BODENDURCHFÜHRUNG EINES INVERSIONSGIESSGEFÄSSES

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Erzeugen von dünnen Metallsträngen, insbesondere Stahl, bei dem ein Metallband durch den Boden eines mit Schmelze gefüllten Behälters geleitet und nach Ankristallisierung von Schmelze an dieses über antreibbare oberhalb des Behälters angeordnete Rollen geführt wird.

[0002] Dieses Bandgießverfahren wird, da die Erstarrung von innen nach außen verläuft und nicht wie beim üblichen Stranggießen von außen nach innen, auch Inversionsgießen genannt.

[0003] Ein solches Verfahren ist insbesondere bei der Herstellung von Draht, aber auch zum Gießen von Bändern bekannt. So zeigt für das Bandgießen das Patent US 3,264,692 ein Gießgefäß zur Durchführung dieses Verfahrens mit einem Bodenstein aus Zirkon. Die schlitzförmige Öffnung des Bodensteins ist sehr eng toleriert zu den Abmessungen des hier durchgezogenen Bandes.

[0004] Nachteil dieses bekannten Bodeneinlaßes ist die relativ hohe Gefahr des Verklemmens des Bandes bei nur geringen Abweichungen der zugelassenen Bandabmessungen, bzw. unruhigen Verlauf des Bandes und die dadurch bedingte erhöhte Reibung.

[0005] Aus der WO-A- 87 07 192 ist eine Vorrichtung zur Erzeugung dünner Metallstränge mit einem, mit einer Feuerfestauskleidung versehenen Gefäß bekannt, in dessen Boden eine zum Hineinleiten eines metallbandes versehene Öffnung vorhanden ist, wobei diese als schlitzförmiger Kanal ausgebildet ist. Um eine größere Gesamtdicke des Bandes zu erhalten, kann dieses in mehreren Zyklen durch die Schmelze gezogen werden.

[0006] Eine weitere Vorrichtung zur Erzeugung dünner Metallstränge ist aus der DE-A- 36 38 249 bekannt. Hierbei wird zwischen der Kanalwand und dem zu beschichtenden Band ein gewisser Abstand eingehalten.

[0007] Schließlich sei noch die US 3264692 erwähnt. Bei der dort beschriebenen Vorrichtung wird für den Einlaßkanal ein bestimmtes Material verwendet. Damit soll erreicht werden, daß eine Ausdehnung des Materials nicht dazu führt, daß das Metallband im Kanal festgesetzt wird.

[0008] Aus dem Patent US 4,479,530 ist ein Verfahren bekannt, Draht - hier jedoch von oben nach unten - durch eine Schmelze zu leiten und durch den Bodenauslaß eines Schmelzgefäßes zu führen. Bei diesem zur Herstellung von Kupferdraht konzipierten Verfahren wird vorgeschlagen, den Bodenauslaß nicht nur konisch auszugestalten, sondern gezielt Schmelze gemeinsam mit dem Draht austreten zu lassen.

[0009] Eine ahnliche Vorrichtung, ebenfalls für die Drahtherstellung, ist aus dem Journal of Metals, October 1963. A Continuous Casting Process, Seite 774 bis 780 bekannt. In diesem Artikel wird ein Bodendurchlaß beschrieben, der aus Molybdän besteht und mit Wasser kühlbar ist.

[0010] Die beiden letztgenannten Schritten betreffen die Herstellung von Draht aus Kupfer und sind auf Verfahren und Vorrichtungen zur Herstellung von Bändern aus Stahl nicht übertragbar. Insbesondere bei der Drahtherstellung kommt hinzu, daß der Durchmesser des Drahtes infolge von Beuligkeit der aufkristallisierten Schicht ungleichmäßig ist und für eine praktische Anwendbarkeit nachbearbeitet wird. Weiterhin ist es ungünstig, daß sich aufgrund der großen Dicke des Mutterdrahtes - üblich sind hier 6 mm und großer - eine geringe Aufkristallisation und ein schlechtes Verschweißen ergibt.

[0011] Die Erfindung hat sich das Ziel gesetzt, ein Verfahren und eine Vorrichtung zu finden, eine mechanische Beschädigung des Bandes bei seinem Eintritt in das Schmelzgefäß zu vermeiden, unkontrollierte Zugspannungsverhältnisse durch verstärkte Reibung (Abrißgefahr) zu unterbinden und ein Ausfließen der Schmelze aus dem Behälter zu verhindern.

[0012] Die Erfindung erreicht dieses Ziel durch die kennzeichnenden Merkmale des Verfahrensanspruches 1 und des Vorrichtungsanspruches 6,

[0013] Erfindungsgemaß wird das Schmelzbad im Bereich des Mündung der schlitzförmigen Eintrittsöffnung in das Gefäß so intensiv gekühlt, daß hier eine Temperatursenke entstent, die zu einem Zwei-Phasen-Gebiet Schmelze/Kristall geringfügig oberhalb des Erstarrungspunktes führt.

[0014] Dieses Zwei-Phasen-Gebiet, das darüber hinaus noch in Kontakt mit dem kalten Mutterband tritt, weist eine so hohe Viskosität auf, daß es die Funktion einer sich selbst erneuernden Dichtung übernimmt und ein Eindringen der Schmelze in den Spalt und den Bodendurchlaß verhindert.

[0015] Die Ausdehnung dieser als Dichtung wirkenden Schmelze ist so groß, daß der freie Raum zwischen der Innenwand des schlitzförmigen Kanals des Bodeneintritts zum durchgeführten Band in einer Größe gewählt werden kann, die ein berührungsfreies Durchleiten des Bandes durch den schlitzförmigen Kanal sicherstellt, nicht zuletzt durch den sich ausbildenden Meniskus.

[0016] Da nahezu keine mechanische Berührung zwischen dem Band und dem Kanal auftritt, kann als Material auch Kupfer gewählt werden. Zum Schutze gegen abrasiven Verschleiß kann das Kupfer mit einer Schutzschicht versehen sein. Als Beschichtung werden Metalle (Chrom. Nickel) oder Oxide (Zirkonoxid) oder Keramik (z.B. Bornitrid) vorgeschlagen.

[0017] In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung wird das Kühlelement auf der zum Gefäß hinweisenden Wand mit einer Schicht aus einer feuerfesten Masse belegt. Auf diese Weise wird nicht nur ein höherer Schutz des Kühlelementes erreicht, mit dieser Maßnahme wird auch Einfluß auf das Temperaturniveau der mit einer Schüttung vergleichbaren kälteren Schmelze in der Nähe der Kühlelemente erreicht.

[0018] Der schlitzförmige Kanal kann dabei in wartungsarmer und kostengünstiger Weise derart ausgestaltet werden, daß er aus zwei Teilen aufgebaut ist. Der eine Teil besteht dabei wie beschrieben aus Kupfer und der von der Schmelze wegweisende Teil ist dabei aus einer feuerfesten Masse bzw. aus feuerfesten Steinen aufgebaut.

[0019] Zur sicheren Beeinflussung des Meniskus schlagen die Erfinder vor, das Kühlelement mit einem in Richtung Gefäßinneres sich öffnenden Konus zu versehen.

[0020] Als Kühlmedium wird eine Flüssigkeit vorgeschlagen, aber auch Gas. Bei Einsatz von Wasser wird dieses saugend gefördert, um bei nicht auszuschließenden Beschädigungen der Kühlelemente Schäden zu vermeiden.

[0021] In einer besonderen Ausgestaltung werden Kühlrohre eingesetzt, die meanderförmig geführt sind. Die eingesetzte Rohrschlange ist in der Weise ausgestaltet, daß das Kühlmittel zuerst in der Nähe des Schlitzes entlanggeführt wird. Die Wärmeabfuhr aus der Metallschmelze im Bereich der Mündung des Kanals wird in Abhängigkeit von der Schmelzbadtemperatur geregelt. Bei zu starker Abkühlung der Schmelze kann diese durch eine Aufheizvorrichtung, beispielsweise durch einen Plasmabrenner auf die gewünschte Temperatur eingestellt werden.

[0022] Ein Beispiel der Erfindung ist in der beigefügten Zeichnung dargelegt. Dabei zeigt die

Figur 1

Einen schematischen Schnitt durch die Gießeinrichtung.

Figur 2

Die Anordnung der Kühlschlange.

Figur 3

Ausschnitt der Bodeneintrittsöffnung.

[0023] Die Figur 1 zeigt ein Schmelzgefäß mit dem Gefäßboden 11 und den Gefäßseitenwänden 12, die einen metallischen Gefäßmantel 13 sowie eine feuerfeste Auskleidung 14 aufweisen.

[0024] Der Boden weist einen Kanal 20 auf, dessen der Schmeize S zugewandte Mündung einen metallischen Kanalteil 22 besitzt, hier als Kühlkasten 25 ausgestaltet.

[0025] Der Kühlkasten 25 ist über eine Medienzufuhr 31 und einem Behälter 34 bzw. über eine Medienabfuhr 32 mit einer Pumpe 33 verbunden.

[0026] Durch den Kanal 20 wird von Führungsrollen 41 geführt ein Band B zur Schmelze S in den Behälter geleitet. Am Band B kristallisiert sich eine Schicht K an, die oberhalb des Gefäßes durch Glättrollen 42 gefördert und endabmessungsnah geglättet wird.

[0027] An die Medienabfuhr 32 ist eine Einrichtung 51 zum Messen und Regeln der Wärmeenergie angeschlossen.

[0028] Die Figur 2 zeigt Horizontalschnitte durch den metallischen Kanalteil 22, der hier als Kühlrohr 26 ausgebildet ist, welches an die Zufuhr 31 und die Abfuhr 32 angeschlossen ist. Im Zentrum der meanderförmig geführten Kühlrohre 26 wird das Band B durch den Schlitz 20 geführt.

[0029] Im oberen Teil des Bildes ist eine Anordnung dargestellt, bei der zu beiden Seiten des Bandes jeweils zwei Rohre sich befinden. Die Pfeile deuten die Fließrichtung des Kühlmediums an. Es zeigt sich, daß das Kühlmedium zuerst um das Band herumgeführt wird, um anschließend parallel zur Kühlrohrschlange im Bereich des Bandes der Kühlmediumabfuhr zugeführt zu werden.

[0030] Im unteren Teil des Bildes sind insgesamt drei Rohre parallel nebeneinander angeordnet. In der Skizze ist dargestellt, daß das Kühlrohr in Nähe des Bandes abgeschrägt sein kann und zwar in der Weise, daß sich der Schlitz 20 konisch in Richtung Gefäßinneres öffnet.

[0031] Wie in der Skizze dargestellt, können Rohre mit kreisrundem Profil zum Einsatz kommen, wie auch Vierkantrohre.

[0032] Die Figur 3 zeigt einen Ausschnitt des Gefäßes mit dem metallischen Gefäßmantel 13 und der Feuerfestauskleidung 14, und zwar im rechten Teil als Stampfmasse und im linken Teil als Stein.

[0033] Der Kanal 20 weist eine Erhöhung auf, die dem metallischen Gefäßmantel 13 zugeneigt auf ein Feuerfestkanalteil 21 aufsetzt, und zwar in der linken Bildhälfte als feuerfester Stein 23 und in der rechten Bildhältte als feuerfeste Stampfmasse 24 ausgebildet.
Der Schmelze zugeneigt ist ein metallischer Kanalteil 22, der in der linken Bildhälfte als Kühlrohr 26 in der rechten Bildhälfte als Kühlkasten 25 ausgestaltet ist. In Richtung Gefäßinneres ist dieser Kanalteil 22 mit einer Feuerfestschicht 15 belegt.

[0034] Der Kanal 20 besitzt eine innere Kanaldicke D, durch die das Band B mit der Banddicke d geführt ist.

[0035] In Bandrichtung kristallisiert an das durch die Schmelze S geführte B and B eine Schicht K an.

[0036] Weiterhin sind in der Figur 3 Isotherme der Schmelze S aufgeführt. Es zeigt sich, daß im schlitzförmigen Kanal im Bereich des metallischen Kanalteils 22 sich eine Temperatursenke nahe dem Erstartungspunkt T_SOL einstellt. Dieses Zwei-Phasen-Gebiet Schmelze/Kristall verhindert ein Auslaufen der Schmelze durch den schlitzförmigen Kanal aus dem Schmelzgefäß heraus.

[0037] Vom Zwei-Phasen-Gebiet ausgehend sind weitere Isothermen dargestellt bis hin zur Schmelzentemperatur T_SOL. Im Bereich des Schlitzes bildet sich zwischen dem Band B und dem Kühlkasten 25 unter dem Kühlrohr 26 ein Meniskus M aus.
In Abhängigkeit der Form der Stirnfläche des metallischen Kanalteils 22 bildet sich der Meniskus in seiner Form aus, wobei er bei der konisch ausgebildeten Stirnfläche tiefer in den schlitzförmigen Kanal 20 hineinragt. Die Schmelze S ist dabei selber noch nicht durcherstarrt sondern noch duktil aber soweit fest, daß ein Auströmen der Schmelze aus dem Kanal verhindert wird.

Positionsliste

Gefäß

[0038] 

11

Gefäßboden

12

Gefäßseitenwände

13

Metallischer Gefäßmantel

14

Feuerfestauskleidung

15

Feuerfestschicht

20

Kanal

21

Feuerfester Kanalteil

22

Metallischer Kanalteil

23

Stein

24

Stampfmasse

25

Kühlkasten

26

Kühlrohr

Kühleinrichtung

[0039] 

31

Medienzufuhr

32

Medienabfuhr

33

Pumpe

34

Behälter

Bandfördereinrichfung

[0040] 

41

Führungsrolle

42

Glättrolle

Meß- und Regeleinrichtung

[0041] 

51

Wärmeenergie

S

Schmelze

B

Band

K

Ankristallisierte Schicht

d

Banddicke

D

Kanalinnendicke

M

Meniskus

Ansprüche

1. Verfahren zum Erzeugen von dünnen Metallsträngen, insbesondere Stahl, bei dem ein Metallband durch den Boden eines mit Schmelze gefüllten Behälters geleitet und nach Ankristallisierung von Schmelze an dieses über antreibbare, oberhalb des Behälters angeordnete Rollen abgezogen wird, gekennzeichnet durch folgende Schritte:

a) das Metallband wird in Richtung Gefäßinneres berührungsarm durch einen schlitzförmigen Kanal geführt,

b) die Metallschmelze wird im Bereich der Mündung des Kanals auf eine Temperatur soweit abgekühlt, daß in einem Zwei-Phasen-Gebiet ein Kristallanteil zwischen 50 und 90 % vorliegt,

c) das Metallband kontaktiert im Bereich der Mündung des Kanals diese kühle Schmelzenmenge, bildet dabei einen Meniskus und kühlt im Nahbereich des Meniskus die Schmelze in einem Zwei-Phasen-Gebiet aus Schmelze und Kristall mit einer Temperatur dicht oberhalb des Soliduspunktes ab.

2. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Bandgeschwindigkeit so gewählt wird, daß der Meniskus sich im Bereich der Mündung des Kanals befindet.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Wärmeabfuhr durch ein Kühlmedium in Abhängigkeit der Bandgeschwindigkeit geregelt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 3,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Kühlmedium ein Gas ist.

5. Verfahren nach einem der oben genannten Ansprüche.
dadurch gekennzeichnet,
daß die Wärmeabfuhr in Abhangigkeit von der Schmelzbadtemperatur geregelt wird.

6. Vorrichtung zum Erzeugen dünner Metallstränge mit einem in einer Feuerfestauskleidung versehenen und mit einer Schmelze füllbaren Gefäßes, in dessen Boden eine zum Hineinleiten eines Metallbandes vorgesehene Öffnung vorhanden ist, zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Öffnung (20) als schlitzförmiger Kanal ausgebildet ist, dessen Innenwand zur Oberfläche des Metallbandes (B) einen Abstand von 0,3 bis 1,0 mm aufweist, und daß an der der Schmelze (S) zugewandten Mündung des Kanals (20) ein metallischer Kanalteil (22) als Kühlelement vorgesehen ist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Kühlelement (22) aus Stahl ist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 6,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Kühlelement (22) aus Kupfer ist, das mit einer Schutzschicht (27) gegen abrasiven Verschleiß versehen ist.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Kühlelement (22) über Medienzuführungen (31) und Medienabführungen (32) an eine Förderstation (33) angeschlossen ist, mit der Kühlwasser saugend bewegbar ist.

10. Vorrichtung nach Anspruch 8,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Kühlelement (22) eine in Richtung Gefäßinneres sich öffnende konische Form aufweist.

11. Vorrichtung nach Anspruch 10,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Kühlelement auf der zum Gefäßinneren weisenden Wand mit einer Schicht aus einer Feuerfestmasse (15) belegt ist.

12. Vorrichtung nach einem der oben genannten Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
daß eine Einrichtung (51) zum Messen und Regeln der Wärmeabfuhr bzw. - Zufuhr aus dem metallischen Kanalteil (22) vorgesehen ist.

Claims

1. A method for producing thin metal billets, in particular steel, in which a metal strip is passed through the bottom of a container filled with melt and once melt has crystallised on thereto is withdrawn by means of drivable rollers arranged above the container, characterised by the following steps:

a) the metal strip is guided with low contact through a slot-shaped channel towards the interior of the container,

b) the metal melt is cooled in the region of the mouth of the channel to such a temperature that a crystal proportion of between 50 and 90% is present in a two-phase region,

c) the metal strip contacts this cool quantity of melt in the region of the mouth of the channel, in so doing forms a meniscus and cools the melt in the immediate vicinity of the meniscus in a two-phase region consisting of melt and crystal at a temperature closely above the solidus point.

2. A method according to Claim 1, characterised in that the speed of the strip is selected such that the meniscus is located in the region of the mouth of the channel.

3. A method according to Claim 1 or 2, characterised in that the dissipation of heat is controlled by a cooling medium dependent on the speed of the strip.

4. A method according to Claim 3, characterised in that the cooling medium is a gas.

5. A method according to one of the preceding claims, characterised in that the dissipation of heat is controlled dependent on the melt bath temperature.

6. An apparatus for producing thin metal billets with a vessel which is provided in a refractory lining and can be filled with a melt, in the base of which vessel there is an opening provided for introducing a metal strip, for performing the method according to Claim 1, characterised in that the opening (20) is in the form of a slot-shaped channel, the inner wall of which is at a distance from the surface of the metal strip (B) of 0.3 to 1.0 mm, and that a metal channel part (22) is provided as cooling element on the mouth of the channel (20) which faces the melt (S).

7. An apparatus according to Claim 6, characterised in that the cooling element (22) is made of steel.

8. An apparatus according to Claim 6, characterised in that the cooling element (22) is made of copper which is provided with a layer (27) to protect against abrasive wear.

9. An apparatus according to Claim 8, characterised in that the cooling element (22) is connected via media supply means (31) and media removal means (32) to a conveying station (33) with which cooling water can be moved by suction.

10. An apparatus according to Claim 8, characterised in that the cooling element (22) has a conical shape which opens towards the interior of the vessel.

11. An apparatus according to Claim 10, characterised in that the cooling element is covered with a layer of a refractory compound (15) on the wall facing towards the interior of the vessel.

12. An apparatus according to one of the preceding claims, characterised in that a means (51) is provided for measuring and controlling the dissipation and supply of heat from the metal channel part (22).

Revendications

1. Procédé pour engendrer des barres métalliques minces, en particulier de l'acier, dans lequel un feuillard métallique est guidé à travers le fond d'un récipient rempli d'une matière en fusion et, après cristallisation de la matière en fusion sur celui-ci, il est retiré par l'intermédiaire de rouleaux, pouvant être entraînés, agencés au-dessus du récipient, caractérisé par les étapes suivantes :

a) le feuillard est guidé, sans contact, en direction de l'intérieur du récipient, à travers un canal en forme de fente,

b) la matière en fusion métallique est refroidie dans la zone de l'embouchure du canal à une température telle que, dans un domaine à deux phases, il existe une proportion cristalline entre 50 et 90%,

c) le feuillard entre en contact, dans la zone de l'embouchure du canal, avec cette quantité refroidie de matière en fusion, forme de plus un ménisque et refroidit, dans la zone voisine du ménisque, la matière en fusion dans un domaine à deux phases constitué de matière en fusion et de matière cristallisée à une température juste au-dessus du point de solidus.

2. Procédé selon la revendication 1,
caractérisé en ce que la vitesse du feuillard est choisie de sorte que le ménisque se trouve dans la région de l'embouchure du canal.

3. Procédé selon la revendication 1 ou 2,
caractérisé en ce que l'évacuation de chaleur par un fluide de refroidissement est réglée de façon dépendant de la vitesse du feuillard.

4. Procédé selon la revendication 3,
caractérisé en ce que le fluide de refroidissement est un gaz.

5. Procédé selon une des revendications précitées,
caractérisé en ce que l'évacuation de chaleur est réglée en fonction de la température du bain de matière en fusion.

6. Dispositif pour engendrer des barres métalliques minces, comportant un récipient muni d'un revêtement réfractaire et pouvant être rempli d'une matière en fusion, dans le fond duquel il est prévu une ouverture agencée pour l'introduction d'un feuillard métallique, pour la mise en oeuvre du procédé selon la revendication 1,
caractérisé en ce que l'ouverture (20) est réalisée comme canal en forme de lente, dont la paroi interne présente, par rapport à la surface du feuillard (B), un écartement de 0,3 à 1,0 mm, et en ce que, sur l'embouchure, en regard de la matière en fusion (S), du canal (20), il est prévu une partie de canal métallique (22) comme élément de refroidissement.

7. Dispositif selon la revendication 6,
caractérisé en ce que l'élément de refroidissement (22) est en acier.

8. Dispositif selon la revendication 6,
caractérisé en ce que l'élément de refroidissement (22) est en cuivre, qui est muni d'une couche protectrice (27) contre une usure abrasive.

9. Dispositif selon la revendication 8,
caractérisé en ce que l'élément de refroidissement (22) est raccordé à un poste d'alimentation (33), par l'intermédiaire de conduits d'amenée de fluide (31) et de conduits d'évacuation de fluide (32), grâce auquel de l'eau de refroidissement peut être aspirée.

10. Dispositif selon la revendication 8,
caractérisé en ce que l'élément de refroidissement (22) présente une forme conique s'ouvrant en direction de l'intérieur du récipient.

11. Dispositif selon la revendication 10,
caractérisé en ce que l'élément de refroidissement, sur la paroi orientée vers l'intérieur du récipient, est garni d'une couche d'une masse réfractaire (15).

12. Dispositif selon une des revendications précitées,
caractérisé en ce qu'un dispositif (51) pour mesurer et régler l'amenée ou l'évacuation de chaleur vers ou à partir de la partie de canal métallique (22) est prévu.

Zeichnung