EP0625387B1 - Bandgiessanlage für Metalle - Google Patents

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EP0625387B1
EP0625387B1 EP94810247A EP94810247A EP0625387B1 EP 0625387 B1 EP0625387 B1 EP 0625387B1 EP 94810247 A EP94810247 A EP 94810247A EP 94810247 A EP94810247 A EP 94810247A EP 0625387 B1 EP0625387 B1 EP 0625387B1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
nozzle
strip casting
outlet opening
casting
casting plant
Prior art date
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Expired - Lifetime
Application number
EP94810247A
Other languages
English (en)
French (fr)
Other versions
EP0625387A1 (de
Inventor
Klaus Peter Maiwald
Michel Meyer
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Constellium Issoire SAS
Original Assignee
Pechiney Rhenalu SAS
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Pechiney Rhenalu SAS filed Critical Pechiney Rhenalu SAS
Publication of EP0625387A1 publication Critical patent/EP0625387A1/de
Application granted granted Critical
Publication of EP0625387B1 publication Critical patent/EP0625387B1/de
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

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Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22D—CASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
    • B22D11/00—Continuous casting of metals, i.e. casting in indefinite lengths
    • B22D11/06—Continuous casting of metals, i.e. casting in indefinite lengths into moulds with travelling walls, e.g. with rolls, plates, belts, caterpillars
    • B22D11/0637—Accessories therefor
    • B22D11/064—Accessories therefor for supplying molten metal
    • B22D11/0642—Nozzles

Definitions

  • the invention relates to a strip casting installation for metals, especially for aluminum and aluminum alloys, with a slidable in the direction of flow of the liquid metal and vertically adjustable pouring nozzle for feeding of liquid metal in the adjustable roll gap between rotating molds, the pouring nozzle consisting of two nozzle elements articulated to a melt distribution trough and two side delimiters, which are slit-shaped Form the outlet opening for the liquid metal.
  • the casting nozzle has horizontal or inclined belt casting systems an upper and a lower, in vertical strip casting systems a left and a right nozzle element. Further concerns the invention is a method for operating the strip caster.
  • Known belt casting systems have a first variant two casting rolls arranged one above the other (e.g. Lauener Rollcaster), according to a second variant two on top of each other continuous casting belts (e.g. Hazelett) or caterpillars (e.g. Lauener Block Caster), which from a machine frame be held or arranged in a housing are.
  • continuous casting belts e.g. Hazelett
  • caterpillars e.g. Lauener Block Caster
  • a nozzle between the two casting rolls In the area of the roll or casting gap is in the working position a nozzle between the two casting rolls, which is usually fixed on the machine frame.
  • a pouring trough fed by a gutter system from a specialist Called melt distribution trough, conducts liquid metal into the nozzle, the flowing metal solidifies between the casting rollers and emerges as a partially rolled strip.
  • This pouring nozzle can be turned on and off together with its nozzle holder be expanded, but accessibility is, in particular severely hampered by machine frame or housing.
  • tapes are made down to the strip casting process a thickness of about 2 mm, in particular 3 to 7 mm, cast, something very high about the nozzle itself and its positioning Demands.
  • the nozzle must not only prevent erosion or dissolution in aggressive, Resist liquid metal, it must not have high thermal conductivity, because otherwise the liquid Metal could solidify in the nozzle and has to roughen it Resist foundry.
  • a 2752649 has long been a more suitable one Material known for a pouring nozzle. This must be so be positioned exactly so that on the one hand there is an unwanted Parts do not damage the roller surfaces, but on the other hand, not so between the nozzle and the casting roller large gaps are formed that the liquid Do not put metal between the nozzle and the surface of the casting roller can penetrate.
  • For casting aluminum for example is a distance of the nozzle to the casting roll of 0.2 mm considered optimal, penetration above 0.5 mm can hardly be prevented by molten metal.
  • A1 0443204 is a horizontally displaceable and Height-adjustable pouring nozzle for feeding liquid Known metal in a roll gap, in which the metal feed not interrupted while positioning a nozzle must become. This allows the pouring nozzle to be replaced without downtime.
  • EP, A1 0137238 describes a casting system for continuous Strip casting of metals, especially a nozzle arrangement with an extruded nozzle holder and one fireproof, pre-cast nozzle.
  • the nozzle holder is as one Extruded and shows all essential details and Tolerances.
  • This nozzle holder and an additional fastening wedge consist of an extruded aluminum alloy.
  • the pouring nozzle is attached to the holder with screws attached and for example with a fastening wedge clamped. This will remove and replace the Nozzle done in minimal time.
  • JP, A 01224144 has a slow and steady Flow of molten steel to the object, hence a Cast strand of good quality can be made.
  • the molten metal introduced from a distribution trough directed into the interior of the fixed nozzle element. After Decreasing the flow rate occurs the melted Metal out of the nozzle gap 11.
  • a movable nozzle element can with an actuator towards the fixed nozzle element or be moved away from it. That can the nozzle opening between the nozzle elements and thus the Flow rate of the molten steel set will. With this vertical continuous casting process Cast bars of good quality are made.
  • the inventors set themselves the task of a strip caster for metals of the type mentioned and a Process for their operation to create a pouring nozzle allow with always optimal positioning.
  • the object is achieved according to the invention in relation to the strip caster solved by one or both of the nozzle elements adjustable at least in the area of the outlet opening is.
  • Special and further training embodiments the strip caster are subject to dependent device claims.
  • Adjustable nozzle elements cause a retreat the gap between the nozzle lip and the roller is constant held and no metal can flow back.
  • the two side delimiters of the pouring nozzle are known per se Way designed so that the outlet opening the nozzle can expand when retracting without metal between flow out of a nozzle element and a side limiter can.
  • a joint located directly on the melt distribution trough is preferably a hinge pivotable about an axis.
  • a joint on a nozzle element is expediently one by one Axis swiveling hinge, a foil hinge, at Casting aluminum, especially spring steel, a molded one elastic block, especially from the same Fiber material such as the nozzle element, or a tensile fabric.
  • the nozzle elements can be built in a conventional manner viewed from the side essentially in the form of a Pen. At least one nozzle element is more suitable Site severed to form a joint and articulated with the remnant rigidly hinged to the melt distribution trough connected.
  • the invention can also be used to design to simplify the pouring nozzles.
  • a plate-shaped Piece is rigidly connected to the melt distribution trough and has an articulated connection in the direction of the outlet opening to a much thinner plate, which in Cross-section long rectangular, but corresponding to rombus or can even be almost triangular.
  • the very small distance is about 0.2 up to 0.5 mm of a nozzle lip to the corresponding roller constant to keep that neither scrap marks on the casting rolls still flowing through metal between the pouring nozzle and Casting roller can occur.
  • nozzle lips Sliding inserts made of a self-lubricating material, in particular made of graphite or hexagonal boron nitride, built into the nozzle elements. This allows the nozzle elements regularly in exposed areas or across the entire width spread out without any Grinding marks arise. For more information, see the DE, A1 2131435.
  • the sliding insert can also extend over the entire width of the nozzle.
  • the existing, albeit slight metallostatic pressure towards an expansion of the outlet opening Preferably becomes horizontal or sloping during the retreat Pouring nozzle the metallostatic pressure increases, in particular by increasing the level in the melt distribution trough. In order to ensures that the moving part of the nozzle elements spread or shifted in parallel until the original distance from the casting rolls restored is.
  • the pivoting movement or the parallel displacement at least a nozzle element can also with the help or at least under Use mechanical force.
  • the Drive can be by spring force, by a counterweight, by pneumatically, hydraulically or electrically generated force respectively.
  • the use of the casting nozzles according to the invention can, as at the beginning indicated, in all types of strip casting systems, for example Roll casting systems, casting systems with endless revolving Belts or caterpillar tracks are made.
  • the cast metal band always has a level line-free Surface, so no transverse channels.
  • Ceramic fibers used, which are impregnated with a slip, dried and burned. This creates a relatively brittle molded body which is fireproof, resists the liquid metal chemically and physically and has low thermal conductivity.
  • the pouring nozzle 10 shown in FIG. 1, which is articulated to a melt distribution trough 12 (not shown) (FIG. 3), comprises an upper and a lower nozzle element 14, 16.
  • the upper nozzle element 14 has an adjustable mouthpiece 18 and is parallel to one another Outlet opening 20 of the pouring nozzle 10 pivotable axis A 2 of a hinge 22 pivotable.
  • the pouring nozzle 10 When starting, the pouring nozzle 10 is with the outlet opening 20 advanced to the starting position S shown in broken lines.
  • the distance of the nozzle lips 24 from the top and the lower casting roll 26, 28 is in the range from 0.2 to 0.3 mm.
  • the distance d of the nozzle opening 20 from the roll gap 30, the smallest distance between the casting rollers 26, 28 on the connecting plane E of which are outside the drawing sheet Axes, is in the range of 20 to 50 mm.
  • the pouring nozzle 10 is around the Distance a from about 30 to 70 mm in the working position W der Exit opening 20 withdrawn.
  • the Pouring nozzle 10 also program-controlled, to the depth t lowered, taking into account the not shown Roller radius and the distances a, d is calculated so that the distance of the nozzle lip 24 of the lower nozzle element 16 from the lower nozzle roll 28 unchanged at about 0.2 to 0.5 mm remains.
  • the mouthpiece 18 of the upper nozzle element is included in the following Figures set means shown in detail so that the same distance of the nozzle lip 24 from the top Nozzle element 16 is retained.
  • the pouring nozzle 10 thus adapts automatically when moving back to the roller and leaves relatively large adjustment options to.
  • the distance d is set as small as it allows the construction of the nozzle, the distance a is so large that the machine is not overloaded or dimensioned larger have to be.
  • the lower nozzle element 16 also has a mouthpiece 18 which can be pivoted via a hinge 22 with an axis A 2.
  • the pouring nozzle 10 is retracted from the starting position S into the working position W by the distance a the height of which is not adjusted, the lowering t of FIG. 1 is omitted.
  • Both mouthpieces 18 are adjusted by means of pivoting about the axes A 2, which will be described in detail later, in such a way that the distance between the nozzle lips 24 and the casting rolls 26, 28 remains unchanged at approximately 0.2 to 0.3 mm.
  • FIG. 3 shows a mobile pouring trough 32 according to EP, A1 0443204, which has a melt distribution trough 12 with a detachably articulated pouring nozzle 10 with respect to the direction of flow F of the molten metal 35, in the present case an aluminum alloy.
  • the upper nozzle element 14 is articulated via a hinge 22 with an axis A 1 , the lower nozzle element 16 rigidly to the melt distribution trough 12.
  • Both nozzle elements 14, 16 are supported by a pivotable or rigid nozzle holder 34, 36, which can be removed with the pouring nozzle 10, a lowerable slide 38 closing the melt distribution trough 12.
  • the melt distribution trough 12 is through a partition 40 separated from the mobile launder 32 with an opening 42.
  • This opening 42 is connected by means of a flap 44 a terminal, truncated cone-shaped pin 46 is program-controlled lockable.
  • the pivoting movement of the flap 44 is indicated by an arrow 48.
  • the metal level 50 in Melt distribution trough 12 is due to the immersion depth of the Pin 46 adjustable in the opening 40, but it lies in any case below the metal level 52 in the mobile Watering channel 32.
  • Both the mobile trough 32 and the melt distribution trough 28 are with a refractory insulation layer 54 lined.
  • the metal level 52 of the mobile launder 32 and the metal level 50 of the melt distribution trough 12 are, for the sake of simplicity not shown floats or non-contact working sensors checked and adjusted. Both methods are known per se.
  • the generated signals are proportional to the height of the swimmer or the distance between sensor and metal surface. These signals are refurbished and become a processor or computer transmitted where the actuation of actuators is triggered which is the metal supply according to the measured Control metal levels 50, 52.
  • actuator is for example the flap 44.
  • FIG. 4 shows a variant of an upper nozzle element 14 shown with an adjustable mouthpiece 18.
  • the nozzle elements 14, 16 consist for example of impregnated with slip Ceramic fibers, which are dried and burned and so all chemical and physical requirements to the pouring nozzle.
  • the ceramic fibers across the entire width of the pouring nozzle not over a length l of, for example, 20 to 30 mm Slip has been soaked. So they stay while burning flexible and does not become brittle like the rest of the Nozzle element 14.
  • This molded-in elastic block allows an adjustment of the outlet opening 20 by pivoting the mouthpiece 18 of the upper nozzle element 14.
  • a fabric hinge is flexible in terms of bending, but leaves no elongation in the longitudinal direction too. It consists of temperature and tensile fibers that cannot be oxidized, for example made of fiberfrax. Especially when casting of aluminum or aluminum alloys can also be a Foil hinge made of a metal, for example spring steel, be used.
  • a fabric or foil hinge 60 can be arranged inside or outside.
  • a nozzle is not in accordance with the invention only from conventional nozzle shapes with one or two cut off Mouthpieces, but also from simple molded parts can consist, for example, of a thicker and a thinner plate of rectangular cross-section.
  • the embodiment 5 shows in the direction of the outlet opening 20 bevelled nozzle elements 14, 16 and over the Full length linear tapered mouthpieces 18.
  • FIG. 6 shows the area of the nozzle lip of an upper nozzle element 14.
  • the area of the nozzle lip 24 are regular Distances across the entire width of the upper nozzle element several inserts 62 made of a self-lubricating material, in the present case, graphite. These deposits 62 are about 0.2 to 0.3 mm from the nozzle lip and can thus make any contact of the Avoid nozzle 10 with a casting roller 26, 28 (Fig. 1, 2).
  • inserts 62 can also be placed in mouthpieces 18 and can be inserted into a lower casting element 16.

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Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Bandgiessanlage für Metalle, insbesondere für Aluminium und Aluminiumlegierungen, mit einer in Fliessrichtung des flüssigen Metalls verschiebbaren und senkrecht dazu verstellbaren Giessdüse zur Einspeisung von flüssigem Metall in den verstellbaren Walzspalt zwischen rotierenden Kokillen, wobei die Giessdüse aus zwei an einen Schmelzeverteilungstrog angelenkten Düsenelementen und zwei Seitenbegrenzern besteht, welche eine schlitzförmige Austrittsöffnung für das flüssige Metall bilden. Bei horizontalen oder schrägen Bandgiessanlagen hat die Giessdüse ein oberes und ein unteres, bei vertikalen Bandgiessanlagen ein linkes und ein rechtes Düsenelement. Weiter betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Betrieb der Bandgiessanlage.
Hier und im folgenden werden insbesondere horizontale Bandgiessanlagen beschrieben. Es kann jedoch auch schräg nach oben, z.B. 15°, oder schräg nach unten gegossen und die Erfindung verwendet werden. Ebenso kann die Erfindung für das vertikale Bandgiessen angewendet werden, es müssten lediglich einige, dem Fachmann naheliegende Terminologieänderungen vorgenommen werden, auf welche hier und im folgenden der Uebersichtlichkeit wegen meist verzichtet wird.
Bekannte Bandgiessanlagen weisen nach einer ersten Variante zwei übereinander angeordnete Giesswalzen (z.B. Lauener Rollcaster), nach einer zweiten Variante zwei übereinander umlaufende Giessbänder (z.B. Hazelett) oder Raupenkokillen (z.B. Lauener Block Caster) auf, welche von einem Maschinenrahmen gehalten werden oder in einem Gehäuse angeordnet sind. Im folgenden werden alle Arten der den Giessspalt bildenden Kokillen, entsprechend der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung, mit Giesswalzen bezeichnet. Sinngemäss werden jedoch immer auch umlaufende Giessbänder oder Raupenkokillen von Bandgiessvorrichtungen miterfasst.
Im Bereich des Walz- oder Giessspaltes befindet sich in Arbeitsposition zwischen den beiden Giesswalzen eine Düse, welche in der Regel am Maschinenrahmen festgelegt ist. Ein durch ein Giessrinnensystem gespeister Giesstrog, vom Fachmann Schmelzeverteilungstrog genannt, leitet flüssiges Metall in die Düse, das ausfliessende Metall erstarrt zwischen den Giesswalzen und tritt als teilweise gewalztes Band aus. Diese Giessdüse kann zusammen mit ihrem Düsenhalter ein- und ausgebaut werden, die Zugänglichkeit ist aber, insbesondere durch Maschinenrahmen oder -gehäuse, stark behindert.
Heute werden im Bandgussverfahren Bänder bis hinunter zu einer Dicke von etwa 2 mm, insbesondere 3 bis 7 mm, gegossen, was an die Düse selbst und an deren Positionierung sehr hohe Anforderungen stellt.
Die Düse muss nicht nur der Erosion oder Auflösung im aggressiven, flüssigen Metall widerstehen, sie darf auch keine hohe Wärmeleitfähigkeit aufweisen, weil sonst das flüssige Metall in der Düse erstarren könnte, und muss dem rauhen Giessereibetrieb widerstehen.
Aus der US,A 2752649 beispielsweise ist seit langem ein geeigneter Werkstoff für eine Giessdüse bekannt. Diese muss so exakt positioniert werden, dass einerseits ungewollt aufliegende Teile die Walzenoberflächen nicht beschädigen, aber andererseits zwischen Düse und Giesswalze keine so grossen Zwischenräume gebildet werden, dass das flüssige Metall nicht zwischen die Düse und die Oberfläche der Giesswalze eindringen kann. Für das Giessen von Aluminium beispielsweise wird ein Abstand der Düse zu der Giesswalze von 0,2 mm als optimal angesehen, oberhalb 0,5 mm kann das Eindringen von Metallschmelze kaum mehr verhindert werden.
Aus der den nächsten Stand der Technik bildenden EP,A1 0443204 ist eine horizontal verschiebbare und höhenverstellbare Giessdüse zur Einspeisung von flüssigem Metall in einen Walzspalt bekannt, bei welchem die Metallzufuhr während des Positionierens einer Düse nicht unterbrochen werden muss. Dies erlaubt ein Auswechseln der Giessdüse ohne Betriebsunterbruch.
Die EP,A1 0137238 beschreibt ein Giessystem für das kontinuierliche Bandgiessen von Metallen, insbesondere eine Düsenanordnung mit einem extrudierten Düsenhalter und einer feuerfesten, vorgegossenen Düse. Der Düsenhalter ist als ein Stück stranggepresst und weist alle wesentlichen Details und Toleranzen auf. Dieser Düsenhalter und ein zusätzlicher Befestigungskeil bestehen aus einer stranggepressten Aluminiumlegierung. Mit Schrauben wird die Giessdüse am Halter befestigt und beispielsweise mit einem Befestigungskeil festgeklemmt. Dadurch wird die Demontage und Ersetzung der Düse mit minimalem Zeitaufwand erledigt.
Die JP,A 01224144 hat einen langsamen und gleichmässigen Fluss von geschmolzenem Stahl zum Gegenstand, damit ein Giessstrang von guter Qualität hergestellt werden kann. Die aus einem Verteilungstrog eingeleitete Metallschmelze wird in den Innenraum des festen Düsenelementes geleitet. Nach Verminderung der Fliessgeschwindigkeit tritt das geschmolzene Metall aus dem Düsenspalt 11 aus. Ein bewegliches Düsenelement kann mit einem Aktuator in Richtung des festen Düsenelements oder von diesem weg verschoben werden. Derart kann die Düsenöffnung zwischen den Düsenelementen und damit die Fliessgeschwindigkeit des geschmolzenen Stahls eingestellt werden. Durch dieses Vertikalstranggiessverfahren können Gussbarren von guter Qualität hergestellt werden.
Die Erfinder haben sich die Aufgabe gestellt, eine Bandgiessanlage für Metalle der eingangs genannten Art und ein Verfahren für deren Betrieb zu schaffen, die eine Giessdüse mit stets optimaler Positionierung erlauben.
Berechnungen mit Computermodellen und Versuche haben gezeigt, dass die Produktivität erhöht werden kann, wenn der Abstand der Düse vom Walzspalt erhöht wird. Dieser Abstand darf jedoch beim Anfahren der Bandgiessanlage nicht zu gross sein, weil diese sonst wegen zu früh erstarrendem Material überlastet wird oder für die Anwendung grösserer Kräfte dimensioniert sein muss. Bei den meisten Anlagen lässt sich die Giessdüse nicht oder nur unter schwierigen, aufwendigen Bedingungen während des Betriebs beschränkt verstellen. Abhilfe schafft beispielsweise eine horizontal verschiebbare und höhenverstellbare Giessdüse gemäss der erwähnten EP,A1 0443 204. Bei jedem Zurückziehen der Düse aus der optimalen Lage entsteht in bekannten Anlagen ein Spalt, durch welchen nach dem Ueberschreiten der Oberflächenspannung Metall fliessen kann.
Die Aufgabe wird in bezug auf die Bandgiessanlage erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass eines oder beide der Düsenelemente wenigstens im Bereich der Austrittsöffnung einstellbar ist. Spezielle und weiterbildende Ausführungsformen der Bandgiessanlage sind Gegenstand von abhängigen Vorrichtungsansprüchen.
Einstellbare Düsenelemente bewirken, dass bei einem Rückzug der Giessdüse der Spalt zwischen Düsenlippe und Walze konstant gehalten werden und kein Metall zurückfliessen kann.
Die beiden Seitenbegrenzer der Giessdüse sind in an sich bekannter Weise so gestaltet, dass sich die Austrittsöffnung der Düse beim Rückzug erweitern kann, ohne dass Metall zwischen einem Düsenelement und einem Seitenbegrenzer ausfliessen kann.
Für die Verstellung der Austrittsöffnung ergeben sich beispielsweise folgende Varianten:
  • Eines der beiden Düsenelemente ist starr an den Schmelzeverteilungstrog angelenkt, das andere kann parallel verschoben werden.
  • Beide Düsenelemente können am Schmelzeverteilungstrog parallel verschoben werden.
  • Ein Düsenelement ist starr am Schmelzeverteilungstrog angelenkt, das andere hat eine gelenkige Verbindung.
  • Beide Düsenelemente haben eine gelenkige Verbindung zum Schmelzeverteilungstrog.
  • Beide Düsenelemente sind starr am Schmelzeverteilungstrog angelenkt und haben in Richtung der Austrittsöffnung ein parallel zu ihr verlaufendes Gelenk.
  • Beide Düsenelemente sind starr am Schmelzeverteilungstrog angelenkt, ein Düsenelement hat in Richtung der Austrittsöffnung ein zu ihr parallel verlaufendes Gelenk.
Selbstverständlich kann bei allen Varianten mit einem verstellbaren Düsenelement jeweils das obere oder das untere, bei vertikalen Bandgiessanlagen das linke oder das rechte, gemeint sein. Es bestehen noch einige weitere Kombinationsmöglichkeiten, beispielsweise ein parallel verschiebbares Düsenelement mit einem Gelenk in Richtung der Austrittsöffnung. Diese Kombinationen werden durch technische Probleme und Ueberlegungen der Wirtschaftlichkeit eingeschränkt, nach welchen immer die einfachste und solideste Variante die beste ist.
Ein direkt am Schmelzeverteilungstrog angeordnetes Gelenk ist vorzugsweise ein um eine Achse schwenkbares Scharnier. Ein Gelenk an einem Düsenelement ist zweckmässig ein um eine Achse schwenkbares Scharnier, ein Folienscharnier, beim Giessen von Aluminium insbesondere aus Federstahl, ein eingeformter elastischer Block, insbesondere aus dem gleichen Fasermaterial wie das Düsenelement, oder ein zugfestes Gewebe.
Die Düsenelemente können in konventioneller Weise gebaut sein, von der Seite betrachtet im wesentlichen in Form einer Schreibfeder. Wenigstens ein Düsenelement ist an geeigneter Stelle zur Bildung eines Gelenks durchtrennt und gelenkig mit dem am Schmelzeverteilungstrog starr angelenkten Reststück verbunden.
Die Erfindung kann auch dazu eingesetzt werden, die Gestaltung der Giessdüsen zu vereinfachen. Ein plattenförmiges Stück ist mit dem Schmelzverteilungstrog starr verbunden und hat in Richtung der Austrittsöffnung eine gelenkige Verbindung zu einem wesentlich dünneren Plättchen, welches im Querschnitt langrechteckig, jedoch entsprechend rombus-oder gar nahezu dreieckförmig sein kann.
Wie bereits erwähnt ist der sehr kleine Abstand von etwa 0,2 bis 0,5 mm einer Düsenlippe zu der entsprechenden Walze konstant zu halten, dass weder Schürfspuren auf den Giesswalzen noch Hinterfliessen durch Metall zwischen Giessdüse und Giesswalze auftreten können.
Nach einer Variante der Erfindung sind im Bereich der Düsenlippen Gleiteinlagen aus einem selbstschmierenden Werkstoff, insbesondere aus Graphit oder hexagonalem Bornitrid, in die Düsenelemente eingebaut. Dadurch können die Düsenelemente an exponierten Stellen oder über die ganze Breite regelmässig verteilt aufliegen, ohne dass irgendwelche Schleifspuren entstehen. Für nähere Angaben wird auf die DE,A1 2131435 verwiesen. Die Gleiteinlage kann sich auch über die ganze Düsenbreite erstrecken.
In bezug auf das Verfahren zum Betrieb einer Bandgiessanlage wird die Aufgabe erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass die Giessdüse zum Anfahren mit der Austrittsöffnung in eine Startposition vorgeschoben und nachher in eine Arbeitsposition zurückgezogen wird, wobei die Austrittsöffnung unter Anpassung an die rotierenden Kokillen aufgeweitet wird.
Bei einem Rückzug der Giessdüse wirkt sich der stets vorhandene, wenn auch geringe metallostatische Druck in Richtung einer Aufweitung der Austrittsöffnung aus. Vorzugsweise wird während dem Rückzug einer horizontalen oder schrägen Giessdüse der metallostatische Druck erhöht, insbesondere durch eine Niveauerhöhung im Schmelzeverteilungstrog. Damit ist gewährleistet, dass der bewegliche Teil der Düsenelemente gespreizt oder parallel verschoben wird, bis der ursprüngliche Abstand von den Giesswalzen wieder hergestellt ist.
Die Schwenkbewegung oder das Parallelverschieben wenigstens eines Düsenelementes kann auch mit Hilfe oder zumindest unter Mithilfe von mechanisch ausgeübter Kraft erfolgen. Der Antrieb kann durch Federkraft, durch ein Gegengewicht, durch pneumatisch, hydraulisch oder elektrisch erzeugte Kraft erfolgen.
Der Einsatz der erfindungsgemässen Giessdüsen kann, wie eingangs angedeutet, in allen Arten von Bandgiessanlagen, beispielsweise Walzgiessanlagen, Giessanlagen mit endlos umlaufenden Bändern oder Raupenkokillenbändern erfolgen.
Mit diesen Bandgiessanlagen können nicht nur Aluminium und Aluminiumlegierungen, sondern auch andere Metalle wie Zink, Blei, Kupfer, Eisen und deren Legierungen, auch Stahl, gegossen werden.
Das gegossene Metallband hat stets eine level-linefreie Oberfläche, also keinerlei Querrinnen.
Für die Herstellung der Düsenelemente werden vorzugsweise Keramikfasern verwendet, welche mit einem Schlicker getränkt, getrocknet und gebrannt werden. Dabei entsteht ein verhältnismässig spröder Formkörper, welcher feuerfest ist, dem flüssigen Metall chemisch und physikalisch widersteht und eine geringe Wärmeleitfähigkeit hat.
Die Erfindung wird anhand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen, welche auch Gegenstand von abhängigen Patentansprüchen sind, näher erläutert. Es zeigen schematisch:
  • Fig. 1. einen Längsschnitt durch eine zwischen rotierende Giesswalzen eingefahrene Giessdüse mit einem verstellbaren Düsenelement,
  • Fig. 2 eine Variante von Fig. 1 mit zwei verstellbaren Düsenelementen,
  • Fig. 3 einen Längsschnitt durch einen Schmelzeverteilungstrog mit angelenkter Giessdüse,
  • Fig. 4 einen teilweisen Längsschnitt durch eine Giessdüse mit einem eingeformten Gelenk,
  • Fig. 5 einen teilweisen Längsschnitt durch eine Giessdüse mit einem Gewebescharnier,
  • Fig. 6 einen Längsschnitt durch den Bereich einer Düsenlippe mit selbstschmierender Einlage,
  • Fig. 7 ein oberes Düsenelement mit Folienscharnier und einer Feder, und
  • Fig. 8 ein oberes Düsenelement mit Folienscharnier und einem Gegengewicht.
Die in Fig. 1 dargestellte Giessdüse 10, welche an einen nicht gezeigten Schmelzeverteilungstrog 12 (Fig. 3) angelenkt ist, umfasst ein oberes und ein unteres Düsenelement 14, 16. Das obere Düsenelement 14 hat ein verstellbares Mundstück 18 und ist über eine parallel zur Austrittsöffnung 20 der Giessdüse 10 schwenkbare Achse A2 eines Scharniers 22 schwenkbar.
Beim Anfahren ist die Giessdüse 10 mit der Austrittsöffnung 20 in die strichpunktiert dargestellte Startposition S vorgeschoben. Der Abstand der Düsenlippen 24 von der oberen und der unteren Giesswalze 26, 28 liegt im Bereich von 0,2 bis 0,3 mm. Der Abstand d der Düsenöffnung 20 vom Walzspalt 30, dem geringsten Abstand der Giesswalzen 26, 28 auf der Verbindungsebene E von deren ausserhalb des Zeichnungsblattes liegenden Achsen, liegt im Bereich von 20 bis 50 mm.
Unmittelbar nach dem Anfahren wird die Giessdüse 10 um den Abstand a von etwa 30 bis 70 mm in die Arbeitsposition W der Austrittsöffnung 20 zurückgezogen. Beim Rückzug wird die Giessdüse 10, ebenfalls programmgesteuert, um die Tiefe t abgesenkt, welche in Berücksichtigung des nicht dargestellten Walzenradius und der Abstände a, d so berechnet ist, dass der Abstand der Düsenlippe 24 des unteren Düsenelementes 16 von der unteren Düsenwalze 28 unverändert bei etwa 0,2 bis 0,5 mm bleibt.
Das Mundstück 18 des oberen Düsenelementes wird mit in nachfolgenden Figuren im Detail gezeigten Mitteln so eingestellt, dass derselbe Abstand der Düsenlippe 24 vom oberen Düsenelement 16 erhalten bleibt.
Die Giessdüse 10 passt sich also beim Zurückfahren automatisch an die Walze an und lässt relativ grosse Verstellmöglichkeiten zu. Der Abstand d wird so gering eingestellt, wie es die Konstruktion der Düse zulässt, der Abstand a so gross, dass die Maschine nicht überlastet wird oder grösser dimensioniert sein muss.
In Fig. 2, einer Variante von Fig. 1, hat auch das untere Düsenelement 16 ein über ein Scharnier 22 mit einer Achse A2 schwenkbares Mundstück 18. Beim Rückzug der Giessdüse 10 von der Anfahrposition S in die Arbeitsposition W um den Abstand a wird deren Höhe nicht verstellt, die Absenkung t von Fig. 1 entfällt. Beide Mundstücke 18 werden mit später im Detail dargestellten Mitteln durch Schwenken um die Achsen A2 so verstellt, dass der Abstand der Düsenlippen 24 von den Giesswalzen 26, 28 unverändert bei etwa 0,2 bis 0,3 mm bleibt.
In Fig. 3 ist eine mobile Giessrinne 32 entsprechend der EP,A1 0443204 dargestellt, welche in bezug auf die Fliessrichtung F des schmelzflüssigen Metalls 35, im vorliegenden Fall einer Aluminiumlegierung, einen Schmelzeverteilungstrog 12 mit einer abnehmbar angelenkten Giessdüse 10 aufweist. Das obere Düsenelement 14 ist über ein Scharnier 22 mit einer Achse A1, das untere Düsenelement 16 starr an den Schmelzeverteilungstrog 12 angelenkt. Beide Düsenelemente 14, 16 sind von einer schwenkbaren oder starren Düsenhalterung 34, 36 gestützt, welche mit der Giessdüse 10 entfernt werden können, wobei ein absenkbarer Schieber 38 den Schmelzeverteilungstrog 12 verschliesst.
Der Schmelzeverteilungstrog 12 ist durch eine Scheidewand 40 mit einer Oeffnung 42 von der mobilen Giessrinne 32 abgetrennt. Diese Oeffnung 42 ist mittels einer Klappe 44 mit einem endständigen, kegelstumpfförmigen Zapfen 46 programmgesteuert verschliessbar. Die Schwenkbewegung der Klappe 44 ist mit einem Pfeil 48 angedeutet. Das Metallniveau 50 im Schmelzeverteilungstrog 12 ist durch die Eintauchtiefe des Zapfens 46 in die Oeffnung 40 einstellbar, sie liegt jedoch in jedem Fall unterhalb des Metallniveaus 52 in der mobilen Giessrinne 32.
Sowohl die mobile Giessrinne 32 als auch der Schmelzeverteilungstrog 28 sind mit einer refraktären Isolationsschicht 54 ausgekleidet. Mit 56 ist ein Ablauf für das flüssige Metall 35 angedeutet.
Für die Höhenverstellung, den Vorschub und den Rückzug der Giessdüse 10 wird ausdrücklich auf die EP,A1 0443204 (US 5176198), inbesondere auf Fig. 5 und deren Beschreibung verwiesen, welche für das Verständnis der horizontal verschiebbaren und höhenverstellbaren Giessdüse 10 integrierender Bestandteil ist.
Das Metallniveau 52 der mobilen Giessrinne 32 und das Metallniveau 50 des Schmelzeverteilungstrogs 12 werden mit einfachheitshalber nicht dargestellten Schwimmern oder berührungslos arbeitenden Sensoren kontrolliert und eingestellt. Beide Verfahren sind an sich bekannt. Die erzeugten Signale sind proportional zur Höhenlage des Schwimmers oder zur Distanz zwischen Sensor und Metalloberfläche. Diese Signale werden aufgearbeitet und zu einem Prozessor oder Computer übertragen, wo die Betätigung von Stellorganen ausgelöst wird, welche die Metallzufuhr entsprechend den gemessenen Metallniveaux 50, 52 steuern. Ein solches Stellorgan ist beispielsweise die Klappe 44. Bei einem Rückzug der Giessdüse 10 kann der metallostatische Druck durch Erhöhen des Metallniveaus 50 erhöht und die Austrittsöffnung 20 vergrössert werden, ohne dass weitere Hilfsmittel notwendig sind.
In Fig. 4 ist eine Variante eines oberen Düsenelementes 14 mit einem verstellbaren Mundstück 18 gezeigt. Die Düsenelemente 14, 16 bestehen beispielsweise aus mit Schlicker getränkten Keramikfasern, welche getrocknet und gebrannt werden und so alle chemischen und physikalischen Anforderungen an die Giessdüse erfüllen können. Im oberen Düsenelement 14 sind über die ganze Breite der Giessdüse die Keramikfasern über eine Länge l von beispielsweise 20 bis 30 mm nicht mit Schlicker getränkt worden. So bleiben sie während des Brennens flexibel und verspröden nicht wie der übrige Teil des Düsenelements 14. Dieser eingeformte elastische Block erlaubt eine Einstellung der Austrittsöffnung 20 durch Schwenken des Mundstücks 18 des oberen Düsenelementes 14.
Dank der hohen Oberflächenspannung des schmelzflüssigen Metalls 35 kann dieses auch im Bereich des elastischen Blocks 58 nicht in die Keramikfasern eindringen.
In Fig. 5 sind ein oberes und ein unteres Düsenelement 14, 16 und die entsprechenden, die Düsenöffnung 20 bildenden Mundstücke 18 dargestellt, welche über ein innenliegendes Gewebe-oder Folienscharnier 60 verbunden sind. Ein Gewebescharnier ist in bezug auf die Biegung flexibel, lässt jedoch keine Dehnung in Längsrichtung zu. Es besteht aus temperatur-und zugfesten Fasern, welche sich nicht oxidieren lassen, beispielsweise aus Fiberfrax. Insbesondere beim Giessen von Aluminium oder Aluminiumlegierungen kann auch ein Folienscharnier aus einem Metall, beispielsweise Federstahl, eingesetzt werden. Ein Gewebe- oder Folienscharnier 60 kann innen oder aussen angeordnet sein.
Weiter wird gezeigt, dass eine Düse erfindungsgemäss nicht nur aus konventionellen Düsenformen mit einem oder zwei abgeschnittenen Mundstücken, sondern auch aus einfachen Formteilen bestehen kann, beispielsweise aus einer dickeren und einer dünneren Platte rechteckigen Querschnitts. Die Ausführungsform von Fig. 5 zeigt in Richtung der Austrittsöffnung 20 angeschrägte Düsenelemente 14, 16 und sich über die ganze Länge linear verjüngende Mundstücke 18.
Fig. 6 zeigt den Bereich der Düsenlippe eines oberen Düsenelementes 14. Im Bereich der Düsenlippe 24 sind in regelmässigen Abständen über die ganze Breite des oberen Düsenelementes mehrere Einlagen 62 aus einem selbstschmierenden Material, im vorliegenden Fall Graphit, angeordnet. Diese Einlagen 62 stehen etwa 0,2 bis 0,3 mm von der Düsenlippe ab und können so während dem Giessen einen allfälligen Kontakt der Düse 10 mit einer Giesswalze 26, 28 (Fig. 1, 2) vermeiden.
Selbstverständlich können Einlagen 62 auch in Mundstücke 18 und in ein unteres Giesselement 16 eingesetzt werden.
Fig. 7, 8 zeigen Mittel zum Verstellen der Mundstücke 18 eines oberen Düsenelementes 14. Selbstverständlich kann auch das untere Düsenelement 16 ein entsprechend einstellbares Mundstück 18 haben, hier ist dies jedoch in der Regel nicht notwendig, weil das Eigengewicht des Mundstücks 18 ein selbsttätiges Ausschwenken nach unten bewirkt. In allen Fällen kann auch, wie bereits oben erwähnt, der metallostatische Druck anstelle der mechanischen Mittel treten oder diese ergänzen.
In Fig. 7 ist am mit einem Gewebe- oder Folienscharnier 60 verbundenden oberen Düsenelement 14 und Mundstück 18 je ein Winkelstück 64, 66 befestigt, insgesamt - entsprechend der Breite der Giessdüse 10 - wenigstens zwei. Die in Fliessrichtung F des schmelzflüssigen Metalls hintereinander liegenden Winkel 64, 66 sind über eine Feder 68 miteinander verbunden. Diese ist in der Anfahrposition S (Fig. 1, 2) leicht gespannt, beim Zurückfahren der Giessdüse 10 in die Arbeitsposition W wird das Mundstück 18 entsprechend der Giesswalze 26 angehoben.
In der Ausführungsform nach Fig. 8 weist nur noch das Mundstück 18 ein Winkelstück 66 auf. An diesem ist eine in Fliessrichtung F des schmelzflüssigen Metalls verlaufende Gewindestange 70 befestigt, welche ein durch Drehen verschiebbares Gegengewicht 72 trägt, das funktionell der Feder 68 gemäss Fig. 7 entspricht.
Nach weiteren nicht dargestellten Varianten sind über mit dem Winkelstück 66 gelenkig verbundene Zylinder- und andere Stangen dosierbare Kräfte einstellbar, welche von den oben erwähnten pneumatischen, hydraulischen und elektromotorischen Mitteln programmgesteuert erzeugbar sind und einen genauen Weg definieren.
Alle Figuren sind für das horizontale Bandgiessen gezeichnet, sie eignen sich jedoch auch für das schräge Bandgiessen nach oben oder nach unten, Fig. 3 und 8 nur für geringe Abweichungen von der Horizontalen. Werden Fig. 1, 2 und 4 bis 7 um 90° gedreht, ist auch das vertikale Bandgiessen dargestellt.

Claims (10)

  1. Bandgiessanlage für Metalle, insbesondere für Aluminium und Aluminiumlegierungen, mit einer in Fliessrichtung (F) des flüssigen Metalls (35) verschiebbaren und senkrecht dazu verstellbaren Giessdüse (10) zur Einspeisung von flüssigem Metall (35) in den verstellbaren Walzspalt (30) zwischen rotierenden Kokillen (26,28), wobei die Giessdüse (10) aus zwei an einen Schmelzeverteilungstrog (12) angelenkten Düsenelementen (14,16) und zwei Seitenbegrenzern besteht, welche eine schlitzförmige Austrittsöffnung (20) für das flüssige Metall (35) bilden,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    eines oder beide der Düsenelemente (14,16) wenigstens im Bereich der Austrittsöffnung (20) einstellbar ist.
  2. Bandgiessanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Düsenelement (14,16) der Giessdüse (10), vorzugsweise von einer Düsenhalterung (34) gestützt, parallel verschiebbar und/oder um eine Achse (A1) schwenkbar am Schmelzeverteilungstrog (12) angelenkt ist.
  3. Bandgiessanlage nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Düsenelement (14,16) eine parallel zur Austrittsöffnung (20) verlaufende Achse (A2) zum Ausschwenken eines Mundstücks (18) aufweist.
  4. Bandgiessanlage nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass am Schmelzeverteilungstrog (12) ein um eine Achse (A1) schwenkbares Scharnier (22) und/oder an einem Düsenelement (14,16) um eine Achse (A2) schwenkbares Scharnier (22) ein Gewebe- oder Folienscharnier (60), oder ein eingeformter elastischer Block (58) angeordnet ist.
  5. Bandgiessanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass ein Düsenelement (14,16) eine am Schmelzeverteilungstrog (12) starr angelenkte dickere Platte und eine gelenkig verbundene, dünnere Mundstückplatte (18) umfasst, wobei beide Platten im wesentlichen rechteckigen Querschnitts, auch mit einer Anschrägung, sind.
  6. Bandgiessanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass im Bereich der Düsenlippen (24) Gleiteinlagen (62) aus einem selbstschmierenden Werkstoff, vorzugsweise Graphit oder hexagonalem Bornitrid, in die Düsenelemente (14,16) oder die Mundstücke (18) eingebaut sind.
  7. Bandgiessanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass am schwenkbaren Mundstück (18) eines Düsenelementes (14,16), zweckmässig über wenigstens ein Winkelstück (64,66), eine Zugfeder (68) oder beim etwa horizontalen Bandguss ein Gegengewicht (72) montiert ist.
  8. Bandgiessanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass am schwenkbaren Mundstück (18) eines Düsenelementes (14,16), zweckmässig über ein Winkelstück (66), eine Verstelleinrichtung mit Servoantrieb, vorzugsweise eine Spindel oder eine Linearführung mit Servomotor oder eine Kolbenstange mit einem pneumatischen oder hydraulischen Zylinder, angreifen.
  9. Verfahren zum Betrieb einer Bandgiessanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 8,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    die Giessdüse (10) zum Anfahren mit der Austrittsöffnung (20) in eine Startposition (S) vorgeschoben und nachher in eine Arbeitsposition (W) zurückgezogen wird, wobei die Austrittsöffnung (20) unter Anpassung an die rotierenden Kokillen (26,28) aufgeweitet wird.
  10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass während dem Rückzug einer etwa horizontalen Giessdüse (10) der metallostatische Druck erhöht wird, vorzugsweise durch Niveauerhöhung des Metallniveaus (50) im Schmelzeverteilungstrog (12).
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