CH671716A5

CH671716A5 -

Info

Publication number: CH671716A5
Application number: CH3932/86A
Authority: CH
Inventors: Hans Gloor
Original assignee: Concast Standard Ag
Priority date: 1986-09-30
Filing date: 1986-09-30
Publication date: 1989-09-29
Also published as: US4913219A; JPH01501295A; WO1988002288A1; EP0295270A1

Description

BESCHREIBUNG

Die Erfindung betrifft eine Giessvorrichtung für Bänder oder Folien aus metallischem oder metalloxidischem Material, gemäss dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Ein erheblicher Anteil von industriell verwendeten metallischen oder metalloxidischen Blechen wird in Form dünner Bleche oder Folien benötigt. Es richten sich daher beträchtliche Anstrengungen auf Verfahren und Vorrichtungen zur direkten Herstellung solcher dünnen Bleche oder Folien, unter Umgehung der traditionellen Giess- und Walztechnik. Wie jüngste Bestrebungen in diese Richtung gezeigt haben, lassen sich dünne metallische oder metalloxidische Bänder bzw. Folien direkt aus der Schmelze herstellen, wobei sich einerseits eine erhebliche Energieeinsparung gegenüber konven- „ tionellen Verfahren erzielen lässt und andererseits Produkteigenschaften realisierbar sind, die sich mit konventionellen Giessverfahren nicht herstellen lassen. Bleche oder Folien mit amorpher, nano-/mikrokristalliner Struktur oder sogar mit kombinierter, z.B. in gewissen Bereichen amorpher und in anderen Bereichen kristalliner Struktur, können ausschliesslich mit den neu entwickelten Verfahren bzw. Vorrichtungen hergestellt werden.

So sind beispielsweise Verfahren bzw. Vorrichtungen zum direkten Vergiessen von Metallschmelzen auf bewegte Kühlkörper bekannt, wobei in der Regel eine Kühltrommel oder ein bewegtes Kühlband verwendet wird. Die Metallschmelze wird dabei der Oberfläche der Kühltrommel bzw. des Kühlbandes über ein düsenähnliches Austragelement zugeführt. Die wichtigsten Verfahrensparameter für den Giess-prozess sind dabei die Bewegungsgeschwindigkeit der Kühlkörperoberfläche relativ zum Düsenauslass, die Wärmeableitung vom Kühlkörper sowie als weiterer wichtiger Parameter die Düsengeometrie. Wegen der gegenseitigen Abhängigkeit der Giessparameter ist deren Einhaltung gemäss den Vorgaben einer Prozesssteuerung für die Erzielung der gewünschten Produktqualitäten von ausschlaggebender Bedeutung.

Verbesserungsbestrebungen richten sich daher einerseits auf prinzipielle Vereinfachung der Giessvorrichtung und andererseits auf eindeutig definierte und reproduzierbare sowie im grosstechnischen Rahmen zu beherrschende Steuerungsbzw. Regelungsmechanismen des Giessprozesses.

Es wurde bisher angenommen, dass ausser dem Abstand des Düsenspaltes von der Kühlkörperoberfläche auch dessen Breite in Giessrichtung von entscheidendem Einfluss auf den Giessprozess sei. Auch der Geometrie der Düsenöffnung wurde in der bisherigen Entwicklung eine erhebliche Bedeutung beigemessen. Bestrebungen zur Verbesserung des Giess-verfahrens haben sich dementsprechend in erster Linie auf die Gestaltung und Bemessung der Düsenöffnung sowie auf den Abstand zwischen der Düsenöffnung und der Kühlkör-peroberfläche gerichtet. Dabei ist praktisch allen bekannten Vorschlägen gemeinsam, dass die Metallschmelze aus einem Giessbehälter auf «gewohnte Weise» mehr oder weniger selbsttätig in die Düsenvorrichtung fliesst. Dieser gravitationsbedingte Schmelzeneinlauf, der bereits aus der traditionellen Giesstechnik, z.B. beim Stranggiessen, bekannt ist, wurde in der neuen Bandgiesstechnik höchstens durch ein steuerbares Drucksystem unterstützt. Bei der Dimensionierung der Düsenöffnung sowie des Bereiches zwischen der Düsenöffnung und der Kühlkörperoberfläche waren aus diesem Grund beträchtliche Einschränkungen zu beachten, um ein einwandfreies Angiessen sicherzustellen und unkontrolliertes Auslaufen der Schmelze vor Beginn des eigentlichen Giessvorganges zu verhindern.

Aus der DE-OL 3 411 466 ist beispielsweise ein Verfahren zur Herstellung von dünnem Metallband bekannt, bei dem der Ausbringwinkel zwischen der Strömungsrichtung der von der Düse austretenden Schmelze und der Giessoberfläche zwischen 20 und 80 Grad betragen soll. Zur Herstellung dickerer Bänder wurde gemäss DE-3 442 009 eine Düsenkonfiguration vorgeschlagen, bei der in Giessrichtung mehrere Düsenschlitze hintereinander angeordnet sind. Dadurch sollen bei geeignetem Abstand der Düsenschlitze voneinander und bei geeigneter Düsenschlitzweite dicke Bänder durch sequentielles Mehrfachaufschmelzen entstehen.

Auch die weiteren Entwicklungen zur qualitativen Verbesserung der Giessprodukte konzentrierten sich bisher in erster Linie auf den Bereich des Düsenauslasses bzw. auf den Übergangsbereich zwischen dem Düsenauslass und der Giessoberfläche. Beispielsweise ist zur Verbesserung und Optimierung der Düsengeometrie gemäss der DE-OL 3 544 878 ein Verfahren zur Herstellung eines amorphen Metallbleches oder Metallbandes bekannt, bei dem eine Schlitzdüse mit einer vorderen und einer hinteren Nase verwendet wird. Zur Erzielung einer möglichst glatten Oberfläche am Giessprodukt sollen dabei der Abstand der besonders ausgestalteten vorderen Nase zur Giessfläche und die Breite der vorderen Nase relativ zur Schlitzbreite der Düse genau definierte Werte aufweisen. Die Herstellung solcher besonderen Düsenformen ist mit einem beträchtlichen Aufwand und mit entsprechenden Kosten verbunden. Ausserdem muss bei der Steuerung der Verfahrensparameter die Düsengeometrie besonders sorgfaltig im Hinblick auf mehrere kritische Grössen überwacht werden. Dies wirkt sich nachteilig bei der grosstechnischen Anwendung des Giessverfahrens aus.

Weitere Vorschläge zur besonderen Ausbildung des Düsenauslasses finden sich in der FR-OL 7 731 659 (Allied Chemical), oder in EP-0 040 069 (Batelle Development). Die

2

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60

65

3

671 716

erste Publikation zeigt ein weiteres Beispiel für eine gestufte Ausbildung des Düsenauslasses. Ausserdem ist aus dieser Publikation eine weitere grundsätzliche Problematik dieses Giessverfahrens zu erkennen. An den Enden des Düsenschlitzes bilden sich leicht Schmelzenlachen, welche zu un-gleichmässig dicken Bändern oder Folien führen. An beiden Rändern des Giessproduktes treten solche unerwünschten verstärkten Bereiche auf. Um diese zu reduzieren, sollen gemäss der genannten ersten Publikation die Enden des Düsenschlitzes besonders ausgebildet sein.

Aus EP-0 026 812 sind Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung von amorphen Metallbändern bekannt, bei denen eine gegenüber bisherigen Vorrichtungen breitere Düsenöffnung von 1,5 bis 6 mm vorgeschlagen wird. Damit soll zwar die Bandgeometrie weniger stark von der jeweiligen Düsenform beeinflusst werden. Als Nachteil ist jedoch ein Stopfen zum Verschliessen der Düsenöffnung gegen unbeabsichtigtes Auslaufen der Schmelze unter dem Druck ihres Eigengewichtes erforderlich. Ein solcher beweglicher Stopfen erhöht die Störanfälligkeit einer Giessanlage und sollte wenn möglich vermieden werden.

Düsenvorrichtungen, wie sie in den zuvor erwähnten Publikationen beschrieben sind, lassen sich nur nach aufwendigen Methoden herstellen. Ausserdem wird der Giessprozess und damit die Oberflächenqualität des Giessproduktes schon durch geringfügige Schwankungen eines der das Verfahren bestimmenden Parameter beeinflusst. Schwankende Produktqualitäten aufgrund solcher Instabilitäten sind jedoch absolut unerwünscht.

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Giessvorrichtung für Bänder oder Folien aus metallischem oder metalloxidischem Material anzugeben, welche zu Giesspro-dukten mit den gewünschten einheitlichen Eigenschaften, insbesondere guten Bandqualitäten führt, ohne dass der Düsenauslass eine besonders komplexe Geometrie aufweisen muss und ohne dass in dem ohnehin stark beanspruchten Bereich zwischen dem Düsenauslass und der Giessfläche besondere Massnahmen anderer Art getroffen werden müssen. Die Vorrichtung soll sich ferner zur Herstellung dickerer Bänder oder Folien eignen. Schliesslich sollen sich Bänder in einer Breite von mehr als 10 cm mit einer möglichst einfachen Düsenanordnung herstellen lassen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss durch die im Patentanspruch 1 definierten Massnahmen gelöst.

Durch die beanspruchten Massnahmen lassen sich Giess-produkte mit ausgezeichneter Oberflächenqualität und von aussergewöhnlich gleichmässiger Dicke, auch in den Randbereichen, herstellen. Bedingt durch die relativ einfache und robuste Ausbildung der Düse lässt sich der Giessprozess sehr präzis und zuverlässig steuern. Mit der neuen Düsenvorrichtung lassen sich auch ohne Schwierigkeiten dicke Bänder herstellen, wobei der steuerbare Dickenbereich grösser ist als bei konventionellen Düsenvorrichtungen. Die Düse selbst ist von einfachem Aufbau. Sie muss nicht mehr in aufwendiger Spezialanfertigung hergestellt werden. Wegen der baulichen Trennung der Düsenvorrichtung vom Schmelzengefäss lässt sich auch das bisher störende Auslaufen von schmelzflüssigem Metall vor Beginn des Giessprozesses vermeiden, obwohl die Spaltbreite der Düse grösser ist als bei bisher bekannten Vorrichtungen dieser Art.

Durch die seitliche Zuführung der Schmelze bildet sich innerhalb des Düsenkörpers ein konstanter Staudruck, der ein gleichmässiges Ausbringen der Schmelze durch den Düsenspalt zur Folge hat. Verdickungen an den Randbereichen des Giessproduktes treten nicht mehr auf. Zusätzlich sorgt der relativ breite Düsenspalt für ein weitgehend störungsfreies Abziehen der Schmelze durch die bewegte Giessfläche vom Düsenspalt. Durch die Kombination der Massnahmen ist der Bereich zwischen dem Giessspalt und der bewegten Giessfläche wesentlich stabiler als dies mit den herkömmlichen Vorrichtungen der Fall ist. Die Prozessregelung ist dadurch nicht nur einfacher, sondern auch zuverlässiger, da eine direktere Zuordnung von Betriebsparametern, wie Giessdruck, Giessgeschwindigkeit und erzeugter Bandqualität und Banddicke besteht.

Im folgenden wird die Erfindung anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele mit Hilfe der Zeichnungen näher beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 die Seitenansicht einer Giessvorrichtung mit einer vom Giessgefäss getrennten Düse,

Fig. 2 ein zweites Ausführungsbeispiel, mit einem von der Seite auf die Giesstrommel gerichteten Düsenspalt, Fig. 3 die Aufsicht auf die Vorrichtung nach Fig. 2, Fig. 4 einen Schnitt durch den Düsenkörper,

Fig. 5 das Dämpfungselement am Ende des Düsenkörpers, und

Fig. 6 Messdiagramme zur Dickenmessung für eine nach der Erfindung hergestellte Folie, verglichen mit einer konventionell hergestellten.

Das Prinzip der im folgenden näher dargestellten Düsenvorrichtung besteht in einem Düsenkörper mit einer Schlitzdüse, wobei die Zufuhr des Schmelzenmaterials nicht wie bisher auf den Düsenschlitz gerichtet erfolgt, sondern parallel zum Schlitzverlauf. Die Schlitzbreite ist grösser als bisher üblich. Sie beträgt im bevorzugten Fall 1,5 bis 2,0 mm, gegenüber 0,4 mm in bekannten Düsen für diese Anwendung. Durch die seitliche Zufuhr des Schmelzenmaterials und die grössere Schlitzbreite wird wenigstens ein Teil des Düsenkörpers in die sich beim Giessen bildende Stauzone gegenüber der Kühlkörperoberfläche einbezogen. Der Giessvorgang läuft damit stabiler ab als bisher, was eindeutig anhand der gleichmässigeren Oberfläche der Giessprodukte nachweisbar ist.

Im einzelnen ist gemäss den Figuren 1 bis 4 ein Giessgefäss 1 mit einer Austrageinrichtung 2 für die zu vergiessende Schmelze versehen. Am Ende der Austrageinrichtung ist eine baulich vom Giessgefäss getrennte Düsenvorrichtung 3 vorgesehen. Die Düsenvorrichtung ist mit einer Schlitzdüse versehen, wobei der Düsenschlitz 4 einer Giessfläche 5 gegenübersteht, die im Beispiel als Giesstrommel 6 ausgebildet ist. Der achsenparallel im Düsenkörper angebrachte Schlitz 4 verläuft parallel zur Trommelachse, in einem Abstand a von der Trommelperipherie. Die Schlitzbreite beträgt B, die Schlitzlänge L. Der Giesskörper und mit ihm die Giessfläche 5 werden durch ein in den Figuren nicht dargestelltes Antriebsmittel in Richtung des Pfeiles A mit vorgegebener Geschwindigkeit quer zum Düsenschlitz 4 bewegt.

Die Schmelze wird dem Giessgefäss von einem Zwischenbehälter 8, auch Tundish genannt, zugeführt. Die Zufuhr erfolgt vorzugsweise über einen Durchflussregler 9, mit dessen Hilfe das Schmelzenniveau im Giessgefäss 1 auf einem vorgegebenen Wert gehalten wird. Über eine Kupplung 10 ist das Giessgefäss 1 abnehmbar mit der Austrageinrichtung 2 verbunden.

Als Giessfläche können ausser der hier gewählten Trommel auch andere Körper, z.B. Bänder verwendet werden. Die Giessfläche, also diejenige Fläche des Giesskörpers, auf welche die Schmelze aufgebracht wird, kann stark zwangsgekühlt sein. Die Kühlung kann durch Wasser, Luft oder ein ausgewähltes Gas erfolgen. Vorzugsweise wird dem Kühlkörper das Kühlmedium auf der gleichen Seite zugeführt wie die zu vergiessende Schmelze, so dass das Material des Kühlkörpers höchstens unwesentlich an den Wärmetransportvorgängen im Rahmen des Kühl- oder Abschreckprozesses beteiligt ist.

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60

65

671 716

Durch die bauliche Trennung zwischen der Düse und dem Schmelzengefäss, wie dies die Kupplung 10 bewirkt, wird ohne zusätzliche Massnahmen ein Auslaufen der Schmelze vor Beginn des Giessprozesses vermieden. Erst mit Beginn des Giessvorganges wird das Schmelzengefäss an den Düsenkörper angeschlossen oder durch den angeschlossenen Tundish mit einem Druck P beaufschlagt, so dass die Schmelze durch die Austrageinrichtung 2 in den Düsenkörper 3 fliesst. Dort schiesst die Schmelze zunächst parallel zum Spalt 4, in Richtung des Pfeiles B in Fig. 3, in den Düsenkörper und prallt gegen die hintere Begrenzungswand 7, so dass sich im Düsenkörper ein gewisser Staudruck bildet. Sobald der Düsenkörper mit Schmelze gefüllt ist, entsteht über die gesamte Länge des Düsenspaltes 4 ein gleichmässi-ger Schmelzendruck, der einen gleichmässigen Schmelzenaustritt über die ganze Länge des Spaltes zur Folge hat. Durch diesen gleichmässigen Druck wird ein über die ganze Breite konstant und gleichmässig dickes bandförmiges Produkt erzeugt, wobei die Giesskörperoberfläche stark und gleichmässig durch nicht dargestellte Kühlvorrichtungen, z. B. Wasser- und/oder Gas- bzw. Luftdüsen, gekühlt wird. Die Kühlleistung einerseits und die Bewegungsgeschwindigkeit des Kühlkörpers bzw. der Giessfläche andererseits bestimmen auf bekannte Weite die Eigenschaft des Giessproduktes. Es lassen sich je nach Wahl der entsprechenden Parameter amorphe oder kristalline Strukturen erzeugen.

Das erwähnte Einschiessen der Schmelze zu Beginn des Giessvorganges in den Düsenkörper 3 wird im Beispiel nach Fig. 5 durch ein Luftpolster im hinteren Bereich des Düsenkörpers gedämpft. Da der Schlitz 4 nicht bis an das Ende des im Beispiel rohrförmigen Düsenkörpers reicht, schliesst die zu Beginn des Giessvorganges einströmende Schmelze ein Luftpolster ein. Das Mass der dadurch hervorgerufenen Dämpfung lässt sich durch ein Luftloch 11 im hinteren Teil des Düsenkörpers wählbar einstellen. Vorzugsweise ist das Luftloch in einem Deckelteil 12 angebracht, der bei Unterbrechung des Giessvorganges entfernt bzw. geöffnet wird, so dass sich der Düsenkörper entleeren kann. Beim Angiessen gerät zunächst mit der durch das Luftloch 11 entweichenden Luft auch etwas Schmelze in die Öffnung. Die Schmelze erstarrt jedoch unmittelbar und verschliesst damit das Luftloch.

Das in Fig. 2 dargestellte Ausführungsbeispiel hat den grossen Vorteil, dass die Schmelze nicht von selbst und unbeabsichtigt in den Düsenkörper einlaufen und zum Zu-schmelzen des Düsenschlitzes führen kann. Schmelzenmaterial, das sich bei Unterbrechung des Giessvorganges noch in dem seitlich der Kühlkörperoberfläche gegenüberstehenden Düsenkörper befindet, fliesst in das Giessgefäss zurück. Die Zuführung der Schmelze erfolgt über einen Syphon.

Als Giessprodukt entstehen Bänder oder Folien mit einer weitgehend einstellbaren und äusserst gleichmässigen Dicke. Die gleichmässige Dicke der erzeugten Bänder bzw. Folien lässt sich durch Messung nachweisen. Das Ergebnis solcher Messungen zeigt Fig. 5. Kurve A zeigt den Verlauf der Materialstärke über die Spaltlänge L für ein Produkt, welches nach der Erfindung hergestellt wurde, und Kurve B den entsprechenden Verlauf für ein nach einem bekannten Verfahren hergestelltes Vergleichsprodukt. Die Spaltbreite betrug beim erfindungsgemässen Verfahren 1,5 mm und beim Vergleichsverfahren 0,4 mm. Während das Vergleichsprodukt die dickeren Randbereiche erkennen lässt, zeigt das erfin-dungsgemässe gewonnene Produkt eine gleichmässige Dicke über die gesamte Breite des Bandes bzw. über die gesamte Spaltlänge L.

Dieses an sich überraschende Ergebnis lässt sich vermutlich durch den von der Giesskörperoberfläche ausgehenden und in den Düsenkörper hinein erweiterten Rückstaubereich der ausgebrachten Schmelze erklären, wie dies durch achsenparalleles Einführen der Schmelze in den Düsenkörper und den breiteren Düsenschlitz ausgelöst wird. Der sich bildende Staudruck führt zum Aufbau des absolut gleichmässigen Schmelzendruckes entlang des Düsenspaltes und hat die gleichmässige Dicke des Giessproduktes zur Folge.

4

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60

65

S

3 Blatt Zeichnungen

Claims

671 716 PATENTANSPRÜCHE

1. Giessvorrichtung für Bänder oder Folien aus metallischem oder metalloxidischem Material, mit einem bewegten Kühlkörper und mit einer in einem bestimmmten Abstand von der Giessoberfläche angeordneten Giessdüse, wobei die Giessdüse über einen Zufluss mit einem Vorratsbehälter für schmelzflüssiges Material verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Düsenvorrichtung (3) mit einer Zuflusseinrichtung quer zur Ausströmrichtung der Metallschmelze aus der Düsenöffnung und quer zur Bewegungsrichtung der Giessoberfläche des Kühlkörpers versehen ist.

2. Giessvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Vorratsbehälter (1) vom Düsenkörper (3) baulich getrennt ist, so dass vor Giessbeginn ein Ausfliessen von Schmelzenmaterial aus dem Düsenspalt (4) ausgeschlossen ist.

3. Giessvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Vorratsbehälter (1) bzw. die Austrageinrichtung (2) an ein Schmelzentransportsystem angeschlossen sind.

4. Giessvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Düsenschlitz (4) nur einen Teil der Düsen-körperlänge einnimmt und dass das der Einfüllseite entgegengesetzte Ende des Düsenkörpers mit einem Deckelteil (12) versehen ist, welches ein Luftloch (11) aufweist.

5. Giessvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, als Kühlkörper eine Trommel vorgesehen ist und dass die Düsenöffnung im oberen Bereich der Trommel (6) angeordnet ist.

6. Giessvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass als Kühlkörper eine Trommel (6) vorgesehen ist und dass die Düsenöffnung (4) im seitlichen Bereich der Trommel (6) angeordnet ist.