DE102012010038B4

DE102012010038B4 - Verfahren zum Herstellen eines Metallbandes auf einem bewegten Transportband

Info

Publication number: DE102012010038B4
Application number: DE102012010038.8A
Authority: DE
Inventors: Hellfried Eichholz; Karl-Heinz Spitzer; Sven Klawiter; Markus Langejürgen
Original assignee: Salzgitter Flachstahl GmbH; SMS Group GmbH
Current assignee: Salzgitter Flachstahl GmbH; SMS Group GmbH
Priority date: 2012-05-16
Filing date: 2012-05-16
Publication date: 2020-11-19
Anticipated expiration: 2032-05-17
Also published as: WO2013170847A3; WO2013170847A2; DE102012010038A1

Abstract

. Verfahren zum Herstellen eines Metallbandes, indem eine Metallschmelze (5) auf ein bewegtes ferromagnetisches Transportband (2) aufgebracht wird; wobei mittels eines aus Magnetjoch (G1) und Spule gebildeten Magnetsystems (G) ein zumindest vorwiegend oder im Wesentlichen senkrecht zur Oberfläche der Metallschmelze (5) stehendes elektromagnetisches Wechselfeld erzeugt wird; wobei das Wechselfeld von einem in Breitenrichtung des sich auf dem Transportband (2) befindenden Metallbandes sich erstreckenden elektrisch verbundenen und parallel zueinander angeordneten Spulenpaar (G2, G2') erzeugt wird, welches orts-stationär über die gesamte Breite des entstehenden Metallbandes auf die Metallschmelze (5) einwirkt; und wobei durch die durch das Wechselfeld des Spulenpaares (G2, G2') in Breitenrichtung des Metallbandes in dem Metallband induzierten Wirbelströme ein eigenes Magnetfeld erzeugt wird, welches mit dem einwirkenden Wechselfeld in der Weise reagiert, dass in Breitenrichtung des Metallbandes senkrechte und horizontal auf die Metallschmelze einwirkende magnetische Kräfte ausgeübt werden, wodurch eine Vergleichmäßigung des Schmelzenflusses in Breitenrichtung des Metallbandes stattfindet.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines Metallbandes auf einem bewegten Transportband.
In der EP 1 827 720 B1 ist ein Produktionsverfahren und eine Produktionsanlage zur endlosen Erzeugung von warmgewalzten dünnen Flachprodukten offenbart. Eine Schmelze eines hochmanganhaltigen Leichtbaustahles wird in einer horizontalen Bandgießanlage endabmessungsnah in einem Bereich zwischen 6 bis 20 mm auf ein Transportband gegossen und vor Erreichen der eingerüstigen Vorstraße unter Schutzgasatmosphäre gesteuert gekühlt.
Das vorgewalzte Warmband wird in einer der Vorstraße nachgeordneten Einrichtung wahlweise gesteuert gekühlt, erwärmt oder auf Temperatur gehalten und die Kanten des Warmbandes nachgewärmt.
Der eingerüstigen Vorstraße folgt eine ein- oder mehrgerüstige Fertigstraße, ein Auslaufrollgang mit einer Einrichtung zum Kühlen des Warmbandes sowie vor- und nachgeordnete Wickelmaschinen zum Aufwickeln des Warmbandes.
Beim Bandgießprozess, bei dem eine flüssige Metallschmelze auf eine Unterlage aufgebracht wird, z. B. auf ein umlaufendes Transportband, besteht im Allgemeinen das Problem, dass in der auf das Transportband aufströmenden Schmelze Metall in unterschiedlichen Geschwindigkeiten auf das Transportband auftrifft. Dies führt unter anderem zu einer ungleichmäßigen Dickenverteilung im erstarrten Metallband sowie zu Verwerfungen der erstarrten Schicht durch eine ungleichmäßige Erstarrung, welche auch in nachfolgenden Warm- oder Kaltwalzprozessen nicht ausgeglichen werden kann.
Aus DE 2023900 A , DE 2202764 A und DE 3008207 A1 sind zur Vergleichmäßigung der Dickenverteilung der Schmelze Abstreiftechniken bekannt, die Magnetfelder zum Abstreifen flüssiger Metallschichten von anderen Körpern aus Metall verwenden. Diese Abstreiftechniken nutzen elektromagnetisch induzierte Kräfte, um die flüssige Metallschmelze von dem zu überziehenden Körper abzustreifen und dadurch die Dicke des Metallüberzugs zu regulieren. Die vorgeschlagenen Abstreifverfahren verwenden bevorzugt stationäre Magnetfelder und werden für Verfahren zum Verzinken langgestreckter metallischer Körper vorgeschlagen.
Anders als beim Bandgießen werden bei diesen Verfahren jedoch keine Metallkörper, wie zum Beispiel Metallbänder, hergestellt sondern als Gegenstand der Bearbeitung vorausgesetzt. Außerdem dient die zu überziehende Metallfläche nicht als Transportband.
Aus der DE 199 17 250 B4 ist ein Verfahren zum Vergleichmäßigen einer schmelzflüssigen Metallschicht auf einem bewegten Transportband bekannt, bei dem ein zumindest vorwiegend senkrecht zur Oberfläche der Metallschicht stehendes Magnetfeld erzeugt wird, das räumlich und zeitlich variabel ist und zumindest ein sich in der Transportrichtung des Transportbandes bewegendes magnetisches Wanderfeld aufweist.
Wenngleich dieses Verfahren schon deutliche Vorteile im Hinblick auf eine Verbesserung der Gleichmäßigkeit der Schmelzenverteilung in Längsrichtung des Bandes aufweist, hat sich jedoch herausgestellt, dass durch die Anwendung eines magnetischen Wanderfeldes in Bandquerrichtung die Metallschmelze von der Mitte des Transportbandes zu den Seiten hin bewegt wird. Hierdurch wird zwar eine schnelle Ausbreitung der Schmelze zu den Kanten des Transportbandes erreicht, allerdings mit dem Nachteil, dass dadurch verstärkt Schmelze von der Bandmitte zu den Seiten transportiert wird, so dass das entstehende Metallband in der Bandmitte dünner wird als in den Randbereichen.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde gegenüber dem Stand der Technik Verbesserungen zu erreichen und insbesondere eine erwünschte gleichmäßige Dickenverteilung des Metallbandes, vorteilhafterweise eine konstante Dickenverteilung des Metallbandes in Breitenrichtung des Bandes, zu erreichen.
Diese Aufgabe wird bei einem Verfahren zum Herstellen eines Metallbandes gelöst, indem eine Metallschmelze auf ein bewegtes ferromagnetisches Transportband aufgebracht wird, wobei mittels eines aus Magnetjoch und Spulen gebildetes Magnetsystem ein zumindest vorwiegend oder im Wesentlichen senkrecht zur Oberfläche der Metallschmelze stehendes elektromagnetisches Wechselfeld erzeugt wird, wobei das Wechselfeld von einem in Breitenrichtung sich auf dem Transportband befindenden Metallbandes sich erstreckenden elektrisch verbundenen und parallel zueinander angeordneten Spulenpaar erzeugt wird, welches orts-stationär über die gesamte Breite auf die Metallschmelze einwirkt und wobei durch die durch das des Spulenpaares in Breitenrichtung des Metallbandes in dem Metallband induzierten Wirbelströme ein eigenes Magnetfeld erzeugt wird, Wechselfeld in welches mit dem einwirkenden Wechselfeld in der Weise reagiert, dass in Breitenrichtung des Metallbandes senkrechte und horizontal auf die Metallschmelze einwirkende magnetische Kräfte ausgeübt werden, wodurch eine Vergleichmäßigung des Schmelzenflusses in Breitenrichtung des Metallbandes stattfindet.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird das in Breitenrichtung des Transportbandes mit einem Luftspalt über der Metallschmelze bzw. dem entstehenden Metallband angeordnete elektrisch verbundene Spulenpaar mit einem Erregerstrom beaufschlagt. Die Spulen sind um Pole eines Jochs gewickelt, welches sich vorteilhaft über die gesamte Breite der Schmelze bzw. des erstarrenden Metallbandes erstreckt, so dass die Spulen eine langgestreckte Form aufweisen. Das Joch und die Spulen sind so ausgelegt, dass sich bis in den Kantenbereich des Metallbandes eine gleichmäßige magnetische Feldverteilung ergibt.
Die Spulen des Spulenpaares und das Magnetjoch bilden das Magnetsystem, welches vorteilhaft einen Abstand von ca. 5 bis 40 mm zur Oberfläche der Metallschmelze aufweisen sollte, so dass sich eine ausreichend große magnetische Feldstärke in dem sich ergebenden Luftspalt ausbilden kann. Die Feldstärke sollte dabei 100 mT nicht unterschreiten. Der Erregerstrom der Spulen beträgt deshalb pro Spulenwindung vorteilhaft ca. 500 bis 2000 A bei Frequenzen von etwa 30 bis 100 Hz. Bei z. B. drei vorhandenen Spulenwindungen beträgt der Erregerstrom somit 1500 bis 6000 A. So wird ein auf die Metallschmelze einwirkendes Wechselfeld erzeugt, welches gemeinsam mit dem ferromagnetischen Transportband einen Magnetkreis bildet.
Hierbei tauchen die Feldlinien unter den Magnetpolen des Jochs orthogonal in die flüssige Metallschmelze ein. Entsprechend der Fließrichtung des Stroms in den Spulen werden gegenläufig dazu Wirbelströme in Breitenrichtung des Metallbandes induziert. Diese erzeugen wiederum ein eigenes Magnetfeld, welches mit dem einwirkenden Wechselfeld in der Weise reagiert, dass in Breitenrichtung des Metallbandes senkrechte und horizontal auf die Metallschmelze einwirkende magnetische Kräfte ausgeübt werden.
Die vertikale Kraftkomponente drückt dabei senkrecht auf die Oberfläche der Metallschmelze, so dass der Schmelzfilm in diesem Bereich dünner wird. Hierdurch entsteht in Breitenrichtung des Metallbandes quasi ein „Wehr“ für die nachfließende Schmelze in der Form, dass diese vor dem Wehr aufgestaut wird mit dem Effekt, dass ein Teil der Schmelze in Breitenrichtung des Transportbandes umgelenkt wird und dadurch eine Vergleichmäßigung der Dicke des Schmelzfilms stattfindet.
Die horizontal auf die Schmelze einwirkende Kraftkomponente hat zudem eine ausgleichende Wirkung auf dickere bzw. dünnere Bereiche der Metallschmelze, wodurch ein Metallband mit einem sehr gleichmäßigen Dickenprofil über die Breite entsteht. Über die stufenlose Einstellbarkeit von Stromstärke, Frequenz und Kurvenform des Stroms können die Geometrie des sich ausbildenden Wehrs und damit die Schmelzenströme gezielt im Hinblick auf eine Vergleichmäßigung der Metallbanddicke beeinflusst werden.
Gegenüber dem bekannten magnetischen Wanderfeld, welches sich in Transportrichtung des Transportbandes mitbewegt, hat das orts-stationäre in Querrichtung des Transportbandes auf die Schmelze einwirkende Wechselfeld somit den großen Vorteil, dass hierdurch eine deutlich verbesserte Vergleichmäßigung der Schmelzfilmdicke erreicht wird.
Somit kann mit dem erfindungsgemäßen Herstellungsverfahren ein Metallband hoher Qualität hergestellt werden, dessen Eigenschaften, wie z. B. die Dickenverteilung über den Querschnitt, gezielt eingestellt werden können. Das Metallband kann direkt auf dem Transportband ohne die Verwendung zusätzlicher Hilfsvorrichtungen, wie z. B. mechanischer Abstreifmittel, und ohne eine Nachbehandlung hergestellt werden.
Erfindungsgemäß ist vorgesehen, mittels eines Magnetsystems ein magnetisches Wechselfeld zu erzeugen, das senkrecht auf der Oberfläche der flüssigen Metallschicht bzw. senkrecht auf dem Transportband steht und ortsfest über die gesamte Breite des Metallbandes ausgebildet ist.
Erfindungsgemäß wird durch dieses ortsfeste Wechselfeld auf Grund der senkrecht auf die Schmelze einwirkenden Kräfte ein Wehr in Breitenrichtung des Transportbandes aufgebaut, welches zu einer Vergleichmäßigung der flüssigen Metallschicht in Breitenrichtung des Transportbandes führt. Stromstärke, Frequenz und Kurvenform des Stroms (z. B. sinus- oder dreieckförmig) sind vorteilhaft variabel einstellbar, so dass eine selektive Beeinflussung auf die Profilform des Metallbandes, z. B. in den Kantenbereichen, möglich wird.
Da das nahe an der Schmelzenoberfläche befindliche Magnetsystem einer starken Wärmebelastung unterliegt, ist das Magnetsystem an eine Kühleinrichtung angeschlossen. Das Magnetsystem verfügt dazu über Kühlkanäle durch die Kühlflüssigkeit strömen und die Wärme abführen kann.
Weiterhin ist vorgesehen, dass ein oder mehrere Magnetsysteme zur Vergleichmäßigung der Schmelze in Längsrichtung des Transportbandes kaskadenartig angeordnet sind, so dass das Dickenprofil noch weiter optimiert werden kann.
Eine verbesserte Ausgestaltung sieht außerdem vor, dass das Magnetsystem modular aufgebaut ist, und dadurch Fertigungskosten für unterschiedlich ausgelegte Magnetsysteme gesenkt werden können. So können beispielsweise für größere Breiten auch mehrere Module nebeneinander angeordnet werden.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand von Skizzen näher erläutert. Es zeigen:

1 eine schematische Darstellung einer Bandgießanlage mit einer Vorrichtung zur Vergleichmäßigung der Schmelze in einer Seitenansicht,
2 eine schematische Detaildarstellung der Einrichtung in einer Draufsicht
3 wie 2 in einer Seitenansicht

1 zeigt in einer schematischen Darstellung eine Bandgießanlage 1 mit einer Vorrichtung zur Vergleichmäßigung der Schmelze, bestehend aus einem umlaufenden Transportband 2 und zwei Umlenkrollen 3, 3'. Zu erkennen ist auch eine Seitenabdichtung 4, die verhindert, dass die aufgegebene Schmelze 5 rechts und links vom Transportband 2 herunterfließen kann. Die Schmelze 5 wird mittels einer Pfanne 6 zur Bandgießanlage 1 transportiert und fließt durch eine sich im Boden der Pfanne befindende Öffnung 7 in ein Zulaufgefäß 8. Dieses Zulaufgefäß 8 ist wie ein Überlaufgefäß ausgebildet.
Nach Aufgabe der Schmelze 5 auf das Transportband 2 wird die aufgegebene Schmelze 5 erfindungsgemäß durch eine in Breitenrichtung des Metallbandes wirkende und mit einem Abstand zur Oberfläche der aufgegebenen Schmelze 5 angeordneten elektromagnetischen Glätteinheit G vergleichmäßigt.
Nicht dargestellt sind weitere Einrichtungen zur intensiven Kühlung der Unterseite des Obertrums des Transportbandes 2 sowie die vollständige Einhausung der Bandgießanlage 1 mit entsprechender Schutzgasatmosphäre.
Nach Aufgabe der Schmelze 5 auf das umlaufende Transportband 2 kommt es infolge der intensiven Kühlung zur Erstarrung und zur Bildung eines Vorbandes 9, das am Ende des Transportbandes 2 weitestgehend durcherstarrt ist.
Zum Temperaturausgleich und Spannungsabbau schließt sich an die Bandgießanlage 1 eine Homogenisierungszone 10 an. Diese besteht aus einer wärmegedämmten Einhausung 11 und einem hier nicht dargestellten Rollgang.
Das dann nachfolgende erste Gerüst 12 ist entweder nur als reines Treiberaggregat ggf. mit einem geringen Anstich oder als Walzenaggregat mit einem vorgegebenen Anstich ausgebildet.
Es folgt eine Zwischenerwärmung, vorteilhafterweise hier als induktive Erwärmung z. B. in Form einer Spule 13 ausgebildet. Die eigentliche Warmumformung des Vorbandes 9 zu einem Warmband 18 findet in der nachfolgenden Gerüststaffel 14 statt, wobei die ersten drei Gerüste 15, 15', 15" die eigentliche Stichabnahme bewirken, während das letzte Gerüst als Glättgerüst 16 ausgebildet ist.
Nach dem letzten Stich folgt eine Kühlstrecke 17, in der das fertige Warmband 18 bis auf Haspeltemperatur heruntergekühlt wird.
Zwischen Ende der Kühlstrecke 17 und Haspel 19, 19' ist eine Schere 20 angeordnet. Diese Schere 20 hat die Aufgabe, das Warmband 18 quer zu teilen, sobald einer der beiden Haspel 19, 19' vollgewickelt ist. Der Anfang des nachfolgenden Warmbandes 18 wird dann auf den zweiten frei gewordenen Haspel 19, 19¹ geleitet. Dadurch wird sichergestellt, dass der Bandzug über die gesamte Bandlänge aufrecht erhalten bleibt. Dies ist insbesondere bei der Erzeugung dünner Warmbänder von Bedeutung.
Nicht dargestellt sind in der 1 die Anlagenteile zur Wiedererwärmung des Vorbandes 9 vor dem Warmwalzen und zum optionalen Kaltwalzen des Warmbandes 18.
In 2 ist in der Draufsicht eine schematische Detaildarstellung der Einrichtung zur Vergleichmäßigung der Schmelze dargestellt.
Zu erkennen ist die elektromagnetische Glätteinheit G, die aus dem Magnetjoch G1 und den um die Pole des Magnetjochs G1 gewickelten Spulen G2 und G2' besteht, die in einem Abstand zur Oberfläche der auf das Transportband 2 aufgegebenen Schmelze 5 über die gesamte Breite des Transportbandes 2 angeordnet ist. Das Transportband 2 ist seitlich mit Seitenabdichtugen 4 versehen, die damit die Breite des entstehenden Vorbandes 9 vorgeben. Das Magnetsystem selbst ist als kompakte, modulare, vorzugsweise gasdicht aufgebaute Einheit ausgebildet. Außerdem sind die bei Anlegen eines Erregerwechselstroms sich ausbildenden Wirbelströme in der Schmelze zu erkennen.
In 3 ist in einer Seitenansicht von 2 die Einrichtung zur Vergleichmäßigung der Schmelze dargestellt.
Mit Anlegen des Erregerwechselstroms an die elektrisch verbundenen Spulen G2 und G2' (hier nicht dargestellt) wird ein elektromagnetisches Wechselfeld senkrecht zur stromdurchflossenen Wicklung der langgestreckten Spulen G2 und G2' erzeugt, wobei die Feldlinien des Magnetfeldes die Schmelze 5 orthogonal durchdringen und zusammen mit dem ferromagnetischen Transportband 2 einen Magnetkreis bilden.
Durch das auf die Schmelze 5 einwirkende Wechselfeld werden in Breitenrichtung des Metallbandes Wirbelströme induziert. Diese erzeugen wiederum ein eigenes Magnetfeld, welches mit dem einwirkenden Wechselfeld in der Weise reagiert, dass in Breitenrichtung des Metallbandes senkrechte und horizontal auf die Metallschmelze einwirkende magnetische Kräfte ausgeübt werden.
Die vertikale magnetische Kraft F drückt dabei besonders unterhalb der Windungen der Spulen G2 und G2' senkrecht auf die Oberfläche der Metallschmelze, so dass der Schmelzfilm in diesem Bereich dünner wird. Hierdurch entsteht in Breitenrichtung des Metallbandes ein von oben wirkendes „Wehr“ für die nachfließende Schmelze in der Form, dass diese vor dem Wehr aufgestaut wird mit dem Effekt, dass ein Teil der Schmelze 5 in Breitenrichtung des Transportbandes 2 umgelenkt wird und dadurch eine Vergleichmäßigung der Dicke des Schmelzfilms stattfindet.
Bezugszeichenliste

1: Bandgießanlage
2: Transportband
3, 3': Umlenkrolle
4: Seitenabdichtung
5: Schmelze
6: Pfanne
7: Öffnung
8: Zulaufgefäß
9: Vorband
10: Homogenisierungszone
11: Einhausung
12: erstes Gerüst
13: Induktionsspule
14: Gerüststaffel
15, 15', 15'': Walzgerüst
16: Glättgerüst
17: Kühlstrecke
18: fertiges Warmband
19, 19': Haspel
20: Schere
F: magnetische Kraft
G: elektromagnetische Glätteinheit
G1: Magnetjoch
G2, G2': Spulen

Claims

. Verfahren zum Herstellen eines Metallbandes, indem eine Metallschmelze (5) auf ein bewegtes ferromagnetisches Transportband (2) aufgebracht wird; wobei mittels eines aus Magnetjoch (G1) und Spule gebildeten Magnetsystems (G) ein zumindest vorwiegend oder im Wesentlichen senkrecht zur Oberfläche der Metallschmelze (5) stehendes elektromagnetisches Wechselfeld erzeugt wird; wobei das Wechselfeld von einem in Breitenrichtung des sich auf dem Transportband (2) befindenden Metallbandes sich erstreckenden elektrisch verbundenen und parallel zueinander angeordneten Spulenpaar (G2, G2') erzeugt wird, welches orts-stationär über die gesamte Breite des entstehenden Metallbandes auf die Metallschmelze (5) einwirkt; und wobei durch die durch das Wechselfeld des Spulenpaares (G2, G2') in Breitenrichtung des Metallbandes in dem Metallband induzierten Wirbelströme ein eigenes Magnetfeld erzeugt wird, welches mit dem einwirkenden Wechselfeld in der Weise reagiert, dass in Breitenrichtung des Metallbandes senkrechte und horizontal auf die Metallschmelze einwirkende magnetische Kräfte ausgeübt werden, wodurch eine Vergleichmäßigung des Schmelzenflusses in Breitenrichtung des Metallbandes stattfindet.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Feldlinien des Magnetfelds des elektromagnetischen Wechselfelds die Metallschmelze (5) senkrecht durchdringen.
Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Höhe des Erregerstroms, die Frequenz und die Kurvenform des Stroms variabel eingestellt werden können.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Erregerstrom zwischen 500 und 2000 A pro Spulenwindung und die Frequenz zwischen 30 und 100 Hz eingestellt werden.