DE10201175B4

DE10201175B4 - Verfahren und Vorrichtung zum Beschichten eines Bandes aus Stahl, insbesondere aus Kohlenstoffstahl, mit ankristallisierbaren Anteilen aus Stahlschmelze

Info

Publication number: DE10201175B4
Application number: DE10201175A
Authority: DE
Inventors: Fritz-Peter Prof.Dr. Pleschiutschnigg
Original assignee: SMS Demag AG
Current assignee: SMS Siemag AG
Priority date: 2001-02-27
Filing date: 2002-01-15
Publication date: 2005-07-14
Anticipated expiration: 2022-01-16
Also published as: DE10201175A1

Abstract

Verfahren zum Beschichten eines Bandes (1) aus Stahl, insbesondere aus Kohlenstoffstahl, mit ankristallisierbaren Anteilen (2, 2') aus Stahlschmelze (5) bei dessen Durchlauf durch ein in einem Schmelzenbehälter (3) vorhandenes Bad (5) aus Stahlschmelze, wobei das Band (1) mit kontrollierter Temperatur und Geschwindigkeit von unten her durch eine Bodenöffnung (10) des Schmelzenbehälters (3) in das Schmelzbad (5) gefördert und mit ankristallisierten Schichten (2, 2') nach Austritt aus dem Schmelzbad (5) im Durchlauf durch wenigstens ein Paar Glättrollen (6, 6') geglättet wird, dadurch gekennzeichnet, dass unterhalb der Bodenöffnung (10) wenigstens zwei stromdurchflossene Spulen (15, 16) zur Erzeugung wenigstens zweier elektromagnetischen Felder angeordnet werden, wobei die obere Spule (15) ein Magnetfeld erzeugt zum Kompensieren des ferrostatischen Drucks der Schmelze (13) in der Bodenöffenung (10) des Schmelzenbehälters (3), während die untere Spule (16) mit ihrem Magnetfeld für eine konzentrische Führung des Trägerbandes (1) beim Durchtritt durch die Bodenöffnung (10) sorgt und dass das...

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Beschichten eines Bandes aus Stahl, insbesondere aus Kohlenstoffstahl, mit ankristallisierbaren Anteilen aus Stahlschmelze bei dessen Durchlauf durch ein in einem Schmelzenbehälter vorhandenes Bad aus Stahlschmelze, wobei das Band mit kontrollierter Temperatur und Geschwindigkeit von unten her durch eine Bodenöffnung des Schmelzenbehälters in das Schmelzbad gefördert und mit ankristallisierten Schichten nach Austritt aus dem Schmelzbad im Durchlauf durch wenigstens ein Paar Glättrollen geglättet wird. Die Erfindung betrifft auch eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.

Aus den Veröffentlichungen DE 196 38 905 C1 und DE 196 38 906 C1 ist eine zur Zeit in Entwicklung befindliche Technologie, das sogenannte Inversionsgießen sowie das Beschichten von Bandmaterial aus Kohlenstoffstahl bekannt.

Bei beiden Verfahren wird Bandmaterial aus Stahl durch den Boden eines Schmelzenbehälters sowie durch die Schmelze mit einem Walzenbandantrieb mit Hilfe von Antriebsrollen gefördert. Das Band wird im Falle des Inversionsgießens mit der Stahlschmelze in einer drei- bis siebenfachen Dicke des Bandes beschichtet und über ein Glättrollenpaar geführt und dabei geglättet.

Für die Beschichtung wird das Band beispielsweise auf 700°C vorgeheizt, und mit einer Stahlschmelze von Rostfrei-Qualität mit Anteilen von Ferrit oder Austenit in einer Dicke von 5 bis 30 % der Banddicke versehen.

In beiden Fällen wird das Band mit einer Dicke von 0,5 und 10 mm sowie mit einer Breite zwischen 100 und 2000 mm durch einen Bodendurchlaß und anschließend durch die Schmelze in kontrollierter Höhe mit einer Geschwindigkeit zwischen 0 und 200 m/min zur Kontrolle der Kontaktzeit des Bandes mit der Schmelze geführt.

Das Verfahren unterscheidet sich wesentlich vom Feuerverzinken von Bandmaterial aus Kohlenstoffstahl dadurch, daß es sich um ein Stahlband handelt, welches durch eine Stahlschmelze mit bestimmten Temperaturen zeitkontrolliert geführt wird, um ein Aufschmelzen des Bandes zu vermeiden. Im Falle der Verzinkung liegt die Stahltemperatur des Stahlbandes, die ca. 1500°C beträgt, weit oberhalb des Zinkbades mit einer Liquidustemperatur von ca. 800°C. Dabei ist ein Aufschmelzen des Trägerbandes aus Stahl nicht möglich.

Nach den vorgenannten Dokumentationen wird bei dem sogenannten Inversionsgießen bzw. Beschichten von Bandmaterial aus Kohlenstoffstahl die Sicherstellung eines direkten Bodendurchtritts durch den die Stahlschmelze enthaltenden Behälter bisher über die Badbewegung in Verbindung mit der Oberflächenspannung des Stahles, die sich am Bodeneintritt aufbaut, realisiert. Das hierzu erforderliche Betriebsfenster ist jedoch relativ klein und wird bestimmt von den Prozeßgrößen

– Bandgeschwindigkeit
– Spannspalt zwischen Band und Bodendurchlaß
– Oberflächenspannung des Stahls, die eine Funktion von Stahlgüte und Temperatur ist.

Ausgehend vom vorgenannten Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, das bekannte Verfahren und die entsprechende Vorrichtung zu verbessern und sicherer zu gestalten, und insbesondere deren Funktionsabhängigkeit von Betriebsparametern wie Spaltabmessung, Bandgeschwindigkeit, Oberflächenspannung der Stahlqualität beim Bodeneintritt des Stahlbandes in ein Schmelzbad zu vermindern, um dadurch größere Spielräume bei der Banddurchführung zu ermöglichen und den Betrieb zu stabilisieren, sowie eine sichere Abdichtung des Bodendurchtritts und eine Zentrierung des Stahlbandes in zwei horizontalen Achsen x und y, d. h. in Dickenrichtung und Breitenrichtung des Bandes zu gewährleisten.

Zur Lösung der Aufgabe wird bei einem Verfahren zum Beschichten eines Bandes aus Stahl der im Oberbegriff von Anspruch 1 genannten Art mit der Erfindung vorgeschlagen, dass unterhalb der Bodenöffnung wenigstens zwei stromdurchflossene Spulen zur Erzeugung wenigstens zweier elektromagnetischer Felder angeordnet werden, wobei die obere Spule ein Magnetfeld erzeugt zum Kompensieren des ferrostatischen Drucks der Schmelze in der Bodenöffnung des Schmelzenbehälters, während die untere Spule mit ihrem Magnetfeld für eine konzentrische Führung des Trägerbandes beim Durchtritt durch die Bodenöffnung sorgt und dass das Trägerband unterhalb der Spulen von einem regelbaren Walzenbandantrieb durch die Bodenöffnung hindurch und durch das Schmelzband gefördert wird.

Damit ist die sensible Abhängigkeit des Verfahrens von den Parametern des engen Betriebsfensters praktisch aufgehoben und in folge größerer Spielräume bei der Funktion ist der Ablauf des Betriebes sicher stabilisiert. Die Führung des Bandes und die Einhaltung von dessen zentraler Position in der Bodenöffnung wird berührungslos durch die elektromagnetischen Felder stabilisiert.

Damit wird erreicht, daß das Band mit allseitigem Abstand unter Ausbildung eines Ringspaltes durch die Bodenöffnung des Schmelzenbehälters geführt wird.

Weitere Ausgestaltungen des Verfahrens sehen vor, daß Verfahrensparameter wie:

– Temperatur der Schmelze
– Badhöhe zwischen Behälterboden und Badspiegel,
– Materialqualität der Schmelze überwacht und konstant gehalten werden.

Weitere Ausgestaltungen des Verfahrens sind dadurch gekennzeichnet, daß die Fördergeschwindigkeit des Trägerbandes mit Hilfe des Walzenbandantriebes nach Maßgabe des erwünschten Ankristallisationsergebnisses eingeregelt und anschließend konstant gehalten wird.

Dabei kann auch von der Maßnahme Gebrauch gemacht sein, daß das Beschichtungsmaterial eine andere metallurgische Qualität besitzt, als das Trägerband, und beispielsweise einer Edelstahlqualität oder einer Qualität mit vergleichsweise höheren Gehalten an Ferrit/Perlit oder an Austenit entspricht.

Weiterhin sieht das Verfahren nach der Erfindung vor, daß die Dicke der Ankristillationsschicht laufend oder intermitierend abgetastet und nach dem dabei ermittelten Ergebnis die Antriebs-Geschwindigkeit des Trägerbandes mit Hilfe des Walzen-Bandantriebes eingeregelt wird.

Und schließlich ist mit dem erfindungsgemäßen Verfahren vorgesehen, daß die Temperatur des in den Behälterboden einlaufenden Trägerbandes laufend überwacht und konstant gehalten wird.

Eine Vorrichtung zum Beschichten eines Trägerbandes aus Stahl, insbesondere aus Kohlenstoffstahl, mit ankristallisierbaren Schichten aus Stahl, umfassend einen Schmelzenbehälter mit Feuerfest-Auskleidung und einen darüber liegenden Verteiler mit Mitteln z. B. einem Tauchgießrohr, zum regelbaren Zuteilen von Stahlschmelze unter Ausgleich von deren Entnahme aus dem Schmelzenbehälter, insbesondere zur Durchführung des Verfahrens nach der Erfindung, ist dadurch gekennzeichnet, daß der Schmelzenbehälter einen Bodendurchlass und diesem zugeordnet wenigstens zwei stromdurchflossene Spulen zur Erzeugung wenigstens zweier elektromagnetischer Felder aufweist, wobei die obere Spule ein Magnetfeld zum Kompensieren des ferrostatischen Drucks der Schmelze im Bodendurchlass des Schmelzenbehälters aufspannt, während die untere Spule mit einem Magnetfeld für eine konzentrische Führung des Trägerbandes beim Durchtritt durch den Bodendurchlass sorgt und dass unterhalb der Spulen ein Walzenbandantrieb zur Förderung des Trägerbandes durch die Schmelze hindurch angeordnet ist und mit Mitteln zur Regelung der Fördergeschwindigkeit nach Maßgabe der erwünschten Dicke der Ankristallisationsschicht am austretenden Trägerband ausgestattet ist.

Weitere Ausgestaltungen der Vorrichtung sind entsprechend den Unteransprüchen vorgesehen.

Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachstehenden Erläuterung eines in den Zeichnungen schematisch dargestellten Ausführungsbeispieles.

Die 1 zeigt sowohl einen Verfahrens- als auch -Vorrichtungsstammbaum nach der Erfindung.
Danach beschreibt die Erfindung ein Verfahren zur Beschichtung eines Bandes 1 aus Stahl, insbesondere aus Kohlenstoffstahl, mit ankristallisierbaren Anteilen 2, 2' aus Stahlschmelze 5 bei dessen Durchlauf durch das in einem Schmelzenbehälter 3 vorhandene Bad 5 aus Stahlschmelze. Das Stahlband 1 wird mit kontrollierter Temperatur und Geschwindigkeit von unten her durch die Bodenöffnung 10 des Schmelzenbehälters 3 in das Schmelzbad 5 gefördert und ist mit ankristallisierten Schichten 2, 2' nach Austritt aus dem Schmelzbad 5 im Durchlauf durch wenigstens ein Paar Glättrollen 6, 6' versehen.
Erfindungsgemäß wird der ferrostatische Druck der Schmelze 5 im Bereich der Bodenöffnung 10 durch einen diesem entgegenwirkendes elektromagnetisches Feld kompensiert. Damit entfällt dann unter Stabilisierung des Verfahrens die hoch sensible Abhängigkeit von einem kleinen Betriebsfenster. Mit großem Vorteil werden größere Spielräume bei der Durchführung des Betriebes ermöglicht.
Die Führung des Bandes 1 und die Einhaltung von dessen zentraler Position in der Bodenöffnung 10 wird berührungslos durch elektromagnetische Felder stabilisiert.
Dadurch wird erreicht, daß das Band mit allseitigem Abstand unter Ausbildung eines gleichartigen Ringspaltes 9 durch die Bodenöffnung 10 des Schmelzenbehälters 5 geführt wird und mit einem unterhalb der Bodenöffnung 10 angeordneten Walzenbandantrieb 11 durch die Bodenöffnung 10 hindurch und durch das Schmelzbad 5 sicher gefördert wird.
Dabei werden Verfahrensparameter wie:

– Temperatur T der Schmelze,
– Badhöhe H zwischen Behälterboden 7 und Badspiegel 8,
– Materialqualität der Schmelze 5

Weiterhin wird die Fördergeschwindigkeit des Trägerbandes 1 mit Hilfe des Walzenbandantriebes 11 nach Maßgabe des erwünschten Ankristillationsergebnisses 14 eingeregelt und anschließend konstant gehalten.
Das Beschichtungsmaterial kann eine andere metallurgische Qualität besitzten, als das Trägerband 1. Dieses kann beispielsweise einer Edelstahlqualität oder einer Qualität mit vergleichsweise höheren Gehalten an Ferrit/Perlit oder an Austenit entsprechen.
Die Dicke der Ankristallisationsschicht 2 wird laufend oder intermitierend abgetastet und es wird nach dem dabei ermittelten Ergebnis die Antriebs-Geschwindigkeit des Trägerbandes 1 mit Hilfe des Walzen-Bandantriebes 11 eingeregelt. Ferner wird die Temperatur T₁ des in den Behälterbodens 7 einlaufenden Trägerbandes laufend überwacht und konstant gehalten.
Die gezeigte Vorrichtung zum Beschichten eines Trägerbandes 1 aus Stahl, insbesondere aus Kohlenstoffstahl, mit ankristallisierbaren Schichten 2, 2' aus Stahl, umfaßt einen Schmelzbehälter 3 mit Feuerfest-Auskleidung. Ferner ist ein darüber liegender Verteiler 4 mit einem Tauchgießrohr 12, zum regelbaren Zuteilen von Stahlschmelz 13 unter Ausgleich von deren Entnahme aus dem Schmelzenbehälter 3 zu sehen. Der Schmelzenbehälter 3 weist einen Bodendurchlaß 10 und diesem zugeordnet wenigstens zwei stromdurchflossene Spulen 15, 16 zur Erzeugung zweier elektromagnetischer Felder auf. Darunter ist ein Walzenbandantrieb 11 zur Förderung des Trägerbandes 1 durch die Schmelze 13 hindurch angeordnet und mit Mitteln 14 zur Regelung der Fördergeschwindigkeit nach Maßgabe der erwünschten Dicke der Ankristallisationsschicht 2, 2' am austretenden Trägerband 1.1 ausgestattet.
Die obere Spule 15 erzeugt ein Magnetfeld zum Kompensieren des ferrostatischen Drucks der Schmelze 13 im Bodendurchlaß 10 des Schmelzenbehälters, während die untere Spule 16 mit ihrem Magnetfeld für eine konzentrische Führung des Trägerbandes 1 beim Durchtritt durch den Bodendurchlaß 10 sorgt.
Die Dicke der Beschichtung 2, 2' am Trägerband 1.1 nach dessen Austritt aus dem Schmelzenbad 5 wird bevorzugt laufend gemessen und in Geschwindigkeitsimpulse umgesetzt, wobei diese dem Walzenbandantrieb 11 aufgeschaltet werden.
Der Schmelzenbehälter 3 wird aus einem Verteiler 4 mengenregelbar durch einen Zuteiler 18 und ein Tauchgießrohr 12 mit Schmelze 13 bis zum konstanten Schmelzenspiegel 8 gefüllt und wird nach Maßgabe eines Regelimpulses H des Induktionsgebers 17 konstant gefüllt gehalten.
Dem Schmelzenbehälter 3 ist zum Abbau von Turbulenzen bzw. von die Ankristallisation von Materialschichten 2, 2' störenden Strömungszuständen in dem Schmelzbad 5 eine Strömungsberuhigungswand 19 nach Art eines Stauwehres zugeordnet. Damit wird ein gleichmäßiges Anwachsen von Kristallisationsmaterial 2, 2' am Trägerband 1, 1.1 sichergestellt.

1: Trägerband
2: Schicht
3: Schmelzenbehälter
4: Verteiler
5: Schmelzbad
6: Glättrollen
7: Behälterboden
8: Spiegel des Schmelzbades
9: Ringspalt
10: Bodendurchlass
11: Walzenbandantrieb
12: Tauchgießrohr
13: Stahlschmelze
14: Mittel zur Regelung der Fördergeschwindigkeit
15: Spule
16: Spule
17: Induktionsgeber
18: Zuteiler

Claims

Verfahren zum Beschichten eines Bandes (1) aus Stahl, insbesondere aus Kohlenstoffstahl, mit ankristallisierbaren Anteilen (2, 2') aus Stahlschmelze (5) bei dessen Durchlauf durch ein in einem Schmelzenbehälter (3) vorhandenes Bad (5) aus Stahlschmelze, wobei das Band (1) mit kontrollierter Temperatur und Geschwindigkeit von unten her durch eine Bodenöffnung (10) des Schmelzenbehälters (3) in das Schmelzbad (5) gefördert und mit ankristallisierten Schichten (2, 2') nach Austritt aus dem Schmelzbad (5) im Durchlauf durch wenigstens ein Paar Glättrollen (6, 6') geglättet wird, dadurch gekennzeichnet, dass unterhalb der Bodenöffnung (10) wenigstens zwei stromdurchflossene Spulen (15, 16) zur Erzeugung wenigstens zweier elektromagnetischen Felder angeordnet werden, wobei die obere Spule (15) ein Magnetfeld erzeugt zum Kompensieren des ferrostatischen Drucks der Schmelze (13) in der Bodenöffenung (10) des Schmelzenbehälters (3), während die untere Spule (16) mit ihrem Magnetfeld für eine konzentrische Führung des Trägerbandes (1) beim Durchtritt durch die Bodenöffnung (10) sorgt und dass das Trägerband (1) unterhalb der Spulen (15, 16) von einem regelbaren Walzenbandantrieb (11) durch die Bodenöffnung (10) hindurch und durch das Schmelzband (5) gefördert wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Fördergeschwindigkeit des Trägerbandes mit Hilfe des Walzen-Bandantriebes (11) nach Maßgabe des erwünschten Ankristallisationsergebnisses (14) eingeregelt und anschließend konstant gehalten wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Dicke der Ankristallisationsschicht (2) laufend oder intermitierend abgetastet und nach dem dabei ermittelten Ergebnis die Antriebs-Geschwindigkeit des Trägerbandes (1) mit Hilfe des Walzen-Bandantriebes (11) eingeregelt wird.
Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1, bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperatur (T₁) des in den Behälterboden (7) einlaufenden Trägerbandes laufend überwacht und konstant gehalten wird.
Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass Verfahrensparameter wie: – Temperatur (T) der Schmelze, – Badhöhe (H) zwischen Behälterboden (7) und Badspiegel (8), – Materialqualität der Schmelze (5) überwacht und konstant gehalten werden.
Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Beschichtungsmaterial eine andere metallurgische Qualität besitzt, als das Trägerband (1), und beispielsweise einer Edelstahlqualität oder einer Qualität mit vergleichsweise höheren Gehalten an Ferrit/Perlit oder an Austenit entspricht.
Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Dicke der Beschichtung (2) am Trägerband (1.1) nach dessen Austritt aus dem Schmelzbad (5) bevorzugt laufend gemessen und in Geschwindigkeitsimpulse umgewandelt und diese auf den Walzenbandantrieb (11) aufgeschaltet werden.
Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Schmelzenbehälter (3) aus einem Verteiler (4) mengenregelbar durch einen Zuteiler (18) und ein Tauchgiessrohr (12) mit Schmelze (13) bis zum konstanten Schmelzenspiegel (8) nach Maßgabe eines Regelimpulses (H) des Induktionsgebers (17) konstant gefüllt gehalten wird.
Vorrichtung zum Beschichten eines Trägerbandes (1) aus Stahl, insbesondere aus Kohlenstoffstahl, mit einer ankristallisierbaren Schicht (2) aus Stahl, umfassend einen Schmelzenbehälter (3) mit Feuerfest-Auskleidung und einen darüberliegenden Verteiler (4) mit Mitteln, z. B. einem Tauchgiessrohr (12), zum regelbaren Zuteilen von Stahlschmelze (13) unter Ausgleich von deren Entnahme aus dem Schmelzenbehälter (3), zur Durchführung des Verfahrens nach der Erfindung, dadurch gekennzeichnet, dass der Schmelzenbehälter (3 ) einen Bodendurchlass (10) und diesem zugeordnet wenigstens zwei stromdurchflossene Spulen (15, 16) zur Erzeugung wenigstens zweier elektromagnetischer Felder aufweist, wobei die obe re Spule (15) ein Magnetfeld zum Kompensieren des ferrostatischen Drucks der Schmelze (13) im Bodendurchlass (10) des Schmelzenbehälters (3) aufspannt, während die untere Spule (16) mit einem Magnetfeld für eine konzentrische Führung des Trägerbandes (1) beim Durchtritt durch den Bodendurchlass (10) sorgt und dass unterhalb der Spulen (15, 16) ein Walzenbandantrieb (11) zur Förderung des Trägerbandes (1) durch die, Schmelze (13) hindurch angeordnet ist und mit Mitteln (14) zur Regelung der Fördergeschwindigkeit nach Maßgabe der erwünschten Dicke der Ankristallisationsschicht (2) am austretenden Trägerband (1.1) ausgestattet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass dem Schmelzenbehälter (3) zum Abbau von Turbulenzen bzw. die Ankristallisation von Materialschichten (2, 2') störenden Strömungszuständen in dem Schmelzbad (5) eine Strömungsberuhigungswand (19) nach Art eines Stauwehres zugeordnet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass dem Verteiler (4) ein die Schmelze mengenregelnder Zuteiler zugeordnet ist, der mit einem den Schmelzenspiegel (8) anzeigenden Induktionsgeber (17) regeltechnisch verbunden ist.