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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Vergleichmäßigen von auf eine Oberfläche aufgebrachter Metallschmelze sowie eine Anlage zum direkten Gießen von gegossenem Band, die ein Transportband, auf das schmelzflüssiges Metall aufgebracht wird, und eine Vorrichtung zum Vergleichmäßigen der auf das Transportband vorhandenen Metallschmelze umfasst, wobei die Vorrichtung zum Vergleichmäßigen ein sich in Transportrichtung des Transportbands fortbewegendes magnetisches Wanderfeld erzeugt, das die auf dem Transportband vorhandene Metallschmelze beschleunigt oder abbremst.
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Beim Gießen von Band mittels des so genannten ”Direct Strip Casting-Verfahrens”, auch ”DSC-Verfahren” genannt, wird über einen Tundish Schmelze über eine bestimmte Breite auf ein kontinuierlich in horizontaler Richtung förderndes Transportband ausgebracht und erkaltet dort. Unterstützt und gesteuert wird die Erstarrung der Schmelze mittels Kühleinrichtungen, die entlang der Kühlstrecke angeordnet sind. Die Länge, über die sich die Transportstrecke erstreckt und über die Kühleinrichtungen wirksam sind, sind dabei so aufeinander abgestimmt, dass das Band am Ende des Transportbands weitestgehend erstarrt ist und vom Transportband abgezogen werden kann. Das so erhaltene gegossene Band durchläuft erforderlichenfalls eine weitere Kühlstrecke und wird dann in einem oder mehreren Warmwalzstichen zu Warmband gewalzt, das anschließend weiter abgekühlt und zu einem Coil gewickelt wird (s.
Artikel "Werkstoffperspektiven beim Vorgießen mit direkt angeschlossenem Warmwalzprozeß", Th. Everz u. a., Stahl und Eisen 118 (1998) Nr. 5, Seiten 53–60).
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Der besondere Vorteil des DSC-Verfahrens besteht darin, dass durch die Wahl eines geeigneten Kühlverfahrens, wie z. B. Passivkühlung an Luft oder Aktivkühlung durch gezieltes Aufbringen von Kühlfluid, die Temperatur, mit dem das gegossene Band das in das erste Warmwalzgerüst eintritt, exakt gesteuert werden kann. Dementsprechend ist keine gesonderte Wiedererwärmung des gegossenen Bandes vor dem Warmwalzen erforderlich. Auch lassen sich mit dem DSC-Verfahren prinzipiell hohe Gießleistungen erzielen, da das gegossene Warmband auf seinem Weg zum ersten Warmwalzgerüst keine Verformungen durchläuft. Die schnelle Erstarrung des gegossenen Bandes führt zudem zu einem für seine mechanischen Eigenschaften günstigen feinen Erstarrungsgefüge.
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Allerdings ergibt sich in der Praxis bei der Durchführung des DSC-Verfahrens das Problem, dass sich die aus einem Tundish auf das Transportband strömende Schmelze nur ungleichmäßig auf der Oberfläche des Transportbands verteilt. Infolgedessen kommt es zu einer ungleichförmigen Dickenverteilung und damit einhergehend zu einer ebenso ungleichförmigen Erstarrung des gegossenen Bandes.
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Um diese Probleme zu beseitigen, ist in der
DE 199 17 250 B4 vorgeschlagen worden, oberhalb des Transportbands eine Linearinduktoranordnung anzuordnen. Diese Anordnung erzeugt ein zeitlich und räumlich variables Magnetfeld, das im Wesentlichen senkrecht zur Oberfläche der schmelzflüssigen Metallschicht steht, durch die Metallschicht hindurchtritt und sich mit der Bandgeschwindigkeit in die Transportrichtung des Transportbandes bewegt. Durch das Wanderfeld soll eine Beschleunigung und Geschwindigkeitsreduzierung der Schmelze über die Dicke und den Querschnitt der Schmelze erreicht werden. Dazu weist der Linearinduktor einen kammartigen Magnetkern mit Wicklungen auf und seine Erregerströme werden fortlaufend umgepolt, so dass eine Verschiebung der Pole in Transportrichtung auftritt. Indem die Geschwindigkeit, mit der sich das Wanderfeld bewegt, der Bandgeschwindigkeit angepasst wird, sollen die Bereiche des flüssigen Metalls, die sich schneller oder langsamer als das Transportband bewegen, nach dem Prinzip der Wirbelstrombremse abgebremst bzw. nach dem Prinzip des asynchronen Linearmotors beschleunigt und auf die Geschwindigkeit des Transportbandes gebracht werden. Vergleichbare Vorschläge sind zuvor in der
GB 1 525 575 A , der
GB 2 048 140 A und der
JP 04313451 A gemacht worden.
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Der mit der Herstellung und dem Betrieb der bekannten auf Grundlage von elektro-magnetischen Wanderfeldern arbeitenden Vorrichtungen einhergehende Aufwand ist beträchtlich. Darüber hinaus besteht die Gefahr, dass die Magnetkerne und Wicklungen der im Stand der Technik eingesetzten Linearmotoren durch Metallspritzer, Abgase und die hohen Temperaturen beschädigt werden, denen sie unter den im Betrieb herrschenden rauen Bedingungen praktisch ungeschützt ausgesetzt sind.
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Vor dem Hintergrund des voranstehend erläuterten Standes der Technik bestand die Aufgabe der Erfindung darin, eine Vorrichtung zum Vergleichmäßigen von auf eine Oberfläche, insbesondere ein Transportband einer DSC-Anlage, ausgebrachter Schmelze zu schaffen, die mit einfachen Mitteln hergestellt werden kann und sich durch eine hohe Robustheit auszeichnet.
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Darüber hinaus sollte eine Gießanlage zum Direktgießen von gegossenem Band angegeben werden, bei der mit hoher Betriebssicherheit und vermindertem Aufwand eine Vergleichmäßigung der Dickenverteilung und des Erstarrungsverhaltens der auf das Transportband aufgebrachten Schmelze erzielt werden kann.
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In Bezug auf die Vorrichtung ist diese Aufgabe erfindungsgemäß dadurch gelöst worden, dass eine solche Vorrichtung gemäß Anspruch 1 ausgebildet ist.
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In Bezug auf die Gießanlage ist die voranstehend genannte Aufgabe erfindungsgemäß dadurch gelöst worden, dass eine solche Anlage gemäß Anspruch 6 ausgebildet ist.
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Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben und werden nachfolgend wie der allgemeine Erfindungsgedanke im Einzelnen erläutert.
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Eine erfindungsgemäße Vorrichtung zum Vergleichmäßigen von auf eine Oberfläche aufgebrachter Metallschmelze umfasst ein Endlosband, auf dem Dauermagneten angeordnet sind. Dabei weisen jeweils benachbart angeordnete Dauermagnete eine unterschiedliche Polarität auf. Gleichzeitig ist das Endlosband mit einem Antrieb verkoppelt, der es mit einer bestimmten Förderrichtung und Geschwindigkeit umlaufend antreibt. Bei der Oberfläche, auf die die von der erfindungsgemäßen Vorrichtung vergleichmäßigten Metallschmelzenschicht aufgebracht ist, handelt es sich typischerweise um die Oberfläche eines Transportbands, das zu einer Anlage zum Bandgießen im DSC-Verfahren gehört.
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Dementsprechend umfasst eine erfindungsgemäße Anlage zum direkten Gießen von gegossenem Band ein Transportband, auf das schmelzflüssiges Metall aufgebracht wird, und eine erfindungsgemäße Vorrichtung zum Vergleichmäßigen der auf das Transportband vorhandenen Metallschmelze, die ein sich in Transportrichtung des Transportbands fortbewegendes magnetisches Wanderfeld erzeugt, das die auf dem Transportband vorhandene Metallschmelze beschleunigt oder abbremst.
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Auch die Erfindung geht somit von der Erkenntnis aus, dass durch ein Wanderfeld eine gezielte Strömungsbeeinflussung von auf eine Oberfläche, insbesondere die Oberfläche eines Transportbands einer DSC-Anlage aufströmender Metallschmelze erzielt werden kann. Wesentlich ist dabei, dass erfindungsgemäß im Unterschied zum Stand der Technik das zeitlich und räumlich sich ändernde Magnetfeld von Permanentmagneten erzeugt wird, die an einem umlaufenden Endlosband angebracht sind. Das Wanderfeld ist dabei so ausgeführt, dass es senkrecht zur aufgebrachten Metallschmelze steht und sich in Richtung des Transportbandes bewegt. Die Erfindung macht sich hierbei die heute zur Verfügung stehenden Magnetwerkstoffe zu Nutze, die es erlauben, auch mit Permanentmagneten magnetische Felder für den hier in Rede stehenden Anwendungszweck ausreichender Stärke zu erzeugen.
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Gemäß der Erfindung werden somit wie beim Stand der Technik Wirbelströme in die auf dem Transportband bzw. der jeweiligen Oberfläche anstehende Schmelze induziert, durch die die Schmelze beschleunigt oder abgebremst wird. Lokale Abweichungen der Strömungsgeschwindigkeit der auf das Transportband oder die jeweilige mit Metallschmelze belegten Oberfläche aufströmenden Metallschmelze werden so ausgeglichen. Insgesamt wird auf diese Weise die Metallschmelze beruhigt und im Ergebnis eine ausgeglichene Erstarrung bei optimal gleichmäßiger Dickenverteilung des aus der Metallschmelze gegossenen Bands erzielt.
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Der Grad der durch das erfindungsgemäß erzeugte Wanderfeld bewirkten Beschleunigung oder Abbremsung kann durch Verstellung der Relativgeschwindigkeit zwischen dem Transportband und dem Endlosband eingestellt werden. Zu diesem Zweck ist es vorteilhaft, wenn der bei einer erfindungsgemäßen Vorrichtung vorgesehene Antrieb für das Endlosband regelbar ist. Auf diese Weise lassen sich unterschiedliche Relativgeschwindigkeiten zwischen dem Endlosband und der Schmelze einstellen und so die Strömungsgeschwindigkeit der Schmelze durch eine gezielte Beschleunigung oder Abbremsung an die Transportgeschwindigkeit des Bandes anpassen.
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Der besondere Vorteil der Erfindung besteht darin, dass für die Erzeugung des Wanderfelds Permanentmagneten verwendet werden, die keine elektrische Versorgung benötigen. Dementsprechend ist einerseits der Verdrahtungs- und Schaltaufwand bei der Herstellung und beim Betrieb der erfindungsgemäßen Vorrichtung minimal. Zum anderen fallen auch nur minimierte Energiekosten beim Betrieb der erfindungsgemäßen Vorrichtung an. Im Ergebnis steht mit der Erfindung somit eine Vorrichtung zum Vergleichmäßigen von Metallschmelze zur Verfügung, die sich durch hohe Betriebssicherheit und geringe Betriebskosten auszeichnet. Dementsprechend ist auch der Betriebsaufwand bei einer erfindungsgemäß ausgebildeten Anlage zum Direkt-Gießen von Metallband bei gleichzeitig optimaler Betriebssicherheit und Robustheit minimiert.
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Das bei einer erfindungsgemäßen Vorrichtung vorgesehene Endlosband kann beispielsweise durch einzelne gelenkig miteinander verbundene Glieder gebildet sein, von denen jeweils eines einen Dauermagneten trägt. Diese Ausgestaltung hat den Vorteil, dass zum Austausch einzelner Dauermagnete das jeweilige Glied mit geringem Montageaufwand aus dem Endlosband herausgelöst und durch ein neu bestücktes Glied ersetzt werden kann.
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Die auf dem erfindungsgemäß verwendeten Endlosband sitzenden Permanentmagnete wirken während eines Umlaufs jeweils nicht nur auf dem Abschnitt ihres Weges, in dem sie nächst benachbart zur Schmelze bewegt werden, sondern auch bei ihrer Umlenkung und auf dem Förderabschnitt, in dem sie abgewandt von der Schmelze ausgerichtet sind. Um hier eine zu starke Beeinflussung der Umgebung zu vermeiden, wird die erfindungsgemäße Vorrichtung mit einem Gehäuse zu versehen sein, das das Endlosband gegenüber der Umgebung abschirmt. Um dabei zu verhindern, dass das Gehäuse in Folge der von den Permanentmagneten erzeugten Wanderfelder zu stark erwärmt oder in sonstiger Weise beeinflusst wird, sollte der Abstand des Gehäuses vom Endlosband mindestens jeweils dem Vierfachen des Abstandes betragen, der zwischen den Mittelpunkten der Querschnittsfläche zweier benachbart zueinander angeordneter Dauermagneten des Endlosbands vorhanden ist.
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Grundsätzlich können die erfindungsgemäß verwendeten Dauermagneten jede Form haben, die sich auf dem Endlosband montieren lässt. So können sie beispielsweise scheibenförmig sein, wobei mehrere Magnetscheiben in Breitenrichtung des Endlosbands nebeneinander angeordnet sein können, um die Breite der jeweils zu beeinflussenden Schmelze abdecken zu können. Besonders günstig ist es jedoch, wenn die Permanentmagneten stabförmig sind und quer zur Bewegungsrichtung des Endlosbands auf dem Endlosband ausgerichtet sind.
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Eine erfindungsgemäße Vorrichtung lässt sich in einer erfindungsgemäßen Anlage dann besonders effektiv nutzen, wenn die Vorrichtung zur Vergleichmäßigung oberhalb des Transportbands angeordnet ist. Eine optimale Beeinflussung der Schmelze kann dabei dadurch gesichert werden, dass der jeweils nächst benachbart zum Transportband angeordnete untere Abschnitt des Endlosbands in einem Abstand s von der mit der Schmelze belegten Oberfläche des Transportbands angeordnet ist, für den gilt τ/s = 2 – 4, wobei mit τ der Abstand zwischen den Mittelpunkten der Querschnittsfläche zweier benachbart zueinander angeordneter Dauermagneten des Endlosbands bezeichnet ist.
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Nachfolgend wird die Erfindung anhand einer ein Ausführungsbeispiel darstellenden Zeichnung näher erläutert. Es zeigen jeweils schematisch:
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1 eine Fertigungslinie zum Erzeugen von Warmband;
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2 eine Vorrichtung zum Vergleichmäßigen einer auf ein Transportband der in 1 gezeigten Fertigungslinie aufgebrachten Stahlschmelze.
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Die Fertigungslinie 1 zum Herstellen von Warmband W aus einer Stahlschmelze S nach dem DSC-Verfahren umfasst in Förderrichtung F hintereinander aufgestellt eine Gießpfanne 2, ein Zuführsystem 3, ein Transportband 4, einen ersten Rollgang 5, drei Warmwalzgerüste 6, 7, 8, einen zweiten Rollgang 9 und eine Haspeleinrichtung 10.
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Über die dem ersten Rollgang 5 zugeordnete in Förderrichtung F hintere Hälfte des Transportbands 4 erstreckt sich zudem eine erste Kühleinrichtung 11, auf die eine zweite Kühleinrichtung 12 folgt, die über dem ersten Rollgang 5 positioniert ist. Ebenso ist im Bereich des zweiten Rollgangs 9 in Förderrichtung F hinter den Warmwalzgerüsten 6, 7, 8 eine dritte Kühleinrichtung 13 angeordnet.
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Die in der Gießpfanne 2 enthaltene Schmelze S gelangt über ein Tauchrohr 14 in das unterhalb der Gießpfanne 2 angeordnete, wannenförmig ausgebildete und mit einem Deckel abgedeckte Zuführsystem 3, dessen Gießöffnung 15 dem Anfang des in Förderrichtung F horizontal umlaufenden Transportbands 4 zugeordnet ist und sich über dessen Breite erstreckt.
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Zwischen der Gießöffnung 15 des Zuführsystems 3 und der ersten Kühleinrichtung 11 ist zusätzlich eine Vorrichtung 16 zur Vergleichmäßigung der aus der Gießöffnung 14 austretenden und auf das Transportband 4 aufströmenden Stahlschmelze S angeordnet.
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Die aus der Gießöffnung 14 austretende Schmelze S bildet auf dem Transportband 4 ein gegossenes Band B, das vom Transportband 4 kontinuierlich in Förderrichtung F bewegt wird. Die Vorrichtung 16 bewirkt dabei, dass lokale Unterschiede der Geschwindigkeit, mit der die Schmelze S auf das Transportband 4 aufströmt und sich auf ihm verteilt, unterdrückt und so eine gleichmäßige Dicke D und Erstarrung des gegossenen Bands B erzielt wird.
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Im Anschluss an die Vergleichmäßigung der Schmelze S mittels der Vorrichtung 16 wird schon auf dem Transportband 4 mittels der ersten Kühleinrichtung 11 eine gesteuerte Primärkühlung durchgeführt. Das gegossene Band B gelangt daraufhin auf den ersten Rollgang 5, wo es mittels der zweiten Kühleinrichtung 12 einer Sekundärkühlung unterzogen wird, bis die für das dann erfolgende Warmwalzen optimale Warmwalzanfangstemperatur erreicht ist.
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Das derart abgekühlte gegossene Band B tritt nun in die durch die Walzgerüste 6, 7, 8 gebildete Warmwalzstaffel ein, in der es in drei Stufen zu einem Warmband W mit der jeweils geforderten Warmbanddicke warmgewalzt wird.
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Das auf den zweiten Rollgang 9 gelangende Warmband W wird durch die Kühleinrichtung 13 beschleunigt auf die jeweils geforderte Haspeltemperatur gekühlt, bei der es dann in der Haspeleinrichtung 10 zu dem Coil C gehaspelt wird.
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Anschließend kann das Warmband erforderlichenfalls in konventioneller Weise in einer hier nicht dargestellten Kaltwalzlinie zu kaltgewalztem Band verarbeitet werden.
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Die Vorrichtung 16 zur Vergleichmäßigung der auf das Transportband 4 aufströmenden und sich dort mit einer Dicke verteilenden Stahlschmelze S umfasst ein Endlosband 20, das nach Art einer Kette aus einer Vielzahl von einzelnen Gliedern 21, 22 gebildet, von denen die jeweils benachbart zueinander angeordneten Glieder 21, 22 gelenkig miteinander verkoppelt sind.
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Jedes der Glieder 21, 22 trägt an seiner nach außen gerichteten Außenseite einen stabförmigen Dauermagneten 23, 24, wobei benachbart angeordnete Dauermagneten 23, 24 jeweils eine unterschiedliche Polarität haben. Die Dauermagneten 23, 24 erstrecken sich jeweils über die quer zur Förderrichtung F gemessene Breite des Endlosbands 20 und weisen selbst eine in Förderrichtung F gemessene Breite b auf.
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Die Breite des Endlosbands 20 ist dabei so gewählt, dass sie die Breite des Transportbands 4 abdeckt. Dementsprechend erfassen die von den Dauermagneten 23, 24 erzeugten magnetischen Felder auf dem unteren Abschnitt 25 ihres Umlaufs, in dem das Endlosband 20 eng benachbart zur auf dem Transportband 4 liegenden Schmelze S geführt ist, die Schmelze S über ihre gesamte Breite. Die magnetischen Felder sind im unteren Abschnitt 25 des Umlaufs des Endlosbands 20 senkrecht zur Oberfläche des Transportbands 4 ausgerichtet und durchdringen die Schmelze S über ihre gesamte Dicke D.
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Für den Abstand s zwischen der mit der Schmelze S bedeckten Oberfläche 17 des Transportbands 4 und der zugeordneten Außenseite des Endlosbandes 20 in dessen jeweils unterem Abschnitt 25 gilt im Mittel s = τ/3. Dabei ist mit τ der Abstand zwischen den Mittelpunkten der Querschnittsfläche zweier benachbart zueinander angeordneter Dauermagneten 23, 24 des Endlosbands 20 bezeichnet. Gleichzeitig gilt, dass die Breite b der Dauermagneten 23, 24 gleich dem Abstand s ist.
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Das Endlosband 20 ist über zwei Umlenkrollen 26, 27 geführt, von denen mindestens eine mittels eines hier nicht gezeigten, regelbaren Antriebs rotierend angetrieben ist. Der Antrieb des Endlosbands 20 erfolgt dabei derart, dass es sich im unteren Abschnitt 25 seines Umlaufs mit einer Geschwindigkeit VE in derselben Förderrichtung F bewegt wie die Schmelze S, die auf dem Transportband 4 mit einer Geschwindigkeit VS bewegt wird. Die von den Dauermagneten 23, 24 erzeugten, die Schmelze S durchdringenden magnetischen Felder induzieren in die Schmelze S Wirbelströme, durch die die Schmelze S in Abhängigkeit von der Differenz der Geschwindigkeiten VE und VS entweder beschleunigt oder abgebremst wird. Durch eine Veränderung der Geschwindigkeit VE kann so die mit Hilfe der Vorrichtung 16 erzielte Vergleichmäßigung der Dicke D und der Erstarrung der Schmelze S direkt beeinflusst werden.
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Gegenüber der Umgebung ist das Endlosband 20 durch ein Gehäuse 28 abgeschirmt. Um eine magnetische Beeinflussung zu vermeiden, sind dessen magnetempfindliche Wände jeweils in einem Abstand a zum Endlosband 20 angeordnet, der mindestens dem Fünffachen des Abstands τ entspricht.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Fertigungslinie zum Herstellen von Warmband W aus der Stahlschmelze S nach dem DSC-Verfahren
- 2
- Gießpfanne
- 3
- Zuführsystem
- 4
- Transportband
- 5
- Rollgang
- 6, 7, 8
- Warmwalzgerüste
- 9
- zweiter Rollgang
- 10
- Haspeleinrichtung
- 11
- erste Kühleinrichtung
- 12
- zweite Kühleinrichtung
- 13
- dritte Kühleinrichtung
- 14
- Tauchrohr
- 15
- Gießöffnung des Zuführsystems 3
- 16
- Vorrichtung 16 zur Vergleichmäßigung der aus der Gießöffnung 14 austretenden und auf das Transportband 4 aufströmenden Stahlschmelze S
- 17
- Oberfläche des Transportbands 4
- 20
- Endlosband
- 21, 22
- Glieder des Endlosbands 20
- 23, 24
- Dauermagnete
- 25
- unterer Abschnitt des Umlaufs des Endlosbands 20
- 26, 27
- Umlenkrollen
- 28
- Gehäuse der Vorrichtung 16
- a
- Abstand der Wände des Gehäuses 28 zum Endlosband 20
- b
- in Förderrichtung F gemessene Breite der Dauermagneten 23, 24
- B
- gegossenes Band
- C
- Coil
- D
- Dicke des gegossenen Bands B
- F
- Förderrichtung des Transportbands 4
- S
- Stahlschmelze
- τ
- Abstand zwischen der freien Oberfläche der auf dem Transportband 4 vorhandenen Schmelze S und der zugeordneten Außenseite des unteren Abschnitts 25 des Endlosbandes 20 Abstand zwischen den Mittelpunkten der Querschnittsfläche zweier benachbart zueinander angeordneter Dauermagneten 23, 24
- VE
- Umlauf-Geschwindigkeit des Endlosbands 20
- VS
- Fördergeschwindigkeit der Schmelze S
- W
- Warmband
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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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.
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 19917250 B4 [0005]
- GB 1525575 A [0005]
- GB 2048140 A [0005]
- JP 04313451 A [0005]
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Zitierte Nicht-Patentliteratur
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- Artikel ”Werkstoffperspektiven beim Vorgießen mit direkt angeschlossenem Warmwalzprozeß”, Th. Everz u. a., Stahl und Eisen 118 (1998) Nr. 5, Seiten 53–60 [0002]
