DE3900833A1 - Vorrichtung zum schnellen abkuehlen metallhaltiger schmelzen, insbesondere metalloxid-schmelzen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum schnellen Ab­ kühlen metallhaltiger Schmelzen, insbesondere Metalloxid- Schmelzen, zu einem festen Produktband mit zwei umlaufen­ den, gegebenenfalls zwangsgekühlten Rotationskörpern, die sich zu Beginn des Abkühlvorgangs entlang einer gemeinsamen Erzeugenden berühren und durch Abrücken voneinander einen Spalt für den Durchtritt der in Umlaufrichtung vor dem Spalt aufgestauten Schmelze bilden.

Vorrichtungen des vorgenannten Aufbaus sind in einer Viel­ zahl von Ausführungsformen und zur Herstellung unterschied­ licher Profilformen bekannt. So ist beispielsweise die unmit­ telbare Erzeugung von Metallblech aus der Schmelze bekannt (JP-A-57-94 456, 57-9 566, 60-15 051, 60-83 754), indem die Schmelze zwischen zwei rotierenden zylindrischen Walzen aufgegeben wird, beim Durchtritt durch den Walzenspalt ab­ gekühlt wird und schließlich in Form eines Endlosblechs die Walzen verläßt. Das gleiche Prinzip wird bei der Her­ stellung von amorphen, partikelförmigen Substanzen aus Metalloxiden, z. B. zur Verwendung als Schleifmittel, ein­ gesetzt (EP-A 01 39 071, DE-A 37 07 855). Hierbei müssen in der Regel höhere Schmelztemperaturen beherrscht und mit höherer Drehzahl gearbeitet werden, um eine amorphe, fein­ kristalline Struktur und eine möglichst gleichbleibende Korngröße zu erhalten.

Bei allen Vorrichtungen der vorgenannten Art ergeben sich besondere Probleme aus der Notwendigkeit der Abdichtung der Walzen zur Seite hin, um ein seitliches Auslaufen der Schmelze zu verhindern und einen vorbestimmten Spiegel der Schmelze einhalten zu können. Dies geschieht durch plattenförmige Dichtungen, die entweder flächig an beiden Stirnseiten der Walzen oder aber flächig an der Stirnseite der einen Walze und umfangsseitig an dem Mantel der anderen Walze anliegen. Diese Abdichtung ist nicht befriedigend, da es sich nicht verhindern läßt, daß Schmelze in die Dicht­ spalte eindringt, dort erstarrt und zu erheblichem Ver­ schleiß oder zu Betriebsstörungen führt.

Die vorgenannten Nachteile werden bei einer anderen Art von Vorrichtungen zum Gießen von Strangprofilen (GB-A 5 17 871, US-A 26 03 114), bei denen drei bis sechs Rotationskör­ per mit ihren Achsen so zueinander angeordnet werden, daß ihre Umfangsflächen ein polygonales Durchtrittsloch begren­ zen und aufgrund ihres Umlaufs ein entsprechendes Strangpro­ fil erzeugen, nicht vermieden. Es werden zwar keine Dich­ tungen als besondere Bauteile benötigt, gleichwohl wird die Abdichtung durch enge Spalte nämlich zwischen je­ weils einer konvexen und einer konkaven Kugelfläche zweier benachbarter Walzen, bewirkt. Da die einen Dichtungsspalt bildenden Kugelflächen bei laufender Maschine aufeinander gleiten, stellt sich das Verschleißproblem genauso dar wie bei den Dichtspalten zwischen Walzen und Dichtungen als besonderen Bauteilen. Auch läßt sich der Durchtrittsquer­ schnitt nicht ohne zusätzliche Hilfsmittel verschließen, was zu Beginn und bei jeder Betriebsunterbrechung not­ wendig ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Vorrichtung des eingangs genannten Aufbaus so auszubilden, daß auf jegliche Abdichtung der Rotationskörper verzichtet, gleich­ wohl ein vorbestimmter Schmelzspiegel eingestellt und auf­ rechterhalten werden kann.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die gemeinsame Erzeugende der Rotationskörper eine gewölbte bogenartige Form aufweist, die Drehachsen der Rotations­ körper räumlich so zueinander angeordnet sind, daß die Endpunkte dieser Erzeugenden deren geodätisch am höchsten liegende Punkte sind, und daß der Spiegel der Schmelze auf der die Endpunkte verbindenden Linie oder unterhalb dersel­ ben einstellbar ist.

Auf die angegebene Weise entsteht über dem zunächst geschlos­ senen Walzenspalt in den mittleren, tiefer liegenden Teilen der gemeinsamen Erzeugenden eine Mulde, in der die Schmelze einen Tümpel bilden und bis zur Höhe der Endpunkte der ge­ meinsamen Erzeugenden ansteigen kann. Sobald die Erstarrung der Schmelze einsetzt, verändern die Walzen ihre Lage zu­ einander derart, daß sich zwischen ihnen ein Walzenspalt auftut, durch welchen das Produktband aus dem Tümpel aus­ tritt.

Die Mulde wird allseitig von den einander zugekehrten Flä­ chen der Rotationskörper begrenzt, so daß es keinerlei zusätzlicher Abdichtungsmaßnahmen bedarf. Es entfallen somit auch alle hiermit verknüpften Folgeprobleme, wie Verschleiß, Betriebsunterbrechungen etc. Weiterhin läßt sich der Schmelz­ spiegel in der Mulde ohne Schwierigkeiten einstellen und konstant halten. Er wird nur noch von der Abzugsgeschwin­ digkeit der Schmelze und damit von der Breite des Walzen­ spaltes und der Umlaufgeschwindigkeit der Rotationskörper, nicht aber mehr durch Leckverluste an irgendwelchen Dicht­ zonen unkontrolliert beeinflußt.

Aufgrund der erfindungsgemäß durch eine bogenartige Form der Erzeugenden gekennzeichneten Rotationskörper ergibt sich zwischen diesen aus rein geometrischen Gründen ein Spalt ungleichmäßiger Dicke. Gleichzeitig ist aber auch aufgrund der entlang des Spaltes veränderlichen, zu den Rändern hin abnehmenden Tümpeltiefe auch die Kontaktzeit der Schmelze mit den Oberflächen der Rotationskörper in der Mitte am größten und zu den Rändern hin abfallend. Es kann daher aus Abkühlungsgründen nur ein Produktband entstehen, welches in der Mitte seine größte und an den Rändern seine kleinste Dicke erreicht.

Die erfindungsgemäße Ausbildung, nämlich die Bildung einer Mulde für den Schmelztümpel, deren Wandungen nur durch die zur Wärmeabfuhr vorgesehenen, gewölbten Oberflächen der Rotationskörper gebildet ist, zieht also zu ihrer Ver­ vollkommnung die Aufgabe nach sich, den Verlauf des Spaltes zwischen den Rotationskörpern dem aufgrund der Abkühlver­ hältnisse sich ergebenden Dickenverlauf des Produktbandes anzupassen.

Diese Teilaufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die gemeinsame Erzeugende der Rotationskörper eine Symmetrieachse aufweist, entlang der wenigstens einer der Rotationskörper zum Öffnen bzw. Schließen und/oder zum Einstellen des Spaltes zwischen den Rotationskörpern ver­ schiebbar ist. Der Spalt hat also in der Mitte des Produkt­ bandes seine größte Öffnung und an den beiden Rändern eine jeweils gleich große, kleinere.

Eine genauere Abstimmung führt zu einem Polynom höherer Ordnung für die Form der gemeinsamen Erzeugenden, welche erfindungsgemäß durch einen Kreisbogen oder auch stückweise durch Geraden angenähert werden kann.

Die Drehachsen der Rotationskörper können in einer Ebene liegen und es können deren Drehvektoren einen Winkel zwi­ schen 0 Grad und 180 Grad einschließen.

Eine mögliche Ausführungsform des vorgenannten Prinzips besteht darin, daß die Drehvektoren der beiden Rotations­ körper einen Winkel von 0 Grad einschließen, und daß der eine Rotationskörper als Hohlwalze ausgebildet ist, mit dessen innerer Oberfläche die konturengleiche Außenfläche des in ihr angeordneten anderen Rotationskörpers zusammen­ wirkt.

Bei dem vorgenannten Ausführungsbeispiel sind also die Rotationskörper ineinander - ähnlich einem planetarischen System - angeordnet und laufen in der gleichen Drehrichtung um. Die den Schmelztümpel aufnehmende Mulde wird von der inneren Oberfläche des äußeren Rotationskörpers gebildet und durch den anderen Rotationskörper begrenzt.

Ein anderes Ausführungsbeispiel zeichnet sich dadurch aus, daß die Drehvektoren der beiden Rotationskörper einen Winkel von 90 Grad einschließen, und daß der eine Rotationskörper als Stirnwalze mit einer an deren Stirnseite konzentrisch zu deren Drehachse angeordneten Rinne ausgebildet ist, deren Querschnittsprofil von der gemeinsamen Erzeugenden gebildet ist, und daß der andere Rotationskörper mit seiner Außenfläche in die Rinne eingreift.

Bei der vorgenannten Ausführungsform stehen die Drehachsen der beiden Rotationskörper im wesentlichen senkrecht auf­ einander, wobei die eine Begrenzung der Mulde durch die Rinne auf der Stirnfläche der Stirnwalze, die andere Be­ grenzung durch die in die Rinne eingreifende konvexe Außen­ fläche des anderen Rotationskörpers begrenzt wird.

Schließlich kann die Ausführung so gewählt sein, daß die Rotationskörper nebeneinander angeordnet, deren Drehvektoren einen Winkel von 180 Grad einschließen und die Außenfläche des einen Rotationskörpers konvex und die mit ihr zusammen­ wirkende Außenfläche des anderen Rotationskörpers konkav ausgebildet ist, und daß die Drehachse des Rotationskörpers mit der konvexen Außenfläche höher liegt als die Drehachse des anderen Rotationskörpers.

In diesem Fall sind die Drehachsen der Rotationskörper nebeneinander angeordnet und in der Höhe gegeneinander versetzt. Die konvexe Außenfläche des einen Rotationskör­ pers greift in die konkave Außenfläche des anderen Rota­ tionskörpers ein und die Mulde wird von den beiden Flächen begrenzt.

Bei der vorgenannten Ausführungsform wird das Volumen der aufgestauten Schmelze bzw. der Schmelzspiegel durch drei mögliche Überlaufstellen bestimmt, nämlich durch die bei­ den Endpunkte der gemeinsamen Erzeugenden, wie bei den zuvor beschriebenen Ausführungsbeispielen, und zusätzlich durch den oberen Scheitelpunkt am kleinsten Durchmesser des Rotationskörpers mit der konkaven Außenfläche. Das größte Tümpelvolumen wird dann erreicht, wenn die Dreh­ achsen so zueinander angeordnet sind, daß die vorgenann­ ten drei Punkte geodätisch auf gleicher Höhe liegen.

Es ist schließlich möglich, die Drehachsen der beiden Rota­ tionskörper so anzuordnen, daß sie nicht in einer Ebene liegen, wobei auch hier die Drehvektoren beliebige Winkel einschließen können. Man wird diese Winkel in der Regel jedoch so wählen, daß beide Rotationskörper in Richtung auf den Durchtrittsspalt umlaufen.

Nachstehend ist die Erfindung anhand eines in der Zeichnung wiedergegebenen Ausführungsbeispiels beschrieben. In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 eine schematische Ansicht einer ersten Ausführungsform im Schnitt;

Fig. 2 einen Schnitt II-II gemäß Fig. 1;

Fig. 3 eine der Fig. 1 ähnliche Ansicht bei geöffnetem Walzenspalt;

Fig. 4 eine schematische Ansicht einer zweiten Ausführungsform der Vor­ richtung, teilweise im Schnitt und

Fig. 5 eine schematische Ansicht einer dritten Ausführungsform, teil­ weise im Schnitt.

Die Ausführungsform gemäß Fig. 1 weist zwei Rotations­ körper in Form von Walzen 1 und 2 auf, die ineinander an­ geordnet sind. Die äußere Walze 1 weist die Drehachse 3, die innere Walze 2 die Drehachse 4 auf. Beide Drehachsen verlaufen parallel und liegen in einer Ebene. Ferner laufen die Walzen, wie in Fig. 2 mit Richtungspfeilen angedeutet, gleichsinnig um, ihre Drehvektoren schließen also einen Winkel von 0 Grad ein.

Bei der in den Fig. 1 und 2 wiedergegebenen Darstellung ist der Spalt 5 zwischen beiden Walzen geschlossen. Die Walzen berühren sich entlang einer gemeinsamen Erzeugenden 6, die beim gezeigten Ausführungsbeispiel kreisbogenförmig ausgebildet ist. Die gemeinsame Erzeugende weist eine Symme­ trielinie 7 auf. Die Endpunkte 8 und 9 der Erzeugenden liegen geodätisch höher als alle übrigen Punkte der Er­ zeugenden.

Die innere, konkave Oberfläche 10 der äußeren Walze 1 und die äußere, konvexe Oberfläche 11 der inneren Walze 2 bilden vor und hinter dem Walzenspalt 5 je eine abgeschlossene und vollständig abgedichtete Mulde 12 bzw. 13, von denen je nach Drehrichtung der Walzen die eine oder die andere Mulde zur Aufnahme der Schmelze dient. Der Spiegel 14 der Schmelze kann bis auf ein Niveau ansteigen, das durch die beiden Endpunkte 8, 9 der Erzeugenden vorgegeben ist. Der Schmelzspiegel läßt sich problemlos auf diesem oder einem niedrigeren Niveau einstellen.

Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 2 wird die Schmelze in die Mulde 12 aufgegeben, während in der Mulde 13 das erstarrte Produktband anfällt. Dieses folgt der äußeren Walze 1 bis in den Bereich des oberen Scheitels, wo es sich durch Schwerkraft von dieser löst oder durch Hilfs­ mittel abgeschält wird. Es kann dann seitlich aus dem Zwi­ schenraum zwischen beiden Walzen abgeleitet werden.

Fig. 3 zeigt diesen Betriebszustand der Walzen, indem der zuvor geschlossene Spalt (Fig. 1 und 2) durch Ver­ schieben einer der beiden Walzen 1, 2 entlang der Symmetrie­ achse 7 verbreitert worden ist, beispielsweise durch Ab­ rücken der Drehachse 4 der innen liegenden Walze 2 um das Maß a in die Position 4 a. Da die Strecken a, ausgehend von der Mitte des Produktbandes 15 zu den Rändern hin immer größere Winkel mit der Normalen auf das Produktband ein­ schließen, ergibt sich eine nach außen abnehmende Dicke des Produktbandes. Der Dickenverlauf ist auf die von der Mitte des Produktbandes zu seinen Rändern hin ebenfalls abnehmenden Kontaktzeiten der Schmelze mit den diese ab­ kühlenden Oberflächen der Walzen dadurch abgestimmt, daß die Erzeugenden der Walzen durch ein Polynom höherer Ord­ nung gebildet sind, welches seinerseits durch einen Kreis­ bogen angenähert werden kann.

Fig. 4 zeigt ein Ausführungsbeispiel, bei dem die Rotations­ körper wiederum als Walzen 16, 17 ausgebildet sind. Hier stehen jedoch die Drehachsen 18, 19 der beiden Walzen senk­ recht aufeinander, die Drehvektoren schließen einen Winkel von 90 Grad ein. Die Drehachse 18 der Walze 16 verläuft im wesentlichen horizontal, während die Achse 19 der Walze 17 in einer Vertikalebene liegt. Die Walze 17 ist als Stirn­ walze ausgebildet, die an ihrer Stirnseite 20 eine zur Drehachse 19 konzentrische Rinne 21 aufweist, in die die konvex ausgebildete Außenfläche der Walze 16 eingreift. Die gemeinsame Erzeugende 6 ist auch hier wiederum bogen­ förmig ausgebildet.

Beim gezeigten Ausführungsbeispiel ist die Drehachse 19 der Stirnwalze 17 gegenüber der Vertikalen geneigt. Ober­ halb des Walzenspaltes 5 bildet sich wiederum eine Mulde 22 aus, welche die Schmelze aufnimmt, wobei der Schmelzspiegel 23 bis an die Stirnseite der Walze 17 ansteigen kann.

Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 5 sind die wiederum als Walzen 24, 25 ausgebildeten Rotationskörper mit ihren Drehachsen 26, 27 nebeneinander angeordnet. Ihre Dreh­ vektoren schließen einen Winkel von 180 Grad ein. Die eine Walze 24 weist eine konvexe Oberfläche, die andere Walze 25 eine konkave Oberfläche auf, so daß beide Walzen ineinander greifen. Sie bilden zwischen ihren Oberflächen eine Mulde 28. Die Drehachse 26 des Rotationskörpers 24 mit der kon­ vexen Außenfläche liegt höher als die Drehachse 27 des an­ deren Rotationskörpers 25. Die Mulde 28 erreicht dann ihr größtes Volumen bzw. der Schmelzspiegel 29 seine größte Höhe, wenn die Endpunkte 8, 9 der gemeinsamen Erzeugenden und der obere Scheitelpunkt 30 am kleinsten Durchmesser der Walze 25 mit der konkaven Außenfläche auf gleicher Höhe liegen.

Claims (10)

1. Vorrichtung zum schnellen Abkühlen metallhaltiger Schmelzen, insbesondere Metalloxid-Schmelzen, zu einem festen Produktband mit zwei umlaufenden, gegebe­ nenfalls zwangsgekühlten Rotationskörpern, die sich zu Beginn des Abkühlvorgangs entlang einer gemein­ samen Erzeugenden berühren und durch Abrücken von­ einander einen Spalt für den Durchtritt der in Um­ laufrichtung vor dem Spalt aufgestauten Schmelze bilden, dadurch gekennzeichnet, daß die gemeinsame Erzeugende (6) der Rotationskörper (1, 2) eine ge­ wölbte bogenartige Form aufweist, die Drehachsen (3, 4) der Rotationskörper räumlich so zueinander ange­ ordnet sind, daß die Endpunkte (8, 9) dieser Erzeugen­ den deren geodätisch am höchsten liegende Punkte sind, und daß der Spiegel (14) der Schmelze auf der die Endpunkte verbindenden Linie oder unterhalb derselben einstellbar ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die gemeinsame Erzeugende (6) der Rotations­ körper (1, 2) eine Symmetrieachse (7) aufweist, ent­ lang der wenigstens einer (4) der Rotationskörper zum Öffnen bzw. Schließen und/oder zum Einstellen des Spaltes (5) zwischen den Rotationskörpern verschieb­ bar ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die gemeinsame Erzeugende (6) der Rota­ tionskörper (1, 2) ein Kreisbogen ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Erzeugenden der Rotationskörper (1, 2) durch ein Polynom bestimmt sind, das durch einen Kreisbogen oder stückweise durch Geraden angenähert ist.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehachsen (3, 4) der Rota­ tionskörper (1, 2) in einer Ebene liegen und deren Drehvektoren einen Winkel zwischen 0 Grad und 180 Grad einschließen.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehvektoren der beiden Rota­ tionskörper einen Winkel von 0 Grad einschließen, und daß der eine Rotationskörper als Hohlwalze (1) aus­ gebildet ist, mit dessen innerer Oberfläche (10) die konturengleiche Außenfläche (11) des in ihr an­ geordneten anderen Rotationskörpers (2) zusammenwirkt.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehvektoren der beiden Rota­ tionskörper (16, 17) einen Winkel von 90 Grad ein­ schließen, der eine Rotationskörper als Stirnwalze (17) mit einer an deren Stirnseite konzentrisch zu deren Drehachse (19) angeordneten Rinne (21) ausge­ bildet ist, deren Querschnittsprofil von der gemein­ samen Erzeugenden gebildet ist, und daß der andere Rotationskörper (16) mit seiner Außenfläche in die Rinne (21) eingreift.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Rotationskörper (24, 25) nebeneinander angeordnet, deren Drehvektoren einen Winkel von 180 Grad einschließen und die Außenfläche des einen Rotationskörpers (24) konvex und die mit ihr zusammenwirkende Außenfläche des anderen Rota­ tionskörpers (25) konkav ausgebildet ist, und daß die Drehachse (26) des Rotationskörpers (24) mit der konvexen Außenfläche höher liegt als die Drehachse des anderen Rotationskörpers.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Achse (26) des Rotationskörpers (24) mit konvexer Außenfläche um soviel höher liegt als die Achse (27) des anderen Rotationskörpers (25), daß die Endpunkte der gemeinsamen Erzeugenden (8, 9) und der höchste Punkt (30) der kleinsten Querschnitts­ fläche des Rotationskörpers (25) mit konkaver Außen­ fläche geodätisch auf gleicher Höhe liegen.

10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehachsen (3, 4) der beiden Rotationskörper (1, 2) nicht in einer Ebene liegen.