DE69629742T2

DE69629742T2 - Verfahren zum Giessen von Metall

Info

Publication number: DE69629742T2
Application number: DE69629742T
Authority: DE
Inventors: Lazar Strezov
Original assignee: Castrip LLC
Current assignee: Castrip LLC
Priority date: 1995-03-15
Filing date: 1996-03-13
Publication date: 2004-07-01
Anticipated expiration: 2016-03-14
Also published as: US5720336A; NZ286055A; MY114996A; CN1136482A; AUPN176495A0; ZA961778B; IN187861B; JPH08252654A; EP0732163B1; TW318805B; CA2170312A1; AR001221A1; EP0732163A2; AU4570396A; DE69629742D1; AU697384B2; KR960033609A; CN1077468C; ATE248669T1; BR9601033A

Description

Diese Erfindung betrifft das Gießen von Eisenmetall.
Bekanntermaßen wird ein Metallband durch kontinuierliches Gießen in einer Doppelwalzengießvorrichtung gegossen. In diesem Verfahren wird geschmolzenes Metall zwischen ein Paar gegenläufiger horizontaler Gießwalzen eingeführt, welche gekühlt werden, so daß sich Metalloberflächenschichten ("Shells") auf den bewegenden Walzenoberflächen verfestigen und an dem Spalt zwischen diesen zusammengebracht werden-, um ein verfestigtes Bandprodukt zu erzeugen, das nach unten aus dem Spalt zwischen den Walzen geliefert wird. Der Begriff "Spalt" wird hierin verwendet, um den allgemeinen Bereich zu bezeichnen, an welchem die Walzen am engsten zusammenliegen. Das geschmolzene Metall kann aus einer Gießpfanne in einen kleineren Behälter gegossen werden, aus welchem es durch eine Metallzuführungsdüse fließt, welche über dem Spalt so angeordnet ist, daß sie es in den Spalt zwischen den Walzen führt, um so einen Gießpool aus geschmolzenem Metall auszubilden, der auf den Gießoberflächen der Walzen unmittelbar oberhalb des Spaltes getragen wird und sich entlang dem Verlauf des Spaltes erstreckt. Dieser Gießpool ist üblicherweise zwischen Seitenplatten oder Dämmen eingeschlossen, welche in einem Gleiteingriff mit Endoberflächen der Walzen so gehalten werden, daß sie die zwei Enden des Gießpools gegen Auslaufen abdämmen, obwohl alternative Einrichtungen, wie z. B. elektromagnetische Barrieren ebenfalls bereits vorgeschlagen wurden.
Obwohl das Doppelwalzengießen mit einigermaßen Erfolg bei Nicht-Eisenmetallen, welche rasch bei Abkühlung verfestigen, angewendet wurde, gab es bisher Probleme in der Anwendung des Verfahrens auf das Gießen von Eisenmetallen. Ein spezielles Problem war das Erzielen einer ausreichend raschen und gleichmäßigen Kühlung des Metalls über den Gießoberflächen der Walzen.
Unsere internationale Patentanmeldung WO 94/12300A beschreibt eine Entwicklung, mittels welcher die Kühlung des Metalls an den Gießoberflächen der Walzen erheblich verbessert werden kann, indem Schritte zur Sicherstellung unternommen werden, daß die Walzenoberflächen gewisse Glattheitseigenschften in Verbindung mit der Aufbringung einer relativen Schwingungsbewegung zwischen dem geschmolzenen Metall des Gießpools und den Gießoberflächen der Walzen aufweisen. Insbesondere offenbart diese Anmeldung, daß die Anwendung von Schwingungsbewegungen mit ausgewählter Frequenz und Amplitude es ermöglicht, einen vollständig neuen Effekt in dem Metallverfestigungsprozeß zu erzielen, welche erheblich die Wärmeübertragung aus dem sich verfestigenden geschmolzenen Metall verbessert, wobei die Verbesserung derart ist, daß die Dicke des Metalls, das mit einer spezifischen Gießgeschwindigkeit gegossen wird, sehr signifikant erhöht werden kann oder al-ternativ die Gießgeschwindigkeit wesentlich für eine spezifische Banddicke erhöht werden kann. Die verbesserte Wärmeübertragung ist mit einer sehr signifikanten Verfeinerung der Oberflächenstruktur des Gießmetalls verbunden.
Das Dokument EP 684098 A beschreibt eine weitere Entwicklung, wodurch eine effektive Relativschwingung zwischen dem geschmolzenen Metall des Gießpools und der Gießoberfläche durch die Aufbringung von Schallwellen auf das geschmolzene Metall des Gießpools induziert werden kann, wodurch eine ge steigerte Wärmeübertragung und Verfeinerung der Verfestigungsstruktur durch die Aufbringung von Schallwellen in hörbarem Bereich bei ziemlich niedrigen Leistungspegeln erreicht werden kann.
Wir haben nun eine umfangreiche Untersuchung bezüglich des Wärmeübertragungsmechanismus durchgeführt, der an der Grenzfläche zwischen der Gießoberfläche und dem geschmolzenen Metall des Gießpools auftritt und haben festgestellt, daß der Wärmefluß bei der Verfestigung gesteuert und verbessert werden kann, indem sichergestellt wird, daß die Gießoberflächen jeweils von einer Schicht eines Materials abgedeckt sind, welche wenigstens teilweise bei der Verfestigungstemperatur des Metalls flüssig ist. Es ist somit gemäß der Erfindung möglich, eine verbesserte Wärmeübertragung zu erzielen und diese kann erreicht werden, ohne notwendigerweise eine Relativschwingung zwischen dem Gießpool und den Walzen zu erzeugen. Wenn die verbesserte Wärmeübertragung gemäß der Erfindung auf einer glatten Gießoberfläche erzeugt wird, ist es auch möglich, eine verfeinerte Oberflächenstruktur des Gießmetalls zu erzielen.
Im Verlauf der Beschreibung wird es notwendig werden, auf ein quantitatives Maß für die Glattheit der Gießoberflächen Bezug zu nehmen. Ein spezifisches Maß, das in unserer experimentellen Arbeit verwendet wurde und hilfreich für die Definition des Schutzumfangs der vorliegenden Erfindung ist, ist das als der arithmetisch Bemittelte Rauhigkeitswert bekanntes Standardmaß, welche allgemein durch das Symbol R_a dargestellt wird. Dieser Wert ist als der arithmetische Mittelwert aller Absolutabstände des Rauhigkeitsprofils von der Mittellinie des Profils innerhalb der Meßlänge 1_m definiert. Die Mittellinie des Profils ist die Linie, über welcher die Rauhigkeit gemessen wird und ist eine Linie parallel zu der allgemeinen Richtung des Profils, innerhalb der Grenzwerte der Rauhigkeitsbreite, die so beschnitten ist, daß die Summen der Flächen, welche zwischen ihr und denjenigen Teilen des Profils enthalten sind, welche auf jeder Seite davon liegen gleich sind. Der arithmetisch gemittelte Rauhigkeitswert kann definiert werden als:
Erfindungsgemäß wird ein Verfahren zum Gießen eines Stahlbandes bereitgestellt, mit den Schritten: Ausbilden eins Gießpools aus geschmolzenem Stahl in Kontakt mit einer sich bewegenden Gießoberfläche mit einem arithmetisch gemittelten Rauhheitswert (Ra) von weniger als 5 μm und Kühlen der Gießoberfläche, um eine Verfestigung des Stahls aus dem Gießpool auf der Gießoberfläche zu bewirken, dadurch gekennzeichnet, daß auf der Gießoberfläche während der Verfestigung des Stahles darauf eine aus der Stahlschmelze des Gießpools abgeschiedene Schicht aus Oxidmaterial ausgebildet wird, wobei ein größerer Anteil dieser Schicht bei dem Beginn der Stahlverfestigung auf der Gießoberfläche flüssig ist, wobei das Oxidmaterial auf der Gießoberfläche durch die Bewegung der Gießoberfläche in Kontakt mit dem geschmolzenen Stahl in dem Gießpool abgeschieden wird, um die Schicht auszubilden, wobei das Oxidmaterial flüssige Oxidphasen bei der Gießtemperatur ausbildet, um den größeren Anteil von Flüssigkeit in der Schicht zu erzeugen, wobei die Ausbildung einer Schicht aus Oxidmaterial auf der sich bewegenden Gießoberfläche erzielt wird, indem die Menge des freien Sauerstoffs des geschmolzenen Stahls in dem Pool gesteuert wird und indem der Anteil der Stahldeoxidationsprodukte, wie z. B. FeO, MnO, SiO₂, Al₂O₃ und CaO die als auf der Oberfläche und CaO die als auf der Oberfläche des Gießpools schwimmende Schlacke vorhanden sind, eingestellt wird.
Bevorzugt hat die Flüssigkeit der Schicht einen Benetzungswinkel von weniger als 40° auf der Gießoberfläche.
Bevorzugt ist die Schicht weniger als 5 μm dick.
Bevorzugt ist der Flüssiganteil der Schicht mindestens 0,75.
Das Metall kann Stahl sein, wobei in diesem Falle der Pool Schlacke enthalten kann, welche Eisen-, Mangan- und Siliziumoxid aufweist, und die Schicht Eisen-, Mangan- und Siliziumoxide aufweisen kann, die auf der Gießwalze aus der Schlacke abgeschieden werden.
Die Schlacke kann auch Aluminiumoxid aufweisen und das Material kann demzufolge ein Gemisch aus Eisen-, Mangan-, Silizium- und Aluminiumoxiden aufweisen.
Damit die Erfindung vollständiger erläutert werden kann werden die Ergebnisse der bis jetzt durchgeführten experimentellen Arbeit unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben. In den Zeichnungen stellen dar bzw. sind:
1 eine Experimentiervorrichtung zum Ermitteln der Metallverfestigungsraten unter Bedingungen, welche die einer Doppelwalzen-Gießvorrichtung simulieren;
2 ein Eintauchpaddel, das in der Experimentiervorrichtung von 1 eingebaut ist;
3 die Wärmewiderstandswerte, die während der Verfestigung einer typischen Stahlprobe in der Experimentiervorrichtung erhalten wurden;
4 die Beziehung zwischen der Benetzbarkeit einer Grenzflächenschicht und dem Maß des Wärmeflusses und des Grenzflächenwiderstandes;
5, 5A und 6 Veränderungen im Wärmefluß, die durch den Zusatz von Tellur zu Schmelzen von rostfreiem Stahl erhalten werden;
7 typische Wärmeflußwerte, welche bei der Verfestigung von elektrolytischem Eisen mit und ohne Sauerstoffzusatz erhalten werden;
8 und 9 die Ergebnisse von Tests, in welchen ein allmählicher Aufbau eines Oxidfilms während aufeinanderfolgender Oxideintauchungen zugelassen wurde;
10 ein Phasendiagramm für Mn-SiO-Gemische;
11 Benetzungswinkelmeßwerte für verschiedene Mangan- und Siliziumoxidgemische;
12 ein Drei-Komponenten-Phasendiagramm für Mangan-, Silizium- und Aluminiumoxidgemische;
13 und 14 die Auswirkung einer Veränderung des Aluminiumanteils auf die Verfestigung aus einer Stahlschmelze;
15 die Auswirkung von freiem Sauerstoff auf die Schlacken-Liquidus-Temperatur von Stahlschmelzen;
16 die Art, in welcher der in der Verfestigung von Stahlproben erzielte Wärmefluß auf die Liquidus-Temperatur der Stahldeoxidationsprodukte bezogen wurde;
17 eine wichtige Beziehung zwischen dem bei der Verfestigung von Stahlproben erzielten Gesamtwärmefluß und den Anteilen der Stahldeoxidationsprodukte, welche während des Verfestigungsprozesses flüssig werden;
18 ein Phasendiagramm CaO-Al₂O₃-Gemischen;
19 und 20 die Ergebnisse von Calcium-Zusätzen bei der Verfestigung von Proben aus AO6-Stahlschmelzen;
21 die Ergebnisse von Modellberechnungen bezüglich der Auswirkung der Dicke der Oberflächenschicht;
22 eine Draufsicht auf eine kontinuierliche Band-Gießvorrichtung, welche gemäß der Erfindung betreibbar ist;
23 eine Seitenaufrißansicht der in 2 dargestellten Band-Gießvorrichtung;
24 ein vertikaler Querschnitt auf der Linie 24–24 in 22;
25 ein vertikaler Querschnitt auf der Linie 25–25 in 22;
26 ein vertikaler Querschnitt auf der Linie 26–26 in 22; und
27 die in eine Schmelze einer Mangan-Siliziumberuhigten Stahlschmelze vorhandenen Oxidphasen.
1 und 2 veranschaulichen einen Metallverfestigungs-Prüfstand, in welchem ein gekühlter Block von 40 mm × 40 mm in ein Bad aus geschmolzenem Stahl mit einer solchen Geschwindigkeit vorgeschoben wird, um so angenähert die Bedingungen an den Gießoberflächen einer Doppelwalzen-Gießvorrichtung zu simulieren. Stahl verfestigt sich auf dem gekühlten Block, sobald er sich durch das geschmolzene Bad bewegt, um eine Schicht aus verfestigtem Stahl auf der Oberfläche des Blockes zu erzeugen. Die Dicke dieser Schicht kann an Punkten über seine gesamte Fläche gemessen werden, um Veränderungen in der Verfestigungsrate aufzuzeichnen und damit die effektive Rate der Wärmeübertragung an den verschiedenen Stellen. Es ist somit möglich, Meßwerte einer Gesamtverfestigungsrate sowie des Gesamtwärmeflusses zu erzeugen. Es ist ferner möglich die Mikrostruktur der Bandoberfläche zu prüfen, um Veränderungen in der Verfestigungsmikrostruktur mit den Veränderungen in den beobachteten Verfestigungsraten und Wärmeübertragungswerten zu korrelieren.
Das in den 1 und 2 dargestellte Experimentiergestell weist einen Induktionsofen 1 auf, der eine Schmelze aus geschmolzenem Metall 2 in einer inerten Atmosphäre aus Argongas enthält. Ein allgemein mit 3 bezeichnetes Eintauchpaddel ist auf einer Gleitvorrichtung 4 befestigt, welche durch den Betrieb von computergesteuerten Motoren 5 mit einer gewählten Geschwindigkeit in die Schmelze 2 vorgeschoben und anschließend zurückgezogen werden kann.
Das Eintauchpaddel 3 weist einen Stahlkörper 6 auf, welche ein Substrat 7 in der Form einer Chrom-platierten Kupferscheibe von 46 mm Durchmesser und 18 mm Dicke enthält. Diese ist mit Thermoelementen ausgestattet, um den Temperaturanstieg in dem Substrat zu überwachen, welche ein Maß für die Wärmeübertragung darstellt.
In dem in den 1 und 2 dargestellten Experimentalgestell ausgeführte Tests haben gezeigt, daß die beobachteten Verfestigungsraten und Wärmeflußwerte sowie die Mikrostruktur der verfestigten Oberflächenschicht stark von den Bedingungen an der Oberflächenschicht/Substrat/Grenzfläche während der Verfestigung beeinflußt werden, und daß deutlich erhöhte Wärmefluß und Verfestigungsraten erzielt werden können, indem sichergestellt wird, daß das Substrat von einer teilweise flüssigen Schicht während des Verfestigungsprozesses so bedeckt ist, daß die Schicht zwischen dem Substrat und der sich verfestigenden Oberflächenschicht angeordnet ist. Die Tests haben gezeigt, daß ein hoher Wärmefluß und Verfestigungsraten mit glatten Substratoberflächen mit einem arithmetischen Bemittelten Rauhigkeitswert (R_a) von kleiner als 5 μm erzielt werden können, und daß dieses zu einer Verfeinerung der Kornstruktur des verfestigten Metalls führt.
Während der Verfestigung wird der Gesamtwiderstand gegen den Wärmefluß aus der Schmelze zu einem Substrat (Wärmesenke) durch die Wärmewiderstände der sich verfestigenden Oberflächenschicht und der Oberflächenschicht/Substrat-Grenzfläche dominiert. Unter den Bedingungen herkömmlicher Stranggußabschnitte (Barren, Blöcke oder Knüppel), bei denen die Verfestigung in etwa 30 Minuten abgeschlossen ist, wird der Wärmeübergangswiderstand durch den Widerstand der sich verfestigenden Oberflächenschicht dominiert. Unsere experimentelle Arbeit hat jedoch gezeigt, daß unter Dünnband-Gießbedingungen, in welchen die Verfestigung in weniger als einer Sekunde abgeschlossen ist, der Wärmeübergangswiderstand durch den Wärmewiderstand der Grenzfläche an der Oberfläche des Substrats dominiert wird.
Der Wärmeübergangswiderstand ist definiert als:
wobei Q, ΔT und t der Wärmefluß, die Temperaturdifferenz zwischen Schmelze und Substrat, bzw. die Zeit sind.
3 stellt die Wärmewiderstandswerte dar, welche während der Verfestigung einer typischen MO6-Stahlprobe in dem Testgestell erhalten wurden. Diese zeigt, daß der Oberflächenschicht-Wärmewiderstand nur einen kleinen Anteil zu dem Gesamtwärmewiderstand beiträgt, welcher von dem Grenzflächen-Wärmewiderstand dominiert wird. Der Grenzflächenwiderstand wird zu Beginn durch den Schmelze/Substrat-Grenzflächenwiderstand bestimmt und später durch den Oberflächenschicht/ Substrat-Grenzflächenwärmewiderstand. Ferner kann man sehen, daß der Grenzflächenwärmewiderstand sich nicht wesentlich mit der Zeit verändert, was anzeigt, daß er durch den Schmelze/Substrat-Wärmewiderstand an dem anfänglichen Schmelze/Substrat-Kontakt dominiert wird.
Für ein Zwei-Komponenten-System (Schmelze und Substrat) werden der Schmelze/Substrat-Grenzflächenwiderstand und der Wärmefluß durch die Benetzungsfähigkeit der Schmelze auf einem spezifischen Substrat bestimmt. Dieses ist in 4 dargestellt, welche darstellt, wie der Grenzflächenwiderstand zunimmt und der Wärmefluß mit zunehmendem Benetzungswinkel abnimmt, was einer Reduzierung der Benetzbarkeit entspricht.
Die Bedeutung der Benetzung des Substrats durch die Schmelze wurde durch die in unserer vorgenannten internationalen Patentanmeldung WO 94/12300A beschriebene Entwicklungsarbeit demonstriert, welche die Anwendung von Schwingungsbewegungen offenbart. Die Anwendung von Schwingungsbewegungen diente dem Zweck der Förderung der Benetzung des Substrates und der Erhöhung der Nukleationsdichte für die Schmelzenverfestigung. Das auf Seite 10 beschriebene mathematische Modell dieses Falles beruhte auf der Basis, daß eine vollständige Benetzung erforderlich war und berücksichtigt die erforderliche Schwingungsenergie um diese zu erreichen. In der experimentellen Arbeit, welche diese Analyse verifizierte, wurde gezeigt, daß keine wesentliche Verbesserung in dem Wärmefluß nicht erreicht werden konnte, wenn nicht das Substrat glatt war. Insbesondere ist es erforderlich, daß das Substrat einen arithmetisch Bemittelten Rauhigkeitswert (R_a) von weniger als 5 μm aufweist, um eine angemessene Benetzung des Substrates selbst mit der Anwendung von Schwingungsenergie zu erzielen. Dieselben Ergebnisse treffen für die Anmeldung der vorliegenden Erfindung vor und es ist deshalb erforderlich, eine glatte Gießoberfläche mit einem arithmetisch Bemittelten Rauhigkeitswert (Ra) von weniger als 5 μm vorliegen zu haben.
Die Bedeutung der Benetzbarkeit der Schmelze auf dem Substrat und die Notwendigkeit eines glatten Substrates wird durch Ergebnisse bestätigt, die bei der Verfestigung aus Schmelzen erzielt wurden, die Zusätze von Tellur enthalten, welches bekanntermaßen die Oberflächenspannung von Eisen verringert. 5 stellt Messungen des maximalen Wärmeflusses dar, welche bei der Verfestigung von rostfreiem Stahl auf glatten Chromsubstraten aus Schmelzen erzielt wurden, die Tellurzusätze enthielten. Man sieht, daß der Wärmefluß stark von den Tellurzusätzen beeinflußt war, und praktisch durch Tellurzusätze von 0,04% oder mehr verdoppelt wurde.
6 trägt Messungen des maximalen Wärmeflusses gegenüber einer variierenden Oberflächenspannung der Schmelze auf, die durch Tellurzusätze erzeugt werden, und man sieht, daß der Wärmefluß im wesentlichen linear mit entsprechenden Reduzierungen in der Oberflächenspannung zunahm.
5A stellt Messungen des maximalen Wärmeflusses dar, die bei der Verfestigung von rostfreiem Stahl mit Tellurzusätzen auf Chromsubstraten erzielt wurden, welche eine texturierte Oberfläche hatten. Die untere Linie zeigte die Ergebnisse für eine texturierte Oberfläche mit Pyramiden mit flacher Oberseite in einem Raster von 150 μm und die obere Linie zeigt die Ergebnisse einer durch regelmäßige Furchen mit 100 μm Raster texturierten Oberfläche. Man sieht, daß in beiden Fällen der Wärmefluß durch die Tellurzusätze unbeeinflußt war. Bei einer texturierten Oberfläche wird die Nukleationsdichte durch die Textur bestimmt und der Wärmefluß kann nicht dramatisch durch eine verbesserte Benetzbarkeit der Schmelze verbessert werden, während eine signifikante Verbesserung auf einer glatten Oberfläche erzielt werden kann.
Die Bedeutung der Benetzbarkeit der Schmelze auf dem Substrat wurde ferner durch Überprüfung des Effektes von Sauerstoffzusätzen bezüglich des sich ergebenden Wärmeflusses demonstriert. Sauerstoff ist oberflächenaktiv und reduziert bekanntermaßen die Oberflächenspannung von Eisen, obwohl nicht in demselben Grad wie Tellur. 7 veranschaulicht typische Wärmeflußwerte, die bei der Verfestigung von elektrolytischem Eisen mit und ohne Sauerstoffzusatz erzielt wurden. Man sieht, daß der Wärmefluß erheblich durch den Sauerstoffzusatz, insbesondere in den frühen Stadien des Verfestigungsprozesses gesteigert wird.
Die bisher beschriebenen Testergebnisse wurden aus streng kontrollierten Zwei-Komponenten-Schmelze/Substrat-Systemen erzielt. Üblicherweise ist eine dritte Komponente an der Schmelze/Substrat-Grenzfläche in der Form von Oxiden vorhanden. Diese Oxide entstehen höchstwahrscheinlich an der Schmelzoberfläche und werden anschließend auf der Substratoberfläche als ein dünner Film abgeschieden. Wenn man Stahl in eine Bandgießvorrichtung gießt, sind derartige Oxide im allgemeinen als eine auf der oberen Oberfläche des Gießpools schwimmende Schlacke vorhanden und werden auf die Gießoberfläche abgeschieden, wenn diese in den Pool eintritt. Es wird im allgemeinen als notwendig erachtet, daß, wenn Stahl in eine Doppelwalzengießvorrichtung gegossen wird, die Gießrollen gebürstet oder anderweitig gereinigt werden, um den Aufbau von Oxiden zu verhindern, welche bekanntermaßen zu dem Wärmewiderstand beitragen und eine deutliche Reduzierung im Wärmefluß in den Verfestigungsraten bewirken.
Um die Auswirkung eines Oxidaufbaus auf dem Substrat zu überprüfen, wurde der allmähliche Aufbau eines Oxidfilms während aufeinanderfolgenden Substrateintauchungen in eine Schmelze aus rostfreiem Stahl zugelassen und Wärmeflußmessungen wurden während der Verfestigung während jeder Eintauchung durchgeführt. 8 stellt die aus diesen Experimenten erzielten Ergebnisse dar. Am Anfang erzeugte der Aufbau von Oxiden eine progressive Reduzierung im gemessenen Wärmefluß. Wenn jedoch die Oxidschicht eine Dicke von angenähert 8 μm in der Dicke überschritt, wurde eine sehr große anfängliche Zunahme im Wärmefluß, gefolgt von einer steilen Reduzierung beobachtet. Die Überprüfung der Oxidoberfläche deckt Anzeichen eines Schmelzens und Zusammenwachsens in gröbere Oxidkorne auf. Es stellt sich heraus, daß die Oxidschicht hauptsächlich aus Mangan und Siliziumoxiden zusammengesetzt war.
Das in 10 dargestellte MnO-SiO₂-Phasendiagramm (Glasser [1958]) stellt dar, daß für einen vollständigen Bereich von Zusammensetzungen etwas Flüssigkeit oberhalb 1315°C vorhanden ist und daß in dem eutektischen Bereich ein Schmelzen von 1251°C an beginnen kann. Eine mathematische Analyse der bei der Verfestigung des rostfreien Stahls auf einem Substrat mit einer starken Oxidabscheidung gemäß Darstellung in 8 erzielten Ergebnisse zeigt, daß in den frühen Stadien eines Schmelze/Substrat-Kontaktes die Oberfläche der Oxidschicht ausreichend hohe Temperaturen zum Schmelzen erreichte und für eine Dauer von 7 bis 8 Millisekunden gemäß Darstellung in 9 geschmolzen bliebt. Diese Periode entsprach der Periode des in 8 dargestellten erhöhten Wärmeflusses und zeigt, daß der erhöhte Wärmefluß aufgrund des Vorhandenseins einer teilweisen flüssigen Schicht an der Substrat/ Schmelze-Grenzfläche bei dieser Periode beruhte.
In Anbetracht der dargestellten Bedeutung der Benetzbarkeit an der Schmelze/Substrat-Grenzfläche wurde daraus geschlossen, daß das Schmelzen der Mangan- und Siliziumoxide die verbesserte Benetzbarkeit erzeugte, so daß der Wärmefluß zum relevanten Zeitpunkt vergrößert wurde. Diese Schlußfolgerung wurde Messen der Benetzbarkeit verschiedener Mangan- und Siliziumoxidgemische auf einem Cr-Substrat überprüft. Die Ergebnisse dieser Messungen sind in 11 dargestellt, welche zeigt, daß bei typischen Temperaturen zwischen 1250 und 1400°C Gemische von MnO und SiO₂ mit verschiedenen Anteilen alle gute Messungswinkelmeßergebnisse zeigen. Ein Gemisch mit Anteilen von 75&% MnO und 25% SiO₂ zeigt eine besonders gute Benetzbarkeit auf einen Cr-Substrat. Dieses Ergebnis ist mit der Annahme konsistent, daß, wenn ein Gemisch aus MnO und SiO₂ bei Temperaturen vorhanden ist, bei welchen dieses Gemisch schmilzt, dieses spezielle geschmolzene Gemisch die Benetzbarkeit an der Substratgrenzfläche mit einer daraus folgenden erheblichen Verbesserung des Gesamtwärmeflusses steigert.
Man dürfte beobachten, daß alle in 11 dargestellten Schmelzwinkelmeßwerte in der Tat eine sehr gute Benetzung zeigen. Der größte beobachtete Schmelzwinkel war etwas kleiner als 40° und der Großteil war kleiner als dieser. Diese Ergebnisse zeigen, daß es durch geeignetes Auswählen der Anteile von Silizium und Mangan möglich ist, einen dramatischen Übergang von sehr schlechter Benetzbarkeit zu extrem guter Benetzbarkeit mit Schmelzwinkeln von kleiner als 40° zu erzielen.
Wenn Stähle gegossen werden, enthält die Schmelze üblicherweise Aluminium sowie Mangan und Silizium und demzufolge liegt ein Drei-Phasen-Oxidsystem vor, welches MnO, SiO₂ und Al₂O₃ aufweist. Um die Schmelztemperatur der Oxide zu bestimmen, ist es daher erforderlich, das in 12 dargestellte Drei-Komponenten-Phasendiagramm zu berücksichtigen.
Unsere experimentelle Arbeit hat gezeigt, daß sich der bei der Verfestigung erzielte Gesamtwärmefluß mit zunehmendem Aluminiumanteil der Schmelze verringert, wie es durch 13 dargestellt wird. Die Reduzierung im Wärmefluß wird durch die Bildung von Al₂O₃ während der Verfestigung bewirkt, wie es in 14 dargestellt wird.
Aufgrund der vorstehenden Ergebnisse scheint es, daß ein gesteigerter Wärmefluß erzielt werden kann, wenn eine teil weise flüssige Oxidschicht auf den Substrat vorhanden ist, insbesondere eine Schicht aus MnO und SiO₂, und wenn die Bildung von Al₂O₃ minimiert werden kann.
Um dieses zu überprüfen, wurde die Auswirkung von Aufblasen von Sauerstoff auf eine typische MO6-Schmelze untersucht, da das Vorhandensein von Sauerstoff die Schlacken-Liquidus-Temperatur beeinflußt. Sauerstoff hat eine sehr starke Affinität zu Eisen und der Übergangseffekt einer Erhöhung der Verfügbarkeit von freiem Sauerstoff dient zur Erzeugung von wesentlich mehr Eisenoxid als unter Gleichgewichtsbedingungen erzielt würde. Dieses hat die Auswirkung der Verringerung der Schmelztemperatur der Oxidschicht mit dem Ergebnis, daß die Oxidschicht wahrscheinlicher während den Gießbedingungen flüssig ist. Das Vorhandensein von freiem Sauerstoff erhöht auch die Erzeugung von MnO und SiO₂ in Anteilen näher an einer eutektischen Zusammensetzung, welche ebenfalls die Ausbildung einer flüssigen Oxidschicht bei typischen Gießtemperaturen verbessert.
Die Auswirkung von freiem Sauerstoff in der Schmelze auf die Schlacken-Liquidus-Temperatur von typischen MO6-Stählen mit variierendem Mangananteil bei einer Temperatur von 1650°C ist in 15 dargestellt. Diese Ergebnisse zeigen, daß die Liquidus-Temperatur der Schlacke minimiert werden kann, indem die Verfügbarkeit von freiem Sauerstoff bei einer relevanten Gießtemperatur kontrolliert wird. Eine Überprüfung der Oberflächenmikrostruktur von unter diesen variierenden Bedingungen verfestigten Proben zeigte, daß eine verbesserte Ausbildung von MnO und SiO₂ vorlag.
16 veranschaulicht die Art, in welcher der Gesamtwärmefluß auf die Liquidus-Temperatur der Deoxidationsprodukte bezogen wurde. Man sieht, daß der Gesamtwärmefluß im wesentlichen linear mit abnehmenden Liquidus-Temperaturen der Deoxidationsprodukte zunimmt. In Stahlprodukten weisen die Deoxidationsprodukte FeO, MnO, SiO₂, Al₂O₃ auf, welche über den gesamten Gießtemperaturbereich bestenfalls ein Flüssigkeits/Feststoff-Gemisch sind. Wir haben festgestellt, daß es eine sehr wichtige Korrelation zwischen dem Flüssiganteil von Oxiden und den Gesamtwärmefluß während des Verfestigungsprozesses gibt. 17 stellt bei der Verfestigung von Stahlproben erzielte Gesamtwärmeflußmessungen dar, die gegenüber dem Anteil der Deoxidationsprodukte aufgetragen sind, welcher während des Verfestigungsprozesses flüssig war. In diesen Tests war die Schmelztemperatur 1620°C. Man sieht, daß für diese Temperatur eine ziemlich genaue Beziehung zwischen dem gemessenen Wärmefluß und dem Anteil der Deoxidationsprodukte besteht, welcher bei dieser Temperatur flüssig war. Die Korrelation trifft auch für andere Temperaturen innerhalb des normalen Arbeitsbereiches von Schmelztemperaturen zu, der sich von 1900°C bis 1400°C erstreckt.
Die bisher beschriebenen experimentellen Ergebnisse beweisen, daß der Wärmefluß bei der Verfestigung deutlich verbessert werden kann, indem sichergestellt wird, daß zwischen der Schmelze und dem Verfestigungssubstrat eine Schicht aus Material eingebracht wird, welche wenigstens teilweise flüssig ist, welche am Anfang die Benetzbarkeit der Schmelze auf dem Substrat verbessert, und welche anschließend die Benetzbarkeit zwischen dem Substrat und der verfestigten Schmelzoberflächengrenzfläche verbessert. Wenn Stahl gegossen wird kann die Grenzflächenschicht aus Stahlödeoxidationsprodukten in der Form eines Gemischs von Oxiden vorliegen, welche wenigstens teilweise schmelzen. Der Anteil der Deoxidationsprodukte, wie z . B . FeO, MnO, SiO₂ und Al₂O₃ kann angepaßt werden, um sicherzustellen, daß die Liquidus-Temperatur des Gemisches in einem solchen Ausmaß reduziert wird, daß eine erhebliche Schmelzung des Gemisches bei der Gießtemperatur vor liegt und daß eine wichtige Beziehung zwischen dem Anteil des Gemisches, welches während der Verfestigung flüssig ist, und dem während der Verfestigung erzielten Gesamtwärmefluß vorliegt. Die Anteile der Oxide in dem Gemisch und die Liquidus-Temperatur des Gemisches kann durch die Zufuhr von Sauerstoff zu der Schmelze während der Verfestigung beeinflußt werden, und insbesondere kann die Liquidus-Temperatur reduziert werden, um so den erzielten Wärmefluß zu verbessern. Dieses kann ein besonderer Vorteil beim Gießen von Mangan-Siliziumberuhigten Stählen sein, wie z. B. bei Stählen des Grades MO6.
Aluminium-beruhigter Stahl, wie z. B. AO6-Stahl, bereitet besondere Probleme bei kontinuierlichen Bandgießvorgängen, insbesondere in Doppelwalzen-Gießvorrichtungen. Das Aluminium in dem Stahl erzeugt signifikante Mengen Al₂O₃ in den Deoxidationsprodukten. Dieses Oxid wird als feste Partikel ausgebildet, welche die kleinen Durchtritte in der Verteilungsdüse einer Doppelwalzen-Gießvorrichtung verstopfen können. Es ist auch in der Oxidschicht vorhanden, welche sich auf den Gießoberflächen aufbaut, und bewirkt eine schlechte Wärmeübertragung und einen niedrigen Gesamtwärmefluß bei der Verfestigung. Wir haben festgestellt, daß diese Probleme durch den Zusatz von Calcium zu der Schmelze gemildert werden können, um dadurch CaO zu erzeugen, welches in Verbindung mit Al₂O₃ flüssige Phasen erzeugen kann, um so aus die Ausfällung von festen Al₂O₃ zu verhindern. Dieses reduziert nicht nur das Verstopfen der Düsen, sondern verbessert die Benetzbarkeit des Substrates gemäß der vorliegenden Erfindung, so daß die Erzielung eines höheren Wärmeflusses während des Verfestigungsprozesses ermöglicht wird.
18 stellt das Phasendiagramm von CaO-Al₂O₃-Gemischen dar, und man sieht, daß die eutektische Zusammensetzung von 50,65 von CaO eine Liquidus-Temperatur von 1350°C besitzt. Demzufolge verbessert, wenn die Zusetzung von Calcium so eingestellt wird, daß ein CaO-Al₂O₃-Gemisch um diese eutektische Zusammensetzung herum erzeugt wird, dieses den Flüssiganteil der Oxidschicht, so daß der Gesamtwärmefluß verbessert wird.
Wir haben Verfestigungstests an einer großen Anzahl von AO6-Stahlproben mit variierenden Calciumzusätzen auf einem glatten Substrat bei einer Schmelztemperatur von 1595°C durchgeführt. Die Ergebnisse dieser Tests sind in 19 und 20 dargestellt. 19 trägt die gemessenen Wärmeflußwerte über der Periode der Verfestigung für variierende Calciumzusätze auf. Insbesondere sind fünf getrennte Kurven für in der durch den Pfeil dargestellten Richtung zunehmende Ca-Al-Zusammensetzungen dargestellt. 19 trägt den in jedem Verfestigungstest erzielten maximalen Wärmefluß gegenüber dem Ca/Al-Anteil auf.
Die in 19 und 20 dargestellten Ergebnisse zeigen, daß signifikante Zunahmen des Wärmeflusses erzielt werden können, indem der Ca/Al-Anteil so gesteigert wird, daß das CaO-Al₂O₃-Gemisch nahe an seinem Eutektikum liegt.
Unsere experimentelle Arbeit hat gezeigt, daß die im wesentlichen flüssige Oxidschicht, welche das Substrat unter Bandkühlungsbedingungen bedeckt, sehr dünn ist und in den meisten Fällen in der Größenordnung von 1 μm Dicke oder darunter liegt. In den in der in 1 und 2 dargestellten Experimentiervorrichtung ausgeführten Tests deckte die Überprüfung des Substrats und der Gießprobenoberflächen nach dem Gießen auf, daß sowohl das Substrat, als auch die Gießoberfläche Partikel aus Mangan- und Silizium-Zusammensetzungen besitzen, welche aus der Flüssigschicht heraus verfestigt worden sein müssen. Auf jeder Oberfläche waren diese Partikel in Sub-μm-Höhen vorhanden, was anzeigt, daß die Dicke der flüssigen Schicht in der Größenordnung von 1 μm oder darunter liegt.
Modellberechnungen demonstrieren, daß die Dicke der Schicht nicht mehr als etwa 5 μm sein sollte, da ansonsten die mögliche Verbesserung im Wärmefluß aufgrund der verbesserten Benetzbarkeit der Schicht vollständig durch den erhöhten Widerstand gegen Wärmefluß aufgrund der Dicke der Schicht kompensiert wird. 21 trägt die Ergebnisse der Modellberechnung unter Annahme einer perfekten Benetzbarkeit auf. Diese unterstützt die experimentellen Beobachtungen und zeigt ferner an, daß die Oxidschicht kleiner als 5 μm dick sein und bevorzugt in der Größenordnung von 1 μm oder darunter sein sollte.
22 bis 26 veranschaulichen eine kontinuierliche Doppelwalzen-Bandgießvorrichtung, welche gemäß der vorliegenden Erfindung betrieben wurde. Diese Gießvorrichtung weist einen Hauptmaschinenrahmen 11 auf, welcher von einem Werksboden 12 nach oben steht. Der Rahmen 11 unterstützt einen Gießwalzenwagen 13, welcher horizontal zwischen einer Montagestation 14 und einer Gießstation 15 verschiebbar ist. Der Wagen 13 trägt ein Paar paralleler Gießwalzen 16, auf welche geschmolzenes Metall während eines Gießvorgangs aus einer Pfanne 17 eine Gießwanne 19 und einer Zuführungsdüse 19 zugeführt wird, um einen Gießpool 30 zu erzeugen. Die Gießwalzen 16 sind so wassergekühlt, daß sich die Oberflächenschichten auf den sich bewegenden Walzenoberflächen 16A verfestigen und an dem Spalt zwischen diesen zusammengebracht werden, um ein verfestigtes Bandprodukt 20 an dem Walzenaustritt zu erzeugen. Dieses Produkt wird einer Standardwickelvorrichtung 21 zugeführt und kann anschließend auf eine zweite Wickelvorrichtung 22 übertragen werden. Ein Aufnahmebehälter 23 ist auf dem Maschinenrahmen angrenzend an die Gießstation aufgebaut und geschmol zenes Metall kann in diesen Aufnahmebehälter über einen Überlauf 24 auf der Gießwanne oder durch Herausziehen eines Notstopfens 25 an einer Seite der Gießwanne abgeleitet werden, wenn eine schwerwiegende Fehlfunktion des Produktes oder eine andere schwerwiegende Fehlfunktion während eines Gießvorgangs vorliegt.
Der Rollwagen 13 weist einen Wagenrahmen 31 auf, welcher mittels Rädern 32 auf Schienen 33 montiert ist, die sich entlang einem Teil des Hauptmaschinenrahmens 11 erstrecken, wodurch der Rollwagen 13 insgesamt für eine Bewegung entlang der Schienen 33 montiert ist. Der Wagenrahmen 31 trägt ein Paar Walzengestelle 34, in welchem die Walzen 16 drehbar montiert sind. Die Walzengestelle 34 sind auf dem Wagenrahmen 31 durch ineinander eingreifende komplementäre Gleitelemente 35, 36 montiert, um eine Bewegung der Gestelle auf dem Wagen unter dem Einfluß hydraulischer Zylindereinheiten 37, 38 zu ermöglichen, um den Spalt zwischen den Gießwalzen 16 einzustellen, und um ein rasches Auseinanderziehen der Walzen für ein kurzes Zeitintervall zu ermöglichen, wenn es erforderlich ist eine Querschwächungslinie über dem Band auszubilden, wie es nachstehend detaillierter erläutert wird. Der Wagen ist als Ganzes entlang den Schienen 33 durch die Betätigung einer doppelt wirkenden Kolben- und Zylindereinheit 39 beweglich, die zwischen einem Antriebsträger 40 auf dem Rollwagen und dem Hauptmaschinenrahmen so angeschlossen ist, daß sie zum Verschieben des Rollwagens zwischen der Montagestation 14 und der Gießstation 15 und umgekehrt betätigbar ist.
Die Gießwalzen 16 werden gegenläufig mittels Antriebswellen 41 von einem Elektromotor und einem auf dem Wagenrahmen 31 montierten Getriebe angetrieben. Die Walzen 16 besitzen Kupferumfangswände, die mit einer Reihe von sich in Längsrichtung erstreckenden und in Umfangsrichtung beabstandeten Wasserkühlkanälen ausgebildet sind, die mit Kühlwasser durch die Walzenenden aus Wasserzuführungsleitungen in den Walzenantriebswellen 41 versorgt werden, welche mit Wasserzuführungsschläuchen 42 über Rotationsdurchführungen 43 verbunden sind. Die Walzen können typischerweise etwa 500 mm Durchmesser aufweisen und bis zu 2000 mm lang sein, um 2000 mm breite Bandprodukte zu erzeugen.
Die Gießpfanne 17 ist eine vollständig herkömmliche Konstruktion und wird mittels eines Joches 45 von einem Deckenkran getragen, von dem sie von einer Heißmetallaufnahmestation aus in Position gebracht werden kann. Die Gießpfanne ist mit einem durch einen Servozylinder betätigbaren Verschlußstopfen 46 ausgestattet, um geschmolzenes Metall aus der Pfanne durch eine Auslaßdüse 47 und eine feuerfeste Schutzabdeckung 48 in eine Gießwanne 18 fließen zu lassen.
Die Gießwanne 18 ist ebenfalls von herkömmlicher Konstruktion, sie ist als eine breite Schale, bestehend aus einem feuerfesten Material, wie z. B. Magnesiumoxid (MgO), ausgebildet. Eine Seite der Gießwanne nimmt das geschmolzene Metall aus der Gießpfanne auf und ist mit dem vorgenannten Überlauf 24 und dem Notstopfen 25 ausgestattet. Die andere Seite der Gießwanne ist mit einer Reihe in Längsrichtung beabstandeter Metallauslaßöffnungen 52 versehen. Der untere Teil der Gießwanne trägt Befestigungsauflagen 52 für die Befestigung der Gießwanne auf dem Rollwagenrahmen 31 und ist mit Öffnungen für die Aufnahme von Ausrichtbolzen 54 auf dem Rahmenwagen versehen, um so die Gießwanne genau zu lokalisieren.
Die Zuführungsdüse 19 ist aus einem länglichen Körper, bestehend aus einem feuerfesten Material, wie z. B. Aluminiumoxidgraphit ausgebildet. Ihr Unterteil ist verjüngt, so daß es nach innen und unten so zusammenläuft, daß es in den Spalt zwischen den Gießwalzen 16 ragen kann. Sie ist mit einer Befestigungsauflage 60 versehen, wodurch sie auf dem Rollwagenrahmen gelagert wird und ihr oberer Teil ist mit nach außen stehenden Seitenflanschen 55 versehen, welche sich auf der Befestigungsauflage befinden.
Die Düse 19 kann eine Reihe von horizontal beabstandeten, im allgemeinen sich vertikal erstreckenden Durchlaufkanälen aufweisen, um ein geeignet langsames Austreten des Metalls über die gesamte Breite der Walzen zu erzeugen, und um das geschmolzene Metall in den Spalt zwischen den Walzen ohne direktes Auftreffen auf die Walzenoberflächen, an welchem die anfängliche Verfestigung auftritt, zu liefern. Alternativ kann die Düse einen einzigen zusammenhängenden Schlitzauslaß aufweisen, um einen Vorhang aus geschmolzenem Metall mit niedriger Geschwindigkeit direkt in den Spalt zwischen den Walzen zu liefern und/oder sie kann in dem Pool aus geschmolzenem Metall eingetaucht sein.
Der Pool wird an den Enden der Walzen durch ein Paar von Seitenverschlußplatten 56 begrenzt, welche gegen die stufenförmigen Enden 57 der Walzen gehalten werden, wenn sich der Rollwagen in der Gießposition befindet. Die Seitenverschlußplatten 56 bestehen aus einem starken feuerfesten Material, beispielsweise Bornitrid und weisen gerundete Seitenkanten 81 zur Anpassung an die Krümmung der stufenförmigen Enden 57 der Walzen auf. Die Seitenplatten können in Plattenhaltern 82 befestigt sein, welche bei der Gießstation durch die Betätigung eines Paars hydraulischer Zylindereinheiten 83 beweglich sind, um die Seitenplatten in einen Eingriff mit den stufenförmigen Enden der Gießwalzen zu bringen, um Endabschlüsse für den geschmolzenen Pool aus Metall auszubilden, der auf den Gießwalzen während einer Gießoperation ausgebildet wird.
Während eines Gießvorgangs wird der Gießpfannenverschlußstopfen 46 betätigt, um zu ermöglichen, daß sich geschmolzenes Metall aus der Gießpfanne in die Gießwanne durch die Metallzuführungsdüse ergießt, von der aus es zu den Gießwalzen fließt. Das saubere Kopfende des Bandproduktes 20 wird durch die Betätigung eines Bühnentisches 96 zu dem Maul der Wickelvorrichtung 21 geleitet. Der Bühnentisch 96 hängt von Schwenkbefestigungselementen 97 auf dem Hauptrahmen herab und kann durch die Betätigung einer hydraulischen Zylindereinheit 98 in Richtung der Wickelvorrichtung geschwenkt werden, nachdem sich das saubere Ende ausgebildet hat. Der Tisch 96 kann gegen eine obere Bandführungsklappe 99 arbeiten, welche durch einen Kolben- und Zylindereinheit 101 betätigt wird, und das Bandprodukt 20 kann zwischen einem Paar vertikaler Gleitwalzen 102 eingeschlossen werden. Nachdem das Kopfende in das Maul der Wickeleinrichtung geleitet wurde, wird die Wickeleinrichtung gedreht und das Bandprodukt 20 aufzuwickeln, und der Bühnentisch kann in seine Ruheposition zurückschwenken, in welcher er einfach von den Maschinenrahmen abgesetzt von dem Produkt herunterhängt, welches direkt in die Wickelvorrichtung 21 geführt wird. Das sich ergebende Bandprodukt 20 kann anschließend auf eine Wickelvorrichtung 22 übertragen werden, um einen fertigen Wickel für den Abtransport von der Gießvorrichtung herzustellen.
Vollständige Einzelheiten einer Doppelwalzengießvorrichtung der Art wie sie in den 22 bis 26 dargestellt ist, sind vollständiger in unseren US-Patenten 5,184,668 und 5,277,243 und in der Internationalen Patentanmeldung WO 94/12300A beschrieben. Gemäß der vorliegenden Erfindung wurde Stahl in einer solchen Vorrichtung mit Stahlschmelzenzusammensetzungen gegossen, die so gewählt waren, daß die Deoxidationsprodukte eine Oxidbeschichtung auf den Gießwalzen erzeugen, welche einen größeren Flüssiganteil bei den Gieß temperaturen besitzt. Als Ergebnis hat sich bestätigt, daß eine bevorzugte MO6-Stahlzusammensetzung zur Erzielung optimaler Ergebnisse wie folgt ist:

Kohlenstoff 0,06 Gew.%

Mangan 0,6 Gew.%

Silizium 0,28 Gew.%

Aluminium ≤ 0,002 Gew.%

Freier Sauerstoff in der Schmelze 60–100ppm
Es hat wurde auch festgestellt, daß bei Mangan/Siliziumberuhigten Stählen der Pegel freien Sauerstoffs wichtig ist. 27 veranschaulicht die in MO6-Stahl mit der bevorzugten Zusammensetzung vorhandenen Oxidphasen über ein Bereich von Schmelztemperaturen bei unterschiedlichen Pegeln freien Sauerstoffs. Es wird bevorzugt, Bedingungen einzuhalten, welche MnO + SiO₂ erzeugen, und die Bedingungen zu vermeiden, welche entweder Al₂O₃- oder feste SiO₂-Oxide erzeugen. Es wird daher bevorzugt, daß ein Pegel freien Sauerstoffs der Schmelze im Bereich von 60 bis 100 ppm bei Schmelzentemperaturen unter 1675°C vorliegt.
Es wurde ferner festgestellt, daß eine geeignete AO6-Zusammensetzung zum Erzielen optimaler Ergebnisse mit einem entsprechenden Calciumzusatz wie folgt ist:

Kohlenstoff 0,06 Gew.%

Mangan 0,25 Gew.%

Silizium 0,015 Gew.%

Aluminium 0,05 Gew.%
Die Beschichtung auf der Walze kann vollständig durch den Aufbau von Oxiden aus dem Gießpool erzeugt werden. In diesem Falle kann es erforderlich sein, daß eine Anfangsbandmenge erzeugt wird, bevor ein ausreichender Aufbau vorhanden ist, um eine teilweise flüssige Schicht in dem Umfang zu erzeugen, um den mit der Geschwindigkeit einer Bandproduktion konsi stent gewünschten Wärmefluß zu erzielen. Es kann somit eine Anfangsperiode vorliegen, welche ein Schrottprodukt erzeugt, bevor stabile Wärmeflußbedingungen erreicht werden.
Statt sich auf den Aufbau von Oxiden auf der Walze zu verlassen, ist es innerhalb des Schutzumfangs der vorliegenden Erfindung möglich, eine geeignete Oxidzusammensetzung auf den Walzenoberflächen unmittelbar vor ihrem Eintritt in den Pool aufzubringen oder die Walzen mit einer permanenten Beschichtung von Oxiden zu versehen, welche teilweise im Kontakt mit den Gießpool schmelzen. Ein geeignetes Beschichtungsmaterial mit niedrigem Schmelzpunkt könnte Rhodiumoxid, Kaliumoxid oder Wismutoxid sein.
Die Erfindung ist in ihrer Anwendung nicht auf Doppelrollen-Gießvorrichtungen beschränkt und kann in jeder kontinuierlichen Bandgießoperation eingesetzt werden, wie z. B. beim Gießen, das auf einer Einrollen-Gießvorrichtung oder einer Band-Gießvorrichtung durchgeführt wird. Sie kann auch Anwendungen in anderen Gießprozessen finden, in welchem Metall rasch durch einen Kontakt mit einer abgekühlten Gießoberfläche verfestigt werden muß.

Claims

Verfahren zum Gießen eines Stahlbandes mit den Schritten: Ausbilden eins Gießpools (30) aus geschmolzenem Stahl in Kontakt mit einer sich bewegenden Gießoberfläche (16A) mit einem arithmetisch Bemittelten Rauheitswert (R_a) von weniger als 5 μm und Kühlen der Gießoberfläche (16A), um eine Verfestigung des Stahls aus dem Gießpool (30) auf der Gießoberfläche (16A) zu bewirken, dadurch gekennzeichnet, daß auf der Gießoberfläche (16A) während der Verfestigung des Stahles darauf eine aus der Stahlschmelze des Gießpools (30) abgeschiedene Schicht aus Oxidmaterial ausgebildet wird, wobei ein größerer Anteil dieser Schicht bei dem Beginn der Stahlverfestigung auf der Gießoberfläche (16A) flüssig ist, wobei das Oxidmaterial auf der Gießoberfläche (16A) durch die Bewegung der Gießoberfläche (16A) in Kontakt mit dem geschmolzenen Stahl in dem Gießpool (30) abgeschieden wird, um die Schicht auszubilden, wobei das Oxidmaterial flüssige Oxidphasen bei der Gießtemperatur ausbildet, um den größeren Anteil von Flüssigkeit in der Schicht zu erzeugen, wobei die Ausbildung einer Schicht aus Oxidmaterial auf der sich bewegenden Gießoberfläche erzielt wird, indem die Menge des freien Sauerstoffs des geschmolzenen Stahls in dem Pool gesteuert wird und indem der Anteil der Stahldeoxidationsprodukte, wie z. B. FeO, MnO, SiO₂, Al₂O, und CaO die als auf der Oberfläche des Gießpools schwimmende Schlacke vorhanden sind, eingestellt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, ferner dadurch gekennzeichnet, daß die Flüssigkeit der Schicht einen Benetzungswinkel von weniger als 40° auf der Gießoberfläche hat.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, ferner dadurch gekennzeichnet, daß die Schicht weniger als 5 μm dick ist.
Verfahren nach Anspruch 3, ferner dadurch gekennzeichnet, daß die Schicht weniger als 1 μm dick ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, ferner dadurch gekennzeichnet, daß der Flüssiganteil der Schicht mindestens 0,75 ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, ferner dadurch gekennzeichnet, daß der geschmolzene Stahl ein Mangan/Silizium-beruhigter Stahl ist und die Schicht eine Schlacke ist, die ein Gemisch aus Eisen-, Mangan- und Siliziumoxiden enthält, und wobei die Anteile der Mangan- und Siliziumoxide in der Schlacke so sind, daß ein größerer Anteil dieser Oxide in der Form flüssiger Phasen vorliegt.
Verfahren nach Anspruch 6, ferner dadurch gekennzeichnet, daß die Schlacke MnO und SiO₂ in Anteilen von 75% MnO und 25% SiO₂ enthält.
Verfahren nach Anspruch 6, ferner dadurch gekennzeichnet, daß die Stahlschmelze folgendes enthält: Kohlenstoff 0,06 Gew.% Mangan 0,6 Gew.% Silizium 0,28 Gew.% Aluminium ≤0,002 Gew.%
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, ferner dadurch gekennzeichnet, daß der geschmolzene Stahl ein Aluminium-beruhigter Stahl dergestalt ist, daß die Schicht eine Schlacke ist, die ein Gemisch aus Eisen- Silizium- und Aluminiumoxiden enthält, und daß das Verfahren den Schritt der Zusetzung von Calcium zu dem geschmolzenen Stahl in der Weise aufweist, daß der Anteil von Calcium zu Aluminium in der Schmelze in dem Bereich von 0,2 bis 0,3 Gewichtsanteilen liegt.
Verfahren nach Anspruch 9, ferner dadurch gekennzeichnet, daß der geschmolzene Stahl ein Aluminium-beruhigter Stahl ist, welcher 0,06 Gew.% Kohlenstoff, 0,25 Gew.% Mangan, 0,15 Gew.% Silizium, 0,05 Gew.% Aluminium und Calcium in der Weise aufweist, daß das Verhältnis von Calcium zu Aluminium in der Schmelze in dem Bereich von 0,2 bis 0,3 Gewichtsanteilen liegt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, ferner dadurch gekennzeichnet, daß ein Paar der sich bewegenden Gießoberflächen (16A) vorliegt, die von Umfangsoberflächen eines einen Spalt dazwischen ausbildenden Paares von Gießwalzen (16) gebildet werden, wobei der Gießpool (30) auf den Gießwalzen über dem Spalt gehalten wird und die Walzen (16) gedreht werden, um ein verfestigtes Stahlband (20) unterhalb des Spalts zu liefern.