DE3602594A1 - Vorrichtung zum giessen von metallbaendern auf einem bewegten kuehlkoerper - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Gießen von Metallbändern, bestehend aus einer Schlitzdüse, die mit einem Vorratsbehälter für schmelzflüssiges Metall verbunden ist, und einem Kühlkörper, auf dessen mit engem Spalt vor und geneigt zu der Stirnseite der Schlitzdüse angeordneten und relativ zu ihr bewegbaren Kühlfläche das schmelzflüssige Metall auftragbar ist.

Beim Gießen von Bändern mit derartigen Düsen werden die Gleichmäßigkeit in der Dicke und die Planheit des Bandes durch die Geometrie der Düse, die Art der Ausbringung der Metallschmelze auf die Kühlfläche und die Gleichmäßigkeit der Abkühlung auf der Kühlfläche bestimmt. Wird aus einer in Bewegungsrichtung der Kühlfläche derart engen Schlitzdüse gegossen, daß der größte Teil der Banderstarrung auf der bewegten Kühlfläche außerhalb der Schlitzdüse stattfindet, dann lassen sich enge Dickentoleranzen kaum einhalten, weil sich während des Gießprozesses am Düsenschlitz Druck- und Temperaturschwankungen ergeben. Durch eine Anpassung der Kühlflächengeschwindigkeit und/oder Einstellen des bandauslaufseitigen Düsenlippenabstandes von der Kühlfläche lassen sich die Banddickenschwankungen nur teilweise und zeitverzögert nachregeln. Praktisch nicht korrigierbare Abweichungen von der Solldicke entstehen an den Bandrändern, weil das schmelzflüssige Metall außerhalb der Schlitzdüse seitlich abfließen kann. Deshalb müssen solche Bänder regelmäßig nachgewalzt werden. Durch das Nachwalzen ändert sich aber das Gefüge des Bandes, was für manche Verwendungen nicht erwünscht ist. (EP 00 40 069 A1 und EP 00 40 073 A1).

Um im Gießverfahren hergestellte amorphe Metallbänder mit engen Dickentoleranzen ohne Nachwalzen zu erhalten, ist es ferner bekannt, eine Schlitzdüse mit in engem Abstand und parallel zur Kühlfläche angeordneter Düsenstirnfläche einzusetzen, deren Düsenweite bezogen auf die Geschwindig­ keit der bewegten Kühlfläche und die Dicke des zu gießenden Metallbandes so groß ist, daß die Erstarrung an der kühlflächeneinlaufseitigen Düsenlippe praktisch abgeschlossen ist. Beim Gießen mit einer solchen Vorrichtung besteht die Gefahr, daß vor allem an der bandeinlaufseitigen Düsenlippe, wo das schmelzflüssige Metall den größten freien Querschnitt vorfindet, schmelzflüssiges Metall zwischen dieser Düsenlippe und der Kühlfläche austritt. Deshalb lassen sich mit einer solchen Vorrichtung nur Bänder bis zu einer maximalen Dicke von 0,1 mm gießen (EP 00 26 812 B1).

Ein weiteres Problem beim Gießen von Band besteht darin, daß von der einlaufseitigen Düsenlippe aus an der bewegten Kühlfläche anhaftende Kondensat- und Gasperlen unter das auf die Kühlfläche aufgebrachte schmelzflüssige Metall eingeschleppt werden, die infolge der dabei stattfindenden Erwärmung sich ausdehnen und deshalb zu einer Beeinträchtigung der Glätte der Bandoberfläche führen. Um die Glätte zu verbessern, ist es bekannt, die Kühlfläche vor der Düse zu erwärmen und darauf befindliche Kondensat- und Gasperlen durch Absaugen zu entfernen (DE-OS 29 50 406).

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Vorrichtung der eingangs genannten Art dahingehend zu verbessern, daß allein durch Gießen, also ohne Nachwalzen Bänder mit engen Dickentoleranzen auch für Dicken von über 1 mm hergestellt werden können.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Schlitzdüse mit ihrem stirnseitigen Rand über ein oder mehrere Gaskissen auf der Kühlfläche und der freien Oberfläche des gegossenen Metallbandes abstützbar ist.

Aufgrund der Abstützung der Stirnseite der Schlitzdüse mittels Gaskissen ist es möglich, sehr enge Spalte sowohl auf der Kühlfläche als auch auf dem gegossenen Metallband einzustellen, ohne daß die Gefahr besteht, daß die Düsenlippen mit der Kühlfläche oder dem Band in Berührung kommen. Darüber hinaus wirken die Luftkissen als Sperre gegenüber dem schmelzflüssigen Metall. Aufgrund der sehr engen Abstände lassen sich die engen Toleranzen nicht nur bei dünnen Bändern, sondern auch bei dickeren Bändern von zum Beispiel über 1 mm einhalten. Wegen der möglichen engen Abstände der Düsenlippen von der Kühlfläche und der Oberfläche des gegossenen Metallbandes und der zusätzlichen Abdichtung durch die Luftkissen ist es möglich, mit höherem Gießdruck zu arbeiten, was sich ebenfalls günstig auf die Forderungen der Einhaltung enger Toleranzen und der Glätte des Bandes auswirkt.

Vorzugsweise läßt sich der Gasdruck in den Gaskissen einstellen. Von dieser Einstellung wird man beim Ausregeln von Banddickentoleranzen durch Anpassung der Kühlflächen­ geschwindigkeit Gebrauch machen, um den Austritt des schmelzflüssigen Metalls durch den sich bei der Regelung in engen Grenzen veränderten Spalt zwischen den Düsenlippen und der Kühlfläche und der Oberfläche des gegossenen Metallbandes zu verhindern.

Um das Maß der Beeinträchtigung der Glätte des Bandes durch aus dem kühlflächeneinlaufseitigen Gaskissen eingeschleppte Gasperlen zu verringern, kann das dem Gaskissen zugeführte Gas erhitzt sein. Die Expansion der eingeschleppten Gas­ perlen wegen der immer noch höheren Temperatur des schmelz­ flüssigen Metalls ist dann nicht mehr so groß. Da aber mit dem Druckaufbau des Gaskissens ein großer Gasverlust verbunden ist, würde die Erwärmung des zugeführten Gases einen erheblichen Energieaufwand erfordern. Deshalb wird eine Ausführung bevorzugt, bei der zwischen dem oder den Gaskissen und zumindest der einlaufseitigen Düsenlippe eine Kammer vorgesehen ist, die teilevakuierbar ist oder über die erhitztes Gas zuführbar ist. Bei Teilevakuierung wird das aus dem vorgelagerten Gaskissen abströmende Gas im wesentlichen abgeführt, so daß die Menge der sonst eingeschleppten Gasperlen vermindert ist. Wird erhitztes Gas zugeführt, dann wirkt dieses Gas gleichsam als Sperre für das Gas des vorgelagerten Gaskissens. Darüber hinaus ist das Ausmaß der nachträglichen Expansion der eingeschleppten erhitzten Gasperlen im Vergleich zu eingeschleppten kalten Kondensat- oder Gasperlen gering. Bevorzugt wird Schutzgas den Gaskissen und der Kammer zugeführt, um eine Oxidation des Metalls an der kühlflächenzugewandten Seite zu vermeiden.

Es empfiehlt sich, nicht nur an der kühlflächeneinlauf­ seitigen Düsenlippe eine Kammer für eine Teilevakuierung oder Schutzgas, sondern auch an den seitlichen Düsenlippen und an der bandauslaufseitigen Düsenlippe entsprechende Kammern vorzusehen. Dies empfiehlt sich insbesondere dann, wenn den Gaskissen kein Schutzgas zugeführt wird. In diesem Fall kann eine Oxydation durch die Teilevakuierung oder durch das zugeführte Schutzgas zumindest vermindert werden. Für den Aufbau des Gaskissens gibt es verschiedene Möglichkeiten. Zum Beispiel kann eine zur Kühlfläche und zur freien Bandoberfläche hin offene Kammer vorgesehen sein, über die das zugeführte Gas verteilt wird, so daß sich vor ihr das Gaskissen ausbilden kann. Vorzugsweise enthalten das oder die Gaskissen jedoch einen porösen Körper, über den das zum Druckaufbau benötigte Gas zuführbar ist. Er kann in einer Führung des Schlitzdüsenkörpers beweglich gehalten sein, um bei auftretenden Banddickenschwankungen sich der Lage der freien Bandoberfläche anpassen zu können.

Um einerseits durch Veränderung der Lage der Düsenlippen gegenüber der Kühlfläche und dem Band das Dickenprofil beeinflussen zu können, und andererseits die sichere Abstützung unter Einhaltung enger Toleranzen aufrecht­ erhalten zu können, sieht eine weitere Ausgestaltung der Erfindung vor, daß die an den Düsenlippen angeordneten und den Gaskissen zugeordneten Kammern gegebenenfalls mit den porösen Körpern individuell relativ zum Schlitzdüsen­ körper einstellbar sind.

Im folgenden wird die Erfindung anhand einer verschiedene Ausführungsbeispiele darstellenden Zeichnung näher erläutert. Im einzelnen zeigen:

Fig. 1 eine Schlitzdüse in Stirnansicht nach der Linie I-I der Fig. 3

Fig. 2 die Schlitzdüse gemäß Fig. 1 im Querschnitt nach der Linie II-II der Fig. 1

Fig. 3 die Schlitzdüse gem. Fig. 1 im Querschnitt nach der Linie III-III der Fig. 1

Fig. 4 eine andere Schlitzdüse in Stirnansicht nach der Linie I-I der Fig. 6

Fig. 5 die Schlitzdüse gem. Fig. 4 im Querschnitt nach der Linie II-II der Fig. 4

Fig. 6 die Schlitzdüse gem. Fig. 4 im Querschnitt nach der Linie III-III der Fig. 4

Fig. 7 einen vergrößerten Ausschnitt IV der Schlitzdüse gem. Fig. 5

Fig. 8 eine weitere Schlitzdüse in Stirnansicht nach der Linie I-I der Fig. 10

Fig. 9 die Schlitzdüse gem. Fig. 8 im Querschnitt nach der Linie II-II der Fig. 10

Fig. 10 die Schlitzdüse gem. Fig. 8 im Querschnitt nach der Linie III-III der Fig. 8

Fig. 11 eine weitere Schlitzdüse in Stirnansicht nach der Linie II-II der Fig. 12

Fig. 12 die Schlitzdüse gem. Fig. 11 im Querschnitt nach der Linie I-I der Fig. 11

Die in den Fig. 1 bis 3 dargestellte Schlitzdüse 1 weist einen Düsenkörper 2 auf, der in einem Halter 3 sitzt. Die Düsenkammer 4 der Schlitzdüse 1 ist über eine Leitung 5 mit einem nicht dargestellten Gefäß für schmelzflüssiges Metall verbunden. Das schmelzflüssige Metall läßt sich mit Druck in die Kammer 4 einbringen. Mittels Stellgliedern 6 läßt sich die Schlitzdüse 1 bezüglich der Neigung und des Abstandes ihrer Stirnseite gegenüber der Kühlfläche 7 eines sonst nicht weiter dargestellten, in Richtung des Pfeils 8 bewegbaren Kühlkörpers einstellen.

Wie aus Fig. 3 ersichtlich, entwickelt sich bei in Richtung des Pfeils 8 mit der Geschwindigkeit v vorbewegter Kühl­ fläche 7 auf der Kühlfläche 7 im Bereich der Düsenkammer 4 ein Erstarrungskeil 9, der am bandauslaufseitigen Rand der Kammer 4 die Dicke d des fertigen Bandes 10 erreicht. Die Erstarrung ist also im Bereich der Düsenkammer 4 abgeschlossen.

In den Stirnseiten der kühlflächeneinlaufseitigen, bandauslaufseitigen und seitlichen Düsenlippen 11 bis 14 ist jeweils eine flache Kammer 15 bis 18 vorgesehen, der über jeweils eine Leitung 19 bis 22 für den Aufbau eines stirnseitigen Gaskissens 23, 24, 25, 26 Gas zuführbar ist, mit dem sich die Schlitzdüse auf der Kühlfläche 7 und der Oberseite des fertigen Bandes 10 abstützt. Über den Gasdruck in den einzelnen Gaskissen 23 bis 26 ist der Abstand der Düsenlippen 11 bis 14 von der Kühlfläche 7 und dem Band 10 einstellbar.

Das Ausführungsbeispiel der Fig. 4 bis 7 unterscheidet sich von dem der Fig. 1 bis 3 in zwei Merkmalen. Die Zufuhr von Druckgas und die Verteilung von Druckgas erfolgt über leistenartige poröse Körper 27 bis 30, deren der Düsenkammer 35 zugekehrte Seiten einen gasdichten Überzug 29 a tragen, so daß das zugeführte Gas vor der porösen Stirnseite eines jeden porösen Körpers 28 bis 30 sich aufbauen und, wie in Fig. 7 angedeutet, abströmen kann. Die porösen Körper 27, 29, 30 sind in keilförmigen Nuten 31 bis 33 fixiert, während der bandauslaufseitige poröse Körper 28 in einer Nut 34 mit parallelen Wänden verstellbar in Richtung auf die Kühlfläche 7 gehalten ist. Auf diese Art und Weise kann sich das Luftkissen mit dem porösen Körper 28 schwankenden Dicken des Bandes anpassen und die Abstützung gewährleisten.

Das zweite von dem Ausführungsbeispiel der Fig. 1 bis 3 abweichende Merkmal besteht darin, daß zwischen den die porösen Körper 27 bis 30 enthaltenden Luftkissen und der Düsenkammer 35 Kammern 36, 37 angeordnet sind, in die entweder erhitztes Schutzgas über Leitungen 38, 39 einführbar ist oder über die aus den Luftkissen austretendes Gas abführbar ist. Durch beide Alternativen soll verhindert werden, daß die Bandoberfläche oxydiert. Vor allem durch die Zufuhr von Schutzgas oder durch die Abfuhr von Gas aus dem Luftkissen über die kühlflächeneinlaufseitige Kammer 36 soll zusätzlich verhindert werden, daß sich zwischen der Kühlfläche 7 und der zugewandten Bandseite Kondensat- und Gasperlen in einem Ausmaß entwickeln, daß die Glätte der Bandoberfläche beeinträchtigt wird.

Da die Kühlfläche 7 in der Regel breiter als das gegossene Band 10 ist, wird von den Bandrändern die Wärme besser als von der Bandmitte abgeführt. Deshalb ist die keilförmige Erstarrungsfront im Bereich der Düsenkammer an den Bandrändern steiler als im mittleren Bandbereich. Dieser Tatsache trägt das Ausführungsbeispiel der Fig. 8 bis 10 Rechnung. Während im Bereich W 1 die Erstarrung an den Bandrändern abgeschlossen ist, erstreckt sie sich in der Bandmitte über den Bereich W. Durch den im Vergleich zu den anderen Ausführungsbeispielen größeren Abstand des bandauslaufseitigen, einen porösen Körper 40 enthaltenden Luftkissens ist es möglich, daß zwischen den erstarrten Randbereichen 41, 42 des Bandes 43 schmelzflüssiges Metall den auslaufseitigen Rand 45 der Düsenkammer 46 passiert und in dem Abschnitt zwischen diesem Rand 45 und dem porösen Körper 40 erstarrt. Wegen des in diesem Bereich aufgebauten Druckes kann schmelzflüssiges Metall nicht unkontrolliert durch den im mittleren Bereich größeren Spalt austreten.

Das Ausführungsbeispiel der Fig. 8 bis 10 unterscheidet sich von den vorhergehenden dadurch, daß der bandauslauf­ seitige Rand 45 von einer auswechselbaren durch eine Heizeinrichtung 46 beheizte Leiste 47 gebildet wird. Durch diese beheizte Leiste wird ein Einfrieren des Metalls an der Bandoberseite bereits im Bereich des Randes 45 verhindert und deshalb eine glatte Bandoberfläche erzielt. Ferner unterscheidet sich dieses Ausführungsbeispiel von den vorhergehenden noch dadurch, daß die porösen Körper 40 an der einlaufseitigen Düsenlippe und der auslaufseitigen Lüsenlippe zumindest einen teilweise runden Querschnitt und eine ebene Stirnfläche haben und in den entsprechend ausgebildeten Nuten um ihre Achsen verdrehbar sind. Dadurch wird erreicht, daß die flachen Stirnseiten der porösen Körper 40 bei jedem Neigungswinkel der Stirnseite der Düse sich zur Kühlfläche und Bandoberfläche parallel stellen. Schließlich besteht ein weiterer Unterschied darin, daß die seitlichen porösen Körper 48 in Nuten 49 höhenverstellbar gelagert sind, um sich in Abhängigkeit von dem Neigungswinkel der Stirnseite der Düse selbständig einzustellen.

Bei dem Ausführungsbeispiel der Fig. 11 und 12 sind die teilweise einen Kreisquerschnitt und eine flache Stirnseite aufweisenden porösen Körper 50 bis 53 in einstellbaren Haltern 54 bis 57 angeordnet, so daß es möglich ist, die Schlitzdüse in ihrer Lage gegenüber der Kühlfläche und davon unabhängig die Halter 54 bis 57 mit den porösen Körpern 50 bis 53 einzustellen. Darüber hinaus sind in dem Düsenkörper auswechselbare Düsenlippen 58, 59 eingesetzt, die über Kanäle 60, 61 beheizbar sind.

Die gasdurchlässigen porösen Körper 27 bis 30, 40, 50 bis 53 bestehen vorzugsweise aus Sintermaterial, Keramikfaser, Kohlegraphit oder einem ähnlichen Werkstoff nach Möglichkeit mit gewissen Notlaufeigenschaften gegenüber dem Werkstoff der Kühlfläche.

Als Werkstoff für die einsetzbaren, beheizbaren Düsenlippen 45, 58, 59 eignet sich hochhitzebeständiges Metall, wie Wolfram, Molybdän oder eine entsprechende Metallegierung oder ein verschleißfester, hitzeschockbeständiger, möglichst schmelzeabweisender Keramikwerkstoff, wie Al₂Oi2, SiC, Si₃Ni4, ZrOi2, NgO oder dergl. Statt eingesetzter Düsenlippen kann der Düsenkörper aber auch an der Stirnseite mit solchen Materialien aufgepanzert oder aufgesintert sein. Vorzugsweise sind die Düsenlippen beheizt.

Claims (10)

1. Vorrichtung zum Gießen von Metallbändern, bestehend aus einer Schlitzdüse, die mit einem Vorratsbehälter für schmelzflüssiges Metall verbunden ist, und einem Kühlkörper auf dessen mit engem Spalt vor und geneigt zu der Stirnseite der Schlitzdüse angeordnete und relativ zu ihr bewegbare Kühlfläche das schmelzflüssige Metall auftragbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Schlitzdüse (1) mit ihrem stirnseitigen Rand (11 bis 14) über ein oder mehrere Gaskissen (23 bis 26) auf der Kühlfläche (7) und der freien Oberfläche des gegossenen Metallbandes (10) abstützbar ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das oder die Gaskissen (23 bis 26) einen geschlossenen Ring bilden.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Gasdruck in den Gaskissen (23 bis 26) einstellbar ist.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem oder den Gaskissen (27 bis 30) und zumindest der kühlflächeneinlaufseitigen Düsenlippe eine Kammer (36, 37) vorgesehen ist, die teilevakuiert ist oder über die erhitztes Gas zuführbar ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß entsprechende Kammern vor den seitlichen Düsenlippen angeordnet sind.

6. Vorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß eine entsprechende Kammer (37) vor der bandauslaufseitigen Düsenlippe angeordnet ist.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest das kühlflächeneinlaufseitige Gaskissen (23) mit erhitztem Gas beaufschlagt ist.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das oder die Gaskissen (27 bis 30) einen porösen Körper enthalten, über den das zum Druckaufbau benötigte Gas zuführbar ist.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der poröse Körper (28) in einer Führung (34) des Schlitzdüsen­ körpers (2) derart beweglich gehalten ist, daß er sich selbständig auf die Lage der Kühlfläche und/oder der Bandoberfläche einstellt.

10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die an den Düsenlippen angeordneten und den Gaskissen zugeordneten Kammern gegebenenfalls zusammen mit den porösen Körpern (50, 51) individuell relativ zum Schlitzdüsenkörper in ihrer Lage einstellbar sind.