DE3801085A1 - Walze zum kontinuierlichen giessen von folien oder duennen baendern, insbesondere aus metall - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Walze zum kontinuierlichen Gießen schnell erstarrender Folien oder dünner Bänder, insbesondere aus Metall, bestehend aus einem nichtrotierenden zylindrischen Kern und einem um den Kern rotierenden Mantel, der von innen mit einer in Umfangsrichtung fließenden Kühlflüssigkeit gekühlt wird.

Es ist bekannt, amorphe oder extrem feinkörnige dünne Bänder aus Metall nach dem Schmelzspinnverfahren oder nach dem Gießwalzenverfahren unmittelbar aus schmelzflüssigem Metall herzustellen. Dazu strömt das schmelzflüssige Metall in der Regel aus einer schlitzförmigen Düse auf eine schnellbewegte und gekühlte Oberfläche. Auf ihr wird die Metallschmelze abgeschreckt und erstarrt zu einem dünnen Band, welches nach einer bestimmten Abkühlungsstrecke von der gekühlten Oberfläche abgenommen wird.

Bei dem Schmelzspinnverfahren kann diese schnellbewegte und gekühlte Oberfläche ein über mindestens zwei in einem gewissen Abstand voneinander angeordneten Rollen umlaufendes Band sein, das aus einem geeigneten flexiblen Material mit einem höheren Schmelzpunkt besteht, als der Schmelzpunkt des Metalls, aus dem das dünne Band hergestellt werden soll. Die bewegte und gekühlte Oberfläche kann ein aus einem geeigneten Material bestehender zylindrischer Mantel eines rotierenden gekühlten Gießrades sein.

Bei dem Gießwalzenverfahren wird die Metallschmelze nicht auf die Oberfläche des gekühlten Mantels nur eines rotierenden Gießrandes, sondern aus einer Düse in den Spalt zwischen zwei gekühlten Gießwalzen geleitet, die zueinander achsparallel angeordnet sind. Die schnellbewegte und gekühlte Oberfläche besteht demnach aus dem Walzenmänteln der beiden gegeneinander rotierenden Gießwalzen, so daß in diesem Fall die in den Spalt eingeleitete Metallschmelze von beiden Seiten abgeschreckt wird und auf der gegenüberliegenden Seite als erstarrtes dünnes Band aus dem Spalt austritt. Dabei wird die Dicke des Bandes durch den Abstand der beiden Walzenmäntel voneinander bestimmt.

Um dünne Bänder nach dem Gießwalzenverfahren oder dünne bandförmige Metallfolien mit einer extrem feinkörnigen oder amorphen, glasartigen Struktur nach dem Schmelzspinnverfahren herstellen zu können, muß die Metallschmelze mit einer hohen Abkühlgeschwindigkeit auf der Oberfläche der entsprechenden zum kontinuierlichen Gießen eingesetzten Vorrichtung erstarren. Als Vorrichtung sind Gießwalzen oder Gießräder geeignet, deren Mäntel von innen mit Hilfe einer Kühlflüssigkeit gekühlt werden. Dabei ist das Kühlsystem für diese Gießwalzen und Gießräder so auszulegen, daß auch extrem große Abkühlgeschwindigkeiten im Bereich von ca. 10⁴ bis 10⁶°C/sec möglich sind. Besonders hohe Anforderungen an die Kühlwirkung des Kühlsystems werden in den Fällen gestellt, wenn dünne Bänder oder Folien aus einem Metall mit einem sehr hohen Schmelzpunkt hergestellt werden sollen.

Aus der DE-PS 21 49 941 ist ein aus zwei Gießwalzen bestehendes System zur Herstellung von dünnen Blechbändern bekannt. Jede der Gießwalzen weist einen nichtrotierenden Kern und einen rotierenden Mantel auf, der aus einem inneren hohlzylindrischen Teil und einem darauf drehfest sitzenden hohlzylindrischen äußeren Teil besteht. Zwischen dem nichtrotierenden Kern und dem inneren Teil des rotierenden Mantels ist ein Spaltraum ausgebildet, der durch drei auf dem nichtrotierenden Kern sitzenden Dichtleisten in drei Sektoren unterteilt ist. Dem dem Gießspalt benachbarten Sektor wird über einen zentralen Kanal im Kern und davon ausgehende, radiale, über die axiale Länge des Kerns verteilt angeordnete Bohrungen Kühlflüssigkeit zugeführt. Im inneren Teil des Mantels sind über den Umfang und über die axiale Länge des inneren Teils verteilt angeordnete radiale Kanäle vorgesehen, über die einerseits von dem dem Gießspalt benachbarten Sektor Kühlflüssigkeit in zwischen dem äußeren und inneren Teil des Mantels vorgesehen, ebenfalls über die Länge des Mantels verteilte Ringkanäle geleitet und andererseits aus diesen Ringkanälen in die beiden anderen Sektoren abgeleitet werden kann.

Aufgrund der Vielzahl der mit Abstand zueinander angeordneten ringförmigen Kanäle dicht unterhalb der Manteloberfläche und der Strömungsführung der Kühlflüssigkeit von dem dem Gießspalt benachbarten Bereich in entgegengesetzten Richtungen zu den beiden Sektoren für die Ableitung der Kühlflüssigkeit werden keine optimalen Abkühleffekte erreicht. Dies gilt sowohl bezüglich der Gleichmäßigkeit der Abkühlung über die Breite der Gießwalze, als auch hinsichtlich einer gewünschten hohen Abkühlgeschwindigkeit. Darüber hinaus ist das Kühlsystem, insbesondere das System aus den radialen und ringförmigen Kanälen in dem rotierenden Mantel, bezüglich Zufuhr und Abfuhr der Kühlflüssigkeit konstruktiv aufwendig.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine gekühlte Walze zum kontinuierlichen Gießen schnell erstarrender Folie oder dünner Bänder der eingangs genannten Art zu schaffen, die hinsichtlich der Gleichmäßigkeit der Abkühlung über die axiale Länge der Kühlwalze und hinsichtlich der Kühlwirkung des eingesetzten Kühlmittels verbessert ist. Insbesondere soll es mit der gekühlten Walze möglich sein, dünne Bänder und Folien aus Metall nach dem Schmelzspinnverfahren vor allem aus Metallen mit einem Schmelzpunkt von mehr als 1000°C herzustellen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß bei einer Walze der eingangs genannten Art dadurch gelöst, daß zwischen dem Kern und dem Mantel eine sich über die gesamte Breite des Kerns und über mehr als den halben Umfang des Mantels erstreckende Ringkammer für die Kühlflüssigkeit vorgesehen ist, deren Zulauf und Ablauf in Umfangsrichtung zueinander versetzt liegen und sich im wesentlichen über die gesamte Breite der Ringkammer erstrecken, wobei dem Zulauf und dem Ablauf solche Strömungsleitmittel zugeordnet sind, daß die Kühlflüssigkeit in nur einer Umfangsrichtung strömt.

Bei der erfindungsgemäßen Walze wird deren Mantel unmittelbar unter seiner Oberfläche über deren gesamte Breite, das heißt in axialer Richtung, gleichmäßig gekühlt. Da die Kühlflüssigkeit in nur einer Umfangsrichtung, das heißt tangential und nicht mit einer axialen Strömungskomponenten strömen kann, ergeben sich keine undefinierten Kühlwirkungen, sondern eine gleichmäßige Kühlung über die gesamte Breite der Walze.

Nach einer Ausgestaltung der Erfindung erstreckt sich die Ringkammer für das Kühlmittel vorzugsweise fast über den gesamten Umfang des Mantels. Dies läßt sich auf konstruktiv einfache Weise dadurch verwirklichen, daß eine Zuleitung für die Kühlflüssigkeit mit ihrem in die Kühlkammer einmündenden Zulauf in eine Ableitung für die Kühlflüssigkeit mit ihrem aus er Kühlkammer herausführenden Ablauf in dem Kern liegen, wobei der Zulauf von dem Ablauf durch einen an der Innenseite des Mantels anliegenden, achsparallelen Steg getrennt sind, der das Strömungsleitmittel bildet. Zusätzlich oder alternativ können die Strömungsleitmittel auch dadurch gebildet werden, daß der Zulauf und der Ablauf für die Kühlflüssigkeit tangential in die Ringkammer übergehen. Dies hat den weiteren Vorteil, daß die Strömungsverhältnisse der Kühlflüssigkeit vergleichmäßigt werden und keine sogenannten Totwasserbereiche entstehen.

Beim Stand der Technik wird die Kühlflüssigkeit etwa in einem Bereich zugeführt, an dem das schmelzflüssige Metall auf die Kühlwalze auftrifft. Untersuchungen haben gezeigt, daß diese Stelle nicht mit der höchsten thermischen Belastung der Innenseite des Walzenmantels übereinstimmt. Die höchste thermische Belastung liegt vielmehr gegenüber dieser Stelle umfangsmäßig versetzt. Um diesem Effekt Rechnung zu tragen, liegt bei der Erfindung der Zulauf für die Kühlflüssigkeit im Bereich der höchsten thermischen Belastung der Innenseite des Mantels. Da diese Stelle von verschiedenen Betriebsparametern abhängt und deshalb umfangsmäßig nicht festliegt, sieht die Erfindung vor, daß der Kern gegenüber dem auf das Band einwirkenden Kühlbereich des Mantels verdrehbar ist. Auf diese Art und Weise läßt sich immer erreichen, daß die Kühlflüssigkeit dort zugeführt wird, wo die höchste thermische Belastung des Mantels liegt.

Die Kühlwirkung läßt sich weiter verbessern, wenn der Zulauf und der Ablauf in bezug auf die Laufrichtung des Mantels derart liegen, daß die Strömungsrichtung der Kühlflüssigkeit zur Laufrichtung des Mantels gegenläufig ist. Auch wirkt es sich günstig auf die Kühlwirkung aus, wenn der Einlauf und der Auslauf als sich über die gesamte Breite des Mantels erstreckende Schlitze ausgebildet sind. Die Zuleitung und die Ableitung können jeweils aus einem achsparallelen Abschnitt und einem mit dem Zulauf beziehungsweise Ablauf verbundenen radialen Abschnitt bestehen. Der radiale Abschnitt kann zum Zwecke der verbesserten Verteilung des Kühlmittels aus mehreren nebeneinanderliegenden axialen versetzten Kanälen bestehen. Jeder der radialen Abschnitte beziehungsweise deren Kanäle sollten sich zum Zu- beziehungsweise Ablauf hin erweitern.

Die Kühlwirkung des Mantels kann weiter dadurch verbessert werden, daß an der Innenseite des Mantels Kühlrippen vorgesehen sind.

Da als Kühlflüssigkeit in der Regel Wasser verwendet wird, besteht die Gefahr, daß sich an der Mantelinnenfläche Kalk ablagert, der den Wärmeübergangskoeffizienten zwischen Mantel und Kühlwasser wesentlich verschlechtert und die Dichtwirkung des gegebenenfalls mit einer Dichtung versehenen Steges beeinträchtigt. Das läßt sich auf einfache Weise dadurch verhindern, daß der den Zu- und Ablauf trennende Steg mit einer am Walzenmantel schleifenden Bürste bestückt ist.

Eine im Falle hoher Walzkräfte gegebenenfalls erforderliche Abstützung des Mantels auf dem Kern läßt sich in konstruktiv einfacher Weise gestalten, indem zwischen dem Mantel und dem Kern als schmale ringsegmentartige Leisten ausgebildete Gleitlager vorgesehen sind. Diese sind vorzugsweise am Kern befestigt beziehungsweise integraler Bestandteil des Kerns. Diese Gleitlager erstrecken sich vorzugsweise nur über einen Teilumfang der Walze. Sie sollten nur an der Stelle angeordnet sein, an der der Mantel der höchsten mechanischen Beanspruchung ausgesetzt ist, um die Strömung der Kühlflüssigkeit möglichst wenig zu beeinflussen. Diese Stelle liegt in der Regel an der Auftragstelle des schmelzflüssigen Metalls auf den Mantel beziehungsweise unmittelbar dahinter.

Im folgenden wird die Erfindung anhand einer zwei Ausführungsbeispiele darstellenden Zeichnung näher erläutert. Im einzelnen zeigt

Fig. 1 eine Walze annähernd im Axialschnitt nach der Linie I-I der Fig. 2,

Fig. 2 die Walze gemäß Fig. 1 im Querschnitt nach der Linie II-II der Fig. 1,

Fig. 3 eine Walze in abgewandelter Ausführung im annähernden Axialschnitt nach der Linie III-III der Fig. 4,

Fig. 4 die Walze gemäß Fig. 3 im Querschnitt nach der Linie IV-IV der Fig. 3 und

Fig. 5 die Walze gemäß Fig. 1 bis 4 im Axialschnitt in verschiedenen Drehstellungen des Kerns während des Gießbetriebes.

Die Walze gemäß dem Ausführungsbeispiel der Fig. 1 und 2 besteht aus einem nichtrotierenden Kern 1 und einem um den Kern 1 rotierenden Mantel 2. Zwischen dem Kern 1 und dem Mantel 2 befindet sich eine Ringkammer 3 für Kühlflüssigkeit.

Der Kern 1 ist mit seiner Antriebswelle 4 in einem Lager 5 eines nicht näher dargestellten Gestells drehbar gelagert. In dem Mantel 2 ist der Kern 1 mit beidseitigen Zapfen 6, 7 über Lager 8, 9 beschränkt verdrehbar gelagert, um ihn in eine bestimmte Drehstellung zu bringen und zu fixieren. Im Zapfen 7 sind parallel zueinander ein axialer Kanal 10 als Teil einer Zuleitung und ein axialer Kanal 11 als Teil einer Ableitung für die Kühlflüssigkeit vorgesehen. Beide Kanäle 10, 11 sind mit radial verlaufenden Kanälen 12, 13 als weitere Teile der Zu- beziehungsweise Ableitung mit der Ringkammer 3 verbunden. Die radialen Kanäle 12, 13 weisen einen tangentialen Einlauf 14 und einen Ablauf 15 auf. Der Einlauf 14 und der Ablauf 15 erweitern sich auf die axiale Breite der Ringkammer 3. Zwischen dem Einlauf 14 und dem Auslauf 15 ist ein Steg 16 angeordnet, der die Ringkammer 3 trennt. Durch geeignete Gestaltung des Spalts kann eine Dichtwirkung erzielt werden. Vorzugsweise ist jedoch eine Dichtung 17 vorgesehen. Zusätzlich kann eine schleifend an der Innenseite des Mantels 2 anliegende Bürste 18 vorgesehen sein, um die Innenseite von Kalkablagerungen freizuhalten und damit auf Dauer die Wirksamkeit der Dichtung 17 zu gewährleisten. Zwischen den Stirnseiten des Kerns 1 und des Mantels 2 sind Dichtungen 19, 20 vorgesehen, die verhindern, daß Kühlflüssigkeit in den Bereich der Lager 8, 9 gelangt.

Zur Verbesserung der Kühlwirkung des Mantels 2 kann dieser innenseitig mit Kühlrippen 21 bestückt sein. Zur besseren Aufnahme der mechanischen Belastung des Mantels 2 können zwischen dem Mantel 2 und dem Kern 1 als Gleitlager ausgebildete ringsegmentartige schmale Leisten 22 dienen, die vom Kern 1 getragen sind.

Das Ausführungsbeispiel der Fig. 3 und 4 unterscheidet sich von dem der Fig. 1 nur darin, daß die radialen Kanäle 12, 13 für die Zuleitung und Ableitung der Kühlflüssigkeit in mehreren Teilkanälen 12 a, 12 b, 12 c, 13 a, 13 b, 13 c aufgeteilt sind, um eine bessere Verteilung der zu- und abzuführenden Kühlflüssigkeit zu gewährleisten. Wie beim Ausführungsbeispiel der Fig. 1 erweitern sie sich zu dem Bereich des Einlaufs beziehungsweise Auslaufs hin.

Die Funktion der Erfindung ist folgende:

Über die Zuleitung 10, 12 im feststehenden, beziehungsweise nur zu Einstellzwecken verdrehbaren Kern 1 wird Kühlflüssigkeit zugeführt. Diese tritt über den sich auf die gesamte Breite des Mantels 2 erweiternden tangentialen Einlauf 14 in die Ringkammer 3 ein. Aufgrund der unmittelbaren Einwirkung an dem Mantel 2 dicht unter seiner Oberfläche über dessen gesamte Breite ergibt sich eine gleichmäßige und optimale Kühlung. Die Kühlflüssigkeit durchströmt den Ringraum 3 entgegen der Drehrichtung D des Mantels 2 und wird über die Ableitung 15, 13, 11 abgeführt. Auf diese Art und Weise wird die Kühlwirkung der Kühlflüssigkeit optimal ausgenutzt. Die Kühlwirkung wird praktisch nicht dadurch beeinträchtigt, daß über einen kleinen Umfangsbereich im Bereich der höchsten mechanischen Belastung MB die den Mantel 2 stützenden schmalen Leisten 22 vorgesehen sind. Wie Fig. 5 zeigt, läßt sich der Kern 1 und damit auch die Stelle, an der die Kühlflüssigkeit zugeführt wird, gegenüber dem Bereich, in dem das schmelzflüssige Metall gekühlt werden soll, verdrehen, um eine optimale Position in bezug auf die Stelle TB der höchsten thermischen Belastung des Mantels einzustellen.

Claims (14)

1. Walze zum kontinuierlichen Gießen schnell erstarrender Folien oder dünner Bänder, insbesondere aus Metall, bestehend aus einem nichtrotierenden zylindrischen Kern und einem um den Kern rotierenden Mantel, der von innen mit einer in Umfangsrichtung fließenden Kühlflüssigkeit gekühlt wird, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Kern (1) und dem Mantel (2) eine sich über die gesamte Breite des Kerns (1) und über mehr als den halben Umfang des Mantels (2) erstreckende Ringkammer (3) für die Kühlflüssigkeit vorgesehen ist, deren Zulauf (14) und Ablauf (15) in Umfangsrichtung zueinander versetzt liegen und sich im wesentlichen über die gesamte Breite der Ringkammer (3) erstrecken, wobei dem Zulauf (14) und dem Ablauf (15) solche Strömungsleitmittel (16) zugeordnet sind, daß die Kühlflüssigkeit in nur einer Umfangsrichtung strömt.

2. Walze nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ringkammer (3) sich fast über den gesamten Umfang des Mantels (2) erstreckt.

3. Walze nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine Zuleitung (10, 12) für die Kühlflüssigkeit mit ihrem in die Kammer (3) einmündenden Zulauf (14) und eine Ableitung (11, 13) für die Kühlflüssigkeit mit ihrem aus der Kammer (3) herausführenden Ablauf (15) in dem Kern (1) liegen, wobei der Zulauf (14) von dem Ablauf (15) durch einen, das Strömungsleitmittel bildenden, an der Innenseite des Mantels (2) anliegenden, achsparallelen Steg (16) getrennt ist.

4. Walze nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß als Ausbildung der Strömungsleitmittel der Zulauf (14) und der Ablauf (15) für die Kühlflüssigkeit tangential in die Ringkammer (3) übergehen.

5. Walze nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Zulauf (14) im Bereich (TB) der höchsten thermischen Belastung der Innenseite des Mantels (2) liegt.

6. Walze nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Kern (1) gegenüber dem auf das Band einwirkenden Kühlbereich des Mantels (2) verdrehbar ist.

7. Walze nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Zulauf (14) und der Ablauf (15) in bezug auf die Laufrichtung (D) des Mantels (2) derart liegen, daß die Strömungsrichtung der Kühlflüssigkeit zur Laufrichtung (D) des Mantels (2) gegenläufig ist.

8. Walze nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Zulauf (14) und der Ablauf (15) als sich über die gesamte Breite des Mantels (2) erstreckende Schlitze ausgebildet sind.

9. Walze nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Zuleitung (10, 12, 14) und die Ableitung (11, 13, 15) jeweils aus einem achsparallelen Abschnitt (10, 11) und einem mit dem Zulauf (14) beziehungsweise Ablauf (15) verbundenen radialen Abschnitt (12, 13) bestehen.

10. Walze nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der radiale Abschnitt (12, 13) aus mehreren nebeneinanderliegenden, axial versetzten Kanälen (12 a, 12 b, 12 c, 13 a, 13 b, 13 c) besteht.

11. Walze nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß jeder radiale Abschnitt (12, 13) beziehungsweise deren Kanäle (12 a, 12 b, 12 c, 13 a, 13 b, 13 c) sich zum Zu- und Ablauf hin erweitern.

12. Walze nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Steg (16) mit einer am Walzenmantel (2) schleifenden Bürste (18) bestückt ist.

13. Walze nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß an der Innenseite des Mantels (2) Kühlrippen (21) vorgesehen sind.

14. Walze nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Mantel (2) und dem Kern (1) als schmale ringsegmentartige Leisten ausgebildete Gleitlager (22) für den Mantel (2) vorgesehen sind.