[0001] Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Bandstranggießen von
Metallen, insbesondere von Stahl, bei dem die Metallschmelze aus einem Vorratsbehälter
und einem Ausguß in eine ortsfeste (nicht oszillierende) Stranggießkokille geregelt
eingeleitet wird, bei dem der Gußstrang geregelt ausgezogen wird und bei dem während
des Gießens kontinuierlich jeweils eine wärmebeständige Folie zumindest an zwei sich
gegenüberliegenden Querschnittsseiten mit Ausziehgeschwindigkeit des Gußstranges mitgeführt
wird.
[0002] Die Entwicklung einer neuen Technologie zur Produktion von gegossenen Bändern basiert
auf der physikalisch-technischen Möglichkeit, geforderte Werkstoffeigenschaften am
gewalzten Warmband mit einem minimalen Reduktionsgrad von größer 3 aus gegossenem
Vormaterial erzeugen zu können.
[0003] Die klassische Verfahrenslinie Brammenstrangguß (Dicke ca. 200 bis 300 mm) / Warmband
(-Vorstraße, -Zwischenstraße, -Fertigstraße) weist dagegen einen Reduktionsgrad von
größer 30 auf. Alle anderen Produktionslinien, wie Profil-, Nahtlosrohr und Grobblech,
weisen heute bereits einen Reduktionsgrad von 3 bis 10 auf. Die Zielsetzung, den Reduktionsgrad
von größer 30 auf größer 3 zu verringern, führt zu einer Eliminierung der Vor- und
Zwischenstraße und Teilen der Fertigstraße und damit zu einer neuen Technologie, die
zur wesentlichen Kürzung der Verfahrenslinie und damit zur Verringerung der Umwandlungskosten
zwischen gegossenem Band und fertigem Warmband beiträgt.
[0004] Der Stand der Technik gliedert sich in folgende Verfahren, denen grundsätzlich selbständige
Bedeutung zukommt: Das Stranggießen von Metallen wird im Senkrechtverfahren und im
Horizontalverfahren bei oszillierender Kokille bzw. bei einer Relativbewegung zwischen
Gußstrang und Horizontal-Stranggießkokille ausgeübt. Sodann werden wandernde Kokillen
angewendet, worunter Paare von Bändern, Walzen, Ketten u.dgl. verstanden werden.
[0005] Der Erfindung liegt demgegenüber die Aufgabe zugrunde, beim Stranggießen von dünnen
Strängen durch Eingießen in die relativ engen Stranggießkokillen für Dünnstränge auftretende
Probleme zu vermeiden.
[0006] Die gestellte Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Metallschmelze
kontinuierlich unter dem metallostatischen Druck des Verteilerbehälters in den trichterförmigen
Eingang der Stranggießkokille geleitet und ohne Unterbrechung der Strömung auf den
Beginn des Gießquerschnitts geführt und in diesem Bereich einer vollen Kühlung durch
die wärmebeständige Folie bzw. die diese führende Stranggießkokille unterzogen wird.
Diese Maßnahme löst das Problem des Eingießens der Metallschmelze in die extrem engen
Stranggießkokillen für Dünnstränge. Währenddem die Erfindung gestattet, vor Erreichen
des Gießquerschnitts durch die Metallschmelze eine Kristallisation zu vermeiden, tritt
eine solche mit Erreichen des Gießquerschnitts durch die volle Kühlung unmittelbar
ein.
[0007] In Ausbildung des Verfahrens ist vorgesehen, daß die Metallschmelze lotrecht eingeführt
wird, wobei ein Auslaß auf eine Höhe eingestellt wird, in der die Metallschmelze im
Bereich des Auslasses zusammen mit der mit Gießgeschwindigkeit bewegten Folie einen
Meniskus bildet. Ein solcher Meniskus erlaubt, einen stationären Strömungszustand
aufrechtzuerhalten, wobei das Verhältnis Gießquerschnitt : AuslaBquerschnitt in Richtung
1 tendiert.
[0008] Die Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens ist vorteilhafterweise dahingehend
gestaltet, daß über dem Trichter als das einen Auslaß aufweisende Mittel ein Ausguß
oder ein Yerteilerbehälter mit einem Düsenauslaß vorgesehen ist, daß der Trichter
außer durch die Bänder bzw. die Rollen der Rollenpaare mittels zusätzlicher Führungsrollen
gebildet ist und daß dem Kristallisator bzw. der Plattenstranggießkokille in unmittelbarer
Nähe ein Kühlaggregat für die Folie bzw. für die Bänder zugeordnet ist, wobei die
Bänder auch im Kühlaggregat geführt sind. Vorteilhafterweise wird die Folie durch
das Aufliegen auf dem Kristallisator bzw. der
.Plattenstranggießkokille durch Kühlung vor Zerstörung bewahrt.
[0009] Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung ist vorgesehen, daß der Auslaß höheneinstellbar
ist. Der Vorteil liegt in der Variationsmöglichkeit, ein vollkommen abgeschlossenes
System zu bilden oder aber durch entsprechendes Anheben des Auslasses einen kleinen
oder größeren Meniskus zu bilden.
[0010] Nach einer weiteren Verbesserung wird vorgeschlagen, daß der Auslaß dem Kristallisator
bzw. der Plattenstranggießkokille mit Schlitzabstand für die Führung der Folie zugeordnet
ist. Diese Maßnahme bewirkt, daß das System zwischen der Düse und dem Kristallisator
bzw. der Plattenstrangkokille geschlossen ist.
[0011] Weiterhin ist vorgesehen, daß die Folie jeweils auf einem Teil des Strangweges verläuft
und am Ende des Teilstrangweges auslenkbar ist. Die Länge des Teilstrangweges bestimmt
die Abkühlungsstrecke bzw. die Abkühlungszeit und gleichzeitig die Einhaltung des
Strangformates.
[0012] Die Kühlung kann außerdem noch dadurch intensiviert werden, indem die Folie mittels
weiterer Kristallisatoren geführt ist. Gleichzeitig wird dadurch ebenfalls der Strangweg
definiert. Sofern der Auslaß für die Metallschmelze Bestandteil des Vorratsbehälters
ist, ist vorteilhaft, daß der Vorratsbehälter heb- bzw. senkbar ist.
[0013] Es wird ferner vorgeschlagen, daß die Kristallisatoren zur Einstellung der Gußstrangdicke
horizontal verstellbar sind.
[0014] Nach einem weiteren Vorschlag können mehrere Gußstränge in Bandform gleichzeitig
gegossen werden, wenn der Verteilerbehälter in seiner Länge nur einen Teil der Länge
der Kristallisatoren aufweist.
[0015] In einem solchen Fall ist dann auch nur noch erforderlich, daß innerhalb der Länge
der Kristallisatoren mehrere kürzere Verteilerbehälter angeordnet sind.
[0016] Formgebung und Oberfläche des zu erzeugenden Gußstranges können außerdem dadurch
verbessert werden, indem an den Stirnseiten der Verteilerbehälter jeweils eine eine
Seitenbegrenzung bildende Folie einführbar ist.
[0017] Eine glatte und formtreue Oberfläche kann ferner dadurch erzielt werden, daß an den
Stirnseiten der Yerteilerbehälter jeweils zumindest eine, eine Seitenbegrenzung bildende
Stirnrolle angeordnet ist.
[0018] Eine Seitenbegrenzung kann außerdem auf eine andere Art gebildet werden, indem zumindest
auf einer der Rollen eines Paares von Rollen eine etwa kreisrunde, scheibenförmige
Begrenzung angeordnet ist.
[0019] Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden im
folgenden näher beschrieben. Es zeigen:
Fig. 1 einen senkrechten Querschnitt durch eine Bandstranggießvorrichtung als ein
erstes Ausführungsbeispiel für den Kristallisatoreingang,
Fig. 2 einen senkrechten Querschnitt wie Fig. 1 als ein zweites Ausführungsbeispiel
für den Kristallisatoreingang,
Fig. 3 einen senkrechten Querschnitt wie die Fig. 1 und 2 als ein drittes (linke Hälfte)
und viertes (rechte Hälfte) Ausführungsbeispiel des kristallisatoreingangs,
Fig. 4 eine Seitenansicht der Bandstranggießvorrichtung mit Kristallisatoren für große
Gußbandbreiten,
Fig. 5 eine Seitenansicht der Bandstranggießvorrichtung mit einer Stirnseiteneinrichtung
für das Gußband,
Fig. 6 eine Seitenansicht wie Fig. 5 mit einer zweiten Alternativen für die Stirnseiteneinrichtung
und
Fig. 7 eine Seitenansicht wie die Fig. 5 und 6 mit einer dritten Alternativen für
die Stirnseiteneinrichtung.
[0020] Die Metallschmelze 1 (z.B. Stahlschmelze) strömt aus einem nicht weiter dargestellten
Vorratsbehälter. Ein Vorratsbehälter kann aus einer Gießpfanne oder einem Zwischengefäß
bestehen, an dessen Unterseite ein Ausguß 2 angeordnet ist, aus dem die Metallschmelze
1 entweder in einen zusätzlichen Verteilerbehälter 3 eingeleitet oder unmittelbar
einem Kristallisator 4 zugeführt wird. Unter dem Kristallisator 4 wird jede,Stranggießkokille
verstanden, die der Metallschmelze die Form des Gußstrangquerschnitts überträgt und
im übrigen zur Erstarrung des Gußstranges 5 Wärme aus der Metallschmelze 1 abführt.
Eine Stranggießkokille aus einzelnen, den Gußstrangquerschnitt bildenden Platten ist
als solche im folgenden gesondert bezeichnet.
[0021] Gemäß Fig. 1 besteht der Kristallisator 4 aus zumindest zwei an den Breitseiten des
Gußstranges 5 angeordneten Folien 6 in Form von Bändern 6a und 6b. Die Folie 6 kann
aus den unterschiedlichsten Werkstoffen hergestellt sein. Als Folie 6 aus Metall kommen
Aluminium- oder Stahlbänder in Betracht. Die Folie 6 kann jedoch auch eine Keramikfolie
von z.B. 0,1 mm Dicke mit hoher Temperaturleitfähigkeit sein. Ferner kann für die
Folie 6 Glasfaserfolie, Kohlenstoff-Vlies, Whisker-Folie aus C-Einkristallen in Betracht
kommen. Es versteht sich, daß für diese Folie 6 auch Mischformen aus den vorstehend
genannten Werkstoffen angewendet werden können. Die genannten Werkstoffe sind temperaturwechselbeständig
und weisen eine relativ hohe Wärmeleitfähigkeit auf. Es ist außerdem zu untersteilen,
daß die Folie 6 auch zusammen mit einem sie stützenden Metallband verwendet wird,
wobei das Metallband mit der flüssigen Metallschmelze 1 oder dem äußerlich erstarrten
Gußstrang 5 nicht in unmittelbare Berührung kommt. Die Folie 6 verhindert in diesem
Fall ein Kleben zwischen dem gekühlten Metallband und dem heißen Gußstrang 5.
[0022] Im Prinzip dient die Folie 6 dazu, ein Oszillieren des Kristallisators 4 zu ersparen.
Das Problem, die Metallschmelze 1 mit einer Temperatur von ca. 1500°C (Stahlschmelze)
in eine enge Stranggießkokille mit einer Gußstrangdicke von ungefähr 10 bis 40 mm
einzubringen, wird nach dem erfindungsgemäßen Verfahren dahingehend gelöst, die Metallschmelze
1 aus dem großen Querschnitt des Verteilerbehälters 3 (bzw. einer Gießpfanne, einem
Zwischengefäß u.dgl.) ohne nennenswerte Temperaturverluste auf dem jeweiligen Gießquerschnitt
7 zu kontraktionieren, um jedoch dann eine plötzliche Abkühlung aufzubauen. Diese
Verfahrensweise geschieht im Ausführungsbeispiel der Fig. 1 durch Einleiten der Metallschmelze
1 in einen mittels der Bänder 6a, 6b gebildeten trichterförmigen Eingang 8, wobei
ein quasi stationärer Meniskus 9 entsteht, der durch den Radiuspfeil verdeutlicht
wird. Der Verteilerbehälter 3 verteilt hierbei die Metallschmelze auf der GuBbandbreite
(vgl. Fig. 4). Für die Bildung des Meniskus' 9 sorgt ein Auslaß 10, dessen Öffnungsbreite
vorteilhafterweise hier geringer ist als die Gußstrangdicke 11. Ober dem Meniskus
9 und dem trichterförmigen Eingang 8 wird die Metallschmelze 1 ohne nennenswerten
Temperaturverlust schnell auf den Gießquerschnitt 7 bzw. auf die Gußstrangdicke 11
geführt, wo die Metallschmelze 1 die volle Kühlwirkung trifft, so daß sich die Strangschalen
5a und 5b bilden können. Die Metallschmelze 1 ist üblicherweise gegen Reoxidation
mittels einer Schlackenschicht la geschützt.
[0023] Gemäß einem zweiten Verfahrensvorschlag (Fig. 2) wird die Metallschmelze 1 unmittelbar
zwischen die Bänder 6a, 6b des Kristallisators 4 durch den Auslaß 10 eingeleitet,
wobei sich der Auslaß 10 hier unmittelbar am Ausguß 2 befindet. Die Metallschmelze
1 fließt unter dem Druck delta p in den Trichter 8 und wird bei Erreichen des Gießquerschnitts
7 wie beschrieben voll gekühlt. Anstelle des Verteilerbehälters 3 wird hier lediglich
der Ausguß 2 höheneingestellt. Die Höheneinstellung erfolgt in der Weise bei lotrechter
Zuführung der Metallschmelze 1, daß sich entsprechend der gewünschten Abkühlungsbedingungen
der erwähnte Meniskus 9 bildet.
[0024] Anstelle der Oszillationsbewegung dient, wie bereits gesagt, der Kristallisator 4,
u.a. bestehend aus den Bändern 6a und 6b. Über dem Kristallisator 4 bzw. einer Plattenstranggießkokille
ist ein Mittel 12 angeordnet, das den Auslaß 10 aufweist. Dieses Mittel 12 wird entweder
durch den Ausguß 2 oder durch den Verteilerbehälter 3 gebildet.
[0025] Der Auslaß 10 ist zu der Mittellängsachse 13 ausgerichtet, und die Folie 6 liegt
jeweils auf dem Kristallisator 4 bzw. auf den Wänden einer Plattenstranggießkokille
auf. In den Ausführungsbeispielen besteht der Kristallisator 4 außer den Bändern 6a
und 6b aus zylindrischen Rollenpaaren 14 und 15, deren Längen auf die jeweilige Breite
des zu gießenden Gußbandes abgestellt ist. Die Folie 6 bzw. die Bänder 6a und 6b liegen
satt auf den Rollen der Rollenpaare 14 bzw. 15 auf. Die einzelnen Rollen der Rollenpaare
14 bzw. 15 sind horizontal einstellbar, wie durch die Pfeile 16 angedeutet ist. Die
Einstellbarkeit dient dem Schrumpfverhalten und der jeweiligen Gußstrangdicke 11.
Zur Bildung des trichterförmigen Eingangs 8 wird die Folie 6 jeweils über mehrere
Führungsrollen 17 geführt. Die zusätzlichen Umlenkrollen 18, 19 und 20 führen die
Folie 6 durch ein Kühlaggregat 21.
[0026] I Gemäß Fig. 3 verläuft auf, der linken Hälfte der Darstellung zwischen dem Auslaß
10, d.h. hier der Wandung 3a des Verteilerbehälters 3 im Schlitzabstand 22 die Folie
6. Auf der rechten Hälfte der Darstellung ist derselbe Schlitzabstand 22 für die Folie
6 dargestellt. Ein weiterer Unterschied besteht in dem Verlauf der Wandung 3a bis
zum Gießquerschnitt 7, so daß die Metallschmelze 1 abrupt erst im Gießquerschnitt
7 mit der (gekühlten) Folie 6 in Berührung kommt. Die Folie 6 wird zwischen den Rollenpaaren
14,15 mit Kühlmittel beaufschlagt (horizontales Pfeilpaar).
[0027] Die Bänder 6a und 6b werden nur auf dem durch den Durchmesser bzw. Abstand bestimmten
Teilstrangweg 23 mit dem Gußstrang 5 in Berührung gehalten.
[0028] Die Folie 6 kann jedoch auch mittels weiterer Kristallisatoren 4 geführt und der
Gußstrang 5 kann entsprechend länger gestützt und gekühlt werden. Zur Bildung des
Schlitzabstandes 22 ist der Verteilerbehälter 3 heb- und senkbar.
[0029] Die Drehgeschwindigkeit der Rollen innerhalb der Rollenpaare 14 und 15 entspricht
der Gießgeschwindigkeit Yg. Somit wird auch die Folie 6 mit der Gießgeschwindigkeit
Vg bewegt.
[0030] Der Kristallisator 4 wird (Fig. 4) nur auf einer Teillänge 24 der Rollenpaare 14
bzw. 15 mit der Metallschmelze 1 gespeist. Jeder der Rollen innerhalb der Rollenpaare
14 bzw. 15 sind mit Drehlagern 25 versehen und werden von einem Kühlmedium, wie z.B.
Wasser, in Längsrichtung 26 (Hauptrichtung) durchströmt. Die Länge des Kristallisators
4 wird gemäß Fig. 4 mittels zwei kürzerer Verteilerbehälter 3b und 3c mit Metallschmelze
1 versorgt. Die Metallschmelze 1 bildet hier an den Stirnseiten 27 jeweils den beschriebenen
Meniskus 9.
[0031] 1 Der Gußstrang 5 kann bei wachsender Dicke oder auch in anderen Fällen an den Stirnseiten
27 mit einem der Bänder 6a bzw. 6b gekühlt bzw. gestützt werden (Fig. 5). Hierzu wird
jeweils eine Stirnrolle 28 drehbar und horizontal anstellbar wie die Rollenpaare 14
bzw. 15 gestaltet.
[0032] Eine andere Alternative, die Stirnseiten 27 zu berücksichtigen, ergibt sich aus den
Fig. 6 und 7. Eine Rolle des Rollenpaares 14 ist mit einer kreisrunden, scheibenförmigen
Begrenzung 29 versehen, die auf die jeweilige Gußstrangdicke 11 abgetimmt ist und
in den Richtungen 30 auf die jeweilige Gußbandbreite abgestellt ist. Die Bänder 6a
und 6b sind durch einen Überstand 6c etwas breiter gehalten, um an den Stoßstellen
31 eine Dichtwirkung zu erzielen.
[0033] Gemäß Fig. 7 trägt jede Rolle des Rollenpaares 14 eine scheibenförmige Begrenzung
29. Die Form 32 zwischen den Rollen des Rollenpaares 14 kann jeweils nach den Anforderungen
der Weiterverarbeitung des Gußstranges 5 gewählt werden.
1. Verfahren zum Bandstranggießen von Metallen, insbesondere von Stahl, bei dem die
Metallschmelze aus einem Vorratsbehälter und einem Ausguß in eine ortsfeste (nicht
oszillierende) Stranggießkokille geregelt eingeleitet wird, bei dem der Gußstrang
geregelt ausgezogen wird und bei dem während des Gießens kontinuierlich jeweils eine
wärmebeständige Folie zumindest an zwei sich gegenüberliegenden Querschnittsseiten
mit Ausziehgeschwindigkeit des Gußstranges mitgeführt wird,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Metallschmelze kontinuierlich unter dem metallostatischen Druck des Vorratsbehälters
in den trichterförmigen Eingang der Stranggießkokille geleitet und ohne Unterbrechung
der Strömung auf den Beginn des Gießquerschnitts geführt und in diesem Bereich einer
vollen Kühlung durch die wärmebeständige Folie bzw. die diese führende Stranggießkokille
unterzogen wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß die Metallschmelze lotrecht eingeführt wird, wobei ein Auslaß auf eine Höhe eingestellt
wird, in der die Metallschmelze im Bereich des Auslasses zusammen mit der mit Gießgeschwindigkeit
bewegten Folie einen Meniskus bildet.
3. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach den Ansprüchen 1 und 2, mit einer
nicht oszillierenden Stranggießkokille aus Platten oder aus zylindrisch verlaufenden
Bändern, wobei die Bänder um Rollen in einem geschlossenen Kreislauf mit Gieß- ;
geschwindigkeit geführt sind, die paarweise in Stranglaufrichtung angeordnet sind
und zusammen mit den Bändern den Strangweg begrenzen, ferner wobei ein einen Auslaß
aufweisendes Mittel über einem trichterförmigen Einlaß vorgesehen ist und wobei die
Bänder jeweils auf den Rollen bzw. der Plattenstranggießkokille aufliegend, einen
Kristallisator bilden, dadurch gekennzeichnet,
daß über dem Trichter (8) als das einen Auslaß (10) aufweisende Mittel (12) ein Ausguß
(2) oder ein Verteilerbehälter (3) mit einem Düsenauslaß vorgesehen ist, daß der Trichter
(8) außer durch die Bänder (6a,6b) bzw. die Rollen der Rollenpaare (14 bzw. 15) mittels
zusätzlicher Führungsrollen (17) gebildet ist und daß dem Kristallisator (4) bzw.
der Plattenstranggießkokille in unmittelbarer Nähe ein Kühlaggregat (21) für die Folie
(6) bzw. für die Bänder (6a,6b) zugeordnet ist, wobei die Bänder (6a,6b) auch im Kühlaggregat
(21) geführt sind.
4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet,
daß der Auslaß (10) höheneinstellbar ist.
5. Vorrichtung nach den Ansprüchen 3 und 4, dadurch gekennzeichnet,
daß der Auslaß (10) dem Kristallisator (4) bzw. der Plattenstranggießkokille mit Schlitzabstand
(22) für die Führung der Folie (6) zugeordnet ist.
6. Vorrichtung nach den Ansprüchen 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet,
daß die Folie (6) jeweils auf einem Teil des Strangweges verläuft und am Ende des
Teilstrangweges (23) auslenkbar ist.
7. Vorrichtung nach den Ansprüchen 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet,
daß die Folie (6) mittels weiterer Kristallisatoren (4) geführt ist.
8. Vorrichtung nach den Ansprüchen 3 bis 7, dadurch gekennzeichnet,
daß der Verteilerbehälter (3) heb- bzw. senkbar ist.
9. Vorrichtung nach den Ansprüchen 3 bis 8, dadurch gekennzeichnet,
daß die Kristallisatoren (4) zur Einstellung der Gußstrangdicke (11) horizontal verstellbar
sind.
10. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 3 bis 9, dadurch gekennzeichnet,
daß der Verteilerbehälter (3) in seiner Länge nur einen Teil der Länge der Kristallisatoren
(4) aufweist.
11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet,
daß innerhalb der Länge der Kristallisatoren (4) mehrere kürzere Yerteilerbehälter
(3a,3b) angeordnet sind.
12. Vorrichtung nach den Ansprüchen 3 bis 11, dadurch gekennzeichnet,
daß an den Stirnseiten (27) der Verteilerbehälter (3a,3b) jeweils eine eine Seitenbegrenzung
bildende Folie (6a) einführbar ist.
13. Vorrichtung nach den Ansprüchen 3 bis 12, dadurch gekennzeichnet,
daß an den Stirnseiten (27) der Yerteilerbehälter (3a,3b) jeweils zumindest eine,
eine Seitenbegrenzung bildende Stirnrolle (28) angeordnet ist.
14. Vorrichtung nach den Ansprüchen 3 bis 13, dadurch gekennzeichnet,
daß zumindest auf einer der Rollen eines Paares von Rollen (14,15) eine etwa kreisrunde,
scheibenförmige Begrenzung (29) angeordnet ist.