DE2548941A1 - Verfahren zur erzeugung von strangfoermigen, metallischen gegenstaenden - Google Patents

Description

Verfahren zur Erzeugung von strangförmigen, metallischen Gegens tänden

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erzeugung von strangförmigen, metallischen Gegenständen, insbesondere aus Stahl, wobei durch Abziehen von Material aus der Schmelze mittels einer bewegten Formwand ein Strang gebildet wird.

Bei der Ueberführung einer Metallschmelze in den verfestigten Zustand nimmt die Erstarrungszeit mit zunehmender Dicke des Gussstückes zu, und zwar etwa proportional zum Quadrat seines Durchmessers. Mit zunehmender Gussstärke treten in zunehmendem Masse nachteilige Erscheinungen auf, wie Ausscheidungen von Legierungs- und Begleitelementen (Segregate) und grosse Unterschiede des Primärgefüges. Diese Erscheinungen machen ein kräftiges Durchkneten, z.B. durch Walzen, mit grossen

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Querschnittsabnahmen notwendig, sowie oft kostspielige und zeitraubende Wärmebehandlungen, um die gewünschten technologischen Eigenschaften des Fertigproduktes zu erzielen. Trotzdem war bis jetzt, besonders bei den Grossproduzenten von gewalzten Produkten, die Tendenz des Abgiessens der Schmelze in grössere Blöcke vorherrschend. Ein rationeller Betrieb war in den Walzwerken leichter zu erreichen als in einem Schmelzbetrieb eingerichtet für das Abgiessen in eine Vielzahl von Gussblöcken kleineren Querschnittes. Das während den letzten Jahrzehnten zunehmend verwendete Stranggiessverfahren bedeutet zwar eine Abweichung von dieser Tendenz, indem längergestreckte Gussstücke mit kleineren Querschnittsmassen hergestellt v/erden können, aber trotzdem werden im allgemeinen viel grössere Strangquerschnitte gegossen als notwendig w'lre, um die erforderlichen technologischen Eigenschaften des Fertigproduktes zu erreichen. Hierfür gibt es hauptsächlich zwei Gründe: Das Stranggiessen kleinerer Querschnittsabmessungen bedeutet ein grösserer Aufwand und häufigere Betriebsstörungen im Giessbetrieb pro Tonne Strang im Vergleich zum Giessen eines Stranges mit grösseren Querschnittsabmessungen.

Zudem wird der Transport, die Erwärmung und Hantierung derjenigen" Knüppel- oder Brammenlängen, die bei kleineren Querschnitten erforderlich sind um einen rationellen Walzwerksbetrieb zu erlangen, aufwendig (lange Transportausrüstungen, breite und platzraubende Wärmeöfen, leichtes Verbiegen bei Hantierung und Transport).

Seit Jahrzehnten liegt eine Fülle von Vorschlägen in Form von Patenten oder andern Publikationen vor, die zum Ziel haben, die Metallschmelze auf mehr oder weniger direktem Wege in

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Fertigprodukte umzuwandeln (z.B. Giesswalzen und Giessen zwischen parallelen fortlaufend sich bewegenden Bändern). Diese Vorschläge sind nur in den wenigsten Fällen in die Praxis umgesetzt worden, und dann eigentlich nur in der NE-Industrie. Die Hindernisse zu einer verbreiteten Verwendung sind hauptsächlich Schwierigkeiten praktischer Art, z.B. Dichtungsprobleme der Spaltfuge zwischen den stationären Giesstrichtern aus feuerfestem leicht zerbröckelndem Material und den wandernden Kühlflächen, kurze Standzeiten der Kühlflächen und auch die Einhaltung einer gleichmässigen Erstarrung. Ein anderes Prinzip der Verfestigung einer Metallschmelze ist das Aufschmelzverfahren (Aufschweissverfahren), wobei die Schmelze auf einen vorfabrizierten Draht, ein vorfabriziertes Band oder eine vorfabrizierte Platte aufgegossen wird.

Beim Ueberziehen eines Grundstoffes, z.B. Blechen, Rohren, Stangen u.a., mit einer auf seiner Oberfläche erstarrenden Metallschicht nach bekannten Plattierungsverfahren zum Zwecke einer Erhöhung der Rostbeständigkeit oder der Oberflächengüte wird zwar eine einwandfreie Haftung zwischen Grundstoff und Ueberzug verlangt, aber eine metallische (atomare) Bindung im Sinne einer Uebergangszone, bestehend aus einer Legierung zwischen den beiden Phasen, die einem beträchtlichen Verformungsgrad, z.B. durch Warmwalzen, standhält, wird kaum angestrebt oder erzielt. Ein schon 1936 vorgeschlagenes Verfahren für das Ueberziehen von Flussstahlblech mit Kupfer oder rostfreiem Stahl, gekennzeichnet durch das Walzgiessen einer Schmelze aus Kupfer oder rostfreiem Stahl, wobei das Flussstahlblech durch das Schmelzbad und die Mitte der im Walzspalt sich verfestigende Schmelze geführt wird, wurde auch für die Herstellung von dicken Blechen aus einem einzigen Metall ver-

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wendbar angesehen, aber dürfte kostenmässig oder qualitätsmässig mit herkömmlichen Herstellungsverfahren wohl kaum
ernstlich konkurrieren können.

Wenn die von der Schmelze zu benetzende Oberfläche des Grundmetalles nicht einer sorgfältigen Behandlung zur Entfernung der an ihr haftenden "Zündkörper" und Gase unterzogen wird, ist eine einwandfreie metallische Verbindung fast unmöglich herzustellen - es sei denn, dass eine Verflüssigung der Oberfläche zustandegebracht wird, was aber eine üeberhitzung der Schmelze und/oder eine Vorheizung des Grundstoffes erfordert. Die üeberhitzung ist mit übermässigem Verschleiss von feuerfesten Ofenauskleidungen verbunden und eine Vorheizung des
Grundstoffes ist häufig mit einer Oxydation oder, z.B. bei
Stahl, gegebenenfalls mit einer Entkohlung der Oberflächenschicht verbunden, was zu Gasentwicklung und Porenbildung,
sowie Unterschieden in der Zusammensetzung in den Grenzgebieten führen kann.

Bei der sogenannten Dip-Forming-Anlage, die für die Herstellung von Draht aus Elektrolytkupfer verwendet wird, wird ein kalter vorgewalzter Kupferdraht in einem Tiegel - gefüllt mit geschmolzenem Elektrolytkupfer - von unten nach oben geführt, dessen Durchmesser dabei z.B. von 10 auf 16 mm ansteigt. Der Draht wird darnach auf beliebige Abmessungen verwalzt, wobei ein Teil auf einen solchen Durchmesser reduziert wird, dass er für die Wiederverwendung als Kerndraht geeignet ist. Ein solches Verfahren würde bei Massenfabrikation, wie z.B. für Stahldraht kaum ökonomisch konkurrenzfähig und hinsichtlich der Qualität nur in wenigen Fällen akzeptabel sein. Abgesehen davon, dass eine einwandfreie atomare Bindung schwierig

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herzustellen wäre, würde es bei Metallen und Legierungen
schwierig sein, einen Kerndraht mit exakt gleicher Analyse wie derjenigen der Schmelze zu erreichen, es sei denn, dass die Menge von Legierungs- und Begleitelementen auf derselben,
niedrigen und gleichmässigen Grosse gehalten werden könnte, wie im Falle von Elektrolytkupfer.

Während die oben erwähnten Plattierungsverfahren jeweils als eine der letzten Stufen - am häufigsten die letzte Stufe der Operationsfolgen zur Herstellung von (fast ausnahmslos) geschichteten Fertigungsprodukten angesehen werden können,schafft

Ansprüchen gekennzeichnete

die in den / Erfindung ein Verfahren, das zwar von einem Auftragen einer Schmelze auf einen verfestigten Grundstoff Gebrauch macht, aber mit dem Ziel, die Ueberführung der Schmelze ' in fester Form zu beschleunigen, wobei ein derart feinkörniges Gussgefüge ausgebildet wird, dass ein kleinerer Grad von Durchkneten erforderlich ist als was für Gussgefüge konventionell gegossener Blöcke oder Stränge zur Erzielung der verlangten technologischen Prüfungswerte notwendig ist. Dies bedeutet
weiterhin, dass, weil verhältnismässig kleinere Durchmesser von Halbzeug aus Qualitätsgründen hergestellt werden können,
billigere Ausrüstungen verwendet werden können und weniger Aufwand für die Weiterverarbeitung notwendig ist. Hierbei erfolgt die Durcherstarrung eines Strangquerschnittes schritt·^ oder stufenweise. Ein Ausgangs- oder Grundmaterial, vorzugsweise als Band, Streifen, Draht mit einem im Verhältnis zum Querschnitt des fertigen Halbzeugs erheblich kleineren Querschnitt verfestigt, wird als Kühlmittel für die Verfestigung des
restlichen Teils des endgültigen Querschnittes verwendet. Dabei wird dieses Ausgangsmaterial mit einer auf ihm erstarrenden Schmelze überzogen, z.B. durch mehrmalige Tauchen oder Aufgiessen

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nachdem es jeweils auf eine geeignete Temperatur gebracht worden ist, und zwar in einer Atmosphäre, die eine einwandfreie Verbindung begünstigt oder nicht beeinträchtigt. Der auf diese Weise verfestigte Strang kann, um eine einwandfreie metallische (atomare) Bindung in den Grenzbereichen zwischen Äusgangsmaterial und aufgegossenen Metall sicherzustellen, vor einer nennenswerten Abkühlung einem Druck, z.B. durch Walzen, Schmieden, Pressen u.a. ausgesetzt werden. Dabei ist allerdings zu beachten, dass dieser Druck nicht so hoch sein darf, dass er eine zur Rissbildung führende Verformung verursacht. Eine massgebliche Verformung darf erst stattfinden, nachdem der Strang eine entsprechende Plastizität infolge einer entsprechenden Temperatursenkung erfahren hat, was allerdings in diesem Falle viel früher eintritt als bei Strängen, deren Wärmeinhalt gänzlich von ihren Umfangsflachen abgeführt v/erden muss, und die deshalb eine mit dem Quadrat des Durchmessers zunehmende Erstarrungszeit aufweisen.

Um eine gleichmässige Zusammensetzung durch den ganzen Stangquerschnitt zu bekommen, werden am zweckmässigsten das Ausgangs- oder Grundmaterial und der oder die Ueberzüge aus der gleichen Schmelze verfertigt. Die für eine schnelle Uebertragung der Schmelzwärme auf das Grundmaterial günstige Form kann dem Grundmaterial schon bei seiner Verfestigung oder duch eine formgebende Behandlung nach der Erstarrung gegeben werden.

Eine einwandfreie metallische (atomare) Verbindung zwischen einem schon verfestigten Grundstoff und dem ihm überzogenen Metall kann hergestellt werden, ohne dass eine Verflüssigung der GrundstoffOberfläche zustandekommt. Eine Voraussetzung hierfür ist allerdings, dass die Oberfläche frei von an ihr

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haftende Stoffe oder Gase ist. Selbstverständlich dürfen keine trennenden Stoffe, wie Schlacke oder Oxyde vorhanden sein. Ebenso muss verhindert werden, dass von der Oberfläche schwer zu entfernende Gasfilme das Zusammenschweissen beeinträchtigen. Wenn die Verfestigung und Abkühlung des Grundstoffes nicht unter Ausschluss von solchen Gasen und Stoffen geschieht, müssen diese vor dem Aufgiessen der Schmelze entfernt werden. Unter Umständen kann der Schmelze statt dessen ein Mittel zugegeben werden, das eine ungewünschte Reaktion verhindert bzw. die trennende Wirkung der an der Oberfläche haftenden Elemente beseitigt, z.B. ein Desoxydationsmittel, das eine gasbildende Reaktion zwischen Oxyden und dem in der Schmelze gelösten Kohlenstoff verhindert.

In der Zeichnung sind mehrere beispielsweise Ausführungsformen des erfindungsgemässen Verfahrens anhand von Beispielen erfindungsgemässer Vorrichtungen dargestellt. Es zeigen:

Fig. 1, eine erste Ausführungsform zur Erzeugung eines bandförmigen Metallstranges, schematisch im Vertikalschnitt;

Fig. 2, die Anlage nach Fig. 1 im Grundriss;

Fig. 3, eine zweite Ausführungsform einer Anlage im Aufriss;

Fig. 4, einen Grundriss der Anlage nach Fig. 3;

Fig. 5, eine weitere Ausführungsform einer Anlage im Querschnitt ;

Fig. 6, die Anlage nach Fig. 5 im Grundriss;

Fig. 7, ein viertes Ausführungsbeispiel einer Anlage;

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Fig. 8 und 9, im Vertikalschnitt und Grundriss eine weitere eine weitere Ausführungsform; und

Fig. 10 und 11, ein letztes Ausführungsbeispiel einer Anlage ebenfalls im Vertikalschnitt bzw. im Grundriss.

Durch Patentveröffentlichungen sind" Verfahren bekannt, wonach die einer Kokille zugeführte Schmelze mit einem Kühlmittel in Form eines Drahtes, von Kugeln, Splitter, Pulver, etc. beschickt wird, um die Temperatur der Schmelze herabzusetzen, sowie zur raschen Erzeugung von Kristallisationskeimen. Das Kühlmittel ist meist von einer möglichst gleichen Zusammensetzung wie diejenige der Schmelze. Da es aber unter Betriebsverhältnissen fast unmöglich ist, Kühlmittel zu erzielen, die absolut identische Zusammensetzung mit derjenigen der Schmelze haben, ist es wichtig, dass das Kühlmittel grösstenteils zum Schmelzen kommt, um damit einigermassen einen Analysenausgleich zwischen dem zugegebenen Kühlmittel und der umgebenden Grundmasse zu erreichen. Die am Kokillenrand sofort erstarrte Gusshaut kann jedoch vom Kühlmittel analysenmässig nicht beeinflusst werden und es besteht die Gefahr - wenigstens wenn das Kühlmittel als Kugeln oder Granulate zugeführt werden -,dass ein Teil des zugeführten Kühlmittels so nahe an die erstarrende Randschicht gelangt, dass es nicht schmilzt, und sich nicht gänzlich mit der Grundmasse verschweisst. Dabei können Fremdelemente (z.B. Oxyde, Gase, etc), die auf der Fläche des Kühlmittels haften und die Verbindung weiter beeinträchtigen. Damit werden Innenfehler erzeugt.

Bei der Erzeugung eines Knüppels oder einer Bramme (Platine) in bevorzugten Ausführur.gsformen des vorliegenden Verfahrens

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besteht keine Gefahr - die übrigens auch bei andern bekannten Verfahren des Plattierens, z.B. bei Dip-forming, herrscht -, dass im Querschnitt des Stranges Einschlüsse mit einer von der Schmelze verschiedenen Zusammensetzung entstehen, weil von ein und derselben Schmelze ausgegangen wird. Zweitens ist die Gefahr einer nicht zufriedenstellenden Fusion geringer, weil das als Kühlmittel oder Grundstoff benützte Material direkt nach seiner Verfestigung und der Erreichung der geeigneten Temperatur verwendet wird (ohne eine Anzahl von Verarbeitungsprozessen und eine Lagerung an der Luft zu erfahren), umso mehr als es mit relativ einfachen Mitteln möglich ist, die Fremdelemente fernzuhalten bzw. zu entfernen, falls ein Kühlmittel oder ein auf der Kühlfläche angebrachtes Schmiermittel auf dem Band haftende Rückstände verursacht hat.

Im Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 und 2 ist das Prinzip des Verfahrens verwendet bei der Herstellung von flachen Stahlsträngen, z.B. Platinen,dargestellt. Von einem Warmhalteofen oder einer Pfanne 1 wird die Schmelze 8 über Verteilrohre 12 zu Gefässen 4, 5, 6 und 7 geleitet. Diese Gefässe 4 sind über einem fortlaufenden gekühlten Band 2 in Längsrichtung verteilt. Dabei bildet jedes Gefäss, wie beim Gefäss 4 angedeutet, eine Spaltöffnung 3 in Fahrtrichtung des Bandes. Die Schicht 9, die sich innerhalb des Gefässes auf dem Band bildet und die auf diesem Band erstarrt, wird fortlaufend abgezogen und darauf gekühlt ,z.B. auf etwa 1000° C.

Mit einer entsprechenden Temperatur trifft die Schicht 9 am Gefäss 6 ein und dient dort als Band- bzw. Kühlfläche.

Die aus dem Gefäss 4 abgezogene Schichtdicke ist von der Kühlintensität einer unter dem Band 2 angeordneten Kühleinrichtung

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14, der Länge der Berührungsfläche zwischen Band 2 und Schmelze 8 und der Bandgeschwindigkeit abhängig. 2 bis 5 mm dicke Schichten dürften zweckmässig sein, weil bei dünneren Schichten und verhältnismässig langen Berührungsflächen die Bandgeschwindigkeit relativ gross und bei dickeren Schichten und verhältnismässig kurzen Berührungsflächen relativ klein wird (rasch abnehmende Zuwachsgeschwindigkeit und eine mit zunehmender Dicke zunehmende Korngrösse des Gefüges).

Die auf der ersten Schicht 9 sich im Bereich des Gefässes 5 bildende und verfestigende neue Schicht 15 nimmt in der Dicke nicht so rasch zu wie die Schicht 9, weil ja die Temperatur derselben höher ist als diejenige des als Kühlfläche dienenden Transportbandes 2. Damit geht die Wärmeübertragung von der Schmelze auf die Schicht 9 langsamer vor sich. Die Länge der Berührungsfläche der Schicht 9 mit der Schmelze im Gefäss 5 wird im Hinblick auf die gewünschte Dicke der Schicht 15 gewählt, weil die Bandgeschwindigkeit von Gefäss zu Gefäss die gleiche ist.

Der unter dem Gefäss 5 austretende dickere Strang, der durch die innige Verbindung der Schicht 15 mit der Schicht 9 gebildet wird, wird wieder abgekühlt (Kühlmittel nicht dargestellt), um als Kühlfläche bei der Bildung einer weiteren Schicht im Gefäss.6 zu dienen. Der Vorgang wird wiederholt, bis die gewünschte Dicke erreicht worden ist.

Die Kühlung zwischen den Gefässen kann entweder wie gezeigt mit wassergekühlten Rollen 11 erfolgen, die einen für die Sicherstellung eines innigen Kontaktes and den Berührungsflächen zwischen den Schichten geeigneten Druck ausüben

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können, oder mittels mitlaufender gekühlter Bänder, Kühlbacken oder aufgesprühter Flüssigkeiten.

Der Strang muss besonders im Bereich der Gefässe 5, 6 und 7 sorgfältig und gleichmässig geführt werden. Obwohl der aus Gefäss 4 abgezogene Strang später als Kühlfläche dient, kann es unter Umständen zweckmässig sein, das Band 2 oder ein anders nachfolgendes Band zur Unterstützung und Führung des Stranges zu verwenden. Dieses Band könnte dann auch als Kühlfläche für die Schmelze dienen, die gegebenenfalls zv/ischen den Rändern des Stranges und den Seitenwänden der Gefässe 4,5,6 und 7 durchsickert. Andernfalls können für diesen Zweck im Bereich der Gefässe unterhalb (und eventuell seitlich) des Stranges Kühlbacken angeorndet werden. Schliesslich ist es auch möglich, eine Abdichtung durch elektromagnetische Mittel vorzusehen, wie

dies im Patent ...(Patentanm. vom gleichen Tage, uns.Zeichn.1A-47239 Vi.ι nur

erläutert ist. Ein Teil der Führungsrollen bzw. Führungsbänder sind zweckmässig angetrieben, und üben einen leichten Druck auf den Strang aus.

Im Falle, wo auf eine Fusion schädlich wirkende Fremdelemente vom Strang nicht ferngehalten werden können, ist es zweckmässig, die Strangoberfläche zu reinigen bevor diese mit der Schmelze in Berührung kommt. Ein an der Strangfläche haftender Gasfilm kann für die Herstellung einer einwandfreien metallischen Verbindung sehr schädlich sein. Die idealste Lösung: ist natürlich, das ganze Verfahren im Vakuum durchzuführen oder wenigstens den Strang vor und bei der Kontaktnahme mit der Schmelze durch eine Vakuumkammer oder einen mit einer geeigneten Atmosphäre (Inertgas, reduzierend wirkendes Gas) oder einem geeigenten Stoff (Flüssigkeit, wie geschmolzenes bzw. gelöstes Salz, ein Pulver

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etc.) gefüllten Raum zu führen. Eine schnelle Erhitzung der Strangoberfläche, z.B. mittels Induktionsheizung, Plasmabrenner, etc., kann für die Entfernung von an der Strangfläche haftenden Fremdelementen ebenfalls verwendet werden. Nachdem die gewünschte Strangdicke erreicht worden ist und die Strangtemperatur bis auf normale Walz- und Schmiedetemperatur gesunken ist, kann eine massgebende Verformung vorgenommen werden. Ein Wärmeausgleichsofen ist dann zweckmässigerweise dem Walzwerk vorgeschaltet.

Die Anordnung nach Fig. 1 und 2 hat den Nachteil, dass die Abstände zwischen den Gefässen gross und damit die Rohrleitung für die Zufuhr der Schmelze an dieselben sehr lange sind. Um ein Zufrieren bzw. zu niedrige und zu ungleiche Temperaturen in den einzelnen Gefässen zu vermeiden, kann zwar eine Heizung, z.B. Induktions- oder Widerstandsheizung, vorgesehen sein. Jedoch sind näher aneinander angeordnete Gefässe und kürzere Zuleitungen bevorzugt.

Im Ausführungsbeispiel nach Fig. 3 und 4 wird der flache, auf dem fortlaufenden Band 2 verfestigte Strang 9 in einer Schleife nach oben geführt, um jedesmal, wenn er in die' Horizontallage zurückgeführt wird, erneut mit der Schmelze 8 in den Gefässen 5, 6 und 7 in Berührung zu kommen. Die Gefässe 4, 5, 6 und 7 sind untereinander verbunden, wobei das Gefäss 5 etwas tiefer angeordnet ist als das Gefäss 4, das Gefäss 6 tiefer als das Gefäss 5 usw., damit die Schmelze im letzten Gefäss 7 bei Gussende zuletzt geleert wird.

Falls der Strang vor seinem Eintritt in das letzte Gefäss nicht in die Horizontale gerichtet wird, sondern in einer Schleife

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im Schmelzbad eintaucht, bildet diese eine Schleuse. Damit kann das Verfahren im geschlossenen Raum mit gewünschten Druck- und Atmospharenverhältnissen durchgeführt werden. Das Zufuhrrohr 12 für die Schmelze wird dann gasdicht durch die Wand eines Gehäuses 20 geführt. Anstatt die Schmelze im letzten Gefäss 7 als Gasschleuse zu benutzen, kann der Strang ohne gekrümmt und ausgerichtet zu werden in ein mit einer andern Flüssigkeit gefülltes Rohr oder einen Behälter mit geeigneter Form geführt werden und erste darnach gerade gerichtet werden. Dieses Richten kann mit Hilfe eines Walzenpaares geschehen, das gleichzeitig die Fusion der Schichten sicherstellt, falls eine Verformung eintreten sollte.

Die Fig. 5 und 6 zeigen schematisch das Aufgiessen mittels des Eintauchens einer auf einer Trommel 1 verfestigten Schicht 9. Der Strang wird hier spiral- oder schraubenförmig geführt. Die Schmelze kann als Trennung der Räume oberhalb des von den Schleusen getrennten Schmelzspielgesl verwendet werden. Jede Schleife kann also von den andern mit Wänden getrennt werden, so dass ungleiche Atmosphären und Druck verwendet werden könne. Anstatt die Schmelze als trennendes Element zu benützen, können andere Flüssigkeiten, z.B. für das Reinigen, die Kühlung oder den Wärmeausgleich, verwendet werden. Der Uebersichtlichkeit halber ist nur eine solche Trennung gezeigt.

Die in Fig. 3 dargestellte Vorrichtung dient zur Erzeugung von Bändern, die in bezug auf ihre Querschnittsform den in konventionellen Stranggiessanlagen hergestellten rechteckförmigen oder quadratischen Strangquerschnitten ähnlich sind. Um nun den Strang in der kleinstmöglichen Anzahl von Beschichtungsvorgängen herzustellen, ist es notwendig, die Grundmasse,

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d.h. die erste Schicht, nicht nur selbst möglichst gross zu halten, sondern auch mit möglichst grosser Oberfläche auszustatten. Um dieser Bedingung innerhalb des Endquerschnittes oder innerhalb einer Annäherung zu diesem zu genügen, wird der ersten Schicht im Ausführungsbeispiel nach Fig. 3 ein wellenförmiger oder Zick-Zack-Querschnitt erteilt.

Die wassergekühlte Trommel 1 hat zu diesem Zweck ein wellenförmiges Profil. Die auf der Trommel gebildete wellenförmige Schicht 9 wird mittels des Rollenpaares 3 so v/eit zusammengedrückt, dass die beim Eintauchen in der Schmelze 2 in die Wellentäler eindringende Schmelze durch Uebergang der Schmelzwärme auf die schon erstarrte Schicht 9 und damit der volle Strangquerschnitt sofort beim Eintauchen erstarrt. Die Schmelze wird durch das Rohr 12, dem Trommelbad und durch Kanal 13 der Schleuse 14 zugeführt.

Durch eine Haube 4 ist der Raum oberhalb des Schmelzspiegels unter der Trommel und in der Eintrittsöffnung für den Strang in^die Schleuse von der Aussenatmosphäre getrennt. Durch das Rohr 5 kann dieser Raum unter Unterdruck gesetzt werden bzw. können die durch ein Rohr 6 eventuell eingeblasenen Gase wieder abgesaugt werden.

Die auf der Trommel 1 erstarrte Schicht 9 wird vor dem Eintauchen in die Schleuse gekühlt. Dies kann mittels Rollen oder Kühlbacken geschehen, oder aber eine Schleuse, welche Kühlmittel enthält, durch das die Schicht in einer zusätzlichen Schleife geführt wird, kann zwischen der Trommel und der die Schmelze enthaltenden Schleuse angeordnet werden. Die Kühlanordnungen sind in Fig. 3 nicht gezeigt.

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Beim Auftauchen aus der in der Schleuse enthaltenden Schmelze ist der ganze Querschnitt durcherstarrt. Weil die äußersten Seitenwände (Schenkel) der gewellten Schicht etwas nach außen geneigt sind, hat der Strang im Querschnitt etwa die Form nach Schnitt A-A. Da der breitere Teil des Querschnittes ein Innenbogen ist, wird beim Anpressen der Seitenwände mittels parallelen Rollen 10 die innere Hälfte des Strangquerschnittes mehr gestreckt als die äußere, und der Strang richtet sich aus. Der Querschnitt erhält somit etwa die Form nach Schnitt B-B.

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Fig. 7 zeigt eine weitere Variante, bei der der Primärstrang aus der gleichen Schmelze verfestigt wird, wie die weiteren später aufzubauenden Schichten. Eine Trommel 1 zieht aus der Schmelze 2 eine erstarrende Schicht 3, welche, nachdem sie die Schmelze verlassen hat auf dem Umfang der Trommel weiter abgekühlt wird. Eine oder mehrere Walzen 4 können einen leichten, angemessenen Druck auf die_> Schicht ausüben, um die Oberfläche der Schicht zu glätten und / oder einen guten Wärmekontakt mit der Trommel zu garantieren.. Diese Schicht wird dann von der Trommel abgestreift und läuft nachfolgend durch ein gezahntes Walzenpaar 5, wo eine Verformung erfolgt - hier quergestellte Rillen oder Falten - die dazu dienen soll, dem Endprodukt dieses Prozesses geeignete Form zu geben und einen beschleunigten Dickenzuwachs im Hinblick auf diese Form zu geben. Das verformte Metallband taucht nach einer weiteren Verformung wieder in die Schmelze ein 2, wo sich die Hohlräume zwischen den Rillen mit schnell erstarrender Schmelze auffüllen 6. Diese Verformung begünstigt einen raschen Wärmeentzug und macht einen Schichtenaufbau mit Hinsicht auf die Form des Endproduktes möglich.

Auf Schicht 3 wird jetzt eine weitere erstarrende Schicht 7, die ihrerseits auf einem umlaufenden Band 8 zur Erstarrung gebracht wird, (alle Kühlanordnungen sind aus der Figur weggelassen worden) angelagert und mit ihr verbunden. Auf dieser neu aufgebauten Schicht wird weiter Schmelze verfestigt. Der Schichtendickenzuwachs geht jetzt langsamer vor sich, da die Erstarrungs- und Abkühlungswärme schon über eine relativ dicke Schicht abgeführt werden muss.

Ein zweites umlaufendes Band 9, auf dem sich auch schon eine Schicht verfestigt hat, wird mit den schon erstarrten und zu-

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sammengesetzten Schichten 3 und 7 verbunden. Mit Hilfe dieses Bandes kann ein geeigneter Druck auf die aufgebauten Schichten ausgeübt werden, um die Ergänzung einer metallischen Bindung zwischen den Schichten zu gewährleisten. Schmelze 2 wird durch das Schmelzzuführungsrohr 10 zugeführt. Die Schmelze und der erstarrte Primärstrang befinden sich am zweckmässigsten in einer Kammer, die durch das Rohr 11 evakuiert werden kann.

Zum Schutz der Oberfläche des Metallstranges und der Schmelze kann ein Vakuum sehr erwünscht bzw. notwendig sein. Durch die Zuführ.ungs leitung 12 können erforderliche oder erwünschte reduzierend oder oxydierend wirkende Gase oder ein Schutzgas zugeführt werden.

Fig. 8 zeigt eine weitere Variante des Verfahrens, bei der die Primärschicht 1 auf einem umlaufenden Band 2 (Kühlanordnungen sind nicht eingezeichnet worden) verfestigt wird. Die nachgeschalteten Walzen 5 glätten ev. Unebenheiten der Oberfläche der Schicht 1 aus und garantieren den mechanischen Kontakt und den Wärmekontakt mit dem Band. Die Schicht wird mittels einer Abstreifanordnung 4 vom Band abgelöst und mit einer leichten Krümmung versehen. Die abgelöste Schicht 1 wird zwischen den Führungswänden 6 geführt und erfährt anschliessend zwischen dem Profil-Rollenpaar 7 eine Verformung zur Erzeugung quer verlaufender Wellen. Die Riehtanordnung garantiert ein exaktes Hineinführen zwischen die Bänder 9 der nachfolgenden Bandgiessanlage. Die Schmelze 3 fliesst zwischen der wellenförmig verformten Schicht 1 und den umlaufenden Bändern 9 ein und erstarrt sowohl an diesen Bändern als auch an der wellenförmigen Primärschicht, was ein schnelles Durcherstarren garantiert. Nachfolgend kann der aus den drei

Schichten gebildete Strang 14 durch ein Walzenpaar 10 ausgewalzt werden, um eventuelle Unvollkommenheiten im Inneren des Stranges zu beheben oder um dem Strang eine gewünschte Verformung zu geben.

Das Band 2, an dem sich die Primärschicht verfestigt, und die Bänder 9 der Bandgiessanlage müssen natürlich verschiedene Umlaufsgeschwindigkeiten haben, da die Längenreduktion des Primärbandes bei der Verformung berücksichtigt werden muss.

Die Schmelze wird durch das Zuführungsrohr 11 in die Giessanlage geleitet. Die Schmelze wird von den Seitenwänden 12 und gegen unten durch einen feuerfesten Einsatz 13 begrenzt, der mit den Bändern 2 und 9 dichtend zusammenwirkt.

Bei dem in den Fig. 10 und 11 dargestellten Ausführungsbeispiel wird aus einer Schmelze 2 mit Hilfe einer gekühlten Trommel 13 (Kühlanordnungen nicht eingezeichnet), die eine in Umfangsrichtung gerillte Oberfläche hat, eine Schicht 1 abgezogen. Die nachfolgenden ebenfalls gerillten Walzen 3 dienen dazu, eventuelle Unebenheiten der Schichtoberfläche zu glätten und den Wärmekontakt und den mechanischen Kontakt mit der Trommeloberfläche zu garantieren. Mit Hilfe einer Abstreifvorrichtung 4 wird die Schicht von der Trommeloberfläche, gelöst, in einen Bogen geführt und mit Hilfe von Rollen und / oder Backen 5 zusammengedrückt, so dass zwischen den Faltungen kleinere Spalträume entstehen, die sich beim Wiedereintauchen in die Schmelze 2 füllen und deren Inhalt schnell erstarrt. Der Strang wird vor dem Wiedereintauchen in die Schmelze durch Biegewalzen mit einem Biegeradius vorbestimmter Grosse versehen, so dass der Strang etwa auf einer

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Kreisbahn durch das Schmelzbad wandert. Nachdem der Strang das Bad verlassen hat, wird er mittels Walzen gerichtet und in Stücke geschnitten und zu Endprodukten weiterverarbeitet. Die Biege- und Richtwerke sind der Uebersichtlichkeit halber in der Zeichnung nicht eingezeichnet.

Da das Verfahren zum Schutz der Oberfläche der Schicht, z.B. bei Stahl in einer sauerstoffreien Atmosphäre, vor sich gehen sollte, ist angedeutet worden, dass der Raum über der SchmeIzenoberfläche 7 und der Primärschicht 1 durch ein Gehäuse 6 abgeschlossen ist. Anstelle eines Vakuums kann ein die Wärmeübergangszahl der Schichtoberfläche nicht beeinträchtigendes Gas im Gehäuse 6 verwendet werden, das durch das Zuführungsrohr 11 in das Gehäuse 6 eingeführt werden kann.

Während bei der zeichnerischen Darstellung in Fig. 10 davon ausgegangen wird, dass der Druck im Gehäuse, d.h. über dem Schmelzenspiegel· 7 dem Atmosphärendruck gl·eich ist, so dass der Spiegel 8 auf gleicher Höhe liegt, wird dieser Spiegel 8 fallen, wenn im Gehäuse 6 durch eine bei 12 angeschlossene Vakuumpumpe ein Unterdruck erzeugt wird bzw. höher liegen als der Spiegel 7, falls mittels des eingepumpten Schutzgases ein Ueberdruck aufrechterhalten wird.

Natürlich kann ein nach diesen Beispielen hergestellter Strang in gewünschten Längen, z.B. mit Scheren, Sägen oder Laserstrahlen, geschnitten werden und zu Blechen, Bändern, Spuien, Pl·atten und dergleichen ausgewalzt werden. Ein breiter Strang könnte zu kleineren Produkten aufgeschnitten werden und dann weiter, z.B. zu Stangen weiter verarbeitet werden.

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Es ist wesentlich festzuhalten, dass ein Strang der wie als bevorzugt beschrieben seinen ganzen Querschnitt aus der gleichen Schmelze erhält und bei welchem durch die beschriebenen Massnahmen die Verbindungsflächen vor dem Aufgiessen neuer Schmelze konditioniert werden, ein einheitliches Gefüge erhält und trotz Herstellung in mehreren Schichten oder Lagen keinen Mehrschichten-Charakter zeigt.

Es ist offensichtlich, dass der Strang bzw. .dessen einzelne Teile einer Kühlung und Abstützung bedarf, insbesondere dort, wo Schmelze erst vor kurzem zur Erstarrung gekommen ist. Die hierzu notwendigen Einrichtungen sind der üebersichtlichkeit halber in der Zeichnung weitgehend weggelassen worden.

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Claims (8)

P. .a. t. e. η t. .a. n. .s. p. r ü c. h e

1. Verfahren zur Erzeugung von strangförmigen, metallischen Gegenständen, insbesondere aus Stahl, wobei durch Abziehen von Material aus der Schmelze mittels einer bewegten Formwand ein Strang gebildet wird', dadurch gekennzeichnet, dass der Strang nach Erstarrung im ganzen Querschnitt mit der Schmelze erneut in Berührung gebracht und an diesem aus der Schmelze eine weitere Schicht gebildet wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Strang mehrmals mit der Schmelze in Berührung gebracht wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Strang von der Formwand getrennt wird bevor dieser mit der Schmelze in Berührung gelangt.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Strang in der Schmelze getaucht wird.

5. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Strang zwischen zwei Durchgängen durch die Schmelze mit einer Kühlfläche in Berührung gebracht wird.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die gekühlte Strangoberfläche nach Verlassen der Kühlfläche mit einem flüssigen Kühlmittel gekühlt wird.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Strangoberfläche vor der Berührung mit der Schmelze von Kühlmittelrückständen befreit wird.

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8. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Strang vor dem Eintritt in die Schmelze verformt wird.

9. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass unmittelbar nach Erstarrung der Schicht auf diese ein Druck ausgeübt wird.

10. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberfläche des Stranges oder die Formwand vpr Berührung mit der Schmelze in einer oxydierenden oder reduzierenden Gasatmosphäre gereinigt wird.

11. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass als Formwand die erste Schicht des Stranges verwendet wird.

12. Verfahren zur Erzeugung von strangförmigen Gegenständen, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere erstarrte Materialschichten, die vorzugsweise aus der gleichen Schmelze gebildet sind, in einer bzw. der gleichen Schmelze zu einem Strang verbunden werden.

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