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Technisches
Feld
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Diese
Erfindung bezieht sich auf das Gießen eines Stahlbandes.
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Es
ist bekannt, wie man ein Metallband durch kontinuierliches Gießen in einem
Zwillingswalzengießer
herstellt. Bei dieser Technik wird geschmolzenes Metall zwischen
ein Paar gegeneinander drehende, horizontale Gießwalzen eingebracht, die so
gekühlt werden,
dass Metallschalen an den sich bewegenden Walzenoberflächen erstarren
und an dem dazwischen liegenden Spalt zusammengebracht werden, um
ein verfestigtes Bandprodukt herzustellen, das von dem Spalt zwischen
den Walzen nach unten ausgegeben wird. Der Begriff „Spalt" wird hier benutzt, um
den allgemeinen Bereich zu bezeichnen, wo die Walzen am engsten
zusammen sind. Das geschmolzene Metall wird aus einer Gießpfanne
in ein kleineres Gefäß oder eine
Reihe von Gefäßen geschüttet, von
denen es so durch eine über
dem Spalt platzierte Metallzuführdüse strömt, dass
es so in den Spalt zwischen den Walzen gelenkt wird, dass ein Gießpool aus
geschmolzenem Metall ausgebildet wird, der auf der Gießoberfläche der
Walzen unmittelbar über
dem Spalt lagert und sich entlang der Spaltlänge erstreckt. Dieser Gießpool wird
gewöhnlich
durch Seitenplatten oder -sperren begrenzt, die mit den Endflächen der Walzen
so in gleitendem Eingriff gehalten werden, dass sie die beiden Enden
des Gießpools
gegen Wegfließen
andämmen,
wenngleich alternative Einrichtungen wie etwa elektromagnetische
Sperren auch schon vorgeschlagen wurden.
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Obwohl
das Gießen
mit Zwillingswalzen bei Nichteisen-Metallen, die beim Abkühlen schnell
erstarren, mit einigem Erfolg eingesetzt wurde, gibt es beim Anwenden
der Technik zum Gießen
von Eisenmetallen Probleme. Ein besonderes Problem ist es, eine
hinreichend schnelle und gleichmäßige Abkühlung des
Metalls über
den Gießoberflächen der
Walzen zu erzielen. Es hat sich insbesondere als schwierig erwiesen,
ausreichend hohe Abkühlraten
zur Erstarrung auf den Gießwalzen
mit glatten Gießoberflächen zu
erhalten, und es ist daher vorgeschlagen worden, Walzen mit Gießoberflächen zu
benutzen, die vorsätzlich
mit einem regelmäßigen Muster
von Vorsprüngen
und Vertiefungen texturiert sind, um die Wärmeübertragung zu steuern und damit
den Wärmefluss
zu steuern, der an den Gießoberflächen während der
Erstarrung erreicht wird.
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Unser
US-Patent 5.701.948 legt eine Gießwalzentextur offen, die durch
eine Reihe von parallelen Rillen- und Gratgestaltungen ausgebildet
wird. Genauer gesagt können
bei einem Zwillingswalzengießer
die Gießoberflächen der
Gießwalzen
texturiert werden, indem sich über
den Umfang erstreckende Rillen- und Gratgebilde von im Wesentlichen
konstanter Tiefe und Abstand vorgesehen werden. Diese Textur erzeugt
einen verstärkten
Wärmefluss
während
der Metallerstarrung und kann für
das Gießen von
Stahl optimiert werden, um sowohl hohe Wärmeflusswerte als auch eine
feine Mikrostruktur in dem so gegossenen Stahlband zu erhalten.
Beim Gießen von
Stahlband sollte die Texturtiefe von der Gratspitze bis zur Rillensohle
im Wesentlichen im Bereich von 5 bis 60 μm und der Texturabstand im Bereich von
100 bis 250 μm
liegen, um beste Ergebnisse zu erzielen. Für optimale Ergebnisse werden
eine Texturtiefe im Bereich von 15 bis 25 μm und ein Abstand zwischen 150
und 200 μm
bevorzugt.
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Obwohl
die in dem US-Patent 5.701.948 offen gelegten Walzen mit der Textur
beim Gießen
von Eisenmetallband hohe Erstarrungsraten erreichen konnten, wurde
herausgefunden, dass sie gegenüber
den Gießbedingungen
eine spürbare
Empfindlichkeit aufweisen, welche eng gesteuert werden müssen, um
zwei übliche
Arten von Bandfehlern zu vermeiden, die als „Krokodilhaut"- und „Zitter"-Defekte bekannt
sind. Genauer gesagt ist es erforderlich, Krokodilhaut-Defekte durch
geregelte Zugabe von Schwefel zur Schmelze zu steuern und Zitter-Defekte zu
vermeiden, indem der Gießer
innerhalb eines engen Bereiches von Gießgeschwindigkeiten betrieben wird.
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Der
Krokodilhaut-Defekt tritt auf, wenn δ- und γ-Eisenphasen gleichzeitig in
den Schalen auf den Gießoberflächen der
Walzen in einem Zwillingswalzengießer unter Bedingungen erstarren,
bei denen es Schwankungen im Wärmefluss über den
erstarrenden Schalen gibt. Die δ-
und γ-Eisenphasen
weisen unterschiedliche Hitzefestigkeitscharakteris tiken auf, und
die Wärmeflussschwankungen
erzeugen dann örtliche
Verwindungen in den erstarrenden Schalen, die an dem Spalt zwischen
den Gießwalzen zusammen
kommen und in den Oberflächen
des daraus entstehenden Bandes zu Krokodilhaut-Defekten führen.
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Eine
leichte Oxidablagerung an den Walzen mit einer Schmelztemperatur
unter der des zu gießenden
Metalls kann dazu nützen,
während
Metallerstarrung an den Gießwalzenoberflächen einen
geregelten und gleichmäßigen Wärmefluss
sicher zu stellen. Die Oxidablagerung schmilzt, sobald die Walzenoberflächen mit
dem geschmolzenen Metallgießpool
in Verbindung kommen, und hilft, eine dünne, flüssige Zwischenschicht zwischen
der Gießoberfläche und
der Metallschmelze des Gießpools
herzustellen, um einen guten Wärmefluss
zu fördern. Wenn
es jedoch zu viel Oxidaufbau gibt, erzeugt das Schmelzen der Oxide
einen sehr hohen anfänglichen Wärmefluss,
aber dann erstarren die Oxide wieder mit dem Ergebnis, dass der
Wärmefluss
schnell abnimmt. Diesem Problem wird durch das Bestreben begegnet,
den Aufbau der Oxide an den Gießwalzen durch
Walzenreinigungseinrichtungen in engen Grenzen zu halten. Wo jedoch
das Reinigen der Walzen ungleichmäßig ist, gibt es Schwankungen
in der Menge der gebildeten Oxide, was dazu führt, dass Wärmeflussschwankungen in den
erstarrenden Schalen örtliche
Verwindungen erzeugen, die zu Defekten mit Krokodilhaut-Oberflächen führen.
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Zitter-Defekte
werden am Gießspiegel
des Gießpools
ausgelöst,
wo die anfängliche
Erstarrung stattfindet. Eine Form des Zitter-Defektes, die „Zittern durch
langsame Geschwindigkeit" genannt
wird, wird bei niedrigen Gießgeschwindigkeiten
wegen des vorzeitigen Erkalten des Metalls hoch oben an den Gießwalzen
erzeugt, indem eine dünne
Schale gebildet wird, die sich danach verformt, wenn sie weiter
in den Gießpool
hineingezogen wird. Die andere Form des Zitter-Defektes, „Zittern
durch hohe Geschwindigkeit",
tritt bei höheren
Gießgeschwindigkeiten
auf, wenn sich die Schale weiter unten an der Gießwalze so
auszubilden beginnt, dass es Flüssigkeit über der sich
bildenden Schale gibt. Diese Flüssigkeit,
die dem Gießspiegelbereich
zugeführt
wird, kann mit den sich bewegenden Walzenoberflächen nicht Schritt halten,
was zu Schlupf zwischen der Flüssigkeit
und der Walze im oberen Teil des Gießpools führt und was Zitter-Defekte
durch hohe Geschwindigkeit hervorruft, die als über dem Band quer verlaufende Verformungsstreifen
erscheinen.
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Um
Zitter-Defekte einerseits durch niedrige Geschwindigkeit und andererseits
durch hohe Geschwindigkeit zu vermeiden ist es erforderlich, innerhalb
eines sehr engen Fensters von Gießgeschwindigkeiten zu arbeiten.
Typischer Weise ist es erforderlich, bei einer Gießgeschwindigkeit
innerhalb eines engen Bereiches von 30 bis 36 m/min zu arbeiten.
Der spezifische Geschwindigkeitsbereich kann von Walze zu Walze
unterschiedlich sein, im Allgemeinen muss die Gießgeschwindigkeit
jedoch deutlich unter 40 m/min liegen, um Zitter-Defekte durch hohe Geschwindigkeit zu
vermeiden.
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Die
vorliegende Erfindung gestattet eine signifikante Unterdrückung der
Tendenz zu Zitter-Defekten, indem die Chemie der Stahlschmelze in
Verbindung mit einer zufällig
texturierten Gießoberfläche sorgfältig ausgewählt wird.
Die Erfindung gestattet es, den Bereich der möglichen Gießgeschwindigkeiten stark auszudehnen.
Insbesondere können
signifikant höhere
Gießgeschwindigkeiten
erreicht werden.
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Es
hat sich herausgestellt, dass eine zufällig texturierte Gießoberfläche eine
dramatische Steigerung der erreichbaren Gießgeschwindigkeit erlaubt. Bei über 60 m/min
begegnet man einem neuen Typ von Zitter-Defekt, der mit „Hochfrequenz"-Zitter-Defekt bezeichnet
wird, aber der kann durch die Wahl der Schmelzenchemie nach der
vorliegenden Erfindung abgeschwächt
werden.
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Offenlegung
der Erfindung
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Nach
der Erfindung wird ein Verfahren zum kontinuierlichen Gießen eines
Stahlbandes zur Verfügung
gestellt, welches das Lagern eines Gießpools aus geschmolzenem Stahl
auf einer oder mehreren gekühlten
Gießoberflächen und
das Bewegen der gekühlten
Gießoberfläche oder
-oberflächen
umfasst, um ein erstarrtes Band zu erzeugen, welches sich von dem
Gießpool
wegbewegt, wobei die oder jede Gießoberfläche mittels eines Zufallsmusters
diskreter Vorsprünge
mit scharfen Spitzen texturiert ist, das Band von dem Gießpool mit
einer Geschwindigkeit von mehr als 60 Metern pro Minute wegbewegt wird,
und der geschmolzene Stahl einen Mangananteil von nicht weniger
als 0,6 Gewichtsprozent und einen Siliziumanteil in dem Bereich
von 0,1 bis 0,35 Gewichtsprozent enthält.
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Der
Stahl kann einen Kohlestoffanteil von weniger als 0,07 Gewichtsprozenten
besitzen.
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Die
scharfen Spitzen haben bevorzugt eine Flächenverteilung zwischen 5 und
100 Spitzen pro mm2 und eine Durchschnittshöhe von mindestens
10 μm.
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Die
Durchschnittshöhe
der diskreten Vorsprünge
beträgt
wenigstens 20 μm.
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Das
Band kann mit einer Geschwindigkeit von mindestens 75 m/min von
dem Gießpool
wegbewegt werden. Noch kennzeichnender kann es mit einer Geschwindigkeit
im Bereich von 75 bis 150 m/min vom Gießpool wegbewegt werden.
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Der
Mangananteil des Stahls kann im Bereich von 0,6 bis 0,9 Gewichtsprozent
liegen.
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Das
Verfahren der vorliegenden Erfindung kann in einem Zwillingswalzengießer ausgeführt werden.
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Entsprechend
stellt die Erfindung ferner ein Verfahren zum kontinuierlichen Gießen eines
Stahlbandes der Art zur Verfügung,
bei der Metallschmelze über
eine Metallzuführdüse in einen
Spalt zwischen einem Paar Gießwalzen
eingeführt
wird, das über
dem Spalt angeordnet ist, um einen Gießpool aus geschmolzenem Stahl
zu erzeugen, der auf den Gießoberflächen der
Walzen unmittelbar über
dem Spalt gelagert ist, und die Gießwalzen gedreht werden, um
ein erstarrtes Stahlband von der Spalte nach unten auszugeben, wobei
die Gießflächen der
Walzen alle mit einem Zufallsmuster aus diskreten Vorsprüngen mit
scharfen Spitzen texturiert sind, das Band mit einer Geschwindigkeit
von mehr als 60 m/min von dem Gießpool wegbewegt wird und die Stahlschmelze
einen Mangangehalt von nicht weniger als 0,6 Gewichtsprozent und
einen Siliziumgehalt im Bereich von 0,1 bis 0,35 Gewichtsprozent
aufweist.
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Die
Textur der Gießoberfläche oder
-oberflächen
kann durch Sandstrahlen jeder Gießoberfläche oder einem Metallsubstrat
erreicht werden, das durch Oberflächenbeschichtung geschützt wird,
um die Gießoberfläche herzustellen.
Beispielsweise kann die oder jede Gießoberfläche durch Sandstrahlen eines
Kupfersubstrates hergestellt werden, das danach mit einer dünnen Schutzschicht
aus Chrom galvanisch beschichtet wird. Alternativ kann die Gießfläche aus
Nickel gebildet werden. In diesem Fall kann die Nickeloberfläche gesandstrahlt
und auf die Schutzschicht verzichtet werden.
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Die
erforderliche Textur der oder jeder Gießoberfläche kann alternativ durch Ablagerung
einer Beschichtung auf einem Substrat erreicht werden. In diesem
Fall kann das Material der Beschichtung so ausgewählt werden,
dass es den Wärmefluss
während
der Metallerstarrung steuert. Das Material kann ein Stoff sein,
der eine niedrige Affinität
zu Oxidationsprodukten aus Stahl aufweist, so dass die Benetzung
der Gießoberflächen durch
diese Ablagerungen gering ist. Noch genauer gesagt kann die Gießoberfläche aus
einer Legierung aus Nickel, Chrom und Molybdän oder alternativ aus einer
Legierung aus Nickel, Molybdän
und Kobalt ausgebildet sein, wobei die Legierung so angeordnet wird,
dass sie die erforderliche Textur erzeugt.
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Kurzbeschreibung
der Zeichnungen
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Um
die Erfindung genauer erläutern
zu können,
werden Ergebnisse der bisher ausgeführten Versuche mit Bezug zu
den begleitenden Zeichnungen beschrieben. Dabei gilt:
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1 ist ein Grundriss eines
kontinuierlichen Bandgießers,
der gemäß der Erfindung
arbeitet;
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2 ist eine Seitenansicht
des Bandgießers
in 1;
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3 ist ein vertikaler Querschnitt
an der Linie 3-3 in 1;
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4 ist ein vertikaler Querschnitt
an der Linie 4-4 in 1;
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5 ist ein vertikaler Querschnitt
an der Linie 5-5 in 1;
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6 stellt eine typische Textur
einer Gießoberfläche dar,
die in dem Verfahren der vorliegenden Erfindung benutzt wird;
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7 zeigt die Ergebnisse von
Gießversuchen
unter Verwendung von Stählen
verschiedener Zusammensetzung; und
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8 zeigt die Wirkung des
Mangangehaltes auf die Erzeugung von Zitter-Defekten durch hohe
Geschwindigkeit.
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Genaue Beschreibung
der bevorzugten Ausführungsform
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US-Patentbeschreibung
5.701.948 beschreibt, wie ein Stahlband in einem Zwillingswalzengießer gegossen
werden kann, in dem die Gießwalzen
mit einer regelmäßigen Textur
von parallelen Rillen- und Gratgebilden ausgestattet sind. Die vorliegende
Erfindung kann einen Zwillingswalzengießer derselben Art, wie im US-Patent
offen gelegt wurde, verwenden, in dem aber die Gießwalzen
durch Sandstrahlen ausgebildete, zufällig texturierte Oberflächen aufweisen.
Eine bevorzugte Form der Vorrichtung ist in 1 bis 5 der
begleitenden Zeichnungen dargestellt.
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Der
in 1 bis 5 abgebildete Gießer umfasst einen Maschinenhauptrahmen 11,
der auf dem Fabrikboden 12 steht. Rahmen 11 trägt einen
Gießwalzenwagen 13,
der zwischen einer Montagestation 14 und einer Gießstation 15 horizontal
bewegt werden kann. Wagen 13 trägt ein Paar paralleler Gießwalzen 16,
zu denen während
eines Gießbetriebes von
einer Gießpfanne 17 über einen
Verteiler 18 und Zuführdüsen 19 Metallschmelze
zugeführt
wird, um einen Gießpool 30 zu
erzeugen. Die Gießwalzen 16 sind
so wassergekühlt,
dass die Schalen an den sich bewegenden Walzenoberflächen 16A erstarren
und zwischen diesen am Spalt 16B zusammengebracht werden,
um ein erstarrtes Bandprodukt 20 am Walzenausgang zu erzeugen.
Dieses Produkt wird einem Standardwickler 21 zugeführt und
kann danach an einen zweiten Wickler 22 übertragen
werden. Am Maschinenrahmen ist ein Behälter 23 angrenzend
an die Gießstation
angebracht, und Metallschmelze kann über eine Überlaufschnauze 24 am
Verteiler oder, wenn es eine ernsthafte Missbildung des Produktes
oder eine andere ernsthafte Fehlfunktion während des Gießbetriebes
gibt, durch Ziehen eines Notfallstopfens 25 an einer Seite
des Verteilers in diesen Behälter
umgeleitet werden.
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Der
Walzenwagen 13 umfasst einen Wagenrahmen 31, der
mittels Rädern 32 auf
Schienen 33, die sich entlang eines Teils des Maschinenhauptrahmens 11 erstrecken,
angebracht ist, wobei der Walzenwagen 13 als Ganzes so
befestigt ist, dass er sich entlang der Schienen 33 bewegen
kann. Der Wagenrahmen 31 trägt ein Paar Walzenschlitten 34,
an denen die Walzen 16 drehbar befestigt sind. Die Walzenschlitten 34 sind
am Wagenrahmen 31 durch ineinander greifende, komplementäre Gleitelemente 35, 36 befestigt,
damit die Schlitten sich auf dem Wagen unter dem Einfluss der Hydraulikzylindereinheiten 37, 38 bewegen
können,
um den Spalt zwischen den Gießwalzen 16 einzustellen
und damit die Walzen für
eine kurze Zeitspanne schnell auseinander bewegt werden können, wenn
es erforderlich ist, eine über
dem Band quer verlaufende Schwachlinie auszubilden, wie unten genauer
erklärt
wird. Der Wagen kann als Ganzes entlang den Schienen 33 durch
Betätigung
einer Doppelhydraulikkolben- und Zylindereinheit 39 bewegt
werden, die zwischen einer Antriebskonsole 40 am Walzenwagen
und dem Maschinenhauptrahmen so verbunden ist, dass sie Bewegungen
des Walzenwagens zwischen der Montagestation 14 und der
Gießstation 15 und
umgekehrt bewirken kann.
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Die
Gießwalzen 16 werden
von einem Elektromotor und einem Getriebe, die am Wagenrahmen 31 befestigt
sind, über
die Antriebswellen 41 gegenläufig gedreht. Die Walzen 16 besitzen
Umfangswände
aus Kupfer, die mit einer Reihe sich in Längsrichtung erstreckenden und
in Umfangsrichtung mit Abstand versehenen Kühlwasserdurchlässen ausgebildet
sind, welche durch die Walzenenden aus Wasserzuführleitungen in den Walzenantriebswellen 41, die über Rotationsstopfbüchsen 43 mit
Wasserzuführschläuchen 42 verbunden
sind, mit Kühlwasser versorgt
werden. Die Walze kann typischer Weise etwa 500 mm im Durchmesser
und bis zu 2000 mm lang sein, um ein 2000 mm breites Bandprodukt
herzustellen.
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Die
Gießpfanne 17 ist
vollständig
herkömmlich
gebaut und wird über
ein Joch 45 von einem Überkopfkran
gehalten, wodurch sie von einer Station zur Heißmetallaufnahme in Stellung
gebracht werden kann. Die Gießpfanne
ist mit einer Stöpselstange 46 versehen,
die durch einen Servozylinder betätigt werden kann, um Schmelzmetall
aus der Gießpfanne durch
eine Auslassdüse 47 und
einen feuerfesten Verstärkungskranz 48 in
den Verteiler 18 strömen
zu lassen.
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Verteiler 18 ist
als eine breite Schale aus einem feuerfesten Material wie etwa Magnesiumoxid (MgO)
ausgebildet. Eine Seite des Verteilers erhält Metallschmelze aus der Gießpfanne
und ist mit dem zuvor erwähnten Überlauf 24 und
dem Notfallstopfen 25 versehen. Die andere Seite des Verteilers
ist mit einer Reihe von in Längsrichtung
mit Abstand versehenen Auslassöffnungen 52 für Metall
ausgestattet. Der untere Teil des Verteilers trägt Befestigungskonsolen 53 zum
Anbringen des Verteilers an dem Walzenwagenrahmen 31 und
ist mit Löchern
ausgestattet, welche Rastzapfen 54 am Wagenrahmen aufnehmen,
um den Verteiler exakt zu positionieren.
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Zuführdüse 19 ist
als ein länglicher
Körper aus
einem feuerfesten Material wie Aluminiumgrafit ausgebildet. Ihr
unterer Teil verjüngt
sich, um innen und nach unten so zusammenzulaufen, dass sie in den
Spalt zwischen den Gießwalzen 16 vorstehen kann.
Sie ist mit einem Befestigungsträger 60 ausgestattet,
der sie auf dem Walzenwagenrahmen hält, und sein oberer Teil ist
mit nach außen
vorstehenden Seitenflanschen 55 ausgebildet, die am Befestigungsträger angeordnet
sind.
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Düse 19 kann
eine Reihe von horizontal mit Abstand versehene, sich allgemein
vertikal erstreckende Strömungskanäle aufweisen,
um über
die Breite der Walzen einen Austritt des Metalls bei einer passenden
niedrigen Geschwindigkeit zu erzeugen und die Metallschmelze in
den Spalt zwischen den Walzen zu liefern, ohne direktes Auftreffen
auf die Walzenoberflächen,
an denen eine anfängliche
Erstarrung auftritt. Alternativ kann die Düse einen einzelnen durchgängigen Auslassschlitz
besitzen, um einen Schleier aus Metallschmelze von geringer Geschwindigkeit
in den Spalt zwischen den Walzen freizusetzen und/oder ihn in den
Metallschmelzpool eintauchen zu lassen.
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Der
Pool ist an den Walzenenden durch ein Paar seitliche Abschlussplatten 56 begrenzt,
die gegen die abgestuften Enden 57 der Walzen gehalten werden,
wenn der Walzenwagen sich in der Gießstation befindet. Die seitlichen
Abschlussplatten 56 sind aus einem äußerst feuerfesten Material
gefertigt, wie z.B. Bornitrid, und besitzen gebogene Seitenkanten 81,
die der Kurve der abgestuften Enden 57 der Walzen entsprechen.
Die Seitenplatten können
in Plattenhalter 82 eingebaut werden, die an der Gießstation
durch Auslösung
eines Paars Hydraulikzylindereinheiten 83 bewegt werden
können,
um die Seitenplatten in Eingriff mit den abgestuften Enden der Gießwalzen
zu bringen, um Endabschlüsse
für den Schmelzmetallpool
auszubilden, der sich während des
Gießbetriebes
auf den Gießwalzen
formt.
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Während eines
Gießbetriebes
wird die Stöpselstange 46 der
Gießpfanne
betätigt,
damit die Metallschmelze aus der Gießpfanne über die Metallzuführdüse zum Verteiler
geschüttet
werden kann, von wo sie zu den Gießwalzen strömt. Das fehlerfreie Kopfende
des Bandproduktes 20 wird durch Betätigung eines Leittisches 96 zu
den Spannbacken des Wicklers 21 geführt. Leittisch 96 hängt an Schwenkbefestigungen 97 am
Hauptrahmen und kann durch Betätigung
einer Hydraulikzylindereinheit 98 zum Wickler hin geschwenkt
werden, nachdem das fehlerfreies Kopfende ausgebildet worden ist.
Tisch 96 kann gegen eine obere Bandführungsklappe 99 wirken,
die durch einen Kolben und eine Zylindereinheit 101 betätigt wird,
und das Bandprodukt 20 kann zwischen einem Paar vertikaler
Seitenrollen 102 begrenzt werden. Nachdem das Kopfende
in die Spannbacken des Wicklers eingeführt worden ist, wird der Wickler
gedreht, um das Bandprodukt 20 aufzuwickeln, und der Leittisch
kann in seine Ruheposition zurückschwenken,
wo er frei vom Produkt, das direkt vom Wickler 21 aufgenommen
wird, nur vom Maschinenrahmen herabhängt. Das sich daraus ergebende
Bandprodukt 20 kann danach zum Wickler 22 übertragen
werden, um eine endgültige
Spule für
den Transport weg vom Gießer
herzustellen.
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Alle
Besonderheiten eines Zwillingswalzengießers der in 1 bis 5 dargestellten
Art werden genauer in unseren US-Patenten 5.184.668, 5.277.243 und
in der internationalen Patentanmeldung PCT/AU93/00593 beschrieben.
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Man
hat herausgefunden, dass eine Walzengießfläche, die mit einem Zufallsmuster
von diskreten Vorsprüngen
mit scharfen Spitzen hergestellt wird, wie sie durch Sandstrahlen
oder Strahlputzen entsteht, bei Gießgeschwindigkeiten bis 60 m/min
viel unempfänglicher
für die
Erzeugung von Zitter-Defekten ist, obwohl bei höheren Gießgeschwindigkeiten Hochfrequenz-Zittern
auftritt. Es ist festgestellt wurden, dass die Zufälligkeit
der Textur sehr wichtig ist, um eine Mikrostruktur zu erzielen,
die homogen und widerstandsfähig
gegen Rissausbreitung ist.
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Eine
geeignete Zufallstextur kann einem Metallsubstrat durch Sandstrahlen
mit harten Feststoffmaterialien wie Aluminium, Silizium oder Siliziumkarbid
verliehen werden, die eine Teilchengröße im Bereich von 0,7 bis 1,4
mm aufweisen. Zum Beispiel kann eine Walzenoberfläche aus
Kupfer in dieser Weise gesandstrahlt werden, um eine geeignete Textur
aufzubringen, wobei die texturierte Oberfläche mit einer dünnen Chrombeschichtung
im Bereich von 50 μm
Dicke geschützt
wird. 6 stellt eine
typische, auf diese Art erzeugte Gießoberfläche dar. Alternativ kann eine
texturierte Oberfläche
direkt auf ein Nickelsubstrat ohne zusätzliche Schutzbeschichtung
aufgebracht werden.
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Man
kann auch eine geeignete Zufallstextur erhalten, indem man durch
chemische oder elektrische Ablagerung eine Beschichtung ausbildet.
In diesem Fall kann das Beschichtungsmaterial so ausgewählt werden,
dass es einen Beitrag zur hohen thermischen Leitfähigkeit
und zur Steigerung des Wärmestroms
während
der Erstarrung liefert. Es kann auch so ausgewählt werden, dass die Oxidationsprodukte
im Stahl eine schwache Benetzbarkeit auf dem Beschichtungsmaterial
aufweisen, wobei die Stahlschmelze selbst eine größere Affinität zum Beschichtungsmaterial
besitzt und daher die Beschichtung gegenüber den Oxiden bevorzugt benetzt.
Wir haben festgestellt, dass die Legierung aus Nickel, Chrom und
Molybdän,
die unter dem Handelsname „HASTALLOY
C" am Markt verfügbar ist,
und die Legierung aus Nickel, Molybdän und Kobalt, die unter dem
Handelsnamen „T800" angeboten wird,
zwei geeignete Materialien darstellen. Unsere internationale Patentanmeldung
PCT/AU99/00641 beschreibt die Ergebnisse der Versuchs, in denen
zufällig
texturierte Gießoberflächen verwendet
werden, die durch Beschichtungen aus HASTALLOY C und T800 ausgebildet
werden und die zeigen, dass die auf solchen Oberflächen abgelagerten
erstarrten Schalen von bemerkenswerter ebener Mikrostruktur und
gleichmäßiger Dicke
sind.
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Gießversuche
sind in einem Zwillingswalzengießer ausgeführt worden, der mit gesandstrahlten,
texturierten Walzen ausgestattet war, die kohlestoffarmen Stahl
mit einer Spanne von Mangan- und Silikongehalten benutzten, die
festgelegt wurde, um zwei Hypothesen zur Ursache der Hochfrequenz-Zitter-Defekte
zu testen, denen man bei der Steigerung der Gießgeschwindigkeit begegnet ist.
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Eine
Hypothese zur Ursache des Zitter-Defekts durch hohe Frequenzen ist
ein Mangel an Benetzung an den Gießoberflächen beim Steigern der Gießgeschwindigkeit.
Nach dieser Hypothese sollte das Problem zu lindern sein, indem
die Stahlchemie so gesteuert wird, dass Oxidationsprodukte Liquidus-Einschlüsse niedriger
Temperatur erzeugen, die die Benetzbarkeit fördern. Das ist durch die Steuerung
der Mangan und Silikongehalte des Stahls zu erreichen.
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Eine
zweite Hypothese zur Erzeugung der Zitter-Defekte durch hohe Frequenz
ist die, dass sie durch den Mangel an Dämpfungswirkung der breiigen
Zone erzeugt werden, wo die erstarrenden Schalen zum Ausbilden des
Bandes zusammenkommen. Diese Hypothese kann durch Veränderungen
des Kohlenstoffgehaltes des Stahls für denselben Mangangehalt getestet
werden, um so eine dickere breiige Zone zu herzustellen. Die Ergebnisse
dieser Versuche zeigen, dass die Wirkungen beider Hypothesen zusammenarbeiten
und zu den Zitter-Defekten durch hohe Frequenz einen Beitrag leisten.
Die Versuche haben ge zeigt, dass man den Mangan- und den Silikongehalt
des Stahles steuern muss, um bei höheren Gießgeschwindigkeiten die Zitter-Defekte durch
hohe Frequenz zu beseitigen.
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7 stellt die Versuchsergebnisse
dar, die die Wirkung der Schwankungen von Temperaturen der Liquidus-Einschlüssen aufgrund
von Veränderungen
der Mangan- und Silikongehalte aufzeigen und 8 zeigt die Wirkung der Veränderung
des Mangangehaltes auf die Heftigkeit der Zitter-Defekte. In diesen
Versuchen wurde der Kohlenstoffgehalt unter 0,07 Gewichtsprozent
gehalten. Die Versuche zeigen, dass die Veränderung des Mangangehaltes
der vorherrschende Faktor zur Steuerung von Zitter-Defekten durch
hohe Frequenz ist. Veränderung
des Silikongehaltes besitzt nicht dieselbe Wirkung, aber es ist
erforderlich den Silikongehalt innerhalb des Bereiches von 0,1 bis
0,35 Gewichtsprozent zu halten. Wenn der Silikongehalt zu hoch ist,
begegnet man Problemen der Gießfähigkeit,
weil das Band brüchig wird
und es feste Einschlüsse
gibt. Wenn der Silikongehalt zu niedrig ist, steigt die Menge der
Oxide.
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Aus 8 ist zu sehen, dass der
Gehalt mindestens 0,6 % sein sollte, um das Erzeugen von Zitter-Defekten
zu vermeiden. Wenn die Gießgeschwindigkeit
erhöht
wird, muss der Mangangehalt des Stahls ebenfalls gesteigert werden,
um Zittern durch hohe Geschwindigkeit zu vermeiden. Allgemein wird für Gießgeschwindigkeiten
von 75 bis 150 m/min der Mangangehalt im Bereich von 0,6 bis 0,9
% liegen.