DE19509691C1

DE19509691C1 - Bodendurchführung eines Inversionsgießgefäßes

Info

Publication number: DE19509691C1
Application number: DE19509691A
Authority: DE
Inventors: Gammal Tarek Prof Dr Ing El; Peter Dipl Ing Hamacher; Michael Dipl Ing Vonderbank; Fritz-Peter P Pleschiutschnigg; Ingo Von Dr Ing Hagen
Original assignee: Mannesmann AG
Current assignee: Vodafone GmbH
Priority date: 1995-03-08
Filing date: 1995-03-08
Publication date: 1996-05-09
Anticipated expiration: 2015-03-09
Also published as: CN1176612A; JP3009738B2; EP0814926A1; ATE179102T1; US5992501A; KR100264947B1; WO1996027465A1; AU4782696A; KR19980702647A; EP0814926B1; DE59601713D1; RU2145531C1; JPH10511314A

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Erzeugen von dünnen Metallsträngen, insbesondere aus Stahl, bei dem ein Metallband durch den Boden eines mit Schmelze gefüllten Behälters geleitet und nach Ankristallisierung von Schmelze an dieses über antreibbare oberhalb des Behälters angeordnete Rollen geführt wird.

Dieses Bandgießverfahren wird, da die Erstarrung von innen nach außen verläuft und nicht wie beim üblichen Stranggießen von außen nach innen, auch Inversionsgießen genannt.

Ein solches Verfahren ist insbesondere bei der Herstellung von Draht, aber auch zum Gießen von Bändern bekannt. So zeigt für das Bandgießen das Patent US 3,264,692 ein Gießgefäß zur Durchführung dieses Verfahrens mit einem Bodenstein aus Zirkon. Die schlitzförmige Öffnung des Bodensteins ist sehr eng toleriert zu den Abmessungen des hier durchgezogenen Bandes.

Nachteil dieses bekannten Bodeneinlasses ist die relativ hohe Gefahr des Verklemmens des Bandes bei nur geringen Abweichungen der zugelassenen Bandabmessungen, bzw. unruhigen Verlauf des Bandes und die dadurch bedingte erhöhte Reibung.

Aus dem Patent US 4,479,530 ist ein Verfahren bekannt, Draht - hier jedoch von oben nach unten - durch eine Schmelze zu leiten und durch den Bodenauslaß eines Schmelzgefäßes zu führen. Bei diesem zur Herstellung von Kupferdraht konzipierten Verfahren wird vorgeschlagen, den Bodenauslaß nicht nur konisch auszugestalten, sondern gezielt Schmelze gemeinsam mit dem Draht austreten zu lassen.

Eine ähnliche Vorrichtung, ebenfalls für die Drahtherstellung, ist aus dem Journal of Metals, October 1963, A Continuous Casting Process, Seite 774 bis 780 bekannt. In diesem Artikel wird ein Bodendurchlaß beschrieben, der aus Molybdän besteht und mit Wasser kühlbar ist.

Die beiden letztgenannten Schriften betreffen die Herstellung von Draht aus Kupfer und sind auf Verfahren und Vorrichtungen zur Herstellung von Bändern aus Stahl nicht übertragbar. Insbesondere bei der Drahtherstellung kommt hinzu, daß der Durchmesser des Drahtes infolge von Beuligkeit der aufkristallisierten Schicht ungleichmäßig ist und für eine praktische Anwendbarkeit nach bearbeitet wird. Weiterhin ist es ungünstig, daß sich aufgrund der großen Dicke des Mutterdrahtes - üblich sind hier 6 mm und größer - eine geringe Aufkristallisation und ein schlechtes Verschweißen ergibt.

Die Erfindung hat sich das Ziel gesetzt, ein Verfahren und eine Vorrichtung zu finden, eine mechanische Beschädigung des Bandes bei seinem Eintritt in das Schmelzgefäß zu vermeiden, unkontrollierte Zugspannungsverhältnisse durch verstärkte Reibung (Abrißgefahr) zu unterbinden und ein Ausfließen der Schmelze aus dem Behälter zu verhindern.

Die Erfindung erreicht dieses Ziel durch die kennzeichnenden Merkmale des Verfahrensanspruches 1 und des Vorrichtungsanspruches 5.

Erfindungsgemäß wird das Schmelzbad im Bereich des Mündung der schlitzförmigen Eintrittsöffnung in das Gefäß so intensiv gekühlt, daß hier eine Temperatursenke entsteht, die zu einem Zwei-Phasen-Gebiet Schmelze/Kristall geringfügig oberhalb des Erstarrungspunktes führt.

Dieses Zwei-Phasen-Gebiet, das darüber hinaus noch in Kontakt mit dem kalten Mutterband tritt, weist eine so hohe Viskosität auf, daß es die Funktion einer sich selbst erneuernden Dichtung übernimmt und ein Eindringen der Schmelze in den Spalt und den Bodendurchlaß verhindert.

Die Ausdehnung dieser als Dichtung wirkenden Schmelze ist so groß, daß der freie Raum zwischen der Innenwand des schlitzförmigen Kanals des Bodeneintritts zum durchgeführten Band in einer Größe gewählt werden kann, die ein berührungsfreies Durchleiten des Bandes durch den schlitzförmigen Kanal sicherstellt, nicht zuletzt durch den sich ausbildenden Meniskus.

Da nahezu keine mechanische Berührung zwischen dem Band und dem Kanal auftritt, kann als Material auch Kupfer gewählt werden. Zum Schutze gegen abrasiven Verschleiß kann das Kupfer mit einer Schutzschicht versehen sein. Als Beschichtung werden Metalle (Chrom, Nickel) oder Oxide (Zirkonoxid) oder Keramik (z. B. Bornitrid) vorgeschlagen.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung wird das Kühlelement auf der zum Gefäß hinweisenden Wand mit einer Schicht aus einer feuerfesten Masse belegt. Auf diese Weise wird nicht nur ein höherer Schutz des Kühlelementes erreicht, mit dieser Maßnahme wird auch Einfluß auf das Temperaturniveau der mit einer Schüttung vergleichbaren kälteren Schmelze in der Nähe der Kühlelemente erreicht.

Der schlitzförmige Kanal kann dabei in wartungsarmer und kostengünstiger Weise derart ausgestaltet werden, daß er aus zwei Teilen aufgebaut ist. Der eine Teil besteht dabei wie beschrieben aus Kupfer und der von der Schmelze wegweisende Teil ist dabei aus einer feuerfesten Masse bzw. aus feuerfesten Steinen aufgebaut.

Zur sicheren Beeinflussung des Meniskus schlagen die Erfinder vor, das Kühlelement mit einem in Richtung Gefäßinneres sich öffnenden Konus zu versehen.

Als Kühlmedium wird eine Flüssigkeit vorgeschlagen, aber auch Gas. Bei Einsatz von Wasser wird dieses saugend gefördert, um bei nicht auszuschließenden Beschädigungen der Kühlelemente Schaden zu vermeiden.

In einer besonderen Ausgestaltung werden Kühlrohre eingesetzt, die meanderförmig geführt sind. Die eingesetzte Rohrschlange ist in der Weise ausgestaltet, daß das Kühlmittel zuerst in der Nähe des Schlitzes entlanggeführt wird.

Die Wärmeabfuhr aus der Metallschmelze im Bereich der Mündung des Kanals wird in Abhängigkeit von der Schmelzbadtemperatur geregelt. Bei zu starker Abkühlung der Schmelze kann diese durch eine Aufheizvorrichtung, beispielsweise durch einen Plasmabrenner auf die gewünschte Temperatur eingestellt werden.

Ein Beispiel der Erfindung ist in der beigefügten Zeichnung dargelegt. Dabei zeigt die

Fig. 1 Einen schematischen Schnitt durch die Gießeinrichtung.

Fig. 2 Die Anordnung der Kühlschlange.

Fig. 3 Ausschnitt der Bodeneintrittsöffnung.

Die Fig. 1 zeigt ein Schmelzgefäß mit dem Gefäßboden 11 und den Gefäßseitenwänden 12, die einen metallischen Gefäßmantel 13 sowie eine feuerfeste Auskleidung 14 aufweisen.

Der Boden weist einen Kanal 20 auf, dessen der Schmelze S zugewandte Mündung einen metallischen Kanalteil 22 besitzt, hier als Kühlkasten 25 ausgestaltet.

Der Kühlkasten 25 ist über eine Medienzufuhr 31 und einem Behälter 34 bzw. über eine Medienabfuhr 32 mit einer Pumpe 33 verbunden.

Durch den Kanal 20 wird von Führungsrollen 41 geführt ein Band B zur Schmelze S in den Behälter geleitet. Am Band B kristallisiert sich eine Schicht K an, die oberhalb des Gefäßes durch Glättrollen 42 gefördert und endabmessungsnah geglättet wird.

An die Medienabfuhr 32 ist eine Einrichtung 51 zum Messen und Regeln der Wärmeenergie angeschlossen.

Die Fig. 2 zeigt Horizontalschnitte durch den metallischen Kanalteil 22, der hier als Kühlrohr 26 ausgebildet ist, welches an die Zufuhr 31 und die Abfuhr 32 angeschlossen ist. Im Zentrum der meanderförmig geführten Kühlrohre 26 wird das Band B durch den Schlitz 20 geführt.

Im oberen Teil des Bildes ist eine Anordnung dargestellt, bei der zu beiden Seiten des Bandes jeweils zwei Rohre sich befinden. Die Pfeile deuten die Fließrichtung des Kühlmediums an. Es zeigt sich, daß das Kühlmedium zuerst um das Band herumgeführt wird, um anschließend parallel zur Kühlrohrschlange im Bereich des Bandes der Kühlmediumabfuhr zugeführt zu werden.

Im unteren Teil des Bildes sind insgesamt drei Rohre parallel nebeneinander angeordnet. In der Skizze ist dargestellt, daß das Kühlrohr in Nähe des Bandes abgeschrägt sein kann und zwar in der Weise, daß sich der Schlitz 20 konisch in Richtung Gefäßinneres öffnet.

Wie in der Skizze dargestellt, können Rohre mit kreisrundem Profil zum Einsatz kommen, wie auch Vierkantrohre.

Die Fig. 3 zeigt einen Ausschnitt des Gefäßes mit dem metallischen Gefäßmantel 13 und der Feuerfestauskleidung 14, und zwar im rechten Teil als Stampfmasse und im linken Teil als Stein.

Der Kanal 20 weist eine Erhöhung auf, die dem metallischen Gefäßmantel 13 zugeneigt auf ein Feuerfestkanalteil 21 aufsetzt, und zwar in der linken Bildhälfte als feuerfester Stein 23 und in der rechten Bildhälfte als feuerfeste Stampfmasse 24 ausgebildet.

Der Schmelze zugeneigt ist ein metallischer Kanalteil 22, der in der linken Bildhälfte als Kühlrohr 26 in der rechten Bildhälfte als Kühlkasten 25 ausgestaltet ist. In Richtung Gefäßinneres ist dieser Kanalteil 22 mit einer Feuerfestschicht 15 belegt.

Der Kanal 20 besitzt eine innere Kanaldicke D, durch die das Band B mit der Banddicke d geführt ist.

In Bandrichtung kristallisiert an das durch die Schmelze S geführte Band B eine Schicht K an.

Weiterhin sind in der Fig. 3 Isothermen der Schmelze S aufgeführt. Es zeigt sich, daß im schlitzförmigen Kanal im Bereich des metallischen Kanalteils 22 sich eine Temperatursenke nahe dem Erstarrungspunkt T_SOL einstellt. Dieses Zwei-Phasen- Gebiet Schmelze/Kristall verhindert ein Auslaufen der Schmelze durch den schlitzförmigen Kanal aus dem Schmelzgefäß heraus.

Vom Zwei-Phasen-Gebiet ausgehend sind weitere Isothermen dargestellt bis hin zur Schmelzentemperatur T_SOL. im Bereich des Schlitzes bildet sich zwischen dem Band B und dem Kühlkasten 25 unter dem Kühlrohr 26 ein Meniskus M aus.

In Abhängigkeit der Form der Stirnfläche des metallischen Kanalteils 22 bildet sich der Meniskus in seiner Form aus, wobei er bei der konisch ausgebildeten Stirnfläche tiefer in den schlitzförmigen Kanal 20 hineinragt. Die Schmelze S ist dabei selber noch nicht durcherstarrt sondern noch duktil aber soweit fest, daß ein Ausströmen der Schmelze aus dem Kanal verhindert wird.

Bezugszeichenliste

Gefäß
11 Gefäßboden
12 Gefäßseitenwände
13 Metallischer Gefäßmantel
14 Feuerfestauskleidung
15 Feuerfestschicht
20 Kanal
21 Feuerfester Kanalteil
22 Metallischer Kanalteil
23 Stein
24 Stampfmasse
25 Kühlkasten
26 Kühlrohr

Kühleinrichtung
31 Medienzufuhr
32 Medienabfuhr
33 Pumpe
34 Behälter

Bandfördereinrichtung
41 Führungsrolle
42 Glättrolle

Meß- und Regeleinrichtung
51 Wärmeenergie

S Schmelze
B Band
K Ankristallisierte Schicht
d Banddicke
D Kanalinnendicke
M Meniskus

Claims

1. Verfahren zum Erzeugen von dünnen Metallsträngen, insbesondere aus Stahl, bei dem ein Metallband durch den Boden eines mit Schmelze gefüllten Behälters geleitet und nach Ankristallisierung von Schmelze an dieses über antreibbare, oberhalb des Behälters angeordnete Rollen abgezogen wird, gekennzeichnet durch folgende Schritte:

a) das Metallband wird in Richtung Gefäßinneres berührungsarm durch einen schlitzförmigen Kanal geführt,
b) die Metallschmelze wird im Bereich der Mündung des Kanals auf eine Temperatur soweit abgekühlt, daß in einem Zwei-Phasen-Gebiet ein Kristallanteil zwischen 50 und 90% vorliegt,
c) das Metallband kontaktiert im Bereich der Mündung des Kanals diese kühle Schmelzenmenge, bildet dabei einen Meniskus und kühlt im Nahbereich des Meniskus die Schmelze in einem Zwei-Phasen-Gebiet aus Schmelze und Kristall mit einer Temperatur dicht oberhalb des Soliduspunktes ab.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Bandgeschwindigkeit so gewählt wird, daß der Meniskus sich im Bereich der Mündung des Kanals an der Stelle befindet, an der sich die Kanalöffnung in Bandförderrichtung erweitert.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmeabfuhr durch ein Kühlmedium in Abhängigkeit der Bandgeschwindigkeit geregelt wird.

4. Verfahren nach einem der oben genannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmeabfuhr in Abhängigkeit von der Schmelzbadtemperatur geregelt wird.

5. Vorrichtung zum Erzeugen dünner Metallstränge mit einem mit einer Feuerfestauskleidung versehenen und mit einer Schmelze füllbaren Gefäß, in dessen Boden eine zum Hineinleiten eines Metallbandes vorgesehene Öffnung vorhanden ist, zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Öffnung (20) als schlitzförmiger Kanal ausgebildet ist, dessen Innenwand zur Oberfläche des Metallbandes (B) einen Abstand von 0,3 bis 1,40 mm aufweist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Kühlelement (22) aus Stahl ist und sich um den schlitzförmigen Kanal herum erstreckt.

7. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Kühlelement (22) aus Kupfer ist, das mit einer Schutzschicht (27) gegen abrasiven Verschleiß versehen ist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Kühlmedium ein Gas ist.

9. Vorrichtung nach den Ansprüchen 7, dadurch gekennzeichnet, daß an das Kühlelement (22) Medienzuführungen (31) und Medienabführungen (32) angeschlossen sind, und daß die Medienabführungen (32) mit einer Förderstation (33) verbunden sind, durch die das Kühlwasser durch das Kühlelement saugbar ist.

10. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Kühlelement (22) eine in Richtung Gefäßinneres sich öffnende konische Form aufweist.

11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Kühlelement auf der zum Gefäßinneren weisenden Wand mit einer Schicht aus einer Feuerfestmasse (15) belegt ist.

12. Vorrichtung nach einem der oben genannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine Einrichtung (51) zum Messen und Regeln der Wärmeabfuhr bzw. -zufuhr aus dem metallischen Kanalteil (22) vorgesehen ist.