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Die vorliegende Erfindung betrifft das Stranggießen
zwischen Walzen dünner metallischer Gegenstände, wie z.B.
Stahlbänder oder Stahlfolien, gemäß den Oberbegriffen der
Ansprüche 1 und 2.
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Mit dieser Art des Gießens werden Gegenstände geringer
Dicke erhalten, die anschließend direkt kaltgewalzt werden
können.
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Bei den Vorrichtungen zum Gießen zwischen Walzen wird das
flüssige Metall in einen Gießraum eingegeben, welcher durch
Abschnitte der zylindrischen Wände der Walzen oberhalb
einer Ebene begrenzt wird, welche die parallelen Achsen der
Walzen durchsetzt, sowie durch Endwände, die auch kleine
Flächen oder seitliche Wände genannt werden und die im
allgemeinen feststehen und im wesentlichen senkrecht zu den
Walzenachsen sind. Während des Gießens erstarrt das
flüssige Metall fortschreitend bei Berührung mit den
zylindrischen gekühlten Wänden der Walzen und bildet
dadurch erstarrte Gießhäute, welche durch die sich
drehenden Walzen angetrieben werden und sich auf Höhe des
Gießspaltes miteinander vereinigen, d.h. auf Höhe
derjenigen Ebene, welche die Achsen der Walzen durchsetzt
um so den fertigen Gegenstand zu bilden, der kontinuierlich
nach unten abgezogen wird.
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In bestimmten Fällen weisen derartige Anlagen außerdem eine
Art fest stehender Erhöhung auf, bestehend aus zwei
Längswänden in dichtem Kontakt mit den Walzen und aus zwei
Stirnwänden, welche die kleinen Wände nach oben verlängern
oder einen feststehenden Abschnitt dieser Wände bilden.
Diese Erhöhung wird im folgenden als Gießaufsatz
bezeichnet, in Analogie zu demjenigen Abschnitt, der die
Kokille oder die Gießform überragt und bestimmt ist zur
Aufnahme des Vorrats-Gießaufsatzes bei Gießanlagen mit
feststehender Kokille oder Gießform Dieser Gießaufsatz
dient insbesondere im Fall des Gießens zwischen Walzen
dazu, die Oberfläche der Walze zu begrenzen, auf der die
Erstarrung des gegossenen Metalls stattfindet und damit
eine regelmäßige Erstarrung zu gewährleisten, unabhängig
von der Oberfläche des Metalls im Gießaufsatz. Außerdem ist
der Meniskus des flüssigen Metalls nicht mehr in Berührung
mit den Walzenwänden, wodurch das Risiko der Mitnahme auf
dem Meniskus schwimmender Verunreinigungen erheblich
verringert ist.
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Das Dokument JP-A 60 54 249, auf dem die Oberbegriffe der
Ansprüche 1 und 2 beruhen, beschreibt eine Anlage zum
Gießen zwischen Walzen, welche gebogene konkave Erzeugende
aufweisen, deren Konkavität der Dickenvariation entspricht,
welche das gegossene Band aufweisen würde unter der
Einwirkung der thermischen Auswölbung der Walzen.
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In jedem Fall entstehen zahlreiche Probleme bei der
Herstellung eines Gegenstandes der anschließend direkt
kaltgewalzt werden soll. Eine der erwünschten Eigenschaften
für einen flachen Gegenstand, der kaltzuwalzen ist, besteht
darin, eine geringe Querwölbung aufzuweisen. Es ist
bekannt, daß diese ursprüngliche Wölbung beispielsweise in
der Größenordnung von einigen zehn Mikrometern für ein
Blech von mehreren Millimetern Dicke nach dem Walzvorgang
zu einem Blech konstanter Dicke führt, oder wenigstens
zufriedenstellenden Querschnitts, wohingegen ein ebener
oder eingefallener Rohling für das Walzen ungeeignet ist.
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Die wesentliche Aufgabe, welche mit der vorliegenden
Erfindung gelöst werden soll, läßt sich dahingehend
zusammenfassen, durch den Gießvorgang einen Gegenstand zu
erhalten, der diese Wölbung aufweist und der über seinen
gesamten Querschnitt auf Höhe des Gießspaltes zwischen den
Walzen erstarrt ist.
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Im Hinblick auf diese Aufgabe betrifft die Erfindung ein
Verfahren zum Stranggießen zwischen Walzen, bei dem das
flüssige Metall zwischen zwei sich gegenläufig drehenden
achsparallelen Walzen gegossen wird, deren Wände gekühlt
sind, wobei wenigstens eine Walze verwendet wird, deren
Erzeugende gekrümmt ist und deren Durchmesser, in
Axialrichtung gesehen, im Mittelabschnitt geringfügig
kleiner ist als an ihren Enden.
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Erfindungsgemäß ist dieses Verfahren dadurch
gekennzeichnet, daß die Erzeugende im heißen Zustand
gebogen ist und daß die Berührung des Metalls mit der Wand
der Walze entlang eines Bogens erfolgt, der im mittleren
Abschnitt länger ist als an den Enden.
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Wie man sieht besteht das Verfahren darin, die
Berührungszeit des Metalls mit der gekühlten Wand der Walze
im axialen Mittelbereich der Walze zu vergrößern,
verglichen mit der Berührungszeit in den Endbereichen, so
daß in der Mitte eine dickere Gießhaut gebildet wird als an
den Rändern und so auf Höhe des Gießspaltes zwischen den
Walzen ein über seinen gesamten Querschnitt erstarrter
Gegenstand erhalten wird der die gewünschte leichte Wölbung
aufweist, wobei diese Wölbung außerdem der Abflachung auf
der Walzenoberfläche entspricht.
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Die Erfinder konnten experimentell feststellen, daß die
Berührungszeit, und demzufolge die Länge des Kontaktbogens
des Metalls auf der Walze, einen erheblichen Einfluß auf
die Dicke der erstarrten Haut besitzt. Beispielsweise gilt
für einen gegossenen Gegenstand von 2 mm endgültiger Dicke
und einer Länge des Kontaktbogens von 600 mm, wobei alle
anderen Parameter gleichbleiben, daß eine Variation der
Bogenlänge von 50 mm eine Dickenvariation der erstarrten
Haut von ungehähr 50 um bewirkt. Die Erfinder sind daher
auf den Gedanken verfallen, sich diese Eigenschaft zunutze
zu machen um die gewünschte Wölbung zu erzielen, indem sie
die Länge des Kontaktbogens zwischen Walze und Metall in
einem gegebenen Abstand von der vertikalen Mittenebene
senkrecht zu den Achsen des Zylinders verändern, als
Funktion der Dicke des erwünschten Gegenstandes in diesem
Abstand, gemessen ab der Längsachse des Gegenstandes oder,
mit anderen Worten, als Funktion der Abflachung der Walzen.
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Die Erfindung betrifft außerdem eine Vorrichtung zum Gießen
zwischen Walzen, welche zwei Walzen mit gekühlten Wänden
aufweist, wobei wenigsten eine der beiden Walzen eine
gebogene Erzeugende aufweist und ihr Durchmesser, in
Axialrichtung gesehen, im Mittelabschnitt geringfügig
kleiner ist als an den Wänden, wobei die Vorrichtung
dadurch gekennzeichnet ist, daß die Erzeugende im heißen
Zustand gebogen ist und daß die Vorrichtung eine Anordnung
aufweist, um die Berührung des Metalls mit der Wand
wenigstens einer der Walzen entlang eines Bogens zu
gewährleisten, deren mittlerer Abschnitt länger ist als an
den Enden.
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Vorzugsweise besteht diese Anordnung aus der Längswand
eines Gießaufsatzes, deren unterer Rand im wesentlichen die
Wand einer Walze oberhalb der Engstelle zwischen den Walzen
berührt, wobei die Linie des unteren Randes, welche mit der
Walze in Berührung steht, gebogen ist.
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Mit anderen Worten, die Länge des Bogens der Oberfläche
dieser Walze zwischen dieser Linie und dem Gießspalt ist
größer in der Mitte der Längswand als an ihren Rändern.
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Gemäß einer besonderen Ausgestaltung der Erfindung ist
diese Längswand des Gießaufsatzes im wesentlichen eben und
weist an ihrem unteren Rand eine Abschrägung auf, welche in
der Mitte ausgeprägter ist als an ihren Rändern.
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Gemäß einer weiteren Ausgestaltung weist die Längswand des
Gießaufsatzes eine Konkavität auf, die zum Inneren des
Gießaufsatzes hin gerichtet ist.
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Wie man sieht, ermöglichen diese Ausgestaltungen auf
einfache und praktische Weise eine Durchführung des oben
beschriebenen erfindungsgemäßen Verfahrens in dem Maße, in
dem während des Gießvorgangs die Oberfläche des flüssigen
Metalls oberhalb der Berührungslinie zwischen Gießaufsatz
und Walze verbleibt.
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Die Erfindung wird besser verstanden im Zusammenhang mit
der nachfolgenden Beschreibung eines erfindungsgemäßen
Ausführungsbeispiels, wobei weitere Eigenschaften und
Vorteile deutlich werden. In der beigefügten Zeichnung
zeigen:
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Figur 1 eine schematische perspektivische teilweise
aufgebrochene Darstellung einer Stranggießanlage zwischen
Walzen mit einem Gießaufsatz;
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Die Figuren 2a und 2b senkrechte Schnitte durch die Achsen
der Walzen, einmal an den Enden und einmal in der Mitte der
Anlage;
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Figur 3 eine ähnliche Ansicht wie diejenige von Figur 1 im
Fall einer Variante und die
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Figuren 4a und 4b Schnitte durch den erhaltenen Gegenstand,
einmal im Fall der Verwendung von zwei oder auch nur einer
erfindungsgemäß gestalteten Gießaufsatzwand.
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Es sei betont, daß in den Figuren die Abflachungen der
Walzen und die Wölbungen des erhaltenen Gegenstandes
absichtlich übertrieben dargestellt worden sind, um das
Verständnis der Erfindung zu erleichtern, wobei betont sei,
daß in Wahrheit sowohl die Abflachungen als auch die
Wölbungen in der Größenordnung von einigen zehn Mikrometern
liegen.
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Figur 1 zeigt eine Anlage zum Stranggießen zwischen Walzen,
welche zwei Walzen 1 und 2 aufweist, oberhalb derer ein
Gießaufsatz 3 vorgesehen ist.
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Die Walzen 1, 2 sind geringfügig abgeflacht, d.h. daß ihre
Erzeugenden 11, 12 nicht genau geradlinig sind, sondern
leicht gebogen sind, wobei die Durchbieguung im
wesentlichen dem Wert der gewünschten Wölbung des
gegossenen Gegenstandes entspricht. Sie werden gegensinnig
in Drehungen versetzt, in Richtung der Pfeile 13, wobei
ihre Wände gekühlt werden. Es sei betont, daß die
Abflachung der kalten Walzen geringfügig abweichen kann und
im allgemeinen größer ist als die erwünschte Wölbung des
Gegenstandes, um so bei Erwärmung eventuelle
Durchmesserveränderungen aufgrund von Ausdehnungseffekten
zu kompensieren, d.h., während des Erreichens der
Betriebstemperatur zu Beginn des Gießvorgangs, wobei
derartige Ausdehnungseffekte im allgemeinen nicht identisch
sind über die gesamte Walzenlänge.
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Der Gießaufsatz aus feuerfestem Material weist zwei
Längswände 31 auf, die parallel zu den Walzenachsen sind,
wobei ihr unterer Rand 33 in Berührung mit den Walzen
gehalten wird und das zum Betrieb erforderliche Spiel so
gering wie möglich gehalten wird, sowie zwei Stirnwände 32
auf, welche im dargestellten Beispiel zugleich die
seitlichen Verschlußwände bilden für den Gießraum 4, der
außerden durch denjenigen Abschnitt der Walzen begrenzt
wird, der sich oberhalb des Gießspaltes 5, d.h., der
Engstelle befindet, auf Höhe der waagrechten Ebene P,
welche die Achsen der Walzen durchsetzt.
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Erfindungsgemäß ist der untere Rand der Längswände 31 mit
einer Abschrägung 34 versehen, die deutlich zunimmt,
ausgehend von den Enden zur Mitte der Längswände 31 hin.
Dadurch ist die Berührungslinie 35 einer jeden Längswand
mit der zugehörigen Walze gekrümmt mit einer konkaven
Abschrägung 34. Diese Abschrägung ist in der Darstellung
der Figur 2 deutlich sichtbar; Figur 2a zeigt einen
Querschnitt durch die Längswand 31 an einer ihrer Enden und
Fibur 2b einen Querschnitt durch diese Wand an ihrer Mitte.
Man sieht deutlich, daß der Bogen 6, d.h. der Kreisbogen,
entlang dem das gegossene Metall in Berührung steht mit der
gekühlten Wand der Walze, in deren Mitte länger ist als der
entsprechende Bogen 7 an den Wänden.
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Während des Gießens wird das flüssige Metall in den
Gießaufsatz eingefüllt und ergießt sich in den Gießraum 4.
Die Höhe des flüssigen Metalls wird derart geregelt, daß
sie oberhalb der Kontaktlinie 35 zwischen Gießaufsatz und
Walzen liegt. Während der Verdrehung der Walzen ist
aufgrund der unterschiedlichen Längen der Berührungsbögen
die Berührungszeit zwischen dem Metall und der Walzenwand
in der Mitte größer, wodurch eine erstarrte Gießhaut
ausgebildet wird, die in der Mitte des herzustellenden
Gegenstandes dicker ist als an dessen Rändern. Die Häute
vereinigen sich auf Höhe des Gießspaltes 5 und bilden den
endgültigen Gegenstand mit der erwünschten Wölbung, wie es
in Figur 4a dargestellt ist. In dieser Figur ist der
Gegenstand 8 dahingehend dargestellt, daß er aus zwei
gewölbten Bereichen 8', 8'' besteht, die jeweils in einer
der auf der zugehörigen Walze ausgebildeten Gießhaut
entstanden sind. Es sei betont, daß in Wirklichkeit keine
Trennung dieser beiden Bereich im fertigen Gegenstand
besteht.
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In Figur 4 ist in ähnlicher Weise ein Schnitt durch einen
Gegenstand dargestellt, der mit einer Anlage erhalten wird
gemäß einem anderen erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel,
bei der eine einzige Walze mit einer Abflachung verwendet
wird und nur die diese Walze benachbarte Längswand des
Gießaufsatzes die oben beschriebene Abschrägung aufweist,
während die zweite Walze mit einer geradlinigen Erzeugenden
versehen ist und die zugehörige Längswand des Gießaufsatzes
eben ist zur Berührungslinie mit der zweiten Walze. In
diesem Fall weist die auf der zweiten Walze ausgebildete
Gießhaut 9' eine konstante Dicke über ihre gesamte Breite
auf, wohingegen die Gießhaut 9'' in ihrer Mitte dicker
ausgestaltet ist. Aufgrund dieser tatsächlichen geringen
Wölbung hat diese Asymmetrie praktisch keinen Einfluß auf
den endgültigen Gegenstand 9, dessen Wölbung ähnlich
derjenigen des Gegenstandes 8' ist und zwar in dem Maße, in
dem die Abflachung der ersten Walze und die entsprechende
Abschrägung der Längswand des Gießaufsatzes entsprechend
vergrößert worden sind, d.h. im wesentlichen verdoppelt
wurden.
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Dieses Ausführungsbeispiel weist den Vorteil auf, daß nur
eine einzige Abflacung auf einer einzigen Walze angebracht
werden muß und nur eine Abschrägung entlang einer einzigen
Längswand des Gießaufsatzes.
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Theoretisch müßte der untere Rand 33 der Längswand 31
ebenfalls eine entsprechende, an die Abflachung der Walze
angepaßte Krümmung aufweisen, um ein betriebsbedingtes
konstantes Spiel über die gesamte Länge zwischen der Wanmd
und der Walze einzuhalten. Da jedoch diese Abflachungen in
der Praxis sehr gering sind, selbst wenn der untere Rand
geradlinig ist, wodurch die Herstellung des Gießaufsatzes
erleichtert wird, besteht nur ein geringes Risiko des
Eintritts von flüssigem Metall in dieses Spiel. Hingegen
erfordert, wie bereits ausgeführt, die Veränderung der
Erstarrungsdicke zur Erzielung der gewünschten Wölbung des
gegossenen Gegenstandes und die gleichmäßige Erstarrung des
Gegenstandes auf Höhe des Gießspaltes 5 eine erhebliche
Variation der Länge des Berührungsbogens entlang dem die
Erstarrung der Gießhäute erfolgt.
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Als Beispiel sind im folgenden Abschrägungswerte aufgeführt
in einer experimentellen Anlage zum Gießen von Bändern mit
2 Millimetern, bei denen eine Wölbung des Bandes in der
Größenordnung von 50 Mikrometer erzielt werden soll
Abschrägung an beiden Wänden
Abschrägung an einer einzigen Wand
Mittlere Länge des Berührungsbogens
Wert der Abschrägung
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Die Erfindung ist nicht auf die oben als Beispiel gegebene
Vorrichtung beschränkt. Es ist auch möglich, einen
Gießaufsatz zu verwenden, wie er in Figur 3 dargestellt
ist, dessen Längswände 21' also eine Konkavität aufweisen,
die in Richtung zum Gießraum hin sich über die gesamte Höhe
der Wände gleichmäßig erstreckt. Mit anderen Worten sind
bei dieser Variante die Längswände des Gießaufsatzes nicht
mit Abschrägungen an ihren unteren Rändern versehen,
sondern mit einer allgemeinen Krümmung der Wände, wodurch
die gebogene Kontaktlinie 35' der Berührung zwischen
Gießaufsatz und Walze und damit die Variation der Länge des
erwünschten Berührungsbogens gebildet wird.
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Es ist auch möglich, zur Begrenzung der Länge des
Berührungsbogens an den Rändern der Walzen den oben
beschriebenen Gießaufsatz durch eine beliebige andere
Anordnung zu ersetzen, die es ermöglicht, das flüssige
Metall entsprechend der gewünschten besonderen Abmessung
einzuschränken, wie z.B. eine waagrechte oder schräge Wand
oder auch eine Einschnürungsanordnung ohne Kontakt mit dem
flüssigen Metall.