DE3517454A1 - Verfahren und vorrichtung zum walzen von durch radgiessen gebildetem streifenmaterial - Google Patents

Verfahren und vorrichtung zum walzen von durch radgiessen gebildetem streifenmaterial

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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B21B1/46Metal-rolling methods or mills for making semi-finished products of solid or profiled cross-section; Sequence of operations in milling trains; Layout of rolling-mill plant, e.g. grouping of stands; Succession of passes or of sectional pass alternations for rolling metal immediately subsequent to continuous casting
    • B21B1/463Metal-rolling methods or mills for making semi-finished products of solid or profiled cross-section; Sequence of operations in milling trains; Layout of rolling-mill plant, e.g. grouping of stands; Succession of passes or of sectional pass alternations for rolling metal immediately subsequent to continuous casting in a continuous process, i.e. the cast not being cut before rolling
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  • Mechanical Engineering (AREA)
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Description

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Verfahren und Vorrichtung zum Walzen von durch Radgießen gebildetem Streifenmaterial
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie auf eine Vorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 4. Die Erfindung bezieht sich auch auf unter Einsatz des erfindungsgemäßen Verfahrens hergestellte Erzeugnisse.
Während die vorliegende Erfindung einen großen Bereich von Anwendungsmöglichkeiten besitzt, ist sie zur Verwendung bei der Herstellung von dünnem Streifenmaterial besonders geeignet und wird daher insbesondere in diesem Zusammenhang beschrieben. Die Vorrichtung besitzt einen Kühlblock bzw. Abschreckblock zum Erstarrenlassen einer Schmelze zu einem Streifen sowie ein dem Kühlblock zugeordnetes Arbeitsrad zur Dickenreduzierung des erstarrten Streifens zu einem endgültigen Streifen mit der gewünschten Dicke.
Beim herkömmlichen Kühlblock- Radgießen trifft ein Metallstrahl auf eine kalte sich bewegende Oberfläche, wo er geformt wird und erstarrt. Beim Stand der Technik werden Kühlblöcke mit unterschiedlicher Geometrie verwendet, wie z.B. konkave und konvexe Scheiben, Zylinder und Trommeln. Ein typisches Beispiel für diese Technik ist in der US-PS 4 339 508 offenbart, die ein Verfahren zur Herstellung eines dünnen flexiblen Bandes aus Supraleitermaterial offenbart.
Während der Abkühlung des geschmolzenen Materials auf dem Kühlblock ist es normalerweise wünschenswert, das
Schmelzgut zu formen. Herkömmlicherweise erfolgt dies durch Techniken, wie z.B. Formgebung des Rads in verschiedene Konfigurationen sowie Verlängern der Berührung der Schmelze auf dem Rad, wie dies in der US-PS 3 862 658 offenbart ist. Bei dieser Patentschrift wird die Berührungsdauer durch Verwendung von solchen Vorrichtungen wie Gasdüsen, sich bewegenden Riemen oder umlaufenden Rädern verlängert.
Eine andere Technik zum Formen der Schmelze ist in der japanischen Patentanmeldung Nr. 56-23596 offenbart, die den Titel "Herstellung von schnellkühlendem Material in fester Lösung" besitzt. Eine Koronaentladung wird zwischen einer Elektrode und dem Aufspritzmaterial auf der Oberfläche einer Kühlwalze erzeugt. Das Ergebnis ist ein schnellgekühltes Material mit dünner Formgebung.
Während der Herstellung von kontinuierlichen Metallfasern bzw. Metallfäden durch Kühlblock- Radgießen, ist es häufig schwierig, kontinuierliche Fäden zu formen, da diese aufgrund der Oszillation des erstarrten Fadens brechen. Die US-PS 3 938 583 offenbart z.B. "ein Verfahren zur Herstellung sowie zum gleichzeitigen Aufwickeln eines kontinuierlichen Metallfadens, bei dem ein Kühlrad als Abschreckelement verwendet wird und auf den Faden ein ausreichender Druck ausgeübt wird, der den Erstarrungspunkt gerade übersteigt, um der Zugbelastung entgegenzuwirken, die die Aufwickeleinrichtung auf den Faden ausübt."
Nachdem ein kontinuierlicher Streifen gebildet worden ist, kann dieser auf eine gewünschte Dicke gewalzt werden. Z.B. in der US-PS 3 659 643 ist offenbart, daß "nachdem der Streifen die Gießvorrichtung verläßt, kann er zur metallurgischen Verbesserung gewalzt und aufge-
wickelt werden."
Aufgabe der Erfindung ist somit die Schaffung eines Verfahrens, bei dem Radgießen und Walzvorgang miteinander kombiniert sind, so daß die Formgebung und die metallurgischen Eigenschaften des endgültigen, durch Radgießen gebildeten dünnen Streifens in einem Walzvorgang vervollständigt werden.
Die Lösung dieser Aufgabe ergibt sich aus dem Kennzeichnungsteil des Anspruchs 1.
Vorteilhafterweise schafft die vorliegende Erfindung eine Vorrichtung sowie ein Verfahren zum Gießen und Walzen eines Radguß -Streifens, bei der bzw. dem eine oder mehrere der Einschränkungen und Nachteile der vorstehend beschriebenen Anordnung des Standes der Technik umgangen sind.
Ein weiterer Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht in der Schaffung einer Vorrichtung sowie eines Verfahrens zum Gießen und Walzen eines Radguß -Streifens auf eine gewünschte Dicke.
Noch ein weiterer Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht in der Schaffung einer Vorrichtung sowie eines Verfahrens zum Gießen und Walzen eines Radguß-Streifens unter Verwendung einer relativ kostengünstigen Herstellungstechnik.
Gemäß der vorliegenden Erfindung werden also eine Vorrichtung sowie ein Verfahren zum Gießen und Walzen einer Schmelze zu einem kontinuierlichen dünnen Streifen geschaffen. Die Schmelze wird durch eine Düse auf die Außenumfangsflache einer Gießwalze gegossen. Sobald die
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Schmelze zu einem kontinuierlichen Streifen erstarrt ist, wird dieser zwischen der Gießwalze und einer Arbeitswalze gewalzt, wobei seine Dicke zur Bildung des gewünschten dünnen Streifens reduziert wird.
Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Die Erfindung und Weiterbildlihgdn der Erfindung werden im folgenden anhand der Schenktischen Darstellungen bevorzugter Ausführungfebeispiile 'noch näher erläutert. Es zeigen: ,
Fig. 1 eine schematische Ansicht einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Herstellung eines dünnen Streifens; und " } flt- ■ ■-
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Fig. 2 eine schematische Ansicht eines zweiten Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung.
In Fig. 1 ist eine Vorrichtung 10 zum Gießen und Walzen einer Materialschmelze 14 zu einem kontinuierlichen dünnen Streifen 12 gezeigt. Die Schmelze wird aus einer Düse 18 auf die Außenumfangsflache 20 einer Gießwalze 16 gegossen. Sobald die Schmelze 14i ?m .einem kontinuierlichen Streifen 13 erstarrt iSt-i: ,-,''^ifliMe bzw. der
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der Walze bzw. dem Rad 16 abgenommen, so daß ein weiteres Walzen des Streifens nicht notwendig ist. In Anbetracht der Zeit und des Aufwands, die im allgemeinen zur Handhabung einer großen Länge von dünnem Streifenmaterial erforderllich sind, stellt dies einen recht beträchtlichen wirtschaftlichen Vorteil dar. Zweitens kann der endgültige Streifen die gewünschten metallurgischen Eigenschaften, wie z.B. bezüglich Zugfestigkeit und Kristallstruktur, aufweisen. Die Erzielung dieser Eigenschaften, nachdem der Streifen bereits von dem Rad abgenommen worden ist, kann es erforderlich machen, daß der dünne Streifen erwärmt und/oder durch Arbeitswalzen hindurchgeschickt wird. Die Eliminierung dieser zusätzlichen Schritte zu einem späteren Zeitpunkt schafft einen wesentlichen wirtschaftlichen Vorteil der vorliegenden Erfindung gegenüber dem Stand der Technik.
Bei der Gießwalze 16 handelt es sich um eine spezielle Ausführungsform eines herkömmlichen Abkühl- bzw. Abschreckblocks. Die Gießwalze bzw. das Gießrad 16 kann irgendeinen gewünschten Durchmesser sowie irgendeine gewünschte Breite aufweisen. Bei der Auswahl des Materials zur Bildung des Kühlrads bzw. der Gießwalze muß man die Benetzbarkeit zwischen dem geschmolzenen Material und der Außenumfangsflache 20 berücksichtigen. Diese Benetzbarkeit ist in erster Linie bestimmt durch die Oberflächenspannungen der Schmelze und des Substrats an dem Gießrad. Das Rad kann aus irgendeinem Material hergestellt werden, das während der Berührung mit der Schmelze stabil bleibt, wie dies z.B. bei Stahl, Kupfer, Aluminium, Graphit oder Legierungen derselben der Fall ist. Auch kann das Rad aus einem Material gebildet sein, das mit Chrom plattiert oder mit einem Keramikmaterial beschichtet ist. Bezüglich der vorstehend erwähnten Materialien ist jedoch darauf hinzuweisen, daß das Kühlrad
bzw. die Kühlwalze auch aus irgendeinem anderen geeigneten Material gebildet sein kann, das zum Gießen und Walzen eines dünnen Streifens aus einer Schmelze eines
gewünschten Materials verwendbar ist.
Die Schmelze 14 kann mittels einer herkömmlichen Einrichtung, wie z.B. durch eine Düse 18 an dem einen Ende eines Rohrs 24, auf die Außenumfangsflache 20 der Walze 16 aufgebracht werden. Das geschmolzene Material 14 wird mittels einer geeigneten Einrichtung, wie z.B. einem Heizwiderstand 26, vorzugsweise auf einer Temperatur über dem Liquiduspunkt der Schmelze gehalten. Obwohl in den Zeichnungen ein Rohr mit einer Düse gezeigt ist, liegt es auch im Bereich der vorliegenden Erfindung, die Schmelze durch andere herkömmliche Techniken aufzubringen, wie z.B. durch Abschmelzen einer zugeführten Stange mittels einer Heizspule mit oder ohne eine die Stange umgebende Suszeptoreinrichtung, mittels einer Widerstandsheizung oder mittels einer Direktenergiequelle.
Sobald die Schmelze die Außenfläche 20 der Rolle 16 berührt, beginnt die Schmelze zu einem Zwischenstreifen zu erstarren, da die Wärmeübertragung von der Schmelze und der Walze 16 ausreichend wirksam sein muß, damit das Material auf der Oberfläche der Gießwalze vollständig erstarren kann. Zur Verbesserung der Wärmeübertragung kann die Gießwalze mittels irgendeiner herkömmlichen Einrichtung gekühlt werden, wie z.B. durch Aufbringen eines Kühlmittels durch einen Kühlmittelverteiler 28 auf die Oberfläche der Gießwalze. Das spezielle Kühlmittel bildet keinen Bestandteil der vorliegenden Erfindung und kann aus herkömmlichen Gasen oder Flüssigkeiten gebildet sein.
Die Dicke und die Breite des erstarrten dünnen Zwischenstreifens 13 vor dem Walzen kann durch eine Anzahl von
Faktoren bestimmt werden. Diese Faktoren beinhalten die Oberflächenspannung zwischen der Schmelze 14 und der glatten Außenumfangsfläche 20 des Kühlrads, die Rotationsgeschwindigkeit des Kühlrads, den Ausstoßdruck der Schmelze, den Durchmesser der Düse, die Temperatur der Schmelze sowie die Viskosität der Schmelze. Die Anzahl der kritischen Faktoren, die zusammenwirken können und die Dicke des Streifens bewirken, reduzieren die Wahrscheinlichkeit, daß ein Streifen mit der gewünschten Dicke in konsistenter Weise gebildet wird.
Mittels der vorliegenden Erfindung wird die endgültige Dicke des dünnen Streifens dadurch reguliert, daß man zusätzlich eine Arbeitswalze 22 vorsieht, die mit der Gießwalze 16 zusammenarbeitet. Die Arbeitswalze ist an einer ausgewählten Stelle in der Nähe der Außenumfangsfläche 20 der Gießwalze 16 angeordnet. Eine Mittenlinie 30 erstreckt sich zwischen dem Mittelpunkt 32 der Gießwalze und dem Mittelpunkt 34 der Arbeitswalze 22. Die Mittenlinie 30 schneidet den Streifen 13 an dem Berührungspunkt 36, wo die Außenumfangsfläche 38 der Arbeitswalze 22 und die Außenumfangsfläche 20 der Gießwalze 16 tangential gegen die einander gegenüberliegenden Oberflächen des Streifens 13 angeordnet sind. Der Berührungspunkt 36 befindet sich vorzugsweise jenseits der Berührungslänge des Streifens auf der Gießwalze. Die Berührungslänge ist definiert als die Länge zwischen dem Punkt, bei dem die Schmelze die Gießwalze zuerst berührt, und dem Punkt, bei dem der erstarrte Streifen sich durch Zentrifugalkraft von der Gießwalze weglösen würde. Der Vorteil, den Berührungspunkt 36 jenseits der Berührungslänge zu wählen, liegt darin, daß die Arbeitswalze 22 einen größeren Durchmesser aufweisen kann, ohne daß sich die Arbeitswalze 22 und das Rohr 24 dabei gegenseitig stören. Es liegt jedoch im Bereich der vorliegenden
Erfindung, den Berührungspunkt an irgendeiner Stelle an dem erstarrten Streifen 13 vorzusehen.
Es ist eine nicht gezeigte Positioniervorrichtung zum Positionieren des Mittelpunkts 34 der Arbeitswalze 22 in bezug auf den Mittelpunkt 32 der Gießwalze 16 vorgesehen. Die Entfernung zwischen den beiden Mittelpunkten 32 und 34 ist so gewählt, daß der entlang der Mittenlinie 30 gemessene Abstand zwischen der Außenumfangsflache 20 der Arbeitswalze 16 und der Außenumfangsflache 38 der Arbeitswalze 2 2 eine exakte Dickenreduzierung des erstarrten Streifens -13, wenn sich dieser zwischen den Walzen 16 und 2 2 hindurchbewegt, zu einem Streifen 12 mit einer gewünschten Dicke oder Stärke hervorruft.
Es ist eine nicht gezeigte Antriebseinrichtung vorgesehen, um jede der Walzen 16 und 2 2 mit jeder gewünschten Drehzahl um ihren Mittelpunkt 32 bzw. 34 zu drehen. Die Walzen drehen sich in bezug aufeinander in entgegengesetzten Richtungen, um den dazwischen befindlichen Streifen 13 weiter zu fördern.
Der Schritt des Walzens bringt den Streifen auf eine fertige Stärke innerhalb eines speziellen Erfordernisbereichs der Verformungsverfestigung bzw. des Anlassens. Obwohl dies nicht gezeigt ist, kann es
wünschenswert sein, den Streifen nach dem Verlassen der Vorrichtung 10 erneut zu erwärmen und abzukühlen, um die Korngröße, die Gleichmäßigkeit der Korngröße und/oder die Zugfestigkeit des Materials zu beeinflussen. Dieser Vorgang ließe sich an einer der Gießwalze 16 nachgeordneten Stelle durchführen und bildet keinen Bestandteil der vorliegenden Erfindung.
Die Arbeitswalze 22 kann außerdem eine zusätzliche Kühlung für den gegossenen Streifen schaffen. Zur Verbesse-
rung dieser Kühlung kann ein dem Verteiler 28 ähnlicher Kühlmittelverteiler 40 vorgesehen sein. Das Kühlmittel kann sowohl die Funktion des Kühlens des dünnen Streifens als auch die Funktion eines Schmiermittels zwischen dem gegossenen Streifen und der Walze 22 besitzen. Falls es gewünscht ist, kann das Kühlmittel von dem Kühlmittelverteiler 28 auch als ein Walzenschmiermittel zwischen dem gegossenen Streifen und der Walze 16 dienen. Weiterhin liegt es im Bereich der vorliegenden Erfindung, jede gewünschte Anzahl von Kühlmittelverteilern bzw. -leitungen zu verwenden und diese in bezug auf die Walzen 16 und 22 je nach Bedarf zu positionieren. Außerdem können die Art und die Menge des auf die Walzen aufgebrachten Kühlmittels so ausgewählt werden, wie dies für den speziellen Anwendungsfall erforderlich ist.
In Fig. 2 ist nun ein zweites Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung gezeigt, das sich von dem ersten Ausführungsbeispiel dadurch unterscheidet, daß Stützwalzen entweder der Arbeitswalze oder der Gießwalze oder beiden Walzen hinzugefügt sind. Da die Bestandteile der in Fig. 2 gezeigten Vorrichtung 50 im wesentlichen dieselben sind wie die Bestandteile der Vorrichtung 10, werden für im wesentlichen identische Bestandteile dieselben Bezugszeichen verwendet.
Stützwalzen 52 und 54 können der Walze 16 hinzugefügt sein, um eine zusätzliche mechanische Stabilität zu schaffen und um die Walze 16 gegen den Druck abzustützen, der von der den Streifen 13 dünner machenden Walze 22 ausgeübt wird. Diese Stützwalzen befinden sich vorzugsweise in Berührung mit der Außenumfangsflache 20, und zwar an Punkten, die von der sich zwischen den Walzen 16 und 22 erstreckenden Mittenlinie 30 ungefähr den selben Abstand haben. Die Stützwalzen 52 und 54 drehen sich ent-
gegengesetzt zu der Rotationsrichtung der Walze 16. Sie können eine Hilfskühlung der Gießwalze 16 schaffen, und falls es gewünscht ist, kann ein Kühlmittel auf ihre Außenumfangsflächen 56 und 5 8 gerichtet werden. Auch liegt es im Bereich der vorliegenden Erfindung, eine einzige Stützwalze zu verwenden, die die Gießwalze vorzugsweise ungefähr dort berühren würde, wo die Mittenlinie 30 die Außenumfangsflache 20 kreuzt. Es liegt ebenfalls im Umfang der vorliegenden Erfindung, zusätzliche Stützwalzen zu verwenden, falls dies gewünscht ist.
Eine Stützwalze 60 kann auch bei der Arbeitswalze 22 verwendet werden. Die Stützwalze 60 wird vorzugsweise derart positioniert, daß ihr Mittelpunkt 62 im wesentlichen auf einem Punkt der Mittenlinie 30 liegt und ihre Außenumfangsflache 6 4 die Außenumfangsflache 3 8 der Arbeitswalze 22 an einer Stelle berührt, wo die Mittenlinie 30 die beiden Außenumfangsflachen ungefähr kreuzt. Die Stützwalze 60 dreht sich gegenläufig zu der Walze 22 und ist zur Stabilisierung der Position der Walze 22 in bezug auf die Walze 16 sowie zur Schaffung einer zusätzlichen Kühlung, falls dies gewünscht ist, vorgesehen.
Die vorliegende Erfindung wird vorzugsweise verwendet bei Schmelzen aus Material wie Metall, Metallegierungen, amorphen oder Halbleitermaterialien. Die vorliegende Erfindung ist jedoch auf kein spezielles Material beschränkt, sondern läßt sich in zufriedenstellender Weise bei jedem Material einsetzen, das für das Drehgießen
und Walzen geeignet ist.
Aus der vorstehenden Beschreibung ergibt sich, daß gemäß der vorliegenden Erfindung eine Vorrichtung und ein Ver-
fahren zum Walzen von durch Radgießen gebildetem Streifenmaterial geschaffen sind, die die eingangs genannten Ziele und Vorteile zu voller Zufriedenheit erfüllen.

Claims (11)

KAIX)R KU NKER -SCHMnT-NlLS(SN!--MiRSCIJ : : : I*TENT\NW\LTE I ------ '-- -- -*- El W H1KW I1VTKNTVm)RNFAS "* K 22531 S8/st 14.Mai 1985 Olin Corporation, East Alton, Illinois 62024, V.St.A. Beanspruchte Priorität: 14.Mai 1984 V.St.A. Nr. 609 663 Verfahren und Vorrichtung zum Walzen von durch Radgießen gebildetem Streifenmaterial Patentansprüche
1. Verfahren zum Gießen und Walzen einer Material- ν schmelze zu einem gewünschten kontinuierlichen dünnen Streifen,
gekennzeichnet, durch folgende Schritte: Vorsehen einer Gießwalze;
Aufbringen der Schmelze auf die Außenumfangsflache der Gießwalze;
Erstarrenlassen der Schmelze zu einjSm Zwischenstreifen auf der Walze ; /*
Anordnen einer Arbeitswalze in der Nähe der Außenumfangsflache der Gießwalze; und
Walzen des erstarrten Zwischehstreifens zwischen der Gießwalze und der Arbeitswalze zu dem gewünschten kontinuierlichen dünnen Streifen* -
2. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß die Gießwalze für das Erstarrenlassen der Schmelze zu dem Zwischenstreifen gekühlt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, daß die Arbeitswalze zur Verbesserung der Erstarrung des Zwischenstreifens gekühlt wird.
4. Vorrichtung zum Gießen und Walzen einer Materialschmelze zu einem gewünschten kontinuierlichen dünnen Streifen,
gekennzeichnet, durch
eine Gießwalzeneinrichtung (16) zum Erstarrenlassen der Schmelze (14) zu einem dünnen Zwischenstreifen (13),
eine Düseneinrichtung (18) zum Aufbringen der Schmelze (14) auf die Außenumfangsflache (20) der Gießwalzeneinrichtung (16), und durch
eine in der Nähe der Außenumfangsflache (20) der Gießwalzeneinrichtung (16) angeordnete Arbeitswalzeneinrichtung (22) zum Walzen des erstarrten Zwischenstreifens (13) zwischen der Gießwalzeneinrichtung (16) und der Arbeitswalzeneinrichtung (22) zu dem gewünschten kontinuierlichen dünnen Streifen (12).
5. Vorrichtung nach Anspruch 4,
g ekennzeichnet durch-eine Kühleinrichtung zum Erstarrenlassen der Schmelze (14) auf der Gießwalzeneinrichtung (16) zu dem Zwischenstreifen (13).
6. Vorrichtung nach Anspruch 4 oder 5,
dadurch gekennzeichnet, daß die Kühleinrichtung wenigstens eine erste Kühlmittel leitung (28) zum Aufbringen eines Kühlmittels auf die Gießwalzenein-
richtung (16) aufweist.
7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 6,
dadurch g e k e η η ζ e i c h η e t, daß die Kühleinrichtung wenigstens eine zweite Kühlmittelleitung
(40) zum Aufbringen eines Kühlmittels auf die Arbeitswalzeneinrichtung (22) aufweist.
8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 7,
ge k e η η ζ e i c h η e t durch eine Einrichtung (26) zum Erhitzen der in der Düseneinrichtung (18) enthaltenen Schmelze (14).
9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 8,
dadurch gekennzeichnet, daß sich die Gießwalzeneinrichtung (16) in einer ersten Richtung und sich die Arbeitswalzeneinrichtung (22) in einer zweiten Richtung dreht, die zu der ersten Richtung gegenläufig ist,
10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 9,
g ekennze ichnet durch eine der Gießwalzeneinrichtung (16) zugeordnete erste Stützwalzeneinrichtung (52, 54), die der Vorrichtung mechanische Stabilität verleiht.
11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 10,
g ekennzeichnet durch eine der Arbeitswalzeneinrichtung (2 2) zugeordnete zweite Stützwalzeneinrichtung (60), die der Vorrichtung mechanische Stabilität verleiht.
DE19853517454 1984-05-14 1985-05-14 Verfahren und vorrichtung zum walzen von durch radgiessen gebildetem streifenmaterial Withdrawn DE3517454A1 (de)

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