DE69222882T2

DE69222882T2 - Verbesserung einer Bandgiessmaschine

Info

Publication number: DE69222882T2
Application number: DE69222882T
Authority: DE
Inventors: Emanuele Picco; Pietro Tolve; Riccardo Tonelli
Original assignee: Acciai Speciali Terni SpA
Current assignee: Acciai Speciali Terni SpA
Priority date: 1991-04-17
Filing date: 1992-04-15
Publication date: 1998-03-05
Anticipated expiration: 2012-04-16
Also published as: DE69222882D1; IT1244513B; ES2109956T3; EP0511550A1; ATE159673T1; EP0511550B1; US5273103A; ITRM910265A0; ITRM910265A1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Verbesserung für eine Dünnkörper-Standgießmaschine gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Genauer betrifft die Erfindung ein System, das dazu geeignet ist die Anlagenproduktivität und den Produktertrag zu maximieren, indem man den Verschleiß auf Platten und Walzen, der durch deren gegenseitigen Kontakt verursacht wird, reduziert, so daß auf diese Weise Anlagenstillstände zum Entfernen von zwischen den Platten und den Walzen erstarrtem Metall verringert und das Auftreten von Formfehlern auf den Rändern des Gusses, wie zum Beispiel Gußgrate, Profiländerungen etc., möglichst gering gehalten wird.
Eines der Verfahren zum kontinuierlichen Gießen von dünnen Produkten sieht für das Gießen von flüssigem Metall, z.B. Stahl, in einer Form eine Form vor, die durch ein Paar von gegenläufigen Walzen abgegrenzt ist, die in der gleichen horizontalen Ebene liegende parallele Achsen besitzen und in einer Distanz größer als die Summe der Radien dieser Walzen voneinander beabstandet und durch zwei an den flachen Enden der Walzen angeordnete Platten voneinander getrennt sind.
Die Platten bestehen im wesentlichen aus feuerfesten Materialien, die durch einen Metallrahmen gestützt sind und in Kontakt mit den flachen Stirnseiten der Walzen und dem flüssigen Metall stehen. Schubvorrichtungen, z.B. Federn, halten die Platten fest gegen die Walzenkontaktflächen, um die erforderliche Dichtung zum Einschließen des flüssigen Metalls sicherzustellen.
Diese Dichtung unterliegt besonders schwierigen Betriebsbedingungen, weil zusätzlich zu der thermischen Spannung, die immer vorhanden ist, ein dauernder Gleitkontakt zwischen den Platten und den flachen Enden der Walzen besteht. Dies verursacht einen Verschleiß der Kontaktflächen, was die Infiltration von Stahl erlaubt.
Die Gußgrate, die die Ränder des Gusses bilden, haben einen ausgesprochen nachteiligen Effekt auf die Oberflächenqualität in diesem Teil des Produktes und auf die Nutzung der Wärme und können sogar die Walzen blockieren.
Hinsichtlich des Abnutzungsproblems wurden Anstrengungen unternommen die Plattenkonstruktion bei Sicherstellung einer bündigen Paßform mit den Walzen zu optimieren und auch den Gegendruck zu erhöhen.
Zum Beispiel gab es Vorschläge für Kompositplatten, die im Zentralteil Isolierungsmaterial aufweisen, um die Verfestigung des Stahls einzuschränken, und für verschleißfeste Dichtungsmaterialien in der mit den Walzen in Kontakt stehenden Zone. In diesem Fall gibt es, zusätzlich zu dem Problem der Montage und der Maßtoleranzen, große Schwierigkeiten bei den Stoßstellen zwischen dem Isolierungsmaterial und dem Dichtungsmaterial, da diese einen bevorzugten Verankerungspunkt für unerwünschte Fragmente von erstarrtem Metall bilden.
Aus verschleißfesten, feuerfesten Materialen, wie etwa Aluminiumoxid oder Silika, hergestellte monolitische Platten sind ebenfalls vorgeschlagen worden.
Wo die Lebensdauer der Walzen von Interesse ist, sind Stellitverkleidungen auf den Teilen verwendet worden, die in Kontakt mit den Platten stehen und einer auf wechselseitiges Gleiten zurückzuführenden Abrasion unterliegen.
Keine dieser Maßnahmen konnte jedoch die beschriebenen Schwierigkeiten vollständig lösen. Obwohl vermindert, bestehen solche Schwierigkeiten wie Platten-/Walzendichtung, Oberflächenqualität des Gusses und Walzenblockierung weiter fort.
Es wurden auch Versuche unternommen, elektromagnetische Mittel zu verwenden, um das Problem der Einschließung von flüssigem Metall, wie z.B. Stahl, an den flachen Enden der Walzen zu lösen; z.B. sind in dem US-Patent 4,936,374, auf dem der Oberbegriff des Anspruchs 1 basiert, die Einschließungsplatten durch eine gleichstrombetriebene, elektromagnetische Vorrichtung ersetzt, die eine Kraft in einer Richtung produziert, um den Stahl zurückzuhalten. Jedoch gibt es auch bei dieser Lösung einige Nachteile. Infolge der hohen Dichte des Stahls (etwa 7,2 kg/dm³) werden nämlich große, komplexe Hochleistungsvorrichtungen benötigt, um all das in der Gußform vorhandene flüssige Metall elektromagnetisch einzuschließen. Es besteht auch die Möglichkeit von Stabilitätsproblemen mit dem induzierten Kraftfeld mit daraus resultierendem Verlust der Einschließungsfähigkeit oder zumindest ein Mangel an Gleichförmigkeit auf den Rändern des Gußproduktes. Deshalb erscheinen solche Lösungen ökonomisch und technisch inakzeptabel.
Hinsichtlich der erreichten Qualität, insbesondere des Problem von Oberflächendefekten und der Oberflächenform in der Nähe der Ecken der Gußprodukte, muß die Aufmerksamkeit auf die Bedeutung gerichtet werden, ein Produkt zu erzielen, das ein Erstarrungssprofil besitzt, welches entlang dem Rand des Gußabschnitts so eben und gleichförmig wie möglich ist, um die Bildung von Schwachpunkten (Risse) und auch die Notwendigkeit von nachfolgenden kostenintensiven Arbeitsgängen zum Entfernen der Defekte zu vermeiden.
In der Vergangenheit sind Versuche unternommen worden, diese Abschnitte von defekten Produkten zum Beispiel durch Schleifen oder Beschneiden der Ränder des Streifens oder der dünnen Platte zu entfernen. Solche Arbeiten haben sich jedoch wegen der Kosten und der Platzerfordernis der notwendigen Ausrüstung und wegen des Volumens des als Ausschuß zu betrachtenden oder als Schrott zu behandelnden Materials als unbefriedigend erwiesen.
Es ist wichtig, den Unterschied zu betonen, der in der Ausbeute in dem Fall von dünnen flachen Produkten auf der einen Seite und dickeren Produkten der anderen besteht. Da nämlich eine bestimmte Materialmenge entfernt werden muß, ist der prozentuale Anteil an Abfall bei einem dickeren Produkt gering. Was jedoch ein dünnes Produkt betrifft, nimmt das Größenverhältnis natürlich zu und kann ein inakzeptables Niveau erreichen.
Ungeachtet der soweit beim kontinuierlichen Gießen von dünnen Produkten gemachten Fortschritte bleiben folglich die Probleme der Einschließung eines flüssigen Metalls in der Gießform, die Oberflächenqualität des Gusses an den Rändern und das Verstopfen der Gießmaschine infolge von Gußgraten von zwischen Einschließungsplatten und Walzen erstarrten Metalls immer noch ungelöst.
Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine einfache, zuverlässige Gießmaschine zum kontinuierlichen Gießen von dünnen Platten zu schaffen.
Eine andere Aufgabe ist es, das Problem des gegenseitigen Verschleißes auf Walzen und Platten zu beseitigen.
Eine noch andere Aufgabe ist es, das Auftreten von Fehlern auf den Kanten des Gusses beträchtlich zu reduzieren.
Eine weitere Aufgabe besteht darin, Maschinenstillstände infolge von zwischen den Walzen und den Platten erstarrenden Gußgraten auf den Rändern des Gusses zu minimieren oder möglicherweise zu eliminieren.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird eine Verbesserung für Gießmaschinen zum kontinuierlichen Gießen von dünnen Körpern vorgeschlagen, wobei in der Gießmaschine ein Paar gegenläuf iger Walzen (deren Längsabschnitte parallel verlaufen, in der gleichen horizontalen Ebene liegen und in einer Distanz größer als die Summe der Radien dieser Walzen voneinander beabstandet sind) vorgesehen ist, von denen jede eine zylindrische Außenfläche und zwei flache Enden in einem rechten Winkel zu den Walzenachsen besitzt, und ein Paar von in der Nähe der flachen Enden befindlichen Einschließungsplatten einen Hohlraum begrenzt, in dem ein flüssiges Metall gegossen wird, gekennzeichnet durch die Merkmale des kennzeichnenden Teils des Anspruchs 1.
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist zumindest ein Magnet, dessen Polenden in Richtung zu dem flüssigen Metall gerichtet sind, an jeder Seitenplatte angeordnet. Die Magneten besitzen Erregerwicklungen.
Mit dem Gießmetall in Kontakt stehende Elektroden sind in die seitlichen Einschließungsplatten eingesetzt.
Im Betrieb werden die Erregerwicklungen auf den Magneten mit einem Gleichstrom gespeist, um ein stationäres Magnetfeld zu produzieren, während die Elektroden eine Gleichstromeinspeisung besitzen, um ein stationäres elektrisches Feld zu erzeugen. Das magnetische und das elektrische Feld stehen miteinander in Wechselwirkung, um das gewünschte Kraftfeld zu erzeugen, dessen Wirkung, in Kombination mit der Tatsache, daß kein physikalischer Kontakt zwischen den Seitenplatten und den Walzen besteht, die Eliminierung des Verschleisses zwischen Platten und Walzen gestattet, woraus ein Produkt mit fehlerfreien Rändern resultiert.
Wenn das geschmolzene Metall dazu tendiert, aus der Zone, in der es gegossen wird, auszufließen, wobei das Metall mit der Tiefe einen zunehmenden Axialdruck ausübt, ist es, zumindest bis das Erstarren einen Selbst-Einschließungs-Effekt liefert, notwendig, eine Verteilung der Stromstärke oder des Magnetfeldes, die mit der Höhe variiert, sicherzustellen. Diese Verteilung, mit einem Minimum an der freien Oberfläche des Bades, wird durch die spezielle Anordnung der Elektroden oder Magneten sichergestellt.
Die Erfindung wird nun unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen, welche die Erfindung rein beispielhaft darstellen und diese in keiner Weise hinsichtlich der Aufgabe und des Schutzumfanges einschränken, detaillierter beschrieben. Es zeigt:
Fig. 1 eine allgemeine Perspektivansicht der Erfindung;
Fig. 2 eine schematische Seitenansicht einer Ausführungsform;
Fig. 3 ein erstes anschauliches Betriebsschema der vorgeschlagenen Ausführungsform;
Fig. 4 ein zweites anschauliches Betriebsschema der vorgeschlagenen Ausführungsform;
Fig. 5 eine schemtische Seitenansicht einer anderen Ausführungsform;
Fig. 6 eine schematische Draufsicht eines Abschnitts entlang der Linie A-A in Fig. 5.
Wie in Fig. 1 dargestellt, wird in einer Gießmaschine zum kontinuierlichen Gießen das flüssige Metall von oben in einen Hohlraum gegossen, der durch zwei gegenläufig rotierende Walzen 1 und 2 und durch zwei Einschließungselememte 3 und 4, die hinsichtlich der flachen Enden der Walzen 1 und 2 symmetrisch angeordnet sind, gebildet ist. Die Einschließungselemente 3 und 4 bestehen aus feuerfesten Platten, die in Kontakt mit dem flüssigen Bad stehen und zumindest einem Magneten (in der Figur nicht gezeigt), dessen Polenden zu dem flüssigen Metall gerichtet sind. Elektroden (in der Figur nicht dargestellt), die in Kontakt mit dem Schmelzbad stehen, sind in die Einschließungsplatten eingesetzt, die in einer Entfernung zwischen 0,2 und 3 mm von den flachen Enden der Walzen festgelegt sind. Im Betrieb sind das Magnetfeld und das elektrische Feld in geeigneter Weise ausgerichtet, so daß in dem Zwischenraum zwischen den Einschließungsplatten und den Walzen ein Kraftfeld erzielt wird, das zu dem Hohlraum, in dem das flüssige Metall gegossen wird, gerichtet ist.

Beispiel 1

Wie in Fig. 2 (Ansicht von dem Inneren des Hohlraums, in dem das flüssige Metall gegossen wird) dargestellt, ist ein C-förmiger Magnet 5, der eine vorwiegend vertikale Ausdehnung und Polenden besitzt, die zu dem flüssigen Metall gerichtet sind, an jeder Einschließungsplatte 6 angeordnet. Die Platten weisen in Richtung zu den flachen Enden der Walzen 1 und 2, die in der Zeichnung nicht gezeigt sind. Der Magnet 5 ist so angeordnet, daß die freie Oberfläche des Bades sich vorzugsweise mit der Mittelachse des Magnetspaltes deckt. Langgestreckte Elektroden 7 und 8, die in Kontakt mit dem Schmelzbad stehen, sind in geeigneten Gehäusen, die aus einem nicht leitfähigen Material hergestellt sind, in die seitlichen Einschließungsplatten eingesetzt. Die Elektroden sind symmetrisch um die vertikale Schwerpunktachse der Platten herum angeordnet und folgen dem Profil der Walzen. Der Abstand zwischen den Elektroden nimmt von oben nach unten ab und stellt die notwendige Stromstärke, die sich mit der Höhe verändert, sicher.
Wenn Gleichstrom durch die Magneten 5 geleitet wird, wird in der Nähe der Platten 6 ein Magnetfeld mit einer vorwiegend vertikalen Richtung erzeugt. Dieses Feld ist in der Nähe der einen Platte nach unten und in der Nähe der anderen Platte nach oben gerichtet und seine Stärke beträgt z.B. zwischen 1000 und 5000 Gauss. Die Elektroden 7 und 8 besitzen eine Gleichstromeinspeisung und der elektrische Durchgang zwischen ihnen wird, da sie physikalisch voneinander getrennt sind, lediglich über das Schmelzbad geschaffen.
Die Einspeisung ist symmetrisch und so fließt der Strom in dem Bad in der gleichen Richtung, z.B. von der linken Walze 1 zu der rechten Walze 2. Die Stromstärke beträgt zwischen 1000 und 10 000 A. Das Magnetfeld und die Stromkomponenten, die eine parallele Richtung auf der Achse der Walzen besitzen, erzeugen ein Kraftfeld, das in einer Ebene im rechten Winkel zu den Abschnittwalzen liegt. Das beschriebene Betriebsschema ist auch in der Fig. 3 dargestellt.

Beispiel 2

Wie in Fig. 2 angeordnete Elektroden erzeugen asymmetrischen Gleichstrom von einer Walze zu der anderen, nämlich einen Strom, der, in dem Bad in der Nähe der einen Walze, von der linken Walze 1 zu der rechten Walze 2 und umgekehrt in die Nähe der anderen Platte fließt. Die vertikalen Magnetfelder an jeder Platte besitzen die gleiche Richtung und können je nach Anwendungsfall nach oben oder nach unten gerichtet sein. Hier liegt das resultierende Kraftfeld ebenfalls in einer Ebene im rechten Winkel zu den Walzenachsen.
Das Betriebsschema ist auch in Fig. 4 dargestellt. Jede einzelnde Elektrode kann auch durch ein aus mehreren, in Serie oder parallel miteinander verbundenen Elektroden gebildetes komplexes System ersetzt werden, so daß die Stromemission mit der Höhe variiert werden kann.

Beispiel 3

Wie in Fig. 5 (Ansicht des Inneren des Hohlraums, in dem das Metall gegossen wird) dargestellt, sieht die vorgeschlagene Erfindung einen Magneten 5 vor, der in horizontaler Richtung am längsten und an jeder Einschließungsplatte 6 angeordnet ist. Die Elektroden, die elektrisch voneinander isoliert sind, sind in der Form eines umgekehrten Dreiecks in den Rückhaltplatten installiert, wo sie in einer Matrix eines feuerfesten Materials festgelegt sind. Es gibt mindestens eine Elektrode 9, 10 und 11 an jeder Ecke des Dreiecks. Die Polarität der oberen Elektroden 9 und 10 ist gleich, während die in der unteren Position entgegengesetzt ist. Alle Elektroden stehen in Kontakt mit dem Schmelzbad.
Wie in Fig. 6 dargestellt, sind die Enden der Walzen 1 und 2 von dem Rand ihres Gehäuses zurückgesetzt, und formen somit Sitze, in denen die Polenden der Magneten 12 und 13 untergebracht sind. Die Polenden sind in solch einer Art und Weise hergestellt, daß ihr Abstand kontinuierlich von oben nach unten abnimmt. Des weiteren sind Platten aus einem ferromagnetischen Material 14, das den Magnetfeldpfad schließen kann und somit den Magnetspalt verkleinert, in die seitlichen Einschließungsplatten eingesetzt. Im Betrieb werden die zwischen den Polenden, die in die Sitze zwischen den Enden der Walzen und dem Gehäuse eingesetzt sind, generierten Feldlinien durch die in die Seitenplatten eingesetzten Platten aus ferromagnetischern Material erregt. Das Magnetfeld, das zwischen den Polenden 12 und 13 und der ferromagnetischen Platte 14 und dem Strom, dessen Richtung im wesentlichen parallel zu der des abgehenden erstarrten Metalls verläuft, geschlossen ist, erzeugt ein auf dem Platten-/Walzen- Übergangsprofil befindliches und zu dem flüssigen Metallbad gerichtetes Kraftfeld. In diesem Beispiel sind Vorkehrungen getroffen für ein Magnetfeld, das von dem rechten Polstück 13 zu dem linken 12 verläuft und für ein vertikales Stromprofil, das von dem oberen Elektrodenpaar 10 und 11 zu dem unteren abfällt. Bei dieser Konfiguration sind in dem Magnetspalt Felder zwischen 1000 und 5000 Gauss und in jeder oberen Elektrode Ströme zwischen 100 und 1000 A erforderlich.
Es ist auch möglich, das in den Platten aufgenommene obere Elektrodenpaar durch ein Elektrodenpaar zu ersetzen, das die gleiche Funktion besitzt, jedoch so nahe wie möglich zu der Oberfläche der Walzen in der Nähe der Platten in das Bad eintaucht.

Claims

1. Dünnkörper-Standgießmaschine in der ein Paar gegenläufiger Walzen (1, 2), deren Längsachsen parallel verlaufen, in einer gleichen horizontalen Ebene liegen und in einer Distanz größer als die Summe der Radien dieser Walzen voneinander beabstandet sind, wobei jede der Walzen eine zylindrische Außenfläche und zwei flache Enden in einem rechten Winkel zu den Walzenachsen besitzt, und ein Paar von Einschließungsplatten (6), die parallel zu den flachen Enden verlaufen und von diesen getrennt sind, einen Hohlraum begrenzen, in dem ein flüssiges Metall gegossen wird, und in der eine elektromagnetische Vorrichtung ein elektromagnetisches Kraftfeld generiert, dadurch gekennzeichnet, daß die elektromagnetische Vorrichtung (5, 7, 8, 9, 10, 11) im wesentlichen aus der Kombination von zumindest einem gleichstrombetriebenen Elektromagneten (5), der Pole (12, 13) besitzt, die zu dem Hohlraum, in dem flüssiges Metall gegossen wird, gerichtet sind, und zumindest zwei gleichstrombetriebenen Elektroden (7, 8, 9, 10, 11) besteht, die ebenfalls zu dem Hohlraum, in dem flüssiges Metall gegossen wird, weisen, wobei die Elektroden in die Einschließungsplatten eingesetzt sind und in Kontakt mit dem flüssigen Gießmetall stehen.

2. Gießmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das elektromagnetische Kraftfeld in einer Ebene liegt, die im rechten Winkel zu den Walzenachsen verläuft.

3. Gießmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das elektromagnetische Kraftfeld in einer vertikalen Ebene liegt, die nicht im rechten Winkel zu den Walzenachsen verläuft.

4. Gießmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektroden (7, 8) paarweise auf den Flächen von jeder der Platten (6) angeordnet sind, die zu dem Hohlraum, in dem flüssiges Metall gegossen wird, weisen, und eine langgestreckte Form besitzen, die in Richtung zu dem unteren Teil der entsprechenden Platte (6) hin konvergiert, und mit dem flüssigen Metall in Kontakt stehen.

5. Gießmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Pole (12, 13) des Elektromagneten (5), wenn dieser vertikal angeordnet ist, fast gleichmäßig von der freien Oberfläche des flüssigen Gießmetalls entfernt sind.

6. Gießmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest eine Elektrode (9, 10, 11) an jeder Ecke eines Dreiecks angeordnet ist, dessen Spitze nach unten weist.

7. Gießmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Polarität der Elektroden (10, 11), die an den oberen Ecken des Dreiecks angeordnet sind, gleich ist, während die Polarität der Elektroden (9) an der unteren Ecke entgegengesetzt zu der erstgenannten ist.

8. Gießmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest ein horizontal langestreckter Elektromagnet (5) an jeder der Platten (6) angeordnet ist, wobei sich die Distanz zwischen den Polen (12, 13) des Elektromagneten von oben nach unten verringert.