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Gebiet der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Regeln der Bandtemperatur
bei einer kontinuierlichen Gießanlage
für ein
Band sowie das Verfahren für
dessen Implementierung. Genauer gesagt, betrifft die vorliegende
Erfindung die Steuerung und Regelung der Temperatur des kontinuierlich
gegossenen Bandes, das die Kokille verlässt.
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Allgemeiner Stand der Technik
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Metallbänder werden
normalerweise ausgehend von kontinuierlich gegossenen Blöcken oder Brammen
hergestellt, deren Dicke durch eine Reihe aufeinanderfolgender Arbeitsschritte
verringert wird, zu denen Vorwalzen, Warm- und Kaltlaminierung,
zusammen mit anderen Zwischenbehandlungen, zum Beispiel thermischen
Zwischenbehandlungen, gehören.
Diese Arbeitsweisen erfordern sehr teure Anlagen und einen erheblichen
Energieverbrauch.
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Darum
gab es den Trend, die Anlagen- und Betriebskosten zu senken, indem
man Produkte mit einer Dicke goss, die so nahe wie möglich bei
der Dicke des Endprodukts lag. Folglich wird nach der Einführung des
Brammenstranggießens
die Dicke der Bramme von den herkömmlichen 200–300 mm
auf 60–100
mm verringert, die während
des sogenannten Dünnbrammengießens erhalten
werden. Doch auch der Durchlauf von 60 mm auf 2–3 mm, was die typische Dicke
eines Warmbandes ist, erfordert eine Reihe energieintensiver Schritte.
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Vor
dem Hintergrund der Nachteile des Gießens von Körpern von beträchtlicher
Dicke, die auf dünne
Bänder
reduziert werden müssen,
wurden die Vorteile des direkten Gießens von Metallbändern schon
in der zweiten Hälfte
des 19. Jahrhun derts erkannt, als Sir Thomas Bessemer eine Maschine
zum kontinuierlichen Gießen
von Stahlband entwickelte, die aus gekühlten, gegenläufig drehenden,
metallischen Gießwalzen
bestand, die um eine geringe Entfernung voneinander beabstandet
waren. Das Metall wurde in den Raum zwischen den Gießwalzen
gegossen, erstarrte bei Kontakt mit den kalten Wänden der Gießwalzen
und trat schließlich
mit einer Dicke gleich dem Spalt zwischen den einander zugewandten
Wänden
der Walzen selbst heraus.
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Eine
solch überaus
attraktive Technologie hat erst in den letzten Jahrzehnten des 20.
Jahrhunderts praktische Verwendung zum Gießen von Metallen wie zum Beispiel
Kupfer und Aluminium erfahren, während
diese Technologie für
Metalle und Legierungen mit hohem Schmelzpunkt, wie zum Beispiel Stahl,
derzeit keine weite Verbreitung in der Industrie hat.
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Auf
diesem Gebiet werden zahlreiche Anstrengungen unternommen, um vor
allem die Produktionskosten, den Energieverbrauch und die Auswirkungen
auf die Umwelt zu verringern und dünne Bänder herzustellen, die in bestimmten
Anwendungen genutzt werden können,
in denen zum Beispiel Oberflächenqualität keine
besondere Anforderung ist, oder um dünne Bänder, die den gleichen Arbeitsschritten
wie die warm laminierten Bänder
unterzogen werden würden,
für solche
Verwendungszwecke herzustellen, in denen Dicken von weniger als
einem Millimeter erforderlich sind.
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Da
die von Bessemer erdachte Maschine in ihrem allgemeinen Aufbau immer
noch ideal für
das kontinuierliche Bandgießen
ist, sind die Probleme, die für
ihre effektive Verwendung zu lösen
sind, zahlreich und reichen vom Gewährleisten, dass der Spalt zwischen
den Walzen beibehalten bleibt, über
das Finden der geeignetsten Materialien, die den widrigen Betriebsbedingungen
widerstehen, bis zum automatisierten Steuern der Arbeitsabläufe, der
Gießgeschwindigkeit
und des Bandantriebs bis zum Aufwickeln. Die Integrität des Bandes
zwischen Gießen und
Aufwickeln ist dabei freilich ein Problem, dem die höchste Bedeutung
zukommt.
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Was
die Bandintegrität
anbelangt, ist vorgeschlagen worden – um zu vermeiden, dass Geschwindigkeitsdifferenzen
zwischen den Gießwalzen und
dem Wickelmechanismus oder dem Walzgerüst (falls es ein Walzgerüst stromabwärts des
Gießens vor
dem Wickeln gibt) zu Brüchen
führen –, das aus der
Kokille austretende Band frei unter der Kokille selbst hängen zu
lassen und dann mittels Antriebswalzen, die eine Kurve oder eine "Schleife" bilden, anzuheben.
Es wird dann, von einer Rollenförderstrecke
geführt,
zur Wickelstation transportiert. Ändert sich die Geschwindigkeit
der Gießwalzen
oder die Geschwindigkeit des Wickelmechanismus, so ändert sich
auch die Länge
der Schleife, ohne dass das Band weiter belastet wird, wodurch das
Steuer- und Regelmittel die Geschwindigkeitsschwankungen ausgleichen
kann.
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Des
Weiteren sind zweckmäßige Isolier-,
Erwärmungs-
oder Kühlmittel
nahe der Rollenförderstrecke
angeordnet, um die Temperatur des Bandes zu steuern und zu regeln,
insbesondere um sie gleichmäßig zu halten.
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Es
ist zu erkennen, dass diese bekannte Technologie sich im Wesentlichen
auf Kühl-
und Erwärmungsbehandlungen
bezieht, die nach dem Bilden der Schleife ausgeführt werden, und darum in einer
Entfernung stromabwärts
der Kokille angeordnet ist, insbesondere nahe der Rollenförderstrecke,
auf der das Band, nach der Schleife, in Richtung des Wickelmechanismus' transportiert wird.
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Sowohl
mit einer als auch ohne eine Schleife ergibt sich ein Problem, das
unmittelbar stromabwärts
der Kokille auftritt, wenn das gegossene Band die Gießwalzen
verlässt,
unmittelbar nach dem sogenannten "Kusspunkt" (KP), und zwar dem Punkt, wo der Abstand
zwischen den Gießwalzen
am kleinsten ist, infolge der drastischen Verringerung der Kühlung aufgrund
der Beendigung des Kontakts mit den Walzen, die mit einem Zwangskühlsystem
ausgestattet sind, und des Verlaufs zu einer Zone, in der die Kühlung durch
Bestrahlung und Konvektion in Luft oder alternativ in einer Inertgasatmosphäre erfolgt,
die innerhalb der Gießzone
angeordnet ist, um das Metall zu schützen.
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Eine
solche Verteilung der Bandtemperatur ist in 4 gezeigt,
wo das Diagramm das thermische Profil des Bandes von dem Meniskus,
der durch flüssiges
Metall über
den Gießwalzen
gebildet wird, bis zu einer Distanz von 300 mm unter dem "Kusspunkt" zeigt, wobei Kurve
A für einen
Punkt auf der Oberfläche
steht und Kurve B für
einen Punkt in der Mitte des Bandes steht.
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Wenn
das Band stromabwärts
der Walzen nicht ausreichend gekühlt
wird, so kann die Temperatur selbst in den äußersten Schichten den Erstarrungspunkt
erreichen, an dem die mechanischen Eigenschaften des Stahls sehr
schlecht sind, und infolge dessen kann das Band in der Wiedererwärmungssektion
unter seinem eigenen Gewicht brechen. In einer solchen Weise ist
die Herstellung des Bandes diskontinuierlich, und die Gießstrecke
produziert nur relativ kurze Bandstücken, die nicht aufeinanderfolgend
gewalzt werden können.
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Kurzdarstellung der Erfindung
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Eine
Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht deshalb in der Überwindung
der oben angesprochenen Nachteile durch Bereitstellen einer Bandtemperaturregelvorrichtung,
welche die Temperatur des Bandes in der Zone unmittelbar stromabwärts von
der Kokille so gleichmäßig wie
möglich
hält und
gleichzeitig ein übermäßiges zeitweiliges
Wiedererwärmen
des Bandes, oder genauer gesagt, seiner äußersten Schicht, verhindert
und sein Kühlen steuert.
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Diese
Probleme werden durch eine Bandtemperaturregelvorrichtung in einer
kontinuierlichen Bandgießanlage
gelöst,
die mit einer Kokille ausgestattet ist, die aus einem Paar paralleler,
gegenläufig drehender
Walzen und zwei Schließplatten
an den Enden der Walzen besteht, die eine vertikale Gießebene des
Bandes definieren, mit mindestens einem im Wesentlichen rechteckigen
Paneel, das unter der Ebene der Achse der Walzen angeordnet ist
und dessen längste
Abmessung im Wesentlichen parallel zu der Achse der Walzen verläuft, und
mindestens einem Kanal, der für
den Durchtritt von Kühlgas
geeignet ist, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine im
Wesentlichen rechteckige Paneel in einer solchen kurzen Distanz
unter den Walzen angeordnet ist, dass die Temperatur des Bandes
in der Zone unmittelbar nach dem Austritt aus der Kokille gleichmäßig gehalten
wird.
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Die
erfindungsgemäße Vorrichtung
verringert unmittelbar stromabwärts
des "Kusspunktes" (KP) die Erwärmungstemperatur,
das sogenannte "Wiedererwärmungsphänomen", in einer solchen Weise,
dass sie nicht über
die Stahlerstarrungstemperatur hinaus ansteigt. Innerhalb der Vorrichtung, die
als eine Ablenkvorrichtung konfiguriert ist, sind vorteilhafterweise
zweckmäßige Gasverteilerkanäle angeordnet,
die mit Düsen
in Strömungsverbindung stehen,
die das Gas in Richtung der Bandoberfläche sprühen, wobei das Gas vorteilhafterweise
inert ist, um unerwünschte
Oxidationsphänomene
zu vermeiden. Dies bietet den Vorteil eines zuverlässigen Kühlsystems
zu verringerten Kosten. In anderen Ausführungsformen der Erfindung
befinden sich die Gaskanäle
vorteilhafterweise außerhalb
der Ablenkvorrichtung nahe ihrem höchstgelegenen und/oder unten Ende.
In einem solchen Fall besteht die Ablenkvorrichtung vorzugsweise
aus einem widerstandsfähigen
Material oder ist einfach mit einem widerstandsfähigen Material beschichtet.
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Liste der Figuren
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Weitere
Vorteile der vorliegenden Erfindung erkennt der Fachmann aus der
folgenden detaillierten Beschreibung konkreter Ausführungsformen,
die durch nicht-einschränkende
Beispiele dargestellt werden, einer Bandtemperaturregelvorrichtung
in einer kontinuierlichen Gießanlage
für ein
Band unter Bezug auf die folgenden Figuren, in denen Folgendes zu
sehen ist:
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1 zeigt
einen vertikalen Schnitt – entlang einer
Ebene orthogonal zur Gießebene – durch
eine Bandgießanlage
mit gegenläufig
drehenden Walzen, wobei eine Temperaturregelvorrichtung gemäß Erfindung
vorhanden ist.
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2 zeigt
einen vertikalen Schnitt – entlang einer
Ebene orthogonal zur Gießebene – durch
die Zone der gegenläufig
drehenden Walzen einer Metallbandgießstrecke, welche die Vorrichtung
gemäß der Erfindung
umfasst.
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3 zeigt
eine Vorderansicht der Vorrichtung der Erfindung.
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4 zeigt
ein Diagramm mit den Kurven der Bandestemperatur an der Bandoberfläche und
in der Mitte unmittelbar stromabwärts der Walzen ohne die Vorrichtung
in der Erfindung.
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Detaillierte Beschreibung
bevorzugter Ausführungsformen
der Erfindung
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In 1 ist
eine gegenläufig
drehende Bandgießanlage
mit folgenden Hautelementen gezeigt: eine Gießpfanne 10, eine Entladevorrichtung 11,
eine Zwischenpfanne 12, eine weitere Entladevorrichtung 13 und
optional eine Unterzwischenpfanne 14. Der Stahl 15 wird
in einer bekannten Weise aus der Zwischenpfanne in die Kokille 16 gegossen.
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2 zeigt
eine vergrößerte Ansicht
des Bereichs nahe der Kokille 16, unter dem das kontinuierliche
Gießen
des Metallbandes stattfindet 3. Die Kokille 16 umfasst
im Wesentlichen ein Paar gegenläufig
drehender Gießwalzen 2, 2', die innen
mittels geeigneter bekannter Mittel gekühlt werden, und zwei Endplatten,
die an den Enden der Walzen angeordnet sind und von bekannter Bauart
sind und in den Figuren nicht gezeigt sind.
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Das
schmelzflüssige
Metall erstarrt im Verlauf des Gießprozesses bei Kontakt mit
den Walzen 2, 2' nahe
dem "Kusspunkt" KP. Das Band 3 tritt
aus der Kokille 16 bei noch immer hoher Temperatur aus und
folgt unter der Kokille zunächst
einem vertikalen Pfad, der zum Boden gerichtet ist.
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In 4 ist
die Temperaturfluktuation des gegossenen Bandes stromabwärts der
Kokille ohne eine Kühlvorrichtung
in der Gießanlage
veranschaulicht. Eine kurze Distanz unter dem "Kusspunkt" KP ist die thermische Situation kritisch,
und es besteht die Gefahr, dass sich das Band wiedererwärmt, wodurch
das Band anschließend
unter seinem Eigengewicht reißen
kann.
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Mit
dem Ziel des Verbesserns der thermischen Situation des Bandes in
dem Bereich unmittelbar stromabwärts
von dem "Kusspunkt" KP ist gemäß der Erfindung
die Temperaturregelvorrichtung 4 in einer kurzen Distanz
unter den Walzen 2 und 2' angeordnet. Die Vorrichtung 4 umfasst
ein Paar Paneele 5 in der Form eines im Wesentlichen flachen
länglichen
rechteckigen Balkens. In der folgenden Beschreibung wird nur ein
einziges Paneel 5 besprochen, und in 2 ist
nur ein einziges Paneel gezeigt, aber es versteht sich, dass die
Vorrichtung normalerweise zwei Paneele umfasst, die symmetrisch – eines
auf jeder Seite der durch das Band definierten Ebene – angeordnet
sind.
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Das
Paneel 5 hat eine geeignete Dicke, um einen angemessenen
strukturellen Widerstand zu bieten, wobei auch die Tatsache berücksichtigt
wird, dass es dafür
geeignet ist, unter stark beanspruchenden Temperaturbedingungen
zu arbeiten.
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In
einer ersten Ausführungsform
gemäß der Erfindung
hat das Paneel 5 eine solche Dicke, dass darin ein Kanal 6 ausgebildet
sein kann, um Gas, vorzugsweise Inertgas, hindurchströmen zu lassen,
das durch Verteiler 9' herangeführt wird.
Der Kanal 6 steht in Strömungsverbindung mit den Düsen 7,
die an der Fläche
der Vorrichtung angeordnet sind, die dem Gießband 3 zugewandt
ist, und die zur Außenseite
hin gerichtet sind, vorzugsweise in der Richtung des Bandes 3,
um dessen Oberfläche
mittels der Gasstrahlen 7' zu
kühlen.
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In
einer zweiten vorteilhaften Ausführungsform
der Temperaturregelvorrichtung 4, die ebenfalls in 2 gezeigt
ist, sind Kanäle 8, 8', zum Beispiel Röhren von
variierendem Querschnitt, über
und/oder unter und nahe dem Paneel 5 angeordnet. Die Röhren 8, 8' haben düsenförmige Löcher zum
Sprühen des
Gases in Richtung des Bandes 3. In dieser Ausführungsform
können
die inneren Kanäle 6 und
die Düsen 7 auch
in dem Paneel 5 fehlen, zum Beispiel wenn der Regelungseffekt
des von den Röhren 8, 8' abgegebenen
Gases für
die Anlagenanforderungen ausreichend sind.
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Die
Röhren 8, 8' können auch
zu mehreren vorhanden sein, wenn eine solche Anordnung erforderlich
ist, um den Temperaturregeleffekt zu verbessern.
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Das
Paneel 5 besteht in den soeben beschriebenen Ausführungsformen
aus Metall oder alternativ aus einem feuerfes ten Material. Alternativ kann
das Paneel 5 auch aus Metall bestehen, das mit einer Schicht
aus einem feuerfesten Material überzogen
ist.
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Das
Paneel 5 aus feuerfestem Material eignet sich auch zum
Schutz der Kanäle 8, 8 für den Fall, dass
schmelzflüssiger
Stahl von den Walzen verloren geht, wenn das Gießen unterbrochen wird und der schmelzflüssige Stahlinhalt,
der sich noch in der Kokille befindet, rasch in den Raum unter den
Walzen abgeladen werden muss. Mit einer zweckmäßigen Anordnung der Kanäle 8, 8' ist es möglich, sie
so zu positionieren, dass ein mögliches
Herabfallen einer größeren Menge
flüssigen
Stahls nicht direkt auf sie spritzt. Dies ist besonders im Fall
einer Notentleerung der Kokille nützlich.
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Das
Speisen der Vorrichtung 4 mit einem Gas mit einer geeigneten
Temperatur und einem geeigneten Druck und einer ausreichenden Strömungsrate
erzeugt einen Sprüheffekt,
der in dem für
die Temperatur kritischsten Bereich über die Bandoberfläche strömt und die
Oberfläche
entsprechend kühlt, wodurch
das Risiko eines Bruches beseitigt wird, wenn das Band ein erhebliches
Gewicht erreicht, nachdem ein vorgegebener Gießzeitraum verstrichen ist.
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Das
Paneel 5 wird vorzugsweise so angeordnet, dass seine Fläche in einem
vorgegebenen spitzen Winkel, zum Beispiel ungefähr 30°, relativ zu der vertikalen
Bandgießebene
zu dem Band hin geneigt ist.
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Der
Querschnitt des Paneels 5 kann auch im Wesentlichen eine
L-Form annehmen, um seinen strukturellen Widerstand zu erhöhen.
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Vorteilhafterweise
weist die Vorrichtung 4 horizontale Scharniere auf, deren
Achsen im Wesentlichen parallel zu denen der Kristallisierwalzen
verlaufen, und die es ermöglichen,
die gesamte Ebene der Vorrichtung oder nur des Paneels 5 zu
schwenken, um den Angriffswinkel relativ zu der vertikalen Ebene parallel
zu dem Band zu schwenken, mit der Möglichkeit, den Effekt der Gasstrahlen
auf der Oberfläche des
Bandes 3 zu variieren.
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Weiter
stromabwärts
von der Kühlvorrichtung 4 der
Erfindung kann es von Vorteil sein, weitere Anlagen oder Temperatursteuervorrichtungen
anzuordnen, um den Wärmetausch
zwischen dem gegossenen Band und der Umgebung optimal zu regeln.
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Es
kann auch vorteilhaft sein, die Umgebung thermisch zu isolieren
und die Kammer unter der Kokille, wo das Gießen stattfindet, im Wesentlichen
gasdicht abzuschließen,
um Verlust auf ein Minimum zu reduzieren und um das Eindringen von
atmosphärischer
Luft zu verhindern, die das Phänomen
der Oberflächenoxidation
des Bandes fördert.
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Die
Regelvorrichtung gemäß der Erfindung kann
auch ein Bandtemperaturüberwachungssystem bereitstellen,
um das Regeln des durch die Düsen abgegebenen
Gasstroms anhand der Temperatur des gegossenen Metalls und seiner
Erstarrungstemperatur zu ermöglichen.
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Eine
Ausführungsform
der Vorrichtung sieht auch das Vorhandensein lediglich eines einzigen
Paneels vor, das auf einer einzigen Seite des Bandes angeordnet
ist, wenn dies zum Regeln der Temperatur des Bandes erforderlich
ist. Ähnliche
Regeleffekte lassen sich auch in dem Fall erreichen, in dem die Vorrichtung
zwei Paneele auf den zwei Flächen
des Bandes aufweist, wobei aber nur Gaskanäle einer einzigen Seite genutzt
werden.