DE19814988A1

DE19814988A1 - Gießverfahren für ein dünnes Metallband

Info

Publication number: DE19814988A1
Application number: DE19814988A
Authority: DE
Inventors: Fritz-Peter P Pleschiutschnigg; Winfried Dipl Ing Binder; Lothar Dipl Ing Parschat; Michael Dr Ing Vonderbank; Stephan Dipl Ing Feldhaus
Original assignee: SMS Schloemann Siemag AG; Schloemann Siemag AG
Current assignee: SMS Siemag AG
Priority date: 1998-01-23
Filing date: 1998-04-03
Publication date: 1999-07-29
Anticipated expiration: 2018-04-04
Also published as: DE19814988C2

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Gießverfahren für ein dünnes Metallband.

Derartige Gießverfahren sind allgemein bekannt.

Beim üblichen Stranggießverfahren wird eine Metallschmelze zwischen die Wände einer Stranggießkokille gegossen, so daß die Metallschmel ze zunächst an den Kokillenwänden erstarrt, sich also zunächst eine Strangschale bildet. Das Innere des gegossenen Stranges ist noch flüssig und erstarrt erst nach den Außenschalen.

Beim Inversionsgießen, wie es bspw. in der EP 0 311 602 B1 beschrie ben ist, wird ein Mutterband durch eine Metallschmelze gezogen. Dabei kristallisiert auf das Mutterband eine Schicht aus der Schmel ze auf und verschweißt mit dem Mutterband. Dieses Verfahren ist durch in inerten Wärmefluß gekennzeichnet, bei dem die Wärme der Schmelze nicht an eine Standkokille oder eine mitlaufende Kokille, also nach außen, abgeführt wird, sondern in das Mutterband, also nach innen fließt. Aufgrund der frei erstarrenden Oberfläche der Schmelze kann aber beim Inversionsgießen keine glatte Oberflächen kontur erzeugt werden. Die Oberfläche muß daher in einem dem Gieß prozeß unmittelbar nachgeschalteten Glättstich geglättet werden.

Beim Zweirollen-Gießverfahren wird eine Schmelze zwischen zwei gekühlte Rollen gegossen. Die Schmelze erstarrt auf den Rollenober flächen und wird dann nach unten aus dem Spalt zwischen den Rollen als Metallband abgezogen.

Die oben beschriebenen Verfahren haben alle ihre spezifischen Nachteile. Beim Stranggießen kann die Dicke des gegossenen Stranges nur schwer unter 40 mm gesenkt werden. Ferner können nur Monowerk stoffe gegossen werden. Auch beim Zweirollen-Gießen können nur Monowerkstoffe erzeugt werden. Beim Inversionsgießen ist zwar die Erzeugung von Verbundwerkstoffen möglich, das gegossene Metallband muß aber einem Glättstich unterzogen werden.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Verfahren anzugeben, mittels dessen ein dünnes Band gegossen werden kann, welches ohne separaten Glättstich sofort weiterverarbeitet werden kann. Auch soll mittels des Verfahrens Verbundmaterial herstellbar sein.

Die Aufgabe wird dadurch gelöst,

- daß ein Mutterband mit einer Mutterbanddicke mit einer Gießge schwindigkeit von oben nach unten durch eine sich in einer Gießkokille mit Schmalseiten, Breitseiten und einem unteren Rand befindlichen Metallschmelze gezogen wird, so daß ein erster Teil der Metallschmelze zumindest einseitig als Mittel schicht mit einer Mittelschichtdicke auf das Mutterband auf kristallisiert und mit diesem verschweißt,
- daß ein zweiter Teil der Metallschmelze auf mindestens einer der Breitseiten zu einer Außenschale mit einer Außenschalen dicke kristallisiert und
- daß die Außenschale spätestens bei Erreichen des unteren Randes mit dem Trägerband verschweißt.

Die Breitseite, auf der die Außenschale kristallisiert, kann im wesentlichen eben ausgebildet sein und in vertikaler Richtung oszillieren. Vorzugsweise ist die betreffende Breitseite jedoch zylindrisch ausgebildet und rotiert mit der Gießgeschwindigkeit um eine horizontale Achse.

Wenn die Gießgeschwindigkeit einstellbar ist und/oder das Mutterband vor dem Ziehen durch die Metallschmelze aufgeheizt wird und/oder die Breitseiten geregelt gekühlt werden, ist auf einfache Weise die Dicke der aufkristallisierten Schicht einstellbar.

Wie bereits in Verbindung mit der Aufgabenstellung erwähnt, können das Mutterband und die Metallschmelze aus unterschiedlichen Werk stoffen bestehen. Insbesondere kann das Mutterband aus Normalstahl und die Metallschmelze aus rostfreiem Stahl, aus Edelstahl oder aus einem Nichteisen-Material bestehen.

Zum Schutz vor Oxidation wird das Mutterband vor dem Ziehen durch die Metallschmelze und das Metallband nach dem Ziehen durch die Metallschmelze vorzugsweise in einer Inertatmosphäre gehalten. Das Halten des Mutterbandes in einer Inertatmosphäre ist besonders dann vorteilhaft, wenn das Mutterband vor dem Ziehen durch die Metall schmelze aufgeheizt wird.

Weitere Vorteile und Einzelheiten ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels. Dabei zeigen in Prinzipdar stellung

Fig. 1 eine Zweirollen-Gießmaschine und

Fig. 2 bis 5 alternative Ausführungsformen der Erfindung.

Gemäß Fig. 1 weist eine Zweirollen-Gießmaschine zwei zylindrische Gießrollen 1 auf, die mit einer Umfangsgeschwindigkeit v_U um hori zontale Rollenachsen 2 rotieren. Die Gießrollen 1 sind um einen Abstand a voneinander beabstandet, so daß zwischen ihnen ein Spalt 3 verbleibt, durch den die Dicke eines gegossenen Metallbandes 4 bestimmt ist. Der Abstand a beträgt maximal 30 mm. Typisch liegt er zwischen 5 und 15 mm.

Die Gießrollen 1 bilden mit ihren Mantelflächen 1' die Breitseiten der Gießkokille. Die Stelle, an der die Rollen 1 um den Abstand a voneinander beabstandet sind, bildet den unteren Rand der Gießkokil le. Die Schmalseiten der Gießkokille, d. h. die seitlichen Begren zungsplatten der Zweirollengießmaschine, sind in Fig. 1 nicht darge stellt.

Die durch die beiden Gießrollen 1 gebildete Gießkokille wird aus einem Vorratsbehälter 5 über eine Zuführeinrichtung 6, z. B. Tauch rohre, mit einer Metallschmelze 7 gefüllt. Durch die Metallschmelze 7 wird über nicht dargestellte Treibrollen, die oberhalb und un terhalb der Gießrollen 1 angeordnet sind, ein Mutterband 8 mit einer Mutterbanddicke d von oben nach unten mit einer Gießgeschwindigkeit v_G gezogen. Die Mutterbanddicke d beträgt zwischen 0,3 und 5 mm, z. B. 1,0 mm.

Vor dem Ziehen des Mutterbandes 8 durch die Metallschmelze 7 wird das Mutterband 8 durch eine Einhausung 9 geführt. In der Einhausung 9 wird das Mutterband 8 zum Schutz vor Oxidation in einer Inert atmosphäre, z. B. Stickstoff, gehalten. In der Einhausung 9 befindet sich ein Heizelement 10, z. B. ein Induktionsofen, mittels dessen das Mutterband 8 aufgeheizt werden kann. Die Temperatur des Mutter bandes 8 wird mittels des Heizelements 10 vorzugsweise derart eingestellt, daß das Mutterband 8, welches gemäß Ausführungsbeispiel aus Normalstahl besteht, im austenitischen Bereich liegt.

Nach dem Eintritt des Mutterbandes 8 in die Metallschmelze 7 kri stallisiert ein erster Teil der Metallschmelze 7 - im vorliegenden Fall auf beiden Seiten - als Mittelschicht 11 mit einer Mittel schichtdicke d_m auf das Mutterband 8 auf und verschweißt mit diesem.

Die Mäntel der zylindrischen Gießrollen 1 sind gekühlt. Folglich kristallisiert ein zweiter Teil der Metallschmelze 7 auf den Mantel flächen zu einer Außenschale 12 mit einer Außenschalendicke d_a. Wie aus Fig. 1 ersichtlich ist, verschweißen die Außenschale 12 und die Mittelschicht 11 im Trichterbereich der Zweirollen-Gießmaschine, also oberhalb des Spaltes 3.

Im Ergebnis wird der Wärmestrom aus der erstarrenden Metallschmelze 7 in einen Wärmestrom in die mitlaufende Gießkokille und in einen Wärmestrom in das eingeführte Mutterband 8 aufgeteilt. Dadurch können die Gießrollen 1 mit einer höheren Temperatur betrieben werden, da insgesamt durch sie weniger Wärme abgeführt werden muß. Ferner nimmt die Gefahr der Längsrißbildung ab, da der Schrumpf an der Außenseite des Metallbandes 4 beim Abkühlen geringer ist.

Sowohl die Gießgeschwindigkeit v_G (die im übrigen stets gleich der Umfangsgeschwindigkeit v_U ist) als auch die Temperatur T des Mutter bandes 8 und die Intensität der Kühlung der Gießrollen 1 sind gere gelt einstellbar. Ferner kann auch der Abstand a zwischen den Gießrollen 1 eingestellt werden. Durch geeignetes Einstellen dieser Parameter können die Mittelschichtdicke d_m und die Außenschalendicke d_a in weiten Grenzen eingestellt werden. Insbesondere kann bei geeigneter Parameterwahl die Summe von Außenschalendicke d_a und Mittelschichtdicke d_m nur halb so groß wie die Mutterbanddicke d sein.

Weil das Verschweißen der Außenschale 12 mit der Mittelschicht 11 vor Erreichen des Spaltes 3 abgeschlossen ist, das erzeugte Metall band 4 zu diesem Zeitpunkt also völlig durcherstarrt ist, bewirken die Gießrollen 1 zugleich einen Glättstich. Das Metallband 4 verläßt die Zweirollen-Gießmaschine daher mit einer sehr glatten Oberfläche. Alternativ könnte das Metallband 4 auch erst bei Erreichen des Spaltes 4 durcherstarren. In diesem Fall wird von den Gießrollen 1 nur die Gesamtdicke des Metallbandes 4 beeinflußt.

Zum Schutz vor Oxidation wird das Metallband 4 nach dem Verlassen der Zweirollen-Gießmaschine in einer weiteren Einhausung 13 gehal ten, welche ebenfalls mit einer Inertatmosphäre, z. B. Stickstoff, gefüllt ist. Auch hier wird das Metallband 4 mittels eines Heiz elements 14 nachgeheizt, z. B. zum Temperaturausgleich vor einem nachfolgenden Warmwalzvorgang.

Die Metallschmelze 7 kann aus dem gleichen Werkstoff bestehen wie das Mutterband 8. Sie kann aber auch aus einem anderen Werkstoff bestehen. Bspw. kann die Metallschmelze 7 aus rostfreiem Stahl, aus Edelstahl oder aus einem Nichteisen-Material bestehen. Das Mutter band hingegen besteht vorzugsweise aus Normalstahl, wie bereits erwähnt. Es sollte aber in jedem Fall darauf geachtet werden, daß die Solidustemperatur der Metallschmelze 7 maximal so groß ist wie die Solidustemperatur des Mutterbandes 8. Denn dann kann die Ober fläche des Mutterbandes 8 bis über die Solidustemperatur der Metall schmelze 7 aufgeheizt werden. Somit kann in diesem Fall ein gutes Verschweißen der aufkristallisierten Mittelschicht 11 mit dem Mutterband 8 erfolgen. Eine weitere Voraussetzung für ein gutes Verbinden zwischen Mittelschicht 11 und Mutterband 8 ist, daß die Schmelzintervalle des Mutterbandes 8 und der Metallschmelze 7 sich überschneiden.

Die Gießrollen 1 sind üblicherweise aus Kupfer. Sie können aber auch aus einem anderen geeigneten Material, z. B. einem Keramikwerkstoff, bestehen.

Beim Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1 wird das Band zwischen zwei Gießrollen 1 hindurchgeführt und auf beiden Seiten im wesentlichen gleichmäßig mit einer Zusatzschicht versehen. Die Zusatzschicht ist dabei die Summe von Mittelschicht 11 und Außenschicht 12.

Alternativ kann das Mutterband 8 auch durch eine übliche Stranggieß kokille geführt werden. Bei einer derartigen Stranggießkokille, die in Fig. 2 dargestellte Breitseiten 15 und nicht dargestellte Schmal seiten aufweist, sind die Breitseiten 15, im wesentlichen eben ausgebildet. Sie oszillieren, wie in Fig. 2 durch die Pfeile ange deutet, in vertikaler Richtung. Der Gießkokille sind Glättwalzen 16 nachgeordnet, welche die Oberfläche des gegossenen Metallbandes 4 glätten. Das Glätten erfolgt dabei unmittelbar nach dem Gießen, also vor einem Abkühlen und vor jeder anderen Weiterverarbeitung des Metallbandes 4.

Die Ausführungsform gemäß Fig. 3 entspricht im wesentlichen der von Fig. 2. Allerdings wird bei ihr das Mutterband 8 an einer der Breitseiten 15 entlanggeführt. Hierdurch wird das Mutterband 8 nur einseitig mit einer Mittelschicht 11 und einer Außenschale 12 versehen.

Auch bei der Ausführungsform gemäß Fig. 4 erfolgt ein nur einseiti ges Beschichten des Mutterbandes 8. Auch hier wird das Mutterband 8 an einer Breitseite 15 einer Kokille entlanggeführt. Auf der anderen Seite befindet sich ein Gießrad 17, also sozusagen eine Hälfte einer Zweirollen-Gießmaschine.

Das erfindungsgemäße Verfahren führt zu einer kontrollierten Erzeu gung eines vollständigen Materialverbundes durch eine sichergestell te Verschweißung zwischen der Metallschmelze 7 und dem Mutterband 8. Ferner sind mit dem erfindungsgemäßen Verfahren sowohl Mono- als auch sogenannte Sandwichwerkstoffe herstellbar, z. B. Nichteisen- Nichteisen-Verbunde, Nichteisen-Eisen-Verbunde und Eisen-Eisen- Verbunde. Insbesondere bei der Herstellung von Verbundwerkstoffen können erhebliche Folgekosten durch den Ersatz z. B. von massiven Monoprodukten aus Edelstahl durch Verbundmaterialien, bei dem das Mutterband 8 aus Normalstahl und die Mittelschicht 11 und die Außenschale 12 aus Edelstahl bestehen, eingespart werden.

Bezugszeichenliste

1

Gießrollen

1

' Mantelflächen

2

Rollenachsen

3

Spalt

4

Metallband

5

Vorratsbehälter

6

Zuführeinrichtung

7

Metallschmelze

8

Mutterband

9

,

13

Einhausungen

10

,

14

Heizelemente

11

Mittelschicht

12

Außenschale

15

Breitseiten

16

Glättwalzen

17

Gießrad
a Abstand
D, d, d_m

, d_a

Dicken
v_U

, V_G

Geschwindigkeiten
T Temperatur

Claims

1. Gießverfahren für ein dünnes Metallband (4),

- wobei ein Mutterband (8) mit einer Mutterbanddicke (d) mit einer Gießgeschwindigkeit (V_G) von oben nach unten durch eine sich in einer Gießkokille mit Schmalseiten, Breitseiten (1', 15) und einem unteren Rand befindliche Metallschmelze (7) gezogen wird, so daß ein erster Teil der Metallschmelze (7) zumindest einseitig als Mittel schicht (11) mit einer Mittelschichtdicke (d_m) auf das Mutterband (8) aufkristallisiert und mit diesem ver schweißt,
- wobei ein zweiter Teil der Metallschmelze (7) auf minde stens einer der Breitseiten (1', 15) zu einer Außenschale (12) mit einer Außenschalendicke (d_a) kristallisiert und
- wobei die Außenschale (12) spätestens bei Erreichen des unteren Randes mit der Mittelschicht (11) verschweißt.

2. Gießverfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest die Breitseite (1'), auf der die Außenschale (12) kristallisiert, zylindrisch ausgebildet ist und mit der Gießge schwindigkeit (v_G) um eine horizontale Achse (2) rotiert.

3. Gießverfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest die Breitseite (15), auf der die Außenschale (12) kristallisiert, im wesentlichen eben ausgebildet ist und in vertikaler Richtung oszilliert.

4. Gießverfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Metallband (4) beim oder unmittelbar nach dem Ver schweißen der Außenschale (12) mit der Mittelschicht (11) einem Glättstich unterzogen wird.

5. Gießverfahren nach einem der obigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Gießgeschwindigkeit (v_G) einstellbar ist.

6. Gießverfahren nach einem der obigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Mutterband (8) und die Metallschmelze (7) aus unter schiedlichen Werkstoffen bestehen.

7. Gießverfahren nach einem der obigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Metallschmelze (7) aus rostfreiem Stahl, Edelstahl oder einem Nichteisen-Material besteht.

8. Gießverfahren nach einem der obigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Mutterband (8) aus Normalstahl besteht.

9. Gießverfahren nach einem der obigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Solidustemperatur der Metallschmelze (7) maximal so groß wie die Solidustemperatur des Mutterbandes (8) ist.

10. Gießverfahren nach einem der obigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Summe von Außenschalendicke (d_a) und Mittelschichtdicke (d_m) maximal halb so groß ist wie die Mutterbanddicke (d).

11. Gießverfahren nach einem der obigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Mutterband (8) vor dem Ziehen durch die Metallschmelze (7) aufgeheizt wird.

12. Gießverfahren nach einem der obigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Mutterband (8) vor dem Ziehen durch die Metallschmelze (7) in einer Inertatmosphäre gehalten wird.

13. Gießverfahren nach einem der obigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Metallband (4) nach dem Ziehen durch die Metallschmelze (7) nachgewärmt wird.

14. Gießverfahren nach einem der obigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Metallband (4) nach dem Ziehen durch die Metallschmelze (7) in einer Inertatmosphäre gehalten wird.

15. Gießverfahren nach einem der obigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Breitseiten (15) gekühlt werden und daß die Kühlung der Breitseiten (15) geregelt wird.