DE69323922T2

DE69323922T2 - Verfahren und Vorrichtung zum kontinuierlichen Giessen eines metallischen Bandes

Info

Publication number: DE69323922T2
Application number: DE69323922T
Authority: DE
Inventors: David Brian Love; John Dana Nauman; Karl Schwaha
Original assignee: Allegheny Ludlum Corp
Current assignee: Allegheny Ludlum Corp
Priority date: 1992-04-30
Filing date: 1993-04-08
Publication date: 1999-08-26
Anticipated expiration: 2013-04-09
Also published as: CZ287953B6; KR930021292A; CN1078183A; ATE177665T1; CA2094681A1; BR9301692A; AU665622B2; ES2132185T3; EP0568211A1; UA32530C2; US5293926A; US5484009A; CZ76093A3; GR3030063T3; RU2117547C1; ZA932811B; MX9302520A; CN1064870C; JPH0615413A; DE69323922D1

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

Diese Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zum direkten Gießen von Metallegierungen aus einer Metallschmelze in ein kontinuierliches Blech- oder Banderzeugnis. Insbesondere bezieht sie sich auf das Zuführen einer Metallschmelze von einem Austrittsende eines Gießgefäßes nächst dem oberen Punkt einer Gießwalzenfläche zur Bildung eines kontinuierlichen Bandes gewünschter Dicke.
Bei der herkömmlichen Erzeugung von Metallbändern können solche Verfahren die Schritte des Vergießens des Schmelzmetalls in eine Kokillen-, Barren- oder Brammenform umfassen, und weisen dann typischerweise eine oder mehr Stufen des Warmwalzens und Kaltwalzens auf, ebenso wie des Dekapierens bzw. Beizens und Glühhärtens in irgendeiner von verschiedenen Stufen des Prozesses, um die gewünschte endgültige Banddicke und -qualität zu erzeugen. Die Produktionskosten für kontinuierliche Bänder, insbesondere in Gießkalibrierungen, die im Bereich von 0,010 inch bis 0,160 inch (0,025 bis 0,40 cm) liegen, könnte durch Eliminieren einiger der Verarbeitungsschritte von herkömmlichen Verfahren reduziert werden. Das Gießband könnte herkömmlicherweise durch Kaltrollen, Dekapieren und Glühhärten zu verschiedenen Endkalibrierungen verarbeitet werden, die so dünn wie eine Folie, beispielsweise 0,001 bis 0,12 inch (0,025 bis 0,30 cm) sind.
Es gibt vielerlei Verfahren und Vorrichtungen, die für die Erzeugung eines direkt gegossenen Bandes bekannt sind.
Typischerweise sind derartige Verfahren solche, die ein Spritzen von Metallschmelze durch eine Dosieröffnung über einen Spalt auf eine sich schnell bewegende Abschreck- bzw. Aushärtungsfläche, beispielsweise eine Walze oder ein Endlosband, beinhalten; Verfahren, welche teilweise eine sich drehende Abschreckfläche in ein Schmelzmetallbecken eintauchen; Verfahren, welche horizontale Verbindungsbänder als Abschrecksubstrate verwenden, auf die die Metallschmelze zum Aushärten fließt; und Verfahren zum vertikalen Gießen mit Zwillingsgußwalzen mit einem dazwischenliegenden Schmelzmetallbecken. Das direkte Gießen von Metallen durch eine Öffnung ist lange für die kommerzielle Erzeugung eines Bands mit guter Qualität und Struktur versucht worden, aber mit wenig Erfolg bezüglich eines kristallinen Metallbandes.
In jüngerer Zeit sind andere Direktgießverfahren vorgeschlagen worden, aber nicht zu kommerziell anwendbaren Verfahren entwickelt worden. Beispielsweise wird ein Verfahren zum Erzeugen eines kaltgewalzten Bandes oder einer Lage aus nichtrostendem Austenitstahl unter Verwendung einer kontinuierlichen Gießeinrichtung vorgeschlagen, bei dem eine Formgießwand synchron mit dem gegossenen Band bewegt wird, worauf ein Kaltnachwalzen (skin pass rolling) erfolgt, wie in der US-A-5 045 124 offenbart ist. Ein weiteres Verfahren ist in einer internationalen Anmeldung mit der Nummer PCT/US88/04641, eingereicht am 29. Dezember 1988 und veröffentlicht am 10. August 1989, offenbart, in der ein Schmelzzug-Metallbandgießsystem (melt drag metal strip casting system) verwendet wird, wobei Metallschmelze von einem Gießgefäß auf eine einzelne Abschreckfläche gefördert wird, so daß das Band eine nichtverfestigte obere Fläche aufweist, die mit einer oberen Walze in Kontakt kommt, welche in einem Abstand beabstandet ist, der im wesentlichen gleich der Dicke des Bandes ist, und eine Temperatur aufweist, die die obere Fläche des gegossenen Metallstreifens nicht verfestigt. Eine spezifische Gießwanne bzw. ein Verteiler mit Strömungsumlenkeinrichtungen ist in einer internationalen Anmeldung Nr. PCT/US88/04643 mit gleichem Einreichungsdatum und veröffentlicht am 19. Oktober 1989, offenbart. Dasselbe Verfahren und dieselbe Vorrichtung sind auch in einer weiteren internationalen Anmeldung Nr. PCT/US90/01211, eingereicht am 14. März 1990 und veröffentlicht am 20. September 1990 offenbart, die aber des weiteren eine gerillte Abschreckfläche beschreibt.
Ein weiteres Verfahren ist zum direkten Gießen von Metallschmelze vom Austrittsende eines Gießgefäßes auf eine sich bewegende Gießfläche vorgesehen, um ein kontinuierliches Band kristallinen Metalls zu formen, wobei die Oberflächenspannung der Metallschmelze zum Formen der oberen, Rand- und unteren Flächen des gegossenen Bandes mit guter Oberflächenqualität, Kanten und Struktur verwendet wird. Es ist auch eine Vorrichtung vorgesehen, die ein Gießgefäß mit einem Aufnahmeende für Metallschmelze und einem Austrittsende umfaßt, von dem aus ein voll entwickelter, einheitlicher Strom von Metallschmelze durch einen U-förmigen Aufbau auf eine sich bewegende Gießfläche austritt. Durch die US-A-4 678 719 werden viele Probleme gelöst, die mit Direktgießverfahren und -vorrichtungen wie den oben beschriebenen aus dem Stand der Technik verbunden sind. Dieses Patent beschreibt ein Verfahren zum direkten Gießen einer Metallschmelze in ein kontinuierliches Band kristallinen Metalls, das umfaßt:
Steuern der Zuführung von Metallschmelze zu einem Gießgefäß zum Einspeisen der Metallschmelze von im wesentlichen einheitlicher bzw. gleichmäßiger Fließeigenschaft und Temperatur und mit einer freien Oberfläche von einem Austrittsende des Gefäße aus, nämlich im wesentlichen horizontal zu einer angrenzenden, nicht damit in Berührung stehenden Gießfläche,
Vorsehen des Gefäßes im Anschluß an eine Gießwalzenfläche und Aufrechterhalten des Pegels der Metallschmelze am Austrittsende des Gefäßes in Nähe des Scheitelpunkts der Gießwalze sowie Aufrechterhalten der Oberflächenspannung der oberen, unteren und seitlichen Bereiche der aus dem Gefäß austretenden Metallschmelze, und
Bewegen der Gießfläche im wesentlichen nach oben am Austrittsende vorbei, wobei die Gießfläche eine einzelne Fläche einer zylindrischen Walze umfaßt, die sich um ihre im wesentlichen horizontal ausgerichtete Längsachse dreht, um für eine Primärkühlung zur Verfestigung bzw. Erstarrung der Metallschmelze zu sorgen.
Es beschreibt auch eine Vorrichtung zum direkten Gießen von Metallschmelze in ein kontinuierliches Band kristallinen Metalls, das umfaßt:
eine bewegliche Gießfläche, umfassend eine einzelne Fläche einer um ihre im wesentlichen horizontal ausgerichtete Längsachse drehbaren Zylinderwalze, um eine Primär- Verfestigungskühlung der Metallschmelze herbeizuführen,
ein Gießgefäß mit einem im wesentlichen U-förmigen Austrittsende, das in etwa so breit wie das zu gießende Band ist und sich im wesentlichen horizontal dicht an der Gießwalzenfläche befindet,
eine Einrichtung zum Steuern bzw. Regeln der Zuführung von Metallschmelze zum Gießgefäß,
eine Einrichtung, um Fließeigenschaft und Temperatur der Metallschmelze am Austrittsende im wesentlichen gleichmäßig bzw. einheitlich zu halten, und um den Pegel der Metallschmelze nahe dem Scheitelpunkt der Gießwalze zu halten.
Das Patent US-A-4 715 428 beschreibt ein diesbezügliches Verfahren des Abkühlens der Metallschmelze am Austrittsende des Gefäßes durch Strahlung.
Was immer noch erforderlich ist, ist ein Verfahren und eine Vorrichtung, die in der kommerziellen Herstellung für das direkte Gießen eines Bandes nützlich ist, das bzw. die eine Oberflächenqualität bietet, die auf herkömmliche Weise erzeugten Bändern vergleichbar oder besser als diese ist. Ein solches Verfahren und ein solcher Apparat sollten in der Lage sein, ein Lagen- und Banderzeugnis mit einheitlicher Dicke und Flachheit herzustellen, das eine gleichmäßige obere und untere Fläche ohne Porosität in der Lage aufweist. Außerdem sollte das Verfahren und die Vorrichtung jegliche Beschädigung beim Handhaben des Bandes nach dem Lostrennen von der Gießfläche auf ein Minimum beschränken oder eliminieren, und zum Gießen eines kontinuierlichen Bandes in Kalibrierungen zwischen 0,010 und 0,160 inch (0,025 bis 0,40 cm) geeignet sein. Das direkt gegossene Band sollte eine gute Oberflächenqualität, Kanten, Struktur und Eigenschaften aufweisen, die mindestens ebenso gut wie bei einem herkömmlich gegossenen Band sind und zum Gießen von unlegierten Stählen und nichtrostenden Stählen geeignet sind.
Durch die Erfindung wird ein Verfahren zum direkten Gießen von Metallschmelze in ein kontinuierliches Band gemäß Anspruch 1 bereitgestellt.
Durch die Erfindung wird auch eine Vorrichtung zum direkten Gießen einer Metallschmelze in ein kontinuierliches Band kristallinen Metalls gemäß Anspruch 15 bereitgestellt.
Es ist auch eine Vorrichtung zum direkten Gießen von Metallschmelze in ein fortlaufendes Band kristallinen Materials vorgesehen, welche eine bewegliche Gießfläche, ein Gießgefäß, Mittel zum Steuern der Zuführung von Metallschmelze zum Gießgefäß, Mittel zum Lostrennen des gegossenen Bandes in halbverfestigter Form von der Gießwalze sowie Mittel zum Transport des losgelösten, halbverfestigten Bandes zum Abschluß der Verfestigung des Bandes umfaßt. Die Gießfläche weist eine einzige Oberfläche einer um ihre im wesentlichen horizontal ausgerichteten Längsachse drehbaren Zylinderwalze auf, um für eine Primärabkühlung der Metallschmelze zu sorgen. Das Ausgangsende des Gießgefäßes ist in etwa ebenso breit wie das zu gießende Band und ist in allernächster Nähe der Gießfläche plaziert, so daß sich der Metallschmelzepegel am Ausgang nächst dem Scheitel der Gießwalzenfläche befindet. Die Vorrichtung umfaßt ein Mittel, um das Fließen und die Temperatur von Metallschmelze am Austrittsende im wesentlichen einheitlich bzw. gleichmäßig aufrechtzuerhalten. Eine Einrichtung zum Lostrennen des Gießstreifens in halbverfestigter Form in im wesentlichen horizontaler Richtung ist nächst dem Scheitel der Gießwalze vorgesehen, ebenso wie ein Mittel zum Bereitstellen einer Sekundärkühlung des losgelösten Bandes, um die Verfestigung bzw. Erstarrung abzuschließen. Es ist auch eine Einrichtung zum Transport des Bandes im wesentlichen in horizontaler Richtung von der Trenneinrichtung während der vollständigen Verfestigung des Bandes vorgesehen.

KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG

Fig. 1 ist eine schematische Darstellung einer Bandgießvorrichtung der vorliegenden Erfindung.

GENAUE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN

Die Figur stellt allgemein ein Gießgefäß 18 zum direkten Gießen von Metallschmelze auf eine Gießfläche 24 dar, um ein kontinuierliches Erzeugnis in Band- oder Lagenform 30 zu erzeugen. Ein Schmelzmetall 22 wird von einem Gefäß (nicht dargestellt) einem Gießgefäß 18 über eine Düse 20, vorzugsweise eine versenkte Eingangsdüse (SEN), zugeführt. Stopfenstangen oder Schieberverschlußmechanismen (nicht dargestellt) oder andere geeignete Mittel können die Strömung der Metallschmelze zum Gießgefäß 18 beispielsweise durch eine Ausgußrinne oder Düse 20 steuern. Das Gießgefäß 18 ist im wesentlichen horizontal dargestellt, und hat ein Aufnahmeende und ein Austrittsende, das in unmittelbarer Nähe zur Gießfläche 24 angeordnet ist.
Die Zuführung von Metallschmelze 22 zum Gießgefäß 18 kann beispielsweise durch jegliche geeignete, herkömmliche Verfahren und Vorrichtungen von Gießgefäßen, Verteilern oder Metallschmelze-Pumpen durchgeführt werden.
Die Gießfläche 24 kann eine einzelne Gießwalze oder eine aus Zwillingsgießwalzen bzw. -rollen bestehende sein. Die Zusammensetzung der Gießfläche mag zwar entscheidend für das zu gießende Metallband sein, sie bildet jedoch nicht Teil der vorliegenden Erfindung, obwohl manche Flächen bessere Resultate zeigen als andere. Das Verfahren und die Vorrichtung der vorliegenden Erfindung sind erfolgreich mit Gießflächen aus Kupfer, unlegiertem Stahl und nichtrostendem Stahl eingesetzt worden. Die Gießfläche umfaßt eine einzige Fläche aus einer zylindrischen Rolle bzw. Walze, die sich um ihre im wesentlichen horizontal ausgerichtete Längsachse dreht.
Es ist von Bedeutung, daß die Gießfläche mit gesteuerten Geschwindigkeiten am Gießgefäß vorbeibewegt werden kann und erwünschte Abschreckraten bereitstellen kann, um genügend Wärme zu extrahieren, damit eine Primärverfestigung der Metallschmelze in Bandform eingeleitet wird. Die Gießfläche 24 ist am Gießgefäß 18 mit Geschwindigkeiten vorbeibeweglich, die zwischen 20 und 500 Fuß pro Minute (6 bis 152,4 m/min) liegen können, vorzugsweise 50 bis 300 Fuß pro Minute (15,2 bis 91,4 m/min), was für die kommerzielle Herstellung kristallinen Metalls geeignet ist. Die tatsächliche Gießgeschwindigkeit spielt eine wichtige Rolle in der Banddicke und muß mit anderen Faktoren der vorliegenden Erfindung in Einklang gebracht werden. Die Gießfläche 24 sollte ausreichend gekühlt sein, um für eine Abschreckung der Metallschmelze zu sorgen, damit genügend Wärme aus der Metallschmelze extrahiert wird, um eine Verfestigung des Bandes in kristalline Form zu beginnen. Die durch die Gießfläche 24 gelieferten Abschreckraten betragen weniger als 10.000ºC pro sek und typischerweise weniger als 2.000ºC pro sek. Solche lokalen Kühlraten sind aus Dendritenarmmessungen in der Gießband-Mikrostruktur geschätzt worden. Die Kühlungsraten ändern sich zwar über die Banddicke hinweg, eine Gesamt- oder Durchschnitts-Kühlungsrate kann aber in der Größenordnung von 2000ºC/sek oder weniger liegen.
Ein wichtiger Aspekt der Gießfläche ist, daß sie eine im wesentlichen nach oben am Austrittsende des Gießgefäßes 18 vorbei gerichtete Bewegungsrichtung aufweist, und eine freie Fläche im Metallschmelzebecken am Austrittsende. Die freie Fläche des Metallschmelzebeckens am Austrittsende ist nötig, um eine gute Oberflächenqualität des Gießbandes zu entwickeln. Unter "frei" versteht man, daß die obere Fläche der Metallschmelze strukturmäßig nicht begrenzt ist, d. h. nicht in Kontakt mit der Gefäßstruktur, Walzen o. dgl. ist, und frei, um sich am Austrittsende des Gießgefäßes 18 auf ihr eigenes Niveau einzustellen.
Ein weiteres wichtiges Merkmal besteht darin, daß das Gießgefäß 18 nächst der Gießwalze 24 gelegen ist, so daß die innenseitige Bodenfläche 27 des Gießgefäßes 18 im wesentlichen horizontal und unterhalb des Scheitelpunkts der Gießwalze liegt. Durch ein derartiges Anordnen des Gießgefäßes in unmittelbarer Nähe nächst der Position im oberen Quadranten der Gießwalze befindet sich die freie Fläche des Metallschmelzebads am Austrittsende des Gießgefäßes 18 nächst dem Scheitelpunkt der Gießwalze. Unter "nächst" ist zu verstehen, daß sich der Badpegel am Austrittsende des Gefäßes 18 geringfügig unterhalb oder geringfügig oberhalb des Scheitelpunkts der Gießwalze oder an diesem befinden kann. Es hat sich herausgestellt, daß dies wesentlich ist, um eine einheitliche Dicke, Güte, Porositätsfreiheit und Flachheit ebenso wie eine gleichmäßige Oberfläche des kontinuierlich gegossenen Banderzeugnisses zu liefern.
Das Gießgefäß 18 kann verschiedene Formen annehmen, das Austrittsende sollte jedoch im wesentlichen U-förmig mit einem Boden, zwei (2) Seiten und einer Breite sein, welche annähernd die Breite des zu gießenden Bandes aufweist. Das Gießgefäß 18 kann Dämme, Wehre bzw. Überläufe oder Ablenkbleche 39 aufweisen, wie Fig. 1 zeigt, um die Strömung der Metallschmelze 22 zu dämpfen und zu drosseln, um eine einheitliche, voll entwickelte Strömung am Austrittsende des Gießgefäßes 18 zu ermöglichen. Vorzugsweise ist das Austrittsende des Gefäßes 18 relativ seicht im Vergleich zum Eintrittsende 25 des Gefäßes 18. Es hat sich herausgestellt, daß ein relativ tiefes Eintrittsende 25 eine gleichmäßige, im wesentlichen einheitliche Strömung der Metallschmelze über die innenseitigen Flächen 27 und auf die Gießfläche ermöglicht. Wie im US-Patent 4 678 719 beschrieben ist, weist die Metallschmelze am Austrittsende eine Oberflächenspannung auf, und die das Gefäß verlassende Metallschmelze weist eine Randflächenspannung auf, welche zum Teil die Oberseite bzw. die Kanten des gegossenen Bandes 28 formen. Die Bodenfläche wird aus der Oberflächenspannung meniskusförmig zwischen der innenseitigen Unterfläche der im allgemeinen U-förmigen Struktur und der Gießfläche 24 geformt.
Ein wichtiges Merkmal der Erfindung ist eine im wesentlichen einheitliche Temperatur der Metallschmelze am Austrittsende des Gefäßes 18. Die Einheitlichkeit der Temperatur kann durch geeignete Vorerwärmung und Isolierung zusammen mit der Entwicklung einer einheitlichen Strömung erzielt werden. Wahlweise kann ein Mittel zum Erwärmen 38, beispielsweise Heizelemente und dgl., am Austrittsende des Gefäßes 18 vorgesehen sein.
Ein weiteres Merkmal des Verfahrens und der Vorrichtung der vorliegenden Erfindung ist die im wesentlichen horizontal erfolgende Lostrennung des Gießbandes von nahe dem Scheitelpunkt der Gießwalzenfläche 24, während das Band 28 im wesentlichen halb verfestigt bzw. erstarrt ist, d. h., eine nicht erstarrte Oberfläche aufweist. Gemäß Fig. 1 ist eine Trenneinrichtung 32 nächst dem Scheitelpunkt der Gießwalze 24 im wesentlichen horizontal angeordnet, während die Gießfläche sich im wesentlichen am Austrittsende des Gießgefäßes 18 vorbei aufwärtsbewegt. Eine solche Trenneinrichtung 32 kann herkömmliche Formen annehmen, beispielsweise eine Rakel oder ein Luftstrahlabstreifer, um das Loslösen des Bandes von der Gießfläche zu ermöglichen und die Kontaktzeit mit der Gießwalze zu minimieren. Dabei ist es wichtig, daß die Trenneinrichtung 32 großteils oder in ihrer Gesamtheit im wesentlichen horizontal ist, um einen Handhabungsschaden bei der Lostrennung des Bandes auf ein Minimum zu reduzieren, da sich dieses in halberstarrter Form befindet, d. h. eine nicht verfestigte obere Fläche mit einer beginnenden Verfestigung der unteren Fläche aufgrund des Kontakts mit der Gießwalze aufweist. Es hat sich herausgestellt, daß, wenn die Trenneinrichtung nicht im wesentlichen horizontal ist, bei der nicht verfestigten oberen Fläche des halb verfestigten Gießstreifens eine Tendenz besteht, mit einer zur gesamten Bandgeschwindigkeit unterschiedlichen Geschwindigkeit zu strömen. So kann z. B. eine Lostrennung nach unten ergeben, daß die nicht erstarrte obere Fläche schneller nach unten strömt als der gesamte Streifen. Dieser Zustand kann eine angemessene, aber sicherlich weniger gute Oberflächenqualität des Streifens bei vollständiger Erstarrung ergeben. Eine Lostrennung nach oben kann eine ähnlich minderwertige Qualität aus gegenteiligen Gründen ergeben.
Es ist ermittelt worden, daß die Lostrennung des Bandes innerhalb 20º vom Scheitelpunkt der Gießwalze stattfinden sollte, vorzugsweise innerhalb 15º und am günstigstens zwischen 10 und 15º vom Scheitelpunkt. Außerdem erfolgt die Lostrennung vorzugsweise auf der stromabwärtigen Seite des Scheitelpunkts der Gießwalze. Eine Handhabung des halberstarrten Bandes gemäß der vorliegenden Erfindung vermeidet eine ernsthafte Beschädigung des Banderzeugnisses aufgrund der inhärenten Schwäche gegenüber Zugbeanspruchung des halberstarrten Bandes. Durch die horizontale Lostrennung wird die Massenanziehung bzw. der Gravitationszug (gravitational pull) auf ein Minimum beschränkt, was andernfalls bewirken würde, daß das Band unter seinem eigenen Gewicht auseinanderfällt, während es sich vom Scheitelpunkt der Gießwalze nach unten bewegt.
In Kombination mit der Lostrennung des halberstarrten Gießbandes von einer Gießfläche sieht das Verfahren vorzugsweise einen im wesentlichen horizontalen Transport des halberstarrten Bandes vor. Die Verfestigung wird nach dem Abzug von der Gießfläche 24 und während des Transport über die Trenneinrichtung 32 und die Transporteinrichtung 34 abgeschlossen. Typischerweise ist die Transporteinrichtung 34 auf die Trenneinrichtung 32 ausgerichtet oder mit dieser einstückig. Eine allgemeine Anforderung an die Transporteinrichtung 34 ist, daß sie eine nur geringe oder keine Reibung auf das transportierte Gießband ausübt. Idealerweise würden in der Ebene des Bandes während der Verfestigung keine Nettokräfte auf das halberstarrte Band einwirken. In der Praxis kommt es wahrscheinlich zu geringfügigen Zug- oder Druckkräften bei der Handhabung des Bandes auf der Transporteinrichtung 34. Die Größe der Kraft, falls vorhanden, konnte nicht gemessen werden. Bei der vorliegenden Erfindung wird zwar davon ausgegangen, daß im wesentlichen keine Nettokräfte auf das halberstarrte Gießband einwirken, geringfügige Zug- oder Druckkraftbeträge können jedoch je nach der gegossenen Legierungszusammensetzung angewandt werden. Bei dem bevorzugten Transport des halberstarrten Bandes, der im wesentlichen horizontal mit geringer oder keiner Reibung stattfindet, wird ein verfestigtes Band mit guter Oberflächenqualität erzeugt.
Wahlweise würde die Synchronisierung einer stromabseitigen Klemmrolle bzw. Abziehrolle (nicht dargestellt) auf das verfestigte Band ausreichen, um ein stromaufseitiges Ziehen oder Zerreißen des halberstarrten Bandes aufgrund der Gravitationskräfte zu vermeiden, falls das Band sich nach unten bewegt.
Es ist auch ein Mittel für Sekundärkühlung des kontinuierlich gegossenen, halberstarrten Bandes nach dessen Lostrennung von der Gießfläche vorgesehen. In einer Ausführungsform wird das halberstarrte Band durch eine geeignete gasförmige Atmosphäre oberhalb der Metallschmelze am Austrittsende des Gefäßes 18, oberhalb der Trenneinrichtung 32 und der Transporteinrichtung 34 abgekühlt. Die Atmosphäre kann je nach Wunsch inert, reduzierend oder oxidierend sein.
In einer anderen Ausführungsform kann Strahlkühlung oberhalb der nicht erstarrten oberen Bandfläche verwendet werden, um einen Wärmeabzug zu erleichtern. Eine solche Strahlkühlung könnte unter Verwendung eines Paneels von Kühlungsrohren (nicht dargestellt) in Kombination mit der gasförmigen Atmosphäre angewandt werden.
In einer weiteren Ausführungsform kann eine Sekundärkühlung durch Inkontaktbringen der oberen, nicht erstarrten Fläche des abgezogenen halberstarrten Bandes mit einer Drehwalze 36 oberhalb des Bandes bereitgestellt werden. Vorzugsweise wäre dabei die Walze 36 so breit wie das gegossene Band. Zusätzliche Vorteile einer solchen Walze 36 bestehen darin, bei der Schaffung einer glatten oberen Fläche des verfestigten Bandes und bei der Regelung der Gesamtdicke und der Dicke von Kante zu Kante des Bandes zu helfen. Es ist vorgesehen, daß irgendeines oder mehr als eines der Sekundärkühlungsmittel in Kombination angewandt werden können.
Das Verfahren und die Vorrichtung der vorliegenden Erfindung können auch Mittel zum Aufrechterhalten einer (einheitlichen) Atmosphäre, Temperatur und Zusammensetzung am Austrittsende des Gießgefäßes in Nähe der Gießfläche umfassen, um die Verfestigung bzw. Erstarrung zu steuern. Insbesondere kann die Vorrichtung ein Gehäusemittel 40 umfassen, innerhalb dem die bewegliche Gießfläche 24, daß Gießgefäß 18 und Mittel zum Zuführen von Metallschmelze zum Gießgefäß, z. B. eine Düse 20, vorgesehen sind. Der Hauptzweck eines solchen Gehäuses besteht darin, die das Schmelzmetall 22 im Gießgefäß 18 umgebende Atmosphäre und Temperaturen zu regeln, ebenso wie die nichtverfestigte obere Fläche des Gießbandes 28. Je nach den gerade gegossenen Legierungen oder Metallen kann es wünschenswert sein, inerte Atmosphären, z. B. eine Argonatmosphäre, in Nähe der Metallschmelze vorzusehen. Außerdem kann durch angemessene Isolierung oder Abkühlung des Gehäuses 40 die Temperatur der Atmosphäre den Gesamtwärmeabzug und die Verfestigung des Bandes 30 beeinflussen. Das Gehäuse kann auch in Nähe der Metallschmelze-Oberflächen gelegen sein, um beispielsweise eine Oxidierung und Verfestigung zu steuern.
Obwohl nicht die Absicht besteht, durch eine Theorie gebunden zu sein, scheint es, daß die Verfestigung bzw. Erstarrung der Metallschmelze beim Austritt aus dem Austrittsende des Gießgefäßes 18 mit dem Kontakt der Metallschmelze mit der Gießfläche 24 beginnt, wenn sie den Boden bzw. die Unterseite der im wesentlichen U-förmigen Öffnung des Austrittsendes des Gießgefäßes 18 verläßt. Die Gießfläche liefert eine Primärkühlung des unteren Abschnitts oder Bodenabschnitts der am Austrittsende des Gießgefäßes 18 auf die Gießfläche treffenden Metallschmelze. Die Dicke des Bandes wird durch Einstellen und Steuern des Niveaus bzw. Pegels der aus dem Austrittsende des Gießgefäßes 18 austretenden Metallschmelze 22 gebildet. Es wird davon ausgegangen, daß ein solcher Pool von Metallschmelze einen Teil der Banddicke bildet, wobei ein Abschnitt bzw. Teil der Banddicke aus der gegen die Gießfläche 24 verfestigten Metallschmelze resultiert. Die Gießgeschwindigkeit und Tiefe des Metall-Pools sind gemeinsam von Bedeutung bei der Bestimmung der Verweilzeit des Metalls auf der Gießfläche und der resultierenden Banddicke. Eine größere Dicke kann durch Anheben des Metallschmelzepegels am Austrittsende des Gefäßes 18 oder durch Verlangsamen der Gießgeschwindigkeit erzielt werden. Je nach der Dicke des zu gießenden Bandes wird der Betrag bzw. die Größe der sich auf der Gießfläche bzw. nach der Lostrennung verfestigenden Banddicke variieren. Für ein dünneres Band, beispielsweise weniger als 0,050 inch (0,127 cm) geht man davon aus, daß die nicht erstarrte obere Fläche des halberstarrten Bandes nicht 30% der gesamten Banddicke überschreiten soll. Für ein dickeres Band ist der Anteil der nicht erstarrten oberen Fläche eher höher, beispielsweise bis zu 50% der gesamten Banddicke. Der Anteil nicht erstarrter Schmelze an der Dicke scheint in der Praxis von den Fähigkeiten des Bearbeitungssystems abzuhängen, z. B. von der Trenneinrichtung 32 und der Transporteinrichtung 34, und den Legierungs- und Schmelztemperaturen im Zusammenhang mit dem gerade gegossenen Band.
Es scheint, daß die Kombination der Gießgeschwindigkeit, des Gießens angrenzend an die Walze, des Beibehaltens der freien Fläche des Metallschmelzepegels nächst dem Scheitelpunkt der Walze, der im wesentlichen horizontalen Lostrennung des halberstarrten Bandes von nahe dem Scheitelpunkt der Gießwalze und des im wesentlichen horizontalen Transports des Bandes zur einheitlichen Dicke und Ebenheit des erzeugten Bandes ebenso wie zur guten Oberflächenqualität und Gesamtdicke beiträgt. Die geregelte Verweilzeit des gegossenen Bandes auf der Gießwalze sorgt für eine einheitlichere Gesamtabkühlung des Bandes über seine gesamte Dicke hinweg, während sie eine anfängliche Erstarrung bzw. Verfestigung der unteren Bandfläche vorsieht, um der Metallschmelze eine gewisse strukturelle Integrität als Bandform zu verleihen.
Das Verfahren der vorliegenden Erfindung ist zwar zum Betrieb mit Gießwalzenflächen verschiedener Größen gedacht, es hat sich jedoch herausgestellt, daß eine Gießwalze von relativ kleinem Durchmesser, wenn sie mit den anderen Merkmalen der vorliegenden Erfindung angewandt wird, gut arbeitet. Eine solche kleine Gießwalze kann einen Durchmesser in der Größenordnung von weniger als 24 inch aufweisen. Bei einer solchen Walze kleinen Durchmessers, wenn sie in Kombination mit anderen Merkmalen der vorliegenden Erfindung angewandt wird, ergibt sich eine kontrollierte, aber minimale Verweilzeit des gegossenen Bandes auf der Walze. Es gibt praktische Gründe, um die Verweilzeit auf der Gießfläche zu steuern bzw. zu kontrollieren. Kürzere Verweilzeiten minimieren Qualitätsprobleme der Bodenfläche des Bandes, die beispielsweise durch eingeschlossene Gase oder andere Gründe verursacht werden können. Die Anwendung einer Walze, die so klein wie möglich ist, hat auch praktische Vorteile. Beispielsweise ist das gegossene Band wegen der Tangentialwinkel leichter von der Gießfläche loszutrennen. Das Austrittsende des Gefäßes 18 kann leichter an die Form der Gießfläche angepaßt werden. Außerdem werden die unterschiedlichen Wärmedehnungen der Gießfläche und des Gefäßes auf ein Minimum reduziert.

Claims

1. Verfahren zum direkten Gießen einer Metallschmelze in ein kontinuierliches Band kristallinen Metalls, umfassend:

Steuern der Zuführung von Metallschmelze zu einem Gießgefäß (18) zum Einspeisen der Metallschmelze (22) von im wesentlichen einheitlicher bzw. gleichmäßiger Fließeigenschaft und Temperatur und mit einer freien Oberfläche von einem Austrittsende des Gefäßes aus, nämlich im wesentlichen horizontal zu einer angrenzenden, nicht damit in Berührung stehenden Gießfläche (24),

Vorsehen des Gefäßes (18) im Anschluß an eine Gießwalzenfläche (24) und Aufrechterhalten des Pegels der Metallschmelze (22) am Austrittsende des Gefäßes in Nähe des Scheitelpunkts der Gießwalze sowie Aufrechterhalten der Oberflächenspannung der oberen, unteren und seitlichen Bereiche der aus dem Gefäß austretenden Metallschmelze, und

Bewegen der Gießfläche (24) im wesentlichen nach oben am Austrittsende vorbei, wobei die Gießfläche eine einzelne Fläche einer zylindrischen Walze umfaßt, die sich um ihre im wesentlichen horizontal ausgerichtete Längsachse dreht, um für eine Primärkühlung zur Verfestigung bzw. Erstarrung der Metallschmelze zu sorgen,

gekennzeichnet durch

Lostrennen des gegossenen Bandes (28) im wesentlichen horizontal von nahe dem Scheitelpunkt der Gießwalzenfläche (24) aus, während das Band (28) halb verfestigt bzw. erstarrt ist und eine nicht-feste Oberfläche aufweist, und

Vorsehen einer Sekundärkühlung des kontinuierlich gegossenen Bandes zur Verfestigung des Bandes, nachdem es von der Gießfläche abgezogen wurde.

2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Lostrennen des Bandes im wesentlichen horizontal innerhalb eines Bereichs von bis zu 20 Grad vom Scheitelpunkt der Gießwalze erfolgt.

3. Verfahren nach Anspruch 2, wobei die Lostrennung stromabseits des Scheitelpunkts der Gießwalze erfolgt.

4. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die kombinierte Wirkung der Primär- und der Sekundärkühlung eine Gesamtrate von weniger als 2.000ºC/s ergibt.

5. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Vorsehen der Sekundärkühlung in Form einer gasförmigen Atmosphäre erfolgt.

6. Verfahren nach Anspruch 5, wobei die Atmosphäre inert bzw. reaktionsarm ist.

7. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Sekundärkühlung durch Kontaktieren der oberen Fläche des losgetrennten Bandes (28) mit einer rotierenden Walze (36) erfolgt, die mindestens so breit ist wie das gegossene Band.

8. Verfahren nach Anspruch 1, einen im wesentlichen horizontalen Transport des halbverfestigten gegossenen Bandes nach dem Abzug von der Gießwalze während des Ablaufs der Verfestigung umfassend.

9. Verfahren nach Anspruch 1, einen Transport des halbverfestigten Bandes (28) im wesentlichen ohne in der Ebene des Bandes auftretende Nettowirkkräfte (net force) umfassend.

10. Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Transport des halbverfestigten, gegossenen Bandes (28) mit nur geringfügigen Spannungskräften in der Ebene des Bandes erfolgt.

11. Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Transport des halbverfestigten gegossenen Bandes (28) mit nur geringfügigen Kompressionskräften in der Ebene des Bandes erfolgt.

12. Verfahren nach Anspruch 1, ein Erwärmen des Austrittsendes des Gießgefäßes (18) zu dem Zweck umfassend, die Temperatur des geschmolzenen Metalls im wesentlichen gleichmäßig über seiner Liquidustemperatur zu halten.

13. Verfahren nach Anspruch 1, ein Aufrechterhalten der Temperatur und der Zusammensetzung der Atmosphäre am Austrittsende des Gefäßes im Anschluß an die Gießwalze zur Steuerung der Verfestigung umfassend.

14. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das gegossene Band (28) im wesentlichen horizontal von der Gießwalze (24) wegtransportiert wird, entweder ohne Nettowirkkräfte oder mit nur geringfügigen Spannungs- oder Kompressionskräften in der Ebene des Bandes während der weiteren Verfestigung.

15. Vorrichtung zum direkten Gießen von Metallschmelze in ein kontinuierliches Band kristallinen Metalls, umfassend:

eine bewegliche Gießfläche (24), umfassend eine einzelne Fläche (24) einer um ihre im wesentlichen horizontal ausgerichtete Längsachse drehbaren Zylinderwalze, um eine Primär-Verfestigungskühlung der Metallschmelze (22) herbeizuführen,

ein Gießgefäß (18) mit einem im wesentlichen U-förmigen Austrittsende, das in etwa so breit wie das zu gießende Band ist und sich im wesentlichen horizontal dicht an der Gießwalzenfläche befindet,

eine Einrichtung zum Steuern bzw. Regeln der Einspeisung von Metallschmelze in das Gießgefäß (18),

eine Einrichtung (38, 39), um Fließeigenschaft und Temperatur der Metallschmelze (22) am Austrittsende im wesentlichen gleichmäßig bzw. einheitlich zu halten, und um den Pegel der Metallschmelze nahe dem Scheitelpunkt der Gießwalze zu halten,

dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung des weiteren umfaßt:

eine Einrichtung (32) zum Lostrennen eines halbverfestigten, gegossenen Bandes (28) mit einer nicht- festen Oberfläche im wesentlichen horizontal von nahe dem Scheitelpunkt der Gießwalzenoberfläche (24) aus, während sich die Gießfläche im wesentlichen nach oben am Austrittsende des Gießgefäßes (18) vorbei bewegt,

eine Einrichtung (36) zum Herbeiführen einer Sekundärkühlung des abgezogenen, halbverfestigten, gegossenen Bands (28) zur vollständigen Verfestigung, und

eine Einrichtung (34) zum Transportieren des abgezogenen, halbverfestigten Bandes (28) von der Trenneinrichtung (32) im Laufe der Bandverfestigung.

16. Vorrichtung nach Anspruch 15, wobei die Gießwalze (24) einen Durchmesser von weniger als 61 cm (24 Inch) aufweist.

17. Vorrichtung nach Anspruch 15, wobei die Gießwalze (24) einen Durchmesser von weniger als 30,5 cm (12 Inch) aufweist.

18. Vorrichtung nach Anspruch 15, wobei die Sekundärkühlungseinrichtung ein der Trenneinrichtung (32) nachgeschaltetes, umlaufendes Rad (36) aufweist, um die obere Fläche des losgetrennten Bandes zu berühren.

19. Vorrichtung nach Anspruch 15, wobei die Sekundärkühlungseinrichtung eine Einrichtung zum Bereitstellen einer gasförmigen Atmosphäre aufweist.

20. Vorrichtung nach Anspruch 15, wobei die Einrichtung (34) zum Transportieren des halbverfestigten Bandes (28) im wesentlichen horizontal ist.

21. Vorrichtung nach Anspruch 15, wobei das Austrittsende des Gießgefäßes (18) seichter ist als das Eintrittsende (25) des Gefäßes.

22. Vorrichtung nach Anspruch 20 mit einer Einrichtung (38) zum Erwärmen des Austrittsendes des Gießgefäßes (18),

wobei sich die Einrichtung zum Lostrennen des halbverfestigten, gegossenen Bandes innerhalb von 20 Grad vom Scheitelpunkt der Gießwalzenfläche (24) befindet, und

wobei die Einrichtung (34) zum Transportieren des abgezogenen, halbverfestigten Bandes (38) derart angeordnet ist, daß der Transport horizontal entweder ohne Nettowirkkräfte oder mit nur geringfügigen Spannungskräften in der Ebene des Bandes im Verlauf der Bandverfestigung erfolgt.