EP2445663A2 - Verfahren und vorrichtung zum erzeugen von stahlbändern mittels bandgiessen - Google Patents

Verfahren und vorrichtung zum erzeugen von stahlbändern mittels bandgiessen

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EP2445663A2
EP2445663A2 EP10726416A EP10726416A EP2445663A2 EP 2445663 A2 EP2445663 A2 EP 2445663A2 EP 10726416 A EP10726416 A EP 10726416A EP 10726416 A EP10726416 A EP 10726416A EP 2445663 A2 EP2445663 A2 EP 2445663A2
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EP
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casting
nozzle
plasma
molten metal
plasma torch
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Karl-Heinz Spitzer
Hans-Jürgen HECKEN
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SMS Siemag AG
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    • C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D8/00—Modifying the physical properties by deformation combined with, or followed by, heat treatment
    • C21D8/02—Modifying the physical properties by deformation combined with, or followed by, heat treatment during manufacturing of plates or strips
    • C21D8/021—Modifying the physical properties by deformation combined with, or followed by, heat treatment during manufacturing of plates or strips involving a particular fabrication or treatment of ingot or slab
    • C21D8/0215—Rapid solidification; Thin strip casting

Definitions

  • the invention relates to a method for producing steel strips by means of strip casting according to the preamble of claim 1 and to a device according to claim 10.
  • a method of the generic type for producing steel strips by means of strip casting is known (Steel Research 74 (2003), No. 11/12, page 724-731).
  • this known as DSC process manufacturing method is suitable for the production of hot strip of lightweight steel.
  • melt is fed from a feed vessel via a runner and a siphon-like discharge nozzle formed as a casting nozzle on a revolving casting belt of a horizontal strip casting.
  • the discontinued melt solidifies to a pre-strip with a thickness in the range between 6 to 20 mm. After solidification, the pre-strip is subjected to a hot rolling process.
  • a disadvantage of this strip casting plant is that it can lead to caking during operation on the outlet side region of the casting nozzle, which increasingly reduce the outlet cross section for the melt. As a result, there is an uneven supply of the liquid steel to the belt and consequently to casting defects. Investigations into the cause of the caking have shown that on the one hand, the lower compared to the melt temperature at the casting nozzle allows the formation of deposits, on the other hand, the existing ceramic casting nozzle is wetted during melting of emerging on the melt surface oxides, which adhere there and then form an ideal surface for further growth of the caking.
  • the caking forms especially in the critical triple point of Keramikg mandüse, circulating cooled casting belt and liquid molten metal and flow-unfavorable areas.
  • the object of the invention is to provide a method for producing steel strips by means of strip casting, in which the previously described problems are avoided, but at least significantly reduced. Another object is to provide a device for carrying out the method.
  • At least one plasma jet which inactivates and heats the exposure region acts on the outlet-side region of the casting nozzle and on the melt emerging therefrom, at least during the casting process.
  • the inventive method is basically suitable for the production of hot strips of various metallic materials, especially for lightweight steels, such as high modulus HSD ® steels.
  • the operating times and thus the profitability of the strip casting plant and the quality of the cast strip can be significantly increased.
  • the plasma is ignited in a conventional manner by high voltage or high frequency inductively or capacitively in the burner itself or against the molten metal and maintained with DC or AC.
  • the strength (intensity) of the plasma is advantageously set via a set of rules consisting of a gas mixing, pressure and flow regulator and a control device for the electrical parameters.
  • an inert gas such as argon or nitrogen used.
  • plasma gas but in addition to argon and nitrogen, other individual gases or gas mixtures with additions of H 2 , CO, CO 2 or CH 4 and other combinations can be used.
  • the surface (surface tension) of the metal film can be influenced very well.
  • existing hydrogen very well prevents the oxidation of the melt surface.
  • the flow behavior of the metal film and thus the wettability of the ceramic with regard to the prevention of caking can advantageously be influenced.
  • a nozzle-like element designed as an argon screen is arranged in front of the casting nozzle, which nozzle blocks the liquid steel on the casting nozzle
  • the argon rake is modified in such a way that one or more plasma torches can be integrated one after the other into the system, viewed one below the other or in the direction of melt flow, so that a structural unit is formed.
  • the plasma torches are positioned so that they can act on the edge area in particular over the entire width of the pouring nozzles.
  • the use of multiple burners is advantageous because it can increase the efficiency of inerting and heating.
  • the plasma torches act sectorally on the outlet-side casting nozzle area, wherein optimal targeted heating of the casting nozzle over its width or over the width of the exiting melt bath can be carried out via a specific separate temperature control of the individual burners.
  • the assembly is inventively made of a good heat conducting material, such. As copper, prepared and is cooled intensively with water.
  • the jet direction of the plasma torch is advantageously adjusted slightly inclined downwards in the direction of the liquid steel against the casting direction, in order to be able to influence the melt pool surface in a targeted manner.
  • the plasma torches are also slightly aligned in the direction of the edge region of the exiting melt.
  • FIG. 1 in a plan view, a schematic representation of the casting nozzle region of a strip casting plant according to the invention
  • Figure 2 as Figure 1 in a side view.
  • FIG. 1 shows a plan view of a schematic representation of the casting nozzle region of a strip casting plant according to the invention.
  • Metal melt 7 runs in this illustration from left to right and is indicated by an arrow.
  • an assembly 4 according to the invention made of an argon rake for the uniform distribution of melt on the surface of the casting belt 3 and plasma torches 9 (FIG. 2) is shown made of copper.
  • the plasma torches 9 are arranged so that their plasma jets 5 completely inertize the exit region of the molten metal 7 from the casting nozzle and the melt surface and can control the temperature of the melt.
  • the nozzles 6 of the argon rake are directed obliquely downward onto the molten metal 7.
  • FIG. 2 shows the pouring nozzle region in a side view according to section A - A from FIG. From this view, which also consists of ceramic upper part 8 and the lower part 8 'of the pouring nozzle can be seen.
  • the assembly 4 with argon rake and plasma torches 9 is arranged in the outlet region of the molten metal 7 from the casting nozzle so that on the one hand the nozzles 6 ( Figure 1) of the argon rake distribute the exiting molten metal uniformly on the casting belt 3 and on the other hand the plasma jets 5 of the plasma torch 9 the exit region can completely inertize.
  • the plasma torches 9 are inclined according to the invention in the direction of the exiting melt.
  • the plasma torch 9 are cooled by cooling water bores 10 by means of water and supplied via a plasma gas supply 11 with plasma gas.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Continuous Casting (AREA)
  • Plasma Technology (AREA)
  • Casting Support Devices, Ladles, And Melt Control Thereby (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Erzeugen von Stahlbändern mittels Bandgießen, bei dem eine Metallschmelze aus einem Zulaufgefäß über eine Gießrinne und einem siphonartig als Gießdüse ausgebildeten Auslaufbereich auf ein umlaufendes Gießband einer horizontalen Bandgießanlage unter Schutzgas aufgegeben wird. Verfahrensmäßig wirkt dabei auf den austrittsseitigen Bereich der Gießdüse und auf die daraus austretende Metallschmelze mindestens während des Gießvorganges mindestens ein den Einwirkbereich inertisierender und erwärmender Plasmastrahl ein. Hierzu ist gemäß der Vorrichtung mindestens ein auf den Auslaufbereich der Gießdüse entgegen der Gießrichtung gerichteter, einen Plasmastrahl erzeugender Plasmabrenner vorgesehen.

Description

Verfahren und Vorrichtung zum Erzeugen von Stahlbändern mittels Bandgießen
Beschreibung
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Erzeugen von Stahlbändern mittels Bandgießen gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1 sowie eine Vorrichtung nach Anspruch 10.
Ein Verfahren der gattungsgemäßen Art zum Erzeugen von Stahlbändern mittels Bandgießen ist bekannt (steel research 74 (2003), No. 11/12, page 724 - 731). Insbesondere ist dieses als DSC-Verfahren bekannte Herstellungsverfahren geeignet zur Herstellung von Warmband aus Leichtbaustahl.
Bei dem bekannten Verfahren wird Schmelze aus einem Zulaufgefäß über eine Gießrinne und einem siphonartig als Gießdüse ausgebildeten Auslaufbereich auf ein umlaufendes Gießband einer horizontalen Bandgießanlage aufgegeben. Durch intensive Kühlung des Gießbandes erstarrt die aufgegebene Schmelze zu einem Vorband mit einer Dicke im Bereich zwischen 6 bis 20 mm. Nach der Durcherstarrung wird das Vorband einem Warmwalzprozess unterzogen.
Zur Vergleichmäßigung der Schmelzenverteilung auf dem Gießband sind im Aufgabebereich mehrere Strahlen eines inerten Gases in Form eines Rechens über die Breite verteilt auf das Schmelzbad gegen die Transportrichtung gerichtet.
Nachteilig bei dieser Bandgießanlage ist, dass es während des Betriebes am auslaufseitigen Bereich der Gießdüse zu Anbackungen kommen kann, die den Austrittsquerschnitt für die Schmelze zunehmend verringern. Hierdurch bedingt kommt es zu einem ungleichmäßigen Zuführen des flüssigen Stahls auf das Band und in Folge zu Gießfehlern. Untersuchungen zur Ursache der Anbackungen haben gezeigt, dass zum Einen die im Vergleich zur Schmelze niedrigere Temperatur an der Gießdüse die Ansatzbildung erst ermöglicht, zum Anderen wird die aus Keramik bestehende Gießdüse beim Schmelzenaustritt von auf der Schmelzbadoberfläche entstehenden Oxiden benetzt, die dort haften bleiben und dann eine ideale Oberfläche für ein weiteres Anwachsen der Anbackungen bilden.
Die Anbackungen bilden sich besonders im kritischen Tripelpunkt von Keramikgießdüse, umlaufendem gekühlten Gießband und flüssiger Metallschmelze und strömungsungünstigen Bereichen.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zum Erzeugen von Stahlbändern mittels Bandgießen anzugeben, bei dem die zuvor geschilderten Probleme vermieden, zumindest aber deutlich verringert werden. Eine weitere Aufgabe besteht darin, eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens anzugeben.
Diese Aufgabe wird ausgehend vom Oberbegriff in Verbindung mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruches 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sowie eine Vorrichtung zum Erzeugen von Warmbändern sind Gegenstand der weiteren Ansprüche.
Nach der Lehre der Erfindung wirkt auf den austrittsseitigen Bereich der Gießdüse und auf die daraus austretende Schmelze mindestens während des Gießvorgangs mindestens ein den Einwirkbereich inertisierender und erwärmender Plasmastrahl ein.
Das erfindungsgemäße Verfahren ist grundsätzlich für die Erzeugung von Warmbändern aus den verschiedensten metallischen Werkstoffen geeignet, insbesondere auch für Leichtbaustähle, wie beispielsweise hochmangenhaltige HSD®-Stähle.
Bei Versuchen hat sich herausgestellt, dass durch die Einwirkung eines Plasmastrahls auf den Austrittsbereich einer Gießdüse und auf die Oberfläche der austretenden Metallschmelze - bedingt durch die große chemische Aktivität, die hoch wirksame Inertisierung und die Erwärmung - das Entstehen von Anbackungen wirksam verhindert wird.
Die Betriebszeiten und damit die Wirtschaftlichkeit der Bandgießanlage sowie die Qualität des gegossenen Bandes können dadurch deutlich gesteigert werden. Das Plasma wird in an sich bekannter Weise durch Hochspannung oder mit Hochfrequenz induktiv oder kapazitiv im Brenner selbst oder gegen die Metallschmelze gezündet und mit Gleichstrom oder Wechselstrom aufrechterhalten. Die Stärke (Intensität) des Plasmas wird dabei vorteilhaft über einen Regelsatz bestehend aus einem Gasmisch-, Druck- und Mengenregler und aus einer Regeleinrichtung für die elektrischen Parameter eingestellt.
Durch die gut steuerbare Leistung des Plasmas und die hohe Temperatur des Plasmas kann vorteilhaft ein definierter Temperatureintrag in den Gießdüsenbereich eingestellt werden, um z. B. das Temperaturprofil in der Gießpfanne bzw. das Temperaturgefälle beim Gießen auszugleichen.
Um eine Inertisierung zu erreichen und damit die Bildung von Oxiden auf der Schmelzenoberfläche, die in der Folge zu Anbackungen an der Gießdüse führen könnten, zu vermeiden, wird als Prozessgas für das Plasma vorteilhaft ein inertes Gas, wie z. B. Argon oder Stickstoff, verwendet.
Als Plasmagas können aber neben Argon und Stickstoff auch andere Einzelgase oder auch Gasgemische mit Zusätzen von H2, CO, CO2 oder CH4 und auch andere Kombinationen eingesetzt werden.
Durch die definiert einstellbare Inertisierung kann die Oberfläche (Oberflächenspannung) des Metallfilms sehr gut beeinflusst werden. Beispielsweise verhindert vorhandener Wasserstoff sehr gut die Oxydation der Schmelzenoberfläche.
Über die Inertisierung des Austrittsbereiches und eine gezielte Temperatursteuerung der Schmelzbadoberfläche kann vorteilhaft das Fließverhalten des Metallfilms und damit die Benetzbarkeit der Keramik im Hinblick auf die Vermeidung von Anbackungen beeinflusst werden.
Die Anwachsungen im besonders kritischen Tripelpunkt von Keramikgießdüse, Gießband und flüssiger Metallschmelze können mit dem erfindungsgemäßen Verfahren vorteilhaft verhindert werden.
Wie aus dem Stand der Technik bereits bekannt, ist vor der Gießdüse ein als Argonrechen ausgebildetes düsenartiges Element angeordnet, das den flüssigen Stahl auf der Gießdüse In einer ersten vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist der Argonrechen derart modifiziert, dass ein oder mehrere Plasmabrenner nebeneinander oder in Schmelzflussrichtung gesehen hintereinander in das System integriert werden können, so dass eine Baueinheit entsteht. Die Plasmabrenner sind dabei so positioniert, dass diese über die gesamte Breite der Gießdüsen insbesondere auch auf den Kantenbereich einwirken können. Der Einsatz mehrerer Brenner ist vorteilhaft, weil damit die Effizienz der Inertisierung und Erwärmung gesteigert werden kann.
In einer zweiten vorteilhaften Ausführungsform wirken die Plasmabrenner sektoral auf den austrittsseitigen Gießdüsenbereich ein, wobei über eine gezielte separate Temperatursteuerung der einzelnen Brenner eine optimale Erwärmung der Gießdüse über deren Breite bzw. über die Breite des austretenden Schmelzbades vorgenommen werden kann.
Die Baueinheit ist erfindungsgemäß aus einem gut wärmeleitenden Material, wie z. B. Kupfer, hergestellt und wird mit Wasser intensiv gekühlt.
Es ist jedoch auch möglich, die Plasmabrenner unabhängig vom Argonrechen anzuordnen, wenn dies für den jeweiligen Einsatzzweck sinnvoller erscheint.
Die Strahlrichtung der Plasmabrenner ist entgegen der Gießrichtung vorteilhaft leicht nach unten geneigt in Richtung des flüssigen Stahls eingestellt, um auch die Schmelzbadoberfläche gezielt beeinflussen zu können. In den Kantenbereichen der Gießdüse sind die Plasmabrenner dafür auch leicht in Richtung Kantenbereich der austretenden Schmelze ausgerichtet.
In einer Zeichnung wird das erfindungsgemäße Verfahren näher erläutert. Es zeigen:
Figur 1 in einer Draufsicht, eine schematische Darstellung des Gießdüsenbereiches einer erfindungsgemäßen Bandgießanlage ,
Figur 2 wie Figur 1 in einer Seitenansicht.
In Figur 1 ist in einer Draufsicht eine schematische Darstellung des Gießdüsenbereiches einer erfindungsgemäßen Bandgießanlage dargestellt. Metallschmelze 7 verläuft in dieser Darstellung von links nach rechts und ist durch einen Pfeil gekennzeichnet.
Im Bereich des Austritts der Metallschmelze 7 aus der Gießdüse ist eine aus einem Argonrechen, zur gleichmäßigen Schmelzenverteilung auf der Oberfläche des Gießbandes 3, und Plasmabrennern 9 (Figur 2) bestehende erfindungsgemäße Baueinheit 4 aus Kupfer dargestellt.
Die Plasmabrenner 9 sind so angeordnet, dass deren Plasmastrahlen 5 den Austrittsbereich der Metallschmelze 7 aus der Gießdüse und die Schmelzenoberfläche vollständig inertisieren und die Temperatur der Schmelze steuern können.
Zur Vergleichmäßigung der Schmelzenverteilung auf dem Gießband 3 sind die Düsen 6 des Argonrechens schräg nach unten auf die Metallschmelze 7 gerichtet.
In Figur 2 ist der Gießdüsenbereich in einer Seitenansicht gemäß Schnitt A - A aus Figur 1 dargestellt. Aus dieser Ansicht sind das ebenfalls aus Keramik bestehende Oberteil 8 und das Unterteil 8' der Gießdüse ersichtlich.
Die Baueinheit 4 mit Argonrechen und Plasmabrennern 9 ist im Austrittsbereich der Metallschmelze 7 aus der Gießdüse so angeordnet, dass einerseits die Düsen 6 ( Figur 1) des Argonrechens die austretende Metallschmelze gleichmäßig auf dem Gießband 3 verteilen und andererseits die Plasmastrahlen 5 der Plasmabrenner 9 den Austrittsbereich vollständig inertisieren können.
Für eine gezielte Temperatursteuerung der Metallschmelze 7 sind die Plasmabrenner 9 erfindungsgemäß in Richtung der austretenden Schmelze geneigt.
Die Plasmabrenner 9 werden über Kühlwasserbohrungen 10 mittels Wasser gekühlt und über eine Plasmagaszuführung 11 mit Plasmagas versorgt.
Nicht dargestellt sind die Zuleitungen für die elektrische Versorgung der Plasmabrenner, die in der Baueinheit 4 integriert sind. Bezugszeichenliste

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zum Erzeugen von Stahlbändern mittels Bandgießen, bei dem eine Metallschmelze (7) aus einem Zulaufgefäß über eine Gießrinne und einem siphonartig als Gießdüse ausgebildeten Auslaufbereich auf ein umlaufendes Gießband (3) einer horizontalen Bandgießanlage unter Schutzgas aufgegeben wird, dadurch gekennzeichnet, dass auf den austrittsseitigen Bereich der Gießdüse und auf die daraus austretende Metallschmelze (7) mindestens während des Gießvorgangs mindestens ein den Einwirkbereich inertisierender und erwärmender Plasmastrahl (5) einwirkt.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Plasmastrahlen (5) sektoral auf den gesamten austrittsseitigen Bereich der Gießdüse und auf die daraus austretende Metallschmelze (7) einwirken.
3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Leistung und die Temperatur des erzeugten Plasmastrahls (5) sektoral steuerbar ist.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass für die Erzeugung des Plasmas ein inertes Gas oder ein Gasgemisch mit inertem Gas verwendet wird.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass als inertes Gas Argon oder Stickstoff verwendet wird.
6. Verfahren nach Anspruch 4 und 5, dadurch gekennzeichnet, dass als Gasgemisch ein inertes Gas mit Zusätzen von H2, CO, CO2 oder CH4
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass durch den einwirkenden Plasmastrahl (5) die Temperatur der austretenden Metallschmelze (7) gezielt beeinflusst und das entstehende Temperaturgefälle vom Zulaufgefäß zum Auslaufbereich der Gießdüse ausgeglichen wird.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberflächenspannung und damit die Viskosität der aus der Gießdüse austretenden Metallschmelze (7) gezielt beeinflusst wird.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Plasmastrahl (5) schon vor Beginn des Gießvorgangs auf den Austrittsbereich der Gießdüse einwirkt.
10. Vorrichtung zum Erzeugen von Stahlbändern mittels Bandgießen, bestehend aus einem die Metallschmelze enthaltenden Zulaufgefäß mit einer horizontal liegenden Gießrinne und einem siphonartig als Gießdüse ausgebildeten Auslaufbereich, einer zwei Umlenkrollen und ein umlaufendes gekühltes Gießband (3) aufweisenden Primärkühlzone zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein auf den Auslaufbereich der Gießdüse entgegen der Gießrichtung gerichteter, einen Plasmastrahl (5) erzeugender Plasmabrenner (9) angeordnet ist.
11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass über die Gießdüsenbreite verteilt mehrere sektoral auf die Gießdüse einwirkende Plasmabrenner (9) in der Weise angeordnet sind, dass die Plasmastrahlen (5) die gesamte Gießdüsenbreite erfassen.
12. Vorrichtung nach Anspruch 11 , dadurch gekennzeichnet, dass die Plasmabrenner (9) in Schmelzflussrichtung gesehen hintereinander angeordnet sind.
13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 12, wobei im Aufgabebereich der Metallschmelze (7) auf das Gießband (3) mindestens ein als Rechen ausgebildetes düsenartiges Element (6) zum Austritt mehrerer Gasstrahlen eines inerten Gases zur Vergleichmäßigung der Schmelzenverteilung auf dem Gießband (3) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Plasmabrenner (9) und das düsenartige Element (6) in einer Baueinheit (4) zusammengefasst sind.
14. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Baueinheit (4) wassergekühlt ist.
15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Plasmabrenner (9) und das düsenartige Element (6) separat angeordnet sind.
16. Vorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass der Plasmabrenner (9) und das düsenartige Element (6) jeweils wassergekühlt sind.
17. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Strahlrichtung des Plasmabrenners (9) auf den unteren Austrittsbereich der Gießdüse in Richtung der Metallschmelze (7) geneigt ist.
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