DE4327724C2 - Vorrichtung sowie Verfahren zum Herstellen eines dünnen Bandes aus Metall, vorzugsweise Stahlbandes - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung gemäß Oberbegriff Patentanspruch 1 sowie auf ein Verfahren gemäß Oberbegriff Patentanspruch 7.

Vorrichtungen und Verfahren zum Herstellen von dünnen Bändern oder Blechen aus Metall, insbesondere von dünnen Stahlbändern, im Stranggießverfahren sind grundsätzlich bekannt. Nachteilig ist bei diesen bekannten Vorrichtungen und Verfahren aber, daß bei sehr dünnen Bändern bzw. Blechen die Gefahr eines Anhaftens und damit eines Abreißens beim Austritt aus den Kokillen besteht.

Bekannt ist weiterhin auch die Nachbehandlung von dünnen Bändern, insbesondere Stahlbändern zur Verbesserung der Eigenschaften. So ist es beispielsweise bekannt, kaltgewalzte Feinbleche einer Wärmebehandlung zu unterziehen, um bei ausreichend hoher Festigkeit auch eine hohe Verformbarkeit für solche Bleche zu erreichen. Diese Wärmebehandlung besteht zunächst im Glühen des kaltgewalzten Feinbleches in einem Glühofen (z. B. Hauben-Glühofen oder in Kombi-Glühanlagen). Insbesondere in Kombi-Glühanlagen wird in kurzer Zeit bei hohem Durchsatz das glühende Feinblech mittels Kaltwasser und hoher Abschreckgeschwindigkeit von 1000 K/s gekühlt. Anschließend wird das Blech auf Anlaßtemperatur von ca. 400°C aufgeheizt und bei dieser Temperatur über eine vorgegebene Zeitdauer gehalten. Danach erfolgt eine Abkühlung auf Raumtemperatur (Water-Quench-Verfahren). Um das Wiedererwärmen des Feinbleches auf Anlaßtemperatur einzusparen, wird vielfach auch das sogenannte "Roll-Quench-Verfahren" genutzt. Hierbei wird das glühende Feinblech über mehrere wassergekühlte Rollen unter geringer Abschreckgeschwindigkeit bis auf die Anlaßtemperatur von ca. 400°C abgekühlt und auf dieser Temperatur eine gewisse Zeit gehalten, um dann schließlich auf Raumtemperatur abgekühlt zu werden.

Bekannt ist eine Vorrichtung der eingangs erwähnten Art, bei der der Gießspalt zwischen zwei Kokillenteilen gebildet ist (JP 62-72455 A2). Die Kokillenteile sind Segmente, die an ihren einander zugewandten Flächen konvex gekrümmt sind und zwischen diesen Flächen den Gießspalt bilden. Die Segmente sind für eine Schwenkbewegung sowie zugleich für eine Bewegung senkrecht zur Ebene des aus dem Gießspalt austretenden Bandes oszillierend angetrieben, so daß die beiden Kokillenteile bzw. die einander zugewandten, den Gießspalt begrenzenden konvexen Flächen der Kokillenteile eine erste Bewegung in der Ebene des Bandes, und zwar in Bandlängsrichtung, sowie dieser ersten Bewegung überlagert eine zweite Bewegung senkrecht zur Ebene des Bandes ausführen. Nachteilig hierbei ist es, daß durch die Bewegung in Längsrichtung des Bandes eine periodische Änderung der Struktur des hergestellten Bandes erfolgt, dieses Band in Längsrichtung eine sich ändernde Dicke aufweist, so daß auch bei einer Nachbehandlung des gegossenen Bandes eine homogene Struktur nicht erzielt werden kann.

Bekannt ist weiterhin auch (DE-OS 18 09 744 oder DE 40 30 683 A1), bei der Einstellung der Dicke eines gegossenen Bandes zwei Kokillenteile, die den Gießspalt bilden, senkrecht zur Ebene dieses Bandes zu bewegen.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Vorrichtung bzw. ein Verfahren der eingangs genannten Art aufzuzeigen, mit dem das Herstellen von dünnen Bändern oder Blechen nach dem Stranggießverfahren mit verbesserter Homogenität möglich ist.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist eine Vorrichtung entsprechend dem kennzeichnenden Teil des Patentanspruches 1 und ein Verfahren entsprechend dem kennzeichnenden Teil des Patentanspruches 7 ausgebildet.

Bei der Erfindung werden die Kokille bzw. deren Teile in der Ebene des hergestellten Metallbandes bzw. -Bleches, aber in Richtung der Breite dieses Bleches bewegt, wodurch Änderungen in der Struktur und insbesondere in der Dicke des hergestellten Bandes vermieden sind, obwohl durch die Bewegung der Kokille auch bei der Erfindung ein Anhaften und damit ein An- oder Abreißen des Bandes an der Kokille wirksam verhindert ist.

Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.

Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Figuren an Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 in vereinfachter Schnittdarstellung eine Vorrichtung zum Stranggießen eines dünnen Metallbandes gemäß der Erfindung;

Fig. 2 eine Seitenansicht der Vorrichtung gemäß Fig. 1;

Fig. 3 in vereinfachter Schnittdarstellung eine weitere mögliche Ausführungsform der Erfindung;

Fig. 4 eine Seitenansicht der Vorrichtung gemäß Fig. 3;

Fig. 5 in vereinfachter Darstellung eine Gesamtanlage zum Herstellen eines Feinbleches.

Die Fig. 1 und 2 zeigen eine Vorrichtung zum vertikalen Stranggießen eines dünnen Stahlbandes 15. Die Vorrichtung besteht im wesentlichen aus dem Warmhaltegefäß 18, welches einen sich nach unten hin trichterartig verengen­ den Innenraum 19 zur Aufnahme einer Stahlschmelze bildet. Am tiefsten Punkt des Innenraumes 19 weist das Warmhaltegefäß den Gießspalt 20 auf, unter dem eine von zwei wassergekühlten Kokillenteilen 21 und 22 gebildete Kokille 23 vorgesehen ist. Die Kokillenteile 21 und 22 bilden wiederum zwischen sich eine an den Gießspalt 20 in vertikaler Richtung A nach unten anschließende Kühlzone, in der das aus dem Gießspalt 20 nach unten austretende Band aus flüssigem Stahl zu dem dünnen Stahlband 15 erstarrt. Um ein Anbacken des Stahlbandes 15 an den Kokillenteilen 21 und 22 bzw. an den einander zugewandten Innenflächen dieser Kokillenteile zu verhindern, wird die Kokille 23 durch einen nicht näher dargestellten Antrieb in einer horizontalen Achsrichtung parallel zur Längserstreckung des Gießspaltes 20 oszillierend hin- und herbewegt, wie dies in der Fig. 2 mit dem Doppelpfeil B angedeutet ist. Um diese oszillierende Bewegung der Kokille 23 zu ermöglichen, weist der zwischen den Kokillenteilen 21 und 22 gebildete Spalt bzw. die Kühlzone in Oszillationsrichtung eine Länge auf, die um den Hub dieser Oszillation größer ist als die entsprechen­ de Länge des Gießspaltes 20. Die Kokille 23 schließt im Bereich des Gießspaltes 20 dicht an das Warmhaltegefäß 18 an, so daß ein Austritt von flüssigem Stahl bzw. von Stahl schmelze am Übergangsbereich zwischen Warmhaltegefäß und Kokille 23 nicht möglich ist.

Die Fig. 3 und 4 zeigen eine abgewandelte Ausführungsform, bei der das Stahlband 15 in einer Waagerecht-Stranggießanlage hergestellt und in waagerechter Richtung abgeführt wird. Die Vorrichtung besteht hierzu aus einem Warmhaltegefäß 24, welches wiederum einen sich nach unten hin trichterartig verengenden Innenraum 25 zur Aufnahme der Stahlschmelze bildet. Im Bereich des Bodens ist ein horizon­ taler Gießspalt 26 vorgesehen, der an der vorderen Wand 32 des Warmhaltegefäßes 24 offen ist. Außerhalb des Warmhaltegefäßes 24 und dicht an den Gießspalt 26 an­ schließend ist wiederum die von wassergekühlten Kokil­ lenteilen 27 und 28 gebildete Kokille 29 mit der Kühlstrecke zwischen den Kokillenteilen vorgesehen. Um ein Anbacken des Stahlbandes 15 an den Kokillenteilen zu verhindern, wird die Kokille 29 durch einen nicht dargestellten Antrieb wiederum oszillierend in einer horizontalen Achsrichtung parallel zur Längserstreckung des Gießspaltes 26 hin- und herbewegt (Doppelpfeil C der Fig. 4).

Sowohl in der Kokille 23 als auch in der Kokille 29 erfolgt jeweils eine seitliche Begrenzung für die Stahlschmelze durch Flachstäbe 30 aus feuerfestem Material, die sich mit der Kokille 23 bzw. 29 nicht mitbewegen, sondern fest an dem jeweiligen Warmhaltegefäß 18 bzw. 24 vorgesehen sind.

Bei der Vorrichtung nach den Fig. 3 und 4 befindet sich der Gießspalt 26 zwischen der Oberseite eines Bodens 31 und der Unterseite der vorderen Wand 32. Durch Heben und Senken der Wand 32 ist die Breite des Gießspaltes 26 einstellbar. Das eine Kokillenteil 27 ist dann vorzugsweise an dieser Wand geführt, so daß es beim einstellen mitbewegt wird und somit der zwischen den Kokil­ lenteilen 27 und 28 gebildete Spalt (Kühlzone) jeweils diejenige Breite aufweist, die auch der Gießspalt 26 besitzt.

Fig. 5 zeigt in vereinfachter schematischer Darstellung und in Seitenansicht eine Vorrichtung zum Stranggießen eines dünnen Bandes aus Stahl und zur an­ schließenden Wärmebehandlung des noch glühenden Bandes. Die Vorrichtung bzw. Anlage besteht wiederum aus den bereits in den Fig. 3. und 4 dargestellten Warmhaltegefäß 24, dem bzw. dessen Innenraum 25 der flüssige Stahl aus einer Stahlpfanne 33 zugeführt wird. Das Warmhaltegefäß besitzt am Gießspalt wiederum die von den beiden wassergekühlten Kokillenteilen 27 und 28 gebildete Kokille 29. Das dünne Band 15 wird in horizontaler Richtung aus dem Gießspalt abgezogen. In Bewegungsrichtung des Bandes 15 schließt sich an die Kokille 29 ein Walzgerüst 34 an, durch dessen Walzen das noch glühende Band 15 aus der Kokille 29 ausgezogen und gleich­ zeitig durch Streckverformen auf eine Dicke gebracht wird, die annähernd dem gewünschten Endmaß des hergestellten, dünnen Stahlbandes 15′′ entspricht. In Bewegungsrichtung des Bandes 15 auf das Walzgerüst 34 folgend ist eine warme Wasser-Druckspülanlage 35 vorgesehen, mit der eine Abkühlung des gewalzten Bandes 15′ auf eine Anlaßtemperatur von ca. 400°C erfolgt. Das warme Wasser, welches als mildes Ab­ schreckmittel wirkt, wird der Kokille 29 entnommen und nach dem Abschrecken des Bandes 15′ und nach einer Kühlung der Kokille 29 im Kreislauf erneut zugeführt. Das auf Anlaßtempe­ ratur abgekühlte Band 15′ wird dann bei genügend langer Kühlstrecke 36 auf Raumtemperatur weiter abgekühlt. Auf die Kühlstrecke 36 folgt eine Beizanlage 37, die im wesentlichen aus einem eine Kühleinrichtung aufweisenden Becken oder Behälter 38 für eine Beizflüssigkeit besteht. Durch den Behälter 38 bzw. die Beizflüssigkeit wird das unter die Anlaßtemperatur abgekühlte Band 15′ hindurchgeführt, entzun­ dert sowie weiter abgekühlt, so daß schließlich das blanke Stahlband 15′′ die Beizanlage 37 verläßt und als endgültiges Produkt zu einem Coil 39 aufgewickelt wird, und zwar mittels einer Auflaufhaspel 40. Um eine optimale Behandlung des Bandes 15′ in der Beizanlage 37 zu erhalten, ist dieses Band dort über mehrere Stütz-, Führungs- und Umlenkrollen 41 geführt.

Die in der Fig. 5 dargestellte Anlage gestattet im In-Line- Verfahren die Herstellung eines in der Blechdicke äußerst maßgenauen dünnen Bleches 15′′, welches darüberhinaus eine hohe Festigkeit und auch hohe Verformbarkeit (hohe Karosse­ rie- und Tiefziehgüte) aufweist. Die für den Vergütungsprozeß (Härten und Anlassen) notwendige Wärme wird der Kokille 29 entnommen.

Im Gegensatz zu bekannten Verfahren zum Veredeln bzw. Vergüten von Blechen entfällt bei diesem Verfahren u. a. das Abkühlen des heißen Bandes 15 auf Raum­ temperatur für den Kaltwalzprozeß, das Kaltwalzen selbst, das Glühen des kalten dünnen Bandes im Kombi-Glühverfahren auf Härtetemperatur, das Abschrecken beispielsweise mittels des Water-Quench- oder Roll-Quench-Verfahrens sowie auch das Wiederaufheizen des Bandes auf eine Anlaßtemperatur nach dem Water-Quench-Verfahren.

Es wird also ein kontinuierlicher In-Line-Prozeß vom Strang­ gegossenen, glühenden Band 15 bis zu dem eine hohe Festigkeit und Verformbarkeit aufweisenden Feinblech 15′′ geschaffen, und zwar mittels Wärmebehandlungen durch die Eigenwärme des glühenden Bandes 15.

Erfolgt das Stranggießen des Bandes 15 bereits mit einer Dicke, die im Bereich der gewünschten Dicke des Endproduktes (Band 15′′) liegt, so entfällt das Warmwalzen des glühenden Bandes 15 in dem Walzgerüst 34.

Sofern das stranggegossene Band 15 nicht eine dem Endmaß entsprechende Dicke aufweist und ein Walzgerüst 34 verwendet wird, kann die Abkühlung bzw. milde Abschreckung von der Härtetemperatur (ca. 1000°C) auf die Anlaßtemperatur (ca. 400°C) zumindest teilweise auch bereits im Walzgerüst 34 erfolgen, oder aber, wie vorstehend beschrieben, in der auf das Walzgerüst 34 folgenden Anlage 35, da das Band 15′ dort noch die Härtetemperatur besitzt.

Wird kein Walzgerüst 34 verwendet, da beispielsweise das stranggegossene Band 15 bereits eine dem Endmaß entsprechende Dicke aufweist, so erfolgt in der Anlage 35 das milde Abschrecken von der Härtetemperatur (ca. 1000°C) auf die Anlaßtemperatur (ca. 400°C).

Das dünne die Anlaßtemperatur aufweisende Band wird dann in einem in der Fig. 5 nicht dargestellten, auf die Anlage 35 folgenden Walzgerüst auf das Endmaß verformt bzw. gestreckt.

Das aus der Kokille 29 austretende Band 15 besitzt eine Temperatur von ca. 1000°C und ist mit dieser Temperatur zur Härtung geeignet. Das glühende dünne Band ist bei sehr großer Verformbarkeit sehr weich und ohne hohe Festigkeit.

Bei einem Warmwalzen des aus der Kokille 29 austretenden dünnen Bandes 15 auf eine dem Endmaß annähernd entsprechende Dicke mit nachfolgender schroffer Abschreckung mittels Kaltwasser würde das Band 15′ bei hoher Abschreckgeschwindig­ keit gehärtet, so daß dann das Produkt zwar eine hohe Festigkeit, aber keine nennenswerte Verformbarkeit aufweist. Erfolgt danach eine Weiterbehandlung des Bandes in einem Kaltwalzwerk zur Streckverformung auf das Endmaß, so erhält das Produkt eine noch höhere Festigkeit bei noch geringerer Verformbarkeit. Um aus einem solchen Band ein Produkt mit genügend-hoher Festigkeit und genügend hoher Verformbarkeit zu erhalten, bedarf es einer zusätzlichen Wärmebehandlung (Haubenglühen, Kombiglühen, usw.). Hierbei unterliegt das geglühte Kaltband einer Härtung mit anschließendem Anlassen. Erfolgt hingegen ein Warmwalzen des glühenden dünnen Bandes 15 auf eine dem Endmaß annähernd entsprechende Dicke und nachfolgend ein mildes Abschrecken mittels Heißwasser aus der Kokille 29, so wird das glühende Band 15, welches eine Temperatur von ca. 1000°C aufweist, mit wesentlich geringerer Abschreckgeschwindigkeit gehärtet und bei besser kontrollierbarem Erreichen der Anlaßtemperatur von ca. 400°C angelassen, wofür das Band längere Zeit bzw. mehrere Minuten auf dieser Anlaßtemperatur belassen wird (Umwandlung des Martensitgefüges in ein Sorbitgefüge). Das Band 15′ erfährt bei der milden Abschreckung eine hohe Festigkeit bei gleichzeitiger hoher Verformbarkeit. Erfolgt anschließend ein Walzen des die Anlaßtemperatur aufweisenden Bandes auf das Endmaß, so wird hierdurch die Festigkeit etwas erhöht und die Verformbarkeit geringfügig verringert. Das hergestellte Band besitzt dann aber hinsichtlich Festigkeit und Verformbarkeit ähnliche Eigenschaften wie einer Wärme­ behandlung unterzogene kaltgewalzte Bleche.

Bezugszeichenliste

15 Stahlband
18 Warmhaltegefäß
19 Innenraum
20 Gießspalt
21, 22 Kokillenteil
23 Kokille
24 Warmhaltegefäß
25 Innenraum
26 Gießspalt
27, 28 Kokillenteil
29 Kokille
30 Flachstab
31 Boden
32 vordere Wand
33 Stahlpfanne
34 Walzgerüst
35 Druckspülanlage
36 Kühlstrecke
37 Beizanlage
38 Behälter bzw. Wanne
39 Coil
40 Auflaufhaspel
41 Rolle

Claims (7)

1. Vorrichtung zum Herstellen eines dünnen Bandes (15) oder Bleches aus Metall, vorzugsweise eines dünnen Stahlbandes, aus einer Schmelze im Stranggußverfahren, mit einem an einem Warmhaltegefäß (18, 24) zur Aufnahme der Schmelze vorgesehenen Gießspalt (20, 26), mit einer der Dicke des durch Stranggießen hergestellten Bandes (15) entsprechenden Breite und mit einer der Breite des hergestellten Banden (15) entsprechenden Länge, sowie mit einer am Gießspalt (20, 26) vorgesehenen hin- und herbewegbaren bzw. oszillierenden Kokille (23, 29), wobei die Kokille (23, 29) in einer Achsrichtung bewegt wird, die in der Ebene des Bandes (15) verläuft, dadurch gekennzeichnet, daß die Achsrichtung der Bewegung der Kokille (23, 29) in Bandquerrichtung verläuft.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kokille von wenigstens zwei wassergekühlten Kokillenteilen (21, 22; 27, 28) gebildet ist, die beidseitig vom Gießspalt (20, 26) vorgesehen sind.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß sie als Senkrecht- Stranggießanlage ausgebildet ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß sie als Waagrecht-Stranggießanlage ausgebildet ist.

5. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine auf das Warmhaltegefäß (24) folgende Strecke zum milden Abschrecken des Bandes (15) mit heißem Wasser, vorzugsweise mit dem der Kokille (29) entnommenen Wasser.

6. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch wenigstens ein auf das Warmhaltegefäß (24) folgendes Walzgerüst (34) zum Walzen bzw. Verformen des Bandes (15, 15′) vor dem milden Abkühlen bzw. Abschrecken und/oder nach dem milden Abschrecken auf Anlaßtemperatur.

7. Verfahren zum Herstellen eines dünnen Bandes (15) oder Bleches aus Metall, vorzugsweise eines dünnen Stahlbandes, aus einer Schmelze im Stranggußverfahren, gekennzeichnet durch die Verwendung der Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6.