DE102010033018A1

DE102010033018A1 - Schmelzenaufgabesystem zum Bandgießen

Info

Publication number: DE102010033018A1
Application number: DE102010033018A
Authority: DE
Inventors: Jörg BAUSCH; Reiner Pürling; Jochen Schlüter; Dr. Wans Jochen; Prof. Dr. Spitzer Karl-Heinz; Hellfried Eichholz
Original assignee: SMS Siemag AG
Current assignee: SMS Group GmbH
Priority date: 2010-07-31
Filing date: 2010-07-31
Publication date: 2012-02-02
Also published as: CN103025456A; BR112013002475A2; RU2013108515A; CN103025456B; US20130269905A1; RU2628590C2; WO2012016922A1; KR20130041927A; EP2598268B1; EP2598268A1

Abstract

Ein Schmelzenaufgabesystem zum horizontalen Bandgießen eines schmelzflüssigen Metalls mit einem Auslaufelement, insbesondere mit einer Düse (9), ist dadurch gekennzeichnet, dass im Bereich des Auslaufelements wenigstens eine Heizeinrichtung (21, 22; 28) zur Erwärmung des Auslaufelements angeordnet ist.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Schmelzenaufgabesystem zum horizontalen Bandgießen eines schmelzflüssigen Metalls mit einem Auslaufelement, insbesondere mit einer Gießdüse für den freien Überlauf des schmelzflüssigen Metalls, im weiteren mit „Düse” bezeichnet.
Das horizontale Bandgießen von Metallen das auch als Direct Strip Casting und BCT (Band Casting Technology) bezeichnet wird, wird beispielsweise bei Stahl eingesetzt, beispielsweise mit einem endabmessungsnahen Gießen in Kombination mit einer Offline- oder einer Inline-Walzung. Der Umform- oder Walzschritt hat dabei sowohl den Zweck der Dickenreduzierung als auch der Gefügeneubildung, d. h. der Rekristallisation. Es handelt sich um ein Verfahren mit Ausrichtung auf die Erzeugung von Warmbreitband für Stahllegierungen.
Beim Bandgießen wird flüssiger Stahl durch ein Zuführsystem mit einer entsprechend ausgebildeten Düse auf ein umlaufendes, von unten mit Wasser gekühltes Transportband aufgegeben. Die Schmelzenzugabe beim horizontalen Bandgießen erfolgt über das Schmelzenaufgabegefäß oder -aufgabesystem. Dabei durchströmt die Schmelze einen Einfüllbereich sowie anschließend einen Auslaufbereich, bevor sie durch ein keramisches Bauteil, beispielsweise eine Düse mit freiem Überlauf auf das Transportband gelangt. Das Transportband wird durch zwei Umlenkrollen angetrieben und geführt. Die auf das Transportband aufgebrachte Schmelze erstarrt noch im Bereich der Primärkühlung vollständig. Nach der Erstarrung läuft das Band zum Inline-Walzen in Walzgerüste ein. Nach dem Inline-Walzen und einem weiteren Kühlvorgang wird das Band aufgehaspelt. Ein derartiges Gießverfahren zum Bandgießen ist aus der DE 198 52 275 A1 bekannt.
Es ist bekannt, das Schmelzenaufgabesystem vorzuwärmen, um ein Anfrieren des erstarrenden Metalls an dem Auslaufelement (Düse) zu verhindern. Jedoch lässt es sich bei dieser Technologie nicht verhindern, dass das Auslaufelement nach Beendigung des Vorwärmvorgangs nicht mehr genügend heiß ist und es zu Anfrierungen des zu gießenden Metalls kommt. Dies führt zu einem ungleichmäßigen Schmelzenstrom und zu Fehlern im Gussbandprofil und an den Oberflächen der Gussprodukte. Ebenso führen Ablösungen der Anfrierungen während des Gusses ebenfalls zu instationären Zuständen hinsichtlich der Strömung und der Oberflächenqualität. Eine sehr lange Vorheizzeit im Bereich der Metallaufgabe im Schmelzenaufgabesystem, d. h. bis zu dem Zeitpunkt unmittelbar vor dem Eintritt der Schmelze, lässt sich aufgrund einer ebenfalls im Bereich der Metallaufgabe erfolgenden Inertisierung der Schmelze durch ein Inertgas nicht realisieren.
Es ist die Aufgabe der Erfindung, die Nachteile des Standes der Technik zu vermeiden und insbesondere ein Anfrieren des erstarrenden Metalls beim Austritt aus dem Auslaufelement (Düse) zu verhindern.
Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe bei einem Schmelzenaufgabesystem der eingangs genannten Art dadurch gelöst, dass im Bereich des Auslaufelements wenigstens eine Heizeinrichtung zur Erwärmung des Auslaufelements angeordnet ist.
Gemäß der Erfindung wird eine aktive Beheizung des Auslaufelements, d. h. insbesondere der Düse, vorgesehen. Ebenso lässt sich auch der düsennahe Bereich beheizen.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Besonders geeignet ist eine Ausführung der Erfindung, gemäß der das Auslaufelement selber mit der Heizeinrichtung ausgestattet ist oder die Heizeinrichtung benachbart zu dem Auslaufelement angeordnet ist.
Vorzugsweise ist das Auslaufelement wenigstens teilweise aus einer feuerfesten Keramik ausgebildet.
In vorteilhafter Weise ist die Heizeinrichtung als Gasheizung und/oder als elektrische Heizung ausgebildet.
Mit Vorteil lässt sich auch vorsehen, dass die Heizung in einem Boden, in Seitenwänden, in einem Wehr, einem Damm, einem Überlauf und/oder in einem Deckel des Auslaufelements bzw. der Düse angeordnet oder integriert ist.
Vorzugsweise ist die Heizeinrichtung, insbesondere in Form von Heizstäben, in Aussparungen oder Nuten im Boden und/oder im Deckel angeordnet.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist die Heizeinrichtung von keramischen Bauteilen umgeben. Diese können in verschiedenen Geometrien zum Einsatz kommen.
Mit Vorteil sind die Heizstäbe als Carbid-Heizstäbe, insbesondere als Lithiumcarbid- oder als Siliciumcarbid-Heizstäbe, ausgebildet.
Wenn die Heizeinrichtung wenigstens einen Porenbrenner umfasst, lässt sich eine über weite Bereiche stufenlos und schnell regelbare Heizung vorsehen. Der Porenbrenner kann mit einem flüssigen Heizmittel, bevorzugt aber mit einem Gas, betrieben werden. Dabei kommt es bei gleichzeitiger Zuführung eines verbrennbaren Fluids und von Luft zu einer Verbrennungsreaktion in einem Keramikschaum. Der Porenbrenner kann somit ein Düsenunter- und/oder -oberteil flächenmäßig ganz oder partiell ausfüllen. Aufgrund der hohen Flächenleistungsdichte, die sich mit dem Porenbrenner erreichen lässt, kann dieser als kompakte Brennereinheit betrieben werden. Die stufenlos regelbare Brennerleistung erlaubt es, die jeweils im Prozess benötigte Brennerwärme fein dosiert zur Verfügung zu stellen, um die Düsenoberflächen an die im jeweiligen Schmelzprozess erforderlichen Schmelzenparameter anzupassen.
In einer weiteren Ausführungsform kommen mit Vorteil induktive Heizmittel zum Einsatz, z. B. WS „Inducer” Fa. RHI.
Besonders vorteilhaft ist ein System mit einer induzierten Mittelfrequenz von etwa 10 kHz. Die Spulengeometrie sollte an das zu erwärmende keramische Bauteil angepasst sein, um eine schnelle und gleichmäßige Erwärmung zu gewährleisten. Die Keramik sollte zudem eine ausreichende elektrische Leitfähigkeit besitzen, um zusammen mit der erforderlichen Leistungsdichte eine kurze Aufwärmzeit von vorzugsweise etwa 10 Minuten zu erbringen.
Das erfindungsgemäße Schmelzenaufgabesystem sieht mit Vorteil auch eine Einheit zur Zuführung eines Inertgases auf den Strang des zu gießenden Metallbandes im Bereich des Auslaufelements vor.
Gemäß der Erfindung lassen sich verschiedene Technologien, insbesondere

1.) Heizelemente in Keramik integriert oder als Ersatz der Keramik
2.) Porenbrenner, wie oben bereits beschrieben, und
3.) Induktion

Wenn der Düsenboden durch ein beheiztes Bauteil ersetzt wird (siehe 3.)), erhitzt die Strahlung ebenfalls die Keramik. Es müssen lediglich geeignete Kühlmaßnahmen für das Transportband getroffen werden, über das das gegossene Metallband abtransportiert wird. Ebenso lassen sich Heizelemente in den Boden der Düse integrieren, insbesondere in den Bereich eines Überlaufes, in einen Damm, ein Wehr oder in die Seitenwände der Düse.
Insgesamt besteht durch die Erfindung auch der Vorteil, dass der Angießprozess robuster gegenüber Zeit- und auch Temperaturverlusten wird. Das Angießen kann dabei auch über einen längeren Zeitraum erfolgen.
Nachstehend wird die Erfindung in Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen:
1 eine schematische Seitenansicht einer Anlage zum Bandgießen,
2 eine Schnittansicht eines mit Heizelementen ausgestatteten Auslaufbereichs in einer Anlage zum Bandgießen und
3 eine perspektivische Ansicht, teilweise geschnitten, einer Düse in einer Anlage zum Bandgießen.
Eine Bandgießanlage 1 (1) zum Gießen eines Stahlbands oder eines Bandes aus einem anderen Metall umfasst ein Zuführsystem für das flüssige Metall mit einem Ofen 2, in dem eine Schmelze 3 zunächst enthalten ist.
Über eine Stopfenstange 4 lässt sich der Ofen 2 nach unten zu einem Abstichkanal 5 öffnen. Dabei ist die Stopfenstange 4 im geschlossenen Zustand gegenüber einem Dichtring 6 gelagert.
Aus dem Abstichkanal 5 fließt die Schmelze in ein vorzugsweise ebenfalls beheiztes oder isoliertes Aufgabegefäß 7. Aus diesem wird die Schmelze über einen Austrittskanal 8, der in einem Auslaufbereich, insbesondere in einer Düse 9, endet.
Die Düse 9 ist mit einem Damm 10 und mit einem Wehr 11 ausgestattet, um den Strom der Schmelze zu kanalisieren. Im Bereich des Auslasses der Düse 9 ist eine Gasdüse 12 vorgesehen, die entgegen der Strömungsrichtung der Schmelze einen Strom eines Inertgases erzeugt, um die Schmelze zu verteilen und/oder um die oberflächliche Korrosion der erstarrenden Schmelze zu verhindern.
Diese bildet auf einem endlosen Transportband 13 ein Metallband 14. Das Transportband 13 läuft über eine Umlenk- oder Antriebsrolle 15. Ferner wird das Transportband 13 über Stützrollen 16 und/oder ein Wabengitter geführt. Zwischen diesen sind Sprühdüsen 17 angeordnet, die ein aus einem Becken 18 entnommenes Kühlmedium auf die Unterseite des Transportbandes 13 sprühen, um das Metallband 14 zu erstarren.
Vorzugsweise sind an den beiden Bandschmalseiten des Transportbandes 13 – hier nicht dargestellte – mit diesem mitlaufende formgebende Segmente vorgesehen, die einander überlappend oder dicht aneinander anschließend angeordnet sind, um ein Auslaufen des sich verfestigenden Metalls zu verhindern. Der Abstand der Segmente ist entweder durch die Breite des Transportbandes 13 vorgegeben oder entsprechend der gewünschten Breite einstellbar.
Eine wie die Düse 9 aufgebaute und daher mit demselben Bezugszeichen versehene Düse 9 (2) ist an mehreren Stellen mit Heizelementen ausgestattet, um durch die an die Metallschmelze angrenzenden Oberflächen eine konstante Umgebungstemperatur für die Schmelze zur Verfügung zu stellen. Vorzugsweise sind sowohl im Düsenoberteil 19 als auch im Düsenunterteil 20 Heizeinrichtungen vorgesehen. In dem Düsenoberteil 19 sind zwei Heizeinrichtungen 21, 22 in Strömungsrichtung der Schmelze hintereinander angeordnet. Jede der Heizeinrichtungen 21, 22 umfasst einen in einem Keramikrohr 23 gelagerten Heizstab 24. Auch in einem vorderen Wehr 25 der Düse 11 ist ein Heizstab 26 angebracht. Das Wehr ist dabei vorzugsweise innen als Keramikrohr ausgeführt. Das Wehr 25 steuert ausgangsseitig das Ausströmen der Schmelze aus der Düse 9.
Ebenso ist in dem Düsenunterteil 20 in einem Keramikrohr 27 ein Heizstab 28 untergebracht. Die Heizstäbe 24, 26, 28 sind beispielsweise aus Silicium- oder Lithiumcarbid hergestellt.
In einer weiteren Ausführungsform einer Düse 30 (3) mit einem Unterteil 31 und einem Oberteil 32 sind auf der Oberseite Heizstäbe 33, 34 als ohmsche Widerstandsheizungen ausgebildet und erstrecken sich quer zur Fließrichtung der Schmelze, die die Düse über einen Damm 35 verlässt.
Die Düsenober- und -unterteile 19, 20 und 31, 32 sind beispielsweise vollständig aus einer feuerfesten Keramik aufgebaut. Auch in diesem Fall kann die feuerfeste Keramik mit Ausnehmungen versehen sein, in die von Keramik ummanteltete Heizelemente eingebracht werden wie die Heizstäbe 33, 34.
Andererseits können je nach Schmelztemperatur des zu gießenden Metalls die Düsenober- und -unterteile 19, 20 und 31, 32 auch aus einem Metall mit einer ausreichend höheren Schmelztemperatur bestehen.
Wenn also das zu vergießende Metall Zinn, Zink oder Aluminium oder eine Legierung dieser Metalle ist, können die Düsenober- und -unterteile 19, 20 und 31, 32 auch ganz oder teilweise aus einem Stahl bestehen, beispielsweise einem Edelstahl mit in Hinblick auf den Einsatz angepassten Eigenschaften, insbesondere in Hinblick auf die Korrosivität, wobei auch in diesem Fall Heizstäbe mit Keramikummantelungen in entsprechenden Ausnehmungen in den Düsenober- und -unterteilen eingebracht sein können.
Bezugszeichenliste

1: Bandgießanlage
2: Ofen
3: Schmelze
4: Stopfenstange
5: Abstichkanal
6: Dichtring
7: Aufgabegefäß
8: Austrittskanal
9: Düse/Auslaufelement
10: Damm
11: Wehr
12: Gasdüse
13: Transportband
14: Metallband
15: Umlenk- oder Antriebsrolle
16: Stützrollen
17: Sprühdüsen
18: Becken
19: Düsenoberteil
20: Düsenunterteil
21: Heizeinrichtung
22: Heizeinrichtung
23: Keramikrohr
24: Heizstab
25: Wehr
26: Heizstab
27: Keramikrohr
28: Heizstab
29
30: Düse
31: Unterteil
32: Oberteil
33: Heizstab
34: Heizstab
35: Damm

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 19852275 A1 [0003]

Claims

Schmelzenaufgabesystem zum horizontalen Bandgießen eines schmelzflüssigen Metalls (3) mit einem Auslaufelement, insbesondere mit einer Düse (9, 30), dadurch gekennzeichnet, dass im Bereich des Auslaufelements wenigstens eine Heizeinrichtung (21, 22; 28) zur Erwärmung des Auslaufelements angeordnet ist.
Schmelzenaufgabesystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Auslaufelement selber mit der Heizeinrichtung (21, 22; 28) ausgestattet ist oder dass die Heizeinrichtung benachbart zu dem Auslaufelement angeordnet ist.
Schmelzenaufgabesystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Auslaufelement wenigstens teilweise aus einer feuerfesten Keramik ausgebildet ist.
Schmelzenaufgabesystem nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Heizeinrichtung als Gasheizung und/oder als elektrische Heizung ausgebildet ist.
Schmelzenaufgabesystem nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Heizeinrichtung (21, 22; 28) in einem Boden, in Seitenwänden, in einem Wehr, einem Damm, einem Überlauf und/oder in einem Deckel des Auslaufelements bzw. der Düse angeordnet oder integriert ist.
Schmelzenaufgabesystem nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Heizeinrichtung (21, 22), insbesondere in Form von Heizstäben (24, 28), in Aussparungen oder Nuten im Boden und/oder im Deckel angeordnet sind.
Schmelzenaufgabesystem nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Heizeinrichtung (24, 28) von keramischen Bauteilen (23, 27) umgeben ist.
Schmelzenaufgabesystem nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Heizstäbe (23, 27) als Carbid-Heizstäbe, insbesondere als Lithiumcarbid- oder als Siliciumcarbid-Heizstäbe, ausgebildet sind.
Schmelzenaufgabesystem nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Heizeinrichtung wenigstens einen Porenbrenner umfasst.
Schmelzenaufgabesystem nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Heizeinrichtung induktive Heizmittel umfasst.