CZ282978B6

CZ282978B6 - Způsob a zařízení na výrobu polotovaru

Info

Publication number: CZ282978B6
Application number: CZ953255A
Authority: CZ
Inventors: Fritz P. Pleschiutschnigg; Lothar Parschat; Dieter Stalleicken; Gammal Tarek El; Michael Vonderbank; Peter Lorenz Hamacher; Hagen Ingo Von; Ulrich Menne; Uwe Schmidt
Original assignee: Mannesmann Ag
Priority date: 1993-06-08
Filing date: 1994-06-03
Publication date: 1997-12-17
Also published as: CZ325595A3; DE59401278D1; EP0702608A1; EP0702608B1; RU2126733C1; DE4319569C1; ATE146106T1; ES2095769T3; CN1124936A; WO1994029048A1; JP3199382B2; US5881441A; KR960702778A; US5722151A; CN1043317C; JPH08510962A

Abstract

Řešení se týká způsobu výroby polotovarů ve formě tenkých kovových pásů a zařízení k provádění tohoto způsobu. Za účelem spolehlivého dodržení požadované tolerance tloušťky plechu maximálně 2% při výrobě polotovarů s poměrem šířky k tloušťce více než 60 se kovový pás po opuštění lázně taveniny podrobí hladícímu kroku, při teplotě nakrystalizované vrstvy kovového pásu podle stanoveného vztahu. Za tím účelem je uvnitř krytu (5) uspořádáno ve vzdálenosti 0,5 až 5 m od hladiny lázně taveniny (3) zařízení hladících válců (4), přičemž vzdálenost zařízení hladících válců (4) od hladiny lázně taveniny je měnitelná.ŕ

Description

Oblast techniky

Vynález se týká způsobu výroby polotovaru ve formě tenkých kovových pásů podle předvýznaku patentového nároku 1 a zařízení k provádění tohoto způsobu.

Dosavadní stav techniky

Z EP 0 311 602 je známý způsob a zařízení pro výrobu tenkých kovových pásů. Přitom se vede kovový profil očištěný na povrchu, například ve formě pásu ocelového plechu, tzv. matečného pásu, o tloušťce 0,1 až 1,4 mm kontinuálně dnem nádrže taveniny naplněné taveninou oceli stejného druhu. K tomu je ve dnu nádrže taveniny navržený otvor ve formě štěrbiny, který je opatřený těsnícím zařízením, aby se zabránilo výtoku taveniny. Teplota taveniny leží v blízkosti teploty likvidu Tn_q. Ocelový pás se taveninou pohybuje konstantní rychlostí a nahoře se z taveniny odvádí pryč. Na základě nízkého tepelného obsahu pásu, kdy se teplota pásu rovná přibližně teplotě okolí, se na povrchu ocelového pásu vytváří ulpívající vrstva z krystalizované a ještě tekuté taveniny. Tloušťka této vrstvy může činit několikanásobek tloušťky původního matečného pásu. Ta závisí především na době pobytu vtavenině, jak odpovídá rychlosti matečného pásu, teplotě taveniny, tj. rozdílu teploty vzhledem k teplotě solidu T_S0|, skupenském teple tání a měrném teple vsazeného materiálu a tloušťce matečného pásu. Řízení způsobu se přitom musí provádět tak, aby se eliminovalo opětné natavení již ulpělého krystalizátu. Za tohoto předpokladu existuje teplotní gradient z pohledu tloušťky pásu. Během pohybu lázní taveniny je teplota vnitřku matečného pásu nejnižší a stoupá k okraji. Teplotní průběh kvalitativně stejného druhu je k dispozici také v ulpělé vrstvě. V nejvrchnější oblasti vrstvy je přesně teplota likvidu T|jq.

Ulpělá vrstva má nejdříve smíšené složení z vytvářeného krystalizátu a tekuté fáze taveniny, která je mezi tím, tzv. kašovitá oblast. Podíl tekuté fáze taveniny přibývá směrem ven. Po opuštění lázně taveniny se ulpělá vrstva ochlazuje, přičemž se dosud existující teplotní spád obrací. Dochází k úplnému protuhnutí ulpělé vrstvy.

Z EP 0 311 602 BI je rovněž známé udržovat polotovar, který se má vyrobit shora popsaným způsobem, po opuštění lázně taveniny v ochranné atmosféře proti oxidaci až do ochlazení nebo až do vstupu do tvářecího stroje, ve kterém se polotovar podrobí tvářecímu procesu za tepla a/nebo za studená. Část množství hotových výrobků, které se přitom vyrobí, se potom opět zavádí jako mateční pás zpět na počátek postupu a znovu se provádí lázní taveniny.

Vzhledem k výrobě ocelového pásového materiálu stojí dosud v cestě praktickému použití tohoto způsobu jedna rozhodující překážka. Odběratelé kvalitativně vysoce hodnotného pásu tvářeného za studená nebo za tepla požadují od výrobců mimo jiné dodržení rozpětí kolísání tloušťky plechu, které může činit nanejvýš dvě procenta jmenovité tloušťky. Dosavadním způsobem nelze takovouto úzkou toleranci bezpečně dodržet. Stávající nepravidelnosti v tloušťce pásu, které existují po opuštění lázně taveniny a které překračují předepsané nejvyšší hranice, se už totiž nedají prakticky následujícími přetvářnými procesy odstranit. To spočívá vtom, že na základě extrémního stupně plochosti polotovaru zaváděného do procesu válcování, kdy je poměr šířky ku tloušťce nejméně 60, nastává přetváření při klesající tloušťce prakticky jen v podélném směru a nenastává už žádné šíření, které by stálo za zmínku. Stávající rozdíly v tloušťce podle linie napříč k podélnému směru pásu zůstávají tedy relativně nezměněné.

V EP 0 311 602 B1 je popsaná druhá varianta způsobu, při které se matečný pás zavádí do lázně taveniny opačně shora a odtahuje se opět dnem nádrže taveniny. U této formy provedení

- 1 CZ 282978 B6 obzvláště vystupuje problém utěsnění dna, protože směry výstupu taveniny a pásového materiálu jsou stejné, a v důsledku toho chybí nejen dynamický těsnicí účinek, nýbrž navíc lze dokonce zjistit negativní unášecí účinek, který podporuje vynášení taveniny. Z tohoto důvodu je v oblasti dna nádrže taveniny potřebné zvláštní těsnicí zařízení ve formě páru těsnicích válečků. Tento pár těsnicích válečků způsobuje drastické stlačení kašovité oblasti a tím vymáčknutí větší části tekuté fáze z právě se tvořícího houbovitého útvaru krystalizátu. To má za následek, že tloušťka docílitelné ulpělé vrstvy je oproti první variantě způsobu značně menší. Avšak již ze samotných úvah o hospodárnosti přichází takovéto provádění způsobu sotva v úvahu pro praktické použití.

Úkolem vynálezu je dále rozvinout způsob tohoto typu tak dalece, aby se mohla spolehlivě dodržet požadovaná tolerance tloušťky plechu maximálně 2 %, a vytvořit zařízení k provádění tohoto způsobu.

Podstata vynálezu

Předložený vynález řeší způsob výroby polotovarů ve formě tenkých kovových pásů, zejména z oceli, o tloušťkách pod 20 mm, při kterém se nechlazený, očištěný kovový profil o nízkém tepelném obsahu provádí kontinuálně zdola nahoru lázní taveniny stejného materiálu, přičemž rychlost kovového pásu se v závislosti na výšce lázně taveniny nastavuje tak, aby usazováním krystalů a taveniny na kovovém profilu vznikala tloušťka pásu, která odpovídá nejméně trojnásobku původní tloušťky kovového profilu, a přičemž se dále během výroby kovového pásu udržuje inertní atmosféra, přičemž spočívá v tom, že pro výrobu polotovarů s poměrem šířky ku tloušťce nad 60 a s kolísáním tloušťky pásu maximálně 2 % se kovový pás po opuštění lázně taveniny podrobí kroku hlazení při průměrné teplotě T_gi nakrystalizované vrstvy kovového pásu, splňující vztah:

T_gi = T_soi + a x /T_liq - T_S0|/,

T_S0| = teplota solidu,

T_ljq = teplota likvidu a koeficient a = 0,1 až 0.8.

Další výhodná provedení vynálezu jsou uvedena v závislých patentových nárocích 2 až 8.

Zařízení k provádění tohoto způsobu, které se v zásadě hodí i pro výrobu jiných profilů, například kruhových nebo libovolných mnohoúhelníkových příčných průřezů, je tvořeno nádrží /1/ taveniny, v jejímž dnu je uspořádaný otvor pro zavádění kovového profilu opatřený těsnicím zařízením zabraňujícím výtoku taveniny, dále dopravním zařízením /2/ na kontinuální provádění kovového profilu zařízením a krytem /5/, který zakrývá výstupní oblast kovového profilu z taveniny /3/ a na ní navazující chladící zónu /8/ pro kovový pás a je plnitelný inertní atmosférou, spočívá v tom, že uvnitř krytu /5/ jsou ve vzdálenosti od 0,5 do 5 m od hladiny lázně taveniny /3/ uspořádány hladicí válcové prostředky /4/ a že vzdálenost těchto hladicích válcových prostředků /4/ od hladiny lázně je proměnná.

Přehled obrázků na vý kresech

V následujícím se vynález vysvětluje blíže za pomoci příkladu provedení zařízení vhodného pro tento způsob znázorněného schematicky v jediném obrázku.

Příklady provedení vynálezu

Jako matečný plech se použije svitek 12 plechu, který se odvíjí stanovenou rychlostí. Vztahovou značkou 11 je označené svařovací zařízení pásu, které spojuje konec již odvinutého svitku s novým svitkem 12, aby se umožnil kontinuální průběh způsobu. Vztahovou značkou 7 je označené zásobní zařízení pásu, které může zachytit krátkodobě se vyskytující klidový stav přísunu pásu během procesu sváření při výměně svitku, takže se výrobní proces nepřeruší. Ve výrobním proudu je za zásobním zařízením 7 pásu uspořádané čistění 6 pásu, ve kterém se dělá kovově čistý povrch zavedeného matečného pásu. Dvojice dopravních kladek 2 zajišťuje to, že se matečný pás, který má poměr šířky k tloušťce nejméně 60, a s výhodou minimálně 100, vede stále stejnou předem zvolenou rychlostí odpovídajícím štěrbinovým otvorem ve dnu nádrže taveniny 1 do taveniny 3. Matečný pás má malý tepelný obsah, protože vykazuje například teplotu okolí. Tavenina 3, například ocel, sestává ze stejného materiálu jako matečný pás. Těsnění, které je uspořádané na dně nádrže j. taveniny, není na obrázku zvlášť vyznačené. Zatímco se matečný pás vede taveninou 3 zdola nahoru, krystalizuje na něm vrstva přibývající s rostoucí dobou pobytu, to znamená s přibližováním k hladině lázně taveniny, protože matečný pás ve svém bezprostředním okolí odnímá teplo tavenině 3, přičemž se ohřívá. Tavenina 3 se jinak udržuje na teplotě například 10 Knad teplotou likvidu. Neznázoměným napájením se výška hladiny lázně taveniny udržuje na stále stejné úrovni. Vzhledem k tomuto a dalším parametrům, jako je zejména teplota solidu, skupenské teplo tání a měrné teplo materiálu taveniny, je rychlost pásu nastavena dopravními kladkami 2 s výhodou tak, že matečný pás s ulpělou vrstvou má při opuštění taveniny 3 3-krát až 7-krát větší tloušťku než původní matečný pás.

Nad hladinou lázně taveniny jsou umístěny hladicí válcové prostředky ve formě dvojice hladicích válců 4 uspořádaných vedle sebe. Vzdálenost této dvojice hladicích válců 4 od hladiny lázně taveniny je proměnná tím, že je výšková poloha dvojice hladicích válců 4 nastavitelná například elektromechanickým nebo hydraulickým stavěcím zařízením, které je naznačené zakreslenými šipkami. Nejmenší vzdáleností dvojice hladicích válců 4 od hladiny lázně taveniny je vzdálenost asi 0,5 m, největší vzdáleností pak vzdálenost 5 m. Výšková poloha se volí tak, aby se hladicí průchod nacházel na místě, ve kterém na jedné straně je sice už vrstva ulpívající na matečném pásu relativně dost ztuhlá, ale na druhé straně vykazuje ve své vnější oblasti ještě dostatečný podíl tekuté fáze, který umožňuje bezproblémový tok materiálu také napříč k podélnému směru matečného pásu. Záleží tedy na co možná nejvhodnějším poměru množství pevné a tekuté fáze. Jako regulační veličina pro to se může brát průměrná teplota ve vykrystalizované vrstvě. Hlazení má podle vynálezu probíhat při teplotě T_gi, která vyhovuje následujícímu vztahu:

T_gl = T_S01 + ax/T|_iq-T₅₀|/

Kde a představuje koeficient ležící v rozmezí od 0,1 do 0,8, s výhodou v rozmezí od 0,2 do 0,4. Čím je koeficient a nižší, o to vyšší je ztuhlý podíl. Spodní hranici je třeba považovat za kritickou potud, pokud se v případě poruch může snadno vyskytnout úplné nebo téměř úplné ztuhnutí, které by znemožnilo vyrovnání asi stávajících větších rozdílů tloušťky pásu. Horní hranice hodnoty koeficientu a je podmíněná v první řadě hospodárností. Na základě vysokého podílu tekuté fáze by se díky vertikálnímu vedení materiálu pásu vymačkal značný podíl dolů, takže by se příslušně zmenšila výroba. Pro ulehčení prací s nastavováním může být v oblasti nastavování dvojice hladicích válců 4 navrženo neznázoměné měřicí zařízení povrchové teploty pásu. Dvojice hladicích válců 4 se účelně opatří vnitřním kapalinovým chlazením, například chlazením vodou. Úběr tloušťky kovového pásu kterého se má dosáhnout hladicím průchodem, by měl ležet v rozmezí od 5 do 15 %.

Aby se zabránilo oxidaci povrchu pásu, která narušuje následující další zpracování vyrobeného polotovaru, je ulpělá vrstva matečného pásu chráněná krytem 5, který se může proti přístupu

-3 CZ 282978 B6 vzdušného kyslíku vyplnit inertní atmosférou. Tento kryt 5 se bezprostředně napojuje na nádrž 1 taveniny a obaluje i dvojici hladicích válců 4. Aby se zabránilo nežádoucímu rychlému ochlazení ulpělé vrstvy a tím i dalekosáhlému ztuhnutí, může být v případě potřeby navrženo zejména v oblasti přestavení zařízení hladicích válců 4, aby byly alespoň části stěn krytu 5 opatřeny tepelnou izolací. Dále je účelné provést stěny krytu 5 jako chladicí stěny, zejména jako stěny chlazené zevnitř kapalinou, například chlazením vodou. Řízením teploty chladicího prostředku se pak totiž může v chladicí zóně 8, která následuje za hladicími válcovými prostředky 4, provádět kontrolované chlazení vyrobeného polotovaru, které vede k obzvláště vhodným vlastnostem materiálu. Podobně jako u kontinuálního žíhání se pásový materiál vede ve středním úseku chladicí zóny 8 odpovídajícími vratnými kladkami ve smyčkách, takže v této zóně vznikne příslušně delší doba prodlevy. Poté co vyrobený kovový pás doznal postačující ochlazení, opouští kryt 5 s jeho inertní atmosférou a může se chránit proti korozi například elektrostatickým naolejováním v olejovacím zařízení 9. Tento materiál se následně kontinuálně navíjí do svitku 13. Svitek 13 se po dosažení stanovené váhy oddělí od zbývajícího pásu nůžkami 10 a pro další zpracování se přepraví do válcovny pro válcování za studená nebo za tepla.

Samozřejmě je také možné, jak je to již popsané v EP 0 311 602 Bl, připojit další zpracování bezprostředně. V tomto případě se může ochlazení při potřebě úspory tepelné energie přerušit již daleko nad teplotou okolí a kryt s inertní atmosférou se může vést až k následujícímu tvářecímu stroji.

Vynález se může blíže objasnit za pomoci následujícího příkladu provedení, u kterého se přihlíží ke schéma zařízení znázorněnému na obrázku.

Pás válcovaný za studená z oceli typu X60 s následujícím chemickým složením:

0,16	% hmot. C
0,35	% hmot. Si
1,30	% hmot. Mn
0,013	% hmot. P
0,003	% hmot. S
0,041	% hmot. AI
0,025	% hmot. Nb
0,0092	% hmot. N
zbytek železo a běžné nečistoty,

který vykazuje tloušťku od 0,5 mm a šířku 1000 mm, vstoupil po odmaštění v mořicí lázni 6 za pomoci dvojice dopravních kladek 2 kolmo dnem nádrže 1 taveniny naplněné tekutou ocelí. Tavenina vykazovala srovnatelné složení s ocelovým pásem. Do nádrže 1 taveniny se kontinuálně z neznázoměného rozdělovače přiváděla tekutá ocel. Výška lázně taveniny 3 a rychlost ocelového pásu jsou regulační veličiny, aby se nastavila požadovaná doba styku mezi ocelovým pásem a lázní taveniny 3, která by v před loženém případě měla obnášet asi 2 sekundy. Protože rychlost pásu ležela u 1 m.s¹, byla tedy trvale udržována výška lázně taveniny 2 m. V lázni taveniny 3, která vykazovala teplotu při bližně 1512 °C, došlo při průchodu ocelového pásu k nakrystalizování v tloušťce celkem asi 2,5 mm, takže celková tloušťka ocelového pásu obnášela při výstupu z taveniny 3 oceli asi 3 milimetry. Tento ocelový pás s těstovitým povrchem s dvěmi fázemi, tj. taveninou a krystaly, jak odpovídá vzorci

T_gi = T_soi + a x /T_Hq + T_S0|/ přičemž koeficient a byl zvolen a = 0,5, s průměrnou teplotou T_B| = 1497 °C + 0,5 x /1507 °C 1497 °C/ = 1502 °C v narostlé vrstvě byl pak zaveden do vertikálně posuvného ústrojí hladicích válců 4, které bylo uspořádané v krytu 5 vyplněném například argonem a řízené chlazeném, kde byla jeho největší tloušťka snížena asi o 17 %, tj. přibližně 0,5 mm, a drsnost jeho povrchu co

-4CZ 282978 B6 možná nejvíce zmenšena. Pro předložené poměry se pro dosažení vytyčeného cíle ukázala jako obzvláště výhodná součtová teplota 1502 °C pro provádění kroku hlazení podle vynálezu. Ústrojí hladicích válců 4 bylo tedy ve své vertikální poloze nastavené tak, aby tato teplota byla dána na vstupní straně ústrojí hladicích válců za stávajících chladicích podmínek. Provedený krok hlazení vedl k ocelovému pásu o stejnoměrné tloušťce přibližně 2,5 mm zcela bez staženin a ve svém vrstvení optimálně svařenému. Existující odchylka skutečné tloušťky pásu od požadované tloušťky pásu ležela již jen s 1,6 % jasně pod nejvýše přípustnou hodnotou 2 % pro teplý pás, který má být dále zpracován za studená. Po výstupu z hladicích válcových prostředků 4 byl ocelový pás, který byl dále chráněný před oxidací atmosférou argonu, podrobený ve vodou chlazeném dómu krytu 5 řízenému ochlazení a po průchodu ústojným prostorem, tj. chladicí zónou 8, který je rovněž chlazený a naplněný argonem, se přivedl k navíjecí stanici 13. Následně byl ocelový pás vyválcován v neznázoměném dvouválci pro válcování za studená na tloušťku opět 0,5 mm. Takto vyrobený za studená vyválcovaný pás vykazoval vynikající mechanickotechnologické vlastnosti a splňoval všechny kladené požadavky na kvalitu. Asi 20 % průběžně vyráběného výrobního množství se opět zavádělo do procesu jako vstupní materiál.

S předloženým vynálezem je až překvapivě jednoduše možné vyrobit kovový pás, který je ohledně své tvarové a povrchové tolerance mimořádně přesný, tj. odchylka profilu a tloušťky je po délce pásu pod 2 %. Tento způsob současně zajišťuje průběžně bezpečné svaření ulpívající vrstvy s matečným plechem. Díky možnosti řízeného ochlazování lze docílit pásového materiálu, s vynikajícími materiálovými vlastnostmi.

Claims

PATENTOVÉ NÁROKY

1. Způsob výroby polotovarů ve formě tenkých kovových pásů, zejména z oceli, o tloušťkách pod 20 mm, při kterém se nechlazený, očištěný kovový profil o nízkém tepelném obsahu provádí kontinuálně zdola nahoru lázní taveniny stejného materiálu, přičemž rychlost kovového pásu se v závislosti na výšce lázně taveniny nastavuje tak, aby usazováním krystalů a taveniny na kovovém profilu vznikala tloušťka pásu, která odpovídá nejméně trojnásobku původní tloušťky kovového profilu, a přičemž se dále během výroby kovového pásu udržuje inertní atmosféra, vyznačující se tím, že pro výrobu polotovarů s poměrem šířky ku tloušťce nad 60 a s kolísáním tloušťky pásu maximálně 2 % se kovový pás po opuštění lázně taveniny podrobí kroku hlazení při průměrné teplotě T^ nakrystalizované vrstvy kovového pásu, splňující vztah:

Tg] = T_so, + a x /T_liq - T_S0|/, kde

T_SO| = teplota solidu,

T|j_q = teplota likvidu a koeficient a = 0,1 až 0,8.
2. Způsob podle nároku 1, vyznačující se tím, že koeficient/a/leží v rozmezí od 0,2 do 0,4.
3. Způsob podle některého z nároků 1 až 2, vyznačující se tím, že úběr tloušťky při kroku hlazení leží v rozmezí od 5 do 15 %.

- 5 CZ 282978 B6
4. Způsob podle některého z nároků 1 až 3, vyznačující se tím, že při výrobě ocelových pásů se rychlost při provádění kovového profilu lázní taveniny nastavuje tak, že poměr tloušťky pásu k původní tloušťce ocelového profilu leží v rozmezí od 3 do 7.
5. Způsob podle některého z nároků 1 až 4, vyznačující se tím, že ochlazování kovového pásu se řídí až k hladicímu kroku ovlivňováním teploty stěny krytu okolí lázně taveniny a vyváděného kovového pásu.
6. Způsob podle nároku 5, vyznačující se tím, že se řízení ochlazování kovového pásu děje ve smyslu zpomalení přirozeného ochlazování.
7. Způsob podle nároku 5, vyznačující se tím, že se řízení ochlazování kovového pásu děje ve smyslu urychlení přirozeného ochlazování.
8. Způsob podle některého z nároků laž7, vyznačující se tím, že kovový pás se po provedení hladicího kroku podrobuje řízenému ochlazování.
9. Zařízení, zejména k provádění způsobu podle nároku 1, tvořené nádrží /1/ taveniny, v jejímž dnu je uspořádaný otvor pro zavádění kovového profilu opatřený těsnicím zařízením zabraňujícím výtoku taveniny, dále dopravním zařízením /2/ na kontinuální provádění kovového profilu zařízením a krytem /5/, který zakrývá výstupní oblast kovového profilu z taveniny /3/ a na ní navazující chladicí zónu /8/ pro kovový pás aje plnitelný inertní atmosférou, vyznačující se tím, že ve vnitřním prostoru krytu/5/jsou ve vzdálenosti od 0,5 do 5 m od hladiny lázně taveniny /3/ uspořádány hladicí válcové prostředky /4/, a že vzdálenost těchto hladicích válcových prostředků /4/ od hladiny lázně je proměnná.
10. Zařízení podle nároku 9, vyznačující se tím, že otvor je provedený ve formě štěrbiny pro zavádění plechu ve formě pásu s poměrem šířky k tloušťce nejméně 60 a že hladicí válcové prostředky /4/jsou provedené jako dvojice hladicích válců uspořádaných vedle sebe.
11. Zařízení podle některého z nároků 9 až 10, vyznačující se tím, že výšková poloha hladicích válcových prostředků /4/je přestavitelná elektromechanicky nebo hydraulicky.
12. Zařízení podle některého z nároků 9 až 11, vyznačující se tím, že kryt /5/ je v oblasti zóny výškového přestavení hladicích válcových prostředků /4/ provedený s alespoň částečně tepelně izolujícími stěnami.
13. Zařízení podle některého z nároků 9 až 12, vyznačující se tím, že stěny krytu /5/jsou alespoň v dílčích oblastech provedené jako chladicí stěny chlazené kapalinou.
14. Zařízení podle některého z nároků 9 až 13, vyznačující se tím, že v oblasti zóny výškového přestavení hladicích válcových prostředků /4/ je uspořádané alespoň jedno zařízení pro měření povrchové teploty kovového pásu.