EP0152626B1 - Verfahren und Einrichtung zum Erzeugen von dünnen Metallsträngen aus Metallschmelze, insbesondere von Stahlsträngen - Google Patents

Verfahren und Einrichtung zum Erzeugen von dünnen Metallsträngen aus Metallschmelze, insbesondere von Stahlsträngen Download PDF

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EP0152626B1
EP0152626B1 EP84116320A EP84116320A EP0152626B1 EP 0152626 B1 EP0152626 B1 EP 0152626B1 EP 84116320 A EP84116320 A EP 84116320A EP 84116320 A EP84116320 A EP 84116320A EP 0152626 B1 EP0152626 B1 EP 0152626B1
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granular particles
molten metal
recesses
granulating device
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Peter Dr.-Ing. Voss-Spilker
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Mannesmann AG
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    • B22F2998/00—Supplementary information concerning processes or compositions relating to powder metallurgy

Definitions

  • the invention relates to a method and a device for producing thin metal strands from molten metal, in particular steel strands from molten steel.
  • Thin metal strands can only be produced by casting in continuous casting molds if special difficulties are taken into account. Problems occur e.g. B. when starting the casting and during casting when introducing the molten metal into the very narrow continuous casting mold.
  • Thin metal strands of low-melting metals are cast by pouring molten metal onto a cooled surface or between two cooled surfaces, which move away from the pouring point at high speed.
  • metal melts can be poured between pairs of rolls or pairs of belts, but there is a material structure that leaves something to be desired even after a further rolling process.
  • a pelletizing device which consists of a wheel which is immersed in the molten metal and has teeth or teeth on its circumference, the rotation of which produces granulate particles by ejecting the melt and cooling it down during the flight (EP-A-0 000 926).
  • the shape of the granulate particles cannot be clearly determined here and is largely left to chance.
  • the further processing of the granulate particles to form a thin metal strand within a device that largely works in the absence of air is also not described here.
  • the invention has for its object a method or a device for producing thin metal strands, such as. B. metal strips, to propose a structure that is already homogeneous with the least possible deformation.
  • the object is achieved in that the metal melt is processed into granulate particles within a protective space against reoxidation by shaping in recesses of a granulating device with simultaneous cooling just below the solidus temperature point, that the warm granulate particles also immediately afterwards in the the space protecting the reoxidation is homogenized in a hot container with respect to the temperature to the deformation temperature and the granulate particles are then continuously compressed into a strand.
  • This method has the advantages that the structure of the metal strand turns out to be practically the same over the entire cross-section, be it in thickness or width, and that subsequent deformation only leads to a further compression of the structure or to a change in shape , which essentially does not require a fundamental structural change.
  • such a quantity of molten metal is formed into a jet per unit of time, the volume of which is equivalent to the total volume of the granulate particles produced.
  • the amount of the granulate particles produced thus determines the casting speed, the amount of the granulate particles advantageously being able to be matched to the cross section of the metal strand.
  • the beam is formed perpendicularly from the molten metal. This measure supports the volume-appropriate introduction into a facility that serves to form granulate particles.
  • the molten metal is processed into the granulate particles by mechanical shaping.
  • melt container granulating device, hot container and compression or Welding device are arranged one above the other.
  • the granulating device is of particular importance for the formation of the granulate particles, because the production of certain granulate particle shapes are process engineering criteria both for the formation of granulate particles and for the subsequent assembly of the granulate particles, for the granulate compression or welding.
  • the granulating device consists of two cooled rollers, the axes of which run parallel, and of which at least one roller is provided with recesses corresponding to the granulate particle shape in the longitudinal direction.
  • the cooling of the granulate particles and their subsequent compression or welding take place advantageously in that the recesses are hemispherical, rod-shaped, cuboid, prismatic or the like.
  • a high throughput of casting metal with appropriate heat dissipation can also be achieved in that the rollers are made of copper and are water-cooled.
  • rollers consist of chemically resistant ceramic and are air-cooled.
  • the method according to the invention is explained with reference to FIG. 1.
  • From the melt container 1 flows through the spout 2 molten metal 2a, z. B. molten steel, in the granulating device 3, which is formed from the rollers 3a and 3b to be described in more detail.
  • the two rollers 3a and 3b form granulate particles 4 between them, the flow rate of the molten metal 2a at the end of the spout 2, the rotational speed of the rollers 3a and 3b, the intensity of the cooling and the volumes of the granulate particles 4 forming parameters to be coordinated with one another .
  • the parameters are coordinated with one another in such a way that, at temperatures below the solidus temperature point, the granulate-particle temperatures allow their temperature to be adjusted to a uniform temperature level, which permits further processing without substantial energy input.
  • the granulate particles 4 leave the granulating device 3 and reach the impact surface 5 and the warm container 6, in which the desired temperature compensation takes place. A temperature reduction is not harmful during the homogenization process, provided that the temperature at the outlet of the warm container 6 corresponds to the desired preheating temperature.
  • the granulate particles 4 flowing out through the funnel 7 are compressed or welded to the thin metal strand 9 in a compression device 8 consisting of the compression rollers 8a and 8b.
  • the compaction rollers 8a, 8b exist, for. B. from caliber rolls.
  • the device according to FIG. 1, starting from the melt container 1 to the compression device 8, is surrounded by the housing 13, into which protective gas flows continuously through the inlet 13a and flows out again through the outlet 13b, if there is an overpressure in the housing 13.
  • the granulating device 3 (FIGS. 2 to 4), consisting of the cooled rollers 3a and 3b, the axes 14 and 15 of which run parallel, is formed by a cylindrical smooth roller 3a and a specially prepared roller 3b.
  • the roller 3b has recesses 16 which have hemispherical shape 16a, rod shape 16b or cuboid shape 16c. It can also have another shape, such as. For example, a prism shape can be chosen that combines the properties of favorable cooling conditions with later compression or welding affinity.
  • the recesses 16 can also form cavities with different sizes and / or different volumes.
  • the recesses 16 extend over the circumference 17 and in the longitudinal direction 18 of the roller 3b and are each open on the surface of the roller 3b.
  • the rollers 3a and 3b have copper jackets and are provided with closed cooling circuits.
  • the rollers 3a and 3b can also be air-cooled and then consist of boron nitride, silicon nitride, zirconium oxide or similar heat-resistant materials on the surface of the roller shell. Both rollers 3a and 3b can also be provided with the recesses 16.
  • the metal strand 9 emerging from the housing 13 at the outlet 13b is pre-bent in the bending device 10 (FIG. 1) between bending rollers 10a and 10b and wound into a bundle in the winding device 11.
  • the separating device 12 cuts the metal strand 9 to length requirements and is also used for cropping any starting and end pieces that may arise.

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Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Einrichtung zum Erzeugen von dünnen Metallsträngen aus Metallschmelze, insbesondere von Stahlsträngen aus Stahlschmelze.
  • Dünne Metallstränge können durch Gießen in Stranggießkokillen nur unter Beachtung besonderer Schwierigkeiten hergestellt werden. Probleme treten z. B. beim Anfahren des Abgusses und während des Gießens beim Einleiten der Metallschmelze in die sehr schmale Stranggießkokille auf.
  • Dünne Metallstränge aus niedrigschmelzenden Metallen werden zwar durch Aufgießen von Metallschmelze auf eine gekühlte Fläche oder zwischen zwei gekühlte Flächen gegossen, die sich mit großer Geschwindigkeit von der Aufgießstelle entfernen. Nach diesem Prinzip können Metallschmelzen zwischen Walzenpaaren oder Bänderpaaren vergossen werden, wobei sich jedoch eine Werkstoffstruktur ergibt, die auch noch nach einem weiteren Walzvorgang zu wünschen übrig läßt. Bei Stahl gelten diese Schwierigkeiten als nicht überwunden.
  • Das Herstellen von dünnen Metallsträngen, insbesondere von Stahlsträngen weist daher immer noch den Nachteil auf, daß bei abnehmender Strangdicke ein im wesentlichen inhomogenes Gefüge entsteht, das wegen der geringen nachfolgenden Verformung nicht ausreichend homogenisiert werden kann, so daß die sich durch das Gießverfahren ergebenden Strukturmängel nicht mehr ausgleichen lassen.
  • Aus der US-A-3 368 273 ist ein Verfahren zum kontinuierlichen Stranggießen und zum unmittelbaren Walzen (ein sog. Gießwalzverfahren) von Stahl zu dünnen Strängen bekannt, bei dem in einem Zwischenschritt tropfenförmiges Granulat erzeugt wird, das in eine Stranggießkokille als Kühlmittel für die Stahlschmelze kontinuierlich eingegeben wird. Hierbei ist ein evakuiertes Gefäß vorgesehen, in dem das Metall vom Gießbeginn bis zum Walzanstich vor Reoxidation geschützt ist. Dieses Verfahren bedarf jedoch im Bereich der Zusammenführung von tropfenförmigem Granulat mit der Stahlschmelze einer aufwendigen Temperatursteuerung, wie z. B. einer zusätzlich induktiven Heizung.
  • Es ist ferner eine Granuliervorrichtung bekannt, die aus einem in die Metallschmelze eintauchenden, am Umfang mit Zacken oder Zähnen versehenen Rad besteht, bei dessen Umdrehung Granulat-Partikel durch Herausschleudern von Schmelze und deren Abkühlung während des Fluges erzeugt werden (EP-A-0 000 926). Die Form der Granulat-Partikel kann hier nicht eindeutig bestimmt werden und ist weitgehend dem Zufall überlassen. Die Weiterverarbeitung der Granulat-Partikel zu einem dünnen Metallstrang innerhalb einer weitestgehend unter Luftabschluß arbeitenden Vorrichtung ist allerdings auch hier nicht beschrieben.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren bzw. eine Einrichtung zum Erzeugen dünner Metallstränge, wie z. B. Metallbänder, vorzuschlagen, bei dem ein Gefüge entsteht, das unter geringstmöglicher Verformung bereits homogen ist.
  • Die gestellte Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Metallschmelze innerhalb eines vor Reoxidation schützenden Raums durch Formgebung in Ausnehmungen einer Granuliervorrichtung unter gleichzeitiger Abkühlung knapp unter den Solidus-Temperaturpunkt zu Granulat-Partikel verarbeitet wird, daß die warmen Granulat-Partikel unmittelbar anschließend ebenfalls in dem vor Reoxidation schützenden Raum in einem Warmbehälter bezüglich der Temperatur auf Verformungstemperatur homogenisiert werden und daß die Granulat-Partikel anschließend zu einem Strang kontinuierlich verdichtet werden. Dieses Verfahren weist die Vorteile auf, daß die Struktur des Metallstranges praktisch über den gesamten Querschnitt, sei dies in Dicken- oder Breiten-Erstreckung, vollkommen gleich ausfällt und daß eine nachfolgende Verformung lediglich noch zu einer weiteren Verdichtung des Gefüges bzw. zu einer Gestaltänderung führt, womit jedoch im wesentlichen keine grundsätzliche Strukturänderung erforderlich wird.
  • In Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird ferner vorgeschlagen, daß pro Zeiteinheit eine solche Metallschmelzenmenge zu einem Strahl geformt wird, dessen Volumen dem Gesamtvolumen der erzeugten Granulat-Partikel äquivalent ist. Die Menge der erzeugten Granulat-Partikel bestimmt somit die Gießgeschwindigkeit, wobei die Menge der Granulat-Partikel vorteilhafterweise auf den Querschnitt des Metallstranges abgestimmt werden kann.
  • In diesem Zusammenhang ist vorgesehen, daß der Strahl aus der Metallschmelze lotrecht gebildet wird. Diese Maßnahme unterstützt das volumengerechte Einbringen in eine Einrichtung, die der Granulat-Partikelbildung dient.
  • In weiterer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird außerdem vorgeschlagen, daß die Metallschmelze durch mechanische Formgebung zu dem Granulat-Partikeln verarbeitet wird.
  • Zum Erzeugen von dünnen Metallsträngen aus Metallschmelze, insbesondere von Stahlsträngen aus Stahlschmelze, nach den Ansprüchen 1 bis 4 ist durch die Merkmale des Anspruchs 5 gekennzeichnet. Vorteilhafterweise können diese Einrichtungen insgesamt zu einer Gesamteinrichtung zusammengefaßt werden, die von einer schützenden Gasatmosphäre umgeben ist, so daß Reoxidation in den einzelnen Phasen des Verfahrens vermieden wird.
  • Eine platzsparende Gestaltung der Einrichtung wird überdies dadurch erzielt, daß Schmelzenbehälter, Granuliervorrichtung, Warmbehälter und Verdichtungs- bzw. Verschweißvorrichtung übereinander angeordnet sind.
  • Zur Bildung der Granulat-Partikel kommt der Granuliervorrichtung besondere Bedeutung zu, weil die Erzeugung bestimmter Granulat-Partikelformen sowohl für die Bildung von Granulat-Partikeln als auch für die spätere Zusammenführung der Granulat-Partikel, für die Granulatverdichtung bzw. -verschweißung verfahrenstechnische Kriterien darstellen. In Weiterbildung der Erfindung ist daher vorgesehen, daß die Granuliervorrichtung aus zwei gekühlten Walzen besteht, deren Achsen parallel verlaufen, und von denen zumindest eine Walze über den Umfang und in Längsrichtung mit der Granulat-Partikelform entsprechenden Ausnehmungen versehen ist.
  • Die Abkühlung der Granulat-Partikel und deren spätere Verdichtung bzw. Verschweißung erfolgen jeweils dadurch vorteilhaft, daß die Ausnehmungen Halbkugelform, Stäbchenform, Quaderform, Prismenform oder dgl. aufweisen.
  • Ein hoher Durchsatz an Gießmetall bei entsprechender Wärmeabfuhr kann außerdem dadurch erzielt werden, daß die Walzen aus Kupfer gefertigt und wassergekühlt sind.
  • Eine andere Möglichkeit der Bildung verschweißfähiger Granulat-Partikel wird dadurch eröffnet, daß die Walzen aus chemisch resistenter Keramik bestehen und luftgekühlt sind.
  • Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben. Es zeigen
    • Fig. 1 einen senkrechten Querschnitt durch die Einrichtung zum Erzeugen von dünnen Metallsträngen,
    • Fig. 2 eine Ansicht der Granuliervorrichtung in einer ersten Ausführungsform,
    • Fig. 3 eine zweite Ausführungsform der Granuliervorrichtung und
    • Fig. 4 eine dritte Ausführungsform der Granuliervorrichtung.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren wird anhand Fig. 1 erläutert. Aus dem Schmelzenbehälter 1 strömt durch den Ausguß 2 Metallschmelze 2a, z. B. Stahlschmelze, in die Granuliervorrichtung 3, die aus den noch genauer zu beschreibenden Walzen 3a und 3b gebildet ist. Die beiden Walzen 3a und 3b formen zwischen sich Granulat-Partikel 4, wobei die Strömungsgeschwindigkeit der Metallschmelze 2a am Ende des Ausgusses 2, die Drehgeschwindigkeit der Walzen 3a und 3b, die Intensität der Kühlung und die Volumina der Granulat-Partikel 4 aufeinander abzustimmende Parameter bilden. Hierbei werden die Parameter derart aufeinander abgestimmt, daß bei etwa unter dem Solidus-Temperaturpunkt liegende Granulat-Partikel-Temperaturen deren Temperaturangleichung auf ein einheitliches Temperaturniveau erlauben, das die Weiterverarbeitung ohne wesentliche Energiezufuhr gestattet.
  • Die Granulat-Partikel 4 verlassen die Granuliervorrichtung 3 und gelangen auf die Prallfläche 5 und in den Warmbehälter 6, in dem der angestrebte Temperaturausgleich stattfindet. Eine Temperatursenkung ist während des Homogenisations-Vorgangs unschädlich, soweit die Temperatur am Ausgang des Warmbehälters 6 der angestrebten Vervormungstemperatur entspricht. Die durch den Trichter 7 ausströmenden Granulat-Partikel 4 werden in einer Verdichtungsvorrichtung 8, bestehend aus den Verdichtungswalzen 8a und 8b, zu dem dünnen Metallstrang 9 verdichtet bzw. verschweißt. Die Verdichtungswalzen 8a, 8b bestehen z. B. aus Kaliberwalzen.
  • Um den Zutritt von Sauerstoff während des Verfahrensablaufes zu vermeiden, ist die Einrichtung gemäß Fig. 1, beginnend vom Schmelzenbehälter 1 bis zur Verdichtungsvorrichtung 8 von dem Gehäuse 13 umgeben, in das kontinuierlich Schutzgas durch den Einlaß 13a einfließt und durch den Ausgang 13b wieder ausströmt, soweit ein Überdruck im Gehäuse 13 vorhanden ist.
  • Die Granuliervorrichtung 3 (Fig. 2 bis 4), aus den gekühlten Walzen 3a und 3b bestehend, deren Achsen 14 und 15 parallel verlaufen, wird von jeweils einer zylindrisch glatten Walze 3a und einer besonders vorbereiteten Walze 3b gebildet. Die Walze 3b weist Ausnehmungen 16 auf, die Halbkugelform 16a, Stäbchenform 16b oder Quaderform 16c besitzen. Es kann auch eine andere Form, wie z. B. eine Prismenform gewählt werden, die die Eigenschaften günstiger Abkühlungsbedingungen mit späterer Verdichtungs- bzw. Verschweißungsaffinität kombiniert. Die Ausnehmungen 16 können auch Hohlräume mit unterschiedlich großen und/oder verschiedenen Volumina bilden. Die Ausnehmungen 16 erstrecken sich über den Umfang 17 und in Längsrichtung 18 der Walze 3b und sind an der Oberfläche der Walze 3b jeweils offen.
  • Die Walzen 3a und 3b weisen Kupfermäntel auf und sind mit geschlossenen Kühlkreisläufen versehen. Die Walzen 3a und 3b können aber auch luftgekühlt sein und bestehen dann an der Walzenmanteloberfläche aus Bornitrit, Siliziumnitrit, Zirkonoxid oder ähnlichen Wärmewiderstandsfähigen Werkstoffen. Es können auch beide Walzen 3a und 3b mit den Ausnehmungen 16 versehen sein.
  • Der aus dem Gehäuse 13 beim Ausgang 13b austretende Metallstrang 9 wird in der Biegeeinrichtung 10 (Fig. 1) zwischen Biegerollen 10a und 10b vorgebogen und in der Wickeleinrichtung 11 zu einem Bund gewickelt. Die Trenneinrichtung 12 längt den Metallstrang 9 den Längenanforderungen entsprechend ab und dient auch zum Schopfen etwa entstehender Anfangs- und Endstücke.

Claims (10)

1. Verfahren zum Erzeugen von dünnen Metallsträngen aus Metallschmelze, insbesondere von Stahlsträngen aus Stahlschmelze,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Metallschmelze (2a) innerhalb eines vor Reoxidation schützenden Raums durch Formgebung in Ausnehmungen (16) einer Granuliervorrichtung unter gleichzeitiger Abkühlung knapp unter den Solidus-Temperaturpunkt zu Granulat-Partikel (4) verarbeitet wird, daß die warmen Granulat-Partikel (4) unmittelbar anschließend ebenfalls in dem vor Reoxidation schützenden Raum in einem Warmbehälter (6) bezüglich der Temperatur auf Verformungstemperatur homogenisiert werden und daß die Granulat-Partikel (4) anschließend zu einem Strang (9) kontinuierlich verdichtet werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß pro Zeiteinheit eine solche Metallschmelzenmenge zu einem Strahl (2b) geformt wird, dessen Volumen dem Gesamtvolumen der erzeugten Granulat-Partikel äquivalent ist.
3. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Strahl (2b) aus der Metallschmelze (2a) lotrecht gebildet wird.
4. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Metallschmelze (2a) durch mechanische Formgebung zu den Granulat-Partikeln (4) verarbeitet wird.
5. Einrichtung zum Erzeugen von dünnen Metallsträngen aus Metallschmelze, insbesondere von Stahlsträngen aus Stahlschmelze, nach den Ansprüchen 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet,
daß innerhalb eines vor Reoxidation schützenden Gehäuses (13), einem Schmelzenbehälter (1) eine Granuliervorrichtung (3) mit Ausnehmungen (16) an ihrer Oberfläche daß der Granuliervorrichtung (3) ein Warmbehälter (6) für die Homogenisierung der Temperatur der Granulat-Partikel (4) nachgeordnet ist und daß im Bereich des Ausgangs (13b) des Gehäuses (13) eine die Granulat-Partikel (4) zu einem Strang verdichtende und verschweißende Vorrichtung (8) vorgesehen ist.
6. Einrichtung nach Anspruch 5,
dadurch gekennzeichnet,
daß Schmelzenbehälter (1), Granuliervorrichtung (3), Warmbehälter (6) und Verdichtungs- bzw. Verschweißvorrichtung (8) übereinander angeordnet sind.
7. Einrichtung nach den Ansprüchen 5 und 6,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Granuliervorrichtung (3) aus zwei gekühlten Walzen (3a, 3b) besteht, deren Achsen (14, 15) parallel verlaufen, und von denen zumindest eine Walze (3a) über den Umfang (17) und in Längsrichtung (18) mit der Granulat-Partikelform entsprechenden Ausnehmungen (16) versehen ist.
8. Einrichtung nach den Ansprüchen 5 bis 7,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Ausnehmungen (16) Halbkugelform (16a), Stäbchenform (16b), Quaderform (16c), Prismenform oder dgl. aufweisen.
9. Einrichtung nach den Ansprüchen 5 bis 8,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Walzen (3a, 3b) aus Kupfer gefertigt und wassergekühlt sind.
10. Einrichtung nach den Ansprüchen 5 bis 9,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Walzen (3a, 3b) aus chemisch resistenter Keramik bestehen und luftgekühlt sind.
EP84116320A 1984-02-20 1984-12-27 Verfahren und Einrichtung zum Erzeugen von dünnen Metallsträngen aus Metallschmelze, insbesondere von Stahlsträngen Expired EP0152626B1 (de)

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AT84116320T ATE32987T1 (de) 1984-02-20 1984-12-27 Verfahren und einrichtung zum erzeugen von duennen metallstraengen aus metallschmelze, insbesondere von stahlstraengen.

Applications Claiming Priority (2)

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DE3406036 1984-02-20
DE19843406036 DE3406036A1 (de) 1984-02-20 1984-02-20 Verfahren und einrichtung zum erzeugen von duennen metallstraengen aus metallschmelze, insbes. von stahlstraengen

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Publication Number Publication Date
EP0152626A1 EP0152626A1 (de) 1985-08-28
EP0152626B1 true EP0152626B1 (de) 1988-03-16

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EP84116320A Expired EP0152626B1 (de) 1984-02-20 1984-12-27 Verfahren und Einrichtung zum Erzeugen von dünnen Metallsträngen aus Metallschmelze, insbesondere von Stahlsträngen

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JP (1) JPS60187601A (de)
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