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TECHNISCHES GEBIET
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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum horizontalen Gießen von Metallbändern, sowie ein Verfahren zum horizontalen Gießen von Metallbändern.
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TECHNISCHER HINTERGRUND
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Anlagen zum horizontalen Gießen von Metallbändern sind bekannt. Bei diesen wird das schmelzflüssige Metall aus einem metallurgischen Gefäß auf ein endloses, umlaufendes Förderband aufgebracht und von diesem aus, nach zumindest teilweiser Erstarrung, dem weiteren Bearbeitungsprozess, insbesondere einem weiteren Walzprozess, zugeführt. Hierbei wird zum Gießen von Bändern aus Metall, insbesondere aus Stahl, die Metallschmelze aus einer vorzugsweise der gewünschten Bandbreite entsprechenden Ausgießdüse auf das sich kontinuierlich bewegende, gekühlte Förderband aufgegeben. Die zu realisierenden Gießdicken der resultierenden Metallbänder sind eher dünn und liegen im Bereich von ≤ 40 mm.
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Eine solche Vorrichtung und ein entsprechendes Verfahren sind beispielsweise aus der
EP 0 746 434 B1 oder der
DE 34 23 834 C2 prinzipiell bekannt. Diesen Offenbarungen ist gemein, dass die Metallschmelze, bevorzugt eine Stahlschmelze, auf ein gekühltes Tansportband aufgegeben wird, um eine kontinuierliche Herstellung eines Metallbandes zu ermöglichen.
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Darüber hinaus sind Vorrichtungen zum Messen der jeweiligen Profildicke des gegossenen Metallbandes bekannt, wie beispielsweise in der
WO 2008/110330 A1 beschrieben. Die in dieser Offenbarung beschriebenen Messvorrichtungen arbeiten unter anderem berührungslos mittels Lasermessverfahren.
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Bekannt sind weiterhin radiometrische Messverfahren zur Bestimmung der Banddicke, so wie sie beispielsweise aus der Diskussion in der
EP 0 334 802 B1 bekannt sind.
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Das durch den Gießprozess bei dem horizontalen Bandgießverfahren entstandene Metallband wird in weiteren Prozessschritten einem Walzprozess unterzogen. Bei diesem Walzprozess kann das im Gießprozess erzeugte Metallbandprofil, nämlich beispielsweise das Dickenprofil des Metallbandes quer zur Gießrichtung, also auch quer zur Transportrichtung des Förderbandes, kaum mehr beeinflusst werden. Insbesondere kann eine Keilform des gegossenen Metallbandes, also eine höhere Dicke des Metallbandes an seiner einen Längsseite als an seiner anderen Längsseite, im Walzprozess kaum noch beeinflusst werden und verbleibt entsprechend im Metallband. Diese Keilform des gegossenen Bandes kann in den nachfolgenden Prozessschritten zu erheblichen Problemen aufgrund einer sich ausbildenden Bandkrümmung führen, die zu einer Säbelform des Metallbandes führt. Mit anderen Worten lässt sich ein Fehler, der im Gießprozess entstanden ist, in den nachfolgenden Bearbeitungsschritten, insbesondere dem Walzprozess, nicht mehr beheben. Dies ist unter anderem auch der geringen Gießdicke und dem schellen Erstarren des Vorbandes geschuldet.
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Aufgrund der relativ geringen Banddicken im Bereich von ≤ 40 mm sind entsprechend die zulässigen absoluten Toleranzen bezüglich der Banddickenunterschiede des gegossenen Bandes klein, wenn hochqualitative Metallbänder hergestellt werden sollen. Die zulässigen Banddickenunterschiede liegen dabei in der Größenordnung der Genauigkeit der möglichen Maschinenausrichtung und der thermischen Ausdehnung der Maschinenkomponenten. Entsprechend muss darauf geachtet werden, dass das Metallband auf seinem Weg durch die Erstarrungszone der Gießmaschine optimal ausgerichtet wird und eine Keilform des erstarrten Metallbandes vor den weiteren Bearbeitungsschritten, also des Vorbandes, so gut wie möglich vermieden wird.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
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Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung sowie ein Verfahren anzugeben, mittels welchem eine Verbesserung der Einhaltung der Maßhaltigkeit eines Vorbandprofils beim horizontalen Gießen eines Metallbandes erreicht werden kann.
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Die Aufgabe wird gelöst mittels einer Vorrichtung gemäß Anspruch 1.
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Entsprechend wird eine Vorrichtung zum horizontalen Gießen eines Metallbandes angegeben, die einen im Wesentlichen horizontal ausgerichteten Erstarrungsbereich zur Aufnahme der aus einem metallurgischen Gefäß ausgegebenen Metallschmelze und mindestens eine Messvorrichtung zum Messen des Dickenprofils des Metallbandes umfasst. Erfindungsgemäß sind Ausrichtungsmittel zur Veränderung der horizontalen Ausrichtung des Erstarrungsbereiches vorgesehen.
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Durch das Vorsehen der Messeinrichtung kann das genaue Dickenprofil des Metallbandes in der Erstarrungszone und/oder des bereits erstarrten Metallbandes genau bestimmt werden. Diese genaue Bestimmung des Dickenprofils ist Grundlage für die horizontale Ausrichtung des Erstarrungsbereiches, insbesondere eines Förderbandes, der Vorrichtung zum horizontalen Gießen eines Metallbandes.
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Durch die Möglichkeit der horizontalen Ausrichtung des Erstarrungsbereiches, insbesondere der Ausrichtung bezüglich einer sich quer zur Förderrichtung erstreckenden Ebene um eine sich in Förderrichtung erstreckende Drehachse, kann das Profil des gegossenen Metallbandes im Erstarrungsbereich beeinflusst werden. Insbesondere kann, wenn die Messung durch die Messvorrichtung eine besondere Keilform des Metallbandes ergeben hat, durch entsprechende Erhöhung des Erstarrungsbereiches auf der Seite, auf welcher das zu dicke Bandprofil gemessen wurde, ein Fließen der Metallschmelze zurück in eine derartige Form erreicht werden, dass die noch flüssige Schmelze zukünftig keine Keilform mehr ausbildet, sondern parallele Oberflächen ausbildet.
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Entsprechend liegt der Lösung gemäß der vorliegenden Offenbarung die Überlegung zugrunde, dass die Keiligkeit eines Metallbandprofils beim Bandgießen insbesondere durch die horizontale Ausrichtung des Erstarrungsbereiches der Gießmaschine bestimmt wird. Durch die weiteren auf das noch schmelzflüssige oder bereits teilerstarrte Metallband wirkenden Komponenten, wie beispielsweise Gasdüsen, elektromagnetische Bremsen, Rollen etc., wird die Schmelze in dem Erstarrungsbereich entsprechend verteilt. Unter idealen Bedingungen führt eine exakt horizontale Ausrichtung des Erstarrungsbereiches zu einer optimalen Form des Vorbandes. Durch die Form der Ausgabeöffnung des metallurgischen Gefäßes und durch die übrigen Komponenten, die zum Schmelzetransport verwendet werden, also beispielsweise die Gasdüsen, die elektromagnetischen Bremsen oder die Rollen, kann im Erstarrungsbereich allerdings eine inhomogene Schmelzeverteilung auftreten. Diese inhomogene Verteilung kann beispielsweise aufgrund von Inhomogenitäten der durch die Gasdüsen oder elektromagnetischen Bremsen auf die Schmelze aufgebrachten Felder erzeugt worden sein. Diese Inhomogenitäten können durch eine Orientierung des Erstarrungsbereiches in einer von der perfekten horizontalen Lage abweichenden Ausrichtung ausgeglichen werden, um schließlich eine Parallelität der Metallbandoberfläche und der Metallbandunterseite zueinander zu erreichen. Mit anderen Worten sind die Ausrichtungsmittel zur selektiven Ausrichtung der horizontalen Orientierung des Erstarrungsbereiches der Gießmaschine bzw. anderer, mit der Metallbandunterseite in Kontakt stehender Bauteile um eine sich in Gießrichtung erstreckenden Achse dazu vorgesehen, die entsprechenden Bauteile so auszurichten, dass die Metallschmelze im Erstarrungsbereich so fließt, dass parallele Oberflächen des Vorbandes erreicht werden.
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In manchen Anwendungen kann es aber auch erwünscht sein, tatsächlich eine Keiligkeit in das Metallband einzuprägen, was mittels der Ausrichtungsmittel zur Ausrichtung der horizontalen Orientierung des Erstarrungsbereiches ebenfalls problemlos möglich ist.
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Bevorzugt ist der Erstarrungsbereich als umlaufendes Förderband, das insbesondere gekühlt ist, ausgebildet. Die Ausrichtungsmittel können als selektive Höhenverstellung des Erstarrungsbereiches derart vorgesehen sein, dass eine Ausrichtung des Erstarrungsbereiches quer zur Förderrichtung vorgenommen werden kann. Hierzu können beispielsweise an mindestens einem Lagerbereich und/oder mindestens einem Lagerpunkt eines Maschinenrahmens des Erstarrungsbereiches Höhenverstellungen vorgesehen sind. Insbesondere kann die selektive Höhenverstellung an mindestens einem Lagerpunkt einer Umlenkrolle eines Förderbandes vorgesehen sein. In einer Variante ist der Erstarrungsbereich an seiner einen Längsseite an einer Drehachse gelagert, und ist an der anderen Längsseite mittels der Ausrichtungsmittel in seiner Höhe so verstellbar, dass eine Änderung der horizontalen Ausrichtung des Erstarrungsbereiches quer zur Förderrichtung erreicht wird. Die Ausrichtungsmittel sind bevorzugt durch lineare Verstellungen, Keilverstellungen, und/oder durch exzentrische Verstellungen ausgeprägt, können elektrisch oder hydraulisch betrieben werden.
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In einer bevorzugten Ausführungsform ermöglicht die Messvorrichtung eine kontinuierliche Profilmessung über die Breite des Metallbandes hinweg. Es kann aber auch eine punktuelle Messung der Banddicke an mindestens zwei Stellen entlang der Bandbreite vorgenommen werden.
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Eine Regelungs- oder Steuerungsvorrichtung zum Rückkoppeln des von der Messvorrichtung gemessenen Profils des Metallbandes auf die jeweiligen Ausrichtungsmittel kann vorgesehen sein, um den Prozess der Ausrichtung des Erstarrungsbereiches weitgehend automatisieren zu können. Die Steuervorrichtung weist entsprechende Mittel auf, mittels derer aus dem durch das Messmittel gemessenen Bandprofil entsprechende Steuerbefehle für die Ausrichtungsmittel des Erstarrungsbereiches erzeugt werden können. Wenn beispielsweise die Messvorrichtung misst, dass das Metallprofil auf der in Förderrichtung gesehenen linken Seite zu dick ist, wird sie einen Steuerbefehl an die auf der linken Seite des Erstarrungsbereiches angeordneten Ausrichtungsmittel ausgeben, wodurch diese Seite leicht erhöht wird. Oder sie wird in dem gleichen Fall einen Befehl ausgeben, in dem mittels der auf der rechten Seite angeordneten Ausrichtungsmittel der Erstarrungsbereich auf dieser Seite leicht abgesenkt wird. Oder sie wird einen kombinierten Befehl ausgeben, also auf der einen Seite anheben und auf der anderen Seite absenken, um die Mittenachse des Erstarrungsbereiches auf der gleichen Ebene zu halten, um damit die Metallbanddicke auf einem gewünschten Wert halten zu können.
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Die Ausrichtungsmittel können je nach Anforderungen hydraulisch oder elektrisch oder mechanisch ausgeführt sein, beispielsweise entweder durch Hydraulikzylinder, durch einen direkten elektromotorischen Antrieb, über Exzenter, über eine Schubstange, eine Keilvorrichtung etc.
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Wesentlich ist, dass die Mittel dazu geeignet sind, den Erstarrungsbereich und/oder andere Komponenten der Gießmaschine derart bezüglich ihrer Horizontallage zu verstellen, dass eine Ausrichtung der jeweiligen Maschinenkomponenten bezüglich ihrer horizontalen Ausrichtung und insbesondere auch quer zur Gießrichtung möglich ist.
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Durch das Vorsehen der Mittel zur Ausrichtung ist es weiterhin möglich, auch während des Gießprozesses Justagen der Anlage derart durchzuführen, dass die horizontale Ausrichtung des Erstarrungsbereiches in einer gewünschten Form ausgeführt wird, um ein geeignetes Bandprofil zu erzeugen.
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Vorteilhaft ist weiterhin, mehr als eine Messvorrichtung zu verwenden, beispielsweise zwei Messvorrichtungen, um den Fortschritt der Maßnahmen bezüglich der Höhenverstellung an unterschiedlichen Positionen innerhalb des Erstarrungsbereiches oder am Ende des Erstarrungsbereiches kontrollieren zu können.
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Bezüglich des Erstarrungsbereiches ist es weiterhin vorteilhaft, wenn die Ausrichtungsmittel zur Höhenverstellung nur entweder am stromaufwärts gelegenen Ende oder am stromabwärts gelegenen Ende des Förderbandes vorliegen. Wenn beispielsweise nur am stromabwärts gelegenen Ende eines Erstarrungsbereiches, also beispielsweise an der stromabwärts gelegenen Umlenkrolle des Förderbandes, eine Veränderung der Höhe quer zur Gießrichtung vorgenommen wird, entsteht eine leichte Verwindung innerhalb des Erstarrungsbereiches, welche zu einem vorteilhaften Fließen des Metalls, beispielsweise in einen zentralen Bereich des Erstarrungsbereiches führen kann. Auf diese Weise kann nicht nur eine Keilform in dem Profil des gegossenen Metallbandes korrigiert werden, sondern auch beispielsweise ein Profil, in welchem im mittleren Bereich des Bandes eine leichte Eindellung, also ein zu dünner Bereich, vorliegt. Eine solche Schmelzenverteilung kann beispielsweise durch den zu starken Einsatz eines elektromagnetischen Querrührers auftreten, welcher entsprechend eine Überhöhung der Randbereiche bewirkt.
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Die Aufgabe wird auch durch ein Verfahren zum kontinuierlichen horizontalen Gießen eines Metallbandes mittels einer Bandgießanlage gelöst, welche einen Erstarrungsbereich und eine Messvorrichtung zur Messung des Dickenprofils des Metallbandes umfasst. Erfindungsgemäß wird die horizontale Ausrichtung des Erstarrungsbereiches quer zur Förderrichtung in Reaktion auf die Messung der Messvorrichtung mittels auf den Erstarrungsbereich wirkenden Ausrichtungsmitteln ausgerichtet.
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In dem Verfahren ist wesentlich, dass aufgrund des von der Messvorrichtung gemessenen Profils des gegossenen Metallbandes die Justage der horizontalen Ausrichtung des Erstarrungsbereiches, insbesondere um eine Achse, die sich längs der Förderrichtung erstreckt durchgeführt werden kann. Vorteilhaft ist dieser Prozess automatisiert, es handelt sich also vorteilhaft um eine Steuerung der Ausrichtungsmittel zur Höhenverstellung der einzelnen Komponenten der Gießanlage, insbesondere des Erstarrungsbereiches, in Antwort auf die Profilmessung.
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KURZE BESCHREIBUNG DER FIGUREN
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1 zeigt schematisch eine Seitenansicht einer Vorrichtung zum Bandgießen; und
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2 zeigt eine schematische Schnittdarstellung entlang der Linie A-A der 1.
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AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER FIGUREN
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Im Folgenden wird die vorliegende Offenbarung auf Grundlage der Zeichnungen der Figuren noch ausführlicher beschrieben werden. Hierbei werden gleiche Elemente in den Figuren mit gleichen Bezugszeichen versehen und teilweise wird auf wiederholte Beschreibung der jeweiligen Elemente verzichtet.
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1 zeigt schematisch eine Gießvorrichtung 100 zum kontinuierlichen Herstellen eines Metallbandes 3. Hierzu wird die Metallschmelze aus einem metallurgischen Gefäß 1 auf einen Erstarrungsbereich in Form eines endlosen Förderbandes 4 aufgebracht. Das Förderband 4 wird dabei so gekühlt, dass das Metallband 3 nach Verlassen des Förderbandes 4 im Wesentlichen so erstarrt ist, dass es für die Weiterverarbeitung geeignet ist. Das Förderband 4 verläuft über eine stromabwärts gelegene Umlenkrolle 6 und über eine stromaufwärts gelegene Umlenkrolle 6'. Das Förderband 4 sowie die Umlenkrollen 6, 6' sind an einem Maschinenrahmen 9 gelagert. Das Förderband 4 ist im Bereich des Aufbringens der Metallschmelze mit einer Förderbandunterstützung 10 derart versehen, dass ein Durchdrücken oder Durchhängen des Förderbandes 4 weitgehend verhindert wird und dass das Förderband 4 im Wesentlichen eine definierte plane Oberfläche darbietet, auf welcher die Metallschmelze aus dem metallurgischen Gefäß 1 aufgebracht werden kann.
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In dem in 1 gezeigten Ausführungsbeispiel der Gießvorrichtung 100 sind zwei Messvorrichtungen 2, 2' zur Messung des Dickenprofils des Metallbandes 3 vorgesehen. Die erste Messvorrichtung 2 ist dabei im Bereich des Förderbandes 4 vorgesehen und die zweite Messvorrichtung 2 stromabwärts davon in einem Bereich, in welchem das Metallband 3 bereits im Wesentlichen erstarrt ist.
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Der Maschinenrahmen 9 bzw. die Lagerung der Umlenkrollen 6, 6' sind mit Ausrichtungsmitteln zur Einstellung der horizontalen Ausrichtung des Erstarrungsbereiches versehen. Die Ausrichtungsmittel sind in Form einer Höhenverstellung 8–8''''' vorgesehen, welche die horizontale Ausrichtung des Förderbandes 4 beeinflussen können und das Förderband insbesondere um eine sich in Förderrichtung erstreckende Achse neigen.
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Wie aus 2 unmittelbar erkennbar, kann durch die Mittel zur Höhenverstellung 8–8''''' die horizontale Ausrichtung des Förderbandes 4 bezüglich der horizontalen Ebene 5, also des Bodens, beeinflusst werden. Insbesondere kann die Ausrichtung des Förderbandes 4 entlang der Achse 7 der Umlenkrolle 6 variiert werden. Durch das Vorsehen der Höhenverstellungen an sämtlichen Achslagerungen der Umlenkrollen 6, 6' sowie an sämtlichen Bodenlagern des Maschinenrahmens 9 kann das Förderband 4 bezüglich der horizontalen Ebene 5 beliebig in seiner Orientierung verstellt werden. Beispielsweise ist es denkbar, das stromabwärts gelegene Ende des Transportbandes 4 durch Erhöhung beider Achslager der Umlenkrolle 6 zu erhöhen. Weiterhin ist es denkbar, durch Absenken des auf der in Transportrichtung linken Seite und Erhöhen der in Transportrichtung rechten Seite der Achslager der Umlenkrolle 6 zu erreichen, dass die in 2 gezeigte schräge Ausrichtung der Ebene des Förderbandes 4 bezüglich der horizontalen Ebene 5 erreicht wird.
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In 2 ist in diesem Zusammenhang beispielsweise gezeigt, dass das Metallband 3 bei solch einer Ausrichtung eine keilförmige Form quer zur Transportrichtung annimmt, also auf der erhöhten Seite des Förderbandes 4 dünner ist, als auf der niedrigeren Seite des Förderbandes 4.
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Die gleichen Manipulationen können selbstverständlich auch an der stromaufwärts gelegenen Seite des Förderbandes 4 im Bereich der Umlenkrolle 6' durchgeführt werden.
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Bezüglich der Höhenverstellungen 8–8''''' können hier die für die entsprechende Umgebung geeigneten Mittel gewählt werden. In den Figuren sind schematisch exzentrische Aufhängungen gezeigt, welche durch entsprechende Rotation eine Höhenverstellung erlauben. Es ist aber auch denkbar, in diesem Bereich Hydraulikzylinder zu verwenden, elektromotorische Antriebe oder andere mechanische Stellvorrichtungen.
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Bezüglich der Höhenverstellungen 8–8''''' ist es selbstverständlich auch denkbar, diese Mittel nur auf einer Seite des Förderbandes 4 vorzusehen, und die andere Seite des Förderbandes lediglich mit einer Drehachse zu lagern, so dass eine Veränderung der horizontalen Orientierung des Förderbandes 4 durch Anheben oder Absenken der Seite erreicht wird, auf welcher die Höhenverstellungen vorgesehen sind.
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Wenn Höhenverstellungen 8–8''''' auf beiden Seiten des Förderbandes 4 vorgesehen sind, ist neben einer einfachen Änderung der horizontalen Ausrichtung des Förderbandes 4 ebenso eine Änderung der Höhenausrichtung bezüglich des metallurgischen Gefäßes möglich. Weiterhin kann die Fließbewegung der Metallschmelze beispielsweise dadurch beeinflusst werden, dass die stromabwärts gelegene Seite des Förderbandes 4 höher gelegt wird oder tiefer gelegt wird, als der Austrittsbereich des metallurgischen Gefäßes 1.
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Das Bandprofil kann mittels der Messvorrichtungen 2, 2' als kontinuierliches Profil über die gesamte Breite des Metallbandes 3 hinweg gemessen werden, oder es kann eine punktuelle Messung der Banddicke an zwei Stellen der Bandbreite vorgenommen werden.
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Mittels einer nicht gezeigten Regeleinrichtung beziehungsweise einer Steuereinrichtung kann die Ausrichtung der horizontalen Ausrichtung des Erstarrungsbereiches weitgehend automatisiert werden. Insbesondere wird hier das durch die Messvorrichtung gemessene Dickenprofil des gegossenen Metallbandes als Grundlage für die erforderliche Steuerung oder Regelung herangezogen. Auf Grundlage eines Vergleichs des gewünschten Dickenprofils mit dem gemessenen Dickenprofil werden entsprechende Steuerbefehle erzeugt, mittels derer die horizontale Ausrichtung des Erstarrungsbereiches entsprechend so vorgenommen werden kann, dass das gewünschte Dickenprofil erreicht wird.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Metallurgisches Gefäß
- 2, 2'
- Messvorrichtung zur Dickenprofilmessung
- 3
- Metallband
- 4
- Erstarrungsbereich in Form eines Förderbandes
- 5
- Horizontale Ebene (Boden)
- 6, 6'
- Umlenkrolle des Förderbandes
- 7
- Drehachse der Umlenkrolle
- 8–8'''''
- Ausrichtungsmittel in Form einer Höhenverstellung
- 9
- Maschinenrahmen
- 10
- Förderbandunterstützung
- 100
- Vorrichtung zum horizontalen Gießen
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- EP 0746434 B1 [0003]
- DE 3423834 C2 [0003]
- WO 2008/110330 A1 [0004]
- EP 0334802 B1 [0005]
