DE19512467C2

DE19512467C2 - Verfahren beim Bandgießen von Metall, insbesondere von Stahl

Info

Publication number: DE19512467C2
Application number: DE1995112467
Authority: DE
Inventors: Franz Fikus; Horn Hannes Schulze
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1995-04-03
Filing date: 1995-04-03
Publication date: 2000-03-16
Anticipated expiration: 2015-04-04
Also published as: DE19512467A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens beim Bandgießen von Metall, insbesondere von Stahl, in Zweiwalzen-Gießmaschinen, aus denen ein gegossenes Metallband vorzugsweise vertikal austritt. Eine solche Einrichtung ist aus der DE 43 07 850 C1 bekannt.

Beim Bandgießen von Metall, insbesondere Stahl, ist es üblich, das gegossene Band durch gekühlte Führungsrollen aufzunehmen und, wenn es sich um eine Vertikalgießmaschine handelt, in die Horizontalrichtung umzulenken. Durch die Führungsrollen, die sich insbesondere, wenn durch sie eine Gewichtsentlastung am Austritt aus den Gießwalzen und/oder eine Oszillation des Bandes vorgesehen ist, unmittelbar unter den Gießwalzen befinden, kommt es jedoch leicht zu Beschädi gungen der Bandoberfläche, z. B. durch nach längerer Zeit an den Rollen anhaftenden Zunderresten. Auch eine Beeinflussung des Bandprofils ist bei dem unmittelbar nach dem Austritt aus den Gießwalzen noch sehr weichen Band nicht auszuschließen. Dies trifft insbesondere dann zu, wenn mit den Führungsrollen eine Auszugskraft-Einstellung des Bandes aus den Gießwalzen nach Art einer Zugregelung vorgenommen werden soll, da hierfür die Führungsrollen an das Band angepreßt werden müssen.

Es ist Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren und eine Einrich tung anzugeben, mit der die sonst üblicherweise durch Auszugsrollen o. ä., durch Ausnutzung der Schwerkraft etc. erreichbaren Wirkungen berührungslos und besser regelbar erreichbar sind.

Die Aufgabe wird dadurch gelöst, daß durch elektrische Ströme in dem gegossenen Band gezielt elektrodynamisch wirkende Kräfte erzeugt werden. Durch die erfindungsgemäß erzeugten, gezielt elektrodynamisch wirkenden, Kräfte werden vorteilhaft neue Einflußmöglichkeiten geschaffen, mit denen für ein gegossenes Band nach dem Austritt aus der Gießmaschine eine verbesserte Beeinflussung verwirklicht werden kann.

In Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß die elektrodynamisch erzeugten Kräfte derart wirken, daß das gegossene Band durch die elektrodynamisch erzeugten Kräfte berührungslos beeinflußt wird. Durch eine berührungslose Beeinflussung nach dem Austritt des gegossenen Bandes aus der Bandgießeinrichtung, z. B. einer Zweiwalzen-Bandgieß einrichtung, die sowohl in einer Umlenkung, als auch in einer Oszillation oder in einer Bremsung bzw. Gewichtsentlastung o. ä. bestehen kann, ist eine bisher unerreicht gute Qualität, z. B. der Oberfläche des gegossenen Bandes erzielbar.

Zwar ist der Energieverbrauch durch die erfindungsgemäße elektrodynamische Bandbeeinflussung höher als der Energie verbrauch von Bandführungsrollen, dies wird jedoch durch eine dauerhaft gleichmäßig gute Qualität der Bandoberfläche und verbesserte Bandtoleranzen bei weitem aufgewogen. Darüber hinaus entfällt eine Überwachung und laufende Reinigung der Bandführungsrollen. Von besonderem Vorteil ist dabei, daß zumeist auch von einer schnellen dynamischen Regelung der nachgeschalteten Warm- oder Kaltwalzeinrichtungen abgesehen werden kann, da die durch das erfindungsgemäße Verfahren mögliche schnelle Zugregelung, die am Ort der größten Stellgliedwirksamkeit, nämlich der Austrittsstelle des gegossenen Bandes aus der Gießeinrichtung ansetzt, das Bandprofil und die Banddicke bereits ausreichend gut einstellbar macht. Bei den Gießwalzen stellt sich eine stabile "thermic crown" ein, die in Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen berührungslos feinfühlig wirkenden Band auszugskraft-Einstellungsverfahren zu einer optimalen, Bandvorform führt. Das Walzen eines mit dem erfindungsgemäßen Verfahren geregelt hergestellten Bandes kann daher sehr vorteilhaft für normale Toleranzanforderungen mit mechanisch angestellten, einfachen Quartogerüsten erfolgen.

Von weiterem Vorteil ist, daß durch das Fehlen von Rollen die Zunderoberfläche ungestört bleibt, so daß aus dem entstehenden Rissbild auf evtl. im Band vorhandene Risse geschlossen und gießtechnisch entsprechend reagiert werden kann. Auch eine unterschiedliche Zunderausbildung auf der Ober- und der Unterseite des Bandes, die durch Tragrollen oder die Rollen einer Schlingenführung entsteht, wird vermieden, da das Band erfindungsgemäß elektrodynamisch getragen wird.

Die ungestörte Zunderausbildung ist besonders vorteilhaft, wenn sich unmittelbar an das Gießen ein Walzvorgang anschließt.

Zur Durchführung des Verfahrens ist eine Gießeinrichtung vor gesehen, bei der an dem gegossenen Band zur Erzeugung elektrodynamisch wirkender Felder elektrische Leiter, insbesondere in Spulenform, angeordnet sind. So kann das erfindungsgemäße Verfahren vorteilhaft einfach durchgeführt werden.

In Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß die elektrischen Leiter wassergekühlt ausgebildet sind und eine, insbesondere keramische, Wärmeisolationsschicht auf der dem Band zugewandten Seite aufweisen. Zwischen den wassergekühlten Leitern sind vorteilhaft zusätzlich wasserdurchströmte Kühlkammern angeordnet. So ergibt sich eine Ausführung, die der Wärmeentwicklung in den elektrischen Spulen, die beträchtlich ist, und der Wärmeabstrahlung des gegossenen Bandes, die ebenfalls erheblich ist, Rechnung trägt.

Die wassergekühlten Leiter sind vorteilhaft in Leitermodulen, z. B. in Spulenanordnungen, zusammengefaßt und einzeln oder zusammen lagejustierbar ausgebildet. So ist eine einfache Anpassung an andere Banddicken, geänderte Auszugsbedingungen o. ä. möglich. Dabei ergibt sich durch die Leitermodule auch eine bereichsweise Regelbarkeit.

Für ein unmittelbares Auswalzen des gegossenen Bandes nach dem Gießen, das insbesondere für rißempfindliche Stähle vorteilhaft ist, ist vorgesehen, daß hinter oder zwischen den elektrodynamisch wirkenden elektrischen Leitern Induktions spulen zur Einstellung eines vorherbestimmten, insbesondere regelbaren, Temperaturprofils über die Bandbreite angeordnet sind. Diese Induktionsspulen sind aufgabenbezogen als Flächeninduktoren und/oder Kanteninduktoren ausgebildet und jeweils mit der optimalen, frequenzabhängigen Eindringtiefe betreibbar ausgebildet. So ist sichergestellt, daß das gegossene Band mit einem optimalen Temperaturprofil in die Walzgerüste einer direkt nachgeschalteten Walzeinrichtung eintritt. Hierdurch wird vorteilhafterweise noch ein zusätz liches Stellglied für den Walzvorgang erhalten. Dies ist für die sichere Einhaltung der Profiltoleranzen von Vorteil. Desweiteren wird auch der Tatsache Rechnung getragen, daß die elektrodynamisch wirkenden Spulen das gegossene Band hauptsächlich in der Mitte aufheizen und die Kanten thermisch vergleichsweise weniger beeinflußt werden.

Die Erfindung wird anhand von Zeichnungen näher erläutert, aus denen, ebenso wie aus den Unteransprüchen und der Zeichnungsbeschreibung, weitere erfinderische Vorteile ersichtlich sind. Im einzelnen zeigen:

Fig. 1 eine vereinfachte Darstellung einer erfindungsgemäßen Gießeinrichtung mit elektrodynamisch wirkenden Leiterspulen,

Fig. 2 einen Teilschnitt durch eine elektrodynamische Einrichtung am gegossenen Band,

In Fig. 1 bezeichnet 1 die eine und 2 die andere Gießwalze einer Zweiwalzen-Gießmaschine. Aus dem Spalt zwischen den Walzen 1 und 2 tritt das gegossene, hier noch sehr weiche Band 3 aus, dessen evtl. durch ein Kleben an einem der beiden Gießwalzen 1 oder 2 verursachtes Ausweichen aus der Vertikalen, durch ein Meßgerät, symbolisiert durch den Meßpfeil 8, gemessen wird. Ein solches Meßgerät ist vorzugsweise ein Laser-Meßgerät, z. B. ein Infrarot-Impuls- Laufzeitmeßgerät, es kann aber auch ein interferometrisch arbeitendes Meßgerät verwendet werden. Wird durch das Meß gerät ein Kleben des Bandes festgestellt, dann wird das gegossene Band elektrodynamisch in oszillierende Bewegung gesetzt. Die Oszillationsweite kann ebenfalls durch das Meßgerät gemessen werden. Natürlich ist ebenso wie eine fallweise auch eine ständige Oszillation des Bandes möglich, z. B. um schon der Gefahr des Klebens vorzubeugen.

Weiterhin wird unmittelbar nach dem Austritt des Bandes aus den Gießwalzen vorteilhaft die Temperatur des Bandes gemessen, dies wird durch den Meßpfeil 9 symbolisiert. Gegebenenfalls befindet sich hier auch noch ein Banddicken- bzw. Profil-Kontrollmeßgerät. Wegen der hohen Bandtemperatur werden vorzugsweise Isotopenmeßgeräte eingesetzt. Um eine oszillierende Bewegung des Bandes zu ermöglichen, wird der Arbeitsluftspalt in der zweiteilig ausgebildeten elektromagnetischen Spulenanordnung 4 entsprechend groß bemessen. Dies erleichtert auch das Einführen des beim Anfahren der Gießeinrichtung verwendeten Kaltbandes.

Die Zugkraft der elektrodynamisch wirkenden Spuleneinrichtung 4 wird durch ein geregeltes Wanderfeld oder durch eine geregelte Kraft eingestellt, die der Schwerkraft entgegen wirkt. In beiden Fällen ist eine unmittelbar und berührungslos wirkende Bandzugregelung erreichbar, die wegen der leichten Einschnürbarkeit des gegossenen Bandes am Austrittsspalt zwischen den beiden Gießrollen 1 und 2 von großer Wirksamkeit ist.

An gegossenen Bändern wirkende elektrodynamische Einrich tungen sind bisher noch nicht bekannt. Es ist aber bekannt, beim horizontalen Gießen von Aluminiumbändern (DE 31 50 239 C2) das flüssige Alumium durch ein senkrecht zur Oberfläche des Metalls gerichtetes magnetisches Feld derart zu beeinflussen, daß durch eine Volumenbewegung quer zur Fließrichtung ein gleichmäßig dickes, gegossenes Band entsteht. Die aus der DE 31 50 239 C2 bekannte Spulen anordnung gibt aber keinen Hinweis auf die elektrodynamische Beeinflussung eines gegossenen Bandes als Einheit.

Hinter der Spulenanordnung 4, die vorteilhaft symmetrisch ausgebildet ist und derart von elektrischem Strom durchflossen wird, daß sie selbstzentrierend wirkt (eine Oszillation kann also durch einfaches partielles Abschalten von Spulenteilen erreicht werden) schließen sich elektro dynamisch wirkende Führungsspulen 5 und 6 an. Mit diesen Führungsspulen ist es möglich, das Band in einem Krümmungs bogen 7 berührungslos und mit einer anforderungsgerechten resultierenden Axialkraft F in die Horizontalrichtung umzulenken.

Die für die elektrischen Spulen in der Spulenanordnung 4 und für die Einzelspulenanordnungen 5 und 6 notwendigen Ströme berechnen sich aus dem Induktionsgesetz. Gemäß dem Induktionsgesetz gilt

E = v . B

wobei E die Feldstärke in V/m, v die Geschwindigkeit des Bandes in m/sec und B die Flußdichte in Tesla ist. Mit dem Strich über den genannten Größen wird angedeutet, daß es sich um Vektoren handelt. Ferner gilt

s = p . E

wobei s die Stromdichte in A/m² und p der spezifische Wider stand im Material in Ohm.m ist. Man erhält somit

f = s . B

wobei f die Kraft im Band in Newton/m³ ist, die durch Feld stärkeänderungen E geregelt wird.

Es versteht sich, daß die Breite und Länge der Spulenanord nung 4 sowie der Einzelspulen 5 und 6 sowie evtl. nicht gezeigter weiterer Einzelspulen der jeweiligen Bandbreite und dem Austrittsgeschwindigkeitsbereich sowie dem Dickenbereich des gegossenen Bandes angepaßt sind. An die elektrodynamisch wirkenden Spulen schließen sich nicht gezeigte, übliche, regelbare Induktionsspulen an, wenn ein spezieller Tempe raturverlauf über die Bandbreite gewünscht wird.

In Fig. 2, die den schematischen Aufbau einer einem gegossenen Band 10 zugewandten Spule zeigt, bezeichnet 11 eine keramische Schutzschicht zwischen dem gegossenen Band 10 und den Kernstegen 12, die vorzugsweise kammartig ausgebildet sind. Zwischen den einzelnen Kernstegen schließen sich die erzeugten magnetischen Feldlinien. Durch diese Feldlinien richtung entsteht eine das Band abstoßende Kraft, deren Größe anhand der vorstehend genannten Gleichungen und der geo metrischen Verhältnisse abschätzbar sind.

In die kammartig ausgebildeten Stege 12 sind elektrische Leiter 13 eingefügt, die insbesondere als wassergekühlte Hohlleiter ausgebildet sind. Zur Abführung der in den Kern stegen 12 entstehenden und zur Aufnahme der durch die keramische Isolationsschicht 11 hindurchdringenden Wärme des gegossenen Bandes 10 dienen zusätzliche wasserdurchströmte Kühlkammern 14. Diese sind vorzugsweise aus einzelnen Blechteilen zusammengeschweißt oder hartgelötet wie es schematisiert angedeutet ist.

Claims

1. Verfahren beim Bandgießen von Metall, insbesondere von Stahl in Zweiwalzen-Gießmaschinen, aus denen ein gegossenes Metallband, vorzugsweise vertikal austritt, dadurch gekennzeichnet, daß durch elektrische Ströme in dem gegossenen Band gezielt elektrodynamisch wirkende Kräfte erzeugt werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrodynamisch erzeugten Kräfte derart wirken, daß das gegossene Band durch die elektrodynamisch erzeugten Kräfte berührungslos beeinflußt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Raumlage des gegossenen Bandes beeinfluß wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrodynamisch erzeugten Kräfte derart wirken, daß das gegossene Band beim Austritt aus der Gießmaschine zumin dest teilweise vom Eigengewicht entlastet wird, vorzugsweise unter Einstellung eines geregelten Rest-Bandzuges.

5. Verfahren nach Anspruch 1, 2, 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrodynamisch erzeugten Kräfte derart wirken, daß das gegossene Band, vorzugsweise geregelt, in oszillierende Bewegungen versetzt wird.

6. Verfahren nach Anspruch 1, 2, 3, 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrodynamischen Wirkungen durch magnetische Felder, insbesondere durch veränderliche magnetische Felder, etwa durch Wanderfelder oder Felder mit oszillierender Feld stärke erzeugt werden.

7. Gießeinrichtung zum Gießen von Metallbändern, insbesondere von Stahlbändern, nach einem oder mehreren der vorher gehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß an dem gegossenen Band (3) zur Erzeugung elektrodynamisch wirkender Felder elektrische Leiter, insbesondere in Spulenform (4, 5, 6), angeordnet sind.

8. Einrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrischen Leiter (13) wassergekühlt ausgebildet sind und eine, insbesondere keramische, Wärmeisolations schicht (11) auf der dem Band (3, 10) zugewandten Seite aufweisen.

9. Einrichtung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den wassergekühlten Leitern (13) zusätzlich wasserdurchströmte Kühlkammern (14) angeordnet sind.

10. Einrichtung nach Anspruch 7, 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß die wassergekühlten Leiter (13) in Leitermodulen, z. B. in Spulenanordnungen (4, 5), zusammengefaßt und einzeln oder zusammen lagejustierbar ausgebildet sind.

11. Spulenanordnung nach Anspruch 7, 8, 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß hinter oder zwischen den elektrodynamisch wirkenden elektrischen Spulen (4, 5, 6), deren Energieeinbringung in das Band ergänzend, Induktionsspulen zur Einstellung eines vorherbestimmten, insbesondere regelbaren, Temperaturprofils über die Bandbreite angeordnet sind.

12. Gießeinrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Induktionsspulen zur Einstellung eines vorherbestimm ten, insbesondere regelbaren, Temperaturprofils über die Bandbreite als, insbesondere mehrteilige, Flächeninduktoren und/oder Kanteninduktoren ausgebildet sind, insbesondere jeweils mit unterschiedlicher Frequenz betreibbar.

13. Einrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sie regelbare statische Stromrichter aufweist.

14. Verwendung von elektrodynamisch erzeugten Kräften, vorzugsweise nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, beim Bandgießen zur berührungslosen Auszugskraft regelung und Führung ggf. auch Oszillation, des gegossenen Bandes.