EP0814926B1 - Bodendurchführung eines inversionsgiessgefässes - Google Patents

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EP0814926B1
EP0814926B1 EP96903878A EP96903878A EP0814926B1 EP 0814926 B1 EP0814926 B1 EP 0814926B1 EP 96903878 A EP96903878 A EP 96903878A EP 96903878 A EP96903878 A EP 96903878A EP 0814926 B1 EP0814926 B1 EP 0814926B1
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EP
European Patent Office
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melt
channel
strip
metal
vessel
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Tarek El Gammal
Peter Hamacher
Michael Vonderbank
Fritz-Peter Pleschiutschnigg
Ingo Von Hagen
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Vodafone GmbH
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Mannesmann AG
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    • 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
    • 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
    • B22D11/008—Continuous casting of metals, i.e. casting in indefinite lengths of clad ingots, i.e. the molten metal being cast against a continuous strip forming part of the cast product

Definitions

  • the invention relates to a method and an apparatus for producing thin Strands of metal, especially steel, in which a metal band through the bottom of a container filled with melt passed and after crystallization of the melt this is guided over drivable rollers arranged above the container.
  • This strip casting process is because the solidification runs from the inside out and not like in the usual continuous casting from the outside in, also inversion casting called.
  • WO-A-87 07 192 is a device for producing thin metal strands a vessel with a refractory lining is known, in the bottom of which a is provided for introducing a metal strip opening, this as slot-shaped channel is formed. To increase the overall thickness of the tape obtained, it can be pulled through the melt in several cycles.
  • Another device for producing thin metal strands is from DE-A-36 38 249 known. Here is between the channel wall and the tape to be coated certain distance maintained.
  • a method is known from US Pat. No. 4,479,530, but wire - here from above down - to pass through a melt and through the bottom outlet of a Lead melting vessel. Designed for the production of copper wire Process is proposed not only to design the floor outlet conically, but to let the melt escape together with the wire.
  • the aim of the invention is to find a method and a device mechanical damage to the strip when it enters the melting vessel to avoid uncontrolled tension conditions due to increased friction (Risk of tearing) and to prevent the melt from flowing out of the container prevent.
  • the melt pool is in the area of the mouth of the slit-shaped Inlet in the vessel cooled so intensely that there was a drop in temperature ententent to a two-phase melt / crystal area slightly above the Freezing point leads.
  • copper can also be selected as the material.
  • the copper can be provided with a protective layer.
  • metals chrome, nickel
  • oxides zirconium oxide
  • ceramics e.g. boron nitride
  • the cooling element on the to the vessel indicative wall covered with a layer of a refractory mass.
  • the slot-shaped channel can be low-maintenance and inexpensive be designed so that it is composed of two parts.
  • the inventors propose the cooling element to be provided with a cone opening towards the inside of the vessel.
  • a liquid is proposed as the cooling medium, but also gas.
  • This water is sucked up, so that it cannot be excluded Damage to the cooling elements to avoid damage.
  • cooling tubes are used which are meandering are led.
  • the coil used is designed in such a way that Coolant is first routed near the slot.
  • the heat dissipation from the molten metal in the area of the mouth of the channel is in Regulated depending on the melting bath temperature. If the This can melt through a heating device, for example through a Plasma torch can be set to the desired temperature.
  • FIG. 1 shows a melting vessel with the vessel bottom 11 and the Vessel side walls 12, the metallic vessel jacket 13 and a refractory Have liner 14.
  • the bottom has a channel 20, the mouth of which faces the melt S has a metallic channel part 22, here designed as a cooler 25.
  • the cooling box 25 is via a media feed 31 and a container 34 or a media discharge 32 is connected to a pump 33.
  • a band B is guided through the channel 20 by guide rollers 41 to the melt S in passed the container.
  • a layer K crystallizes on band B, which lies above the Vessel is promoted by smoothing rollers 42 and smoothed close to the final dimensions.
  • a device 51 for measuring and controlling the Thermal energy connected.
  • FIG. 2 shows horizontal sections through the metallic channel part 22, which is shown here as Cooling tube 26 is formed, which on the feed 31 and the discharge 32nd connected. This is in the center of the meandering cooling tubes 26 Band B passed through the slot 20.
  • tubes with a circular profile can be used come, as well as square tubes.
  • FIG. 3 shows a section of the vessel with the metallic vessel jacket 13 and the refractory lining 14, in the right part as ramming mass and in left part as a stone.
  • the channel 20 has an elevation which is inclined towards the metallic vessel jacket 13 on a refractory channel part 21, specifically in the left half of the picture as a refractory stone 23 and in the right picture as a refractory ramming compound 24.
  • a metallic channel part 22 is inclined towards the melt, which is designed as a cooling tube 26 in the left half of the figure and as a cooling box 25 in the right half of the figure. In the direction of the interior of the vessel, this channel part 22 is covered with a refractory layer 15.
  • the channel 20 has an inner channel thickness D through which the band B with the Band thickness d is guided.
  • melt temperature T SOL isotherms are shown up to the melt temperature T SOL .
  • a meniscus M is formed between the belt B and the cooling box 25 under the cooling tube 26.
  • the shape of the meniscus is formed, with the conical end face projecting deeper into the slot-shaped channel 20.
  • the melt S itself has not yet solidified but is still ductile but firm enough to prevent the melt from escaping from the channel.

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Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Erzeugen von dünnen Metallsträngen, insbesondere Stahl, bei dem ein Metallband durch den Boden eines mit Schmelze gefüllten Behälters geleitet und nach Ankristallisierung von Schmelze an dieses über antreibbare oberhalb des Behälters angeordnete Rollen geführt wird.
Dieses Bandgießverfahren wird, da die Erstarrung von innen nach außen verläuft und nicht wie beim üblichen Stranggießen von außen nach innen, auch Inversionsgießen genannt.
Ein solches Verfahren ist insbesondere bei der Herstellung von Draht, aber auch zum Gießen von Bändern bekannt. So zeigt für das Bandgießen das Patent US 3,264,692 ein Gießgefäß zur Durchführung dieses Verfahrens mit einem Bodenstein aus Zirkon. Die schlitzförmige Öffnung des Bodensteins ist sehr eng toleriert zu den Abmessungen des hier durchgezogenen Bandes.
Nachteil dieses bekannten Bodeneinlaßes ist die relativ hohe Gefahr des Verklemmens des Bandes bei nur geringen Abweichungen der zugelassenen Bandabmessungen, bzw. unruhigen Verlauf des Bandes und die dadurch bedingte erhöhte Reibung.
Aus der WO-A- 87 07 192 ist eine Vorrichtung zur Erzeugung dünner Metallstränge mit einem, mit einer Feuerfestauskleidung versehenen Gefäß bekannt, in dessen Boden eine zum Hineinleiten eines metallbandes versehene Öffnung vorhanden ist, wobei diese als schlitzförmiger Kanal ausgebildet ist. Um eine größere Gesamtdicke des Bandes zu erhalten, kann dieses in mehreren Zyklen durch die Schmelze gezogen werden.
Eine weitere Vorrichtung zur Erzeugung dünner Metallstränge ist aus der DE-A- 36 38 249 bekannt. Hierbei wird zwischen der Kanalwand und dem zu beschichtenden Band ein gewisser Abstand eingehalten.
Schließlich sei noch die US 3264692 erwähnt. Bei der dort beschriebenen Vorrichtung wird für den Einlaßkanal ein bestimmtes Material verwendet. Damit soll erreicht werden, daß eine Ausdehnung des Materials nicht dazu führt, daß das Metallband im Kanal festgesetzt wird.
Aus dem Patent US 4,479,530 ist ein Verfahren bekannt, Draht - hier jedoch von oben nach unten - durch eine Schmelze zu leiten und durch den Bodenauslaß eines Schmelzgefäßes zu führen. Bei diesem zur Herstellung von Kupferdraht konzipierten Verfahren wird vorgeschlagen, den Bodenauslaß nicht nur konisch auszugestalten, sondern gezielt Schmelze gemeinsam mit dem Draht austreten zu lassen.
Eine ahnliche Vorrichtung, ebenfalls für die Drahtherstellung, ist aus dem Journal of Metals, October 1963. A Continuous Casting Process, Seite 774 bis 780 bekannt. In diesem Artikel wird ein Bodendurchlaß beschrieben, der aus Molybdän besteht und mit Wasser kühlbar ist.
Die beiden letztgenannten Schritten betreffen die Herstellung von Draht aus Kupfer und sind auf Verfahren und Vorrichtungen zur Herstellung von Bändern aus Stahl nicht übertragbar. Insbesondere bei der Drahtherstellung kommt hinzu, daß der Durchmesser des Drahtes infolge von Beuligkeit der aufkristallisierten Schicht ungleichmäßig ist und für eine praktische Anwendbarkeit nachbearbeitet wird. Weiterhin ist es ungünstig, daß sich aufgrund der großen Dicke des Mutterdrahtes - üblich sind hier 6 mm und großer - eine geringe Aufkristallisation und ein schlechtes Verschweißen ergibt.
Die Erfindung hat sich das Ziel gesetzt, ein Verfahren und eine Vorrichtung zu finden, eine mechanische Beschädigung des Bandes bei seinem Eintritt in das Schmelzgefäß zu vermeiden, unkontrollierte Zugspannungsverhältnisse durch verstärkte Reibung (Abrißgefahr) zu unterbinden und ein Ausfließen der Schmelze aus dem Behälter zu verhindern.
Die Erfindung erreicht dieses Ziel durch die kennzeichnenden Merkmale des Verfahrensanspruches 1 und des Vorrichtungsanspruches 6,
Erfindungsgemaß wird das Schmelzbad im Bereich des Mündung der schlitzförmigen Eintrittsöffnung in das Gefäß so intensiv gekühlt, daß hier eine Temperatursenke entstent, die zu einem Zwei-Phasen-Gebiet Schmelze/Kristall geringfügig oberhalb des Erstarrungspunktes führt.
Dieses Zwei-Phasen-Gebiet, das darüber hinaus noch in Kontakt mit dem kalten Mutterband tritt, weist eine so hohe Viskosität auf, daß es die Funktion einer sich selbst erneuernden Dichtung übernimmt und ein Eindringen der Schmelze in den Spalt und den Bodendurchlaß verhindert.
Die Ausdehnung dieser als Dichtung wirkenden Schmelze ist so groß, daß der freie Raum zwischen der Innenwand des schlitzförmigen Kanals des Bodeneintritts zum durchgeführten Band in einer Größe gewählt werden kann, die ein berührungsfreies Durchleiten des Bandes durch den schlitzförmigen Kanal sicherstellt, nicht zuletzt durch den sich ausbildenden Meniskus.
Da nahezu keine mechanische Berührung zwischen dem Band und dem Kanal auftritt, kann als Material auch Kupfer gewählt werden. Zum Schutze gegen abrasiven Verschleiß kann das Kupfer mit einer Schutzschicht versehen sein. Als Beschichtung werden Metalle (Chrom. Nickel) oder Oxide (Zirkonoxid) oder Keramik (z.B. Bornitrid) vorgeschlagen.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung wird das Kühlelement auf der zum Gefäß hinweisenden Wand mit einer Schicht aus einer feuerfesten Masse belegt. Auf diese Weise wird nicht nur ein höherer Schutz des Kühlelementes erreicht, mit dieser Maßnahme wird auch Einfluß auf das Temperaturniveau der mit einer Schüttung vergleichbaren kälteren Schmelze in der Nähe der Kühlelemente erreicht.
Der schlitzförmige Kanal kann dabei in wartungsarmer und kostengünstiger Weise derart ausgestaltet werden, daß er aus zwei Teilen aufgebaut ist. Der eine Teil besteht dabei wie beschrieben aus Kupfer und der von der Schmelze wegweisende Teil ist dabei aus einer feuerfesten Masse bzw. aus feuerfesten Steinen aufgebaut.
Zur sicheren Beeinflussung des Meniskus schlagen die Erfinder vor, das Kühlelement mit einem in Richtung Gefäßinneres sich öffnenden Konus zu versehen.
Als Kühlmedium wird eine Flüssigkeit vorgeschlagen, aber auch Gas. Bei Einsatz von Wasser wird dieses saugend gefördert, um bei nicht auszuschließenden Beschädigungen der Kühlelemente Schäden zu vermeiden.
In einer besonderen Ausgestaltung werden Kühlrohre eingesetzt, die meanderförmig geführt sind. Die eingesetzte Rohrschlange ist in der Weise ausgestaltet, daß das Kühlmittel zuerst in der Nähe des Schlitzes entlanggeführt wird. Die Wärmeabfuhr aus der Metallschmelze im Bereich der Mündung des Kanals wird in Abhängigkeit von der Schmelzbadtemperatur geregelt. Bei zu starker Abkühlung der Schmelze kann diese durch eine Aufheizvorrichtung, beispielsweise durch einen Plasmabrenner auf die gewünschte Temperatur eingestellt werden.
Ein Beispiel der Erfindung ist in der beigefügten Zeichnung dargelegt. Dabei zeigt die
Figur 1
Einen schematischen Schnitt durch die Gießeinrichtung.
Figur 2
Die Anordnung der Kühlschlange.
Figur 3
Ausschnitt der Bodeneintrittsöffnung.
Die Figur 1 zeigt ein Schmelzgefäß mit dem Gefäßboden 11 und den Gefäßseitenwänden 12, die einen metallischen Gefäßmantel 13 sowie eine feuerfeste Auskleidung 14 aufweisen.
Der Boden weist einen Kanal 20 auf, dessen der Schmeize S zugewandte Mündung einen metallischen Kanalteil 22 besitzt, hier als Kühlkasten 25 ausgestaltet.
Der Kühlkasten 25 ist über eine Medienzufuhr 31 und einem Behälter 34 bzw. über eine Medienabfuhr 32 mit einer Pumpe 33 verbunden.
Durch den Kanal 20 wird von Führungsrollen 41 geführt ein Band B zur Schmelze S in den Behälter geleitet. Am Band B kristallisiert sich eine Schicht K an, die oberhalb des Gefäßes durch Glättrollen 42 gefördert und endabmessungsnah geglättet wird.
An die Medienabfuhr 32 ist eine Einrichtung 51 zum Messen und Regeln der Wärmeenergie angeschlossen.
Die Figur 2 zeigt Horizontalschnitte durch den metallischen Kanalteil 22, der hier als Kühlrohr 26 ausgebildet ist, welches an die Zufuhr 31 und die Abfuhr 32 angeschlossen ist. Im Zentrum der meanderförmig geführten Kühlrohre 26 wird das Band B durch den Schlitz 20 geführt.
Im oberen Teil des Bildes ist eine Anordnung dargestellt, bei der zu beiden Seiten des Bandes jeweils zwei Rohre sich befinden. Die Pfeile deuten die Fließrichtung des Kühlmediums an. Es zeigt sich, daß das Kühlmedium zuerst um das Band herumgeführt wird, um anschließend parallel zur Kühlrohrschlange im Bereich des Bandes der Kühlmediumabfuhr zugeführt zu werden.
Im unteren Teil des Bildes sind insgesamt drei Rohre parallel nebeneinander angeordnet. In der Skizze ist dargestellt, daß das Kühlrohr in Nähe des Bandes abgeschrägt sein kann und zwar in der Weise, daß sich der Schlitz 20 konisch in Richtung Gefäßinneres öffnet.
Wie in der Skizze dargestellt, können Rohre mit kreisrundem Profil zum Einsatz kommen, wie auch Vierkantrohre.
Die Figur 3 zeigt einen Ausschnitt des Gefäßes mit dem metallischen Gefäßmantel 13 und der Feuerfestauskleidung 14, und zwar im rechten Teil als Stampfmasse und im linken Teil als Stein.
Der Kanal 20 weist eine Erhöhung auf, die dem metallischen Gefäßmantel 13 zugeneigt auf ein Feuerfestkanalteil 21 aufsetzt, und zwar in der linken Bildhälfte als feuerfester Stein 23 und in der rechten Bildhältte als feuerfeste Stampfmasse 24 ausgebildet.
Der Schmelze zugeneigt ist ein metallischer Kanalteil 22, der in der linken Bildhälfte als Kühlrohr 26 in der rechten Bildhälfte als Kühlkasten 25 ausgestaltet ist. In Richtung Gefäßinneres ist dieser Kanalteil 22 mit einer Feuerfestschicht 15 belegt.
Der Kanal 20 besitzt eine innere Kanaldicke D, durch die das Band B mit der Banddicke d geführt ist.
In Bandrichtung kristallisiert an das durch die Schmelze S geführte B and B eine Schicht K an.
Weiterhin sind in der Figur 3 Isotherme der Schmelze S aufgeführt. Es zeigt sich, daß im schlitzförmigen Kanal im Bereich des metallischen Kanalteils 22 sich eine Temperatursenke nahe dem Erstartungspunkt TSOL einstellt. Dieses Zwei-Phasen-Gebiet Schmelze/Kristall verhindert ein Auslaufen der Schmelze durch den schlitzförmigen Kanal aus dem Schmelzgefäß heraus.
Vom Zwei-Phasen-Gebiet ausgehend sind weitere Isothermen dargestellt bis hin zur Schmelzentemperatur TSOL. Im Bereich des Schlitzes bildet sich zwischen dem Band B und dem Kühlkasten 25 unter dem Kühlrohr 26 ein Meniskus M aus.
In Abhängigkeit der Form der Stirnfläche des metallischen Kanalteils 22 bildet sich der Meniskus in seiner Form aus, wobei er bei der konisch ausgebildeten Stirnfläche tiefer in den schlitzförmigen Kanal 20 hineinragt. Die Schmelze S ist dabei selber noch nicht durcherstarrt sondern noch duktil aber soweit fest, daß ein Auströmen der Schmelze aus dem Kanal verhindert wird.
Positionsliste Gefäß
11
Gefäßboden
12
Gefäßseitenwände
13
Metallischer Gefäßmantel
14
Feuerfestauskleidung
15
Feuerfestschicht
20
Kanal
21
Feuerfester Kanalteil
22
Metallischer Kanalteil
23
Stein
24
Stampfmasse
25
Kühlkasten
26
Kühlrohr
Kühleinrichtung
31
Medienzufuhr
32
Medienabfuhr
33
Pumpe
34
Behälter
Bandfördereinrichfung
41
Führungsrolle
42
Glättrolle
Meß- und Regeleinrichtung
51
Wärmeenergie
S
Schmelze
B
Band
K
Ankristallisierte Schicht
d
Banddicke
D
Kanalinnendicke
M
Meniskus

Claims (12)

  1. Verfahren zum Erzeugen von dünnen Metallsträngen, insbesondere Stahl, bei dem ein Metallband durch den Boden eines mit Schmelze gefüllten Behälters geleitet und nach Ankristallisierung von Schmelze an dieses über antreibbare, oberhalb des Behälters angeordnete Rollen abgezogen wird, gekennzeichnet durch folgende Schritte:
    a) das Metallband wird in Richtung Gefäßinneres berührungsarm durch einen schlitzförmigen Kanal geführt,
    b) die Metallschmelze wird im Bereich der Mündung des Kanals auf eine Temperatur soweit abgekühlt, daß in einem Zwei-Phasen-Gebiet ein Kristallanteil zwischen 50 und 90 % vorliegt,
    c) das Metallband kontaktiert im Bereich der Mündung des Kanals diese kühle Schmelzenmenge, bildet dabei einen Meniskus und kühlt im Nahbereich des Meniskus die Schmelze in einem Zwei-Phasen-Gebiet aus Schmelze und Kristall mit einer Temperatur dicht oberhalb des Soliduspunktes ab.
  2. Verfahren nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß die Bandgeschwindigkeit so gewählt wird, daß der Meniskus sich im Bereich der Mündung des Kanals befindet.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß die Wärmeabfuhr durch ein Kühlmedium in Abhängigkeit der Bandgeschwindigkeit geregelt wird.
  4. Verfahren nach Anspruch 3,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß das Kühlmedium ein Gas ist.
  5. Verfahren nach einem der oben genannten Ansprüche.
    dadurch gekennzeichnet,
    daß die Wärmeabfuhr in Abhangigkeit von der Schmelzbadtemperatur geregelt wird.
  6. Vorrichtung zum Erzeugen dünner Metallstränge mit einem in einer Feuerfestauskleidung versehenen und mit einer Schmelze füllbaren Gefäßes, in dessen Boden eine zum Hineinleiten eines Metallbandes vorgesehene Öffnung vorhanden ist, zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß die Öffnung (20) als schlitzförmiger Kanal ausgebildet ist, dessen Innenwand zur Oberfläche des Metallbandes (B) einen Abstand von 0,3 bis 1,0 mm aufweist, und daß an der der Schmelze (S) zugewandten Mündung des Kanals (20) ein metallischer Kanalteil (22) als Kühlelement vorgesehen ist.
  7. Vorrichtung nach Anspruch 6,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß das Kühlelement (22) aus Stahl ist.
  8. Vorrichtung nach Anspruch 6,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß das Kühlelement (22) aus Kupfer ist, das mit einer Schutzschicht (27) gegen abrasiven Verschleiß versehen ist.
  9. Vorrichtung nach Anspruch 8,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß das Kühlelement (22) über Medienzuführungen (31) und Medienabführungen (32) an eine Förderstation (33) angeschlossen ist, mit der Kühlwasser saugend bewegbar ist.
  10. Vorrichtung nach Anspruch 8,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß das Kühlelement (22) eine in Richtung Gefäßinneres sich öffnende konische Form aufweist.
  11. Vorrichtung nach Anspruch 10,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß das Kühlelement auf der zum Gefäßinneren weisenden Wand mit einer Schicht aus einer Feuerfestmasse (15) belegt ist.
  12. Vorrichtung nach einem der oben genannten Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß eine Einrichtung (51) zum Messen und Regeln der Wärmeabfuhr bzw. - Zufuhr aus dem metallischen Kanalteil (22) vorgesehen ist.
EP96903878A 1995-03-08 1996-02-07 Bodendurchführung eines inversionsgiessgefässes Expired - Lifetime EP0814926B1 (de)

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DE19509691A DE19509691C1 (de) 1995-03-08 1995-03-08 Bodendurchführung eines Inversionsgießgefäßes
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PCT/DE1996/000256 WO1996027465A1 (de) 1995-03-08 1996-02-07 Bodendurchführung eines inversionsgiessgefässes

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EP0814926A1 EP0814926A1 (de) 1998-01-07
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AU (1) AU4782696A (de)
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