Verfahren zum Walzgiessen

Beschreibung

[0001] Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum frühzeitigen Erkennen und Verhindern des Stickings beim Walzgiessen von Metallen mittels Giesswalzen, wenigstens einer Umlenkeinrichtung und einer Messeinrichtung.

[0002] Beim Walzgiessen von Metallen wird die Giessform im wesentlichen durch den Giessspalt zwischen den beiden Walzen und durch seitliche Abschlusswände gebildet. Die Einwirkungszeit der Walzen auf das erstarrende Metall ist verhältnismässig kurz, auf einer kleinen Strecke muss eine grosse Wärmemenge abgeführt werden, insbesondere die Erstarrungs-, Reibungs- und/oder Verformungswärme. Hierzu werden die Walzen mit speziellen Einrichtungen beziehungsweise Verfahren gekühlt, beispielsweise durch Anspritzen von aussen und/oder durch eine Innenkühlung.

[0003] Das kontinuierliche Bandgiessverfahren zwischen zwei Walzen eines Rollcasters wird in der Metallindustrie auf breiter Basis angewendet, insbesondere für Aluminium, Aluminiumlegierungen, Eisen, Stahl, Kupfer oder Messing. Mit diesem Verfahren kann das warme Abwalzen von stranggegossenen und abgelängten Brammen eliminiert werden, was eine bedeutende Reduktion von Investitions- und Betriebskosten erlaubt.

[0004] Beim Bandgiessen mit einem Rollcaster tritt verhältnismässig häufig ein sogenanntes Sticking auf: Das gegossene Band klebt kurzzeitig entweder an der einen oder abwechslungsweise an beiden Walzen. Das gleichzeitige Kleben an beiden Walzen ist im Prinzip auch möglich, kann jedoch wegen der sehr kleinen Häufigkeit vernachlässigt werden.

[0005] Ein ausgewachsenes Sticking hat zur Folge, dass der entsprechende Bandabschnitt bleibende Oberflächenfehler hat. Der entsprechende Bandabschnitt mit ungewollten Markierungen kann hinsichtlich der Qualität meist nicht mehr seiner ursprünglich beabsichtigten Verwendung zugeführt werden und wird zu Schrott.

[0006] Es sind mehrere Verfahren bekannt, die ein aufgekommenes Sticking in Rollcastern wieder beseitigen, wobei jedoch die erwähnten schadhaften Bandabschnitte nicht zu vermeiden sind.

[0007] Während eines Stickings wird das Giessband durch die Klebekraft an einer Walzenoberfläche nach der einen oder anderen Seite etwas aus der geraden Bahn abgelenkt. Dies äussert sich durch ein hörbares Knistern und/oder durch sichtbare Bandvibrationen. Das Aufsichtspersonal an einem Rollcaster wird also durch menschliche Sinnesorgane auf ein Sticking aufmerksam gemacht und kann durch Veränderung entsprechender Prozessparameter eine Beseitigung einleiten.

[0008] Mit der Entwicklung von automatisierten Walzgiessverfahren wurden Messeinrichtungen geschaffen, welche Aenderungen von Verfahrensparametern an der Installation feststellen und die Einleitung entsprechender Schritte erlauben. So werden beispielsweise im Einlaufstück montierte Walzkraft-, Dehnungs- oder Drehmomentmesser eingesetzt. In LIGHT METALS 1985, METALLURGICAL SOC. AIME, Seite 1293, werden die Produktivitätsgrenzen von Walzgiessverfahren bei Geschwindigkeitserhöhungen untersucht. Dabei wird auch dem Sticking besondere Beachtung geschenkt. Während dem Giessen werden Drehmomentsmessungen durchgeführt, ausgewertet und Korrekturmassnahmen eingeleitet.

[0009] Das Erfordernis des frühen Erkennens eines Stickings, d.h. bevor dieses so stark geworden ist, dass auf dem Giessband qualitätsschädliche Markierungen entstehen, ist auch erkannt worden. Die Messeinrichtungen an einem Rollcaster erlaubten jedoch nicht, ein sich anbahnendes Sticking im Frühstadium, das sogenannte Mikrosticking, festzustellen und rechtzeitig geeignete Massnahmen einzuleiten.

[0010] Der vorliegenden Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten Art zu schaffen, mit welchem dank der Erkennung und Behebung eines sich anbahnenden Stickings schädliche Markierungen auf einem Giessband verhindert werden können.

[0011] Die Aufgabe wird erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass die Bandbewegungen im Bereich zwischen dem Walzspalt und der ersten Umlenkrolle, in vertikaler Richtung zur Bandoberfläche, kontinuierlich oder quasi-kontinuierlich gemessen und beim Auftreten von Vibrationen Prozessparameter programmgesteuert geändert werden. Spezielle und weiterbildende Ausführungsformen der Erfindung sind Gegenstand von abhängigen Patentansprüchen.

[0012] Erfindungsgemäss wird also eine dauernd in Betrieb belassene, auf die Bandoberflächen des gegossenen Metallbandes einwirkende Messeinrichtung verwendet. Irgendwelche Parameter der Installation dagegen werden nicht gemessen.

[0013] Unter einer quasi-kontinuierlichen Messung wird verstanden, dass die Messungen in sehr kleinen Zeitabständen dauernd wiederholt werden. Diese Messintervalle liegen in der Grössenordnung von 100 Millisekunden oder darunter.

[0014] Durch die kontinuierlich oder quasi-kontinuierlich arbeitenden Messeinrichtungen kann ein Sticking vor der Erreichung eines schädlichen Ausmasses erkannt, und die notwendigen Massnahmen eingeleitet werden. Dies ist von unschätzbarem Vorteil, weil in einem Giessband zu grossen Umtrieben und Kosten führende, schadhafte Stellen verhindert werden können.

[0015] Die Bandbewegungen können irgendwo zwischen dem Walzspalt und einer Umlenkrolle, falls mehrere angeordnet sind, der ersten, gemessen werden. Je nach der Geometrie eines Rollcasters erstreckt sich der Bereich zur Anordnung von Messeinrichtungen über eine Distanz von 1 - 3 m. In der Praxis sind die Messeinrichtungen jedoch bevorzugt zwischen dem Walzspalt und der Hälfte der Distanz vom Walzspalt zur ersten Umlenkrolle, insbesondere möglichst nahe beim Walzspalt, angeordnet.

[0016] Die Messeinrichtungen müssen auf einer festen, unbeweglichen Unterlage angebracht sein, damit sämtliche Bandbewegungen in vertikaler Richtung zu einer Bandoberfläche präzis erfasst werden können. Die Bandbewegungen können beispielsweise mit folgenden, an sich bekannten Mitteln erfasst werden:

• Mechanische Taster. Von Bedeutung sind insbesondere Tastrollen, es können jedoch auch Schleifschuhe und dgl. verwendet werden, welche jedoch keine Kratzspuren hinterlassen dürfen.
• Berührungslose mechanisch-pneumatische Taster. Luftkissensensoren haben einen Bandabstand von etwa 0,2 mm, Bandbeschädigungen sind deshalb ausgeschlossen. Gut geeignet ist beispielsweise ein Sensor mit integriertem Wegaufnehmer der britischen Firma Broner.
• Elektrische berührungslose Wegaufnehmer. Diese arbeiten auf induktiver, kapazitiver oder Wirbelstrombasis. Sie erlauben auch in grösseren Abständen vom Objekt präzise Messungen, was eine Montage der Sonden auf geeigneten Supports und Gehäuseteilen erlaubt.
• Optische Wegmesssysteme. Wo wenig Platz vorhanden und grössere Abstände erforderlich sind, kommen insbesondere Lasersensoren in Betracht. Weiter sind beispielsweise Infrarotsensoren einsetzbar.
• Ultraschallmesseinrichtungen.

[0017] Die Messeinrichtungen können auf die eine oder auf die andere Bandoberfläche einwirken, jedoch auch auf beide gleichzeitig. Falls mehrere Messeinrichtungen angeordnet sind, verteilen sich diese über die Bandbreite.

[0018] Ein Ansprechen der Messeinrichtungen bei nicht durch Sticking hervorgerufenen Vibrationen kann ausgeschaltet werden, indem die programmgesteuerte Aenderung von Prozessparametern erst nach einer gewissen Sperrzeit, beispielsweise nach 0,5 - 2 sec, insbesondere nach etwa 1 sec, eingeleitet wird.

[0019] Weiter sind die Messeinrichtungen vorteilhaft so ausgestaltet, dass eine Ansprechschwelle entsprechend den Prozessparametern und dem zu bearbeitbaren Metall eingestellt werden kann.

[0020] Beim Auftreten von Vibrationen im Giessband wird nach einer ersten Variante, ausgelöst durch die Prozesselektronik, ein Trennmittel auf die Oberfläche von wenigstens einer Giesswalze gesprüht. Wird bereits während des normalen Walzgiessprozesses ein Trennmittel aufgetragen, kann beim Auftreten von Vibrationen die Konzentration und damit die aufgetragene Schichtdicke erhöht werden. Vorzugsweise wird in an sich bekannter Weise eine Schlichte, vorzugsweise eine Graphitsuspension, mit Hilfe von Sprühdüsen aufgetragen.

[0021] Nach einer zweiten Variante wird beim Auftreten von Vibrationen der Soliduspunkt des zwischen den Walzen erstarrenden Metalls gegen die Richtung des austretenden Bandes verschoben.

[0022] Die Lage des Soliduspunkts kann mit zahlreichen Parametern beeinflusst werden, im vorliegenden Verfahren müssen sich diese Aenderungen jedoch rasch, im Verlauf von höchstens einer Walzenumdrehung auswirken, weil sie sonst zu spät kommen. Der wesentlichste Parameter ist die Giessgeschwindigkeit, wird diese reduziert, so verschiebt der Soliduspunkt unverzüglich in der gewünschten Richtung.

[0023] Weitere nur stichwortartig erwähnte Massnahmen zur Verschiebung des Soliduspunkts in derselben Richtung sind: Reduzierung der Metalltemperatur, Anhebung des Metallspiegels, Verkleinerung des Walzspalts, grösserer Abstand der Düsenaustrittsöffnung, Erhöhung der Kühlmittelzufuhr.

[0024] Zusammenfassend kann nochmals festgehalten werden, dass mit dem erfindungsgemässen Verfahren ein sich anbahnendes Sticking durch Erfassen von Vibrationen am Giessband so früh erfasst werden kann, dass programmgesteuert die notwendigen Schritte zur Veränderung von Prozessparametern eingeleitet werden können, bevor das eigentliche, auf dem Giessband Schäden verursachende Sticking eintreten kann. Es handelt sich also um ein Verfahren zum Erkennen eines Microstickings.

[0025] Mit in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen, welche auch Gegenstand von abhängigen Patentansprüchen sind, wird die Erfindung näher erläutert. Es zeigen schematisch:

• Fig.1 eine Uebersicht über eine Walzgiessanlage mit einem Rollcaster, und
• Fig.2 eine Vergrösserung des Bereichs des Walzspalts.

[0026] Die in Fig. 1 im Prinzip dargestellte Anlage zum Bandgiessen von Aluminium mit einem Rollcaster deutet die wesentlichen Anlageteile und das hergestellte Metallband an. Der mit einem Schliessorgan 10 versehene Halteofen 12 entleert das flüssige Aluminium in eine Rinne 14, welche ein Filtersystem 16 umfasst. Ueber einem Schmelzeverteilungstrog 18 hat die Rinne 14 einen Ausguss 20, welcher ein von einem Niveaumessgerät 22 gesteuertes Verschlussorgan 24 hat.

[0027] Der gehäuselose Rollcaster 26 umfasst einen der Uebersicht wegen nicht dargestellten vorgespannten Walzenständer mit gestrichelt angedeuteten Walzengehäusen 28, 30, in welchem eine untere und eine obere Giesswalze 32, 34 gelagert sind.

[0028] Deren Achsen A_u und A_o liegen vertikal übereinander. Die beiden Giesswalzen 28, 30 definieren auf der Ebene E (Fig. 2) durch die beiden Achsen einen Walzspalt W.

[0029] Eine Bestandteil des Schmelzeverteilungstrog 18 bildende Giessdüse 36 erstreckt sich bis in den Bereich zwischen den Giesswalzen 32, 34 und leitet das flüssige Aluminium 38 in Richtung des Walzspalts W.

[0030] Durch an die Giesswalzen 32, 34 abgegebene Wärme erstarrt das flüssige Aluminium zu einem Giessband 40 mit einer unteren und einer oberen Oberfläche 42, 44. Die Dicke des Giessbandes 40 entspricht exakt dem Walzspalt W.

[0031] An einer Umlenkrolle 46 wird das Giessband 40, z.B. zum Aufhaspeln, nach unten abgebogen.

[0032] Die Giesswalzen 32, 34 des Rollcasters 26 sind aussengekühlt. Spraydüsen 50 werden über Wasserleitungen 48 gespeist. Die Kühlung entspricht beispielsweise der EP, A1, 0313516.

[0033] Weitere Spraydüsen 52 sind dazu bestimmt, dauernd oder nur im Falle eines sich ankündigenden Stickings eine Graphitschlichte 54 auf die Giesswalzen 32, 34 aufzubringen. Dank der Nähe zum Walzspalt W in Rotationsrichtung erfolgt die Einwirkung der Schlichte 54 rasch und wirkungsvoll.

[0034] An sich bekannte Sensoren 56 zur Ausführung des erfindungsgemässen Verfahrens sind an den Kühlhauben der Aussenkühlung, dargestellt durch die Spraydüsen 50, und an den Walzengehäusen 28, 30, auch Halterahmen genannt, angeordnet. Diese ortsfesten Sensoren 56 messen Bandbewegungen in vertikaler Richtung zu den Oberflächen 42, 44 des Giessbandes 40. Selbstverständlich sind die Sensoren 56 in der Praxis nur an einem Ort angeordnet und in Betrieb.

[0035] Weitere Bestandteile der Walzgiessanlage, welche nicht in Beziehung zur Erfindung stehen, sind einfachheitshalber und der Uebersichtlichkeit wegen weggelassen.

[0036] In Fig. 2 wird der Erstarrungsbereich zwischen den Giesswalzen 32, 34 dargestellt. Das Mundstück der Giessdüse 36 hat einen Abstand x von der Verbindungsebene E der Achsen A_u und A_o (Fig. 1) der beiden Giesswalzen 32, 34. Aus der Giessdüse 36 tritt flüssiges Aluminium 38 aus und berührt die Oberflächen 58, 60 der beiden rotierenden Giesswalzen 32, 34. Die äusserste Schicht des flüssigen Aluminiums 38 beginnt sofort zu erstarren und wird von den rotierenden Giesswalzen 32, 34 durch Haftreibung mitgeführt.Beim Soliduspunkt S im Abstand a von der Ebene E ist auch im Innern des Bandes 40 alles Metall erstarrt. Zwischen dem Solidus- und dem Liquiduspunkt L verläuft eine pastöse Zone 62, wo das Metall teigig ist.

[0037] Der Soliduspunkt S, selbstverständlich auch der hier weniger interessierende Liquiduspunkt L, kann in bezug auf den Abstand a von der Ebene E durch Variation der Prozessparameter verschoben werden.

[0038] Der Druck der Giesswalzen 32, 34 erreicht im Bereich der Ebene E, wo diese den Walzspalt W (Fig. 1) bildet, ein Maximum. Nach dem Durchlaufen der Ebene E beginnt der Druck der Walzenoberfläche 58, 60 auf die entsprechenden Bandoberflächen 42, 44 nachzulassen, in den Bereichen 64, 66 heben die Walzenoberflächen von den Bandoberflächen ab.

[0039] Beginnt auf der oberen oder auf der unteren Seite ein Sticking, so wird das Band 40 selbst bei noch geringer Klebekraft in die entsprechende Richtung ausgelenkt. Sobald die Haftklebung gelöst wird, springt das Band 40 in die ursprüngliche Lage zurück. Dieser Vorgang kann sich, auch in die andere Richtung und alternierend, wiederholen. Bei jeder noch so geringen Auslenkung durch Kleben des Bandes 40 an der einen oder andern Giesswalze 32, 34 kann die Bandschwingung von einem Sensor 56 (Fig. 1) wahrgenommen und ein entsprechendes Steuersignal ausgelöst werden.

Ansprüche

1. Verfahren zum frühzeitigen Erkennen und Verhindern des Stickings beim Bandgiessen von Metallen mittels Giesswalzen (32, 34), wenigstens einer Umlenkeinrichtung (46) und einer Messeinrichtung,
dadurch gekennzeichnet, dass die Bandbewegungen im Bereich zwischen dem Walzspalt (W) und der ersten Umlenkrolle (46), in vertikaler Richtung zur Bandoberfläche (42, 44), kontinuierlich oder quasi-kontinuierlich gemessen und beim Auftreten von Vibrationen Prozessparameter programmgesteuert geändert werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Bandbewegungen zwischen dem Walzspalt (W) und der Hälfte der Distanz zur ersten Umlenkrolle (46), vorzugsweise benachbart dem Walzspalt (W), gemessen werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Bandbewegungen mit einem oder mehreren, über die Bandbreite verteilten, berührungslosen Wegaufnehmern auf induktiver, kapazitiver oder Wirbelstrombasis, wenigstens einer optischen Wegmesseinrichtung mit einem Laser oder Infrarotstrahler oder wenigstens einer Abstandsmesseinrichtung mit Ultraschall gemessen werden.

4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Bandbewegungen mit wenigstens einem berührungslosen mechanisch-pneumatischen oder aufliegenden mechanischen Taster, vorzugsweise wenigstens einer Tastrolle, gemessen werden.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4 mit aussengekühlten Giesswalzen (32, 34), dadurch gekennzeichnet, dass die Bandbewegungen mit an wenigstens einer Kühlhaube der Aussenkühlung oder an den Halterahmen (28, 30) der Giesswalzen (32, 34) montierter/montierten Sonde/n (56) gemessen wird.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass beim Erkennen von Vibrationen nach einer Sperrzeit von vorzugsweise 0,5 bis 2 sec, insbesondere nach 1 sec, Prozessparameter programmgesteuert geändert werden.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass beim Erkennen von Vibrationen ein Trennmittel (54) auf die Oberfläche (58, 60) von wenigstens einer Giesswalze (32, 34) gesprüht wird, vorzugsweise in Drehrichtung benachbart dem Walzspalt (W).

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass eine Schlichte (54), vorzugsweise eine Graphitsuspension, aufgesprüht wird.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass beim Erkennen von Vibrationen der Soliduspunkt (S) gegen die Richtung des austretenden Bandes (40) verschoben wird.

10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Verschieben des Soliduspunkts (S) durch eine reduzierte Giessgeschwindigkeit erfolgt.

Claims

1. Process for the early detection and prevention of sticking during strip casting of metals by means of casting rollers (32, 34), at least one deflection device (46) and a measurement device,
characterised in that strip movements in the area between the roll nip (W) and the first deflection roller (46) in the direction perpendicular to the strip surface (42, 44) are measured continuously or quasi-continuously and process parameters are changed by program when vibrations occur.

2. Process according to claim 1, characterised in that the strip movements are measured between the roll nip (W) and half the distance to the first deflection roller (46), preferably next to the roll nip (W).

3. Process according to claim 1 or 2, characterised in that the strip movements are measured with one or more contactless movement sensors on an inductive, capacitive or eddy current basis, at least one optical path measurement device with a laser or infrared emitter or at least one distance measurement device with ultrasound, spread over the strip width.

4. Process according to claim 1 or 2, characterised in that the strip movements are measured by at least one contactless mechanical-pneumatic or supported mechanical measuring head, preferably at least one measuring roller.

5. Process according to any of claims 1 to 4 with externally cooled casting rollers (32, 34), characterised in that the strip movements are measured with sensor(s) (56) mounted on at least one cooling hood of the external cooling or on the support frame (28, 30) of the casting rollers (32, 34).

6. Process according to any of claims 1 to 5, characterised in that on detection of vibrations, after a waiting period of preferably 0.5 to 2 seconds, in particular after 1 second, process parameters are changed by program control.

7. Process according to any of claims 1 to 6, characterised in that on detection of vibrations, a separating agent (54) is sprayed onto the surface (58, 60) of at least one casting roller (32, 34), preferably in the direction of rotation next to the roll nip (W).

8. Process according to claim 7, characterised in that a sizing agent (54), preferably a graphite suspension, is applied.

9. Process according to any of claims 1 to 6, characterised in that on detection of vibrations, the solidus point (S) is displaced against the direction of the emerging strip (40).

10. Process according to claim 9, characterised in that the displacement of the solidus point (S) is achieved by a reduced casting speed.

Revendications

1. Procédé pour détecter de manière précoce et supprimer le phénomène d' adhérence (sticking) lors de la coulée de feuillards de métaux, au moyen de cylindres de coulée (32, 34), d'au moins un dispositif de déviation (46) et d'au moins un dispositif de mesure,
   caractérisé en ce que l'on mesure, de manière continue ou quasi continue, les mouvements du feuillard dans la zone comprise entre l'emprise (W) et le premier cylindre de déviation (46), selon une direction verticale par rapport à la surface (42,44) du feuillard et en ce que, lorsque des vibrations apparaissent, on modifie des paramètres du processus sous la conduite d'un programme.

2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'on mesure les mouvements du feuillard dans la zone comprise entre l'emprise (W) et la moitié de la distance au premier cylindre de déviation (46), de préférence au voisinage de l'emprise (W).

3. Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que l'on mesure les mouvements du feuillard au moyen d'un ou plusieurs capteurs de déplacement sans contact répartis sur la largeur du feuillard et du type inductif, capacitif ou à courants de Foucault, d'au moins un dispositif de mesure de déplacement de type optique comprenant un laser ou un émetteur de rayonnement infrarouge ou d'au moins d'un dispositif de mesure de distance du type à ultrasons.

4. Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que l'on mesure les mouvements du feuillard au moyen d'au moins un palpeur de type mécanique-pneumatique sans contact ou du type mécanique à contact, de préférence d'au moins un palpeur à rouleau.

5. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, comportant des cylindres de coulée à refroidissement extérieur (32, 34) caractérisé en ce que l'on mesure les mouvements du feuillard au moyen d'une ou plusieurs sondes (56) montées sur au moins une ailette de refroidissement du dispositif de refroidissement extérieur ou sur les bâtis de support (28,30) des cylindres de coulée (32, 34).

6. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que, lorsque l'on détecte encore des vibrations après un temps mort de préférence compris entre 0,5 et 2 secondes, en particulier après une seconde, on modifie des paramètres du processus sous la conduite d'un programme.

7. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que, lorsque l'on détecte des vibrations, on pulvérise un agent de séparation (54) sur la surface (58,60) d'au moins un des cylindres de coulée (32, 34), de préférence au voisinage de l'emprise (W) par rapport au sens de rotation.

8. Procédé selon la revendication 7, caractérisé en ce que l'on pulvérise un enduit (54), de préférence une suspension de graphite.

9. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que, lorsque l'on détecte des vibrations, on déplace le point de solidus (S) dans la direction inverse du feuillard sortant (40).

10. Procédé la revendication 9, caractérisé en ce que l'on effectue le déplacement du point de solidus (S) au moyen d'une réduction de la vitesse de la coulée.

Zeichnung