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.
Dieses Bandgießverfahren wird, da die Erstarrung von innen nach außen verläuft und nicht wie beim üblichen Stranggießen von außen nach innen, auch Inversionsgießen genannt.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
Die Erfindung erreicht dieses Ziel durch die kennzeichnenden Merkmale des Verfahrensanspruches 1 und des Vorrichtungsanspruches 6,
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.
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.
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.
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.
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.
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.
Zur sicheren Beeinflussung des Meniskus schlagen die Erfinder vor, das Kühlelement mit einem in Richtung Gefäßinneres sich öffnenden Konus zu versehen.
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.
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.
Ein Beispiel der Erfindung ist in der beigefügten Zeichnung dargelegt. Dabei zeigt die
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.
Der Boden weist einen Kanal 20 auf, dessen der Schmeize S zugewandte Mündung einen metallischen Kanalteil 22 besitzt, hier als Kühlkasten 25 ausgestaltet.
Der Kühlkasten 25 ist über eine Medienzufuhr 31 und einem Behälter 34 bzw. über eine Medienabfuhr 32 mit einer Pumpe 33 verbunden.
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.
An die Medienabfuhr 32 ist eine Einrichtung 51 zum Messen und Regeln der Wärmeenergie angeschlossen.
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.
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.
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.
Wie in der Skizze dargestellt, können Rohre mit kreisrundem Profil zum Einsatz kommen, wie auch Vierkantrohre.
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.
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.
Der Kanal 20 besitzt eine innere Kanaldicke D, durch die das Band B mit der Banddicke d geführt ist.
In Bandrichtung kristallisiert an das durch die Schmelze S geführte B and B eine Schicht K an.
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 TSOL einstellt. Dieses Zwei-Phasen-Gebiet Schmelze/Kristall verhindert ein Auslaufen der Schmelze durch den schlitzförmigen Kanal aus dem Schmelzgefäß heraus.
Vom Zwei-Phasen-Gebiet ausgehend sind weitere Isothermen dargestellt bis hin zur Schmelzentemperatur TSOL. 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.