EP1427554B1 - Verfahren und vorrichtung zur abdichtung eines spaltes zwischen einer rollenstirnseite und einer seitenabdichtung an einer rollen-bandgiessmaschine - Google Patents

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EP1427554B1
EP1427554B1 EP02779346A EP02779346A EP1427554B1 EP 1427554 B1 EP1427554 B1 EP 1427554B1 EP 02779346 A EP02779346 A EP 02779346A EP 02779346 A EP02779346 A EP 02779346A EP 1427554 B1 EP1427554 B1 EP 1427554B1
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gap
roll
face
side seal
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Heinrich Marti
Jacques Barbe
Dominique Salathe
Alfred Koch
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SMS Siemag 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
    • 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
    • B22D11/0648—Casting surfaces
    • B22D11/066—Side dams
    • B22D11/0662—Side dams having electromagnetic confining means

Definitions

  • the invention relates to a device for sealing a gap between a roller end face and a side seal of a roll-strip casting machine according to the preamble of claim 1, as well as a related method.
  • the present invention has for its object to provide a method of the type mentioned above and an apparatus for performing the method by which the risk of leakage from the liquid metal largely eliminated and the formation of fins on the narrow side of the metal strip is avoided.
  • the iron body copper plates are arranged, which influence the gradient formation of the electric vortex field and push the stray field in the direction of the sealing gap.
  • the copper plates are also provided as cooling elements.
  • FIG. 1 shows a casting roll 1 of a two-roll strip casting machine for casting a metal strip, in particular a steel strip, in partial section.
  • This casting roll 1 together with a second roll 2 is schematically indicated in Fig. 2.
  • a mold space for the liquid metal is limited, which is designated in Fig. 2 with 5.
  • the rollers 1, 2 each consist of a base material 5, preferably copper, and are provided with a surface layer 6 of a wear-resistant material.
  • the material of the side seals 3 is usually ceramic.
  • a sealing gap 10 is present between a ring-shaped roller end face 7 of the roller 1 and the corresponding side seal 3. So that no liquid metal penetrates into this sealing gap 10 (and thereby fins on the narrow side of the metal strip arise) or even exits from this sealing gap 10, not only the capillary action is used in this sealing gap 10, but additionally generates an electric vortex field according to the invention, such that locally a gradient field arises in the region of the sealing gap 10, which is indicated schematically in FIG. 1 and designated by 13, and which has a force counteracting the penetration of the liquid metal into the sealing gap 10 force.
  • a plurality of magnetic elements 15 are distributed successively over the corresponding roller circumference in the region of the mold space 5 or of the respective sealing gap between each roller end face 7 and the relevant side seal 3.
  • the magnetic elements 15 are arranged stationary and preferably fixed to the side seals 3, so that they together with the side seals when changing roles 3 can be removed by means of a manipulator, not shown in the drawing in a simple manner.
  • the structure of individual magnetic elements 15 can be seen from FIGS. 3 to 5, wherein, of course, other configurations would be possible in addition to these three illustrated embodiments.
  • the individual magnetic elements 15, which are distributed over the respective roll circumference from top to bottom, to the passage gap 4, are advantageously lined up in a modular manner. They cover approximately the entire length of the side seal 3, which runs along the respective casting roll 1, 2.
  • the two lowermost magnet elements 15 ', 15 "of both rollers 1, 2 arranged in the immediate region of the passage gap 4 are each combined into one and the same, appropriately designed magnetic elements 15 are preferably equipped with independently adjustable feeds
  • the independent regulation takes place depending on the process requirements and the pressure level
  • the opposing magnet elements 15, which are arranged at the same height (ie, at the same distance from the passage gap 4) in front of the front side of both rollers 1, 2, are each actuated jointly.
  • each magnetic element 15 comprises a laminated, composed of substantially L-shaped sheets or produced by a sintering process iron body 16 and a coil associated therewith 17. With these an alternating magnetic field in the frequency range of 300 to 3000 kHz generated. This alternating field causes the formation of electrical eddy currents, which enforce the liquid steel (or another, electrically conductive metal) and - as already mentioned - counteract the penetration of the same into the sealing gap 10 locally. The over the respective roll circumference from top to bottom split magnetic elements 15 push so to speak together.
  • the respective iron bodies 16 seen in the circumferential direction of the roller 1 and 2 in the coil region 16 s half the length, and the L-shaped sheets are overlapped in the coil area, whereby over the entire length in the field direction of the iron body 16 of the same cross-section as formed within the coil 17 ,
  • the iron body 16 is supported in its upper region 16 o from the outside to the side seal 3 and fixed in a manner not shown.
  • a lower portion 16u is connected to a front iron body portion 16v extending upward toward the seal gap 10.
  • a field guide 20 is incorporated in the roll end face 7, which is formed by a ferromagnetic, laminated or sintered ring or by one or more ring segments.
  • An upper surface 18 of the iron body portion 16v is parallel to a surface 19 of the field guide 20 and the roller end face 7, whereby, for example, a sloping part 10 'of the sealing gap 10 is formed.
  • copper plates 22, 23 are arranged, which also influence the gradient formation of the electric vortex field 13 and push the stray field in the direction of the sealing gap 10.
  • two copper plates 22, 23 are present. These are also provided as cooling elements.
  • FIG. 5 shows that the gradient formation in the sealing gap region can additionally be optimized by altering the air gap by means of an arrangement of additional, additional inclined surfaces 24 and 25 on the iron body 16.
  • the invention is sufficiently demonstrated with the embodiments explained above. However, it could still be illustrated in further variants.
  • the number of dedicated magnetic elements 15 per row could be varied, i. in principle, only one or even more than eleven (as shown) of such could be provided.
  • the respective gap 10 between the roller end face 7 and the side seal 3 can be formed either by a mutual positioning or by a spaced arrangement of the two.

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Description

  • Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Abdichtung eines Spaltes zwischen einer Rollenstirnseite und einer Seitenabdichtung einer Rollen-Bandgiessmaschine nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1, sowie ein diesbezügliches Verfahren.
  • Es ist bekannt, an einer Zweirollen-Bandgiessmaschine zum Giessen eines Metallbandes, insbesondere eines Stahlbandes, im Stirnseitenbereich der Giessrollen Seitenabdichtungen vorzugsweise in Form von Keramikplatten anzubringen. Zwischen der jeweiligen Rollenstirnseite und der jeweiligen Seitenabdichtung wird ein Dichtspalt gebildet, dessen Kapillarwirkung zur Abdichtung genutzt wird. Kleinste Schwankungen im kapillaren Spalt können jedoch bewirken, dass der niederviskose, flüssige Stahl in den Spalt eindringt, wodurch an der Schmalseite des Stahlbandes Finnen entstehen, die die Gefahr einer unzulässigen Abnützung an den Giessrollen und/oder an den Seitenabdichtungen mit sich bringen und zudem auch Folgeschäden an den Walzen eines nachgeschalteten Walzegerüstes verursachen können. Schäden können auch durch den möglichen Austritt des flüssigen Stahles entstehen. Die Unregelmässigkeiten an der Band-Schmalseite müssen durch Abschneiden der Ränder entfernt werden, was nebst dem Zusatzaufwand die Ausbringung reduziert.
  • In der Druckschrift DE-A-44 38 119 ist eine Vorrichtung zur Abdichtung eines Spaltes zwischen einer Seitenwand und Giesswalzen erläutert. Zwischen diesen Seitenwänden und den Giesswalzen ist ein Dichtungsspalt angeordnet, der im flüssigen Bereich des zwischen den Giesswalzen befindlichen Stahls durch die Wirkung eines im Kantenbereich radial zur Oberfläche der Giesswalzen verlaufenden elektrodynamischen Feldes abgedichtet wird. Nachteilig hierbei ist, dass Kühlwasser innerhalb des elektrischen Leiters geführt werden muss, was aufwendig ist.
  • Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten Art sowie eine Vorrichtung zum Durchführen des Verfahrens vorzuschlagen, durch welche die Gefahr des Austrittes vom flüssigen Metall weitgehend eliminiert und die Bildung von Finnen an der Schmalseite des Metallbandes vermieden wird.
  • Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruches 1 sowie durch ein Verfahren nach Anspruch 6 gelöst.
  • Dadurch, dass erfindungsgemäss im Bereich des Spaltes ein elektrisches Wirbelfeld erzeugt wird, derart, dass lokal ein Gradientenfeld entsteht und die in der zu vergiessenden Metallschmelze erzeugten Wirbelströme das Eindringen der Schmelze in den Spalt verhindern oder die Schmelze aus dem Spalt zurückdrängen, wird die Kapillarwirkung im Dichtspalt wirksam unterstützt, eine zuverlässige Abdichtung gewährleistet und infolgedessen bessere Qualität der Giessbandkanten sowie eine Reduktion des Verschnittes erreicht. Vom besonderen Vorteil ist dabei der relativ kleine Energieaufwand zur Erzeugung des lokalen Wirbelfeldes.
  • Innerhalb des Eisenkörpers sind Kupferplatten angeordnet, die die Gradientenbildung des elektrischen Wirbelfeldes beeinflussen und das Streufeld in Richtung des Dichtspaltes abdrängen. Die Kupferplatten sind gleichzeitig als Kühlelemente vorgesehen.
  • Bevorzugte Weitergestaltungen des Verfahrens und der Vorrichtung bilden den Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
  • Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:
    • Fig. 1
    schematisch das erfindungsgemässe Abdichtungsprinzip eines Spaltes zwischen einer Rollen-Stirnseite und einer Seitenabdich-tung;
    Fig. 2
    schematisch die Anordnung einer Anzahl von entlang der Rollenstirnseiten im Kokillenbereich einer Bandgiessmaschine angeordneten Magnetelementen zur Erzeugung eines elektrischen Wirbelfeldes;
    Fig. 3
    eines der Magnetelemente nach Fig. 2 im Querschnitt entlang der Linie A in einer ersten Ausführungsform;
    Fig. 4
    eines der Magnetelemente nach Fig. 2 im Querschnitt entlang der Linie A in einer zweiten Ausführungsform; und
    Fig. 5
    eines der Magnetelemente nach Fig. 2 im Querschnitt entlang der Linie A in einer dritten Ausführungsform
  • Fig.1 zeigt eine Giessrolle 1 einer Zweirollen-Bandgiessmaschine zum Giessen eines Metallbandes, insbesondere eines Stahlbandes, im Teilschnitt. Diese Giessrolle 1 zusammen mit einer zweiten Rolle 2 ist schematisch auch in Fig. 2 angedeutet. Durch die beiden Giessrollen 1, 2 einerseits und zwei im Stirnseitenbereich der Rollen 1, 2 angeordnete Seitenabdichtungen 3 anderseits wird ein Kokillenraum für das flüssige Metall begrenzt, der in Fig. 2 mit 5 bezeichnet ist. Zwischen den beiden, um horizontale Drehachsen D (Fig. 1) drehbaren Rollen 1, 2 ist ein Durchgangsspalt 4 (Fig. 2) vorhanden, durch welchen das erzeugte Metallband weggeführt wird.
  • Die Rollen 1, 2 bestehen gemäss Fig. 1 jeweils aus einem Basismaterial 5, vorzugsweise Kupfer, und sind mit einer Oberflächenschicht 6 aus einem verschleissfesten Material versehen. Beim Material der Seitenabdichtungen 3 handelt es sich in der Regel um Keramik.
  • Wie in Fig. 1 in vergrössertem Massstab dargestellt ist, ist zwischen einer ringförmigen Rollenstirnseite 7 der Rolle 1 und der entsprechenden Seitenabdichtung 3 ein Dichtspalt 10 vorhanden. Damit kein flüssiges Metall in diesen Dichtspalt 10 eindringt (und dadurch Finnen an der Schmalseite des Metallbandes entstehen) oder sogar aus diesem Dichtspalt 10 austritt, wird nicht nur die Kapillarwirkung in diesem Dichtspalt 10 genutzt, sondern zusätzlich erfindungsgemäss ein elektrisches Wirbelfeld erzeugt, derart, dass im Bereich des Dichtspaltes 10 lokal ein Gradientenfeld entsteht, das in Fig. 1 schematisch angedeutet und mit 13 bezeichnet ist, und das eine dem Eindringen des flüssigen Metalls in den Dichtspalt 10 entgegenwirkende Kraft zur Folge hat.
  • Zur Erzeugung des lokalen elektrischen Wirbelfeldes sind im Bereich des Kokillenraumes 5 bzw. des jeweiligen Dichtspaltes zwischen jeder Rollenstirnseite 7 und der betreffenden Seitenabdichtung 3 mehrere Magnetelemente 15 nacheinander über den entsprechenden Rollenumfang verteilt angeordnet. Die Magnetelemente 15 sind ortsfest angeordnet und vorzugsweise an den Seitenabdichtungen 3 fixiert, so dass sie beim Rollenwechsel zusammen mit den Seitenabdichtungen 3 mittels eines in der Zeichnung nicht dargestellten Manipulators in einfacher Weise entfernt werden können. Der Aufbau einzelner Magnetelemente 15 ist aus Fig. 3 bis 5 ersichtlich, wobei selbstverständlich ausser diesen drei dargestellten Ausführungsvarianten auch andere Ausgestaltungen möglich wären.
  • Erfindungsgemäss werden mit Vorteil die einzelnen über den jeweiligen Rollenumfang von oben bis nach unten, zum Durchgangsspalt 4 hin aufgeteilten Magnetelemente 15 modular aneinandergereiht. Sie decken hierbei annähernd die gesamte Länge der Seitenabdichtung 3 ab, welche entlang der jeweiligen Giesrolle 1, 2 verläuft.
  • Beim in Fig. 2 dargestellten Ausführungsbeispiel sind die zwei untersten, in unmittelbarem Bereich des Durchgangsspaltes 4 angeordneten Magnetelemente 15', 15" beider Rollen 1, 2 je zu einem zusammengefasst. Die einzelnen, entsprechend geeignet konstruierten Magnetelemente 15 werden vorzugsweise mit unabhängig regulierbaren Speisungen ausgerüstet, wobei die unabhängige Regulierung je nach Prozessanforderungen und Druckhöhe erfolgt. Vorzugsweise werden die in gleicher Höhe (d.h. im gleichen Abstand vom Durchgangsspalt 4) vor der Stirnseite beider Rollen 1, 2 angeordneten, einander gegenüberliegenden Magnetelemente 15 jeweils gemeinsam angesteuert.
  • Wie aus Fig. 3 bis 5 ersichtlich ist, umfasst jedes Magnetelement 15 einen lamellierten, aus im wesentlichen L-förmigen Blechen zusammengesetzten oder nach einem Sinterverfahren hergestellten Eisenkörper 16 sowie eine diesem zugeordnete Spule 17. Mit diesen wird ein magnetisches Wechselfeld im Frequenzbereich von 300 bis 3000 kHz erzeugt. Dieses Wechselfeld verursacht die Bildung von elektrischen Wirbelströmen, die den flüssigen Stahl (oder ein anderes, elektrisch leitendes Metall) durchsetzen und - wie bereits erwähnt - dem Eindringen desselben in den Dichtspalt 10 lokal entgegenwirken. Die über den jeweiligen Walzenumfang von oben bis nach unten aufgeteilten Magnetelemente 15 stossen sozusagen aneinander. In bevorzugter Ausführung weist der jeweilige Eisenkörper 16 in Umfangsrichtung der Rolle 1 bzw. 2 gesehen im Spulenbereich 16s die halbe Länge auf, und die L-förmigen Bleche sind im Spulenbereich überlappt geschichtet, wodurch über die Gesamtlänge in Feldrichtung des Eisenkörpers 16 der gleiche Querschnitt wie innerhalb der Spule 17 entsteht.
  • Der Eisenkörper 16 ist in seinem oberen Bereich 16o von aussen an der Seitenabdichtung 3 abgestützt und in nicht näher dargestellten Weise fixiert. Ein unterer Bereich 16u ist mit einem vorderen, sich nach oben zum Dichtspalt 10 hin erstreckenden Eisenkörper-Bereich 16v verbunden. Zur Verstärkung der Gradientenbildung des elektrischen Wirbelfeldes im aktiven Luftspalt zwischen den Eisenkörperteilen 16o, 16v bzw. im Dichtspalt 10 ist in der Walzenstirnseite 7 eine Feldführung 20 eingebaut, die durch einen ferromagnetischen, lamellierten oder gesinterten Ring oder durch ein oder mehrere Ringsegmente gebildet ist. Eine obere Fläche 18 des Eisenkörper-Bereichs 16v verläuft parallel zu einer Fläche 19 der Feldführung 20 bzw. der Rollenstirnseite 7, wodurch beispielsweise ein schräg verlaufender Teil 10' des Dichtspaltes 10 gebildet wird.
  • Innerhalb des Eisenkörpers 16 sind Kupferplatten 22, 23 angeordnet, die ebenfalls die Gradientenbildung des elektrischen Wirbelfeldes 13 beeinflussen und das Streufeld in Richtung des Dichtspaltes 10 abdrängen. Gegebenenfalls sind zwei Kupferplatten 22, 23 vorhanden. Diese sind gleichzeitig als Kühlelemente vorgesehen.
  • Wie aus dem Vergleich der Fig. 3 bis 5 hervorgeht, können die Eisenkörper 16, die Seitenabdichtungen 3, die Feldführungen 20 und die Kupferplatten 22, 23 verschiedene Querschnittsformen bzw. Dimensionen aufweisen. Geeignete Feldführungen könnten auch in Seitenabdichtungen 3 eingebaut werden (anstatt an der Rollenstirnseite 7 oder zusätzlich dazu). Fig. 5 zeigt, dass die Gradientenbildung im Dichtspaltbereich durch Änderung des Luftspaltes mittels Anordnug von weiteren, zusätzlichen Schrägflächen 24 bzw. 25 am Eisenkörper 16 zusätzlich optimiert werden kann.
  • Die Erfindung ist mit den oben erläuterten Ausführungsbeispielen ausreichend dargetan. Sie könnte jedoch noch in weiteren Varianten veranschaulicht sein. So könnte zum Beispiel die Anzahl der vorgesehenen Magnetelemente 15 pro Reihe variiert werden, d.h. es könnten im Prinzip auch nur eines oder auch mehr als elf (wie dargestellt) solcher vorgesehen sein.
  • Der jeweilige Spalt 10 zwischen der Rollenstirnseite 7 und der Seitenabdichtung 3 kann entweder durch ein gegenseitiges Positionieren oder durch eine beabstandete Anordnung der beiden gebildet sein.

Claims (12)

  1. Vorrichtung zur Abdichtung eines Spaltes zwischen der Stirnseite einer Giessrolle (1,2) und einer Seitenabdichtung (3) einer Rollen-Bandgiessmaschine, mit mindestens einem Magnetelement (15), welches die Spule (17) sowie einen, einen aktiven Luftspalt bildenden Eisenkörper (16) umfasst, wobei der Eisenkörper (16) derart angeordnet ist, dass im aktiven Luftspalt im Bereich des Spaltes (10) zwischen der Walzenstirnseite (7) und der Seitenabdichtung (3) ein Gradientenfeld erzeugt wird,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass zur Beeinflussung des zu erzeugenden Gradientenfeldes und zur Kühlung im Innern des Eisenkörpers (16) Kupferplatten (22,23) angeordnet sind.
  2. Vorrichtung nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass das Magnetelement (15) an der Seitenabdichtung (3) angebracht ist.
  3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass der Spalt (10) zwischen der Rollenstirnseite (7) und der Seitenabdichtung (3) entweder durch ein gegenseitiges Positionieren oder durch eine beabstandete Anordnung der Rolle zur Seitenabdichtung (3) gebildet ist.
  4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass im Kokillenbereich (5) der Rollen-Bandgiessmaschine entlang der jeweiligen Rollenstirnseite (7) eine Anzahl von aneinandergereihten Magnetelementen (15) angeordnet ist, wobei die in gleicher Höhe vor der Stirnseite beider Rollen (1,2) angeordneten, einander gegenüberüegenden Magnetelemente (15) jeweils gemeinsam ansteuerbar sind.
  5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass im Kokillenbereich (5) der Rollen-Bandgiessmaschine entlang der jeweiligen Rollenstirnseite (7) eine Anzahl von aneinandergereihten Magnetelementen (15) angeordnet ist, wobei die in unmittelbarem Bereich eines zwischen den beiden Rollen (1, 2) vorhandenen Durchgangsspaltes (4) angeordneten Magnetelemente (15',15'') je zu einem zusammengefasst sind.
  6. Verfahren zur Abdichtung eines Spaltes (10) zwischen der Stirnseite einer Giessrolle (1, 2) und einer Seitenabdichtung (3) einer Rollen-Bandgiessmaschine, im Bereich des Spaltes (10) ein elektrisches Wirbelfeld erzeugt wird, derart, dass lokal ein Gradientenfeld (13) entsteht und die in der zu vergiessenden Metallschmelze erzeugten Wirbelströme das Eindringen von Schmelze in den Spalt (10) verhindern oder die Schmelze aus dem Spalt (10) zurückdrängen,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass durch Anordnung von Kupferplatten (22,23) im Innern eines Magnetelementen-Eisenkörpers (16) die Gradientenbildung des elektrischen Wirbelfeldes beeinflusst wird, wobei die Kupferplatten (22,23) gleichzeitig als Kühlelemente vorgesehen sind
  7. Verfahren nach Anspruch 6,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass das elektrische Wirbelfeld durch ein magnetisches Wechselfeld mit einem Frequenzbereich zwischen 300 Hz und 3000 kHz erzeugt wird.
  8. Verfahren nach Anspruch 6 oder 7,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass das elektrische Wirbelfeld durch mindestens ein vor der Rollenstirnseite angeordnetes Magnetelement (15) erzeugt wird.
  9. Verfahren nach Anspruch 8,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass das elektrische Wirbelfeld durch eine Anzahl von im Kokillenbereich (5) der Bandgiessmaschine entlang der jeweiligen Rollenstirnseite (7) angeordrteten, an der Seitenabdichtung (3) angebrachten Magnetelementen (15) erzeugt wird.
  10. Verfahren nach Anspruch 9,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die Magnetelemente (15) modular aufgeteilt und mit unabhängig regulierbaren Speisungen ausgerüstet sind, wobei die Regulierung je nach Prozessanforderungen und Druckhöhe erfolgt.
  11. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass durch Anordnung von Feldführungen (20) in Form von ferromagnetischen, lamellierten oder gesinterten Elementen an der Rollenstirnseite (7) und/oder an der Seitenabdichtung (3) die Gradientenbildung des elektrischen Wirbelfeldes im Bereich des Spaltes (10) optimiert wird.
  12. Verfahren nach Anspruch 11,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass als Feldführungen (20) in die Walzenstirnseite eingebaute ferromagnetische Ringe oder Ringsegmente verwendet werden.
EP02779346A 2001-09-18 2002-09-13 Verfahren und vorrichtung zur abdichtung eines spaltes zwischen einer rollenstirnseite und einer seitenabdichtung an einer rollen-bandgiessmaschine Expired - Lifetime EP1427554B1 (de)

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