Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum elektromagnetischen Giessen von metallischen Bändern, insbesondere aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung, in einer kontinuierlichen Bandgiessanlage mit wenigstens einem vorgeschalteten Giessofen und einem das schmelzflüssige Metall direkt oder über Filter zu wenigstens einer stationären Kokille führenden Giessrinnensystem, wobei die Dosierung des aus einem Schmelzezufuhrbehälter eingespeisten Metalls über eine Niveauregelung mit Kontroll- und betätigten Regelorganen erfolgt. Weiter betrifft die Erfindung Vorrichtungen zur Durchführung des Verfahrens.
Beim Stranggiessen füllen sich die Kokillen zu Beginn mit schmelzflüssigem Metall, welches an getrockneten Anfahrböden zu erstarren beginnt. Die auf einem Giesstisch angeordneten Anfahrböden werden anschliessend gekühlt und mit einer derartigen Geschwindigkeit in Richtung des gebildeten Strangs verschoben, dass die Soliduslinie des erstarrten Metalls stets innerhalb des Kokillenrahmens bleibt. Die Stränge, deren Erstarrung durch Wasserkühlung beschleunigt wird, wachsen in gleichem Masse, wie die Anfahrböden verschoben werden. Innerhalb der vorgegebenen Länge eines Strangs ist der Giessvorgang unterbrechungsfrei.
Das Magnetfeldgiessen (EMC) bezweckt die vollständige Eliminierung aller mechanischen Berührungspunkte zwischen der Kokille und dem erstarrenden Metall. Der Metallsumpf wird durch elektromagnetische Kräfte exakt in der Querschnittsform des Strangs gehalten.
Beim EMC darf sich der magnetisch geformte Metallsumpf nur innerhalb enger Grenzen bewegen. Bereits bei geringen Abweichungen, wie beispielsweise +/- 0,2 mm, von den Standardbedingungen treten Querschnittsänderungen auf, weil das flüssige Metall gegenüber dem Magnetfeld eine falsche Position einnimmt.
Nach herkömmlichem Verfahren werden etwa 200 bis 600 mm dicke Barren gegossen, welche nach einem Homogenisierungsglühen warm an etwa 10 mm Banddicke abgewalzt und aufgehaspelt werden. Eine bekannte Alternative besteht im kontinuierlichen Bandgiessen mit wandernden Kokillenwänden, wobei Bänder von etwa 20 mm Dicke gegossen und anschliessend in einem Arbeitsgang ebenfalls an etwa 10 mm warm abgewalzt werden.
Daneben sind seit einigen Jahren Bestrebungen im Gange, mit stationären EMC-Kokillen dünnere Formate zu giessen. Bis zu Dicken von etwa 75 mm bieten sich keinerlei Probleme. Bei Dicken von 50 mm und weniger, welche Formate bereits als Bänder bezeichnet werden, treten mit einem konventionellen EMC-Verfahren bereits erhebliche Probleme auf. Wird zum EMC von haspelbaren Bändern im Bereich von 5 bis 20 mm Dicke übergegangen, müssen spezielle Vorkehrungen getroffen werden, die Gegenstand von mehreren Patentpublikationen sind.
So beschreibt beispielsweise die US-PS 4 694 888 ein horizontales, elektromagnetisches Stranggiessverfahren zur Herstellung von Bändern. Am Ausgang der horizontalen Düse ist ein Induktor angeordnet, welcher erlaubt, das flüssige Metall in einem elektromagnetischen Feld berührungslos zu formen. Die vollständige Erstarrung wird durch Besprühung mit Wasser gewährleistet. Die Schmalseiten des Bandes werden mit Seitenbegrenzern gebildet.
Nach der US-PS 4 678 024 wird dasselbe Grundprinzip angewendet, wobei jedoch einige weitere Merkmale offenbart werden. Die Induktoren sind mit einem ferromagnetischen Joch versehen. Zwischen dem flüssigen Metall und dem oberen Induktor wird ein Schirm angeordnet. Durch die Veränderung seiner Position kann das Magnetfeld verändert und damit die vorgegebenen Bedingungen besser erfüllt werden. Die Seitenbegrenzer haben dieselbe Dicke wie das gegossene Band.
Die beiden Ausführungsformen nach den obenstehenden Patenten weisen insbesondere den Nachteil auf, dass die Bänder nicht rasch und kostengünstig abgekühlt werden können, der Einsatz eines inerten Gases zur Unterstützung der Abkühlung ist teuer. Weiter stellen magnetohydrodynamische Instabilitäten eine wirtschaftliche industrielle Anwendung in Frage.
In der US-PS 4 846 255 wird ein mit einer üblichen Kokille kombiniertes EMC-Verfahren für Bänder beschrieben, welche horizontal und vertikal gegossen werden können. Beim Horizontalstrangguss mit kombinierten Kokillen ist es jedoch schwierig, einen wirklich reibungsfreien Giessablauf zu erreichen, auch beim vertikalen Giessen wird die Reibung lediglich reduziert, jedoch nicht aufgehoben.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und Vorrichtungen der eingangs genannten Art zu schaffen, welche mit einfachen, wirtschaftlichen Mitteln ein problemloses, reibungsfreies Giessen von Bändern, insbesondere von Bändern im Bereich von 5 bis 20 mm, erlauben.
In bezug auf das Verfahren wird die Aufgabe dadurch gelöst, dass der hydrostatische Druck des Metallsumpfs im Erstarrungsbereich in der/den Kokille/n unabhängig vom Vorrat an schmelzflüssigem Metall im Schmelzezufuhrbehälter erniedrigt und der Induktorstrom zur Aufrechterhaltung des Gleichgewichts zwischen dem magnetischen Druck und dem hydrostatischen Druck entsprechend eingestellt und geregelt wird.
Dank der Herabsetzung des hydrostatischen Drucks im Metallsumpf, auch metallostatischer Druck genannt, muss die Einwirkung des Magnetfelds weniger gross sein, um die gewünschte Querschnittform für das durchlaufende schmelzflüs sige Metall zu erhalten. Der geringere Strombedarf zur Erzeugung des Magnetfeldes ist von nicht zu unterschätzender wirtschaftlicher Bedeutung.
Der minimal erforderliche hydrostatische Druck ist unter anderem abhängig von der Viskosität des Metallsumpfs, dessen Grenzflächenspannung, dessen Formfüllungsvermögen sowie der geometrischen Ausgestaltung und Oberflächenbeschaffenheit der die Metallschmelze aufnehmenden Teile im Schmelzezufuhrsystem, was insgesamt auch als innere und äussere Reibung bezeichnet wird. In der industriellen Praxis kann der hydrostatische Druck auf einen Wert bis 100 mbar, vorzugsweise 5 bis 20 mbar, abgesenkt werden.
Nach einer besonderen Ausführungsform der Erfindung wird ohne freien Metallmeniskus in der Kokille bzw. in den Kokillen der Bandgiessmaschine gegossen, was allgemein als Hot-Top-Verfahren bekannt ist. Dabei wird das schmelzflüssige Metall in einen alle Kokillen auf gleichem Niveau speisenden Verteilungstrog eingeleitet. Beim Hot-Top-Verfahren wird ohne eigentliche Düse im klassischen Sinne gegossen, das Metallniveau liegt - auch wenn nur mit einer Kokille gegossen wird - höher.
In der industriellen Praxis wird das erfindungsgemässe Verfahren bevorzugt in zwei Varianten durchgeführt:
- Das Giessen erfolgt vertikal aufwärts, wobei das Metallniveau im Schmelzezufuhrbehälter etwas höher gehalten wird als der oberste Teil des Erstarrungsbereichs des Metallsumpfs. Der hydrostatische Druck im Erstarrungsbereich des Metallsumpfs ist abhängig vom betreffenden Niveauunterschied. Der minimale Niveauunterschied kann aus dem als äussere Reibung des schmelzflüssigen Metalls bezeichneten Reibungswiderstand an den Innenwänden und der inneren Reibung des Metalls mit bekannten physikalischen Formeln berechnet werden.
Der minimale hydrostatische Druck muss jedoch noch so gross bleiben, dass er steuerbar ist.
Vom Prinzip her betrachtet handelt es sich hier um ein Hot-Top-Verfahren, obwohl eigentlich - wegen des vertikalen Aufwärts- statt des üblichen Abwärtsgiessens - von einem "Hot-Foot"-Verfahren gesprochen werden müsste.
- Es wird, insbesondere mit einem Hot-Top-Verfahren, abwärts gegossen, wobei im Schmelzezufuhrbehälter ein sich nicht in Richtung des Giessrinnensystems fortsetzender Unterdruck aufrechterhalten wird. Wegen des erniedrigten Drucks im Raum oberhalb des Bereichs einer Kokille wird der Metallsumpf im Schmelzezufuhrbehälter proportional zum erzeugten Unterdruck angehoben. Durch diese Entlastung wird der hydrostatische Druck im Erstarrungsbereich des Metallsumpfs in der Kokille einstellbar vermindert.
Bei der Berechnung des minimal möglichen, noch steuerbaren hydrostatischen Drucks im Erstarrungsbereich des Metallsumpfs müssen neben der Dichte des Metalls dessen Reibung an den Innenwänden und dessen innere Reibung berücksichtigt werden.
Die beiden oben genannten Ausführungsbeispiele zeigen, dass erfindungsgemäss der hydrostatische Druck im Erstarrungsbereich der Kokille/n einer Bandgiessmaschine nicht vom Niveau des Metalls im Schmelzezufuhrbehälter abhängt. Dieses kann nicht beliebig gesenkt werden, weil ein minimales Volumen an schmelzflüssigem Metall zur Verfügung stehen muss.
Eine erste erfindungsgemässe Variante einer Bandgiessanlage zur Ausführung des Verfahrens zeichnet sich dadurch aus, dass die Anlage im wesentlichen in wenigstens einfacher Ausführung
- einen vom Giessrinnensystem programmgesteuert und -überwacht speisbaren Schmelzezufuhrbehälter, welcher über einen Verbindungskanal mit einer vertikal aufsteigenden Schmelzezufuhrdüse zu einer Kokille verbunden ist,
- eine wassergekühlte Kokille mit einem Induktor zum Halten des Metallsumpfs in einer vorgegebenen, durchlaufenden Bandform, einem den Erstarrungsbereich des Metallsumpfs abdeckenden, nichtmagnetischen Schirm und nach oben gerichteten Wasseraustrittsschlitzen,
- einen abhebbaren Anfahrboden und
- Antriebs- und Umlenkrollen umfasst.
Eine zweite erfindungsgemässe Bandgiessanlage zur Ausführung des Verfahrens zeichnet sich dadurch aus, dass die Anlage im wesentlichen in wenigstens einfacher Ausführung
- einen vom Giessrinnensystem programmgesteuert speisbaren, siphonartig ausgebildeten Schmelzezufuhrbehälter, welcher eine nach oben offene Einlaufseite und eine geschlossene, über eine von oben in das schmelzflüssige Metall eintauchende Trennwand kommunizierende Auslaufseite mit einer im oberen Bereich einwirkenden Unterdruckeinrichtung und einer vertikal nach unten gerichteten Schmelzezufuhr zu einer Kokille aufweist,
- eine wassergekühlte Kokille mit einem Induktor zum Halten des Metallsumpfs mit einer vorgegebenen, durchlaufenden Bandform, einem den Erstarrungsbereich des Metallsumpfs abdeckenden, nichtmagnetischen Schirm und nach unten gerichteten Wasseraustrittsschlitzen,
- einen absenkbaren Anfahrboden und
- Antriebs- oder Transport- und Umlenkrollen umfasst.
Spezielle Ausführungsformen und Weiterausbildungen der Erfindung sind Gegenstand von abhängigen Patentansprüchen.
Im Gegensatz zum bekannten Stand der Technik ermöglicht die vorliegende Anmeldung, Metallbänder mit einer geringeren Dicke als 50 mm, insbesondere auch im üblichen Bandbereich von etwa 5 bis 20 mm, mit einem EMC-Verfahren zu arbeiten, das absolut berührungsfrei ist und keine teuren, komplizierten und aufwendig betreibbaren Stranggiessanlagen erforderlich macht. Die starke Erniedrigung des metallostatischen Drucks im Erstarrungsbereich der Kokille erlaubt ohne Qualitätseinbusse wesentlich schwächere und damit einfachere und kostengünstigere formende Magnetfelder.
Die Erfindung wird anhand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen schematisch:
- Fig. 1 eine aufgeschnittene, perspektivische Teilansicht einer elektromagnetischen Anlage zum vertikalen Bandgiessen nach oben und
- Fig. 2 einen Teilschnitt durch eine elektromagnetische Anlage zum vertikalen Bandgiessen nach unten.
Das schmelzflüssige Metall 10, im vorliegenden Fall eine Aluminiumlegierung, wird über eine isolierte Giessrinne 12 zu einem ebenfalls isolierten Schmelzezufuhrbehälter 14, auch Tundish genannt, geführt. Der Zufluss erfolgt über eine vertikale, in den Metallvorrat des Schmelzezufuhrbehälters 14 eintauchende Düse 16, welche mit einem regulier- baren Stopfen 18 eine Durchflussöffnung bildet.
Das Niveau N des schmelzflüssigen Metalls 10 im Schmelzezufuhrbehälter 14 wird mit einem bekannten, nicht dargestellten Gerät gemessen, welches vorzugsweise kontaktlos arbeitet, beispielsweise einem Wirbelstrom- oder Lasersensor. Die Messimpulse werden in einem ebenfalls nicht dargestellten Prozessor in Steuersignale umgewandelt, welche über einen Aktuator 20 zur Erzeugung einer Stellgrösse die Höhe des Stopfens 18 und damit die Durchlassöffnung für das schmelzflüssige Metall 10 betätigen.
Über einen isolierten Verbindungskanal 22 ist der Schmelzezufuhrbehälter 14 kommunizierend mit einer vertikal nach oben führenden Schmelzezufuhrdüse 24 verbunden, an welche eine Kokille 26 anschliesst.
Die langgestreckte Kokille 26 umfasst beidseits je einen Kühlwasserzufuhrkanal 28, einen Induktor 30 und, im Erstarrungsbereich 34 des Metallsumpfs 36, einen nichtmagnetischen Schirm 32. Oberhalb dieses Schirms 32 wird durch einen Wasseraustrittsschlitz 38, welcher schräg nach oben gerichtet ist, Kühlmittel auf das erstarrende Metallband 40 gespritzt.
Das vom Metallband 40 mitgeführte Kühlwasser wird an Abdichtleisten 42 abgestreift, in längslaufende Kanäle 44 abgesaugt und in einen unterhalb der Giesseinrichtung angeordneten Behälter 46 mit dem Kühlwasserreservoir 48 zurückgeführt.
Oberhalb der Abdichtleisten 42 sind vier Antriebsrollen 50 angeordnet, welche kraftschlüssig auf dem Metallband 40 aufliegen und dieses in gleichem Masse hochziehen, wie schmelzflüssiges Metall 10 eingespeist wird. Diese Antriebsrollen 50 sind über Spindeln 52 durch einen aussenliegenden Motor 54 mit Getriebe 56 regelbar angetrieben.
In Laufrichtung nach den Antriebsrollen 50 wird das Metallband 40 über Umlenkrollen 58 abgebogen. Das Metallband wird anschliessend zweckmässig mit bekannten Mitteln aufgehaspelt.
Für eine Umlenkrolle 58 ist eine Einstelleinrichtung 60 gezeigt. Mit einem regelbaren Antrieb 62 wird eine Gewindespindel 64 angetrieben, welche einen Lagerblock 66 in einer Schiene 78 in Längsrichtung verschieben kann. Die übrigen Umlenkrolle/n 58 und Antriebsrollen 50 werden analog verschoben.
Beim Giessvorgang ist von wesentlicher Bedeutung, dass das Metallniveau N im Schmelzezufuhrbehälter 14 stets oberhalb des obersten Teils T des Metallsumpfs 36 in der Kokille 26 liegt. In Abhängigkeit der Dichte der Metallschmelze 10, der Reibung dieser Schmelze an den Innenwänden und dem inneren Widerstand der Metallschmelze 10 muss der Niveauunterschied (N-T) stets so gross sein, dass im Erstarrungsbereich 34 des Metallsumpfs keine Gaseinschlüsse oder übrigen Abrisse entstehen können.
Die in Fig. 2 gezeigte, vertikal abwärts arbeitende Bandgiessmaschine stimmt in mehreren Teilen im wesentlichen mit Fig. 1 überein, beispielsweise die Einbringung von schmelzflüssigem Metall 10 in den Schmelzezufuhrbehälter 14, die Kokille 26, welche lediglich um 180 DEG gedreht ist, und die Antriebs- und Umlenkrollen 50, 58.
Der Schmelzezufuhrbehälter 14 selbst umfasst dagegen eine Einlaufseite 70 und eine Auslaufseite 72.
Die Einlaufseite 70 wird aus der Düse 16 mit schmelzflüssigem Metall 10 gespeist. Dieser Teil 70 des Schmelzezufuhrbehälters 14 weist einen abgesenkten Boden auf. Von oben taucht eine vertikale Trennwand 74 in das schmelzflüssige Metall 10 der Einlaufseite 70 ein und bildet einen Durch trittsspalt 80.
Die Auslaufseite 72 ist vollständig gekapselt, wobei die Trennwand 74 Bestandteil der Kapselung ist. Durch diese Trennwand 74 wird zwischen der Einlaufseite 70 und der Auslaufseite 72 ein Siphon gebildet.
Das Niveau Nr auf der Auslaufseite kann zur Verminderung des hydrostatischen Drucks im Erstarrungsbereich 34 des Metallsumpfs 36 nicht beliebig erniedrigt werden, weil eine minimale Reserve an flüssigem Metall vorhanden sein muss.
Der hydrostatische Druck im erwähnten Erstarrungsbereich 34 des Metallsumpfs 36 in der Kokille 26 kann auch bei hohem Niveau Nr erniedrigt werden, indem in der Kapselung der Auslaufseite 72 des Schmelzezufuhrbehälters 14 ein Unterdruck erzeugt wird. Dazu wird durch eine \ffnung 76 von einer nicht dargestellten Vakuumpumpe in Richtung des Pfeils 78 eingestellt und geregelt Luft abgesaugt.
Durch den in der Kapselung der Auslaufseite 72 des Schmelzezufuhrbehälters 14 erzeugten Unterdruck wird das Niveau Nr angehoben, weil auf das Metallniveau Nl der Einlaufseite 70 unverändert der atmosphärische Aussendruck einwirkt. Es entsteht zwischen dem auf der Einlaufseite 70 abgesenkten Metallniveau Nl und dem angehobenen Metallniveau Nr auf der Auslaufseite eine Niveaudifferenz DELTA N, die insbesondere vom angelegten Unterdruck abhängig ist. Der erwähnte Siphon verhindert, dass der Unterdruck auf weitere Teile der Giessanlage ausgedehnt und in der Kapselung der Auslaufseite 72 weniger wirkungsvoll wird.
Mit dem Anlegen eines Unterdrucks kann also erreicht werden, dass das Metallniveau Nr auf der Auslaufseite 72 des Schmelzezufuhrbehälters 10 verhältnismässig hoch gehalten werden kann, ohne dass der hydrostatische Druck im Erstarrungsbereich 34 des Metallsumpfs 36 in der Kokille 26 über einen noch steuerbaren Minimalwert angehoben werden muss.
Dank des gemäss Fig. 1 und 2 erreichten niedrigen hydrostatischen Drucks im Erstarrungsbereich genügt zum exakten magnetischen Formen des Metallsumpfs 36 ein im Vergleich zu üblichen EMC-Verfahren wesentlich niedrigerer Induktorstrom, was niedrigere Investitionen und Betriebskosten erlaubt, ohne die Qualität des gegossenen Bandes zu beeinflussen.
The invention relates to a method for the electromagnetic casting of metallic strips, in particular made of aluminum or an aluminum alloy, in a continuous strip casting installation with at least one upstream casting furnace and a pouring channel system leading the molten metal directly or via filters to at least one stationary mold, the metering of the metal fed from a melt supply container is carried out via a level control with control and actuated control elements. The invention further relates to devices for carrying out the method.
With continuous casting, the molds begin to fill with molten metal, which begins to solidify on dried start-up floors. The approach floors arranged on a casting table are then cooled and shifted in the direction of the strand formed at such a speed that the solidus line of the solidified metal always remains within the mold frame. The strands, the solidification of which is accelerated by water cooling, grow to the same extent as the approach floors are shifted. The casting process is uninterrupted within the specified length of a strand.
The purpose of magnetic field casting (EMC) is to completely eliminate all mechanical points of contact between the mold and the solidifying metal. The metal sump is held exactly in the cross-sectional shape of the strand by electromagnetic forces.
With the EMC, the magnetically shaped metal sump may only move within narrow limits. Even small deviations, e.g. +/- 0.2 mm, from the standard conditions result in changes in cross-section because the liquid metal is in the wrong position in relation to the magnetic field.
According to a conventional method, approximately 200 to 600 mm thick ingots are cast, which after a homogenization annealing are hot-rolled on a strip thickness of approximately 10 mm and wound up. A known alternative consists in continuous strip casting with moving mold walls, strips of approximately 20 mm thickness being cast and then also hot-rolled to approximately 10 mm in one operation.
In addition, efforts have been underway for a few years to cast thinner formats with stationary EMC molds. Up to thicknesses of around 75 mm there are no problems. With thicknesses of 50 mm and less, which formats are already known as tapes, there are already considerable problems with a conventional EMC process. If reelable tapes in the range of 5 to 20 mm thickness are used for the EMC, special precautions must be taken that are the subject of several patent publications.
For example, US Pat. No. 4,694,888 describes a horizontal, electromagnetic continuous casting process for producing strips. At the exit of the horizontal nozzle there is an inductor, which allows the liquid metal to be shaped in a non-contact electromagnetic field. Complete solidification is ensured by spraying with water. The narrow sides of the band are formed with side delimiters.
According to US Pat. No. 4,678,024, the same basic principle is used, but some additional features are disclosed. The inductors are provided with a ferromagnetic yoke. A screen is placed between the liquid metal and the upper inductor. By changing its position, the magnetic field can be changed and thus the specified conditions can be better met. The side delimiters are the same thickness as the cast tape.
The two embodiments according to the above patents have in particular the disadvantage that the strips cannot be cooled quickly and inexpensively, the use of an inert gas to assist the cooling is expensive. Magnetohydrodynamic instabilities further question an economical industrial application.
US Pat. No. 4,846,255 describes an EMC process combined with a conventional mold for strips which can be cast horizontally and vertically. With horizontal continuous casting with combined molds, however, it is difficult to achieve a really smooth casting process, even with vertical casting, the friction is only reduced, but not eliminated.
The present invention has for its object to provide a method and devices of the type mentioned, which allow easy, economical casting of tapes, in particular tapes in the range of 5 to 20 mm, with simple, economical means.
In relation to the method, the object is achieved in that the hydrostatic pressure of the metal sump in the solidification area in the mold / molds is reduced independently of the supply of molten metal in the melt supply container and the inductor current for maintaining the balance between the magnetic pressure and the hydrostatic pressure is set and regulated accordingly.
Thanks to the reduction in the hydrostatic pressure in the metal sump, also called metallostatic pressure, the influence of the magnetic field has to be less great in order to obtain the desired cross-sectional shape for the continuous molten metal. The lower power requirement for generating the magnetic field is of economic importance that should not be underestimated.
The minimum required hydrostatic pressure depends, among other things, on the viscosity of the metal sump, its interfacial tension, its mold filling capacity as well as the geometrical design and surface properties of the parts that receive the molten metal in the melt feed system, which is also referred to overall as internal and external friction. In industrial practice, the hydrostatic pressure can be reduced to a value of up to 100 mbar, preferably 5 to 20 mbar.
According to a special embodiment of the invention, casting is carried out in the mold or in the molds of the strip casting machine without a free metal meniscus, which is generally known as a hot-top process. The molten metal is introduced into a distribution trough that feeds all molds at the same level. In the hot-top process, casting is carried out in the classic sense without an actual nozzle; the metal level is higher - even if only one mold is used.
In industrial practice, the method according to the invention is preferably carried out in two variants:
- The casting takes place vertically upwards, the metal level in the melt supply container being kept somewhat higher than the uppermost part of the solidification area of the metal sump. The hydrostatic pressure in the solidification area of the metal sump depends on the level difference in question. The minimum level difference can be calculated from the frictional resistance on the inner walls, referred to as the external friction of the molten metal, and the internal friction of the metal using known physical formulas.
However, the minimum hydrostatic pressure must remain high enough to be controllable.
In principle, this is a hot-top process, although - because of the vertical upward pouring instead of the usual downward casting - one should speak of a "hot-foot" process.
- It is poured downwards, in particular using a hot-top method, with a negative pressure which does not continue in the direction of the trough system being maintained in the melt supply container. Because of the reduced pressure in the space above the area of a mold, the metal sump in the melt supply container is raised in proportion to the negative pressure generated. This relief reduces the hydrostatic pressure in the solidification area of the metal sump in the mold in an adjustable manner.
When calculating the minimum possible, still controllable hydrostatic pressure in the solidification area of the metal sump, the friction of the metal on the inner walls and its internal friction must be taken into account in addition to the density of the metal.
The two exemplary embodiments mentioned above show that, according to the invention, the hydrostatic pressure in the solidification region of the mold / s of a strip casting machine does not depend on the level of the metal in the melt supply container. This cannot be reduced arbitrarily because a minimum volume of molten metal must be available.
A first variant of a strip casting installation according to the invention for carrying out the method is characterized in that the installation is essentially of at least a simple design
a melt supply container which is program-controlled and monitored by the trough system and which is connected to a mold by a connecting channel with a vertically rising melt supply nozzle,
a water-cooled mold with an inductor for holding the metal sump in a predetermined, continuous band shape, a non-magnetic screen covering the solidification area of the metal sump and upward water outlet slots,
- a removable landing floor and
- Includes drive and deflection rollers.
A second strip casting installation according to the invention for carrying out the method is characterized in that the installation is essentially of at least a simple design
- A siphon-like melt supply container, which can be fed by the trough system in a program-controlled manner and which has an upwardly open inlet side and a closed outlet side communicating via a partition wall immersed in the molten metal with a vacuum device acting in the upper area and a vertically downwardly directed melt inlet to a mold having,
a water-cooled mold with an inductor for holding the metal sump with a predetermined, continuous band shape, a non-magnetic screen covering the solidification area of the metal sump and downward water outlet slots,
- a lowerable approach floor and
- Includes drive or transport and deflection rollers.
Special embodiments and further developments of the invention are the subject of dependent claims.
In contrast to the known state of the art, the present application enables metal strips with a thickness less than 50 mm, in particular also in the usual band range of approximately 5 to 20 mm, to work with an EMC process which is absolutely contact-free and does not involve any expensive, complicated processes and requires complex continuous casting plants. The strong lowering of the metallostatic pressure in the solidification area of the mold allows, without loss of quality, significantly weaker and thus simpler and less expensive forming magnetic fields.
The invention is explained in more detail with reference to exemplary embodiments shown in the drawing. They show schematically:
- Fig. 1 is a cut, perspective partial view of an electromagnetic system for vertical strip casting up and
- Fig. 2 shows a partial section through an electromagnetic system for vertical strip casting down.
The molten metal 10, in the present case an aluminum alloy, is guided via an insulated casting trough 12 to a likewise insulated melt supply container 14, also called a tundish. The inflow takes place via a vertical nozzle 16 which dips into the metal supply of the melt feed container 14 and which forms a throughflow opening with an adjustable stopper 18.
The level N of the molten metal 10 in the melt supply container 14 is measured with a known device, not shown, which preferably works in a contactless manner, for example an eddy current or laser sensor. The measuring pulses are converted in a processor (also not shown) into control signals which actuate the height of the plug 18 and thus the passage opening for the molten metal 10 via an actuator 20 to generate a manipulated variable.
Via an insulated connecting channel 22, the melt supply container 14 is communicatively connected to a melt supply nozzle 24 leading vertically upwards, to which a mold 26 is connected.
The elongated mold 26 comprises on both sides a cooling water supply channel 28, an inductor 30 and, in the solidification area 34 of the metal sump 36, a non-magnetic screen 32. Above this screen 32, coolant is applied to the solidifying metal strip through a water outlet slot 38, which is directed obliquely upwards 40 injected.
The cooling water carried by the metal strip 40 is stripped off at sealing strips 42, suctioned off into longitudinal channels 44 and returned to a container 46 with the cooling water reservoir 48 arranged below the casting device.
Arranged above the sealing strips 42 are four drive rollers 50 which rest non-positively on the metal strip 40 and pull it up to the same extent as molten metal 10 is fed in. These drive rollers 50 are driven in a controllable manner via spindles 52 by an external motor 54 with a gear 56.
In the running direction after the drive rollers 50, the metal strip 40 is bent over deflection rollers 58. The metal strip is then expediently wound up using known means.
An adjustment device 60 is shown for a deflection roller 58. With a controllable drive 62, a threaded spindle 64 is driven, which can move a bearing block 66 in a rail 78 in the longitudinal direction. The remaining deflection roller (s) 58 and drive rollers 50 are shifted analogously.
During the casting process, it is essential that the metal level N in the melt supply container 14 is always above the uppermost part T of the metal sump 36 in the mold 26. Depending on the density of the molten metal 10, the friction of this molten metal on the inner walls and the internal resistance of the molten metal 10, the difference in level (N-T) must always be so great that no gas inclusions or other breaks can occur in the solidification area 34 of the metal sump.
The vertically downwardly operating strip casting machine shown in FIG. 2 essentially corresponds in several parts to FIG. 1, for example the introduction of molten metal 10 into the melt supply container 14, the mold 26, which is only rotated by 180 °, and the drive - and pulleys 50, 58.
In contrast, the melt supply container 14 itself comprises an inlet side 70 and an outlet side 72.
The inlet side 70 is fed from the nozzle 16 with molten metal 10. This part 70 of the melt supply container 14 has a lowered bottom. From above, a vertical partition 74 plunges into the molten metal 10 of the inlet side 70 and forms a passage gap 80th
The outlet side 72 is completely encapsulated, the partition 74 being part of the encapsulation. A siphon is formed by this partition 74 between the inlet side 70 and the outlet side 72.
The level Nr on the outlet side cannot be reduced arbitrarily in order to reduce the hydrostatic pressure in the solidification area 34 of the metal sump 36, because a minimal reserve of liquid metal must be present.
The hydrostatic pressure in the mentioned solidification area 34 of the metal sump 36 in the mold 26 can also be reduced at a high level Nr by generating a negative pressure in the encapsulation of the outlet side 72 of the melt supply container 14. For this purpose, an opening 76 is set by a vacuum pump (not shown) in the direction of arrow 78 and air is sucked out in a controlled manner.
The level Nr is increased by the negative pressure generated in the encapsulation of the outlet side 72 of the melt supply container 14, because the atmospheric external pressure acts unchanged on the metal level N1 of the inlet side 70. There is a level difference DELTA N between the lowered metal level N1 on the inlet side 70 and the raised metal level Nr on the outlet side, which is particularly dependent on the negative pressure applied. The siphon mentioned prevents the negative pressure from being extended to other parts of the casting installation and from being less effective in the encapsulation of the outlet side 72.
By applying a negative pressure it can be achieved that the metal level Nr on the outlet side 72 of the melt supply container 10 can be kept relatively high without the hydrostatic pressure in the solidification area 34 of the metal sump 36 in the mold 26 having to be raised above a still controllable minimum value .
1 and 2, the low hydrostatic pressure in the solidification range, which is sufficient for the exact magnetic shaping of the metal sump 36, requires a significantly lower inductor current compared to conventional EMC processes, which allows lower investments and operating costs without affecting the quality of the cast strip.