CH695090A5 - Verfahren sowie eine Vorrichtung zur Herstellung eines Metallbandes an einer Rollen-Bandgiessmaschine. - Google Patents

Description

  



   Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Metallbandes  durch einen kontinuierlichen Einguss von Metallschmelze zwischen  zwei Giessrollen einer Rollen-Bandgiessmaschine sowie eine Vorrichtung  zum Durchführen des Verfahrens. 



   Beim Giessen eines Metallbandes in der eingangs genannten Art schwimmt  auf der Schmelzbadoberfläche zwischen den Giessrollen eine Schicht  von    Verunreinigungen und Oxiden. Ausserdem entstehen durch die  Zuführung des flüssigen Metalls und die Bewegung der Giessrollen  Oberflächenwellen und Oberflächenströmungen in der Schmelze, die  ein "Emporschwappen" des flüssigen Metalls und der Verunreinigungen  an den Giessrollen bewirken. Dadurch besteht die Gefahr, dass Teile  der Schmelze an den gekühlten Giessrollen intensiver abgekühlt werden  und vorzeitig erstarren. Auch werden die Verunreinigungen und Oxide  durch die unruhige Schmelzbad-oberfläche an die Giessrollen-Oberflächen  gespült und durch die Giessrollen mitgeschleppt. Dies bedeutet Unregelmässigkeiten  an der Bandoberfläche und Verschlechterung der Bandqualität. 



   Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren  der eingangs genannten Art sowie eine Vorrichtung zum Durchführen  des Verfahrens vorzuschlagen, durch welche die Gefahr des Anschwemmens  der Verunreinigungen und Oxide an die Giessrollen-Oberflächen und  des vorzeitigen Erstarrens von Teilen der Metallschmelze weitgehend  eliminiert wird. 



   Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss durch ein Verfahren mit den Merkmalen  des Anspruches 1 sowie durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des  Anspruches 11 oder 20 gelöst. 



   Bevorzugte Weitergestaltungen der Erfindung bilden den Gegenstand  abhängiger Ansprüche. 



   Dadurch, dass oberhalb des Schmelzbades nahe dem jeweiligen Übergang  Schmelzbadoberfläche/ Giessrolle je ein magnetisches Drehfeld und  somit in der Schmelze lokal Wirbelströme erzeugt werden, derart,  dass eine flache Oberflächenströmung in der Schmelze entsteht, die  von den Giessrol   len weg zur mittleren Ebene des Schmelzbades hin,  d.h. zur Austrittsebene des Metallbandes, gerichtet ist, wird mit  geringem Energieaufwand die unerwünschte, vorzeitige Erstarrung der  Teile der Metallschmelze entlang der Giessrollenkanten verhindert.  Die Verunreinigungen und Oxide werden von den Giessrollen wegtransportiert.                                                    



   Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnung näher erläutert.  Es zeigen rein schematisch:      Fig. 1 zwei Giessrollen einer  Rollen-Bandgiessmaschine mit einem Metallschmelzbad dazwischen und  mit je einer oberhalb der Schmelzbadoberfläche angeordneten, sich  entlang der jeweiligen Giessrolle erstreckenden Vorrichtung zur Erzeugung  einer Oberflächenströmung in der Schmelze; und     Fig. 2 bis 9  verschiedene Ausführungsbeispiele der Vorrichtung nach Fig. 1.                                                               



   In Fig. 1 sind schematisch zwei um horizontale Achsen drehbare Giessrollen  1, 2 angedeutet, deren Drehrichtungen mit D 1 , D 2  bezeichnet sind.  Zur Erzeugung eines Metallbandes 8 wird zwischen die beiden Giessrollen  1, 2 und zwei im Stirnseitenbereich der Giessrollen 1, 2 angeordnete  Seitenabdichtungen 3 über eine Eingiessvorrichtung 6 das flüssige  Metall eingegossen. Eingiessvorrichtungen sind an sich bekannt und  es wird daher die Eingiessvorrichtung 6 nicht näher beschrieben.  Das Schmelzbad ist in Fig. 1 mit 4, seine Oberfläche mit 5 bezeichnet.  Das erzeugte Metallband 8 wird durch einen Durchgangsspalt 7 zwischen  den beiden, gekühlten Giessrollen 1, 2 in Pfeilrichtung B weggeführt.  Die Austrittsebene des Metallbandes 8 entspricht der mittleren Ebene  E des Schmelzbades 4, in der auch die Eingiessvorrichtung 6 liegt.

                                                               



     Oberhalb der Schmelzbadoberfläche 5 sind erfindungsgemäss nahe  den Giessrollen-Oberflächen Vorrichtungen 10, 10' zur Erzeugung von  magnetischen Drehfeldern angeordnet, die sich entlang der Giessrollen  1, 2 erstrecken. Verschiedene Ausführungsbeispiele dieser Vorrichtungen  werden weiter unten anhand der Fig. 2 bis 9 näher beschrieben. Die  Drehrichtungen der magnetischen Drehfelder sind in Fig. 1 mit F 1  , F 2  bezeichnet, deren Drehachsen mit A 1 , A 2 . Durch die magnetischen  Drehfelder werden in der elektrisch leitenden Metallschmelze lokale  elektrische Wirbelströme erzeugt, welche Kräfte auf die leitende  Schmelze ausüben, derart, dass in der Schmelze Oberflächenströmungen  entstehen, die von den Giessrollen 1, 2 weg zur mittleren Ebene E  des Schmelzbades 4 gerichtet sind (vgl. Pfeile S 1 , S 2 ).

   Die Oberflächenströmungen  verhindern einerseits vorzeitige, unerwünschte Erstarrung von Teilen  der Schmelze am Übergang Giessrollenoberfläche/Schmelzbadoberfläche,  und anderseits das Anschwemmen von Verunreinigungen und Oxiden an  den Giessrollen-Oberflächen und deren Mitschleppen durch die Giessrollen  1, 2. Die Verunreinigungen und Oxide werden von den Giessrollen wegtransportiert  und können entlang der sich in der mittleren Ebene E befindenden  Eingiessvorrichtung 6 entfernt werden. 



   Bekanntlich sind die Giessrollen 1, 2 an ihrer Oberfläche in der  Regel mit einer Nickelschicht versehen. Auch in dieser Nickelschicht  werden durch die magnetischen Drehfelder Wirbelströme erzeugt, die  lokal zu einer leichten Temperaturerhöhung führen, wodurch die Gefahr  der vorzeitigen Erstarrung der Schmelze an der gekühlten Walzenoberfläche  zusätzlich reduziert wird. 



     Im Folgenden werden nun verschiedene Ausführungsbeispiele der  Vorrichtungen 10, 10' zur Erzeugung von magnetischen Drehfeldern  anhand der Fig. 2 bis 9 näher beschrieben. 



   Fig. 2 zeigt ein nahe dem Übergang Schmelzbad-oberfläche 5/Giessrolle  2 oberhalb des Schmelzbades 4 angeordnetes und sich entlang der Giessrolle  2 erstreckendes Spulensystem 10'a, das einen ortsfesten Spulenträger  15 kreisförmigen Querschnitts umfasst, an dessen Umfang eine Anzahl  von Leitern 16 bzw. Spulen angeordnet ist. Diese werden derart geschaltet,  dass mit einer mehrphasigen Erregung durch phasenverschobenen Wechselstrom  ein in Drehrichtung F 2  drehendes magnetisches Feld entsteht, dessen  Verlauf in Fig. 2 mit Linie FV angedeutet ist. Die Drehachse A 2  dieses Drehfeldes fällt mit der Achse des Spulenträgers 15 zusammen.

    Wie bereits erwähnt wird die Metallschmelze an der Schmelzbadoberfläche  5 durch das Drehfeld in Wechselwirkung mit den Feldern der in der  Schmelze erzeugten elektrischen Wirbelströme von der Giessrolle 2  in Pfeilrichtung S 2  weggedrängt und flachgedrückt. Die Oberfläche  der Schmelze wird dadurch beruhigt und das "Emporschwappen" des flüssigen  Metalls und der Verunreinigungen an die Giessrollen-Oberfläche verhindert.  Die Verunreinigungen und Oxide werden zur mittleren Ebene E des Schmelzbades  4 gedrängt. Durch eine elektronische Anspeisung des Spulensystems  10'a kann mit Vorteil die Erregung der Spulen bezüglich der Frequenz  und Intensität in Abhängigkeit der Giessparameter reguliert werden.

    Vorzugsweise findet dabei die Anspeisung des Spulensystems 10'a und  die Anspeisung des gegenüberliegenden, der anderen Giessrolle 1 zugeordneten  Spulensystems separat statt, wozu an sich bekannte mehrphasige, regulierbare  elektronische Speisegeräte verwendet werden. Dadurch kann die Feldstärke  und die Frequenz optimal an die Erfordernisse des Giessprozesses  angepasst werden. Zudem kann die Lage des jeweiligen Spulensystems    über der Schmelzbadoberfläche 5 durch geeignete Sensoren erfasst  und auf den Prozess optimiert geregelt werden. 



   Die Erregung der Spulen kann mit einem mehrphasigen Wechselstrom  von einer sinusförmigen, rechteckförmigen oder einer anderen geeigneten  Pulsform erfolgen. 



   Fig. 3 zeigt ein Spulensystem 10'b mit um 120 DEG  elektrisch versetzten  Spulen (vgl. Leiter 16x, 16y, 16z; 16u, 16v, 16w am Umfang des Spulenträgers  15), die durch einen dreiphasigen Wechselstrom erregt werden. 



   Gemäss Fig. 4 ist ein wiederum ortsfester Spulenträger 15c eines  Spulensystems 10'c mit einer der Schmelzbadoberfläche 5 zugewandten  und zu dieser parallelen unteren Fläche 18c versehen, der mehrere,  gegebenenfalls drei Leiter 16w, 16x, 16v zugeordnet sind, die parallel  und im gleichen Abstand zur Schmelzbadoberfläche 5 verlaufen, wodurch  der Strömungseffekt in der Schmelze (vgl. Pfeilrichtung S 2 ) zusätzlich  verstärkt wird. 



   Der gleiche Effekt wird auch mit einem in Fig. 5 dargestellten Spulensystem  10'd erreicht, das einen Spulenträger 15d rechteckigen Querschnitts  aufweist, wobei wiederum eine der Schmelzbadoberfläche 5 zugewandte  untere Fläche 18d mit einer Anzahl von parallel oberhalb der Schmelzbadoberfläche  5 verlaufenden und im gleichen Abstand zu dieser liegenden Leitern  16d versehen ist. Der Spulenträger 15d weist einen zentralen, von  einem Kühlmedium durchströmten Kanal 20 auf. Die Kühlung des Spulensystems  erfolgt vorzugsweise mit dem ohnehin vorhandenen inerten Kühlgas,  so dass der Kühlaufwand gering ist. Sind höhere Leistungen des Spulensystems  erforderlich, kann als Kühlmedium N 2  in flüssiger Form eingesetzt  werden. 



     Einen zentralen, von einem Kühlmedium durchströmten Kanal 20 weist  auch der Spulenträger 15e des in Fig. 6 dargestellten Spulensystems  10'e auf. Der wiederum einen kreisförmigen Querschnitt aufweisende,  am Umfang mit Leitern 16e versehene Spulenträger 15e ist innerhalb  eines Keramikrohres 22 untergebracht. Der Spulenträger 15e ist ferner  mit einer Anzahl, gegebenenfalls mit sechs über den Umfang verteilten  Ausnehmungen 23 versehen, die zusammen mit der Innenfläche 24 des  Keramikrohres 22 eine Anzahl von weiteren, vom Kühlmedium durchströmten  Kühlkanälen 25 bilden. 



   Das Spulensystem 10f nach Fig. 7 umfasst ausser dem wiederum im Keramikrohr  22 untergebrachten Spulenträger 15 eine Feldabschirmung 27, die auf  der der Schmelzbadoberfläche 5 abgewandten Seite des Spulenträgers  15 angeordnet ist. Die zur Verhinderung unerwünschter Streufelder  und zur Verstärkung der zu erzielenden Wirkung vorhandene Feldabschirmung  27 besteht vorzugsweise aus Stahlblech oder Ferrit. 



   Bei allen vorstehend beschriebenen Spulensystemen werden die Leiter  vorzugsweise mit einem temperaturbeständigen Oxid isoliert (z.B.  Pyrothenaxon-Isolation). Die Leiter können auch direkt durch ein  Kühlmedium durchströmt werden. Die Erregung der Spulen ist mit kleinem  Querschnitt von Kabelzuführungen machbar. 



   Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Leiter bzw. Spulen am Umfang  des jeweiligen Spulenträgers spiralförmig verlaufen. Dann erhält  nämlich die Schmelze noch eine zusätzliche, gegen die Seitenabdichtung  (oder Seitenabdichtungen) 3 gerichtete Kraftkomponente, die zum Wegtransportieren  von Verunreinigungen und Oxiden ausgenutzt wird. 



     Eine andere Art von Vorrichtungen 10'h, 10i zur Erzeugung von  magnetischen Drehfeldern ist in Fig. 8 und 9 dargestellt. Statt ortsfester  Spulensysteme werden oberhalb der Schmelzbadoberfläche 5 rotierende  Magnetträger 30h bzw. 30i entlang der jeweiligen Giessrolle 1, 2  angeordnet, an denen jeweils eine Anzahl von gekühlten Dauermagneten  31h bzw. 31 i befestigt ist. Durch die Rotation der Dauermagnetanordnung  entstehen wiederum magnetische Drehfelder, die lokale Wirbelströme  und dadurch auch die gewünschte Strömung in der Schmelze bewirken.  Auch können dadurch lokale Wirbelströme in der Oberflächen-Nickelschicht  der Giessrollen 1, 2 erzeugt werden, die einen leichten lokalen Temperaturanstieg  an der Giessrollen-Oberfläche verursachen und der vorzeitigen Erstarrung  der Schmelze an diesen Stellen entgegenwirken. 



   Auch die Magnetträger 30h, 30i weisen jeweils einen zentralen, von  einem Kühlmedium durchströmten Kanal 33 oder anderweitig angeordnete  Kühlöffnungen auf und sind von einem Keramikrohr 32 umgeben. 



   Bei der in Fig. 8 dargestellten Variante sind die Dauermagnete 31h  in Umfangsrichtung des Magnetträgers 30h angeordnet. Bei der Ausführung  nach Fig. 9 sind die Dauermagnete 31i radial zur Drehachse A 1  des  Magnetträgers 30i angeordnet. Die Drehachse A 2  bzw. A 1  des Magnetträgers  30h bzw. 30i ist bei beiden Varianten gleichzeitig die Drehachse  des magnetischen Drehfeldes. 



   Das erfindungsgemässe Verfahren sowie die erfindungsgemässen Vorrichtungen  zum Durchführen des Verfahrens ermöglichen eine wesentlichen Qualitätssteigerung  des zu erzeugenden Metallbandes und sind dennoch betriebstechnisch  einfach und kostengünstig. 



     Mit diesem Verfahren kann ausserdem eine Dämpfung und Verflachung  der Wellen im flüssigen Bereich erzielt werden, um gerade Erstarrungslinien  zu erhalten. Die beiden Vorrichtungen 10 und 10' sind vorzugsweise  derart gesteuert, dass sich die Erstarrungslinien auf gleicher Höhe  bilden.

Claims (22)

1. Verfahren zur Herstellung eines Metallbandes (8) durch einen kontinuierlichen Einguss von Metallschmelze zwischen zwei Giessrollen (1, 2) einer Rollen-Bandgiessmaschine, dadurch gekennzeichnet, dass oberhalb des Schmelzbades (4) nahe dem jeweiligen Übergang Schmelzbadoberfläche (5)/Giessrolle (1 bzw. 2) je ein magnetisches Drehfeld und dadurch in der Schmelze lokal Wirbelströme erzeugt werden, derart, dass eine Oberflächenströmung in der Schmelze entsteht, die von den Giessrollen (1, 2) weg zur mittleren Ebene (E) des Schmelzbades (4) hin, d.h. zur Austrittsebene des Metallbandes (8), gerichtet ist.

2.

Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass durch die magnetischen Drehfelder in einer Giessrollen-Oberflächenschicht, die vorzugsweise aus Nickel besteht, lokal Wirbelströme erzeugt werden, wodurch eine leichte lokale Temperaturerhöhung an der Giessrollenoberfläche entsteht, die einer vorzeitigen Erstarrung der Metallschmelze entgegenwirken.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die magnetischen Drehfelder durch oberhalb des Schmelzbades (4) entlang der Giessrollen (1, 2) angeordnete Spulensysteme (10'a; 10'b; 10'c; 10'd; 10'e; 10f) erzeugt werden, die jeweils einen Spulenträger (15; 15c; 15d; 15e) aufweisen, an dessen Umfang Leiter (16; 16x, 16y, 16z, 16v, 16u, 16w) bzw.

Spulen derart angeordnet und geschaltet werden, dass mit einer mehrphasigen, nach Bedarf bezüglich Frequenz und Intensität regulierbarer Erregung durch phasenverschobenen Wechselstrom das magnetische Drehfeld entsteht, welches durch Wechselwirkung mit den Feldern der Wirbelströme an der Schmelzbadoberfläche (5) die Schmelze von den Giessrollen (1, 2) wegdrängt.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Erregung der Spulen durch mehrphasigen Wechselstrom mit einer sinusförmigen oder rechteckförmigen Pulsform erfolgt.

5. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Leiter (16x, 16y, 16z, 16v, 16u, 16w) am Umfang des Spulenträgers (15) um 120 DEG elektrisch versetzt angeordnet sind und durch einen Dreiphasen-Wechselstrom erregt werden.

6.

Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass durch einen spiralförmigen Verlauf der Leiter (16; 16x, 16y, 16z, 16v, 16u, 16w) am Umfang des Spulenträgers (15; 15c; 15d; 15e) auf die Schmelzbadoberfläche (5) eine zusätzliche, gegen eine Giessrollen-Stirnseite gerichtete Kraftkomponente ausgeübt wird.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 6, gekennzeichnet durch eine separate elektronische Anspeisung der beiden, entlang der beiden Giessrollen (1, 2) angeordneten Spulensysteme (10'a; 10'b; 10'c; 10'd; 10'e; 10f).

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Lage des Spulensystems (10'a; 10'b; 10'c; 10'd; 10'e; 10f) bezüglich der Schmelzbadoberfläche (5) gemessen und geregelt wird.

9.

Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass durch lineare Leiter-anordnung parallel und im gleichen Abstand zur Schmelzbadoberfläche (5) die Oberflächenströmung in der Schmelze verstärkt wird.

10. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das jeweilige magnetische Drehfeld durch Rotation eines oberhalb des Schmelzbades (4) angeordneten, sich entlang der jeweiligen Giessrolle (1, 2) erstreckenden und mit einer Anzahl von gekühlten Dauermagneten (31h; 31i) versehenen Magnetträgers (30h; 30i) erzeugt wird.

11.

Vorrichtung zum Durchführen des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass oberhalb des Schmelzbades (4) je ein sich entlang der jeweiligen Giessrolle erstreckendes Spulensy stem (10'a; 10'b; 10'c; 10'd; 10'e; 10f) angeordnet ist, das einen ortsfesten Spulenträger (15; 15c; 15d; 15e) umfasst, an dessen Umfang eine Anzahl von durch mehrphasigen Wechselstrom erregbaren Leitern (16; 16x, 16y, 16z, 16v, 16u, 16w; 16d) bzw. Spulen angebracht ist.

12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Spulenträger (15d; 15e) mit mindestens einem von einem Kühlmedium durchströmten Kanal (20) versehen ist.

13. Vorrichtung nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Spulenträger (15; 15e) einen kreisförmigen Querschnitt aufweist.

14.

Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Spulenträger (15; 15e) von einem Keramikrohr (22) umgeben ist.

15. Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Spulenträger (15e) am Umfang eine Anzahl von Ausnehmungen (23) aufweist, die zusammen mit der Innenfläche (24) des Keramikrohres (22) eine Anzahl von Kühlkanälen (25) bilden.

16. Vorrichtung nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Spulenträger (15c; 15d) eine zur Schmelzbadoberfläche (5) parallele Fläche (18c; 18d) aufweist, die mit einer Anzahl von nebeneinander angeordneten Leitern (16w, 16x, 16v; 16d) versehen ist.

17. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass das Spulensystem (10'a; 10'b; 10'c; 10'd; 10'e; 10f) direkt durch ein Kühlmedium durchströmte Leiter umfasst.

18.

Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass das Spulensystem (10'a; 10'b; 10'c; 10'd; 10'e; 10f) mit einem temperaturbeständigen Oxid isolierte Leiter aufweist.

19. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass oberhalb des Spulensystems (10f) eine Feldabschirmung (27) vorzugsweise aus Stahlblech oder Ferrit angeordnet ist.

20. Vorrichtung zum Durchführen des Verfahrens nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass oberhalb des Schmelzbades (4) mindestens je ein sich entlang der jeweiligen Giessrolle (1, 2) erstreckender, drehbar gelagerter Magnetträger (30h; 30i) angeordnet ist, an dem eine Anzahl von gekühlten Dauermagneten (31h; 31i) befestigt ist.

21.

Vorrichtung nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass der Magnetträger (30h; 30i) mit mindestens einem von einem Kühlmedium durchströmten Kanal (33) versehen ist.

22. Vorrichtung nach Anspruch 20 oder 21, dadurch gekennzeichnet, dass der mit den Dauermagneten (31h; 31i) versehene Magnetträger (30h; 30i) innerhalb eines Keramikrohres (32) angeordnet ist.