, die, wie im vorliegenden Beispiel gezeigt, wenige mm höher als der Trommelspalt 25 sind, ein Formhohlraum 27 ist begrenzt durch den Trommelspalt 25, durch die beidseits der Trommel 23 angeordneten und mit dieser synchron bewegten Schmalseitenflanken 24, durch Mantelflächenabschnitte 28,29 der beiden Trommeln 22, 23 und durch Begrenzungsflächen der Zuführvorrichtung 30. Dieser Formhohlraum 27 ist an den
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Schmalseiten, d.h. entlang der Schmalseitenflanken 24, in Giessrichtung 31 kürzer als in der Mitte 32 der Breitseite. Die synchron mit der Trommel 23 bewegten Schmalseitenflanken 24 sind niedriger als die grösste Höhe 34 des Formhohlraumes 27. Der Formhohlraum 27 wird an seinen Schmalseiten zuerst durch die keilförmig gegen den Trommelspalt 25 vorragenden Finger 36, 36' der Metallzuführvorrichtung 30 abgeschlossen und daran anschliessend durch die Schmalseitenflanken 24, nachdem die Trommel 22 zwischen diese über die ganze Breite des Formhohlraumes 27 hineinragt.
In Fig. 3 ist in der unteren Bildhälfte anstelle der mit der Trommel 23 mitbewegten Schmalseitenflanke 24 der oberen Bildhälfte eine stationäre, dem Formhohlraum 27 begrenzende Seitenwand 38 als weiteres Ausführungsbeispiel dargestellt.
Das erfindungsgemässe Verfahren kann wie nachfolgend beschrieben angewendet werden. Die zu giessende Banddik-ke ist auf die nachgeschalteten Walzwerkseinrichtungen abgestimmt. Die Bandbreite ist den Kundenaufträgen entsprechend zu wählen, wobei die Trommeln und die Metallzuführvorrichtung entsprechend anzupassen sind. Die der Stranggiessanlage vorgeschalteten Schmelzaggregate produzieren in der Regel mit annähernd gleichbleibender Durchsatzrate, die beispielsweise bei Erzeugung von Stahl sehr hoch ist und 100 t/h überschreiten kann. Für eine dem Schmelzaggregat angepasste Produktionsrate und bei gleichbleibender Banddicke muss bei kleineren Bandbreiten schneller gegossen werden als bei grösseren, aber bei grossindustriell brauchbaren Bedingungen doch immer so schnell, dass das gegossene Band 12 bei Verlassen des Formhohlraumes durch den Spalt 25 nur an den äusseren Krusten erstarrt, im Kern aber noch flüssig ist. Dabei kann es zu Ausbauchungen der zwar erstarrten, aber noch heissen und daher mechanisch schwachen Krusten kommen, wenn der flüssige Kern einen Druck ausübt und die Krusten nicht entsprechend abgestützt sind. Es ist naheliegend, dass die Abstüt-zung umso enger — im Extremfall sogar kontinuierlich — sein muss, je dünner und heisser die erstarrte Kruste und je grösser der ausgeübte Druck sind.
Die Erstarrungsgeschwindigkeit eines Metalles kann nicht beliebig gewählt werden, sie hängt im wesentlichen davon ab, wie schnell die bei der Erstarrung und anschliessenden Abkühlung frei werdende Wärmemenge durch die Kruste ab- und an die kühlenden Medien weitergeleitet werden kann. Sie ist beim Strang- oder Blockgiessen von Metallen zu Erstarrungsbeginn hoch und nimmt mit steigender Krustendicke ab. Die dabei erreichte Krustendicke lässt sich annähernd errechnen nach der Formel s = ky/t
Dabei ist s = Krustendicke in mm k = eine im wesentlichen von der Kühlintensität abhängige
Konstante (für Stahlband ca. 15 — 27) t = Erstarrungszeit in Minuten
Die für Stahlbänder von 1 m Breite, aber unterschiedlicher Dicke von 3 — 80 mm nötigen Giessgeschwindigkeiten zur Erzielung einer Giessleistung von 100 t pro Stunde sind als Beispiele in Tabelle 1 angegeben.
Die für die gleichen Abmessungen ohne Beeinträchtigung der Produktqualität zu erwartende Zeit bis zur völligen Durcherstarrung — entsprechend Banddicke = 2 x Krustendicke — sowie die daraus sich für die Giessgeschwindigkeiten nach Tabelle 1 ergebenden Erstarrungslängen sind
Tabelle 1
Vorgegeben: Bandbreite 1 m, Giessleistung 100 t/h
Banddicke in mm Gewicht in Giessgeschwindig-
kg pro Meter keit m/min.
3 23,4 71,2
5 39 42,8
10 78 21,4
20 156 10,7
40 312 5,3
80 624 2,7
unter Angabe der jeweils zugrunde gelegten k-Werte in Tabelle 2 zusammengestellt.
Tabelle 2
Banddicke k-Wert Erstarrungszeit in Erstarrungs-
Min. länge in m
3 16 0,009 0,64
5 16,5 0,023 0,98
10 18 0,077 1,65
20 20 0,250 2,67
40 22 0,862 4,38
80 24 2,778 7,50
Um der Industrie zum anschliessenden Warmwalzen geeignete, aber doch möglichst dünne Bänder mit ausreichender Produktivität zur Verfügung zu stellen, werden Erstarrungslängen gewählt, wie aus Tabelle 2 hervorgeht, die weit grösser sind, als sie in einem Formhohlraum 27 allein sinnvoll realisiert werden können. Daher wird eine Lösung vorgeschlagen, die es erlaubt, den flüssigen Kern weit über den engsten Spalt 4 (Fig. 1) oder 25 (Fig. 2/3) hinauszuziehen. Dazu ist es wichtig, dass in dem unmittelbar an den engsten Spalt anschliessenden Bereich, in dem sich die beiden Trommelmäntel progressiv voneinander entfernen, kein Druck durch den flüssigen Kern auf die obere dort nicht abgestützte Kruste ausgeübt wird. Wenn danach das gegossene Band bogenförmig nach abwärts geführt wird, kann der dabei na-turgemäss wieder ansteigende Druck des flüssigen Kernes leicht durch ein die Trommel 3 teilweise und in gleichbleibenden, dem engsten Spalt 4 entsprechenden Abstand um-schliessendes Stützkorsett 10 kompensiert werden. Dabei kann der Endpunkt der Kernerstarrung irgendwo beliebig von dem unteren Ende des Stützkorsettes 10 liegen, wodurch die betrieblich erwünschte Flexibilität erreicht wird.
Bei einer derartigen Führung des Bandes ist die Umfangsgeschwindigkeit am Aussenbogen grösser als am Innenbogen. Um zu verhindern, dass die noch schwache und sehr heisse Kruste der Bandaussenseite beim Verlassen des Formhohlraumes 7 aus dessen engstem Spalt 4 gedehnt oder im Bereich 29 an der Trommel 2 entlanggezogen wird, ist es von Vorteil, wenn die Umfangsgeschwindigkeit V2 der Trommel 2 grösser ist als die Umfangsgeschindigkeit V3 der Trommel 3 und zwar gemäss der Formel
R3 + d
Dabei ist R3 der Radius der Trommel 3 und d die Spaltdicke 4 (Fig. 1).
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Claims (11)

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1. Verfahren zum kontinuierlichen Giessen von Metallen, insbesondere von Stahl, in Form von Band zwischen zwei gekühlte, achsparallele Trommeln, deren einander gegenüberliegende Mantelflächen mit Strangabzugsgeschwindigkeit gleichförmig in Metallzufuhrrichtung bewegt werden, wobei das flüssige Metall in einen durch den Spalt zwischen den Trommeln begrenzten Formhohlraum zugeführt und das gegossene Band nach dem Spalt gegen die Mantelfläche der einen Trommel gehalten wird, dadurch gekennzeichnet, dass bei einer vorgegebenen Kühlleistung der Mantelflächen der Kühltrommeln im Formhohlraum ein Verhältnis zwischen Banddicke und Giessgeschwindigkeit derart gewählt wird, dass das Band den engsten Spalt zwischen den Trommeln mit noch erheblichem Anteil von flüssigem Kern ver-lässt und dass die völlige Durcherstarrung erst in dem Bereich erfolgt, in dem das Band über einen Winkel von wenigstens 90° weiter gekühlt und durch ein Stützkorsett gegen den einen Trommelmantel gehalten wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass bei übereinanderliegenden Trommeln das Giessmetall aufwärts in einem Winkel von 5°—45°, vorzugsweise von
15° — 30" . zu einer Horizontalen in den Formhohlraum eingebracht wird.
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PATENTANSPRÜCHE
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das gegossene Band über einen Winkel von
180° — 210° um die untere Trommel gehalten wird.
4. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Giessmetall von einem Vorratsbehälter über eine mit diesem kommunizierend verbundene Zuführvorrichtung in den Formhohlraum derart eingebracht wird, dass der Badspiegel im Vorratsbehälter auf einer Höhe zwischen dem jeweils höchsten Punkt am Formhohlraumeintritt und am Formhohlraumaustritt gehalten wird.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Umfangsgeschwindigkeit der mit den Breitseiten des sich bildenden Bandes in Berührung stehenden Oberfläche der beiden Trommeln ungleich ist und dass das Verhältnis der Umfangsgeschwindigkeit V3 der Mantelfläche der umschlungenen Trommel mit dem Radius R3 zur Umfangsgeschwindigkeit V2 der Mantelfläche der nicht umschlungenen Trommel r3 + d entspricht, wobei d den Trommelabstand im engsten Spalt darstellt.
6. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 5 mit zwei gekühlten achsparallelen Trommeln, die auf der Eingiessseite des Spaltes zwischen den Trommeln zusammen mit einer Zuführvorrichtung einen Formhohlraum und auf der Strangaustrittsseite des Spaltes entlang der Mantelfläche der einen Trommel eine bogenförmige Strangführung bilden, dadurch gekennzeichnet, dass die bogenförmige Strangführung als Stützkorsett (10) für ein nur teilweise erstarrtes gegossenes Band (12) ausgebildet ist und mindestens 90° der Trommel (3) umschlingt.
7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Trommeln (2, 3) übereinander angeordnet sind und dass die Mittelachse der nach oben gerichteten Zuführvorrichtung (5) gegenüber einer Horizontalen (14) einen Winkel (a) von 5°—45°, vorzugsweise 15° —30°, einschliesst.
8. Vorrichtung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass der durch die Zuführvorrichtung (30), durch zwei mit der Trommel (23) synchron bewegte Schmalseitenflanken (24), durch Mantelflächenabschnitte (28,29), der beiden Trommeln und durch die Spaltebene (25) begrenzte Formhohlraum (27) an den Schmalseiten in Metallzufuhrrichtung (31) kürzer ist als in der Mitte (32) der Breitseiten, und dass die synchron mit der Trommel (23) bewegten Schmalseitenflanken (24) nur einen Teil der Schmalseiten des Formhohlraumes (27) überdecken.
9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Höhe der synchron mit der einen Trommel (23) bewegten Schmalseitenflanken (24) nur unwesentlich grösser ist als die Höhe des Formhohlraumes (27) an seiner engsten Stelle (25).
10. Vorrichtung nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Metallzuführvorrichtung (30) an den Schmalseiten mit keilförmigen Wänden (36) soweit in den Formhohlraum vorragt, bis diese durch die mit der einen Trommel (23) synchron bewegten Schmalseitenflanken (24) über ihre ganze Höhe überdeckt sind.
11. Vorrichtung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass der durch die Zuführvorrichtung (30), durch zwei stationäre Schmalseitenplatten (38), durch die Mantelflächenabschnitte (28,29) der beiden Trommeln und durch die Spaltebene (25) begrenzte Formhohlraum (27) in Metallzufuhrvorrichtung (31) an den Schmalseiten kürzer ist als in der Mitte (32) der Breitseiten, und dass die stationären Schmalseitenplatten (38) nur einen Teil der Schmalseiten des Formhohlraumes (27) überdecken und gleichzeitig über die engste Stelle (25) des Formhohlraumes (27) hinwegragen.
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