EP0832989B1 - Verfahren zur Erzeugung von beschichteten Metallsträngen, insbesondere Metallbändern und Beschichtungsanlage - Google Patents

Verfahren zur Erzeugung von beschichteten Metallsträngen, insbesondere Metallbändern und Beschichtungsanlage Download PDF

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EP0832989B1
EP0832989B1 EP97116321A EP97116321A EP0832989B1 EP 0832989 B1 EP0832989 B1 EP 0832989B1 EP 97116321 A EP97116321 A EP 97116321A EP 97116321 A EP97116321 A EP 97116321A EP 0832989 B1 EP0832989 B1 EP 0832989B1
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EP
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melt
nozzle
metal
crystalliser
strip
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Fritz-Peter Professor Dr. Pleschiutschnigg
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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
    • 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
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C2/00—Hot-dipping or immersion processes for applying the coating material in the molten state without affecting the shape; Apparatus therefor
    • C23C2/003—Apparatus
    • C23C2/0035—Means for continuously moving substrate through, into or out of the bath
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C2/00—Hot-dipping or immersion processes for applying the coating material in the molten state without affecting the shape; Apparatus therefor
    • C23C2/003—Apparatus
    • C23C2/0036—Crucibles
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C2/00—Hot-dipping or immersion processes for applying the coating material in the molten state without affecting the shape; Apparatus therefor
    • C23C2/003—Apparatus
    • C23C2/0036—Crucibles
    • C23C2/00361—Crucibles characterised by structures including means for immersing or extracting the substrate through confining wall area

Definitions

  • the invention relates to a method for producing metal strands, in which in particular a metal band made of steel through the floor passage device a vessel filled with melt, in particular made of steel, is promoted and after crystallization of the melt the coated metal strand, in particular the coated metal strip, is withdrawn above the vessel and the crystallization carrier, the mother tape, through a floor passage device of the vessel with clear width between the mother tape and the passage device to be led.
  • the invention also relates to a device to carry out the procedure.
  • the method and device deal with the coating of mainly tapes but also profiles and wire, preferably made of Steel.
  • the tape such as Carbon steel is through the bottom a melt vessel filled with a steel melt of the same type Grade such as the band or another steel grade such as stainless Steel, with the melt, controls its temperature brought into contact for coating during a certain time.
  • Such methods and devices are used in the Method and device for producing thin metal strands according to EP 0 311 602 B1.
  • the bottom of the Crystallizer (vessel with melt) against the continuous belt mechanically closed.
  • This mechanical contact can with a Solid matter bodies such as a refractory stone, or steel sliding or rolling can also be produced.
  • DE 44 26 705 C1 describes an inversion casting device with a crystallizer known. This is an uncooled, cleaned metal strip low heat content removed from a metal roll and passed through a molten metal located in the crystallizer. When the metal strip comes into contact, the melt crystallizes on the relatively cool metal profile. The crystallization thickness is depending on the length of the contact time and the temperatures of the Metal profile and the molten metal. With the previously known inversion casting device is a crystallizer close to the ground horizontally encompassing template provided. Lead from the template Nozzles to the interior of the crystallizer.
  • the nozzle orifices are arranged so that the outflowing melt in a flat Angle in the direction of tape withdrawal should strike the carrier tape, around the melt at a relative speed of almost zero to crystallize on the tape.
  • a passage for the metal strip is provided, which through a mechanical seal a leak of the melt from the Crystallizer prevented.
  • DE 195 09 691 C1 is for an inversion casting device with crystallizer, a floor duct for the metal strip in the Crystallizer through a slot-shaped channel with little contact provided such that the molten metal in the region of the mouth of the channel is cooled to a temperature at which Two-phase area, there is a crystal content between 50 and 90%, the metal strip then in the area of the mouth of the channel this cool amount of melt is contacted.
  • the two-phase area should have such a high viscosity that it Function of a self-renewing seal takes over and one Prevent the melt from entering the gap and the floor outlet should.
  • DE 195 09 681 C1 describes a further inversion casting device with a Melt-filled crystallizer known in which the carrier tape to a temperature of about 200 ° C is preheated before the tape is introduced into the melt bath becomes.
  • the carrier tape is preheated by an indirect one Heat exchange in an oxygen-free environment.
  • the carrier tape in a longer channel arranged vertically in the crystallizer passed.
  • the melt In the vicinity of the entry point of the carrier tape from the A meniscus forms in the heat transfer channel into the molten metal in the two-phase area of the melt lies with an isotherm that lies between the liquidus temperature and solidus temperature is.
  • This two-phase area of As with DE 195 09 691 C1, the melt has such a high viscosity that it has Function of a self-renewing seal should take over to spill to prevent the melt from the crystallizer.
  • the document GB-PS also belongs to the aforementioned prior art 992 426.
  • the coating system has an inversion vessel which is filled with molten copper, and through which the Copper wire is pulled through from bottom to top.
  • the inversion vessel shows furthermore the passage opening for the wire and a gap between the wire and the passage opening.
  • the object of the invention is a method and an apparatus which make it independent on the steel grade, i.e. regardless of the training of the two-phase area allow, both friction-free and without precise temperature control Pour without interference in the supercooling area of the melt to be able to.
  • Controlled cooling takes place in the bottom area of the melt vessel, the crystallizer.
  • a melt temperature which is greater than the liquidus temperature of the melt is set at the nozzle outlet of the bottom outlet device.
  • a meniscus in the pure melting phase is formed at the nozzle outlet of the bottom outlet device.
  • a distance is formed between the meniscus of the melt at the nozzle outlet and the start of solidification.
  • the heat dissipation in the area of the floor outlet device is regulated in dependence on the belt speed, bath temperature and gap width so that the meniscus of the pure melt forms free and stationary at the nozzle outlet.
  • the invention also relates to a device for performing the previously described Process.
  • the device comprises a crystallizer filled with melt, in particular made of steel, consisting of steel structure, refractory lining, Metal inlet and with a floor passage device that the passage of a Metal band (crystallization carrier) allowed.
  • a Metal band crystallization carrier
  • FIG. 1 gives an overall view (section) of the coil coating system schematically again.
  • the crystallizer (1) filled with Melt (2) which essentially consists of a steel structure (1.1), a refractory lining (1.2), a steel inlet (1.3) and an emergency outlet (1.4) takes the crystallization carrier, the mother tape (3) over the floor passage device (4) with nozzle (4.1).
  • the melt (2) which has a temperature in the Opening area of the nozzle, nozzle outlet (4.2) larger than T - Liquidus must have, forms a meniscus (5) at the gap between Mother tape (3) and nozzle outlet (4.2), which prevents the Prevents melt. This formation of the meniscus (5) can only then take place trouble-free when the melt temperature above T - is liquidus, i.e.
  • the melt should have an average temperature of around T - Liquidus + 10 ° K.
  • the course of the T - li isotherm (7) is like this adjust that the isotherm the mother tape (3) above the Meniscus (5) reached in point (7.1).
  • a temperature control solidification begins above the nozzle outlet (4.2) i.e. above the meniscus (5) or above the isotherm (7) and of point (7.1) and that in point (8), which is a clear one Distance (8.1) to the meniscus (5).
  • These thermal conditions allow even with temperature fluctuations of the Melt pool, which lead to changes in the distance (8.1) trouble-free, uniform coating profile (9) on the Let the mother tape (3) emerge.
  • the steel belt (3) is driven by pairs of rollers (10) and also a roller guide (11), which is in an inert and temperature controlled Are located vertically through the melt with an upward direction of movement (3.1).
  • a roller guide (11) which is in an inert and temperature controlled Are located vertically through the melt with an upward direction of movement (3.1).
  • the Floor passage area (4) which is equipped with the nozzle, must the heat transfer into the base plate (12) of the crystallizer (1) be controlled in such a way that in the area of the meniscus (5) No solidification at the nozzle outlet (4.2), i.e. a melt temperature prevails, which is larger than T - Liquidus and which does not drop below T - Liquidus during the casting time.
  • Figures 2 and 3 represent the crystallizer (1) with possible Floor passage devices (4) for the mother tape (3). Im Bottom can for free formation of the meniscus (5) at the nozzle exit (4.2) different devices alternatively or in combination are used.
  • a melt temperature is required on the meniscus from T -ist> T- liquidus, around a single-phase Ensure melt state.
  • the distance, gap (13) between the crystallization support, the mother tape (3) and the Nozzle outlet (4.2) should be between 0.2 and 3 mm, on the one hand jamming of the mother tape (3) in the nozzle (4.1) and on the other hand a leakage of the melt (2) from the crystallizer (1) to prevent.
  • the gap (13) at the nozzle outlet (4.2) and at the nozzle inlet (4.3) can be parallel (Fig. 2) but also conical (Fig. 3) his.
  • the conical shape leads to a trouble-free run the mother ligament (3) and free formation of the meniscus (5).
  • the nozzle width (21) when using a belt through adjustable width limits (22) can be selected as required.
  • the gap (13) between the nozzle (4.1) and mother tape (3) can be adjusted by adjusting the width (21) for a given bandwidth (23) optimally over the width below Inclusion of column (13) can be set. Still allowed this device also a change in bandwidth during a casting campaign.

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Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erzeugung von Metallsträngen, bei dem insbesondere ein Metallband aus Stahl durch die Bodendurchlaßvorrichtung eines Gefäßes, gefüllt mit Schmelze, insbesondere aus Stahl, gefördert wird und nach Ankristallisation von Schmelze der beschichtete Metallstrang, insbesondere das beschichtete Metallband, oberhalb des Gefäßes, abgezogen wird und der Ankristallisationsträger, das Mutterband, durch eine Bodendurchlaßvorrichtung des Gefäßes mit lichter Weite zwischen Mutterband und Durchlaßvorrichtung geführt wird. Die Erfindung betrifft auch eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.
Verfahren und Vorrichtung befassen sich mit der Beschichtung von vorwiegend Bändern aber auch Profilen und Draht, vorzugsweise aus Stahl. Das Band, wie z.B. Kohlenstoff-Stahl wird durch den Boden eines Schmelzengefäßes, gefüllt mit einer Stahlschmelze gleicher Güte wie das Band oder einer anderen Stahlgüte wie z.B. nichtrostender Stahl, mit der Schmelze, kontrolliert in ihrer Temperatur während einer bestimmten Zeit zur Beschichtung in Kontakt gebracht.
Solche Verfahren und Vorrichtungen kommen zum Einsatz bei dem Verfahren und der Einrichtung zum Erzeugen von dünnen Metallsträngen gemäß EP 0 311 602 B1. Bei diesem Verfahren ist der Boden des Kristallisators (Gefäß mit Schmelze) gegen das durchlaufende Band mechanisch verschlossen. Dieser mechanische Kontakt kann mit einem Körper aus fester Materie, wie z.B. einem feuerfesten Stein, oder auch Stahl gleitend oder rollend erzeugt werden.
Aus DE 44 26 705 C1 ist eine Inversionsgießeinrichtung mit Kristallisator bekannt. Hierbei wird ein ungekühltes, gereinigtes Metallband niedrigen Wärmeinhalts von einer Metallrolle abgenommen und durch eine in dem Kristallisator befindliche Metallschmelze geführt. Bei dem Kontakt des Metallbandes kristallisiert die Schmelze an dem relativ kühlen Metallprofil an. Die Ankristallisationsdicke ist abhängig von der Länge der Kontaktzeit sowie den Temperaturen des Metallprofils und der Metallschmelze. Bei der vorbekannten Inversionsgießeinrichtung ist eine den Kristallisator in Bodennähe horizontal umgreifende Vorlage vorgesehen. Von der Vorlage führen Düsen zum Innenraum des Kristallisators. Die Düsenmündungen sind dabei so angeordnet, daß die ausströmende Schmelze in einem flachen Winkel in Bandabzugsrichtung auf das Trägerband auftreffen soll, um bei einer Relativgeschwindigkeit von nahezu Null die Schmelze an dem Band ankristallisieren zu lassen. Im Boden des Kristallisators ist ein Durchtritt für das Metallband vorgesehen, der durch eine mechanische Abdichtung ein Auslaufen der Schmelze aus dem Kristallisator verhindert.
Aus der DE 195 09 691 C1 ist bei einer Inversionsgießeinrichtung mit Kristallisator eine Bodendurchführung für das Metallband in den Kristallisator durch einen schlitzförmigen Kanal berührungsarm derart vorgesehen, daß die Metallschmelze im Bereich der Mündung des Kanals auf eine Temperatur abgekühlt wird, bei der in einem Zwei-Phasen-Gebiet ein Kristallanteil zwischen 50 und 90% vorliegt, wobei das Metallband dann im Bereich der Mündung des Kanals mit dieser kühlen Schmelzenmenge kontaktiert wird. Das Zwei-Phasen-Gebiet soll dabei eine so hohe Viskosität aufweisen, daß es die Funktion einer sich selbst erneuernden Dichtung übernimmt und ein Eindringen der Schmelze in den Spalt und den Bodendurchlaß verhindern soll.
Aus DE 195 09 681 C1 ist eine weitere Inversionsgießeinrichtung mit einem mit Schmelze gefüllten Kristallisator bekannt, bei dem das Trägerband auf eine Temperatur von etwa 200 °C vorgewärmt wird, ehe das Band in das Schmelzebad eingeführt wird. Die Vorwärmung des Trägerbandes erfolgt durch einen indirekten Wärmeaustausch in sauerstofffreier Umgebung. Zu diesem Zweck wird das Trägerband in einem in dem Kristallisator senkrecht angeordneten längeren Kanal hindurchgeführt. Im Nahbereich der Eintrittsstelle des Trägerbandes aus dem Wärmeübertragungskanal in die Metallschmelze bildet sich ein Meniskus aus, der im Zwei-Phasen-Gebiet der Schmelze liegt mit einer Isotherme, die zwischen Liquidustemperatur und Solidustemperatur liegt. Dieses Zwei-Phasen-Gebiet der Schmelze weist wie bei DE 195 09 691 C1 eine so hohe Viskosität auf, daß es die Funktion einer sich selbst erneuernden Dichtung übernehmen soll, um das Ausfließen der Schmelze aus dem Kristallisator zu verhindern.
Zu dem zuvor genannten Stand der Technik gehört auch das Dokument GB-PS 992 426.
Dieses Dokument befaßt sich mit der Kupferbeschichtung von Kupferdraht mittels einer Beschichtungsantage. Die Beschichtungsanlage weist hierzu ein Inversionsgefäß auf, welches mit schmelzflüssigem Kupfer gefüllt ist, und durch das der Kupferdraht von unten nach oben durchgezogen wird. Das Inversionsgefäß zeigt femer die Durchtrittsöffnung für den Draht sowie einen Spalt zwischen dem Draht und der Durchtrittsöffnung. Hierzu heißt es, dass die Metallschmelze einen Meniskus formt zwischen dem relativ schnell durchlaufenden Draht und der Durchtrittsöffnung. Femer heißt es, dass ein leichtes momentanes Einfrieren der Schmelze auftreten kann. Aus dieser Schilderung kann gefolgert werden, dass die Meniskusabdichtung im Zwei-Phasen-Gebiet erfolgen soll, d.h. in einem Gebiet einer relativ hohen Viskosität der Schmelze.
Die zuvor beschriebenen Lösungsbeispiele zur Verhinderung des Ausfließens der Schmelze aus einem Kristallisator einer Inversionsgießeinrichtung weisen jeweils spezifische Nachteile auf.
So ist bei dem mechanischen Verschluß eine gleichförmige Bewegung des zu beschichtenden Bandes nur schwer realisierbar und der Verschleiß des Reibverschlusses zu hoch.
Hingegen ist bei der partiellen Unterkühlung der Schmelze im Bodendurchlaßbereich des zu beschichtenden Bandes in den Kristallisator eine Temperaturführung nur sehr schwierig und hier besonders bei einem klein ausgeprägten Zwei-Phasen-Gebiet, Temperaturdifferenz zwischen T-Liquidus und T-Solidus, wie es besonders bei kohlenstoffarmen Stahlschmelzen (0,005 bis 0,2 % C) vorliegt. Außerdem kann es zu der Gefahr der Vorerstarrung und Regulusbildung am Kristallisationsträger kommen.
Aufgabe der Erfindung ist ein Verfahren und eine Vorrichtung, die es unabhängig von der Stahlgüte, d.h. unabhängig von der Ausbildung des Zwei-Phasen-Gebietes erlauben, sowohl reibschlußfrei als auch ohne genaueste Temperaturführung von +/- 2 °K im Unterkühlungsbereich der Schmelze störungsfrei gießen zu können.
Die unerwartete Lösung der Aufgabe kann mit folgenden Verfahrensmerkmalen erzielt werden:
Es erfolgt eine kontrollierte Kühlung im Bodenbereich des Schmelzegefäßes, dem Kristallisator. Am Düsenausgang der Bodendurchlaßvorrichtung wird eine Schmelzentemperatur eingestellt, die größer als die Liquidus-Temperatur der Schmelze ist. Am Düsenausgang der Bodendurchlaßvorrichtung wird ein Meniskus in der reinen Schmelzphase ausgebildet. Zwischen dem Meniskus der Schmelze am Düsenausgang und dem Erstarrungsbeginn wird ein Abstand ausgebildet. Die Wärmeabfuhr im Bereich der Bodendurchlaßvorrichtung wird in Abhängigkeit von der Bandgeschwindigkeit, Badtemperatur und Spaltbreite so geregelt, daß der Meniskus der reinen Schmelze sich frei und stationär am Düsenausgang ausbildet.
Die Erfindung betrifft auch eine Vorrichtung zur Durchführung des zuvor beschriebenen Verfahrens. Die Vorrichtung umfaßt einen Kristallisator gefüllt mit schmelze, insbesondere aus Stahl, bestehend aus Stahlkonstruktion, Feuerfestauskleidung, Metallzulauf und mit einer Bodendurchlaßvorrichtung, die den Durchlauf eines Metallbandes (Ankristallisationsträger) erlaubt. Erfindungsgemäß weist die Feuerfestauskleidung im Bereich der Bodendurchlaßvorrichtung eine zum kontrollierten Wärmedurchgang in die Bodenplatte des Kristallisators definierte Dicke auf und zwischen der Feuerfestauskleidung und der Bodenplatte des Kristallisators ist ein Metallblock mit Medienkühlung angeordnet und es ist eine elektromagnetische Vorrichtung zum Verschluß des Schmeizengefäßes vorgesehen.
Durch diese Maßnahme wird eine kontrollierte Wärmeabfuhr im Bereich des Meniskus ermöglicht.
In Ausgestaltung der Erfindung beträgt der Spalt der Düse am Düsenausgang zwischen Düsenwand und Mutterbandoberfläche maximal 5,0 mm, vorzugsweise 0,2 bis 3,0 mm. Diese Spaltbreite verhindert eine mechanische Berührung zwischen dem Kristallisationsträger und der Bodendurchtrittsdüse sowie ein Auslauf der Schmelze durch den Spalt des Bodendurchlasses und gleichzeitig eine unerwünschte Vorerstarrung, die zur ungleichmäßigen Kristallisationsoberfläche des beschichteten Produktes führt. Dieses positive unerwartete Verhalten führt zu der hier beschriebenen Erfindung, die u.a. durch folgende Merkmale charakterisiert werden kann:
  • Eine Spaltbreite von 0,2 bis 3 mm zwischen Stahlband und Bodendurchlaßdüse im Zusammenspiel mit der Oberflächenspannung der Stahlschmelze.
  • Eine gezielte Kühlung im Bodenbereich des Schmelzengefäßes, dem Kristallisator durch eine direkte oder auch indirekte Kühlung mittels Gas oder Flüssigkeit.
  • Eine Schmelzentemperatur am Ausgang der Düse, die größer als T-Liquidus ist.
Weiterhin können im Falle von unterschiedlichen Bandbreiten die Positionen der Düsenbegrenzungselemente im Bereich der Bandkanten durch Verschieben zwischen den Düsenbreitseitenelementen, entsprechend der Bandbreite unter Berücksichtigung der Spalte im Bandkantenbereich, verschoben und optimal positioniert werden. Dies kann sowohl vor Beginn einer Gießsequenz als auch während des Gießprozesses erfolgen.
In den Fig. 1 bis 4 sind Beispiele der Erfindung der Bandbeschichtungsanlage mit Bodendurchtrittsvorrichtung dargestellt.
Figur 1
Gesamtansicht der Bandbeschichtungsanlage mit Bodendurchlaßbereich.
Fig. 2 und 3 :
Darstellung unterschiedlicher Ausführungen des Bodendurchtrittbereiches.
Fig. 4 :
Darstellung einer verstellbaren Vorrichtung im Bodendurchlaßbereich für unterschiedliche Bandbreiten und optimalem Spaltabstand in Breitenrichtung.
Die Figur 1 gibt eine Gesamtansicht (Schnitt) der Bandbeschichtungsanlage schematisch wieder. Der Kristallisator (1) gefüllt mit Schmelze (2), der im wesentlichen aus einer Stahlkonstruktion (1.1), einer feuerfesten Auskleidung (1.2), einem Stahlzulauf (1.3) und einem Notauslauf (1.4) besteht, nimmt den Ankristallisationsträger, das Mutterband (3) über die Bodendurchlaßvorrichtung (4) mit Düse (4.1) auf. Die Schmelze (2), die eine Temperatur im Öffnungsbereich der Düse, Düsenausgang (4.2) größer als T - Liquidus aufweisen muß, bildet einen Meniskus (5) am Spalt zwischen Mutterband (3) und Düsenausgang (4.2) aus, der ein Auslaufen der Schmelze verhindert. Diese Ausbildung des Meniskus (5) kann nur dann störungsfrei erfolgen, wenn die Schmelze in der Temperatur oberhalb T - Liquidus ist, also eine reine flüssige Phase und keine Vorerstarrungen in der Schmelze vorliegen. Diese Schmelzphase im Überhitzungsbereich (T-ist>T-li) erstreckt sich zwischen der Badoberfläche (6), der T-li Isotherme (7) und der Feuerfestauskleidung (1.2).
Die Schmelze sollte eine mittlere Temperatur von ca. T - Liquidus + 10 ° K aufweisen . Der Verlauf der T - li Isotherme (7) ist so einzustellen, daß die Isotherme das Mutterband (3) oberhalb des Meniskus (5) im Punkt (7.1) erreicht. Bei einer solchen Temperaturführung beginnt die Erstarrung oberhalb des Düsenausgangs (4.2) d.h. oberhalb des Meniskus (5) bzw. oberhalb der Isotherme (7) und des Punktes (7.1) und zwar im Punkt (8), der einen deutlichen Abstand (8.1)zum Meniskus (5) aufweist. Diese thermischen Bedingungen erlauben es, selbst auch bei Temperaturschwankungen des Schmelzbades, die zu Veränderungen des Abstandes (8.1) führen, ein störungsfreies, gleichförmiges Beschichtungsprofil (9) auf dem Mutterband (3) enstehen zu lassen.
Das Stahlband (3) wird über angetriebene Rollenpaare (10) und auch eine Rollenführung (11), die sich in einem inerten und temperaturkontrollierten Raum befinden, senkrecht durch die Schmelze mit einer nach oben gerichteten Bewegungsrichtung (3.1) getrieben. Im Bodendurchlaßbereich (4), der mit der Düse ausgestattet ist, muß der Wärmedurchgang in die Bodenplatte (12) des Kristallisators (1) in der Art und Weise kontrolliert werden, daß im Bereich des Meniskus (5) am Düsenausgang (4.2) keine Erstarrung also eine Schmelzentemperatur vorherrscht, die größer als T - Liquidus ist und die während der Gießzeit nicht unter T - Liquidus absinkt.
Diese Bedingung kann mit relativ einfachen Mitteln beispielsweise durch folgende alternative oder auch kombinierte Vorrichtungsmerkmale unerwartet eingestellt werden, wie sie in den Figuren 2 und 3 dargestellt sind.
Die Figuren 2 und 3 stellen den Kristallisator (1) mit möglichen Bodendurchtrittsvorrichtungen (4) für das Mutterband (3) dar. Im Boden können zur freien Ausbildung des Meniskus (5) am Düsenausgang (4.2) unterschiedliche Vorrichtungen alternativ oder in Kombination zum Einsatz gelangen. Voraussetzung ist eine Schmelzentemperatur am Meniskus von T -ist > T- liquidus, um einen einphasigen Schmelzenzustand sicherzustellen. Der Abstand, Spalt (13) zwischen dem Ankristallisationsträger,dem Mutterband (3) und dem Düsenausgang (4.2) sollte zwischen 0,2 und 3 mm betragen, um einerseits ein Verklemmen des Mutterbandes (3) in der Düse (4.1) und andererseits ein Auslaufen der Schmelze (2) aus dem Kristallisator (1) zu verhindern.
Der Bodendurchlaßbereich (4) ist zwischen der Schmelze (2) und der Bodenplatte (12) zur kontrollierten Wärmeabfuhr wie folgt aufgebaut :
  • Eine reine Feuerfestauskleidung (1.2) bestimmter Dicke (14) (vgl. Fig. 2) und spezifischer Wärmeleitfähigkeit,
  • ein Metallblock (15) (vgl. Fig. 2) zur besseren Leitung der Wärme in die Bodenplatte (12) unter Berücksichtigung der Gesamtwärmeleitfähigkeit aller Werkstoffphasen zwischen der Schmelze (2) und der Bodenplattenaußenoberfläche (12.1),
  • ein Metallblock (16) (Fig. 3) mit Innenkühlung aus Gas oder Flüssigkeit,
  • eine elektromagnetische Vorrichtung (Fig.3) zum Verschluß des Schmelzengefäßes, Metallpumpe (17) und / oder zum Vorwärmen des Mutterbandes, induktive Erwärmung (17.1).
Der Spalt (13) am Düsenausgang (4.2) sowie am Düseneingang (4.3) kann parallel (Fig. 2) aber auch konisch ( Fig. 3) ausgebildet sein. Die konische Ausbildung führt zu einem störungsfreien Lauf des Mutterbandes (3) und einer freien Ausbildung des Menikus (5).
Der in der Bodenplatte (12) eintretende Wärmestrom kann nun auf verschiedene kontrollierte Arten alternativ oder in Kombination abgeführt werden :
  • Durch eine plane Bodenplatte (18) (vgl. Fig.3) oder durch eine oberflächenvergrößerte Bodenplatte (18.1) (vgl. Fig. 2) mit Kontakt zur freien Atmosphäre,
  • durch eine plane Bodenplatte mit indirekter offener oder geschlossener Kühlung mittels Gas oder Flüssigkeit (19) (vgl. Fig.2),
  • durch eine offene, indirekte Kühlung (20) (vgl. Fig.3) mittels Düsen für Gas oder Flüssigkeit.
Diese vorgeschlagenen Ausführungen der Bodendurchlaßvorrichtung (4) können in Kombination oder alternativ zur optimierten Einstellung der Schmelzentemperatur am Düsenaustritt (4.2) und Ausbildung des Schmelzenmeniskus (5) am Düsenausgang (4.2) gewählt werden, um einen störungsfreien Lauf des Bandes sicherzustellen.
Außerdem kann, wie in Figur 4 dargestellt, die Düsenbreite (21) bei Einsatz eines Bandes durch verstellbare Breitenbegrenzungen (22) beliebig vorgewählt werden. Der Spalt (13) zwischen Düse (4.1) und Mutterband (3) kann durch die Verstellung der Breite (21) bei vorgegebener Bandbreite (23) optimal über die Breite unter Einbeziehung der Spalte (13) eigestellt werden. Weiterhin erlaubt diese Vorrichtung auch eine Veränderung der Bandbreite während einer Gießkampagne.
Bezugsverzeichnis :
1.
Kristallisator
1.1
Stahlkonstruktion
1.2
Feuerfestauskleidung
1.3
Stahlzulauf
1.4
Stahlnotablauf
2.
Schmelze, Bad
3.
Ankristallisationsträger, Mutterband
3.1
Bewegungsrichtung des Mutterbandes
4.
Bodendurchlaßvorrichtung
4.1
Düse für den Durchtritt des zu beschichtenden Bandes oder Gutes
4.2
Düsenausgang, Öffnungsbereich der Düse, schmelzseitig
4.3
Düseneingang, Öffnungsbereich der Düse, atmosphärenseitig
5.
Meniskus am Düsenausgang
6.
Badoberfläche
7.
Isothermen - Verlauf der Liquidus - Temperatur, T - Liquidus
7.1
Schnittpunkt T - Liquidus Isotherme mit Mutterband
8.
Erstarrungsbeginn
8.1
Abstand zwischen Erstarrungsbeginn und Meniskus am Düsenausgang
9.
Beschichtungs - oder Erstarrungsprofil
9.1
Enddicke der Beschichtung an der Badoberfläche
10.
angetriebenes Rollenpaar oder Rollenpaare
10.1
angetriebenes Rollenpaar oder Rollenpaare oberhalb der Badoberfläche
11.
Rollen zur Führung des Mutterbandes
12.
Bodenplatte des Kristallisators
12.1
Außenoberfläche der Bodenplatte
13.
Spalt zwischen Mutterband und Düse der Bodendurchlaßvorrichtung
14.
Dicke der Feuerfestauskleidung
15.
Metallblock
16.
Metallblock mit Innenkühlung mittels Gas oder Flüssigkeit
17.
elektromagnetische Vorrichtung zum Verschluß des Schmelzgefäßes, Metallpumpe
17.1
induktive Vorwärmung des Mutterbandes
18.
plane Bodenplatte
18.1
oberflächenvergrößerte Bodenplatte, Riffelung
19.
indirekte offene oder geschlossene Kühlung mittels Gas oder Flüssigkeit
20.
offene, indirekte Kühlung mittels Düsen für Gas oder Flüssigkeit
21.
Düsenbreite der Bodendurchlaßvorrichtung
22.
verstellbare Breitenbegrenzungselemente, Schmalseiten
22.1
konkav ausgebildete verstellbare Breitenbegrenzungselemente
23.
Bandbreite

Claims (21)

  1. Verfahren zur Erzeugung von Metallsträngen, bei dem ein Metallband (3) aus Stahl durch die Bodendurchlassvorrichtung (4) eines Gefäßes (1), gefüllt mit Schmelze (2) aus Stahl, gefördert wird und nach Ankristallisation von Schmelze das beschichtete Metallband (31), oberhalb des Gefäßes (1) abgezogen wird und der Ankristallisationsträger, das Mutterband (3), durch eine Bodendurchlassvorrichtung (4) des Gefäßes (1) mit lichter Weite (4.3) zwischen Mutterband (3) und Durchtassvorrichtung (4) geführt wird.
    gekennzeichnet durch,
    folgende Verfahrensmerkmale:
    a) Eine kontrollierte Kühlung erfolgt im Bodenbereich des Schmelzegefäßes, dem Kristallisator (1),
    b) eine Schmelzentemperatur am Düsenausgang (4.2) der Bodendurchlassvorrichtung (4) wird eingestellt, die größer als die Liquidus-Temperatur der Schmelze ist,
    c) Ausbildung eines Meniskus (5) in der reinen Schmelzphase am Düsenausgang (4.2) der Bodendurchlassvorrichtung (4),
    d) Ausbildung eines Abstandes (8.1) zwischen dem Meniskus (5) der reinen Schmelze am Düsenausgang und dem Erstarrungsbeginn (8),
    e) die Wärmeabfuhr wird im Bereich der Bodendurchlassvorrichtung (4) in Abhängigkeit von der Bandgeschwindigkeit, Badtemperatur und Spaltbreite (13) so geregelt, dass der Meniskus (5) der reinen Schmelze sich frei und stationär am Düsenausgang (4,2) ausbildet.
  2. Verfahren nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet, dass die Enddicke (9.1) der Beschichtung durch die Wahl der Badtemperatur oberhalb von der Liquidus-Temperatur bei konstanter, vorgegebener Verweilzeit des Mutterbandes (3) in der Schmelze bestimmt wird.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2,
    dadurch gekennzeichnet, dass die Enddicke (9.1) des beschichteten Metallbandes durch die Wahl des in das Bad (2) einlaufenden Mutterbandes (3) bei konstanter, vorgegebener Verweilzeit des Mutterbandes in der Schmelze bestimmt wird.
  4. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 3,
    dadurch gekennzeichnet, dass der Bodenbereich des Kristallisators (1) mittels Gas oder Flüssigkeit gekühlt wird.
  5. Vorrichtung zur Erzeugung von Metallsträngen, insbesondere von Metallband aus Stahl mit Hilfe eines Gefäßes (1) (Kristallisator) gefüllt mit Schmelze, insbesondere aus Stahl, bestehend aus Stahlkonstruktion (1.1), Feuerfestauskleidung (1.2), Metallzulauf (1.3) und einer Bodendurchlassvorrichtung (4), die den Durchlauf eines Metallbandes (3) (Ankristallisationsträger) erlaubt zur Durchführung des Verfahrens nach den Ansprüchen 1 bis 4,
    dadurch gekennzeichnet, dass die Feuerfestauskleidung (1.2) im Bereich der Bodendurchlassvorrichtung (4) eine zum kontrollierten Wärmedurchgang in die Bodenplatte (12) des Kristallisators (1) definierte Dicke aufweist und dass zwischen der Feuerfestauskleidung (1.2) und der Bodenplatte (12) des Kristallisators (1) ein Metallblock (16) mit Medienkühlung angeordnet ist und eine elektromagnetische Vorrichtung (17) zum Verschluß des Schmelzengefäßes (1) vorgesehen ist
  6. Vorrichtung nach Anspruch 5,
    dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Feuerfestauskleidung (1.2) und der Bodenplatte (12) des Kristallisators (1) ein Metallblock (16) mit Medienkühlung angeordnet ist.
  7. Vorrichtung nach Anspruch 5 oder 6,
    dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Feuerfestauskleidung (1.2) und der Bodenplatte (12) des Kristallisators (1) eine elektromagnetische Metallpumpe (17) angeordnet ist.
  8. Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 5 bis 7,
    dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Feuerfestauskleidung (1.2) und der Bodenplatte (12) des Kristallisators (1)eine induktive Vorwärmung (17.1) des Mutterbandes (3) angeordnet ist.
  9. Vorrichtung nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche 5 bis 8,
    dadurch gekennzeichnet, dass die Außenoberfläche (12.1) der Bodenplatte (12) des Kristallisators (1) als plane Bodenplatte (18) ausgebildet ist.
  10. Vorrichtung nach mindestens einem der
    vorhergehenden Ansprüche 5 bis 9,
    dadurch gekennzeichnet, dass die Außenoberfläche (12.1) der Bodenplatte (12) des Kristallisators (1) eine Riffelung (18.1) zur besseren Wärmeabfuhr aufweist.
  11. Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 5 bis 10,
    dadurch gekennzeichnet, dass die Bodenplatte (12) des Kristallisators (1) mit einer Medienkühlung (19) versehen ist.
  12. Vorrichtung nach Anspruch 11,
    dadurch gekennzeichnet, dass die Medienkühlung (19) als indirekte offene oder geschlossene Kühlung ausgebildet ist.
  13. Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 5 bis 12,
    dadurch gekennzeichnet, dass die Bodenplatte (12) des Kristallisators (1) mit Düsen (20) für Kühlmedien (19) ausgestattet ist.
  14. Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 5 bis 13,
    dadurch gekennzeichnet, dass die Düsenbreite (21) der Bodendurchlassvorrichtung (4) mit Hilfe von verstellbaren Begrenzungselementen (22) frei einstellbar ist.
  15. Vorrichtung nach Anspruch 14,
    dadurch gekennzeichnet, dass die verstellbaren Begrenzungselemente (22) konkav (22.1) ausgebildet sind.
  16. Vorrichtung nach mindestens einem der
    vorhergehenden Ansprüche 5 bis 15,
    dadurch gekennzeichnet, dass der Spalt (13) der Düse (4.1) am Düsenausgang (4.2) zwischen Düsenwand und Mutterbandoberfläche maximal 5,0 mm beträgt.
  17. Vorrichtung nach Anspruch 16,
    dadurch gekennzeichnet, dass die Düse (4.1) vom Düseneingang (4.3) bis Düsenausgang (4.2) parallel verläuft.
  18. Vorrichtung nach Anspruch 16,
    dadurch gekennzeichnet , dass die Düse (4.1) am Düsenausgang (4.2) zur Schmelze konisch geöffnet verläuft.
  19. Vorrichtung nach Anspruch 16,
    dadurch gekennzeichnet, dass die Düse (4.1) am Düseneingang (4.3) zur Atmosphäre konisch geöffnet verläuft.
  20. Vorrichtung nach Anspruch 16,
    dadurch gekennzeichnet, dass der Spalt (13) der Düse (4.1) 0,2 mm bis 3,0 mm beträgt.
  21. Vorrichtung nach Anspruch 6, 12 oder 13,
    dadurch gekennzeichnet, dass der Metallblock (16), die Bodenplatte (12), die Düsen (20), mit einer Gas- oder Flüssigkeitskühleinrichtung ausgebildet sind.
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