DE69515225T2

DE69515225T2 - Verfahren und Einrichtung zur Korrektion der Bombierung der Stranggiesswalzen für Metallband

Info

Publication number: DE69515225T2
Application number: DE69515225T
Authority: DE
Inventors: Jacques Charpentier; Marcel Cortes
Original assignee: Pechiney Rhenalu SAS
Current assignee: Constellium Issoire SAS
Priority date: 1994-07-29
Filing date: 1995-07-26
Publication date: 2000-08-10
Anticipated expiration: 2015-07-27
Also published as: FR2723014A1; EP0694356B1; NO952681L; US5642772A; JPH0857598A; KR960003855A; TW282426B; MY113719A; NO952681D0; KR100200984B1; NO310396B1; EP0694356A1; FR2723014B1; DE69515225D1; ATE189982T1; BR9503511A; CZ290735B6; CZ195795A3; RU2138362C1

Description

TECHNISCHES GEBIET

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Einrichtung zur Korrektur der thermischen Bombierung (oder Unrundheit), die auf Stranggießwalzen zur Herstellung von Metallband entsteht.

STAND DER TECHNIK

Eine Stranggießmaschine zur Herstellung von Metallband enthält in der Regel zwei identische einander gegenüberliegende Walzen, die durch einen der Dicke des herzustellenden Metallbandes entsprechenden Raum getrennt sind und sich gegenläufig drehen.
Das flüssige Metall wird auf einer Seite des Raums zugeführt, während das Band auf der anderen Seite in seiner Nenndicke austritt.
Mit einer solchen Vorrichtung lassen sich Bänder von einigen Zentimetern Dicke bis einigen Millimetern oder weniger herstellen.
In Fig. 1 (Längsschnitt) und Fig. 2 (Querschnitt) ist der allgemeine Aufbau einer Walze dargestellt.
Sie umfaßt in (1) einen Walzenkörper (Mittelteil), welcher von einem Ring (2) umgeben ist, der das schmelzflüssige Metall aufnimmt und zum Walzen des Bandes dient. Es ist daher notwendig, das Ganze zu kühlen.
Die Kühlung erfolgt im allgemeinen mit Hilfe einer Kühlflüssigkeit (in der Regel Wasser), die in mindestens einem Kühlkreis im Innern des Walzenkörpes (1) strömt.
Dieser Kühlkreis umfaßt mindestens ein Kaltwasserzuleitungsloch (3) in Form eines in den Walzenkörper (1) parallel zu seiner Achse gebohrten Rohrs, das mit einem seiner Enden nach außen führt, während das andere verschlossen ist, und zum Ring (2) über dessen gesamte Breite rechtwinklig verläuft.
Eine Vielzahl von Rohren kleineren Durchmessers (4) verbindet jedes Zuleitungsloch (3) mit einer Verteilungsleitung (5), einer Art Rille, die unter dem Ring (2) liegt und zum Zuleitungsrohr (3) im wesentlichen parallel verläuft; jede Leitung versorgt eine eigentliche Kühlvorrichtung mit Wasser, welche Kühlvorrichtung ein Netz kleiner Kanäle (6) umfaßt, die an der Randfläche des Walzenkörpers (1) ausgebildet sind und in einer Querebene unter dem Ring liegen; dort wird das Wasser geführt, das mit dem Ring in Wärmekontakt kommt und seine Kühlung sicherstellt.
Nach Erwärmung des Wassers wird dieses mit einer gleichen Vorrichtung wie die für die Versorgung abtransportiert. Sie umfaßt (siehe unteren Teil von Fig. 1 und Fig. 2) eine Entsorgungsleitung (7) für warmes Wasser und eine Vielzahl von Rohren kleinen Durchmessers (8) zur Verbindung der Leitung mit dem Entsorgungsrohr (9).
Ein Walzenkörper enthält gewöhnlich zwei oder drei oder vier Wasserversorgungskreisläufe und ebenso viele Entsorgungskreisläufe, die durch die Kanäle (6) der Kühlvorrichtung miteinander verbunden sind. Die Anordnung der Kalt- und Warmwasserkreisläufe zueinander ist insbesondere in Fig. 2 gut sichtbar, in der ein Fall mit zwei Kreisläufen dargestellt ist. Man sieht dort ihre Verbindung und ihre abwechselnde und um 90º gegeneinander versetzte Anordnung. Die Pfeile verdeutlichen dabei die Strömungsrichtung des Wassers. Bei drei oder vier Kreisläufen beträgt die Versetzung 60º bzw. 45º.
Kaltwasser, das in eine der Verteilungsleitungen (5) eintritt, verteilt sich somit dann in den beiderseits der Leitung (5) angeordneten Kühlkanälen (6), erwärmt sich und wird von den Kanälen (7), welche somit Wasser aus zwei beidseitig angeordneten Verteilungsleitungen (5) sammeln, abtransportiert.
Eine Kühlvorrichtung dieser Art ist in der Patentschrift FR-A-2 217 098 beschrieben. Sie zeigt eine Walze mit einem Kern (1), der von einem Ring (7) umgeben ist, wobei das Ganze durch Wasserzirkulation in Kanälen (2, 3, 4, 6), die in dem Kern (1) ausgebildet sind und in Rillen (5) münden, welche an der Grenzfläche zwischen Kern und Ring liegen, gekühlt wird.
Bei einer solchen Anordnung der Kühlkreisläufe entstehen im Ring und in der Walze, in der Nähe der Verteilungsleitungen und der Kaltwasserversorgungs- und Warmwasserentsorgungsrohre, kalte und warme Bereiche.
Dieser Temperaturunterschied, der bis zu 4ºC betragen kann, hat Wärmedehnungen zur Folge, die eine Verformung der Walze, die sogenannte Bombierung oder Unrundheit, bewirken.
Diese Unrundheit wird regelmäßig wiederkehrende Unregelmäßigkeiten in der Wanddicke des gegossenen Metallbandes nach sich ziehen und somit dessen Qualität beeinträchtigen; dieser Fehler ist um so störender, als das gegossene Band dünn ist.
Es empfiehlt sich also, die Temperaturunterschiede zu beseitigen oder zu verringern, um die Qualität und die Gleichförmigkeit der Wanddicke des gegossenen Bandes zu verbessern. Die Anmelderin hat deshalb versucht, ein Verfahren und eine Einrichtung zur Herabsetzung der Temperaturunterschiede in der Walze zu entwickeln, die wirksam und leicht durchzuführen bzw. zu verwenden und kostengünstig sind.

BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG

Ein erster Aspekt der Erfindung ist ein Verfahren zur Kühlung von Stranggießwalzen für Metallband mit Hilfe eines flüssigen Mediums, wobei die Metallwalzen einen Walzenkörper sowie einen Metallring umfassen, welcher im wesentlichen aus einem Rohr oder einem Metallmantel besteht, dessen Innenseite den Körper umgibt, während die andere Seite dazu dient, flüssiges Metall aufzunehmen und das Band durch Zusammenwirken zweier Walzen zu erzeugen, wobei der Walzenkörper mindestens einen Kühlkreis aufweist, der mit zwei Einlauf-/Auslaufenden aus dem Walzenkörper heraustritt und mindestens eine Vorrichtung zur Versorgung mit kalter Flüssigkeit (in der Regel Wasser), eine eigentliche Kühlvorrichtung, in der die Flüssigkeit mit der Ringinnenseite in Wärmekontakt ist, und eine Vorrichtung zur Entsorgung der durch den Kontakt mit dem Ring erwärmten Flüssigkeit umfaßt, dadurch gekennzeichnet, dass die Strömungsrichtung der Flüssigkeit im Walzenkörper in regelmäßigem Abstand umgekehrt wird, wobei aus der Vorrichtung zur Versorgung mit kalter Flüssigkeit die Vorrichtung zur Entsorgung warmer Flüssigkeit wird und umgekehrt.
Die Erfindung eignet sich besonders für Walzen mit dem weiter oben an Hand der Fig. 1 und 2 beschriebenen Aufbau, deren Walzenkörper jeweils zwei oder drei oder vier Vorrichtungen zur Versorgung mit kaltem Wasser aufweisen, welche sich mit ebenso vielen Vorrichtungen zur Entsorgung von warmem Wasser abwechseln, wobei diese Vorrichtungen um 90º (zwei Vorrichtungen), 60º (drei Vorrichtungen) bzw. 45º (vier Vorrichtungen) versetzt und mit einer eigentlichen Kühlvorrichtung verbunden sind.
Da das Stranggießen von Metallband in der Regel zwischen zwei identischen Walzen erfolgt, wird die erfindungsgemäße Richtungsumkehr des Kühlmediums vorteilhafterweise auf beiden Walzen praktiziert. Ein solches Verfahren läßt sich auch auf das Ein-Walzen-Gießen, z. B. das Foliengießen anwenden.
Das erfindungsgemäße Verfahren ist von besonderem Interesse beim Gießen dünner Bänder von beispielsweise 1 bis 12 mm Dicke oder sogar darunter, und insbesondere im üblichen Dickenbereich von 5 bis 12 mm, wo sich das Verfahren als sehr wirksam erweist, oder auch im Bereich der geringen Wanddicken von beispielsweise 1 bis 5 mm, bei dem eine Walzenunrundheit sich um so nachteiliger auswirkt, als die Wanddicke gering ist. Es ist besonders für das Gießen von Bändern aus Aluminium oder dessen Legierungen geeignet.
Die Umkehrfrequenz der Wasserströmungsrichtung ist in Abhängigkeit von den Merkmalen der Anlage, z. B. Walzendurchmesser, Kühlmitteldurchsatz, usw., entsprechend einzustellen.
Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren erhält man eine bessere Glättung der Temperaturunterschiede in den Walzen, die dicke Ringe von beispielsweise 20 bis 100 mm verwenden.
Es sind bevorzugt identische Vorrichtungen zur Flüssigkeitsversorgung und -entsorgung vorzusehen.
Der maximale Temperaturunterschied in einer Walze kann somit auf wenige Bruchteile von ºC begrenzt werden mit der Folge, daß die Unrundheit praktisch vollständig beseitigt und dadurch die Dickenbeständigkeit der gegossenen Bänder verbessert wird.
Zur Erläuterung wurde das erfindungsgemäße Verfahren eingesetzt bei einer Anlage zum Stranggießen von 8 mm dickem Bandmaterial aus Aluminium auf Walzen von 96 cm Außendurchmesser mit einem 8 cm dicken Ring und mit einem internen Kühlkreislauf wie der, der in den Fig. 1 und 2 dargestellt ist.
Ohne Umkehrung der Kühlwasserströmungsrichtung wurde bei Normalbetrieb während des Gießvorgangs ein maximaler Temperaturunterschied von 4ºC gemessen, wodurch Dickenschwankungen von 0,04 mm bedingt durch die Unrundheit der Walzen verursacht wurden.
Bei Betrieb mit Umkehrung der Kühlmittelströmungsrichtung alle 5 Minuten und mit gleicher Durchsatzleistung wie vorher ergaben sich geringfügige (nicht messbare) Dickenschwankungen des gegossenen Bandes.
Ein zweiter Aspekt der Erfindung ist eine Einrichtung zur Umkehrung der Strömungsrichtung der Kühlflüssigkeit in mindestens einer Walze zum Stranggießen von Metallband, so wie sie obenstehend beschrieben wurde, d. h. mit mindestens einem Kühlkreis pro Flüssigkeit innerhalb der Walze, wobei der in der Walze befindliche Kühlkreis mit zwei Enden nach außen führt, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung umfaßt:
- ein Speicherbecken, welches die Flüssigkeit enthält,
- mindestens eine Pumpe zur Entnahme der Flüssigkeit und zur Versorgung eines Flüssigkeitskreislaufs,
- wobei der Flüssigkeitskreislauf ein erstes Dreiwegeventil aufweist, dessen erster Weg V1 von der Pumpe, wahlweise über einen Durchflußmesser B, versorgt wird, dessen zweiter Weg V2 einerseits mit einem der Enden des Kühlkreises, andererseits mit einem ersten Weg W1 eines zweiten Dreiwegeventils W verbunden ist, und dessen dritter Weg V3 einerseits mit dem anderen Ende des Kühlkreises, andererseits mit einem zweiten Weg W2 des Ventils W verbunden ist, wobei der dritte Weg W3 von W mit einer Entsorgungsleitung für die warme Flüssigkeit verbunden ist.
Das Speicherbecken kann die warme Flüssigkeit aufnehmen, wenn es groß genug ist, um deren Kühlung sicherzustellen, oder wenn es über eine unabhängige Kühlvorrichtung verfügt.
Das Ventil V übernimmt demnach die Versorgung der Walze mit kalter Flüssigkeit, während das Ventil W die Entsorgung der erwärmten Flüssigkeit übernimmt.
Durch gleichzeitige Betätigung der Dreiwegeventile kann die Strömungsrichtung der Flüssigkeit in der Walze umgekehrt werden, ohne den Flüssigkeitskreislauf der Pumpe und die Entsorgungsleitung zum Becken zu ändern.
Diese Vorgänge können vorteilhafterweise automatisiert bzw. durch Mikroprozessoren, Rechner, usw. gesteuert werden.
Weist die Gießmaschine zwei Walzen auf (Ober- und Unterwalze), kann der Kreislauf zur Versorgung der zweiten Walze mit kalter Flüssigkeit mit dem Weg V2 bzw. W1 der jeweiligen Ventile V und W, die bereits die erste Walze mit kalter Flüssigkeit versorgen, parallelgeschaltet werden. Genauso kann die Entsorgungsleitung für warme Flüssigkeit der zweiten Walze mit dem Weg V3 bzw. W2 der jeweiligen Ventile V und W, die bereits die warme Flüssigkeit der ersten Walze auffangen, parallelgeschaltet werden.
Um jedoch bei der Einstellung über mehr Flexibilität zu verfügen, ist es ratsamer, für die zweite Walze einen Kreislauf zu verwenden, der mit dem, der die erste Walze versorgt, identisch ist, wobei diese beiden Kreisläufe zur Druckleitung der Pumpe parallelgeschaltet werden können.
In Fig. 3 ist eine erfindungsgemäße Einrichtung für eine Gießmaschine erläutert, die zwei Walzen aufweist: C (Oberwalze), D (Unterwalze).
C1, C2 und D1, D2 sind die bei der Umkehrung der Flüssigkeitsrichtung untereinander austauschbaren Ein-/Auslaßenden des Flüssigkeitskühlkreises, der sich jeweils in den Walzen C und D befindet.
Zu sehen ist außerdem:
- in R das Speicherbecken für das Kühlmedium,
- in P1 und P2 zwei parallelgeschaltete Abzapfpumpen
- in A Absperrventile
- in V et W die Dreiwegeventile mit ihren jeweiligen Wegen V1, V2, V3, W1, W2, W3; ersichtlich ist außerdem, daß V1 über einen durch zwei Absperrventile isolierten Durchflußmesser D an die Druckleitung der Pumpen P angeschlossen ist (dieser Durchflußmesser kann durch eine Schaltung S kurzgeschlossen werden), daß V2 und W1 mit dem Eingang/Ausgang C2 von C verbunden sind, während V3 und W2 an den Eingang/Ausgang C1 gekoppelt sind, und daß W3 mit der Entsorgungsleitung für die Flüssigkeit verbunden ist, die zum Becken R zurückgeht;
- in V' und W' die Bezugszeichen, die der Walze D entsprechen; sie haben die gleiche Bedeutung und Funktion wie bei der Walze C.

Claims

1. Verfahren zur Kühlung von Stranggießwalzen für Metallband mit Hilfe eines flüssigen Mediums, wobei die Metallwalzen einen Walzenkörper (1) und einen Metallring (2) umfassen, welcher im wesentlichen aus einem Rohr oder einem Metallmantel besteht, dessen Innenseite den Walzenkörper (1) umgibt, während die andere Seite flüssiges Metall aufnimmt und das Band durch Zusammenwirken zweier Walzen erzeugt, wobei der Walzenkörper (1) mindestens einen Kühlkreis aufweist, der mit zwei Einlauf-/Auslaufenden aus dem Walzenkörper heraustritt und mindestens eine Vorrichtung zur Versorgung mit kalter Flüssigkeit, eine eigentliche Kühlvorrichtung, in der die Flüssigkeit mit der Ringinnenseite in Wärmekontakt ist, und eine Vorrichtung zur Entsorgung der durch den Kontakt mit dem Ring erwärmten Flüssigkeit umfaßt, dadurch gekennzeichnet, dass die Strömungsrichtung der Flüssigkeit im Walzenkörper in regelmäßigem Abstand umgekehrt wird, wobei aus der Vorrichtung zur Versorgung mit kalter Flüssigkeit die Vorrichtung zur Entsorgung warmer Flüssigkeit wird und umgekehrt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung zur Versorgung mit kalter Flüssigkeit mindestens ein Flüssigkeitszuleitungsrohr (3) aufweist, das in den Walzenkörper (1) parallel zu seiner Achse gebohrt ist und mit einem seiner Enden nach außen austritt, wobei eine Vielzahl von Rohren (4) kleineren Durchmessers das Zuleitungsrohr (3) mit einer Verteilungsleitung (5) verbindet, die im wesentlichen parallel zum Rohr (3) verläuft und unter dem Ring (2) liegt, sowie eine Kühlvorrichtung mit einem Netz kleiner Kanäle (6), die an der Randfläche des Walzenkörpers (1) in einer quer zu seiner Achse verlaufenden Ebene ausgebildet sind und es der Flüssigkeit ermöglichen, mit dem Ring (2) in Wärmekontakt zu kommen, eine Vorrichtung zum Abtransport der Flüssigkeit, die der Versorgungsvorrichtung entspricht und nacheinander eine Entsorgungsleitung (7) und eine Vielzahl damit verbundener Rohre kleinen Durchmessers (8) aufweist, welche selbst mit einem nach außen führenden Entsorgungsrohr (9) verbunden sind, wobei die Kühlvorrichtung die Verteilungsleitung (5) und die Entsorgungsleitung (7) miteinander verbindet.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Walzenkörper (1) zwei Vorrichtungen zur Versorgung mit Flüssigkeit und zwei Entsorgungsvorrichtungen aufweist, die sich abwechseln und um 90º versetzt sind und durch die Kühlvorrichtungen (6) miteinander verbunden sind.

4. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Walzenkörper (1) drei Vorrichtungen zur Versorgung mit Flüssigkeit und drei Entsorgungsvorrichtungen aufweist, die sich abwechseln und um 60º versetzt sind und durch die Kühlvorrichtungen (6) miteinander verbunden sind.

5. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Walzenkörper (1) vier Vorrichtungen zur Versorgung mit Flüssigkeit und vier Entsorgungsvorrichtungen aufweist, die sich abwechseln und um 45º versetzt sind und durch die Kühlvorrichtungen (6) miteinander verbunden sind.

6. Einrichtung zur Führung der Kühlflüssigkeit in mindestens einer Walze zum Stranggießen, welche mindestens einen Kühlkreis enthält, wobei der Kühlkreis mit zwei Einlaß-/Auslaßenden nach außen führt, insbesondere zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass sie eine Vorrichtung zur Umkehrung der Strömungsrichtung der Kühlflüssigkeit aufweist.

7. Einrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass sie ein Speicherbecken (R) aufweist, in dem die Flüssigkeit enthalten ist, sowie mindestens eine Pumpe (P) zur Entnahme der Flüssigkeit und zur Versorgung eines Flüssigkeitskreislaufs mit einem ersten Dreiwegeventil, dessen erster Weg V1 von der Pumpe versorgt wird, dessen zweiter Weg V2 einerseits mit einem der Enden des Kühlkreises, andererseits mit einem ersten Weg W1 eines zweiten Dreiwegeventils W verbunden ist, und dessen dritter Weg V3 einerseits mit dem anderen Ende des Kühlkreises, andererseits mit einem zweiten Weg W2 des Ventils W verbunden ist, wobei der dritte Weg W3 von W mit der Entsorgungsleitung für die warme Flüssigkeit verbunden ist.

8. Einrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass sie zwei Gießwalzen aufweist, bei denen die Einlauf-/Auslaufenden des jeweiligen Kühlkreises mit den Wegen V2 bzw. W1 einerseits, V3 bzw. W2 andererseits parallelgeschaltet sind.

9. Einrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass sie zwei Gießwalzen aufweist, wobei die erste an den Kreis mit den Dreiwegeventilen V und W angeschlossen ist, wie in Anspruch 4 angegeben, die zweite an einen identischen zweiten Kreis mit den Dreiwegeventilen V' und W', und die beiden Kreise mit der Druckleitung der Pumpe parallelgeschaltet sind.

10. Einrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Dreiwegeventile gleichzeitig bedient werden und vorzugsweise automatisiert sind.

11. Einrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Kühlkreis einer Walze demjenigen entspricht, der in den Ansprüchen 1 bis 5 beschrieben ist.