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WO2000043563A2 - Verfahren und vorrichtung zur erzeugung von beschichteten strängen aus metall, insbesondere von bändern aus stahl - Google Patents

Verfahren und vorrichtung zur erzeugung von beschichteten strängen aus metall, insbesondere von bändern aus stahl Download PDF

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WO2000043563A2
WO2000043563A2 PCT/EP2000/000060 EP0000060W WO0043563A2 WO 2000043563 A2 WO2000043563 A2 WO 2000043563A2 EP 0000060 W EP0000060 W EP 0000060W WO 0043563 A2 WO0043563 A2 WO 0043563A2
Authority
WO
WIPO (PCT)
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thickness
metal strand
stripping
bath
melt
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Application number
PCT/EP2000/000060
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English (en)
French (fr)
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WO2000043563A3 (de
Inventor
Fritz-Peter Pleschiutschnigg
Original Assignee
Sms Schloemann-Siemag Aktiengesellschaft
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Sms Schloemann-Siemag Aktiengesellschaft filed Critical Sms Schloemann-Siemag Aktiengesellschaft
Priority to AU21062/00A priority Critical patent/AU2106200A/en
Priority to US09/889,521 priority patent/US6565925B1/en
Priority to DE50000212T priority patent/DE50000212D1/de
Priority to EP00901068A priority patent/EP1144705B1/de
Priority to AT00901068T priority patent/ATE219160T1/de
Publication of WO2000043563A2 publication Critical patent/WO2000043563A2/de
Publication of WO2000043563A3 publication Critical patent/WO2000043563A3/de

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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22D—CASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
    • B22D11/00—Continuous casting of metals, i.e. casting in indefinite lengths
    • B22D11/008—Continuous casting of metals, i.e. casting in indefinite lengths of clad ingots, i.e. the molten metal being cast against a continuous strip forming part of the cast product
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C2/00—Hot-dipping or immersion processes for applying the coating material in the molten state without affecting the shape; Apparatus therefor
    • C23C2/003—Apparatus
    • C23C2/0035—Means for continuously moving substrate through, into or out of the bath
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C2/00—Hot-dipping or immersion processes for applying the coating material in the molten state without affecting the shape; Apparatus therefor
    • C23C2/003—Apparatus
    • C23C2/0036—Crucibles
    • C23C2/00361—Crucibles characterised by structures including means for immersing or extracting the substrate through confining wall area
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C2/00—Hot-dipping or immersion processes for applying the coating material in the molten state without affecting the shape; Apparatus therefor
    • C23C2/50—Controlling or regulating the coating processes

Definitions

  • the invention relates to a method and a device for producing coated strands of metal, in particular steel strips, in which a metal strand is passed through the bottom of a vessel filled with melt of the same or different composition as the metal strand, the residence time of the Metal strand depending on the molten pool height, the casting speed, the metal strand thickness and the preheating temperature of the metal strand is selected so that the deposited melt on the metal strand assumes a desired thickness of several times the initial thickness of the metal strand and the metal strand with crystallized layer after exiting the Melt bath experiences a smoothing stitch, which is carried out when the surface temperature of the crystallized strand is lower than the solidus temperature of the melt pool and thus at least the surface of the crystallized layer is solidified.
  • the belt then experiences severe hypothermia as it passes through the pair of smoothing rollers, which causes the tendency to crack both along and across the belt direction. This danger increases with higher casting and rolling speeds.
  • the smoothing stitch is therefore carried out there when the surface temperature of the crystallized strand is lower than the solidus temperature of the melt pool and thus at least the surface of the crystallized layer has solidified. Nevertheless, it cannot be ruled out that the thickness of the crystallized layer fluctuates.
  • the invention is therefore based on the object of providing a method and a device which ensure smoothing of the strip with a strip thickness tolerance of at most 2% without cracking both in the surface and in the interior of the strip while controlling the thickness of the crystallization.
  • the main features for producing defect-free, flat-coated strips for example with a width / thickness ratio greater than 60 and a total thickness of at most 12 mm, preferably 2 to 6 mm, from one material or from composite materials of different metal qualities such as carbon steel as mono- material or carbon steel with a stainless steel coating of at least 5% of the total strip thickness as a composite material and a maximum thickness deviation of 2% between the edge (40 mm from the edge) and the center of the strip are the same with regard to the desired goal Thickness of the crystallized layer in particular characterized in that between the molten bath and the start of solidification on the strip surface, the crystallization is stripped to a smaller thickness with a desired thickness. In the end, only as much material is stripped or carried as is necessary to make the same To achieve the thickness of the crystallized layer over the length of the strand. The excess of the crystallized layer is thus stripped off.
  • the stripping of the crystallization with a desired thickness to a smaller thickness is advantageously carried out in the device between the molten bath and the start of solidification on the strip surface, the walls of the space accommodating the pair of smoothing rollers and the pair of smoothing rollers themselves being designed to be heat-controlled.
  • Mechanical stripping devices in the form of preferably knives are advantageously suitable for stripping, alternatively a pneumatic stripping device can be used.
  • Figure 1 is an overall view of the method and its device for smoothing coated strands of metal, preferably steel strips;
  • FIG. 2 shows a temperature field of the strand between the strip entry into the crystallizer and the pair of smoothing rollers during casting
  • FIG. 3 shows a coated strip between the melt pool surface in the crystallizer and the pair of smoothing rollers, detail from FIG. 1.
  • FIGS. 1 and 2 show the overall view of the method and the device for smoothing coated strands, preferably strips of steel 1, using a pair of smoothing rollers 2.
  • the mother tape 1.1 is in the crystallizer 3, filled with melt 3.3, which is introduced via a melt inlet 3.1, through the nozzles of a bottom inlet device 3.2 with a casting and rolling speed 7.1 of 0.05 to 10 m / s by means of a pair of drive rollers 1.5 below Promoted crystal lisators.
  • the mother tape 1.1 With a temperature of either 20 to 80 ° C before entering the crystallizer 3, begins above the steel meniscus 3.5 at the nozzle outlet 3.2 with the crystallization 3.6 of melt in point 3.6.1 and removes the melt 3.3 from superheating and crystallization energy simultaneous warming.
  • This energy flow 4 from the melt into the mother tape takes place when the mother tape passes through the melt pool 3.3 between the meniscus 3.5 and the bath surface 3.4 over the melt pool height 3.3.1.
  • the coated strip 1 At the exit 5 of the coated strip 1 from the bath surface 3.4 of the melt pool with a surface roughness 1.3, it has reached a certain thickness 1.2, which is essentially determined by the strip temperature when it enters the crystallizer, the melt temperature and the contact time of the strip with the melt , with which the strip 1 enters the roll gap 2.1 of the pair of smoothing rollers 2.
  • the strip 1 coated in this way is "doughy" at the exit 5 from the bath 3.4 on the surface (two phases: melt and crystal) and has a surface roughness 1.3 of greater than 2%, which meets the flatness criteria of a strip with a width / thickness Ratio greater than 60 does not do it justice.
  • the solidification runs from the exit 5 to the pair of smoothing rollers 2 and beyond in the crystallized layer, which consists of melt and crystal, from the outside in, ie the energy flow 6 reverses compared to the heat flow 4 in the melt 3.3 um and runs from the inside (middle of the strip) to the outside into the walls 6.1 with a heat-controlled passage.
  • This controlled heat flow can be divided by wall elements 6.2 into zones corresponding to the temperature control of the strip 1 in the casting and rolling direction 7.
  • the crystallization 3.6 in the bath 3.3 has on its surface 4.1 a temperature 8 (Tx) which is greater than the solidus temperature and lower than the liquidus temperature (T-Ii> Tx> T-sol) and has a two-phase state , consisting of melt and crystal. This crystallization steadily decreases in temperature from the surface perpendicular to the mother tape 1.1. Functional to the surface profile 4.1 of the crystallization 3.6, the liquidus isotherm 10 runs in the molten bath up to the bath surface 3.4.
  • Tx temperature 8
  • T-Ii> Tx> T-sol liquidus temperature
  • the coated strip 1 emerges from the bath 3.4 at point 5
  • the melted layer 9.2 of the mother strip 1.1 is largest, which began in the melt bath 3.3 at point 9.1 when the solidus temperature was reached.
  • the welding between the mother tape 1.1 and the crystallized layer 3.6 begins.
  • the solidification of the residual melt in the crystallized layer begins from the surface of the strip 1 perpendicular to the strip center and in the surface itself in the direction of the pair of smoothing rollers 2 parallel to the casting and rolling direction 7, ie the surface temperature of the strip decreases steadily from the bath surface 3.4 at point 5 in the direction of the pair of smoothing rollers 2, the solidus temperature passes through in point 9.3 Inlet 2.1.1 of the coated belt 1 into the pair of smoothing rolls 2, where it then assumes a value which is below T-Solidus.
  • the thickness 1.2 of the coated strip between the strip surface 3.4 and the start of solidification 9.3, that is to say still in the "pasty" (two phases: melt and crystal) strip surface area 24, is reduced to a smaller thickness 21 by a stripping 20. This reduction must take place before solidification 9.3 in order to obtain a clean and flat belt surface.
  • This stripping 20 or control of the coating thickness can alternatively exist both with a mechanical stripper 22 (knife), which is made of metal and / or ceramic and can also be cooled, as well as with a pneumatic stripper, which is operated with an oxygen-free gas jet 23 .
  • both types of wipers 22 and 23 can be used in succession.
  • both wipers are in their position, i.e. with their distance to the belt surface 1.3, to the bath surface 3.4 and to each other freely selectable.
  • the position 2.4 of the pair of smoothing rollers 2 the energy flow 6 into the walls with heat-controlled passageways 6.1 and 6.2 and the pouring and rolling speed 7.1 in the sense of the invention are to be controlled in such a way that the surface temperature of the coated strip 1 before entering the pair of smoothing rollers 2 is below the solidus temperature and thus the coated strip is at least solidified in its surface.
  • These conditions of the coated belt 1 in the pair of smoothing rollers can, at a given casting speed 7.1 with the help of the regulation of the heat flows 6 and 2.7 by means of the wall elements 6.1 and 6.2 and / or the smoothing roller pair 2 with internal cooling 2.5 adjustable in relation to the distance from the casting level 2.4.1 , can be set.
  • the strip 1 with its rough surface 1.3 can now be rolled or smoothed 1.4 with a decrease in thickness of up to 20% by adjusting the pair of smoothing rollers 2 in the thickness direction 2.3, without surface cracks or internal cracks occurring in the crystallized layer while at the same time ensuring good welding between the mother tape 1.1 and the crystallized layer 3.6.
  • the thus smoothed and flat band 1.4.1 is crack-free in its surface 1.4 and in the interior of its solidified, crystallized layer 3.6.
  • the flatness or the resulting profile of the band 1.4.1 can be a tolerance of max. 2% of the thickness can be set in the transverse and longitudinal directions.
  • FIG. 3 shows the area of the pair of smoothing rollers 2 in somewhat more detail.
  • the coated strip 1 with its crystallization 3.6 runs in the roll gap 2.1.1 a surface temperature, T-2.1.1 less than T-Solidus (T-2.1.1 ⁇ T-sol) and occurs with a controlled reduced temperature T-2.1.2 less than T-2.1.1 (T-2.1.2 ⁇ T-2.1.1 ⁇ T-sol) out of the roll gap 2.1 at its outlet 2.1.2.
  • the temperature loss in the roll gap should be controlled and kept small. According to the invention, this can be achieved by means of a correspondingly heat-controlled, controlled pair of smoothing rollers 2 with internal cooling 2.5 and heat-controlling layer 2.6 or layers.
  • the cooling, the materials and the thickness of the rollers 2, their layer structure 2.6 and the choice of different roller materials such as Steel, metals, metal ceramics and / or ceramics can be coordinated.
  • the entire space 11 above the bath surface 3.4 is controlled in its temperature and atmosphere (nitrogen and / or argon), so that the conditions described above are ensured and oxidation of the bath surface is avoided.
  • the strip coated in this way is fed directly or indirectly to a further rolling mill 12 and rolling process for producing finished hot strip and / or cold strip both as a mono material and as a composite material with or without an upstream pickling line.

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Abstract

Bei einem Verfahren zur Erzeugung von beschichteten Strängen aus Metall, insbesondere von Bändern (1) aus Stahl, bei dem ein Metallstrang (1.) durch den Boden eines Gefässes (3), gefüllt mit Schmelze (3.3) gleicher oder unterschiedlicher Zusammensetzung wie der Metallstrang (1.1), geführt wird, wobei die Verweilzeit des Metallstranges (1.1) in Abhängigkeit von der Schmelzbadhöhe (3.3.1), der Giessgeschwindigkeit, der Metallstrangdicke und der Vorwärmtemperatur des Metallstranges so gewählt wird, dass die abgelagerte Schmelze auf dem Metallstrang eine gewünschte Dicke von dem Mehrfachen der Ausgangsdicke des Metallstranges annimmt und der Metallstrang (1.) mit ankristallisierter Schicht (3.6) nach Austritt aus dem Schmelzebad (3.3) einen Glättstich (2) erfährt und dass der Glättstich dann vorgenommen wird, wenn die Oberflächentemperatur des ankristallisierten Stranges (3.6) kleiner als die Solidus-Temperatur des Schmelzbades (3.3) ist und damit zumindest die Oberfläche (1.3) der ankristallisierten Schicht (3.6) erstarrt ist, wird eine kontrollierte Dicke der ankristallisierten Schicht erreicht, wenn zwischen dem Schmelzbad (3.4) und dem Beginn der Erstarrung (9.3) auf der Bandoberfläche (1.3) eine Abstreifung (20) der Ankristallisation (3.6) mit einer Dicke (1.2) auf eine kleinere Dicke (21) erfolgt.

Description

Verfahren und Vorrichtung zur Erzeugung von beschichteten Strängen aus Metall, insbesondere von Bändern aus Stahl
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Erzeugung von beschichteten Strängen aus Metall, insbesondere von Bändern aus Stahl, bei dem ein Metallstrang durch den Boden eines Gefäßes, gefüllt mit Schmelze gleicher oder unterschiedlicher Zusammensetzung wie der Metallstrang, geführt wird, wobei die Verweilzeit des Metallstranges in Abhängigkeit von der Schmelzbad höhe, der Gießgeschwindigkeit, der Metallstrangdicke und der Vorwärmtemperatur des Metallstranges so gewählt wird, daß die abgelagerte Schmelze auf dem Metallstrang eine gewünschte Dicke von dem Mehrfachen der Ausgangsdicke des Metallstranges annimmt und der Metallstrang mit ankristallisierter Schicht nach Austritt aus dem Schmelzebad einen Glättstich erfährt, der dann vorgenommen wird, wenn die Oberflächentemperatur des ankristallisierten Stranges kleiner als die Solidus-Temperatur des Schmelzbades ist und damit zumindest die Oberfläche der ankristallisierten Schicht erstarrt ist.
Bei einem aus der EP 0 832 990 A2 bekanntgewordenen Verfahren und Vorrichtung wird ein Nachteil bei der Erzeugung von beschichteten Metallsträngen, vorzugsweise Bänder aus einer Stahlgüte oder unterschiedlichen Stahlgüten, wie z.B. Monomaterial oder Verbundmaterial und hier im besonderen auch Verbundmaterial aus Kohlenstoff-Stahl, dünnbeschichtet mit Rostfrei-Stählen behoben. Als nachteilig hat sich bei derartigen Inversionsgießeinrichtungen bei einer ankristallisierten Schicht mit einer "teigigen Oberfläche und teigigem Kern" gezeigt, daß die am Mutterband anhaftende Schicht einerseits zwar schon relativ weit erstarrt ist, aber andererseits in ihrer Außenzone noch ausreichende Anteile an flüssiger Phase beim Eintritt in das Glättrollenpaar aufweist. Das Band erfährt dann beim Durchlaufen des Glättrollenpaares eine starke Unterkühlung, womit die Neigung der Rißbildung sowohl längs und quer zur Bandrichtung auftritt. Diese Gefahr erhöht sich noch bei höheren Gieß- und Walzgeschwindigkeiten. Es wird dort deshalb der Glättstich dann vorgenommen, wenn die Oberflächentemperatur des ankristallisierten Stranges kleiner als die Solidus-Temperatur des Schmelzbades ist und damit zumindest die Oberfläche der ankristallisierten Schicht erstarrt ist. Gleichwohl ist nicht auszuschließen, daß die Dicke der ankristallisierten Schicht schwankt.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zu schaffen, die eine Glättung des Bandes mit einer Banddickentoleranz von maximal 2% ohne Rißbildung sowohl in der Oberfläche als auch im Inneren des Bandes bei gleichzeitiger Dickenkontrolle der Ankristallisation sicherstellen.
Die überraschende Lösung wird hinsichtlich des Verfahrens durch die in den Ansprüchen 1 bis 3 angegebenen kennzeichnenden Merkmale und bezüglich der Vorrichtung durch die in den Ansprüchen 4 bis 7 enthaltenen Merkmale erreicht.
Die Hauptmerkmale zur Erzeugung von fehlerfreien, planbeschichteten Bändern, beispielsweise mit einem Breite-/Dicke-Verhältnis größer 60 und einer Gesamtdicke von maximal 12 mm, vorzugsweise 2 bis 6 mm, aus einem Werkstoff oder aus Verbundwerkstoffen unterschiedlicher Metallgüten wie Kohlenstoff-Stahl als Mono- werkstoff oder Kohlenstoff-Stahl mit einer Rostfrei-Stahl-Beschichtung von mindestens 5% der Gesamtbanddicke als Verbundwerkstoff und einer Dickenabweichung von maximal 2% zwischen dem Rand (40 mm von der Kante) und der Mitte des Bandes, sind hinsichtlich des angestrebten Ziels einer gleichen Dicke der ankristallisierten Schicht insbesondere dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Schmelzbad und dem Beginn der Erstarrung auf der Bandoberfläche eine Abstreifung der Ankristallisation mit einer gewünschten Dicke auf eine kleinere Dicke erfolgt. Im Endeffekt wird nur so viel Material abgestreift bzw. -getragen, wie erforderlich ist, um eine gleiche Dicke der ankristallisierten Schicht über die Länge des Stranges zu erreichen. Es wird somit das Übermaß der ankristallisierten Schicht abgestreift.
Die Abstreifung der Ankristallisation mit einer gewünschten Dicke auf eine kleinere Dicke wird vorrichtungsmäßig vorteilhaft zwischen dem Schmelzbad und dem Beginn der Erstarrung auf der Bandoberfläche vorgenommen, wobei die Wände des das Glättrollenpaar aufnehmenden Raumes sowie das Glättrollenpaar selbst wärmekontrolliert ausgebildet sind. Zur Abstreifung eignen sich vorteilhaft mechanische Abstreifvorrichtungen in Form von vorzugsweise Messern, alternativ läßt sich eine pneumatische Abstreifvorrichtung einsetzen.
In den Figuren 1 bis 3 ist die Erfindung sowohl hinsichtlich des Verfahrens als auch der Vorrichtung dargestellt. Es zeigen:
Figur 1 eine Gesamtansicht des Verfahrens und seiner Vorrichtung zur Glättung von beschichteten Strängen aus Metall vorzugsweise von Bändern aus Stahl;
Figur 2 ein Temperaturfeld des Stranges zwischen dem Bandeintritt in den Kristallisator und dem Glättrollenpaar während des Gießens;
Figur 3 ein beschichtetes Band zwischen der Schmelzbadoberfläche im Kristallisator und dem Glättrollenpaar, Detail aus Fig. 1.
Die Figuren 1 und 2 geben die Gesamtansicht des Verfahrens und die Vorrichtung zur Glättung beschichteter Stränge vorzugsweise Bänder aus Stahl 1 mittels eines Glättrollenpaares 2 wieder. Das Mutterband 1.1 wird in den Kristallisator 3, gefüllt mit Schmelze 3.3, die über einen Schmelzenzulauf 3.1 eingeleitet wird, duch die Düsen einer Bodeneinlaßvorrichtung 3.2 mit einer Gieß- und Walzgeschwindigkeit 7.1 von 0,05 bis 10 m/s mittels eines Antriebsrollenpaares 1.5 unterhalb des Kristalllisators gefördert. Das Mutterband 1.1, mit einer Temperatur von wahlweise 20 bis 80°C vor Eintritt in den Kristallisator 3, beginnt oberhalb des Stahlmeniskus 3.5 am Düsenaustritt 3.2 mit der Ankristallisation 3.6 von Schmelze in Punkt 3.6.1 und entzieht der Schmelze 3.3 Überhitzungs- und Kristallisationsenergie unter gleichzeitiger Erwärmung. Dieser Energiestrom 4 aus der Schmelze in das Mutterband findet beim Durchlaufen des Mutterbandes durch das Schmelzbad 3.3 zwischen dem Meniskus 3.5 und der Badoberfläche 3.4 über die Schmelzbadhöhe 3.3.1 statt. Beim Austritt 5 des beschichteten Bandes 1 aus der Badoberfläche 3.4 des Schmelzbades mit einer Oberflächenrauhigkeit 1.3 hat es eine bestimmte Dicke 1.2 erreicht, die im wesentlichen von der Bandtemperatur beim Einlauf in den Kristallisator, von der Schmelzentemperatur und der Kontaktzeit des Bandes mit der Schmelze bestimmt wird, mit der das Band 1 in den Walzspalt 2.1 des Glättrollenpaares 2 einläuft.
Das so beschichtete Band 1 ist am Austritt 5 aus dem Bad 3.4 an der Oberfläche "teigig" (zwei Phasen: Schmelze und Kristall) und weist eine Oberflächenrauhigkeit 1.3 von größer 2% auf, die den Planheitskriterien eines Bandes mit einem Breite-/Dicke-Verhältnis von größer als 60 nicht gerecht wird.
Beim Verlassen des beschichteten Bandes 1 aus dem Bad 3.4 mit der Enddicke 5.1 verläuft die Erstarrung vom Austritt 5 bis zum Glättrollenpaar 2 und darüber hinaus in der ankristallisierten Schicht, die aus Schmelze und Kristal besteht, von außen nach innen, d.h. der Energiestrom 6 kehrt sich im Vergleich zu dem Wärmestrom 4 in der Schmelze 3.3 um und verläuft von innen (Bandmitte) nach außen in die Wände 6.1 mit wärmekontrollierten Durchgang. Dieser kontrollierte Wärmestrom kann durch Wandelemente 6.2 in entsprechend für die Temperaturführung des Bandes 1 notwendige Zonen in Gieß- und Walzrichtung 7 aufgeteilt werden. Diese Vorrichtungsmerkmale erlauben es, den Wärmestrom 6 vom Band zu den wärmedurchgangskontrollierten Wänden 6.1 und 6.2 zu beherrschen, d.h. zu steuern oder in Abhängigkeit von der Stahlgüte, der Gießgeschwindigkeit 7.1 und der Position 2.4 des Glättrollenpaares 2 zu regeln. Zur Beschreibung und zum Verständnis der unerwarteten Lösung, die die Erfindung ausmacht, ist es auch notwendig, die Temperaturfelder und damit die Phasenzustände des beschichteten Bandes 1 im Wechselspiel mit den Wärmeströmen 4.6 und 2.7 von der Schmelze 3.3 in das Mutterband 1.1, vom beschichteten Band 1 in die Wände mit einem wärmekontrollierten Durchgang 6.1 zwischen der Badoberfläche 3.4 und dem Glättrollenpaar 2 sowie darüber hinaus vom beschichteten Band 1 im Walzspalt 2.1 des Glättrollenpaares 2 über den Walzenkörper in die Innenkühlung 2.5 des Glättrollenpaares zu kontrollieren.
Die Ankristallisation 3.6 im Bad 3.3 besitzt auf ihrer Oberfläche 4.1 eine Temperatur 8 (T-x), die größer als die Solidus-Temperatur und kleiner als die Liquidus-Temperatur (T-Ii > T-x > T-sol) ist und weist einen Zwei-Phasenzustand, bestehend aus Schmelze und Kristall, auf. Diese Ankristallisation nimmt in ihrer Temperatur von der Oberfläche senkrecht zum Mutterband 1.1 stetig ab. Funktional zum Oberflächenprofil 4.1 der Ankristallisation 3.6 verläuft die Liquidus-Isotherme 10 im Schmelzbad bis an die Badoberfläche 3.4.
Beim Auftauchen des beschichteten Bandes 1 aus dem Bad 3.4 an der Stelle 5 ist die aufgeschmolzene Schicht 9.2 des Mutterbandes 1.1 am größten, die im Schmelzbad 3.3 an der Stelle 9.1 mit Erreichen der Solidustemperatur begann. Mit Beginn dieser Aufschmelzung des Mutterbandes setzt die Verschweißung zwischen dem Mutterband 1.1 und der aufkristallisierten Schicht 3.6 ein.
Oberhalb der Schmelze mit Umkehrung des Energiestromes 6 beginnt nun die Erstarrung der Restschmelze in der aufkristallisierten Schicht, bestehend aus den Phasen Schmelze und Kristall, von der Oberfläche des Bandes 1 senkrecht in Richtung Bandmitte sowie in der Oberfläche selber in Richtung Glättrollenpaar 2 parallel zur Gieß- und Walzrichtung 7, d.h. die Oberflächentemperatur des Bandes sinkt, ausgehend von der Badoberfläche 3.4 an der Stelle 5 in Richtung des Glättrollenpaares 2, stetig ab, durchläuft die Solidustemperatur im Punkt 9.3 vor Einlauf 2.1.1 des beschichteten Bandes 1 in das Glättrollenpaar 2, wo sie dann einen Wert annimmt, der unterhalb von T-Solidus liegt.
Außerdem wird die Dicke 1.2 des beschichteten Bandes zwischen der Bandoberfläche 3.4 und dem Beginn der Erstarrung 9.3, also noch im "teigigen" (zwei Phasen: Schmelze und Kristall) Bandoberflächenbereich 24, durch eine Abstreifung 20 auf eine kleinere Dicke 21 reduziert. Diese Reduktion muß vor der Durcherstarrung 9.3 erfolgen, um eine saubere und plane Bandoberfläche zu erhalten.
Diese Abstreifung 20 oder Kontrolle der Beschichtungsdicke kann alternativ sowohl mit einem mechanischen Abstreifer 22 (Messer), der aus Metall und/oder Keramik besteht und auch gekühlt sein kann, als auch mit einem pneumatischen Abstreifer, der mit einem sauerstofffreien Gasstrahl 23 betrieben wird, bestehen.
Außerdem können beide Arten der Abstreifer 22 und 23 nacheinander zum Einsatz gelangen. Zudem sind beide Abstreifer in ihrer Position, d.h. mit ihrem Abstand zur Bandoberfläche 1.3, zur Badoberfläche 3.4 sowie zueinander frei wählbar.
Zur Kontrolle einer gewünschten Temperaturführung des beschichteten Bandes 1 sind die Position 2.4 des Glättrollenpaares 2, der Energiestrom 6 in die Wände mit wärmekontrolliertem Durchgang 6.1 und 6.2 und die Gieß- und Walzgeschwindigkeit 7.1 im Sinne der Erfindung so zu regeln, daß die Oberflächentemperatur des beschichteten Banes 1 vor Eintritt in das Glättrollenpaar 2 sich unterhalb der Solidus-Temperatur befindet und damit das beschichtete Band zumindest in seiner Oberfläche erstarrt ist.
Diese Bedingung ist für eine rißfreie Oberfläche zwingend notwendig, da die erstarrte Phase besonders unmittelbar unterhalb der Erstarrung ein ausgeprägtes Dehnungsverhalten ohne Rißbildung aufweist. Im Gegensatz zu diesem guten Dehnungsvermögen des Werkstoffes "Stahl" unmittelbar unterhalb des Erstarrungspunktes, T-Solidus, ist es bekannt, daß die Deformationsgrenze im "teigigen" Bereich, im Zwei-Phasenge- biet Schmelze/Kristall und damit die Vermeidung von Rissen sehr klein ist und je nach Stahlgüte zwischen 0,1 bis 0,3% liegt.
Bei sogenannten innenrißempfindlichen Stahlgüten also Stählen, die im "teigigen" Bereich bei geringsten Deformationen, d.h. Dehnungsbeanspruchungen zur Rißbildung neigen, ist es für das erfindungsgemäße Verfahren bedeutsam, daß das Erstarrungsprofil 9 an der Phasengrenze fest/flüssig so gesteuert wird, daß die Erstarrung 9.4 des beschichteten Stranges 1 bis spätestens zum Ausgang 2.1.2 und 9A des Walzspaltes bzw. bis spätestens zum Eingang 2.1.1 und 9B in den Walzspalt des Glättrollenpaares 2 beendet ist.
Diese Bedingungen des beschichteten Bandes 1 im Glättrollenpaar können, bei vorgegebener Gießgeschwindigkeit 7.1 mit Hilfe der Regelung der Wärmestöme 6 und 2.7 mittels der Wandelemente 6.1 und 6.2 und/oder dem in der Position, zum Abstand vom Gießspiegel 2.4.1 verstellbaren Glättrollenpaar 2 mit Innenkühlung 2.5, eingestellt werden.
Bei der Sicherstellung eines mindestens im Oberflächenbereich erstarrten Bandes 9.5 im Walzspalt 2.1 mit der gedrückten Länge 2.2 kann nun mit Dickenabnahmen von bis zu 20% durch Anstellung des Glättrollenpaares 2 in Dickenrichtung 2.3 das Band 1 mit seiner rauhen Oberfläche 1.3 gewalzt bzw. geglättet 1.4 werden, ohne daß Oberflächenrisse bzw. Innenrisse in der aufkristallisierten Schicht bei gleichzeitiger Sicherstellung einer guten Verschweißung zwischen Mutterband 1.1 und der aufkristallisierten Schicht 3.6 auftreten. Das so geglättete und plane Band 1.4.1 ist rißfrei in seiner Oberfläche 1.4 und im Inneren seiner erstarrten aufkristallisierten Schicht 3.6. Die Planheit bzw. das entstehende Profil des Bandes 1.4.1 kann unter den oben beschriebenen erfinderischen Merkmalen mit einer Toleranz von max. 2% der Dicke in Quer- und Längsrichtung eingestellt werden.
Die Figur 3 stellt den Bereich des Glättrollenpaares 2 etwas mehr im Detail dar. Das beschichtete Band 1 mit seiner Ankristallisation 3.6 läuft in den Walzspalt 2.1.1 mit einer Oberflächentemperatur, T-2.1.1 kleiner als T-Solidus ein (T-2.1.1 < T-sol) und tritt mit einer kontrolliert abgesenkten Temperatur T-2.1.2 kleiner T-2.1.1 (T-2.1.2 < T-2.1.1 < T-sol) aus dem Walzspalt 2.1 an seinem Austritt 2.1.2 heraus. Der Temperaturverlust im Walzspalt sollte kontrolliert und klein gehalten werden. Dies kann erfindungsgemäß durch ein entsprechend wärmedurchgangskontrolliertes Glättrollenpaar 2 mit Innenkühlung 2.5 und wärmekontrollierender Schicht 2.6 oder Schichten erzielt werden.
Hierzu müssen die Kühlung, die Werkstoffe und die Dicke der Rollen 2, ihr Schichtenaufbau 2.6 und die Wahl der unterschiedlichen Rollen-Werkstoffe wie z.B. Stahl, Metalle, Metallkeramik und/oder Keramik aufeinander abgestimmt werden.
Der gesamte Raum 11 oberhalb der Badoberfläche 3.4 ist in seiner Temperatur und Atmosphäre (Stickstoff und/oder Argon) kontrolliert, so daß die oben beschriebenen Bedingungen sichergestellt werden sowie eine Oxidation der Badoberfläche vermieden wird.
Das so beschichtete Band wird direkt oder indirekt einem weiteren Walzwerk 12 und Walzprozess zur Erzeugung von Fertigwarmband und/oder Kaltband sowohl als Mono-Material als auch als Verbundmaterial mit oder auch ohne vogeschalteter Beize zugeführt.
Zur Kontrolle, Steuerung und/oder Regelung des Temperaturfeldes im beschichteten Band 1 und auf der Bandoberfläche 1.3 zwischen der Schmelzbadoberfläche 3.4 und dem Austritt des beschichteten und geglätteten Bandes 1.4.1 aus dem Glättrollenpaar 2 werden Meßgeräte zur Temperaturerfassung 2.8 an der Innenseite der wärmekontrollierten Wandelemente 6.2 angebracht.
Bezugsverzeichnis:
1. Beschichtetes Band zwischen der Badoberfläche und dem Glättrollenpaar 1.1 Mutterband, Ausgangs-Metallband
1.2 Dicke des beschichteten Bandes zwischen Badoberfläche und Glättrollenpaar
1.3 rauhe, beschichtete Bandoberfläche
1.4 plane, geglättete Bandoberfäche 1.4.1 beschichtetes und geglättetes Band
1.5 Antriebsrollenpaar unterhalb des Kristallisators
1.6 Detail, siehe Fig. 3
2. Glättrollenpaar
2.1 Walzspalt
2.1.1 Beginn des Walzspaltes
2.1.2 Ende des Walzspaltes
2.2 gedrückte Länge im Walzspalt
2.3 Position des Glättrollenpaares in Dickenrichtung des Bandes, Walzenanstellung in Dickenrichtung
2.4 Position des Glättrollenpaares in Gieß- und Walzrichtung des Bandes 2.4.1 Abstand des Glättrollenpaares zur Badoberfläche
2.5 Innenkühlung des Glättrollenpaares
2.6 Beschichtung des Glättrollenpaares zur Kontrolle des Wärmeduchganges
2.7 Energiestrom in das innengekühlte Glättrollenpaar
2.8 Meßgerät zur Bestimmung der Bandoberflächentemperatur
3. Kristallisator
3.1 Schmelzenzulauf
3.2 Düse der Bodeneinlaßvorrichtung
3.3 Schmelzbad 3.3.1 Schmelzbadhöhe
3.4 Badoberfläche
3.5 Meniskus
3.6 Ankristallisation von Schmelze 3.6.1 Beginn der Ankristallisation
4. Energiestrom im Schmelzbad aus der Schmelze in das Mutterband 4.1 Oberfläche und Profil der Ankristallisation im Schmelzbad
5. Austritt des beschichteten Bandes aus dem Bad 5.1 Enddicke der ankristaliisierten Schicht
6. Energiestrom oberhalb der Badoberfläche nach außen zu den Wänden mit wärmekontrolliertem Durchgang
6.1 Wände mit wärmekontrolliertem Drύrchgang
6.2 wärmedurchgangskontrollierte Wandelemente, unabhängig voneinander
7. Gieß- und Walzrichtung
7.1 Gieß- und Walzgeschwindigkeit
8. Oberflächentemperatur, T-x der Ankristallisation im Schmelzbad
9. Isotherme der Solidus-Temperatur, Erstarrungsprofil
9.1 Beginn der Bandoberflächenaufschmelzung und der Verschweißung von Mutterband und Ankristallisation
9.2 max. Aufschmelzzone in der Oberfläche des Mutterbandes
9.3 Beginn der Erstarrung ausgehend von der Bandoberfläche in Richtung Bandmitte, Oberflächentemperatur gleich der Solidus-Temperatur
9.4 Ende der Erstarrung, Durcherstarrung
9.5 erstarrte Bandoberfläche
9.A Erstarrungsprofil, Isotherme der Solidus-Temperatur, Durcherstarrung bis spätestens zum Ende des Walzspaltes 9.B Erstarrungsprofil, Isotherme der Solidus-Temperatur, Durcherstarrung bis spätestens zum Eintritt in der Walzspalt
10. Isotherme der Liquidus-Temperatur
11. temperatur- und atmosphärenkontrollierter Raum oberhalb des Schmelzbades
12. direkt weiterverarbeitendes Walzwerk
20 Abstreifung der Ankristallisation (3.6) mit einer Dicke (1.2 auf eine kleinere Dicke (21)
21 kleinere Dicke der Ankristallisation (3.6) mit einer Dicke (1.2)
22 mechanische Abstreifung, beispielsweise mit einem Messer 22.1 mechanische Abstreifvorrichtung, Messer 2.2 pneumatische Abstreifvorrichtung 3 pneumatische Abstreifung, beispielsweise mit einem sauerstoffreien Gasstrahl (23.1) 4 "teigiger" Bandoberflächenbereich (zwei Phasen: Schmelze und Kristall) zwischen Badoberfläche (1.3) und dem Beginn der Erstarrung (9.3) in der Bandoberfläche (1.3).

Claims

Patentansprüche:
1. Verfahren zur Erzeugung von beschichteten Strängen aus Metall, insbesondere von Bändern (1) aus Stahl, bei dem ein Metallstrang (1.) durch den Boden eines Gefäßes (3) gefüllt mit Schmelze (3.3) gleicher oder unterschiedlicher Zusammensetzung wie der Metallstrang (1.1) geführt wird, wobei die Verweilzeit des Metallstranges (1.1) in Abhängigkeit von der Schmelzbadhöhe (3.3.1), der Gießgeschwindigkeit, der Metallstrangdicke und der Vorwärmtemperatur des Metallstranges so gewählt wird, daß die abgelagerte Schmelze auf dem Metallstrang eine gewünschte Dicke von dem Mehrfachen der Ausgangsdicke des Metallstranges annimmt und der Metallstrang (1.) mit ankristallisierter Schicht (3.6) nach Austritt aus dem Schmelzebad (3.3) einen Glättstich (2) erfährt und daß der Glättstich dann vorgenommen wird, wenn die Oberflächentemperatur des ankristallisierten Stranges (3.6) kleiner als die Solidus-Temperatur des Schmelzbades (3.) ist und damit zumindest die Oberfläche (1.3) der ankristallisierten Schicht (3.6) erstarrt ist, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Schmelzbad (3.4) und dem Beginn der Erstarrung (9.3) auf der Bandoberfläche (1.3) eine Abstreifung (20) der Ankristallisation (3.6) mit einer Dicke (1.
2) auf eine kleinere Dicke (21) erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß die Abstreifung (20) mechanisch (22), beispielsweise mit einem Messer (22.1) erfolgt.
3. Verfahren nach Anspruch 1 und/oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Abstreifung (20) pneumatisch (23), beispielsweise mit einem sauerstofffreien Gasstrahl (23.1) erfolgt.
4. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 bis 3, umfassend ein Schmelzgefäß, einen Kristallisator (3), durch dessen Boden ein Mutterband (1.1) unter Bildung eines Meniskus (3.5) im Bereich der Bodeneinlaßvorrichtung (3.2) mittels eines Antriebsrollenpaares einläuft, einen Raum (11) oberhalb des Schmelzbades (3.3), in dem ein Glättrollenpaar (2) mit Walzspalt (2.1) zur Hindurchführung des Metallstranges (1) mit ankristallisierter, in ihrer Oberfläche erstarrter Schicht (3.6) angeordnet ist, wobei eine Abstreifung (20) (3.6) der Ankristallisation mit einer Dicke (1.2) auf eine kleinere Dicke (21) zwischen dem Schmeizbad (3.4) und dem Beginn der Erstarrung (9.3) auf der Bandoberfläche (1.3) vorgesehen ist und die Wände des Raumes (11) und das Glättrollenpaar (2) jeweils wärmekontrolliert ausgebildet sind.
5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeic net, daß die Abstreifung (20) der Ankristallisation (3.6) als mechanische Abstreifvorrichtung, Messer (22.1), ausgebildet ist.
6. Vorrichtung nach Anspruch 4 und/oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Abstreifung (20) der Ankristallisation (3.6) als pneumatische Abstreifvorrichtung (23.1) ausgebildet ist. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichne , daß die Abstreifvorrichtungen (22.1) und/oder 23.1) in ihrer Position, d.h. ihrem Abstand vom Bad (3.4) und der Badoberfäche (1.3) variabel angeordnet sind.
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