DE3336692C2

DE3336692C2 - Verfahren und Gießwalze zum Stranggießen von Metallblech

Info

Publication number: DE3336692C2
Application number: DE3336692A
Authority: DE
Inventors: Yo Chiba Ito; Takahiro Kan; Kiyoshi Shibuya; Hiroshi Funabashi Chiba Shimanaka; Yoshiaki Yokohama Kanagawa Tanaami
Original assignee: Ishikawajima Harima Heavy Industries Co Ltd
Current assignee: IHI Corp
Priority date: 1982-10-12
Filing date: 1983-10-08
Publication date: 1986-05-28
Also published as: JPS5970443A; GB2130131A; SE8305568L; FR2534164A1; SE454852B; GB8326720D0; US4565240A; FR2534164B1; JPS6035221B2; DE3336692A1; GB2130131B; CA1194674A; SE8305568D0

Abstract

Es werden ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zum Stranggießen von Metallblech offenbart, wobei auf das Innere einer eine negative Balligkeit aufweisenden Walze ein Druck aufgebracht wird, so daß die Walze eine wahre zylindrische Oberfläche ohne jegliche Balligkeit bei Beginn des Stranggießvorgangs einhalten kann. Wenn bei Fortschreiten des Stranggießens die zylindrische Walzenfläche durch geschmolzenes Metall erwärmt wird, so wird der Innendruck der Walze vermindert, so daß diese eine wahre zylindrische Oberfläche ohne irgendeine Balligkeit beibehalten kann.

Description

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Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Stranggießen von Metallblech mit einem einen Walzspalt begrenzenden, durch eine Flüssigkeit innen gekühlten und mit dem geschmolzenen Metall unmittelbar in Berührung befindlichen Paar von parallelen Gießwalzen sowie auf eine Gießwalze zur Durchführung des Verfahrens. Vor allem ist die Erfindung auf das Stranggießen von Blech, dessen Querschnittsabmessungen, insbesondere die Breite, mit sehr kleinen Toleranzen eingehalten werden kann, abgestellt.

Das Stranggießen wurde zur Erzeugung von Blechen aus Siliziumstahl, aus warmfesten, schwer zu bearbeitenden Legierungen für Strahltriebwerke, für Aluminiumfolien u. dgl. angewendet. eo

Zur Erläuterung des der Erfindung zugrunde liegenden Standes der Technik wird auf die F i g. 1 bis 4 Bezug genommen. In diesen zeigt

F i g. 1 eine schematische Darstellung zur Erläuterung eines Stranggießvorgangs von Blech nach dem Stand derTechnik;

F i g. 2 eine schematische Darstellung zur Erläuterung der Schrumpfung eines gemäß dem Verfahren von

F i g. 1 gegossenen Blechs in einer Breitenrichtung;

F i g. 3 und 4 Darstellungen zur Erläuterung, weshalb bei Anwendung des Verfahrens von F i g. 1 das gegossene Metall in der Breite schrumpft, wobei Fig.3 die Gestalt der Gießwalzen bei Beginn des Gießens und F i g. 4 die nach Einleiten des Gießvorgangs auf der Zylinderfläche der Walzen hervorgerufenen Wärmebailigkeiten zeigt

Bei dem in F i g. 1 dargestellten herkömmlichen Stranggießverfahren kommt ein Paar von Walztn a zur Anwendung, in denen Kühlwasser umläuft Das geschmolzene Metall c wird durch eine Gießschnauze b zugeführt, und das Blech d wird durch das Walzenpaar a geformt

Das einem keilförmigen, von oberen Teilbereichen •der Walzen a bestimmten Raum zugeführte geschmolzene Metall c wird durch die Walzen a gekühlt, es erstarrt und wird ununterbrochen nach abwärts geführt

Jedoch unterliegt, wie F i g. 2 zeigt die Breit-:: des erstarrten Metallblechs d unmittelbar nach dem Gießen des geschmolzenen Metalls c einer allmählichen Schrumpfung, d. h, das gegossene Blech d hat eine Breite, die wesentlich schmaler ist als die Breite des zwischen die beiden Walzen a eingegossenen Metalls. Es sei beispielsweise angenommen, daß die Temperatur des geschmolzenen Metalls 1500" C beträgt, daß die Stärke des gegossenen Blechs 0,15 mm ist und daß die Umfangsgeschwindigkeit der beiden Walzen 15 m/s beträgt. Wenn hierbei die Breite W₁ des gegossenen, geschmolzenen Metalls, d.h. die Breite einer Form, 100 mm ist, dann schrumpft das gegossene Metallblech d über die Länge / = 20 m, so daß die Breite W₂ des Endprodukts etwa 50 mm wird (s. F i g. 2).

Wie gesagt wurde, ist die Breite des Endprodukts geringer als die Gießbreite, so daß der Ausstoß bzw. die Produktionsleistung mäßig sind und korrekte, einwandfreie Kanten nicht erhalten werden können. Zusätzlich haften an den Oberflächen des Endprodukts Metallspritzer an, wodurch dessen Qualität herabgesetzt wird. Insofern hat es Schwierigkeiten bereitet, Stranggießverfahren und -vorrichtungen der oben erläuterten Art praktisch anzuwenden.

Die Erfinder führten ausgedehnte Untersuchungen und Versuche durch, um die den Stranggießverfahren und -vorrichtungen nach dem Stand der Technik anhaftenden und eigenen Mangel zu überwinden, und sie fanden dabei heraus, daß bei dem Gießen des geschmolzenen Metalls anfangs der Spalt zwischen den Walzen a über deren gesamte Länge gleichförmig ist, so daß das geschmolzene Metall ausreichend gekühlt und auf der gesamten Walzenlänge zum Erstarren gebracht wird, daß aber nach dem anfänglichen Gießen auf den zylind.ischen Oberflächen der Walzen a Wärmeballigkeiten auftreten, wie Fig.4 zeigt, und demzufolge der Spalt zwischen den Walzen a an deren Stirn- oder Außenbereichen vergrößert wird. Das hat zum Ergebnis, daß nahe den Stirnbereichen der Walzen a eingegossenes Metall nicht zum Erstarren kommt und verbreitert oder auseinander- oder weggedrückt wird. Darüber hinaus wird, je länger der Form- oder Gießvorgang andauert, desto mehr der Grad bzw. das Ausmaß der Wärmeballigkeit ausgeprägt, so daß nichterstarrte Teile e größer werden und somit die Breite W des erstarrten Metalls abnimmt. Nachdem der Grad der Wärmeballigkeit seinen Maximalwert erreicht hat, wird einer weiteren Schrumpfung in der erstarrten Breite W ein Ende gemacht. Es wurde des weiteren gefunden, daß auf Grund des Ausspritzens von Kantcnteilen oder nichtcrslairlen

Abschnitten e.die Kanten des Endprodukts nicht in korrekter Weise fertigbearbeitet werden können und zusätzlich Spritzer von den nichterstarrten Abschnitten e am Produkt c/anhaften.

Zum Stand der Technik ist auch eine Umlenkrolle bei einer aus zwei endlosen Gießbändern bestehenden Stranggießkokille für Metali bekanntgeworden (DE-AS 27 07 483). Hierbei werden zwei endlose Bänder, die direkt mit dem geschmolzenen Metall in Berührung sind, von Umlenkrolfen geführt, die nicht mit dem Metall in Berührung sind und die eine wahre zylindrische Gestalt ohne jegliche Balligkeit haben. Am Außenumfang eines Kernteils der Umlenkrolle sind flache, ringförmige Aussparungen ausgestaltet, über die eine zylindrische Hülle geschrumpft wird. Jede dieser Aussparungen ist mit einem Kanal verbunden, um ihr von der Rollenwelle her eine Druckflüssigkeit zuführen zu können. Damit die Rolle das Wandern oder Verlagern des Bandes mit Bezug zur Rolle, das auf der unterschiedlichen elastischen, thermischen oder Anfangslängung bzw. -dehnung an den beiden Seiten des Bandes beruh?, verhindern kann, wird auf die Aussparungen zwischen dem RoIIen-Kerntcil und der aufgeschrumpften Hülle ein Innendruck aufgebracht, so daß der Außenumfang der Rolle-, der anfangs eine wahre Zylindergestalt hat und keinerlei Druck ausgesetzt ist, stellenweise konvex gedehnt wird, und dieses Dehnen oder Erweitern erfolgt ganz individuell nur an den Stellen der Aussparungen. Das endlose Band, das als Gießform oder -kokille dient, ist unmittelbar mit dem geschmolzenen Metall in Berührung. Die Rolle selbst dient lediglich der Führung dieses Bandes. Durch die individuelle Regelung der konvexen Erweiterungen kann es zu einer punktartigen Berührungs- oder Abstützlage zwischen dem Endlosband und der Umlenkrolle kommen. Auf Grund der thermischen Einflüsse und des Berührungszustands zwischen Band sowie Rone ist cini: elastische oder dauernde Verformung des endlosen Gießbandes unvermeidbar, wodurch eine gleichförmige Regelung des Spalts (oder der Stärke des gegossenen Flachmaterials in der Breitenrichtung) nicht erzielt werden kann; das endlose, nur durch Zweipunkt-Bcrührung abgestützte Gießband wird durch die Reaktionskraft des geschmolzenen Metalls verformt; es ist eine Grenze in der individuellen Regelung an den beiden Aussparungen gesetzt, weil die dehnbare Hülle dünn ist, und durch die Verformung von Band sowie Rolle ist deren Funktion in bezug auf das Verhindern der Bandwanderung nicht gewährleistet.

Im Hinblick auf den Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Stranggießen von Blech in hoher Qualität in bezug auf Ebenheit, Abmessung, Kantengüte usw. anzugeben und eine Gießwalze zur Durchführung dieses Verfahrens zu schaffen.

Diese Aufgabe v.ird bei einem gattungsgemäßen Verfahren dadurch gelöst, daß die Außenumfangsfläche jeder Gießwalze im Ausgangszustand eine negative Balligkeit erhält, daß bei Einleiten des Stranggießvorgangs auf einen inneren Bereich jeder Walze ein Druck ausgeübt wird, so daß die Außenumfangsflächen beider Wal-/.en eine wahre zylindrische Gestalt annehmen, und daß der auf den inneren Bereich einer jeden Walze aufgebrachte Druck bei Erwärmung der Außenumfangsflächen der Walzen durch geschmolzenes Metall bei Fortschreiten des Stranggießvorgangs vermindert wird, so daß die Außenumfangsfläche einer jeden Walze geradlinig oder als wahrer Zylinder ohne jegliche Wärmeballigkeit eingehalten wird.

Erfindungsgemaß ist somit ein Walzenpaar mit dem geschmolzenen Metall direkt in Berührung, um den Gießvorgang auszuführen, und jede der Walzen weist eine Außenumfangsfläche mit einer negativen Balligkeit auf, die durch Aufbringen eines Innendrucks veränderbar ist. Bei Beginn des Gießens wird der Innendruck zur Wirkung gebracht, so daß die Außenumfangsfläche der Walze vollkommen zylindrisch ist. Während des Gießens wird dieser Innendruck geregelt, um diese Zylindergestalt ständig beizubehalten.

Eine Gießwalze zur Durchführung des Verfahrens ist gekennzeichnet durch eine Walzenspindel, durch einen über der Spindel angebrachten Innenmantel, durch einen über dem Innenmantel angebrachten Außenmante! mit einer negativen Balligkeit an seiner Außenumfangsfläche sowie mit an seiner Innenumfangsfläche ausgebildeten Kühlkanälen und durch eine an der Innenumfangsfläche des Innenmantels in seinem axial mittigen Bereich ausgebildete Hydraulikdruckkammer, die mit einer Dr-ückflüssigkeitsquelle regelbar in Verbindung steht

Das Walzenpaar dient erfindungsgeinäß als Stranggießform, und jede Walze ist unmittelbar mit dem geschmolzenen Metall in Berührung. Die anfängliche zylindrische Gestalt der Gießwalze, die durch Einleiten von Druckflüssigkeit in die Hydraulikdruckkammer erreicht wurde, wird durch Regelung des Flüssigkeitsdrucks während des gesamten Gießvorgangs aufrechterhalten. Kühlflüssigkeit wird durch die Walze geleitet, um deren Temperatur einzuregeln, wobei durch eine schrauben- oder ringförmige Ausbildung der Kühlkanäle eine gezielte bzw. ungestörte Kühlung gewährleistet ist.

Jede Walze erfüllt die Aufgabe, die Ebenheit und Größenabmessung des zu gießenden Bandes oder Blechs direkt einzuregeln. Zu diesem Zweck liegen der tiefste Punkt der negativen Balligkeit und die axiaie Mitte der Druckkammer in der Quermittelebene der Walze, so daß eine radiale Veränderung im Außenumfang der Walze symmetrisch zu dieser Quermittelebene auftritt, wodurch die genaue Abmessung des Blechbandes in seiner Breitenrichtung korrekt einzuhalten ist.

Durch Einregelung des Achsabstands zwischen den eine korrekte Zylinderform beibehaltenden Walzen kann der Walzspalt — und damit die Blechstärke — eingestellt werden.

Durch das Gießverfahren und die Gießwalze gemäß der Erfindung können Bänder mit hoher Güte in bezug auf Ebenheit und Stärken- sowie Breitenabmessung auf extrem einfache Weise erzeugt werden, wobei darüber hinaus eine Anpassung an verschiedene Gieß- oder Walzbedingungen ohne Schwierigkeiten gegeben ist.

Das Verfahren und die Gießwalze gemäß der Erfindung werden unter Bezugnahme auf die Zeichnungen erläutert. Es zeigt

F i g. 5 eine schematische Darstellung zur Erläuterung des Verfahrens sowie einer Vorrichtung zum Stranggießen von Blech gemäß der Erfindung;

F i g. 6 einen Ax^;nlschnitt der in F i g. 5 gezeigten Walzen;

Fig.7 eine Darstellung zur Erläuterung, in welcher Weise die Walzen von Fi g. 5 und 6 während des Gießens verformt werden:

F i g. 8 eine Darstellung zur Erläuterung der Art und Weise der Erfassung des Spalts zwischen den Gießwalzen.

Die Fig.5 zeigt zwei waagerechte Gießwalzen la und \b, Hydraulikzylinder 2 zur Bewegung der Walze

la, Schraubspindeln 3 zur Bewegung der Walze 16, eine dem Eingießen von geschmolzenem Metall dienende Gießschnauze 4 und Antriebsmotoren 19a sowie 196, die die Walze la bzw. löin Umdrehung versetzen.

Die Fig. 6 zeigt die Konstruktion der Walzen la. \b im einzelnen. Über einer Walzenspindel 5 ist ein hohlzylindrischer Innenmantel 6 angebracht, auf dem ein hohlzylindrischer Außenmantel 7 angebracht ist. In der zylindrischen Innenfläche des Innenmantels 6 ist eine Hydraulikkammer 8 ausgebildet, die sich im mittigen Bereich des Innenmantels in axialer sowie radialer Richtung erstreckt und über eine die Walzenspindel 5 axial durchsetzende Flüssigkeitsleitung 9 mit einer Hydraulikdruckpumpe 15 in Verbindung steht, so daß mit Hilfe des Innenmantels 6 der Außenmantel 7 erweitert oder gedehnt werden kann. Die zylindrische Innenfläche des Außenmantels 7 ist mit einem schraubenförmigen Flüssigkeitskanal 11 ausgestattet, durch den ein von einer die Walzenspindel 5 in axialer Richtung durchsetzenden Flüssigkeitsleitung 12 zwangsweise zugeführtes Kühlmittel, z. B. Kühlwasser, fließt, um den Außenmantel 7 zu kühlen. Das Kühlmittel wird durch eine die Walzenspindel 5 ebenfalls axial durchsetzende Flüssigkeitsleitung 13 abgeführt. An Stelle des schraubenförmigen Flüssigkeitskanals 11 kann auch eine Mehrzahl von ringförmigen Kanälen ausgebildet sein, die mit einem (strich-punktiert angedeuteten) Hydraulikkanal 14 in der zylindrischen Außenfläche des Innenmantels 6 in Verbindung stehen.

Wenn der Hydrauliitdruck in der Kammer 8 des Innenmantels 6 Null ist, dann hat der Außenmantel 7, wie F i g. 7 zeigt, eine negative Balligkeit; wird jedoch auf die Kammer 8 der maximale Hydraulikdruck aufgebracht, dann wird die zylindrische Außenfläche des Außenmantels 7 geradlinig, wie durch die strichpunktierte Linie A in F i g. 7 angegeben ist.

An den mittigen Bereichen der Walzen la und Xb sind in Gegenüberläge zueinander {s. F i g. 5 und 0) Fühler 16a und 166 angeordnet, die den Grad oder das Ausmaß der Walzenballigkeit erfassen und deren Ausgänge zu einem Steuergerät 17 geführt werden. Die Ausgänge des Steuergeräts 17 werden an Druckregelventile 18a und 18£>. die in von der Pumpe 15 zu den Hydraulikkammern 8 der Innenmäntel 6 der Walzen la und 1 b führenden Leitungen liegen, übermittelt.

Die beschriebene Ausführungsform arbeitet in der nachstehend erläuterten Weise.

Vor dem eigentlichen Betrieb werden die Hydraulikzylinder 2 sowie die Schraubspindein 3 so betätigt, daß der Spalt zwischen den Walzen la, ib etwa 50—150 μηι so beträgt, und die Pumpe 15 wird in Gang gesetzt, um den maximalen Druck zu den Hydraulikdruckkammern 8 der Innenmäntel 6 der beiden Walzen zu übertragen, so daß die negativen Balligkeiten der Außenmäntel 7 der Walzen la, la durch eine radiale Erweiterung dieser mit Hilfe der Innenmäntel 6 beseitigt werden und die äußeren Zylinderflächen der Außenmäntel 7 die geradlinige, durch die Linie A in Fig. 7 angegebene Gestalt annehmen; d. h, die Walzen la. ib erhalten somit eine wahre zylindrische Oberfläche oder Außengestalu Dann wird das Kühlmittel durch die schraubenförmigen Kanäle 11 umgewälzt, und geschmolzenes Metall wird von oben in den Spalt zwischen den Gießwalzen la. 1 b eingegossen, womit der Stranggießvorgang eingeleitet wird.

Das eingegossene Metall kommt mit den Walzen la, ib in Berührung, es erstarrt und wird abwärts gezogen. Die Berührung des hoch erhitzten, geschmolzenen Metalls mit den Walzen la. ib führt zu einer Erwärmung der Walzenoberflächen, so daß die Walzen eine positive Balligkeit annehmen, wie die strich-punkticrte Linie Λί in Fig. 7 angibt. Die Fühler I6a, 166 erfassen fortlaufend die Abstände I₁ und h (Fig. 8) zwischen sich und den gegenüberliegenden Flächen der Walzen in bzw. ib, und die Ausgänge der Fühler 16a, i6b werden an clii.s Steuergerät 17 überführt.

Das Ausmaß des Balligwerdens der Oberfläche einer jeden Walze la und ib kann in Abhängigkeit vom gemessenen Abstand /1 oder /2 (im Steuergerät) berechnet werden, und demzufolge kann auch der Druck, der in der Hydraulikkammer 8 des Innenmantcls 6 zur Wirkung kommen muß, um die wahre zylindrische Flüche der Walzen la, ib aufrechtzuerhalten, berechnet werden, d. h., im Ansprechen auf die Ausgangssignale der Fühler 16a und 16b wird die Höhe der in den Kammern 8 aufzuwendenden Drücke erhalten. Deshalb werden im Ansprechen auf die Ausgangssignale vom Steuergerät 17 die Druckregelventile 18a und iSb so gesteuert, daß der jeder Hydraulikkammer 8 zugeführte Druck eingestellt werden kann. Das Ergebnis ist, daß die zylindrischen Flächen der Walzen la und ib geradlinig eingehalten werden können, die Walzen la und ib also ihre wahre zylindrische Oberfläche, wie in F i g. 7 durch die Linie A angegeben ist, beibehalten.

Mit Fortschreiten des Stranggießvorgangs haben die Balligdrehen der Walzen la und ib das Bestreben, größer zu werden, so daß im Ansprechen auf die Ausgänge vom Steuergerät 17 die Drücke in den Kammern 8 allmählich vermindert und demzufolge die zylindrischen Außenflächen der Walzen la, ib geradlinig gehalten werden können. Nach einem gewissen Zeitraum kommt das Anwachsen der Balligkeiten zu einem Ende, so daß die Hydraulikdrücke in den Kammern 8 auf im wesentlichen konstanten Pegeln bleiben, während der ununterbrochenene Stranggießvorgang weitergeführt wird.

Wenn die äußeren Zylinderflächen der Walzen la, ib so gesteuert werden, daß sie eine wahre Zyiinderobcrfläche beibehalten, dann treten nichterstarrte Abschnitte oder Bereiche nicht auf, so daß das Endprodukt eine vorbestimmte Breite hat. Beispielsweise betrugt unter den Bedingungen einer Temperatur von 1500"C für das geschmolzene Metall, einer Stärke von 0,15 mm des gegossenen Metallblechs, einer Ziehgeschwindigkeit von 15 m/s und einer Eingießbreite von 100 mm die Breite des anfangs gegossenen Blechs 100 mm, während die Breite des Endprodukts etwa 90 mm beträgt. Somit können sehr zufriedenstellende Endprodukte erhalten werden.

Erfindungsgemäß werden keine nichterstarrten Abschnitte hervorgerufen, so daß das Endproduk. eine vorbestimmte Breite und einwandfreie Kanten aufweist. Ferner kann das Anhaften von Spritzern auf der Oberfläche des Endprodukts vermieden werden, so daß ein Metallblech von hoher Qualität erhalten werden kann.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Stranggießen von Metallblech mit einem einen Walzspalt begrenzenden, durch eine s Flüssigkeit innen gekühlten und mit dem geschmolzenen Metall unmittelbar in Berührung befindlichen Paar von parallelen Gießwalzen, dadurch gekennzeichnet, daß die Außenumfangsfläche jeder Gießwalze im Ausgangszustand eine negative Balligkeit erhält, daß bei Einleiten des Stranggießvorgangs auf einen inneren Bereich jeder Walze ein Druck ausgeübt wird, so daß die Außenumfangsflächen beider Walzen eine wahre zylindrische Gestalt annehmen, und daß der auf den inneren Bereich einer jeden Walze aufgebrachte Druck bei Erwärmung der Außenumfangsflächen der Walzen durch geschmolzenes Metall bei Fortschreiten des Stranggießvorgangs vermindert wird, so daß die Außenumfangsfläche einer jeden Walze geradlinig oder als wahrer Zylinder ohne jegliche Wärmeballigkeit eingehalten wird.

2. Gießwalze zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Walzenspindel (5), durch einen über der Spindel angebrachten Innenmantel (6), durch einen über dem Innenmantel (6) angebrachten Ayßenmantel (7) mit einer negativen Balligkeit an seiner Außenumfangsfläche sowie mit an seiner Innenumfangsfläche ausgebildeten Kühlkanälen (11) und durch eine an der Innenumfangsfläche des Innenmantels (6) in seinem axial mittige:: Bereich ausgebildete Hydraulikdruckkammer (8), die mit einer D^ruckflüssigkeitsquelle (15) regelbar in Verbindung steht.

3. Gießwalze nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühlkanäle (li) in einer Schraubenform verlaufend ausgestaltet sind

4. Gießwalze nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühlkanäle (11) in Form von Ringen ausgebildet sind, die mit einem an der zylindrisehen Außenumfangsfläche des Innenmantels (6) ausgestalteten Kanal (14) in Verbindung stehen.