NO171489B - Fremgangsmaate og innretning for stoeping med minst ett bevegelig kokillebaand for fremstilling av metallbaand og -stenger - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse angår en fremgangsmåte og en innretning for kontinuerlig støping av et metallbånd, ifølge kravinnledningene.

Forskjellige fremgangsmåter og innretninger for kontinuerlig støping av bånd eller strenger av jernholdige eller ikke jernholdige materialer er kjent, hvor minst en vegg i kokillen eller det såkalte støpekammer består av et fleksibelt metallbånd som beveger seg med støpegodset inntil dette er fullstendig størknet, eller til det har dannet seg et tilstrekkelig sterkt skall på grunn av størkningen, noe som er tilfelle ved støping av stål. Det vises spesielt til støpemaskiner med to kokillebånd, hvor det flytende metall helles mellom to fleksible metallbånd som beveger seg i kretsløp og som inneslutter støpegodset mens det størkner. Når båndene beveger seg gjennom støperommet, avkjøles de vanligvis på yttérsiden med vann, for å lede bort varme som støpegodset avgir under størkningen.

Karakteristiske kjennetegn og vanlig oppbygging av forskjellige typer produksjonsanlegg med kokillebånd som beveger seg, er beskrevet i "Handbook of Continuous Casting" av E. Herrmann, 1980, s. 65 - 83.

Bestående anlegg arbeider med bånd som har en tykkelse i området fra 0,3 til 1,5 mm eller mer. Vanligvis består båndene av stål, men det er også kjent å benytte andre materialer.

Selv om støpeinnretninger med bevegede kokillebånd har vært kjent i mange tiår og selv om disse støpemetoder synes fordelaktige fra et økonomisk standpunkt, har de ennå ikke kunnet vinne frem, hovedsakelig på grunn av de i det følgende beskrevne vanskeligheter.

Vanligvis benyttes såkalt sideisolering som beveger seg sammen med kokillebåndene for å avtette støpekammeret på sidene. Også stasjonære sideisoleringer benyttes. Kokillebåndene er derfor noe bredere enn støpekammeret for at den nødvendige tetting av støpekammeret skal være sikret av en sidetetting som er anordnet mellom båndenes kantområder på begge sider.

På tross av en intensiv kjøling av båndet når det løper gjennom støpekammeret, oppstår en betraktelig temperaturøkning i kokillebåndet når dette kommer i berøring med støpegodset. Spesielt kritiske forhold opptrer ved inngangen til støpekammeret ved den første kontakt mellom båndet og den smelte som kommer ut av støpedysen, fordi det på dette sted finner sted et spesielt kraftig temperatursprang i båndet. Her oppnår båndet normalt den høyeste temperatur. (Se "Stahl und Eisen", nr. 11, 1986, s. 633, bilde 8. ) Den oppvarmede del av båndet får naturligvis en volumøkning og har derfor en tendens til å utvide seg i alle tre retninger. Mens det ikke står noe i veien for at båndets tykkelse kan øke, forhindrer de kalde kantene på begge sider og båndtverrsnittet som ennå er kaldt før kontakten med smeiten, en fri utvidelse av båndet i håndflaten. Den naturlige reaksjon i båndet ytrer seg ved at det oppstår bulker og bølger fra båndet kommer inn i støpekammeret til langt inn i støperommet.

Følgen av dette er åpenbart at overføringen av varme fra støpegodset til kokillebåndet er ujevn både når det gjelder tid og sted, alt ettersom båndet frigjør seg fra støpegodset eller igjen berører dette. Dette fenomen er ofte årsak til en ujevn tykkelse av støpegodset, samt til skadelige temperaturfall som fører til sprekker og lokale strukturfeil.

Når et bånd slår seg, vanskeliggjøres tettingen av støpekammeret i områdene ved sideisolering og støpedyse. Disse problemer fører ofte til feil i støpematerialet og kan ha en avgjørende uheldig innvirkning på støpeprosessen. Problemene vokser betraktelig med økende bredde av det støpte materiale.

Store vanskeligheter oppstår spesielt ved støping av stål. Hittil har en bare hatt begrensede muligheter til å avhjelpe de eksisterende problemer med en relativ sterk spenning av båndene og/eller ved påføring av et varmeisolerende sjikt på den side av kokillebåndet som kommer i berøring med støpemassen (US 3 871 905) og/eller ved forvarming av kokillebåndene før de kommer inn i støpesonen (US 3 937 220, US 4 002 197 og US 4 537 243). Selv om disse forholdsregler bidrar til å forminske de deformasjoner som er forårsaket av varmespenninger i båndet, kan det på denne måte bare delvis forhindres at bånd slår seg og trekkes skjevt i støpesonen.

For å unngå en utillatelig utvidelse under drift, kan et bånd bare spennes så sterkt at de spenninger som opptrer i båndet når det beveges rundt om styringssylindrene før og etter støperommet, ikke overskrider elastisitetsgrensen. Spenninger som gjentatte ganger overskrider elastisitetsgrensen, vil føre til en forlengelse av båndet, hvorved det allerede etter kort tid vil være ubrukbart.

Målet med foreliggende oppfinnelse er å unngå de bestående vanskeligheter og holde båndet i den form som er nødvendig når det løper gjennom støpekammeret, hindre at det trekkes skjevt eller slår seg, og på denne måte eliminere de til foreliggende ulemper ved støpemetoden.

Ifølge fasthetslærens lover opptrer det i et legeme som utsettes for en strekkspenning, også en tverrsnittskontraksjon ved siden av en forlengelse. Dette finner sted i deformeringens elastiske og plastiske område, idet begge påvirkninger virker på samme måte og overlagrer hverandre additivt.

Det er også kjent at båndmaterialets elastisitetsgrense avtar med stigende temperatur.

Løsningen på de foran beskrevne problemer i forbindelse med kokillebånd er basert på anvendelse av disse fysikalske fakta, og er definert med de i kravene anførte trekk.

Da det i et bånd kan tillates små varmespenninger uten at båndet slår seg, kan tverrsnittsreduksjonen være noe mindre enn økningen på grunn av varmeutvidelsen.

Ved hensiktsmessig båndavkjøling kan det på kjent måte sørges for at båndtemperaturen under gjennomløpingen av støpestrekningen ligger innenfor tillatte grenser. Med et kjølesystem med tilstrekkelig kapasitet er det også mulig å benytte nakne, dvs. ubesjiktede bånd. Dersom det er nødvendig av en bestemt grunn, kan et bånd, før det kommer inn i støpekammeret, på kjent måte utstyres med et skille- og/eller isoleringssjikt som kan være permanent eller som kan nedbrytes i støpekammeret.

For å gi båndet den nødvendige spennkraft og dermed oppnå den nødvendige båndspenning inne i støpekammeret, kan det anordnes en hensiktsmessig styrt håndbremse før inntredelse i støpekammeret og et på egnet måte konstruert driftsmaskineri etter støpekammeret.

Som en følge av strekkingen av båndet i støpekammeret kjennetegnes fremgangsmåten videre ved at det også samtidig inntrer en tilsvarende økning av båndhastigheten.

Det viser seg nå å være fordelaktig ikke å holde båndets spenning, men båndhastigheten før båndet går inn i og hastigheten etter at det går ut av støpekammeret, i et visst forhold til hverandre. Dette kan gjøres på forskjellige måter. Dermed kan det oppnås en konstant, definert og kontrollerbar strekking av båndet. Båndspenningen og utvidelsen tilpasser seg derved de aktuelle forhold mellom båndhastigheten inn i støpekam-meret og båndhastigheten ved støpekammerets utgang.

Hastighetsøkningen på grunn av at båndet forlenges retter seg etter den båndtemperatur som forekommer, evt. etter spenningsprofilen over båndets bredde før det kommer inn i støpekammeret, og etter de i båndet tillatte varmespenninger. De siste er avhengige av breddeforholdet mellom bånd og støpekammer, av tykkelsen på det aktuelle bånd, av båndmaterialets fysikalske egenskaper, av måten båndet er avstøttet på, samt av det metallostatiske trykk i støpekammeret. De tilhørende verdier bestemmer økningen i båndhastigheten mellom inntredelsen i støpekammeret og uttredelsen av dette. Det viser seg at den minimale hastighetsøkning som er nødvendig for det etter uttredelse av støpesonen avkjølte bånd ifølge de foreliggende forhold, må ligge på mellom 0,1 og 2% for å forhindre at båndet slår seg.

Driftsmaskineriet for støpemaskinen kan enten være dimensjonert for et fast gitt forhold mellom båndhastigheten før og hastigheten etter støpekammeret, eller reguleringen av hastighetene kan finne sted analogt eller digitalt, eksempelvis ved hjelp av en datamaskin, slik at forholdet mellom hastighetene kan tilpasses dersom det skulle foreligge andre omstendigheter som krever dette. Båndhastigheten måles da kontinuerlig før og etter støpekammeret, og resultatene bearbeides i et regulerings-apparat for å beholde det ønskede hastighetsforhold.

Et åpent bånd må være langt nok til å garantere uavbrutt drift ved en fastlagt støpehastighet i en bestemt tidsperiode. Det mest fordelaktige er derfor at båndet løper fra en rull for så igjen å kunne rulles opp etter at det har løpt gjennom støpemaskinen og tjent som kokillevegg på den beskrevne måte.

En maskin ifølge oppfinnelsen med bevegede kokillebånd for kontinuerlig støping av metallbånd eller metallstrenger er definert med de i kravene anførte trekk.

Oppfinnelsen forklares nå på grunnlag av en utførelse med to bånd.

Figur 1 og 2 viser en støpemaskin sett forfra, hhv fra siden, med to bånd som er anordnet symmetrisk i forhold til hverandre, samt med loddrett forløpende støperetning. Bevegede eller stasjonære sideisoleringer kan anvendes.

Smeiten 10 føres på kjent måte av en renne 11 fra ovnen i støpetrakten 12 og strømmer gjennom støpedysen 13 inn i støpekammeret 14 som dannes av de to bånd 15, 16 som står overfor hverandre og de på begge sider mellom disse anordnede sideisoleringer 17, 18 (figur 2). De skjematisk antydede kjølere 19, 20 avkjøler på kjent måte båndenes utsider. Begge haspelaks-linger 21, 22 med båndrullene 23, 24 drives ved hjelp av et regulerbart driftsmaskineri, samtidig som det på en tilpasset og regulert måte finner sted bremsing av tilføringshasplene 25, 26 med båndrullene 27, 28, hvorved båndene 15, 16 utsettes for den spennkraft som er nødvendig for å oppnå den strekkingsgrad som er ønsket ved gjennomløpning av støperommet 14. Den støpte streng eller det støpte bånd 34 som er vist i eksemplet, klemmes mellom begge valsene 29, 30 og føres ut av støpekammeret med en hastighet som tilsvarer støpehastigheten.

Støpehastigheten, som i praksis tilsvarer båndhastigheten, kan, i avhengighet av forholdene, reguleres slik ved hjelp av haspelakslingenes 21, 22 driftsmaskineri at båndet har en bestemt spennkraft som bevirker den nødvendige strekking av båndet. Reguleringssignaler for den kontinuerlige regulering av den ønskede båndhastighet etter støpekammeret sendes til driftsmaskineriet for haspelakslingene 21, 22 og til hasplene 25, 26 for å regulere båndhastigheten før støpekammeret, idet differansen mellom hastigheten ved inngangen til støpekammeret og hastigheten ved utgangen fra støpekammeret reguleres på en slik måte at den ønskede strekking av båndet oppnås.

For å befri haspelakslingene 21, 22 fra store krefter, kan de etter utgangen av støpekammeret anordnede valser 31, 32 også være drevet, og/eller det kan være anordnet ytterligere, som eksempelvis vist i figur 1, mellom haspelakslingen 21 og valsen 32, hhv mellom haspelakslingen 22 og valsen 33, anordnede valser 39, 40 som er delvis omsluttet av båndet og/eller som klemmer det og er drevet, eller som, dersom det kun kreves en retningsendring av båndet, også kan rotere fritt. Likeledes kan de valser 35, 36 som er anordnet foran støpekammeret også være avbremset og/eller haspelakslingene 25, 26 kan være avlastet ved hjelp av ytterligere, som f. eks. vist i figur 1, avbremsede valser 37, 38 som er anordnet mellom haspelakslingen 23 og valsen 35, hhv mellom haspelakslingen 26 og valsen 36, eller de kan før inngangen til støpekammeret, være avlastet ved hjelp av håndbremser av hvilken som helst type, som ikke er vist i figur 1.

Anordning, antall og diameter på de i figur 1 viste og med 37, 38, hhv 39, 40, betegnede trykkvalser kan tilpasses båndets nødvendige strekkspenning, driftsforholdene og støperetningen. I tillegg kan det forutsettes slike eller andre trykkvalser og/eller andre elementer som båndet glidende føres over eller gjennom for å nedbygge bestående egenspenninger i båndet. Det er også mulig, på kjent måte, å behandle båndet utenfor støpemaskinen for å fjerne eksisterende egenspenninger.

Etter at den lengde av båndet som står til disposisjon, er fullt ut benyttet, fjernes båndrullene 23 og 24 og settes på haspelakslingene 25, hhv 26. Støpemaskinen er igjen klar for drift etter at båndene 15, hhv 16 igjen er ført gjennom maskinen og festet på haspelakslingene 21 hhv 22.

Et alternativ til utveksling av båndrullene består i at dreieretningen på haspelakslingene 21, 22, 25 og 26 blir endret, slik at båndene kan rulles tilbake på haspelakslingene 25 hhv 26.

Fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen for strekking av båndene mens de oppvarmes i støpekammeret kan i prinsippet anvendes ved vertikal, horisontal eller enhver annen støperet-ning.

Oppfinnelsen omfatter likeledes støpemetoder og innretninger med bare ett støpebånd. Eksempelvis kan smeiten ved horisontal støperetning helles på den øvre side av båndet på kjent vis i mengder som er nødvendig for oppnå den ønskede båndtykkelse.

Det er vanligvis nødvendig å støtte et bånd i støpekam-merets område på baksiden for å forhindre en utillatelig bøyning av båndet ifølge det metallostatiske trykk eller vekten av støpegodset. I dette tidsrom må båndets bakside kontinuerlig være i kontakt med flytende kjølemiddel for å forhindre overoppheting på enkelte steder. Det er vanlig at avstanden mellom støtte-punktene står i forhold til båndtykkelsen, idet det ved bestående anlegg er forutsatt en avstand som tilsvarer 30 til 50 ganger båndtykkelsen. Ved utførelsen i henhold til oppfinnelsen kan den relative avstand være vesentlig større på grunn av den betydelig høyere båndspenning og kan alt etter støpegodsets belastning mot båndet være 100 til 200 ganger båndtykkelsen. Dermed er det mulig at det med samme avstand mellom støttepunktene som i bestående anlegg, kan anvendes bånd med en tykkelse på fra 0,1 til 0,3 mm, uten at det oppstår en utillatelig nedbøyning av båndet.

Selvfølgelig blir båndets tverrsnitt ved hvert gjennom-løp gjennom støperommet noe mindre på grunn av strekkingen, og den til enhver tid forekommende reduksjon i båndbredden bestemmer hvor mange ganger båndet kan anvendes før det blir ubrukbart.

Følgende regneeksempel illustrerer nå forholdene ved støping av et aluminiumbånd i en støpeinnretning med to kokillebånd av stål og de etterfølgende verdier.

Ytterligere betegnelser som benyttes i det følgende: v støpehastighet, vx båndhastighet før støpekammeret, v2 båndhastighet etter oppvarming i støpekammeret, Ax båndtverrsnittets flate før støpekammeret, A2 båndtverrsnittets flate etter oppvarming i støpekammeret, Vx båndets volum før støpekammeret, V2 båndets volum etter oppvarming i støpekammeret, Av volumøkning av et båndelement som følge av oppvarmingen i støpekammeret og AB reduksjon av båndbredden som følge av et gjennomløp gjennom

støpekammeret.

En økning av båndtemperaturen med AT i støpekammeret gir for et båndelement en volumøkning på tilnærmet

Dersom en økning i tverrsnittsflaten skal forhindres, dvs.

A2 = Ax, krever kontinuitetsbetingelsen at vx • v2 = v2 • vx hvorav følger at: og med de gitte tallverdier:

Dette betyr at båndhastigheten i støpekammeret må økes med 0,40% for å forhindre en økning i tverrsnittsflaten. I praksis er imidlertid en tverrsnittsøkning på 0,38% tilstrekkelig, da båndet kan tåle små varmespenniriger uten å ta skade.

Som fastslått foran avtar båndets bredde etter hvert gjennomløp gjennom støpekammeret på grunn av strekkingen. I foreliggende eksempel utgjør denne tilnærmet: AB = AT.a.B.0,38/0,40 = 120 • 11 IO-<6> • 1200 • 0,95 = 1,5 mm

Med en maksimal og en minimal båndbredde på B1 =

1 200 mm, hhv B2 = 1 080 mm, kan båndet benyttes n = (1 200 - 1 080)/1,5 = 80 ganger. Båndtykkelsen reduseres derved med ca. 10% til 0,18 mm.

Med en støpehastighet på v = 66 m/min og en diameter på D = 1 500 mm for en full håndrull, noe som tilsvarer et forråd på 8 200 m båndlengde, kan anlegget drives kontinuerlig i 22,8 timer. Ved full belastning tilsvarer dette i foreliggende tilfelle en produksjon på 440 tonn pr dag.

Claims (12)

1. Fremgangsmåte for kontinuerlig støping av et metallbånd eller en metallstreng (34) ved hjelp av en streng-støpeinnretning med minst ett kokillebånd (13, 16) som beveges sammen med støpegodset, KARAKTERISERT VED at det benyttes bånd (13, 16) med åpne ender og med valgfri lengde, idet båndet utsettes for en spennkraft som virker i båndets bevegelsesretning og som bevirker en spenning som overskrider båndets elastisitetsgrense når dette blir oppvarmet i støpekammeret (14), hvorved båndets masse strekkes, at den tverrsnittsøkning som finner sted ved oppvarmingen av båndet motvirkes av en tilsvarende tverrsnittsminskning, slik at det forhindres at det oppstår utillatelige bulker og/eller bølger på båndet mens det løper gjennom støperommet.

2. Fremgangsmåte ifølge krav 1, KARAKTERISERT VED å drive kokillebåndet (13, 16) i kald tilstand ut fra støpekammeret (14) med en hastighet som er større enn båndet har ved inngangen til støpekammeret (14).

3. Fremgangsmåte ifølge krav 2, KARAKTERISERT VED å drive kokillebåndet (15, 16) med en hastighet ved utgangen av støpekammeret (14), som er 0,1 - 2% større enn ved inngangen.

4. Fremgangsmåte ifølge krav 1-3, KARAKTERISERT VED at kokillebåndets (13, 16) hastighet måles før og etter støpekam-meret (14) og at hastighetsforholdet reguleres til en bestemt verdi.

5. Fremgangsmåte ifølge krav 1-4, KARAKTERISERT VED at kokillebåndet (13, 16) strekkes etter at det har restspen-ninger som ennå er til stede i båndet minskes eller fjernes helt.

6. Strengstøpeinnretning med bevegede kokillebånd (13, 16) for kontinuerlig støping av metallbånd eller metallstrenger (34), KARAKTERISERT VED at opprullede bånd (15, 16) er anordnet med valgfri lengde, hvor hvert bånd før det kommer inn i støpekammeret (14) er oppkveilet i en rull (27, 28) som etter gjennom støpekammeret (14) igjen er oppkveilet, at en spennings-innretning påvirker båndet med en spennkraft i båndets bevegelsesretning og gir båndet en spenning som overskrider det oppvarmede bånds elastisitetsgrense slik at båndet strekkes slik at tverrsnittsøkningen ved oppvarmingen motvirkes av en tilsvarende . tverrsnittsminskning og det forhindres at det oppstår utillatelige bulker og/eller bølger på båndet mens det løper gjennom støperommet.

7. Innretning ifølge krav 6, KARAKTERISERT VED at tykkelsen av et kokillebånd (15, 16) er 0,1 - 0,3 mm.

8. Innretning ifølge krav 6-7, KARAKTERISERT VED at avstanden mellom nærliggende avstøttinger for et kokillebånd (15, 16) i støpekammeret (14) er 100 - 230 ganger båndtykkelsen.

9. Innretning ifølge krav 6-8, KARAKTERISERT VED at det er anbrakt en eller flere rullesylindre (31, 39; 32, 40) etter støpekammerets utgang, og at disse klemmer kokillebåndet og/eller delvis omslynges av dette, mens de er fritt dreibare eller drevet eller -bremset, for å overføre krefter til båndet.

10. Innretning ifølge krav 6-9, KARAKTERISERT VED at det før støpekammeret er anbrakt en håndbremse av valgfri konstruksjon.

11. Innretning ifølge krav 6 - 10, KARAKTERISERT VED at det er anbrakt en eller flere rullesylindre (33, 37; 36, 38) før inngangen til støpekammeret og at rullesylindrene klemmer kokillebåndet (15, 16) og/eller delvis omslynges av dette, mens de er fritt dreibare eller drevet eller bremset for å overføre krefter til båndet.

12. Innretning ifølge krav 6-11, KARAKTERISERT VED at kokillebåndet (13, 16) før og/eller etter støpekammeret (14) er ført med friksjon over eller gjennom en eller flere føringsele-menter som ikke roterer eller som roterer langsommere i forhold til båndhastigheten.