DE19631999A1 - Stranggießverfahren zur Herstellung von Verbundblechen sowie Stranggießanlage - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Stranggießverfahren und eine Stranggießanlage zur Herstellung von Verbundblechen mit einer Randzone und einer Kernzone.

In der Metallindustrie gibt es den Wunsch nach Blechen, die nach ihrer Verarbeitung mehrere Funktionen erfüllen sollen. So sind beispielsweise im Behälter- und Apparatebau Bleche er­ wünscht, die sowohl eine hohe Stabilität und Festigkeit auf­ weisen als auch eine hohe chemische Beständigkeit. Dies gilt zum einen für die Beständigkeit gegenüber aggressiven Medien in den Behältern oder Apparaturen als auch gegenüber äußeren Ein­ flüssen und Witterungseinflüssen.

Bei höheren Anforderungen an die chemische Beständigkeit wer­ den in der Regel Edelstähle, insbesondere Chrom-Nickel-Stähle, verwendet. Da diese gegenüber billigeren Baustählen eine ge­ ringere Festigkeit aufweisen, muß dieser Festigkeitsnachteil durch größere Wandstärken der Edelstahlbleche ausgeglichen werden, was aber mit wesentlich höheren Kosten verbunden ist. Somit ist ein unter der Blechoberfläche befindliches teures Material für die Festigkeit eines Bleches verantwortlich, ob­ wohl diese Funktion von billigeren Baustählen besser und kostengünstiger wahrgenommen werden könnte.

Es ist bekannt, zur Lösung derartiger Probleme sogenannte plattierte Bleche herzustellen, deren Kernblech und Randblech bzw. Randbleche aus verschiedenen Werkstoffen bestehen, die die jeweils gewünschten unterschiedlichen Funktionen erfüllen können. Beispielsweise sind plattierte Bleche bekannt, deren Kernblech aus einem preiswerteren Baustahl zur Lieferung der gewünschten Festigkeit und deren Randbleche aus einem Edel­ stahl zur Lieferung der gewünschten chemischen Beständigkeit bestehen.

Die Herstellung derartiger Bleche ist allerdings mit hohen Kosten verbunden, da das Endprodukt Verbundblech aus bereits fertig gewalzten Blechen zusammengesetzt wird, die dann zur Verschweißung der einzelnen Blechlagen nochmals gewalzt wer­ den.

Aus der US-A-3,457,984 sind zur Herstellung von Verbundblechen ein kontinuierliches Stranggießverfahren sowie eine Strangieß­ anlage bekannt. Bei diesem Verfahren werden Metallbänder oder -streifen über Umlenkrollen an einem Rollensystem kontinuier­ lich nach unten abgezogen, wodurch sich kontinuierlich ein um­ fangsgeschlossener Mantel ausbildet. Geschmolzenes Metall, beispielsweise Stahl oder Buntmetall, das über eine kurze Führung in diesen durch die Bänder geformten, somit quasi als Kokille dienenden Mantel gegossen wird, erstarrt an der Umman­ telung und wird mit dieser abgezogen. Als ein primäres Problem zeigt sich bei diesem Verfahren das Erfordernis, die Schmelze von dem kontinuierlich abgezogenen hohlen Mantel komplett ein­ schließen zu müssen. Dies ist schwierig, da sich der Mantel aus einzelnen Metallbändern zusammensetzt und deren aufeinan­ dertreffenden Kanten dicht verschweißt werden müssen, um zu verhindern, daß Schmelze aus der Ummantelung austritt, was zu Fehlstellen im Verbund führt. Zur Lösung dieses Problems wird mit dem bekannten Verfahren ein kontinuierliches verschweißen von aufeinandergeklappten Endkanten der kontinuierlich zuge­ führten Metallbänder vorgeschlagen. Hierbei besteht die Außen­ haut des abgezogenen Stranges immer aus dem festen bandförmi­ gen Werkstoff, der in Form eines Mantels zugleich als Kokille für den schmelzflüssigen Werkstoff dient.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Strangießver­ fahren für die Herstellung von Verbundblechen, insbesondere Verbundstahlblechen, bereitzustellen und mittels der bekannten Stranggießeinrichtungen bei nur geringer konstruktiver Verän­ derung Verbundbleche mit einer Kern- und Randzone(n) aus un­ terschiedlichen Werkstoffen einfach und preiswert herzu­ stellen, die entweder sofort die gewünschte Enddicke haben oder mit nachfolgender konventioneller Dickenreduzierung in einem Warmwalzwerk auf die gewünschte Endstärke gebracht wer­ den können.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale der Ansprüche 1 und 9 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen offenbart.

Kern der Erfindung ist die Herstellung von Verbundblechen schon beim Prozeß des Stranggießens, wobei Stranggießanlagen nach dem heutigen Stand der Technik verwendet werden können, die sich durch nur geringe konstruktive Veränderungen einfach an das erfindungsgemäße Verfahren anpassen lassen.

Hierbei werden mindestens zwei verschiedene Werkstoffe, bei­ spielsweise zwei verschiedene Stähle oder auch verschiedene Metalle, in einen gemeinsamen Gießtrichter einer Stranggießan­ lage eingeführt, der in seinem oberen Bereich durch mindestens ein in den Gießtrichter hineinragendes - wegen der besseren Kühlmöglichkeiten vorzugsweise hohl es - Abtrennelement in eine Kernzone und mindestens eine Randzone getrennt wird. Der die Kernzone bildende Werkstoff kann beim Einführen in den Gieß­ trichter entweder schmelzflüssig oder fest sein, beispielswei­ se in Form einer Platine oder als Endlosband. Die die Kernzone und die Randzone bildenden Werkstoffe werden im unteren Be­ reich des Gießtrichters vor Eintritt in eine gemeinsame Ko­ kille zusammengeführt, durch diese zu einem gemeinsamen Strang bei Einhaltung der einzelnen Zonen geformt und abgezogen.

Dabei ist es wichtig, daß der die Kernzone bildende Werkstoff, wenn er im schmelzflüssigen Zustand in den Gießtrichter einge­ führt wird, im Moment des Zusammentreffens mit dem ihm benach­ barten Randzonenwerkstoff einen festen Randbereich aufweist, um nachteilige Vermischungen der beiden Werkstoffe zu verhin­ dern. Ein im festen Zustand in den Gießtrichter eingeführter Werkstoff besitzt diesen festen Randbereich von vornherein.

Das bzw. die Abtrennelemente, vorteilhaft ausgebildet als Ko­ kille, werden hierbei vorzugsweise in dem Gießtrichter mittig zu seiner Längsachse angeordnet.

Grundsätzlich ist es auch denkbar, daß das Verbundblechendprodukt aus einer Kernzone und mehreren Randzonen besteht. Zur Herstellung eines solchen Verbundbleches sind dann mehrere Ab­ trennelemente in der erfindungsgemäßen Stranggießeinrichtung vorgesehen, die jeweils ineinander angeordnet sind.

Wenn sowohl die die Kernzone als auch die Randzone(n) bilden­ den Werkstoffe im schmelzflüssigen Zustand in den Gießtrichter eingeführt werden, werden die durch Gießrohre eingebrachten Werkstoffe durch Kokillen als Abtrennelement(e) im oberen Teil des Gießtrichters voneinander getrennt. Während der Werkstoff, der die äußerste Randzone bildet, bis zum Eintritt in die sich an den Gießtrichter anschließende Kokille schmelzflüssig bleibt, haben die die inneren Zonen bildenden Schmelzen beim Durchlaufen der als Kokille ausgebildeten Abtrennelemente je­ weils schon eine feste Randschale bzw. Außenhaut ausgebildet. Ein gemeinsames Durcherstarren in der sich an den Gießtrichter anschließenden Kokille ist somit ohne Gefahr einer zu großen Bildung von Mischgefügezonen möglich.

Als Alternative wird vorgeschlagen, daß der die Kernzone bil­ dende Werkstoff im festen Zustand, d. h. als Festkörper, in den Gießtrichter durch ein Abtrennelement in Form einer hohlen Führung eingeführt wird, während die die Randzone(n) bildenden Werkstoffe wiederum schmelzflüssig sind.

Dabei kann der feste Werkstoff als Platine in Form einer Tafel eingeführt werden. Vorzugsweise läßt sich der Werkstoff als Bandmaterial kontinuierlich von einer Coil-Box abziehen.

Es empfiehlt sich, das feste Material vor dem Einführen auf eine erforderliche Temperatur zu bringen, die unterhalb der Schmelztemperatur des benachbarten Randzonenwerkstoffes liegt. Weiterhin wird das Material von Verunreinigungen befreit, ins­ besondere von Oberflächenzunder. Dabei sollte die Vorbehand­ lung bei inerter Atmosphäre durchgeführt werden.

Aufgrund des vorgeschlagenen Verfahrens und der Anlage ist es möglich, auf einfache Weise Verbundbleche herzustellen. Dabei können im Gegensatz zu der Anlage nach der US-A-3,347,984 heute bestehende Stranggießanlagen durch unproblematisches Um­ rüsten verwendet werden.

Von Vorteil ist, daß die verschiedenen Werkstoffe nicht be­ reits in der Kokille, sondern am Ende des Gießtrichters zu­ sammengeführt werden, wobei der Werkstoff, der später die Kernzone bildet, entweder von Anfang an fest oder zumindest bereits eine erstarrte Randschale gebildet hat, d. h. die Be­ rührungszone ist immer fest. Somit läßt sich eine zu große Mischgefügezone vermeiden, während auf der anderen Seite aber ein inniger Verbund der Werkstoffe gewährleistet ist.

Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen und der nachfolgenden Beschreibung, in der in den Zeichnungen dargestellte Ausführungsbeispiele der Er­ findung näher erläutert sind. Es zeigen:

Fig. 1 einen Gießtrichter mit anschließender Kokille nach einer ersten Ausführungsform der Erfindung, sche­ matisch im Querschnitt dargestellt, und

Fig. 2 einen Gießtrichter mit anschließender Kokille nach einer zweiten Ausführungsform der Erfindung, schematisch im Querschnitt dargestellt.

Nach der ersten Ausführungsform gemäß Fig. 1 wird der die Kernzone bildende Werkstoff im schmelzflüssigen Zustand 6 in die Anlage gegeben, und es wird ein Verbundblech mit einer Kernzone 7 und einer die Kernzone umgebenden Randzone 9 herge­ stellt. Durch Abwandlung der Anlage läßt es sich auch errei­ chen, ein Verbundblech aus mehreren Randzonen zu produzieren. Die Anlage weist einen Gießtrichter 5 auf, in dessen Trichter­ öffnung von oben eine vorteilhaft als Bogenkokille ausgebil­ dete Kokille 3 angeordnet ist. Die Kokille 3 wird durch ein Gießrohr 1 mit schmelzflüssigem Kernzonenwerkstoff 6 gespeist; über zwei weitere Gießrohre 2 wird der schmelzflüssige Randzo­ nenwerkstoff 8 eingeleitet. Der Gießtrichter 5 mündet in eine Kokille 4, die hier ebenfalls als Bogenkokille ausgebildet ist.

Zur Herstellung des Verbundstranges bzw. -bleches wird in den Gießtrichter 5 gleichzeitig sowohl der schmelzflüssige Kern­ werkstoff 6 als auch der schmelzflüssige Randwerkstoff 8 über die Gießrohre 1 und 2 eingeführt. Das schmelzflüssige Material 6, das später den Kern des Verbundbleches bildet, beginnt in der Kokille 3 zu erstarren und besitzt nach dem verlassen der Kokille 3 bereits eine feste Randschicht. Damit es zu keinen Störungen mit dem schmelzflüssigen Randzonenwerkstoff 8 kommt, dieser insbesondere nicht schon frühzeitig erstarrt, ist die Kokille 3 mit einer Isolierschicht 11 versehen. Vor Eintritt in die gemeinsame Kokille 4 trifft der mittige Strang des Kernwerkstoffes 6 mit bereits fester Randschicht mit dem schmelzflüssigen Randzonenmaterial 8 zusammen; die beiden Ma­ terialien bzw. Werkstoffe werden in der gemeinsamen Kokille 4 bei Einhaltung der Schichten zu einem gemeinsamen Strang ge­ formt und auf herkömmliche Weise abgezogen. Bei Eintritt in die gemeinsame Kokille 4 beginnt das Randzonenmaterial 8 zu erstarren und bildet die Außenhaut des Verbundstranges.

Da der die Kernzone bildende, schmelzförmige Werkstoff 6 beim Zusammentreffen mit dem Randzonenmaterial 8 bereits am Rand erstarrt ist, kommt es zu keiner übermäßigen Vermischung der beiden Werkstoffe, sondern nur zu einer gering ausgebildeten Mischgefügezone 10. Nach dem Durchlaufen der gemeinsamen Ko­ kille 4 wird dann ein Strang abgezogen, der aus einem festen Kern 7 und dem festen, ebenfalls durcherstarrten Randbereich 9 besteht, wobei Kern und Rand aus unterschiedlichen Werkstoffen bestehen.

Grundsätzlich ist es denkbar, den Verbundstrang bereits auf die gewünschte Enddicke des Verbundbleches zu gießen. Anderen­ falls kann der Verbundstrang ohne weitere Zusatzschritte im Warmwalzwerk mit nachfolgender konventioneller Dickenreduzie­ rung auf die gewünschte Enddicke gebracht werden. Für das Warmwalzwerk sind keine Konstruktionsänderungen erforderlich. Dies hat den Vorteil, daß auf bestehende, konventionelle Anla­ gen zurückgegriffen werden kann, so daß teure Umrüstungen ent­ behrlich sind.

Die Fig. 2 zeigt eine zweite Ausführungsform des erfindungs­ gemäßen Verfahrens und der Anlage. Während bei der ersten Aus­ führungsform der Werkstoff, der im Verbundblech den Kern bil­ det, als Schmelze in den Gießtrichter gelangt, wird nunmehr ein Werkstoff im festen Zustand eingeführt, beispielsweise als Festkörper in Form einer Platine 12. Ebenso wie bei der ersten Ausführungsform ist ein Gießtrichter 5 vorgesehen; in dessen Trichteröffnung ist hier jedoch von oben als Abtrennelement eine Kernmaterialführung 13 angeordnet. Die Platine 12 kann entweder als Tafel ausgebildet sein oder als Endlosblech, das kontinuierlich von einer Coil-Box abgezogen wird.

Ebenso wie bei der ersten Ausführungsform wird der den Randbe­ reich bildende schmelzflüssige Werkstoff 8 über zwei voneinan­ der beabstandete Gießrohre 2 in den die Führung 13 umgebenden Gießtrichterbereich eingespeist. Die Schmelze wird zunächst durch die Führung 13 von dem festen Kernmaterial 12 bzw. Fest­ körper abgetrennt und erst vor dem Eintritt in die gemeinsame Kokille 4 mit diesem zusammengeführt. Schon unmittelbar beim Zusammentreffen mit dem Festkörper 12 beginnen Teile der Schmelze 8 des Randzonenmaterials zu erstarren. Der eigentli­ che Erstarrungsprozeß der Schmelze 8 setzt aber erst nach dem Eintritt in die Kokille 4 ein, in der der schmelzflüssige Werkstoff 8 sowohl - und vorrangig - durch Abkühlung an der Kokille 4 als auch von der Seite des Festkörpers 12 her er­ starrt und um den Festkörper 12 herum eine feste Randschale 7 des Verbundstranges ausbildet. Der aus der Kokille 4 abgezo­ gene Verbundstrang besteht aus einem festen Kern 12 mit festem Randbereich 7, wobei Kern und Rand aus unterschiedlichen Werk­ stoffen sind.

Bei dieser Ausführungsform ist es wichtig, daß der Festkörper 12 vorbehandelt wird. Zum einen muß er auf eine unter der Schmelztemperatur des schmelzflüssigen Randzonenwerkstoffes 8 liegenden Temperatur vorerwärmt werden. Zum anderen muß er ei­ ner Oberflächenreinigung unterworfen, insbesondere entzundert werden, um Fehlstellen in der Zwischenschicht des Verbund­ stranges entgegenzuwirken. Es ist daher vorgesehen, der Kern­ materialführung 13 einen Zufuhrtunnel 14 vorzuschalten, der mit Inertgas 15 gefüllt ist, um eine Oxidation des Festkörpers 12 vor Einleitung in den Gießtrichter 5 mit der umgebenden At­ mosphäre zu verhindern.

Claims (11)

1. Stranggießverfahren zur Herstellung von Verbundblechen mit einer Kern- und Randzone(n), dadurch gekennzeichnet,
daß mindestens zwei verschiedene Werkstoffe in einen Gieß­ trichter (5) eingeführt werden, der durch mindestens ein in den Gießtrichter hineinragendes Abtrennelement (3, 13) in eine Kernzone und mindestens eine Randzone getrennt wird, und
daß die verschiedenen Werkstoffe (6, 8 bzw. 12, 8) im un­ teren Bereich des Gießtrichters (5) vor dem Eintritt in eine gemeinsame Kokille (4) zusammengeführt und zu einem gemeinsamen Strang bei Einhaltung der einzelnen Zonen ge­ formt werden, wobei der die Randzone(n) des Stranges bil­ dende Werkstoff (8) bei Eintritt in die Kokille (4) schmelzflüssig ist, während der die Kernzone bildende Werkstoff (6,12) zumindest an seinen mit dem Randzonen­ werkstoff benachbarten Seiten einen festen Randbereich aufweist.

2. Stranggießverfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sowohl die die Kernzone als auch die Randzone(n) bil­ denden Werkstoffe (6,8) im schmelzflüssigen Zustand in den Gießtrichter (5) eingeführt werden und durch Kokillen (3) als Abtrennelement(e) im oberen Teil des Gießtrichters (5) voneinander getrennt werden.

3. Stranggießverfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kokillen (3) über eine Isolierschicht (11) von dem schmelzflüssigen Material im Gießtrichter (5) geschützt werden.

4. Stranggießverfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der die Kernzone bildende Werkstoff als Festkörper (12) in den Gießtrichter (5) eingeführt wird.

5. Stranggießverfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Festkörper (12) in Form einer Tafel oder als Band­ material, das kontinuierlich von einer Coil-Box abgezogen wird, vor Einleitung in den Gießtrichter (5) erwärmt, ent­ zundert und anschließend in ein Abtrennelement (13) einge­ führt wird.

6. Stranggießverfahren nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Festkörper (12) bei inerter Atmosphäre vorbehan­ delt wird.

7. Stranggießverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß es sich bei den verwendeten mindestens zwei verschie­ denen Werkstoffen um Stähle mit unterschiedlichen mecha­ nischen und physikalischen Eigenschaften handelt.

8. Stranggießverfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß es sich bei einem der verwendeten Materialien um einen Baustahl von hoher mechanischer Festigkeit und bei dem an­ deren um einen Edelstahl, insbesondere einen Chrom-Nickel-Stahl, von hoher chemischer Beständigkeit gegen äußere Einwirkungen und Witterungseinflüsse handelt.

9. Stranggießanlage zur Durchführung des Verfahrens nach An­ spruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in der Randnähe eines Gießtrichters (5) mindestens ein Gießrohr (2) zum Einführen eines schmelzflüssigen Rand­ werkstoffes (8) angeordnet ist und der Gießtrichter (5) in seinem oberen Bereich durch ein in den Gießtrichter hin­ einragendes Abtrennelement (3, 13) zur Aufnahme eines die Kernzone bildenden Werkstoffes in mindestens eine Randzone und eine Kernzone getrennt ist.

10. Stranggießanlage nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß bei mindestens zwei Abtrennelementen jeweils das äußere das innere radial umfaßt.

11. Stranggießanlage nach den Ansprüchen 9 oder 10, gekennzeichnet durch ein als Kokille ausgebildetes Abtrennelement (3, 13).