BESCHREIBUNG
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Giessen von kristallinen Bändern gemäss dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 sowie eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens.
Metallbänder. insbesondere Stahlbänder werden üblicherweise in mehreren Verfahrensschritten hergestellt, welche energie- und zeitaufwendig sind. So wird beispielsweise zum Herstellen von warmgewalztem Stahlband zunächst eine Bramme im Stranggiessverfahren hergestellt, welche im günstigsten Fall direkt ins Walzwerk eingespeist, im allgemeinen jedoch zunächst abgekühlt und daraufhin erneut erwärmt und in einem Walzwerk in mehreren Schritten auf die gewünschte Banddicke reduziert wird. Dabei läuft der Walzvorgang in der Regel in mehreren Stufen ab. Zur Reduzierung des für die Realisierung des Verfahrens erforderlichen Zeit- und Energieaufwandes wurden bereits verschiedene Massnahmen vorgeschlagen.
So wurde bereits versucht, kontinuierlich aus der Stranggiessanlage austretendes Vormaterial kontinuierlich weiter zu walzen, was jedoch zu anderen Schwierigkeiten geführt hat, da die maximale Giessgeschwindigkeit, mit welcher der Strang die Giessanlage verlässt, wesentlich niedriger ist als die minimale Walzgeschwindigkeit, mit welcher die Walzanlagen betrieben werden können. Eine weitere Reduzierung der Walzgeschwindigkeit in Anpassung an die Stranggiessgeschwindigkeit ist technisch und wirtschaftlich nicht sinnvoll, da die Qualität der auf diese Weise erhaltenen Walzprodukte unbefriedigend ist, und die Haltbarkeit der Walzen stark abnimmt.
Zur Überwindung dieser grundsätzlichen Schwierigkeit wurde gemäss DE 3 241 745 bereits vorgeschlagen, die sich aus den unterschiedlichen Geschwindigkeiten beim Giessen des Vormaterials und dem Walzen dadurch zu begegnen, dass der bereits bandähnlich gegossene Giessstrang zu einem Bund aufgewickelt wird, dann vom Giessstrang abgetrennt und schliesslich im Walzwerk vom Bund wieder abgewickelt und ausgewalzt wird. Durch diese Massnahme soll zwischen der Giessanlage und dem Walzwerk eine Pufferzone geschaffen werden, wodurch die Walzgeschwindigkeit von der Giessgeschwindigkeit unabhängig gemacht wird.
Aus diesem immer noch umständlichen Vorgehen leitet sich das allgemeine Ziel der weiteren Entwicklungen ab, das Giessverfahren zur Herstellung von kristallinen Bändern weiterhin zu vereinfachen und es insbesondere von den erwähnten grundsätzlichen Engpässen zu befreien.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Giessen kristalliner Bänder anzugeben, welche eine möglichst direkte Herstellung der Bänder aus der Schmelze erlauben, so dass ein mehrfaches Behandeln des Produktes beziehungsweise des Zwischenproduktes, insbesondere ein mehrfaches energieverzehrendes wechselweises Aufheizen und Abkühlen vermieden wird.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss durch die in den Patentansprüchen 1 und 7 definierten Merkmale gelöst.
Durch diese Massnahme wird auf besonders vorteilhafte Weise auch für Massenprodukte, beispielsweise für Massenstähle, ein einfaches und zusammenhängendes sowie energiesparendes Verfahren zur direkten Herstellung von kristallinen Bändern bereitgestellt. Dieses Verfahren erlaubt auch die Anpassung der Giessgeschwindigkeit an nachfolgende Verarbeitungsschritte, beispielsweise an einen nachfolgenden Walzvorgang, ohne dass der Materialfluss unterbrochen werden müsste. Damit ergibt sich auch eine erhebliche Vereinfachung für eine Vorrichtung zum Vergiessen von Metallen zu kristallinen Bändern, so dass sich entsprechende Anlagen ökonomisch sinnvoll erstellen und einsetzen lassen.
Im folgenden wird die Erfindung anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele mit Hilfe der Zeichnung näher erläutert.
Es zeigen:
Fig. 1 die schematische Darstellung einer Vorrichtung gemäss einem beschriebenen Ausführungsbeispiel,
Fig. 2 das Prinzip der Schmelzen-Zufuhr auf den bewegten Kühlkörper, und
Fig. 3 die Darstellung der Bezeichnungen an der Düsen öffnung.
Das Verfahren sowie die Vorrichtung zu seiner Durchführung werden im folgenden zunächst anhand von Figur 1 erläutert. In dieser Figur sind die erwähnten Bauteile schematisch dargestellt. Sie dienen der Erläuterung der erfinderischen Idee, wobei die dargestellten Bauelemente in ihrer Art und ihren Grössenverhältnissen durch dem Fachmann geläufige Massnahmen an die jeweils gegebenen praktischen Verhältnisse angepasst werden können.
Die gezeigte Vorrichtung besteht im wesentlichen aus einem Kühlkörper 1, der im Beispiel als rotierende Trommel ausgebildet ist. Die Trommel rotiert in Richtung des Pfeils A. Die Trommeloberfläche besteht aus einem gut wärmeleitenden Material, im Beispiel aus Kupfer oder einer Kupferlegierung. Die Oberfläche kann mit unterschiedlichen Legierungen beschichtet sein, um Oberflächenspannung und Kühlintensität optimal anzupassen. Im Wirkbereich der Trommeloberfläche ist ein Düsenkörper 2 mit einem Düsenauslass 3 angeordnet. Im Bereich zwischen dem Düsenkörper 2 und dem Düsenauslass 3 befindet sich eine im Beispiel elektromagnetische Zuflussregelung 4.
Von einem Vorratsbehälter 5 wird dem Düsenkörper 2 Metallschmelze nachgefüllt. Düsenkörper 2 und Vorratsbehälter 5 bilden im Beispiel ein geschlossenes Drucksystem, wie dies durch Druckmittel 6 symbolisch angedeutet ist.
Ferner ist eine Heizeinrichtung 7 vorgesehen, welche insbesondere den unteren Bereich des Düsenkörpers 2 auf eine bestimmte Betriebstemperatur bringt und diese einhält. Die Heizeinrichtung 7 wird im Beispiel von einer Steuereinrichtung 8 überwacht und gesteuert. Vorzugsweise wird von der Steuereinrichtung 8 ausserdem der Druck P der Druckmittel 6 überwacht und gesteuert. Ausserdem kann der Düsenkörper 2 und/oder der Vorratsbehälter 5 mit einer Füllstandanzeige 9 ausgestattet sein, deren Signale ebenfalls der Steuereinrichtung 8 zur Überwachung des Gesamtprozesses zugeführt werden.
Das aus dem Düsenkörper über den Düsenauslass 3 ausgeförderte schmelzflüssige Metall wird direkt auf die Oberfläche des Kühlkörpers 1 aufgebracht. Zur Gewährleistung eines einwandfreien Giessprozesses ist die Distanz dl zwischen dem Düsenauslass 3 und der Oberfläche des Kühlkörpers 1 besonders kritisch. Der Kühlkörper 1 wird auf seiner Giessoberfläche fortlaufend gekühlt, wie dies beispielsweise durch einen Kühlmittelbehälter 15 angedeutet ist. Ein darin enthaltenes Kühlmittel 16 benetzt die Oberfläche des Kühlkörpers 1 und entzieht ihm eine Wärmemenge, welche in Verbindung mit anderen, nachfolgend beschriebenen Kühlmassnahmen zur sofortigen Erstarrung des schmelzflüssigen Metalls auf der Kühlkörperoberfläche führt.
Zusätzlich kann mit Hilfe einer Pumpe 17 Kühlmittel 16 auf die Innenwand des Kühlkörpers 1 gefördert werden, so dass auf dieser Seite eine zusätzliche Kühlwirkung eintritt. Als Kühlmittel dient vorzugsweise ein Fluid, z. B. Wasser oder ein anderes Medium mit grosser Wärmeaufnahmekapazität.
Zur Verstärkung der Kühlwirkung ist hinter dem Düsenauslass 3 in Drehrichtung A eine Kühleinrichtung 10 vorgesehen, welche direkt auf die äussere Oberfläche des gegossenen Bandes 20, also auf die von der Kühlkörperoberfläche abgewandten Seite des Bandes 20 einwirkt. Vorzugsweise ist auch die Kühleinrichtung 10 an die Steuereinrichtung 8 angeschlossen, so dass sich Kühlmittelmenge und Kühlmitteltemperatur auf bestimmte Werte einstellen bzw. regeln lassen.
Schliesslich ist eine Umlenk- und Kühlrolle 11 vorgesehen, welche in Verbindung mit einem nachfolgenden Abziehelement 12 das Band 20 von der Oberfläche des Kühlkörpers 1 ablöst. in einer Richtung B umlenkt und gleichzeitig kühlt.
Die Umlenk- und Kühlrolle 11 ist vorzugsweise ebenfalls von aussen und;oder von innen gekühlt und zu diesem Zweck beispielsweise mit dem gleichen Kühlmittel 16 beaufschlagt wie die anderen erwähnten Kühlelemente. Auch die Kühlmittelzufuhr bzw. Kühlmitteltemperatur für die Umlenk- und Kühlrolle 11 wird vorzugsweise durch die Steuereinrichtung 8 überwacht bzw. gesteuert.
Vorzugsweise weist die Umlenk- und Kühlrolle 11 einen relativ grossen Durchmesser auf, der im Beispiel nur wenig kleiner ist als derjenige der als Kühlkörper verwendeten Kühltrommel. Dadurch ergibt sich eine grosse Kontaktoberfläche für das gegossene Band 20, auf welcher es auf der Umlenk- und Kühlrolle 11 zusätzlich gekühlt wird. Ausserdem wird es relativ sanft von der Oberfläche des Kühlkörpers 1 abgehoben, so dass sich mit dieser Vorrichtung auch? relativ dicke Bänder im Bereich von 2 bis 8 mm herstellen lassen.
Ausgangs der Umlenk- und Kühlrolle 11 wird das Band 20 in Richtung B von der Giesseinrichtung fortgeführt und unmittelbar zu einem Bund 13 aufgewickelt. Das Band 20 kann statt dessen aber auch unmittelbar einer Walzeinrichtung 25 zur Weiterverarbeitung zugeführt werden.
Der Düsenkörper 2, insbesondere der Düsenauslass 3 bestehen aus thermisch isolierendem und chemisch inertem Material, z. B. aus Keramikteilen. Diese Teile müssen der Schmelztemperatur des zu vergiessenden Metalls auch längere Zeit widerstehen und dürfen ausserdem das Metall chemisch nicht verändern.
Die thermische Nachbehandlung des gegossenen Bandes 20 erfolgt vorzugsweise in verschiedenen Stufen, und zwar unter der Steuerung der Steuereinrichtung 8. In einer ersten Stufe K erfolgt die Kühlung des Bandes 20 direkt über die Oberfläche des Kühlkörpers 1, also durch Steuerung der Temperatur für das Kühlmittel 16, sei es von der äusseren Kühlkörperoberfläche oder von innen, oder durch beide Massnahmen kombiniert. In einer zweiten Stufe L wird die Oberfläche des gegossenen Bandes 20 unmittelbar intensiv gekühlt. Schliesslich wird die Oberfläche des Bandes 20 in einer dritten Kühlstufe M durch Kontakt mitder Umlenkund Kühlrolle 11 einem letzten Zwangskühlprozess unterzogen.
Durch die Mehrteilung des Kühlvorganges lassen sich die Struktur sowie die technologischen Eigenschaften des Bandes bestimmen, da auf diese Weise unter dem Einfluss der Steuereinrichtung 8 der zeitliche Gradient der Abkühlung mit Hilfe der aufeinanderfolgenden Kühlstufen K, L und M einstellbar ist. Für einen einwandfreien Ablauf des Giessprozesses ist die Einhaltung des Spaltes dl zwischen dem Düsenauslass 3 und der Giessoberfläche des Kühlkörpers 1 von besonderer Wichtigkeit. Zur Einstellung und Einhaltung dieses Spaltes dl sind Einstellmittel 30 vorgesehen, mit deren Hilfe der Düsenkörper 2 über Führungselemente 32 längs einer Führungsschiene 34 einstellbar ist.
Der Spalt dl steht mit der Oberflächenspannung der Schmelze und dem Staudruck P bei gegebener Schmelzenzuflussgeschwindigkeit v und gegebener Geschwindigkeit u der Oberfläche des Kühlkörpers 1 gegenüber dem Düsenauslass 3 über folgende Beziehung in Verbindung:
EMI2.1
(wegen v =
EMI2.2
und damit:
EMI3.1
Dann bedeuten gemäss der Darstellung in Fig. 3: p die Dichte der Schmelze. dO die Breite der Dusenoffnung;n Bewegungsrichtung des Kühlkörpers sowie d2 die Dicke des zu erzeugenden Bandes. a ist die Oberflächenspannung.
Unter Beachtung dieses Zusammenhangs werden die Verfahrensparameter unter Berücksichtigung metallurgischer Gesichtspunkte mit Hilfe der Steuereinrichtung 8 überwacht und nachgeführt.
Mengen- und Druckregelung der metallischen Schmelze lassen sich auf einfache Weise durch die elektromagnetische Zuflussregelung 4 im Düsenauslassbereich einstellen.
Zur Herstellung von Stahlbändern einer Dicke von 3 mm wurde bei einem Spalt dl von 2,9 mm die Trommeloberfläche gegenüber dem Düsenauslass 3 mit einer Geschwindig keit im Bereich zwischen I und 5 m pro Sekunde bewegt,
Anstelle der beschriebenen Umlenk- und Kühlrolle 11 kann auch ein gekühltes Band oder eine ähnliche Kühl- und/ oder Führungsvorrichtung vorgesehen sein.
Das gegossene Band 90 kann nach Durchlaufen der Umlenk- und Kühlrolle 11 einer weiteren thermischen und/oder mechanischen Nachbehandlung, z. B. durch ein gekühltes Walzenpaar unterzogen werden.