DE2548939C2 - Verfahren und Vorrichtung zum Stranggießen von Bändern - Google Patents
Verfahren und Vorrichtung zum Stranggießen von BändernInfo
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- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B22—CASTING; POWDER METALLURGY
- B22D—CASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
- B22D11/00—Continuous casting of metals, i.e. casting in indefinite lengths
- B22D11/06—Continuous casting of metals, i.e. casting in indefinite lengths into moulds with travelling walls, e.g. with rolls, plates, belts, caterpillars
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Stranggießen von Bändern, bei dem
die Schmelze an einer bewegten gekühlten Gießfläche zur Erstarrung gebracht wird und die Strangstärke über
die Bewegungsgeschwindigkeit der Gießfläche und deren Kühlung bestimmt wird.
Die Herstellung dünner Bänder macht in der Regel eine Anzahl von Arbeitsvorgängen notwendig, die hohe
Investitionen für Maschinen und hohe Kosten für Material und Lohn verursachen. Dünne Metallbänder
werden meist aus zu Bunden aufgewickelten Halbfabrikat-Bändern von etwa 2,5 bis 4,5 mm Dicke ausgewalzt,
die aus Gußblöcken nach deren Wiedererhitzung erwalzt wurden. Anschließend werden sie in einem *>5
Kaltwalzwerk auf Fertigmaß, z. B. I mm Dicke oder weniger ausgewalzt. In den letzten IO bis 20 Jahren
wurde das Blockgießen jedoch immer mehr durch das
Stranggießen ersetzt, wobei der endlose Strang in
Brammen aufgeteilt wird, die dem gewünschten Bundgewicht entsprechen. In Stahlwerken mit sehr
hoher Produktion sind die Dicken und Längen der stranggegossenen Brammen häufig 200 bis 350 mm und
IG bis ;5m, während sich Stahlwerke mit niedrigerer
Produktion oder bei der Produktion von SpezialStählen und Edelstahlen mit kleineren Brammenformaten und
Bundgewichten begnügen. Die Walzwerkausr.lstungen
für das Auswalzen von Brammen sind sehr teuer. Es hat daher nicht an Bemühungen gefehlt, dünne Brammen als
Ausgangsrohling zu verwenden, um Walzkosten zu erniedrigen. Da man aber immer ein bestimmtes
Bundgewicht erzielen möchte, muß die Brammenlänge je nach Verminderung deren Dicke erhöht werden, was
in schon bestehenden Werken zu Raum- und Transportproblemen führt.
Man hat daher ebenfalls versucht, die Walzkosten
dadurch zu erniedrigen, daß dünne bandartige Stränge direkt aus der Schmelze hergestellt und nach Erstarren
zu Bunden aufgewickelt werden, um so das Walzen ganz zu umgehen. Dieser Versuch mißlang jedoch hauptsächlich wegen ungelöster technischer Probleme, insbes.
einem störungsfreien sauberen Nachschub von Schmelze in den engen Raum zwischen zwei rotierenden
Walzen oder zwei endlose Gießbänder Ferner stellt es ein großes Problen bei einem einzigen Gießband dar,
ein Durchsickern von Schmelze in den Spalt zwischen dem eine bewegte Kühlfläche bildenden Gießband und
seitlichen, die Breite des erstarrenden Stranges bestimmenden Seitenwänden zum Gießband zu verhindern. In den Spalt hineinreichender erstarrter Grat hat
zu Verklemmungen geführt und ein Abreißen der Kruste bzw. erstarrenden Haut verursacht. Die Erzielung einer zufriedenstellenden Oberfläche und Abmessung ist schwierig. Versucht man dünne Stränge
während des Stranggießens gleichzeitig zu verformen, indem man die Schmelze zwischen gekühlte rotierende
Gießwalzen zuführt und durch di- Gießwalzen einen Druck auf die erstarrende Schmelze ausübt — ähnlich
der von Henry Bessemer schon vo: 1890 vorgeschlagenen Methode — stellt sich das Problem, den Ort des
Zusammentreffens der von beiden Seiten sich nähernden Erstarrungsfronten genau mittig vom Spalt
zwischen den beiden Walzen halten zu können. Wenn das Innere des Stranges beim Austritt aus dem
Walzenspalt noch flüssig wäre, konnte dies zu einem Durchbruch der Schmelze oder der Bildung von
Bäuchen führen, oder wenn die Schmelze aus dem Kern des Stranges herausfließt, könnte dies zu dessen
Aufspaltung führen. Wenn andererseits die erstarrten
Krusten zu dick sind, um ohne Zwang den Walzenspalt passieren zu können, kann halb erstarrte Schmelze
wieder zurück in die Schmelze »or dem Walzenspalt zurückgedrängt werden, womit diese allmählich immer
dickflüssiger wird und die Krustenbildung beschleunigt.
Berücksichtigt man die oft hundertfache oder größere Querschnittsabnahme bei der Herstellung dünner
Bänder bis zur gewünschten Bandstärke bedeutet die direkte Herstellung eines Stranges mit einer zum
Aufwickeln zu Bunden geeigneten Stärke aus der Schmelze eine enorme Ersparnis. An sich lassen sich so
Stränge bei gleicher Qualität und Eigenschaften wie herkömmlich erzielen. Die Schmelze erstarrt beim
Stranggießen dicker Stränge innerhalb einer ziemlich dünnen Haut mit feinen Kristallkörnern zu einem
Gefüge, das normalerweise ziemlich grobkörnig ist und ein starkes Durchkneten durch Walzen erfordert, um die
nötige Kornverfeinerung zu erlangen. Bei der Erstarrung
von weniger als 5 bis 6 mm starker Schichten erfolgt die Abkühlung normalerweise über den ganzer·
Querschnitt so rasch, daß schon hierbei ein so feinkörniges Gefüge entsteht, das eine größere Quer
schnittsabnohme durch Wa'zen zur Erzielung aer
gewünschten Feinkörnigkeit nicht erforderlich ist.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das eingangs gene "inte Verfahren und die zu dessen
Verwirklichung geeignete Vorrichtung zum Stranggießen üunner Bänder direkt aus der Schmelze dahingehend
zu verbessern, daß es nicht zu den genannten Betriebsstörungen durch Festklemmen von in den Spalt
zwischen bewegter gekünlter Gießfläche und den die Breite des Stranges bestimmenden Mitteln und, dadurch
bedingt, zu einem Abreißen der erstarrenden Schmelzhaut und folglich erheblichen Überdicken und Oberflächenstörungen
kommen kann, sondern ein befriedigend dünnbandförmiger Strang direkt hergestellt wird, der
unmittelbar zu Bunden als Halbfabrikat aufgewickelt oder als Ausgangsmatcria! für die Herstellung dickerer
Produkte, wie z. B. Brammen, Knüppel, Wt.zblöcken.
Rundstahl usw. durch Schweißen oder Verschmelzen, eingesetzt werden kann.
Das diese Aufgabe lösende Verfahren ist im Patentanspruch 1 und die zu dessen Durchführung
geeignete Vorrichtung im Patentanspruch 5 gekennzeichnet. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus
den Unteransprüchen.
Das Stranggießen erfolgt auf einer am Badspicgel der
Schmelze vorbeiwandernden gekühlten Gießfläche, wie dies an sich bekannt ist. Mitwandernde oder feststehende
seitliche Begrenzungswände zur Bestimmung der Breite des strangzugießenden Bandes werden durch
Vorsehen eines die Wandbreite bestimmenden elektromagnetischen Feldes vermieden, so daß es auch nicht
zur Gratbildung und im Gefolge davon zum Abreißen der erstarrenden Schmelzhaut b/w. -kruste und
wiederum dadurch bedingt zu einer sehr unregelmäßigen
Oberfläche kommen kann.
Es ist bekannt, im Bereich einer formgebenden Wandung einer Siranggießkokille eine Induktionsspule
anzuordnen, um in diesem Bereich ein elektromagnetisches
Feld /u erzeugen. Dieses ist jedoch so ausgebildet, daß die Schmelze bzw. deren Sumpf lediglich elektromagnetisch
gerührt wird. Unerwünschte Temperatur gradierten werden so vermieden. Bei gewissen Stahlsorten
ist jedoch beobachtet worden, daß makroskopisch kleine Schlackenteile dennoch in den Strang eingeschlossen
werden.
Em bekannter Vorschlag (DE-OS 21 21 978) geht dahin. Stränge nur durch Einwirkung eines elektromagnetischen
Feldes auf die Schmelze mit nachfolgender Kühlung mittels eines Kühlmittelstroms im Strang zu
gießen.
Ein Abstoßeffekt wird im Schmelz- und Gießereiwesen schon genui/i Im Induktionstiegelofen ist die
sogenannte Baduberhöhung des Metallspiegels eine Folge dieser Abstoßwirkung. Im Induktionsrinnenofen
wird der sogenannte Pincheffekt ausgenützt, wonach das eine Rinne für die Schmelze umgebende und vom
Rinnenslrom induzierte Magnetfeld den Rinnenquerschnitt
teilweise (scheinbar) abschnürt. Elektromagnetische Felder und Kräfte werden auch beim sogenannten
' evitationsschmelzen verwendet.
Erfindungsgemäß wird die Schmelze der gekühlten GieUfläche so zugeführt, Jjß sich im Kontakt mit ihr nur
ein relativ kleiner Sumpf bildet, dessen Breite derjenigen des erstarrenden Stranges entspricht und
dessen Länge in der Bewegungsrichtung bei gegebener Bewegungsgeschwindigkeit genügend Zeit für die
Erzielung der gewünschten Strangstärke läßt. Diese Zeit errechnet sich als Quotient aus der Länge des
flüssigen Sumpfes und der Bewegungsgeschwindigkeit. Der Sumpf kann entweder über, auf der Seite oder unter
der Gießfläche vorgesehen werden, da er durch die elektromagnetischen Kräfte begrenzt wird, die entweder
von einer oder mehreren mit der richtigen Stromstärke und Frequenz gespeisten Induktionsspulen
erzeugt werden.
Die Erfindung ist an mehreren Ausführungsbeispielen anhand einer Zeichnung näher erläutert, in der zeigt
Fig. 1 einen Längsschnitt durch eine Bandslranggießvorrichtung nach einer ersten Ausführungsform,
Fig. 1 einen Längsschnitt durch eine Bandslranggießvorrichtung nach einer ersten Ausführungsform,
Fig. 2 die Vorrichtung nach Fig. I im Schnitt längs
der Linie H-II,
F i g. 3 einen Längsschnitt durch eine Bandstrang· gießvorrichtung nach einer zweiten ".usführungsform.
F i g. 4 die Vorrichtung nach F ί g. Z irr Schnitt längs
der Linie IViV.
F i g. 5 eine Draufsicht auf eine Bandstranggießvorrichtung gemäß einer dritten Ausführungsform.
F i g> die Vorrichtung nach F i g. 5 längs der Linie VI-VI in Fig. 5.
F i g> die Vorrichtung nach F i g. 5 längs der Linie VI-VI in Fig. 5.
Fig. 7 eine schematische Schnittdarstellung einer vierten Ausführungsform einer Bandstranggießvorrichtung
und
Fig.8 einen Querschnitt durch eine fünfte Ausführungsform
einer Bandstranggießvorrichtung.
Bei der in den Fig. 1 und 2 dargestellten Ausführungsform einer Bandstranggießvorrichtung wird eine
Schmelze von einem nicht dargestellten Ofen einem Schmelzenbehälter 6 als Zwischenbehälter zugeführt.
Über einen Kanal 2 steht der Schmelzenbehälter 6 mit einer Düse 5 in Verbindung, welcher von einer
wandernden gekühlten Gießfläche 1 überdeck' wird. Diese Gießfläche kann außer einem Gießband eine
rotierende Walze oder dgl. sein. Die Gießfläche 1 ist in ein» .η bestimmten Abstand von der Düse 5 geführt, der
etwa der gewünschten Strangstärke entspricht.
Der Badspiegel der Schmelze im Sdimel«:enbehälter
6 wird so hoch über der Ebene der Gießfläche (dem Gießband) gehalten — Höhendifferenz 7 —. daß die
Schmelze einen Spalt 10 durchdringen würde, wenn die gekühlte Gießfläche nicht als Abdeckung wirken würde,
wenn nicht eine Kraft erzeugt werden würde, die dem Hindurchdringen durch den Spalt 10 entgegenwirken
würde. Diese Kraft erzeugt ein elektromagnetisches Feld von mit Wechselstrom gespeisten Induktionsspulen
3 oder 4. Der Spalt 10 kann auf drei Seiten des Düsen'ands so klein gehalten werden, daß die
Oberflächenspannung des flüssigen Metalls genügen würde, um ein Df-chdringen zu verhindern. An der
Austrittsseite der erstarrten Metallschicht 8. die durch die wandernde Gießfläche 1 von der Schmelzoberfläche
bzw. dem Badspiegel oberhalb der Düse 5 weggeführt wird, muß der Spal. 10 so groß sein, daß er die erstarrte
Metallschicht 8 bzw. Kruste frei passieren läßt, auch wenn sie eventuell etwas dicker als vorgesehen sein
sollte. Die Stärke des elektromagnetische!. Feldes muß demnach genügend groß sein, um hier ein Ausfließen
der Schmelze zu verhindern, während die vom hierdurch gebildeten Meniskus (Badspiegei) abgezogene
Schicht infolge der Erstarrung durch das elektromagnetische Feld hindurch hinausgefördert wird.
Die Stärke des elektromagnetischen Feldes bzw. die
tl.iilureh bewirkte Anstoßkraft für die Lingrenzung der
Breite der Kontaktfläehe /u ischen Großflache und
Schmelze kann verändert werden. Bei günstiger Lage der Induktionsspule bzw. genügend .Stromstärke kann
der Meniskus nach innen gedrängt werden, wobei die Kontaktfläche und damit die Breite und Dicke der
erstarrenden Metallschicht abnimmt, v. eil sie von der
Erstarrungszcit. d. h. von der Länge der Kontaktfläehe in der Bewegungsrichtung, und der Bewcgungsgeschwindigkeit
der Gießfläche bestimmt ist.
Die erforderliche Stärke der Abstoßkraft hängt ab vom metallosiatischen Druck auf die Gießfläche, d. h.
dem Höhenunterschied 7 multiplizier! mit dem spezifischen Gewicht der Schmelze. Die Form und Anordnung
der Induktionsspule, die Stärke und Frequenz des Stroms und die Eigenschaften und Verhältnisse des
Metalls und seiner Umgebung zur Erzielung einer gewünschten Feldstärke im gewünschten Bereich (wie
sehe FeId beeinflussende Teile und Materialien und dgl.)
bestimmen die in der Schmelze induzierte resultierende elektromagnetische Kraft.
Weil sich die Gießfläche relativ rasch über den Badspiegel hinwegbewegt, ist die Kühlung in diesem
Bereich nicht unbedingt notwendig, denn die auf die Gießfläche übertragene Wärme hat meist nicht
genügend Zeit, um die ganze Dicke der Wand zu durchdringen. Eine geeignete Kühlung kann daher
außerhalb dieses Bereichs vorgesehen sein, wie dies später erläutert wird.
Das Material von Behältern und Kühlfläche muß mit Rücksicht auf die Eigenschaften des flüssigen Metalls
sowie die Form der Induktionsspule und deren Anordnung gegenüber dem Badspiegel gewählt werden.
Wenn die Induktionsspule über der gekühlten Gießfläehe angebracht ist, muß diese natürlich so dünn und so
beschaffen sein, daß eventuell in ihr entstehende Wirbelströmc kein schädliches Ausmaß annehmen.
Wäre die Gießfläche aus einem magnetischen Material, würde sie den elektromagnetischen Fluß durch Absto-Bung
oder Anziehung (also Abschirmung) beeinflussen, so daß keine oder nur geringe elektromagnetische
Kräfte in der Schmelze zur Wirkung kommen.
Bei dem Ausführungsbeispiel nach den Fig. 3 und 4 wird das elektromagnetische Feld teils für die Hebung
des Badspiegels im Tiegel oder der Düse 5 bis zur Berührung mit der Gießfläche I und teils für die
Vermeidung des Ausfließens durch den Spalt 10 zwischen der Oberkante der Düse 5 und der Gießfläche
1 verwendet. In diesem Fall liegt der normale Badspiegel im St'.imelzenbehälter 6 um den Höhenunterschied
7 tiefer als die Gießfläche 1.
Die Induktionsspule 3 unterhalb der Gießfläche 1 erzeugt senkrecht zu den magnetischen Feldlinien, d. h.
senkrecht zur Wand gerichtete, die Schmelze abstoßende elektromagnetische Kräfte. Da diese induzierten
Kräfte nur nach oben und nach unten abgelenkt werden können, würden sie zu einer Anhebung des Schmelzspiegels
führen, die jedoch durch die Gießfläche 1 begrenzt wird. Die wandernde gekühlte Gießfläche 1.
die wiederum ein Gießband sein kann, zieht die auf ihr erstarrende Schicht kontinuierlich von der Badoberfläche
ab. Der Schmelzenspiegel im Schmelzbehälter 6 im Verhältnis zur Formflächenunterseite (Höhenunterschied
H) hängt ab von der kinetischen Energie in der η Schmelzströmung bzw. der Badbewegung, welche durch
den einfallenden Metallstrahl 16 bewirkt wird, von Strömungswiderständen im Kanal 2 und in der
Lintritlsöffnung der Düse 5. wie auch von der Richtung
der Kraftkomponenten, die für die Bewegung der
Schmelze in der Düse \erantwortlich sind. Die Lage und
Länge der Induktionsspulen 3 im Verhältnis zur "ι Schmelze und eine eventuelle Asymmetrie des elektromagnetischen
leides (/ B. aufgrund unregelmäßiger Steigung der Windungen der Wicklung) bestimmen
zusammen mit der Frequenz die Strömlingsverhältnisse in der Schmelze. Da die unlere Induktionsspule 3 bis
ι nahe an die Gießfläche I reicht, werden die Abstoßkräfte
fur O1Ie Freihaltiing des Luftspalts IO von Schmelze
gut ausgenutzt. Die Abstoßwirkung kann hier dadurch noch vergrößert werden, daß eine oder mehrere
Windungen oberhalb der Gießfl.i' he I angeordnet . werden, wie ι. B.die Windungen 13. s. I i g i.
Durch besondere Lage und Form der F.inlaufoffnung für die Schmelze zur Düse kann der Zustrom neuer
Schmelze erleichtert werden. Damit kann der Höhenunterschied
H se klein "ehühen werden. daß beiüi
υ Abschalten des elektrischen Stroms der Badspiegel so weit absinkt, daß keine Benetzung der Unterseite der
Gicßfläehe mehr erfolgt.
Um den magnetischen Fluß zu lenken, werden in
bekannter Weise Magnetjoche 14 verwendet, in Ι welchen das Magnetfeld außerhalb der Düse 5
gebündelt und so gerichtet wird, daß es nicht streut und unerwünschte Wirbelströme und eine damit einhergehende
/ .sfheizung andererTeile der Anlage bewirkt.
Besonders bei hohen Stromstärken und niedrigen ι Frequenzen entstehen, wie bekannt, rege Badbewegungen,
die den ErsLirrungsvorgar.g an der Gießfläche
beeinträchtigen können. Durch in die Schmelze hineinragende bzw. in der Düse 5 eingebaute Zwischenwände
und Böden 16 können solche Bewegungen > gedämpft werden. Andererseits kann eine gezielte
Strömung erzielt werden, z. ß. eine, die der durch die Gießflächenbewegung entstehenden Strömung in der
Grenzschicht zwischen der Schmelze und der erstarrten Schicht entgegenwirkt oder sie beschleunigt,
ι Die Gießfläche kann statt durch ein Gießband auch durch eine Gießwalze 11, wie sie in F i g. 4 dargestellt ist,
gebildet sein. Die Kühlung kann entweder mittels offener Sprühdüsen oder mit mit der Wand zusammenwirkenden
Kühlbecken oder -rollen erfolgen. Die erstarrte Schicht (8 (Fig.4) kann auf gleiche Weise
gekühlt werden. Ein Wasser- oder Dampfstrahl, der die Metallschicht mit hoher Temperatur trifft, besonders
wenn ihre äußerste Schicht noch nicht ganz erstarrt ist. führt zu einer Wasserstoffaufnahme durch das Metall,
ι die zu einer unerwünschten Materialversprödung führen kann.
Hinzu kommt, daß die äußere Schicht beim Aussritt aus der Düse 5 noch sehr weich ist und bei Reibung an
einer stationären Kühlfläche zum Fressen führen kann ι und sich leicht selbst zerkratzt. Zweckmäßig wird zuerst
mit einem vorzugsweise inerten Gas oder mit gekühlten Walzen abgekühlt, bevor eine weitere Kühlung mit
anderen Mitteln einsetzt.
Anstatt einer einphasigen Wechselstrom-Induktionsspule kann eine mehrphasige Wanderfeldspule verwendet
werden, die jedoch im allgemeinen eine regere Badbewegung verursacht. Eine mehrphasige Wanderfeidwicklung
mit Wirkung in Richtung der Formflächenbewegung und oberhalb der Gießfläche plaziert, hilft
mit die erstarrte Schicht von der Schmelzoberfläche abzuziehen. Bei einer günstigen Lage der Induktionsspule
kann sie auch mithelfen, das Eindringen von Schmelze in den Spalt 10 an der Eintrittsseite zu
verhindern. An der Austriltsseite bewirkt das W.inderfeL;
allerdings der \<>n der Induktionsspule herrührenden
Abstoßkraft entgegen. Diese Anordnung eignet sich deshalb in jenen Füllen besser, wo die Giel.Hläche sich in
einet geneigten Hahn aufwärtsbewegt. /. B. wenn die Gießflaehe eine CrielStrommel ist. un deren niedrigsten
Punkt die Düse angeordnet ist.
Bei · .ier abgewandelten Ausfiihrungsform kann die
Schmelz.; der bandförmigen Gießfläche von oben mittels einer Düse dosiert zugeführt werden. Bei dieser
Anordnung kann Gas nicht ohne weiteres iiusgcschieden werden, weshalb Sehmelzheber günstig sind. Schon
kleinere Gasmengen könnten /u Qualitätseinbußen führen, wie /. B. l'oren. Blasen oder auch einer unebenen
Oberfläche.
Die Dicke der aus der Schmelze erstarrenden Schicht kann schwanken b/w. Oberflächenunebenheiten zeigen.
Fine ι ler mehrere leicht auf die Slrangoberfläche
iirüCker.dC ..,;!i'Cr! (!urttCn in CiC- ΠΚι·>ιίιι ι ium cmc
genügend ebene und glatte Oberfläche erzeugen Bei gewissen Metallen und Legierungen ist es jedoch
wünschenswert oder fast notwendig, eine Verzögerung des vollständigen Frstarrens — oder sogar ein
Wiederschmelzen der der Gießfläche abgewandten .Schichtoberfläche — herbeizuführen. Niederfrequente
Wechselstromfelder rufen an der Düse nämlich eine rege Erdbewegung hervor. Eine Wiedererwärmung
muß von der freien Oberfläche aus erfolgen, z. B. mit Hilfe eines nahe von ihr gelegenen, mit hochfrequentem
Strom geringer Eindringtiefe ρ gespeisten Leiters. Dadurv.i kann eine relativ dünne Schicht eine Weile in
flüssigem Zustand gehalten werden, während der sie sich — gegebenenfalls mit Hilfe der vom elektromagnetischen
Feld ausgehenden Abstoßung — ausebnen kann. Eine Verzögerung des endgültigen Erstarrens der freien
Straiigoberfläche kann durch Einführung in eine
isolierte und eventuelle aufgeheizte Kammer bewirkt werden, welche gegebenenfalls gleichzeitig der Wärmebehandlung
vor der Weiterverarbeitung, z. B. durch Walzen, dienen kann. Eine größere Verformung bei
Temperaturen in der Nähe der Soliduslinie ist infolge schlechter plastischer Eigenschaften der meisten Metalle
und Legierungen in diesem Bereich nicht ratsam. Deshalb dürfen die Walzen, die das Ausebnen bei
gleichzeitiger Erstarrung oder kurz nach dem Erstarren bewirken, keinen großen Druck ausüben. Stärkeres
Verformen ist erst nach dem Erreichen von tieferen Temperaturen, d. h. etwa bei normalen Walz- oder
Schmiedetemperaturen, zu empfehlen.
Beim Ausführungsbeispiel nach den F i g. 5 und 6 wird die Schmelze 2 mittels eines elektromagnetischen
Feldes längs einer Rinne 5' von einer tieferen Ebene zu einer Gießfläche I in Form einer rotierenden Walze, an
deren Stelle ein endloses Gießband treten könnte, auf eine höhere Ebene gehoben.
Die Erzeugung der Aufwärtsbewegung der Schmelze längs der Rinne 5' erfolgt ähnlich wie bei bekannter,
elektromagnetischen Förderrinnen, nämlich mit Hilfe eines elektromagnetischen Wanderfeldes, das die eine
unter der Rinne 5' angebrachte Induktionsspule aus einem Kern und einer mit Wechselstrom gespeisten
Mehrphasenwicklung erzeugt. Jedoch ist hier die bei einer gegebenen magnetischen Feldstärke der geneigten
Rinne 5' entlang geförderte Schmelzenmenge insoweit durch die Gießfläche 1 begrenzt, als diese als
eine Barriere wirkt Während das elektromagnetische Feld eine Schmelzenschicht in der Rinne 5' aufbaut,
deren Höhe von der Feldstärke abhängig ist, wird die Fördermenge von der Menge der von der Gießtrommel
pro Zeiteinheit in Forii1 eines bandartigen Stranges Hfl
abgeführten erstarrten Schmel/e bestimmt.
Die Nut/arbeit des elektromagnetischen leides wird
maßgeblich von der erstarrenden Menge an Meta I bestimmt. Da die Schichtdicke von der Stärke des
Feldes abhängt, kann die Breite des mit der gekühlten Gießfläche I in Kontakt kommenden schmelzflüssigen
Metalls durch Änderung der Feldstärke betrachtlich variiert werden, je geringer die Neigung der Rinne V isl.
desto größer ist der F.influß der elektromagnetischen Kraft auf die erzielte Strangbreite.
F i g. 7 zeigt eine flache bzw. scheibenförmige
Induktionsspule i zur Erzeugung des elektromagnet!· sehen Feldes, mittels weither die Schmelze in einem
.Schmelzenbehälter 6 zur bewegten Gießfläche I hin angehoben wird.
Die Gießfläche kann außer einem Gießband oder einer rotierenden Gießwalze auch ein schon erstarrter
:" und auf die richtige Temperatur abgekühlter Strang
sein, der nach diesem Verfahren hergestellt wurde. Die an der Gießfläche nicht erstarrende Schmelze fließt ab
zum niedriger gelegenen Teil der Rinne 2. der die Dir c 'i
umgibt. Durch einen Kanal 9 wird der Mitte der Düse :'i
-"' neue, das weggeführte erstarrende Metall ersetzende
Schmelze sowie die im Kanal 9 aufgefangene Schmelze zugeführt. Im Kanal 9 kann in der Spulenebene eine
Einschnürung des Schmelzenstroms auftreten, was die Schmelzenstromung boeinträchtigen kann. Zur Verbes
"' serung des Durchflusses könnte die Nebenwirkung der Induktionsspule kompensiert werden, z. B. mittels einer
Hilfsspule oder eines den Kanal umgebenden magnetischen Kerns.
F i g. 8 zeigt ein Ausführungsbeispiel mit einer
F i g. 8 zeigt ein Ausführungsbeispiel mit einer
'"' geneigten bewegten Gießfläche !,auf der die mittels der
Düse 5 von oben zugeführte Schmelze einen Sumpf bildet, dessen Tieie und Ausbreitung vom metallostatischen
Druck in der seitlichen Ausflußöffnung 41 der Düse 5 abhängt. Wird z. B. ein syphonartiger Heber
verwendet, dessen Austrittsende die Düse 5 bildet, kann
der Überdruck nahe Null gehalten werden, so daß die freie Oberfläche der Schmelze auf der Kühlfläche
nahezu auf der Flöhe der Oberkante der Öffnung 41 liegt. Der .Schmelzsumpf auf der Gießfläche hätte in
!' diesem Fall (wenn die Einwirkung der Wandbewegung
nicht berücksichtigt wird) die Länge a. Diese Länge a kann durch die Feldstärkesteuerung geändert werden.
z. B. so, daß die Schmelze nur die Länge b überdeckt. Damit würde die Dicke der verringerten Länge
''' entsprechend kleiner werden. Weil die Dicke der erstaTten Kruste eine Funktion der Quadratwurzel der
Erstarrungszeit und die Erstarrungszeit der Kontaktlänge dividiert durch die Abzugsgeschwindigkeit gleicht, ist
die Krustendicke bei der Länge a im Verhältnis zur
"Krustendicke bei einer Länge b b = (a/b)oi. Die
Transportkraft kann durch eine Wechselstrom gespeiste Induktionsspule erzeugt werden, die entweder über,
unter oder um die Wand herum nahe der Öffnung 41 angebracht sein kann. Vorzugsweise wird aber, wie
dargestellt, die Transportkraft durch ein elektromagnetisches
Wanderfeld erzeugt, dessen Kraft- und Förderrichtung
entgegengesetzt zur Bewegungsrichtung der Formfläche ist. Zur Erzeugung des Wandeirfeldes ist
unter der Gießfläche 1 eine Mehrphasenwicklung 13
angebracht.
Wenn die Stromrichtung in der Mehrphasenwicklung 31 und somit die Förderrichtung umgekehrt wird, wird
das Metah" z. B. über das Maß a der Gießfläche 1 entlang
hinaufgeförderi. Dabei weiden die Konlaktfliichc und
die Dicke der Schicht größer als wi'nn kei"'·
elektromagnetischen Kräfte wirken würden. Wird die elektrische Wicklung weiter als dargestellt nach hinten
verlängert, so daß das magnetische Feld auf die Schmelze innerhalb und angrenzend an die Rückwand
der Düse 5 einwirkt, kann ein Durchsickern am Spalt 10
vermieden werden.
Ist die Qucrcrsireckung der die Oberfläche der
bedeckenden Schmelze einmal durch das elektromagnetische Feld bestimmt, ist die Stärke der erstarrten
Schicht von der Bewegungsgcsehwindigkeit der Gleitfläche
und ihrer Kühlwirkung im Bereich der Schmelze abhängig und kann geregelt werden.
Wenn man die Geschwindigkeit aber konstant halten möchte — was z. B. der Fall ist. wenn zwei oder mehrere
Weitervcrarbcilungsvorgänge von der gleichen Fördergeschwindigkeit abhängen — kann die Dicke automatisch
über die Speisestromstärke und -frequenz, geregelt wei ueti.
Mittels des elektromagnetischen Feldes kann auch einer llaftneigung entgegengewirkt werden, insbes..
wenn die gekühlte Gießfläche nicht oder nur ungenügend mit einem »Antiklebmittel« vorbehandelt worden
ist. Für die Erzeugung dünner Erstarrungsschichten ist ein direkter Kontakt zwischen der Schmelze und der
Gießwand nicht unbedingt nötig, denn die Kühlwirkung reicht auch bei einem schmalen Zwischenraum aus.
Wenn die Erstarrungsschicht darauf mit der Gießfläche in direkten Kontakt kommt, benetzt sie diese nicht mehr
und klebt nicht an.
Mit dem elektromagnetischen Feld kann die Schmelze — zumindest an der Eintrittsseite der gekühlten
Gießfläche nahe ihr in der Schwebe gehalten werden. Infolge des Wärmeentzugs durch die Gießfläche bildet
sich schon sehneil eine dünne Kruste, die sich aufgrund ihres Eigengewichts und des metallostatischen Drucks
der Schmelze gegen die Gießfläche senkt, sobald die elektromagnetische Kraftwirkung genügend abgeschwächt
ist. Es ist auch möglich, mit dem elektromagnetischen Feld eine erstarrte Schicht entlang (über oder
unter) einer stationären Gieß- oder Kühlfläche zu transportieren. Mit eint/ bewegten Gießfläche läßt sich
eine gezielte Kühlwirkung leichter erbringen, wenn besonders die Kontaktfläche der Gießfläche schon vor
dem Eintritt in den Bereich der Schmelze auf die richtige Temperatur gebracht und mit einem Antiklebmittel
vorbehandelt worden ist.
Die wandernden Gießflächen können im Bereich des Flächenkontakts mit der Schmelze aber auch senkrecht
verlaufen oder eine steile Neigung haben und danach in eine andere Richtung, gegebenenfalls mehrfach, umgelenkt
werden, insbes. um die l.oslösung der erstarrten Schicht von der Gießfläche zu erleichtern. Die Düse
kann im Bereich einer Umlenkrolle angeordnet sein, die
dann vorzugsweise als wassergekühlte Walze ausgebildet ist. Die gekühlten Gießflächen können mit Rillen.
Kämmen. Wellungen usw. versehen sein, um eine bestimmte Querschri'tsform des erzeugten Stranges zu
bewirken.
Eine variierende Dicke der erstarrten Schicht bedingt variierende Zeiten für den Krustenzuwachs Die
Kontaktflächcnlänge zwischen der gekühlten Gießfläche und der Schmelze in Bewegungsrichtung muß
deshalb über die Breite der Kühlfläche ungleich sein. Dies kann dadurch verwirklicht werden, daß die Düse in
der Mitte, d. h. im Bereich der größten KrustendicVe
bedeutend tiefer als im Bereich der eine geringere
Krustenstärke aufweisenden Ränder ist. Die von der Mitte mich avißeii libnehiv.ende Krustenstiirke des
Stranges wird dadurch erzielt, daß die senkrecht zur bewegten Gießwand verlaufende, der Besvegungsrich-Uing
entgegengerichtete Wand der Düse über die Breite der Gießfläche nicht gerade, sondern etwa V- oder
trichterförmig ist. die Ränder also gegenüber der Querrichtung geneigt sind bzw. die Düsenöffnung über
die Breite der Gießfläche in deren Bewegungsrichtung unterschiedlich lang ist. wodurch eine von innen nach
außen abnehmende Zeit für den Krustenzuwachs entsteht.
In im magnetischen Feld liegenden Bauteilen können Wirbelströme entstehen. Deren Stärke sollte daher
kleiner sein als die Eindringtiefe. Wenn der Badspiegel gehoben werden soll, wie bei den Vorrichtungen nach
den Fig. 3. 4 und 7. ist eine niedrigere Frequenz günstiger als eine höhere. Wenn die Schmelze nur vom
Spalt zwischen einer stationären und einer beweglichen
Wand zurückgestoßen werden sollte, wie in F i g. 1 und 2
dargestellt, ist eine höhere Frequenz vorteilhafter. Die
durch den Wechselstrom in der Schmelze induzierten Wirbelströme erzeugen Wärme, die für eine rasche
Temperaturerhöhung herangezogen werden können. z. B. um die Erstarrungsgeschwindigkeit an bestimmten
Orten zu verlangsamen. Soll in der Schmelze mehr Wärme erzeugt werden, als sie von dem einer
gewünschten Abstoßkraft entsprechenden Wirbelstrom bei dessen Frequenz erzeugt würde, ist es günstiger, mit
mehr als einer Frequenz zu arbeiten, als zu versuchen,
mit nur einer Frequenz sowohl die gewünschte Wärme wie auch Abstoßkraft zu induzieren.
Claims (9)
1. Verfahren zum Stranggießen von Bändern, bei dem die Schmelze an einer bewegten gekühlten
Gießiläche zur Erstarrung gebracht wird und die i
Strangstärke über die Bewegungsgeschwindigkeit der Gießfläche und deren Kühlung bestimmt wird,
dadurch gekennzeichnet, daß die Breite
des zu gießenden Bandes durch elektromagnetische Kraftwirkung auf die Schmelze bestimmt wird. in
2. Verfahren nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzlich die Strangstärke durch
wenigstens eine weitere elektromagnetische Kraftwirkung auf die Schmelze bestimmt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß mittels der Frequenz des die
elektromagnetische Kraftwirkung erzeugenden Stroms der Erstarrungsvorgang beeinflußt wird.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, gekennze*. .inet durch die Anwendung eines elektromagnetischen Wanderfeldes.
5. Bandstranggießvorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die bewegte, gekühlte Gießfläche (1)
mit dem die Austrittsöffnung eines Schmelzenbehälters (6, Düse 5) begrenzenden Rand einen Spalt (10)
bildet, dem wenigstens auf denjenigen Behälterseiten, an drnen sich die Gießfläche (1) entlangbewegt,
mindestens ein Teil einer Induktionsspule (3, 4) zugeordnet ist. dessen Verlauf demjenigen des
Spaltes and' "sen Seiten folgt.
6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß im Bereich des achmelzenbehälters (6,
Düse S) eine Induktionsspule (3) quer zur Bewegungsrichtung des Stranges vorgesehen ist.
7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Gießfläche (1) in ihrer Laufrichtung
nach aufwärts gerichtet ist (F ig. 7).
8. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Austrittsöffnung des Schmelzenbe-
hälters (6. Düse 5) über die Breite der Gießfläche (1)
in deren Bewegungsrichtung unterschiedlich lang ist.
9. Vorrichtung nach Anspruch 5. dadurch gekennzeichnet, daß die quer zur Bewegungsrichtung der
Gießfläche (1) vorgesehene Induktionsspule (3) zur Erzeugung eines Wanderfeldes in der Bewegungsrichtung ausgebildet ist.
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