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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 Hitzefestigkeitscharakteristiken 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 Ziffer-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-Ziffer-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 gezeigt, 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.