VERFAHREN ZUM ERZEUGEN VON DÜNNEN METALLSTRÄNGEN

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Erzeugen von dünnen Metallsträngen, insbesondere aus Stahl, mit Dicken unter 20 mm, bei dem ein ungekühltes, gereinigtes Metallprofil niedrigen Wärmeinhaltes zumindest auf einer Seite seines Querschnitts in Berührung mit einer, in einem Schmelzbadbehälter befindlichen Metallschmelze und diese zum Ankristallisieren gebracht wird, wobei durch die Länge der Kontaktzeit die Dicke des Metallstranges unter Berücksichtigung der Temperatur des Metallprofils und der Metallschmelze derart eingestellt wird, daß ein Wiederaufschmelzen des ankristallisierten Werkstoffes vermieden wird und der Metallstrang aus der Metallschmelze im Schmelzbadbehälter herausgezogen wird.

[0002] Beim Stranggießen von Metallen, wie z.B. von Stahl, wird die Metallschmelze an gekühlten Flächen ankristallisiert, ohne daß eine Verbindung zwischen den gekühlten Flächen und dem ankristallisierten Werkstoff stattfindet. Das Stranggießen vermeidet daher eine Bindung des Gießwerkstoffes an die verwendeten Gießformen, um das Arbeitsergebnis nicht zu zerstören.

[0003] Der Technologie des Stranggießens sind jedoch Grenzen gesetzt durch die erreichbaren Strangdicken, wobei eine minimale Strangdicke in Betracht gezogen wird und nicht eine sich erhöhende Strangdicke. Nach dem Stand der Technik betragen erzielbare Strangdicken "nach oben" ca. 300 mm bei entsprechend breiten Strängen, wobei Querschnittsformate von 300 mm mal 2.100 mm als Jumbo-Stränge bezeichnet werden. Die Grenzen der Stranggießtechnologie in Zielrichtung auf möglichst dünne Stränge (Veränderung der Strangdicke "nach unten") sind einerseits durch die Eingießverhältnisse der Gießwerkstoffe in die Stranggießkokille gezogen, weil die Technik der Tauchausgüsse hier aus Abmessungsgründen versagt. Andererseits sind bislang mehrere Vorschläge zum Stranggießen von dünnen Metallsträngen bekanntgeworden, deren Entwicklung bis zur Produktionsreife jedoch erhebliche Mittel erfordert.

[0004] Das vorstehend beschriebene Stranggießverfahren unter Ankristallisieren an gekühlten Flächen ist aus dem Buch "Stranggießen" von Dr. Waldemar Schwarzmaier, Verlag Berliner Union Stuttgart, Seite 44 und 45, bekannt.

[0005] Das eingangs bezeichnete Verfahren zum Erzeugen von dünnen Metallsträngen ist aus dem CH-Patent 301,042 bekannt.

[0006] Wie sich ferner aus dem "Handbuch des Stranggießens" von Dr. Erhard Herrmann, Aluminium-Verlag, Düsseldorf, 1. Auflage 1958, Seite 105 ergibt, wurden im Jahre 1951 Versuche zu einer alternativen Methode zum Stranggießen durchgeführt, über die M.P. Newby in "Development of Continuous Casting of Steel, 21 (1954), Seiten 506 bis 508," berichtet. Es wurden Stahlstreifen von 3,2 mm Dicke durch ein Stahlbad von 1600 Grad C bei einer Eintauchdauer von 0,5 sec. mit einer Geschwindigkeit von 180 m/min. auf eine Länge von 1,5 m gezogen. Hierbei stellte sich eine Dickenzunahme auf 6,4 mm, d.h. auf das Doppelte, ein. Der Kern des Stahlstreifens erreichte allerdings lediglich eine Temperatur von 1100 Grad C. Aus diesem Ergebnis wird die Lehre gezogen, die Eintauchdauer steige mit dem Quadrat der geringsten Querschnittsabmessung, so müsse bei einem Stahlstreifen von 4,8 mm Dicke mit einer Eintauchdauer von mehr als einer Sekunde gerechnet werden.

[0007] Wie sich neuerdings in Versuchen gezeigt hat, wird weder die angegebene Temperatur von 1100 Grad C im Kern des Stahlstreifens. erreicht, noch tritt eine Diffusion der Metallschmelze in den Stahlstreifen ein. Bei Wanddicken von 4,8 mm wurde noch nicht einmal eine Verbindung der beiden Werkstoffe erzielt.

[0008] Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Erzeugen von dünnen Metallsträngen, insbesondere aus Stahl mit Dicken unter 20 mm vorzuschlagen, das nicht nur zu einem nahe am Endprodukt (Bleche, Bänder, Rohre, Profile) liegenden Erzeugnis führt und nur noch einen minimalen Kalt- und Warmformgebungsaufwand erfordert, sondern das in seiner Struktur homogen und in wirtschaftlichen Mengen erzeugt werden kann.

[0009] Die gestellte Aufgabe wird aufgrund des eingangs bezeichneten Verfahrens erfindungsgemäß mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Dieses Verfahren weist zunächst drei Hauptvorteile auf:

a)

Die geringen Wanddicken des Metallprofils erlauben trotz der anfänglichen Abschreckung der kontaktierten Metallschmelze ein durchdringendes Aufheizen;

b)

es entsteht ein homogenes Gefüge des erzielten Metallstranges, bei dem die Metallschmelze so weit in das Metallprofil diffundiert, daß später durch Walzen eine ausreichend gleichmäßige Struktur erreicht wird;

c)

der Materialkreislauf beschränkt sich bei dem Zehnfachen der Gesamtstrangdicke auf 10%, so daß das Verfahren wirtschaftlich arbeitet.

[0010] Außerdem können größe Bunde des dünnen Metallprofils leichter gehandhabt werden. Es ist außerdem möglich, aus mehreren dünnen Metallprofilen sog. Schichtwerkstoffe herzustellen. Das Verfahren erfordert außerdem relativ geringe Entwicklungsmittel und kann mit relativ einfachen Vorrichtungen ausgeführt werden. Besonders vorteilhaft ist es hierbei, daß z.B. bei Blechen und Bändern walzgerechte Naturkanten entstehen, die den Walzvorgang unterstützen. Insgesamt betrachtet bedeutet das erfindungsgemäße Verfahren minimale Umwandlungskosten vom Flüssigprodukt (wie z.B. Stahl) zum Fertigprodukt.

[0011] Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß das Verfahren ohne weiteres diskontinuierlich und alternativ kontinuierlich durchgeführt werden kann.

[0012] Ein besonders hervorzuhebender Vorteil besteht jedoch darin, im Gegensatz zum Stranggießen alleine über die Änderung der Kontaktzeit zwischen dem ungekühlten Metallkorper und der Metallschmelze die Dicke des Metallstranges einzustellen bzw. zu kontrollieren. Beim Stranggießen stehen hier relativ aufwendige Einrichtungen zur Verstellung der Schmalseitenplatten einer Stranggießkokille zur Verfügung, so daß beim Stranggießen zunächst nicht die Dicke geändert werden kann. Die dünnen Metallprofile erlauben außerdem, nicht nur vollkommen gleichartige Werkstoffe der Metallschmelze in bezug auf das Metallprofil einzusetzen.

[0013] Für die kontinuierliche Erzeugung von dünnen Metallsträngen ist nach der weiteren Erfindung vorgesehen, daß ein Metallprofilstrang mit festgelegtem Querschnitt und mit festem Gefügezustand in eine artverwandte Metallschmelze eingeführt und in der festgelegten Zeit von der Metallschmelze allseitig umgeben hindurchgeführt wird, in der er im Innern maximal auf Solidustemperatur erwärmt wird und daß danach der mit der Metallschmelze umgebene Metallprofilstrang außerhalb der Metallschmelze einer gesteuerten Abkühlung unterzogen wird.

[0014] Besonders vorteilhaft ist ferner, daß der Metallprofilstrang von unten nach oben durch die Metallschmelze bewegt wird. Dadurch wird über den Umfang des Querschnitts eine gleichbleibende Dicke des aufgebrachten Schmelzenwerktoffes erzielt.

[0015] In Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, daß der Metallprofilstrang in mehreren Zyklen durch jeweils eine Metallschmelze bewegt wird. Dieser Verfahrensschritt dient der Erzeugung von besonders dicken Metallsträngen.

[0016] Entsprechend lange Kontaktzeiten werden nach einem weiteren Merkmal der Erfindung dadurch erzielt, daß der Metallprofilstrang auf einem vorgeschriebenen Weg durch die Metallschmelze bewegt wird.

[0017] Die Erfindung gestattet außerdem, dünne Metallstränge aus unterschiedlichen Werkstoffschichten aufzubauen. Hierzu ist vorgesehen, daß der Metallprofilstrang in mehreren Zyklen jeweils durch unterschiedliche Schmelzbadbehälter bewegt wird.

[0018] Ein weiterer Nachteil des Stranggießens war bislang die Gießgeschwindigkeit. Bei den entsprechend höheren Ziehgeschwindigkeiten des ungekühlten Metallkörpers bzw. des ungekühlten Metallpröfistranges eröffnet sich nunmehr die Möglichkeit, daß des Gesamtstrang unmittelbar nach dem Austreten aus der Metallschmelze einem Warmformgebungs- und/oder einem Kaltformgebungsprozeß unterworfen wird.

[0019] Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden im folgenden näher beschrieben. Es zeigen

Fig. 1

einen senkrechten Querschnitt durch den Schmelzenbehälter,

Fig. 2

einen Querschnitt durch den ungekühlten Metallkörper bzw. den ungekühlten Metallprofilstrang,

Fig. 3

den aufgrund des Metallprofilstranges gemäß Fig. 2 erzielten Gesamtstrang,

Fig. 4

einen mit dickerem Querschnitt versehenen Metallprofilstrang und

Fig. 5

den zu Fig. 4 gehörenden erzielten Gesamtstrang,

Fig. 6

einen senkrechten Querschnitt durch einen alternativen Schmelzenbehälter.

[0020] Das Verfahren zum Erzeugen von dünnen Metallsträngen, insbesondere aus Stahl, findet in einem Metallschmelzenbehälter (1) statt, dessen Inhalt durch die Heiz- und/oder Kühlelemente (2) auf die jeweils gewünschte Temperatur geregelt werden kann, so daß das erwähnte höhere Energiepotential der Metallschmelze (4) vorgesehen werden kann. Erforderlichenfalls kann die Metallschmelze (4) durch eine elektromagnetische Rühreinrichtung (3) umgewälzt werden, um zusätzlich eine Temperaturvergleichmäßigung in der Metallschmelze (4) zu erzielen.

[0021] Das ungekühlte Metallprofil (5) weist ein niedriges Energiepotential auf, auch wenn er vorgewärmt eingebracht wird. Für ein kontinuierliches Verfahren dient ein ungekühlter Metallprofilstrang (5a), der einen vorherbestimmten, festgelegten Querschnitt (5b) und einen festen Gefügezustand aufweist. Metallschmelze (4) und Metallprofil (5) bzw. Metallprofilstrang (5a) weisen im Normalfall eine im wesentlichen übereinstimmende Analyse auf. Während des Hindurchziehens durch die Metallschmelze (4) wird eine solche Kontaktzeit eingehalten, daß das Metallprofil (5) bzw. der Metallprofilstrang (5a) im Inneren (5c) höchstens auf Solidustemperatur erwärmt wird. In dem dargestellten Beispiel gemäß Fig. 1 wird als Metallprofil (5) ein rechteckförmiger Querschnitt (5b), d.h. ein Bandquerschnitt vorausgesetzt. Der Metallprofilstrang (5a) wird von unten durch die Eingangsöffnung (1a) nach oben durch die Metallschmelze (4) bewegt. Nach Verlassen des Ausgangs (1b) kann der Gesamtstrang (6) in einer gegen Oxidation schützenden Atmosphäre bis zum Erkalten oder bis zum Eintritt in eine Verformungsmaschine gehalten werden, in der der Gesamtstrang (6) einem Warmformgebungs- und/ oder einem Kaltformgebungsprozeß unterworfen wird. Die Dicke des Gesamtstranges (6) kann noch durch mehrere Zyklen wie beschrieben gesteigert werden, wobei der Metallstrang zwischen den Zyklen ebenfalls in einem mit Inertgas gefüllten Raum abkühlt. Diese Abkühlung soll in Grenzen gehalten werden, um nach jedem Zyklus den Schmelzenwerkstoff (phasengrenzenfrei) auf den Metallstrang aufzubringen. Hierbei ist sogar möglich, in den einzelnen Schmelzbadbehältern (1) Metallschmelze (4) mit unterschiedlichen Werkstoffen aufzubringen, d.h. sog. Schichtwerkstoffe zu erzeugen. Die hierbei verbrauchte Metallschmelze (4) wird fortlaufend unter dem entsprechenden metallostatischen Druck durch einen Schmelzenzulauf (7) ersetzt, wobei der Metallschmelzenspiegel (7a) kontrolliert wird. Ein Austreten der Metallschmelze (4) durch den aus Feuerfestmaterialien hergestellten Metallschmelzenbehälter (1) wird durch eine Feuerfestdichtung (8) mit Andrückvorrichtung (8a), durch einen diese umgebenden Druckbehälter (9), in dem ein inertes Gas, wie z.B. Argon, unter Überdruck eingeführt wird, abgedichtet. Der Druckbehälter (9) weist hierfür Gaseinführungen (10) auf und an der Eingangsöffnung (1a) ist noch gegen Gasaustritt eine Lippendichtung (11) angeordnet.

[0022] Der Querschnitt (5b) des Metallprofilstranges (5a) ist zwar rechteckförmig gewählt, dennoch ergibt sich für die Gesamtstrangdicke (12) an den Breitseiten eine Naturkante (13), wie durch Versuche ermittelt worden ist. Die Naturkante (13) ist für eine weitere Verwalzung des Metallstranges besonders vorteilhaft.

[0023] Auch bei unterschiedlichen Metallschmelzen-Werkstoffen ergibt sich eine phasengrenzenfreie Werkstoffstruktur, indem die Metallschmelze (4) durch Diffusion in das aufgeweichte Innere (5c) des Gesamtstrangs (6) eindringt.

[0024] Der hier beschriebene Vorgang kann, wie bereits angedeutet, mehrfach wiederholt werden, wobei jeweils spätestens nach dem Walzvorgang eine phasengrenzenfreie übertragung neuer Metallschmelze (4) auf darunterliegende, bereits erstarrte oder im Erstarren befindliche Schichten stattfindet.

[0025] Das alternative Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 6 zeigt den Schmelzenbehälter (1) wie beschrieben. Am Ausgang (1b) ist der Behälterboden (14) um die Rollen (15) und (16) entweder gewölbt (rechte Zeichnungshälfte) oder die Rolle (16) bildet den Behälterboden (14). Die Rollen (15) und (16) sind gegenläufig antreibbar. Im Fall des gewölbten Behälterbodens kann die Rolle jeweils aus Metall bestehen und gegebenenfalls gekühlt sein. Im anderen Fall (linke Zeichnungshälfte) besteht die Rolle (15) aus Keramik oder aus schlecht wärmeleitenden Werkstoffen. In beiden Fällen können die Rollen (15) und (16) Warmformgebungsarbeit leisten. Von besonderer Bedeutung ist hier die Zuführungsrichtung des Metallprofils (5) bzw. des Metallprofilstrang es (5a) von oben nach unten, also entgegengesetzt zum Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1. Auch bei diesem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 6 erfolgt eine kapazitive Ausnutzung des Energiepotentials eines relativ kalten Metallkörpers im Gegensatz zur konduktiven Wärmeabführung beim Stranggießen.

Ansprüche

1. Verfahren zum Erzeugen von dünnen Metallsträngen, insbesondere aus Stahl, mit Dicken unter 20 mm, bei dem ein ungekühltes, gereinigtes Metallprofil niedrigen Wärmeinhaltes (kcal) zumindest auf einer Seite seines Querschnittes in Berührung mit einer, in einem Schmelzbadbehälter (1) befindlichen Metallschmelze und diese zum Ankristallisieren gebracht wird, wobei durch die Länge der Kontaktzeit die Dicke des Metallstranges unter Berücksichtigung der Temperatur des Metallprofils und der Metallschmelze derart eingestellt wird, daß ein Wiederaufschmelzen des ankristallisierten Werkstoffes vermieden wird und der Metallstrang (6) aus der Metallschmelze (4) im Schmelzbadbehälter herausgezogen wird dadurch gekennzeichnet, daß ein mit Dicken von 0,1 bis 1,4 mm ausgewähltes Metallprofil (5) mit der Metallschmelze (4) maximal innerhalb einer solchen Zeit in Kontakt gehalten wird, daß ein Metallstrang (6), bestehend aus dem Metallprofil (5) und an diesem abgelagerten Kristallen und Schmelze, mit einer etwa 6- bis 10-fachen Gesamtstrangdicke (12) bezogen auf die Dicke des ursprünglichen Profils (5) gebildet wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Metallprofilstrang (5a) mit festgelegtem Querschnitt (5b) und mit festem Gefügezustand in eine artverwandte Metallschmelze (4) eingeführt und in der festgelegten Zeit von der Metallschmelze (4) allseitig umgeben hindurchgeführt wird, in der er im Innern (5c) maximal auf Solidustemperatur erwärmt wird und daß danach der mit der Metallschmelze (4) umgebene Metallprofilstrang (5a) außerhalb der Metallschmelze (4) einer gesteuerten Abkühlung unterzogen wird.

3. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Metallprofilstrang (5a) von unten nach oben durch die Metallschmelze (4) bewegt wird.

4. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Metallprofilstrang (5a) in mehreren Zyklen durch jeweils eine Metallschmelze (4) bewegt wird.

5. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Metallprofilstrang (5a) auf einem vorgeschriebenen Weg durch die Metallschmelze (4) bewegt wird.

6. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Metallprofilstrang (5a) in mehreren Zyklen jeweils durch unterschiedliche Schmelzbadbehälter (1) bewegt wird.

7. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Gesamtstrang (6) unmittelbar nach dem Austreten aus der Metallschmelze (4) einem Warmformgebungs- und/oder einem Kaltformgebungsprozeß unterworfen wird.

Claims

1. Process for producing thin metal bars, in particular made of steel, with thicknesses of less than 20 mm, in which an uncooled, cleaned metal profile of low heat content (Kcal) at least on one side of its cross-section is brought into contact with a metal melt located in a molten bath container (1) and said melt is caused to crystallise slightly, the thickness of the metal bar being set by the length of the contact time, taking into account the temperature of the metal profile and of the metal melt, in such a manner that remelting of the slightly crystallised material is avoided and the metal bar (6) is withdrawn from the metal melt (4) in the molten bath container, characterised in that a metal profile (5) selected with thicknesses of 0.1 to 1.4 mm is kept in contact with the metal melt (4) at most within such a time that a metal bar (6), consisting of the metal profile (5) and crystals and melt deposited thereon, is formed with about 6 to 10 times total bar thickness (12) relative to the thickness of the original profile (5).

2. Process according to Claim 1, characterised in that a metal profile bar (5a) having a fixed cross-section (5b) and a fixed structural state is introduced into a cognate metal melt (4) and is passed therethrough in the set period, surrounded on all sides by the metal melt (4), in which it is heated in the interior (5c) to a maximum of the solidus temperature and that the metal profile bar (5a) surrounded by the metal melt (4) is then subjected to controlled cooling outside the metal melt (4).

3. Process according to Claims 1 and 2, characterised in that the metal profile bar (5a) is moved through the metal melt (4) from the bottom to the top.

4. Process according to Claims 1 to 3, characterised in that the metal profile bar (5a) is moved through one metal melt (4) each time in a plurality of cycles.

5. Process according to Claims 1 to 4, characterised in that the metal profile bar (5a) is moved through the metal melt (4) on a prescribed path.

6. Process according to Claims 1 to 5, characterised in that the metal profile bar (5a) is moved in a plurality of cycles through different molten bath containers (1) each time.

7. Process according to Claims 1 to 6, characterised in that the entire bar (6) is subjected to a hot-shaping and/or a cold-shaping process immediately after emerging from the metal melt (4).

Revendications

1. Procédé pour fabriquer des barres métalliques minces, en particulier en acier, d'une épaisseur inférieure à 20 mm, dans lequel un profilé métallique nettoyé, non refroidi, de faible capacité thermique (kcal) est amené, au moins sur une face de sa section transversale, en contact avec un bain de fusion métallique, se trouvant dans un récipient de bain de fusion, et celui-ci est amené à cristalliser, l'épaisseur de la barre métallique étant réglée, par la durée du contact, en tenant compte de la température du profilé métallique et du bain de fusion métallique, de sorte qu'une refusion de la matière cristallisée est évitée, et la barre métallique (6) est retirée du bain de fusion métallique (4) dans le récipient de bain de fusion, caractérisé en ce qu'un profilé métallique (5) ayant une épaisseur de 0,1 à 1,4 mm est maintenu en contact avec le bain de fusion métallique (4) au maximum à l'intérieur d'une durée telle qu'une barre métallique (6), constituée du profilé métallique (5) et de la matière fondue et des cristaux déposés sur celui-ci, ayant une épaisseur de barre totale (12) de 6 à 10 fois l'épaisseur du profilé initial (5), soit formée.

2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'une barre (5a) de profilé métallique ayant une section transversale (5b) fixe et une structure déterminée est introduite dans un bain de fusion métallique (4) de composition analogue, et, dans le temps déterminé, le traverse en étant entourée de tous les côtés par le bain de fusion métallique (4), dans lequel elle est réchauffée, à l'intérieur (5c), au maximum à la température du solidus, et en ce que, ensuite, la barre (5a) de profilé métallique entourée par le bain de fusion métallique (4) est soumise à un refroidissement commandé à l'extérieur du bain de fusion métallique (4).

3. Procédé selon les revendications 1 et 2, caractérisé en ce que la barre (5a) de profilé métallique est déplacée, de bas en haut, à travers le bain de fusion métallique (4).

4. Procédé selon les revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la barre (5a) de profilé métallique est déplacée, en plusieurs cycles, à travers, à chaque fois, un bain de fusion métallique (4).

5. Procédé selon les revendications 1 à 4, caractérisé en ce que la barre (5a) de profilé métallique est déplacée, selon une trajectoire prédéfinie, à travers le bain de fusion métallique (4).

6. Procédé selon les revendications 1 à 5, caractérisé en ce que la barre (5a) de profilé métallique est déplacée, en plusieurs cycles, à chaque fois dans différents récipients (1) de bain de fusion.

7. Procédé selon les revendications 1 à 6, caractérisé en ce que la barre totale (6), directement après sa sortie du bain de fusion métallique (4), est soumise à un processus de formage à chaud et/ou à un processus de formage à froid.

Zeichnung