DE19814988C2 - Casting process for a thin metal strip - Google Patents
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Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Gießverfahren für ein dünnes Metallband, wobei ein Mutterband mit einer Mutterbanddicke mit einer Gießgeschwindigkeit von oben nach unten durch eine sich in einer Gießkokille mit Schmalseiten, Breitseiten und ei nem unteren Rand befindlichen Metallschmelze gezogen wird, so daß ein erster Teil der Metallschmelze zumindest einseitig als Mittelschicht mit einer Mittelschichtdicke auf das Mutterband aufkristallisiert und mit diesem verschweißt.The present invention relates to a casting process for a thin metal strip, wherein a mother tape with a mother tape thickness with a casting speed from above down through one in a casting mold with narrow sides, broad sides and egg metal melt located at the bottom is drawn so that a first part the metal melt at least on one side as a middle layer with a middle layer thickness crystallized on the mother tape and welded to it.
Ein derartiges Gießverfahren ist aus der EP 0 311 602 B1 bekannt.Such a casting process is known from EP 0 311 602 B1.
Beim Inversionsgießen, wie es bspw. in der EP 0 311 602 B1 beschrieben ist, wird ein Mutterband durch eine Metallschmelze gezogen. Dabei kristallisiert auf das Mut terband eine Schicht aus der Schmelze auf und verschweißt mit dem Mutterband. Dieses Verfahren ist durch inerten Wärmefluß gekennzeichnet, bei dem die Wärme der Schmelze nicht an eine Standkokille oder eine mitlaufende Kokille, also nach au ßen, abgeführt wird, sondern in das Mutterband, also nach innen fließt. Aufgrund der frei erstarrenden Oberfläche der Schmelze kann aber beim Inversionsgießen keine glatte Oberflächenkontur erzeugt werden. Die Oberfläche muß daher in einem dem Gießprozeß unmittelbar nachgeschalteten Glättstich geglättet werden.In inversion casting, as described, for example, in EP 0 311 602 B1 a mother tape pulled through a molten metal. It crystallizes on courage Taped a layer of the melt and welded to the mother tape. This process is characterized by an inert heat flow, in which the heat the melt does not adhere to a stationary mold or a moving mold, i.e. to the outside eats, is led away, but in the mother band, that is, flows inwards. Due to the The freezing surface of the melt cannot be used in inversion casting smooth surface contour are generated. The surface must therefore be in one Casting process immediately downstream smoothing stitch are smoothed.
Beim üblichen Stranggießverfahren wird eine Metallschmelze zwischen die Wände einer Stranggießkokille gegossen, so daß die Metallschmelze zunächst an den Ko killenwänden erstarrt, sich also zunächst eine Strangschale bildet. Das Innere des gegossenen Stranges ist noch flüssig und erstarrt erst nach den Außenschalen.In the usual continuous casting process, a molten metal is between the walls poured a continuous casting mold, so that the molten metal first to the Ko Killenwalls solidified, so initially a strand shell forms. The inside of the cast strand is still fluid and only solidifies after the outer shells.
Beim Zweirollen-Gießverfahren wird eine Schmelze zwischen zwei gekühlte Rollen gegossen. Die Schmelze erstarrt auf den Rollenoberflächen und wird dann nach un ten aus dem Spalt zwischen den Rollen als Metallband abgezogen.In the two-roll casting process, a melt is created between two cooled rolls poured. The melt solidifies on the roll surfaces and then becomes un pulled out of the gap between the rollers as a metal band.
Die oben beschriebenen Verfahren haben alle ihre spezifischen Nachteile. Beim Stranggießen kann die Dicke des gegossenen Stranges nur schwer unter 40 mm ge senkt werden. Ferner können nur Monowerkstoffe gegossen werden. Auch beim Zweirollen-Gießen können nur Monowerkstoffe erzeugt werden. Beim Inversionsgie ßen ist zwar die Erzeugung von Verbundwerkstoffen möglich, das gegossene Metall band muß aber einem Glättstich unterzogen werden.The methods described above all have their specific disadvantages. At the Continuous casting is difficult for the cast strand to be less than 40 mm be lowered. Furthermore, only mono materials can be cast. Also at Two-roll casting can only produce mono materials. In inversion casting It is possible to produce composite materials, the cast metal band must be subjected to a smoothing stitch.
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 Ver bundmaterial herstellbar sein.The object of the present invention is to provide a method by means of which a thin band can be cast, which without a separate Smoothing stitch can be processed immediately. The method Ver be able to produce bundle material.
Die Aufgabe wird dadurch gelöst, daß ein zweiter Teil der Metallschmelze auf minde stens einer der Breitseiten zu einer Außenschale mit einer Außenschalendicke kri stallisiert, die spätestens bei Erreichen des unteren Randes mit dem Trägerband ver schweißt.The object is achieved in that a second part of the molten metal on minde at least one of the broad sides to an outer shell with an outer shell thickness kri installed that ver at the latest when reaching the lower edge with the carrier tape welds.
Die Breitseite, auf der die Außenschale kristallisiert, kann im wesentlichen eben aus gebildet sein und in vertikaler Richtung oszillieren. Vorzugsweise ist die betreffende Breitseite jedoch zylindrisch ausgebildet und rotiert mit der Gießgeschwindigkeit um eine horizontale Achse. The broadside, on which the outer shell crystallizes, can essentially be flat be formed and oscillate in the vertical direction. Preferably the one in question Broadside, however, cylindrical and rotates at the casting speed a horizontal axis.
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.If the casting speed is adjustable and / or the mother tape is heated by the molten metal before drawing and / or the broadsides are cooled in a controlled manner, is the simple Thickness of the crystallized layer adjustable.
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.As already mentioned in connection with the task, can the mother tape and the molten metal from different works fabrics exist. In particular, the mother band can be made of normal steel and the molten metal made of stainless steel, stainless steel or a non-ferrous material.
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.To protect against oxidation, the mother tape is pulled through before pulling the molten metal and the metal strip after pulling through the Metal melt preferably kept in an inert atmosphere. The Keeping the mother band in an inert atmosphere is especially then advantageous if the mother tape before pulling through the metal melt is heated.
Weitere Vorteile und Einzelheiten ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels. Dabei zeigen in Prinzipdar stellungFurther advantages and details emerge from the following Description of an embodiment. In principle show position
Fig. 1 eine Zweirollen-Gießmaschine und Fig. 1 is a two-roll casting machine and
Fig. 2 bis 5 alternative Ausführungsformen der Erfindung. Fig. 2 to 5 alternative embodiments of the invention.
Gemäß Fig. 1 weist eine Zweirollen-Gießmaschine zwei zylindrische Gießrollen 1 auf, die mit einer Umfangsgeschwindigkeit vU 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. Referring to FIG. 1, a two-roll casting machine two cylindrical casting rolls 1, v at a peripheral speed U to hori zontal roller shafts 2 rotate. The casting rolls 1 are spaced apart from each other by a distance a, so that a gap 3 remains between them, through which the thickness of a cast metal strip 4 is determined. The distance a is a maximum of 30 mm. It is typically between 5 and 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.The casting rolls 1 with their lateral surfaces 1 'form the broad sides of the casting mold. The point at which the rollers 1 are spaced apart by the distance a forms the lower edge of the casting mold le. The narrow sides of the casting mold, ie the side limita- tion plates of the two-roll casting machine, are not shown in Fig. 1 Darge.
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 vG gezogen. Die Mutterbanddicke d beträgt zwischen 0,3 und 5 mm, z. B. 1,0 mm.The casting mold formed by the two casting rolls 1 is from a storage container 5 via a feed device 6 , z. B. immersion tubes, filled with a molten metal 7 . Through the molten metal 7 , a mother tape 8 with a mother tape thickness d is drawn from top to bottom at a casting speed v G via drive rollers, not shown, which are arranged above and below the casting rollers 1 . The mother tape thickness d is between 0.3 and 5 mm, e.g. 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.Before the mother tape 8 is pulled through the molten metal 7 , the mother tape 8 is passed through a housing 9 . In the housing 9 , the mother tape 8 to protect against oxidation in an inert atmosphere, for. B. nitrogen held. In the housing 9 there is a heating element 10 , for. B. an induction furnace, by means of which the mother tape 8 can be heated. Mother the temperature belt 8 is adjusted by means of the heating element 10 is preferably such that the mother tape 8, which consists according to the embodiment of mild steel is in the austenitic range.
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 dm auf das Mutterband 8 auf und verschweißt mit diesem.After the entry of the mother tape 8 into the molten metal 7, a first part of the molten metal 7 - in the present case on both sides - is installed as a middle layer 11 with a medium layer thickness d m on the mother tape 8 and welded to it.
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 da. Wie aus Fig. 1 ersichtlich ist, verschweißen die Außenschale 12 und die Mittelschicht 11 im Trichterbereich der Zweirollen-Gießmaschine, also oberhalb des Spaltes 3.The jackets of the cylindrical casting rolls 1 are cooled. Consequently, a second part of the molten metal 7 crystallizes on the jacket surfaces to form an outer shell 12 with an outer shell thickness d a . As can be seen from FIG. 1, the outer shell 12 and the middle layer 11 weld in the hopper area of the two-roll casting machine, that is to say above the gap 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.As a result, the heat flow from the solidifying metal melt 7 is divided into a heat flow into the moving casting mold and into a heat flow into the inserted mother tape 8 . As a result, the casting rolls 1 can be operated at a higher temperature, since less heat has to be removed overall. Furthermore, the risk of longitudinal cracking decreases since the shrinkage on the outside of the metal strip 4 is less when cooling.
Sowohl die Gießgeschwindigkeit vG (die im übrigen stets gleich der Umfangsgeschwindigkeit vU 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 dm und die Außenschalendicke da in weiten Grenzen eingestellt werden. Insbesondere kann bei geeigneter Parameterwahl die Summe von Außenschalendicke da und Mittelschichtdicke dm nur halb so groß wie die Mutterbanddicke d sein.Both the casting speed v G (which is always the same as the circumferential speed v U ) and the temperature T of the mother tape 8 and the intensity of the cooling of the casting rolls 1 are gere adjustable adjustable. Furthermore, the distance a between the casting rolls 1 can also be set. By appropriately setting these parameters, the middle layer thickness d m and the outer shell thickness d a can be set within wide limits. In particular, with a suitable choice of parameters, the sum of the outer shell thickness d a and the middle layer thickness d m can only be half as large as the mother tape thickness d.
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.Because the welding of the outer shell 12 to the middle layer 11 is completed before the gap 3 is reached, the metal band 4 produced is completely solidified at this point in time, the casting rolls 1 also cause a smoothing stitch. The metal strip 4 therefore leaves the two-roll casting machine with a very smooth surface. Alternatively, the metal strip 4 could complete solidification and only upon reaching the gap. 4 In this case, the casting rolls 1 only affect the total thickness of the metal strip 4 .
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 Heizel ements 14 nachgeheizt, z. B. zum Temperaturausgleich vor einem nachfolgenden Warmwalzvorgang.To protect against oxidation, the metal strip 4 is kept after leaving the two-roll casting machine in a further housing 13 , which also with an inert atmosphere, for. B. nitrogen is filled. Here, too, the metal strip 4 is reheated by means of a heating element 14 , for. B. for temperature compensation before a subsequent hot rolling process.
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.The molten metal 7 can consist of the same material as the mother tape 8 . But it can also consist of a different material. E.g. the molten metal 7 can be made of stainless steel, stainless steel or a non-ferrous material. The mother band, however, is preferably made of mild steel, as already mentioned. In any case, care should be taken to ensure that the solidus temperature of the molten metal 7 is at most as high as the solidus temperature of the mother tape 8 . Because then the upper surface of the mother tape 8 can be heated up to the solidus temperature of the metal melt 7 . Thus, in this case, the crystallized middle layer 11 can be welded well to the mother tape 8 . Another prerequisite for a good connection between the middle layer 11 and the mother tape 8 is that the melting intervals of the mother tape 8 and the metal melt 7 overlap.
Die Gießrollen 1 sind üblicherweise aus Kupfer. Sie können aber auch aus einem anderen geeigneten Material, z. B. einem Keramikwerkstoff, bestehen.The casting rolls 1 are usually made of copper. But you can also from another suitable material, such. B. a ceramic material.
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.In the exemplary embodiment according to FIG. 1, the strip is passed between two casting rolls 1 and is provided with an additional layer essentially uniformly on both sides. The additional layer is the sum of middle layer 11 and outer layer 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.Alternatively, the mother tape 8 can also be guided by a conventional continuous casting mold. In such a continuous casting mold, which has broad sides 15 shown in FIG. 2 and narrow sides, not shown, the broad sides 15 are essentially flat. You oscillate, as indicated in Fig. 2 by the arrows, in the vertical direction. The casting mold is followed by smoothing rollers 16 , which smooth the surface of the cast metal strip 4 . The smoothing takes place immediately after casting, that is, before cooling and before any other processing of the metal strip 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.The embodiment according to FIG. 3 corresponds essentially to that of FIG. 2. However, the mother tape 8 is guided along one of the broad sides 15 . As a result, the mother tape 8 is provided on one side only with a middle layer 11 and an outer shell 12 .
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.Only einseiti ges coating is carried out of the mother strip 8 in the embodiment of FIG. 4. Here too, the mother tape 8 is guided along a broad side 15 of a mold. On the other side there is a casting wheel 17 , that is to say half of a two-roll casting machine.
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. The method according to the invention leads to a controlled generation of a complete composite material by a welded joint between the molten metal 7 and the mother tape 8 . Furthermore, both mono- and so-called sandwich materials can be produced with the method according to the invention, e.g. B. non-ferrous-non-ferrous composites, non-ferrous-ferrous composites and ferrous-ferrous composites. Especially in the production of composite materials, considerable follow-up costs can be achieved by replacing e.g. B. of solid mono products made of stainless steel through composite materials, in which the mother tape 8 made of mild steel and the middle layer 11 and the outer shell 12 made of stainless steel can be saved.
11
Gießrollen
Casting rolls
11
' Mantelflächen
'Mantle surfaces
22nd
Rollenachsen
Roller axes
33rd
Spalt
gap
44th
Metallband
Metal strap
55
Vorratsbehälter
Storage container
66
Zuführeinrichtung
Feeding device
77
Metallschmelze
Molten metal
88th
Mutterband
Mother band
99
, ,
1313
Einhausungen
Enclosures
1010th
, ,
1414
Heizelemente
Heating elements
1111
Mittelschicht
Middle class
1212th
Außenschale
Outer shell
1515
Breitseiten
Broadsides
1616
Glättwalzen
Smoothing rollers
1717th
Gießrad
a Abstand
D, d, dm Casting wheel
a distance
D, d, d m
, da , d a
Dicken
vU Thick
v U
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Geschwindigkeiten
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T temperature
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