DE69018984T2

DE69018984T2 - Verfahren und Einrichtung zum Bandstranggiessen.

Info

Publication number: DE69018984T2
Application number: DE69018984T
Authority: DE
Inventors: Steven L Campbell; John C Powell
Original assignee: Armco Inc
Current assignee: Armco Inc
Priority date: 1990-06-22
Filing date: 1990-10-04
Publication date: 1995-09-14
Anticipated expiration: 2010-10-05
Also published as: BR9004830A; AU6320990A; US5063989A; JPH04231147A; EP0463226B1; KR920000409A; ATE121650T1; AU635067B2; ES2070968T3; EP0463226A3; EP0463226A2; CA2026723A1; DE69018984D1

Description

Gemäß Vertrag Nr. DE-FC07-881D12712 mit dem U.S.-Energieministerium hat die Regierung der Vereinigten Staaten von merika Rechte an der vorliegenden Erfindung.

GEBIET DER ERFINDUNG

Die vorliegende Erfindung betrifft das Stranggießen eines Bandes aus einer Schmelze in hohen Produktionsmengen. Im einzelnen betrifft die Erfindung ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Stranggießen eines dünnen metallischen oder amorphen Bandes unter Verwendung eines Planarmitzieh-Strömungssystems. Beim Planarmitzieh-Bandgießen findet eine einzige Trommel oder ein einziger Gurt Verwendung, der bzw. dem eine Metallschmelze unter einem Kopfdruck durch eine Düse auf das rotierende Substrat zugeführt wird. Die Schmelze bildet auf dem Substrat ein stabiles ausgedehntes Bad, wenn die Metallströmungsgeschwindigkeit aus der Düse unter der Geschwindigkeit liegt, die durch die Zugwirkung des Substrats gefordert ist. Die Düse befindet sich während des Mitziehgießens an einer Stelle unterhalb des Kopfpunktes des rotierenden Substrats und enthält die auf das Substrat aufzubringende Badschmelze.

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

Der Grundgedanke beim Gießen von Blech, Streifen, Folie oder Band aus Metall beruht auf der Verwendung eines schnell rotierenden Substrats, beispielsweise einer Trommel oder eines Gurtes, die einer Kühlung unterworfen sind, und einer Quelle für die Metallschmelze, welche auf dem Substrat so erstarrt, daß eine gute Qualität entsteht. Das Substrat muß entsprechend abgekühlt werden, um der Metallschmelze die Wärme zu entziehen und zu bewirken, daß diese schnell erstarrt.
Eines der schwierigsten Probleme beim direkten Bandgießen ist die Dickensteuerung über die Bandbreite hin. Damit die Endprodukte den industriellen Erfordernissen entsprechen, müssen Dickenschwankungen über die Bandbreite hin genau überwacht werden. Auch die Oberflächenqualität des Bandes muß zur Vermeidung von Rissen, Sprüngen, Falten oder Zunder überwacht werden. Darüber hinaus muß bei dem zu gießenden Band sichergestellt werden, daß die Erstarrung einheitlich verläuft und die Bildung von Lunkern oder Rissen aufgrund einer Volumenverringerung im Inneren unterbunden wird.
Das Schmelze-Mitziehverfahren wird im allgemeinen zum Gießen von dickeren Bändern, üblicherweise mit einer Dicke von über etwa 0,25 mm (0,01 inches) verwendet. Hierzu wird die Metallschmelze von einer Düse abgezogen, die in der Nähe eines rotierenden Substrats angeordnet ist. In den U.S.-Patenten 3,522,836 und 3,605,863 wird ein unterhalb der Düse befindlicher konvexer Metallschmelze-Gießspiegel verwendet, der von einem rotierenden Substrat kontaktiert wird, um aus diesem Schmelze abzuziehen. Das Wärme entziehende Substrat, beispielsweise eine wassergekühlte Trommel, bewegt sich auf einer im wesentlichen parallelen Bahn zur Auslaßöffnung der Düse.
Beim Schmelze-Mitziehverfahren bildet die Metallschmelze einen Gießspiegel, der aufgrund der Oberflächenspannung am Auslaß der Gießdüse haften bleibt. Dieser Gießspiegel wird dann auf die rotierende Trommel oder den Gurt gezogen, die kontinuierlich gekühlt werden. Diesem Schmelze-Mitziehverfahren sind jedoch aufgrund der Stabilitätseigenschaften des Gießspiegels und der Strömungseigenschaften der Schmelze enge Grenzen in bezug auf die Herstellungsgeschwindigkeit gesetzt. Den unteren Herstel 1 ungsgeschwindigkeiten sind Grenzen gesetzt insbesondere im Falle eines amorphen Bandes, wo eine sehr schnelle Abschreckung erforderlich ist. Das U.S.- Patent Nr. 4 479 528 ist ein typisches Beispiel für Düsen, wie sie zum Gießen in einer Position unterhalb des Trommelscheitels Verwendung finden, und offenbart ein Verfahren mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 sowie eine Vorrichtung mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 15.
Planarstromgießsysteme werden im allgemeinen zum Gießen dünnerer Materialien herangezogen. Die bekannten Düsen zum Bandgießen, wie sie beim Planarstromgießen Verwendung finden, erfordern andere Merkmale als beim Planar-Mitziehgießen. Beim Planarstromgießen enthalten die Düsen, beispielsweise gemäß dem U.S.-Patent Nr. 4,771,820 und dem U.S.-Patent 4,142,571, eine Metallschmelze, die im wesentlichen senkrecht auf den Scheitel des rotierenden Substrats auftrifft. Der Metallschmelzefluß durch einen Düsenschlitz hängt im allgemeinen von den Abmessungen der Schlitzöffnung, der Form der Düsenlippen, den Abständen zwischen den Düsenlippen und dem rotierenden Substrat, dem Schmelze-Kopfdruck und der Rotationsgeschwindigkeit des Substrats ab. Bei den Planarstromgießsystemen hat sich das Niveau der Metallschmelze auf dem rotierenden Substrat stets unterhalb des Niveaus des Metallschmelze-Bades im Gießkasten oder Zufuhrbehälter befunden.
Zur kontinuierlichen Herstellung eines schmalen Bandes hat bisher die Spritzgußtechnik Verwendung gefunden, bei der eine Metallschmelze unter Druck auf den Scheitel einer umlaufenden Trommel aufgebracht wird. Diesem Verfahren sind aufgrund der Schwierigkeit, den Strahl selbst über sehr kurze Strecken einheitlich zu steuern, Grenzen bezüglich der Breite gesetzt. Es hat sich als äußerst schwierig erwiesen, mehrere Strahlen mit einer einheitlichen Beabstandung und Geschwindigkeit so in Einklang zu bringen, daß ein einheitliches Schmelzbad auf der Substratoberfläche entsteht.
Normalerweise bilden sich aufgrund der Wechselwirkung der Strahlen zwischen Schmelzbädern Grate, und es ergibt sich keine über die Bandbreite einheitliche Dicke.
Nur einen beschränktem Erfolg hat ferner die Verwendung zweier umlaufender Trommeln zum fortl aufenden Gießen eines Bandes gezeitigt. Das U.S.-Patent Nr. 3,862,658 offenbart ein System zur Herstellung eines amorphen Bandes unter Verwendung zweier gegenläufig rotierender Trommeln.
Ein weiteres Band-Gießsystem heißt Schmelze-Überlauf. Es ist dadurch gekennzeichnet, daß das rotierende Substrat das horizontale, eine Endwandung darstellende Einfassungsmittel für das Metallschmelze-Bad bildet. Die U.S.-Patente 4 813 472 und 4 819 712 sind typische Beispiele für den Fall, daß die Badschmelze auf dem Substrat etwa dieselbe Höhe aufweist wie die Metallschmelze in dem Gießkasten.
Die beim Bandgießen gemachten Fortschritte haben zu mancherlei weiteren Erkenntnissen über die grundsätzlichen Beziehungen und Variablen geführt, die für ein gleichmäßiges Bandgießen erforderlich sind. Es sind zahlreiche Modifikationen und Neuerungen in bezug auf die Konstruktion von Zwischenpfanne, Düse und Substrat erfolgt. Die verschiedenen für kommerzielle Zwecke entwickelten Düsenabmessungen sind bisher für die Herstellung des gewünschten gleichmäßigen Bandes unzulänglich gewesen. Die kritischen Abmessungsrelationen zwischen Gießdüse und rotierendem Substrat sind angesichts der gewünschten Einheitlichkeit sowie der angestrebten Bandbreiten und -dickenbereiche noch zu definieren.
In der Vergangenheit hat man beim Planarstromgießen den für das Substrat bestimmten Metallschmelzestrom so dosiert, daß er der Materialmenge entsprach, die aufgrund der Ziehwirkung des Substrats erforderlich war. Die Materialmenge, die mit dem rotierenden Substrat in Kontakt stehen und in gezielter Weise erstarrt werden konnte, war bislang begrenzt. Die Schmelze konnte nur soweit mit Druck beaufschlagt werden, daß kein Leck zwischen Düse und Substrat auftrat. Einstellungen der Rotationsgeschwindigkeiten des Substrats waren von der Dicke des zu gießenden Bandes und den Abkühlcharakteristiken des Substrats abhängig. Durch die Abkühlung des Substrats wird die Banddicke und gleichzeitig die Zeit gesteuert, während der das Substrat mit der Badschmelze in Kontakt ist. Dieser Abkühlvorgang kann jedoch auch dazu beitragen, daß die Metallschmelze bereits im Abgabebereich der Düse erstarrt. Eine lange Kontaktzeit erfordert auch eine längere Kontaktstrecke entlang der Substratkrümmung, was vormals höhere Kopfdrücke bei der Einspeisung der Metallschmelze erforderlich machte. Unter diesen Umständen ist eine verbesserte Düsenlippenfestigkeit nötig, um den Drücken standzuhalten, oder eine verringerte Herstellungsgeschwindigkeit, wenn die Dicke einzustellen ist und eine positive Dichtung im Düseninneren aufrecht erhalten wird. Eine langsamere Trommelgeschwindigkeit führt ebenfalls zu einem erhöhten Erstarren in der Düse. Darüber hinaus enthält ein dickeres Band mehr abzuführende Wärme, so daß die Kühlungserfordernisse für eine gezielte Erstarrung komplizierter werden.
Ein weiteres Problem bei den Planarstromgießsystemen des Standes der Technik war durch die sehr kleinen Spaltabstände zwischen der Gießvorrichtung und dem Substrat gegeben, so daß diese der ständigen Überwachung bedurften. Dies bedeutete, daß Meßsysteme für die permanente Überwachung der Spaltabstände sowie zahlreiche Einrichtungen erforderlich waren, um eine Metallschmelzeansammlung auf dem Substrat zu verhindern bzw. für deren Entfernung zu sorgen. Der statischen Schmelzdrucktoleranz waren infolge der sehr kleinen Spaltabstände sehr enge Grenzen gesetzt.
Infolgedessen sind, um den Nachteilen des Standes der Technik zu begegnen, ein neues Verfahren und eine neue Vorrichtung zum Gießen eines dünnen metallischen oder amorphen Bandes erforderlich. Das gewünschte System muß eine verbesserte Flexibilität sowohl im Hinblick auf ein gleichmäßiges Gießprodukt als auch im Hinblick auf größere Bandbreiten- und -dickenbereiche aufweisen. Darüber hinaus ist ein neues Gießsystem erforderlich, das über die bestehenden Toleranzen der Spaltabmessungen und statischen Drücke zum Gießen eines gleichmäßigen Bandes hinausgeht.

KURZE ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Hauptaufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein verbessertes Band- Gießverfahren sowie eine verbesserte Vorrichtung zur Herstellung eines gleichmäßigeren Gießproduktes zu schaffen. Ferner wird ein größeres Spektrum an Bandbreiten und -dicken als bisher möglich angestrebt, sowie die Lieferung einer größeren Menge an Schmelze für das auf dem Substrat zu bildende Bad, ohne dabei den statischen Kopfdruck erhöhen zu müssen.
Diese Aufgaben werden nach der vorliegenden Erfindung gemäß dem in dem Ansprüchen 1 bis 13 beanspruchten Verfahren sowie mit Hilfe der Vorrichtung gemäß Anspruch 15 gelöst.
Vorteilhafte weitere Merkmale werden in den Unteransprüchen beansprucht.
Die vorliegende Erfindung macht ein neues Verfahren sowie eine Vorrichtung zum Bandgießen verfügbar, durch die die Gleichmäßigkeit des Bandes verbessert wird. Zum Erhalt der gewünschten Bandqualität erfordert die Düsenkonstruktion der vorliegenden Erfindung eine Kombination innerhalb kritischer Grenzen zu steuernder Variabler. Durch Ausdehnen der Düsenkontaktlänge mit der Metallschmelze über einen Teil des Gießsubstrats wird eine Mitzieh-Gießkondition in Kombination mit der Steuerung des Planarstromgießens am ersten Kontaktpunkt mit dem Substrat erhalten. Der Düsenansatz vergrößert die Badlänge der Metallschmelze über den eigentlichen Düsenbadbereich hinaus. Die vergrößerte Länge des Metallschmelzbades auf dem Substrat ist auf die Pumpwirkung des Substrats und die Verlängerung der Badeinfassung zurückzuführen.
Das Gießsystem ist so ausgelegt, daß eine verbesserte seitliche Einfassung der Metallschmelze auf dem rotierenden Substrat sichergestellt ist. Darüber hinaus sorgt die Auslegung der Düse für eine Verbesserung der Qualität des Bandes sowohl in bezug auf die Breite als auch hinsichtlich seiner Form. Die Düsenkonstruktion ermöglicht ferner eine Verbesserung des Metallschmelzbades, indem die Badoberfläche mehr Wärme enthält, die Erstarrung am Substrat und nicht an der Badoberfläche erfolgt, und ergibt aufgrund der verstärkten Steuerung des Schmelzbades auf dem Substrat ein größeres Spektrum an Banddicken. Durch die Verlängerung bzw. das Strecken des Schmelzbades aufgrund der Ziehwirkung des Substrats ist der Gießvorgang sehr viel weniger vom statischen Druckanstieg abhängig, der zur Einstellung der Länge und Tiefe des Bades auf dem Substrat verwendet wird. Die zusätzliche Einfassung der Metallschmelze über den eigentlichen Düsenbereich hinaus hat auch eine Vergrößerung der Spaltabstände zwischen Gießeinrichtung und Substrat ermöglicht, ohne dabei die statischen Drücke im Gießkasten erhöhen zu müssen.
Beim Planar-Mitziehgießen strömt Metallschmelze aus einem Gießkasten bzw. Vorratsbehälter durch den Spalt einer Düse. Die Düse richtet die Metallschmelze an den Rand des rotierenden Substrats, das in Form beispielsweise eines Rades, einer Trommel oder eines Transportbandes bzw. Gurts vorliegt. Das Schmelzbad befindet sich in einer hufeisenförmigen Einfassung bzw. Wanne, die verhindert, daß die Schmelze sich weiter ausdehnt. Das Niveau der Metallschmelze in dieser Wanne wird durch das Gleichgewicht zwischen der Strömungsgeschwindigkeit der Schmelze durch die Düse und der Bandentfernungsgeschwindigkeit durch das umlaufende Substrat bestimmt. Ein Anheben des Badspiegels in der Wanne führt zu einer Erhöhung der Kontaktierungslänge und -zeit zwischen Metallschmelze und Substrat. Die Schmelze erstarrt auf dem Substrat, wird anschließend von diesem entfernt und aufgespult. Die Substratkühlmengen und -geschwindigkeiten werden für einen weiten Bereich von Banddicken und -breiten, ohne daß Ausfrierungen in der Düse auftreten, eingestellt.
Ein Vorteil des vorliegenden Gießsystems ist die Möglichkeit der Steuerung des Schmelzbades aufgrund der Düsenwannenverlängerung.
Ein weiterer Vorteil der vorliegenden Erfindung ist die Steuerung der Erstarrung auf der Grundlage bestimmter Gießkasten- und Substratbedingungen.
Vorteilhaft bietet die vorliegende Erfindung auch die Möglichkeit, ein Band bei einer längeren Substrat-Kontaktierungszeit zu gießen.
Ein Merkmal der vorliegenden Erfindung ist die längere Strecke, über die die Schmelze ihren Erstarrungszustand erreichen kann, bevor sie vom Substrat entfernt wird.
Ein weiteres Merkmal der vorliegenden Erfindung ist der Grad der Steuerung der Erstarrung und die Möglichkeit, ein Band größerer Dicke und von ausgezeichneter Gleichmäßigkeit zu gießen.
Diese sowie andere Ziele, Vorteile und Merkmale der Erfindung gehen aus der nachfolgenden näheren Beschreibung und den beigefügten Zeichnungen hervor.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Fig. 1 ist ein Querschnitt durch eine typische Bandgießvorrichtung der vorliegenden Erfindung;
Fig. 2 ist ein vergrößerter Querschnitt der Fig. 1 und zeigt eine erfindungsgemäße Düse.
Fig. 3 ist ein vergrößerter Querschnitt einer erfindungsgemäßen Düse ohne die Schmelze.
Fig. 4 ist ein Teilperspektiv-Querschnitt durch ein Gießsystem der vorliegenden Erfindung, und
Fig. 5 ist eine Teilperspektivansicht des Äußeren eines Düsen-Wannen-Beschickungssystems der vorliegenden Erfindung.

EINGEHENDE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORM

Das erfindungsgemäße Planarmitzieh-System stellt eine erhebliche Verbesserung der Steuerung des mit dem rotierenden Substrat in Berührung stehenden Schmelzbades dar. Durch die Badsteuerung nach diesem Verfahren ist die Möglichkeit gesteigert, ein dickeres Band mit einheitlicheren Eigenschaften herzustellen.
Auch wenn die vorliegende Erfindung auf der Grundlage eines eisenhaltigen Bades und eines ferrostatischen Baddruckes beschrieben wird, ist sie auf keine bestimmte Materialschmelze beschränkt, und sie kann sowohl kristallin als auch amorph werden. Nach einer in Fig. 1 gezeigten bevorzugten Ausführungsform der Erfindung enthält ein Behälter 10 mit feuerfester Auskleidung eine Metallschmelze 12 zum fortlaufenden Gießen eines Bandes. Eine Schließstab 13 wird zur Regulierung des Metallschmelzeflusses aus dem Behälter 10 verwendet. Eine Zuführdüse 14 verbindet den Behälter 10 mit dem Gießkasten 16. Es fließt unter einem statischen Kopfdruck durch die Gießdüse 18 Metallschmelze 12, die noch weiter durch nicht dargestellte Einrichtungen mit Druck beaufschlagt werden kann. Es bildet sich ein Bad auf einem Gießsubstrat 20, das in der Richtung 22 rotiert. Dieses Substrat kann ein Kupferrad oder -gurt sein, das bzw. der durch nicht gezeigte Einrichtungen des Standes der Technik gekühlt wird.
Ein Damm 24 trägt zu einem gleichmäßigen Metallschmelzestrom durch die Gießdüse 18 bei und reguliert den die Gießdüse beaufschlagenden Gießpool 26. Das Niveau des Reservoirs 28 in dem Gießkasten wird durch einen Überlaufdamm 30 reguliert. Die Reservoirhöhe 40 kann auch durch andere, nicht dargestellte Mittel, reguliert werden. Da die Gefahr eines Erodierens der Bodenwandungen des Gießkastens 16 durch die Metallschmelze 12 während des Gießens besteht, kann eine Spritzschutzauflage 34 zur Verhinderung solcher Erosionen vorgesehen sein. Überschreitet der Metallschmelzestrom in den Gießkasten die angestrebte Gießmenge, so kann ein Schmelzeüberlauf vorgesehen sein, damit die Metallschmelze über den Überlaufdamm 30 und weiter durch einen Überlaufschacht 32 abströmen kann. Zur Verhinderung eines Metallschmelzeverlusts kann ein Badniveau-Erfassungssystem zur Aufrechterhaltung des gewünschten Bad-Kopfdrucks vorgesehen sein. Die Metallschmelze kann aus dem Gießkasten 16 über den Reservoirabszugskanal 35 abgezogen werden. Um ein Oxidieren des Bades zu vermindern oder um das Bad mit Druck durch nicht dargestellte Mittel beaufschlagen zu können, kann eine Gießkastenabdeckung 38 vorgesehen sein.
Zur Einstellung des statischen Drucks und damit der Strömungsmenge durch die Gießdüse 18 muß das Niveau 40 der Metallschmelze in dem Reservoir 28 innerhalb enger Grenzen justiert werden. Es sind Einrichtungen vorgesehen, um das Niveau des Reservoirs zu erfassen, es zu steuern oder es relativ konstant zu halten, beispielsweise durch den dargestellten Überlaufdamm 30. Die vorliegende Erfindung ist durch das höhere Niveau der Metallschmelze auf dem rotierenden Substrat bei Verwendung einer "Planarstrom"-Düse 18 zum Gießen eines Bandes auf dem Substrat 20 gekennzeichnet. Liegt das Niveau 44 der Metallschmelze auf dem Substrat über dem Reservoirniveau 40, so ist ein Gießprodukt mit verbesserter Oberflächen- und Formgebungssteuerung über ein breites Spektrum an Bandbreiten und -dicken erhältlich.
In Fig. 2 wird die Höhe des Gießpools 26 über der Planardüse 18 so reguliert, daß ein statischer Druck entsteht, welcher eine Strömungsmenge gewährleistet, die unter dem Metallstrom liegt, der für das rotierende Substrat erforderlich ist. Mit anderen Worten, die Rotationsgeschwindigkeit des Substrats 20 und dessen Oberflächengegebenheiten erfordern mehr Metallschmelze, als vorhanden ist.
Bei den bekannten Planarstromgießsystemen besteht ein Gleichgewicht, indem die gesamte Düse mit einem gleichmäßigen Druck beaufschlagt wird, um eine Strömungsmenge zu erzeugen, die der aufgrund der Ziehwirkung des Substrats erforderlichen Strömungsmenge entspricht. Diese Ziehwirkung hängt von der Geschwindigkeit des Substrats, der Substratoberfläche und dem zu gießenden Material ab. Erfindungsgemäß ist nunmehr festgestellt worden, daß der Gießprozeß sich dadurch wesentlich verbessern läßt, daß dieses Gleichgewicht der Strömungsmenge nicht aufrechterhalten wird. Liegt auf dem Substrat nicht genügend Metallschmelze vor, um ein Aufströmen auf das Substrat zu ermöglichen, so übt das Substrat auf das Metallschmelzebad eine Ziehwirkung aus und zieht das Metall weiter auf das Substrat hinauf, sofern es geeignet eingefaßt ist. Darüber hinaus tendiert ein gestrecktes Bad auf dem Substrat dazu, Turbulenzen im Bad zu verringern. Bei den bekannten Planarstrom-Gießsystemen erzeugen die gleichmäßigen Strömungsmengen auf dem Substrat ein ausgedehnteres Bad, das starke Rückflußturbulenzen aufweist. Dadurch, daß man das verfügbare Volumen des Metallschmelzebades auf dem Substrat verringert, zieht die Pumpwirkung des Rades die Metallschmelze weiter auf das Rad nach oben und verringert dadurch die Metallmenge, die in das Bad zurückfließt. Bei den Gießsystemen des Standes der Technik kann eine Erhöhung des Badkontaktes in bezug auf Zeit und Länge nur durch eine Erhöhung des statischen Kopfdrucks erreicht werden, und dies war auf den Druck beschränkt, dem der Gießspiegel am Übergang zwischen Düse und Substrat standhält, ohne daß dabei das Dichtungsgleichgewicht beeinträchtigt wird und Lecks auftreten. Das Bad auf dem Substrat nach der vorliegenden Erfindung kann als eine sich über das Substrat erstreckende größere Strömungskomponente sowie eine kleinere in das Bad zurückströmende Metallschmelzemenge beinhaltend angesehen werden, die nicht auf das Substrat gezogen wird. Ein Teil der Metallschmelze kehrt erfindungsgemäß in das Bad über dem Substrat zurück, wodurch das Bad leicht durchgerührt wird, um für eine einheitliche Badtemperatur und -zusammensetzung zu sorgen. Eine gewisser Rühreffekt ist auch erforderlich, um ein Erstarren in der Düse zu vermeiden.
Eine weitere Art, den Unterschied zwischen dem Mitziehgießen, dem Gießen mittels eines offenen Kanals und dem Planarstromgießen zu würdigen, ergibt sich aus einer Untersuchung der Veränderung des Metallschmelzedrucks in der Düse. Beim Planarstromgießen ist der für die Zulieferung der Metallschmelze vorgegebene Druck der statische Druck, oder der ferrostatische Druck im Fall von Eisenmetallen. Beim Planarstromgießen entsteht in der Düse ein Druckabfall, wodurch die Metallschmelze eine Strömungsgeschwindigkeit annehmen muß, die an die Zugwirkung des Substrats angepaßt ist und aufgrund der höheren Drücke ein größeres Bad auf dem Substrat bildet. Beim Gießen mittels Kanal oder nach dem Schmelze-Überlaufprinzip erfolgt die Begrenzung des Düsenbades durch die Rotation, und der Druck im Metallvorratsbehälter, in der Düse und auf dem Substrat ist der gleiche. Beim Planarmitziehgießen bewirkt die Ziehwirkung des Substrates aufgrund einer ungenügenden Zufuhr an Metallschmelze am Düsenausgang einen Druckanstieg. Dies ist durch die leichte Verringerung des Strömungsflusses am Düsenausgang bedingt. Das Substrat möchte mehr Metall heranziehen, als vorhanden ist. Nachdem nicht genügend Metall vorhanden ist, um den Bedarf des Substrats zu decken, wird, wenn zusätzliche Düseneinfassungsmittel für ein Bad über eine größere Strecke vorgesehen sind, alles Metall, das vorhanden ist, weiter auf das Substrat hinaufgezogen. Da der Druck am Düsenausgang höher ist als der die Düse beaufschlagende Druck, ist das Bad auf dem Substrat kleiner, und die Rückflußtröme sind schwächer.
Dadurch, daß das Bad 44 weiter auf das Gießsubstrat hinaufgezogen wird, verbessert sich die Qualität des Gießbandes erheblich. Um die Kanten im Hinblick auf einwandfreie Steuerung der Dicke und der gewünschten Form zu regulieren, ist ein Einfassungsmittel 42 vorgesehen. Dieses Einfassungsmittel 42 ist im allgemeinen hufeisenförmig und so ausgebildet, daß es dem Außenprofil des Gießsubstrats 20 folgt. Wie aus den Figuren 3 und 4 noch deutlicher hervorgeht, ist der Abstand zwischen der feuerfesten Auskleidung und dem Substrat klein, um ein unerwünschtes Austreten von Metallschmelze zu verhindern. Die Wand 48 ist unter einem Winkel B gegenüber der Rotationsrichtung am Erstberührungspunkt zwischen der Metallschmelze und dem Gießsubstrat geneigt. Dieser Winkel kann 0 bis 45º, und vorzugsweise 15 bis 35º, betragen.
Der Spalt 46 am Abgabepunkt der Düse variiert je nach der gewünschten Dicke, der Metallschmelze und den Substratgegebenheiten. Normalerweise beträgt die Spaltbreite etwa 0,127 mm - 0,254 mm (5 - 15 mil), um ein eisenhaltiges Material bei einer Substrat-Rotationsgeschwindigkeit von 1,524 - 3,048 m/sec (5 - 10 Fuß) zu gießen.
Fig. 3 zeigt das Gießeinfassungsmittel 42 mit einer unteren Einfassungswand 48, zwei Seitenwänden 52 und einer oberen Wand 54 zum Enthalten des Metallschmelzebades. Der Umriß dieses Einfassungsmittels bzw. dieser Wanne stimmt mit dem Perimeter des umlaufenden Substrats überein und weist eine Breite dahingehend auf, daß die Kanten im Hinblick auf die angestrebte Breite des zu gießenden Bandes abgestützt sind. Die Gießwanne kann mit jeder beliebigen Planarstrom-Gießdüse kombiniert werden und gewährleistet aufgrund des Planarmitziehgießens verbesserte Strömungseigenschaften und damit eine verbesserte Qualität. Es können Winkeleisen oder andere Seitenhalteeinrichtungen 56 vorgesehen sein, um eine Auswärtsbiegung der Seitenwände 52 zu verhindern. Es können geeignete verschiedene feuerfeste Materialien für das Wannen/- Düsensystem Verwendung finden, was von dem zu gießenden Metall abhängt. Mit Erfolg sind feuerfeste Materialien wie Bornitrid als Zusammensetzung für Düse und Seitenwände der Wanne verwendet worden. Als Wannenabdeckung ist ein feuerfestes Material mit einem hohen Aluminiumoxidgehalt verwendet worden. Die Länge der Wanne ist durch die Gießparameter bestimmt, um ein Schmelzbadniveau über Gießkastenhöhe zu erhalten, das gleichzeitig die gewünschte Badtiefe im Hinblick auf die Dickenanforderungen liefert.
Fig. 5 zeigt eine Endansicht der Wanne 42 und der Gießdüse 18, vom Substrat aus gesehen.
Die Erfindung wird ferner anhand des nachstehenden Beispiels beschrieben.

BEISPIEL

Es wurde ein Schmelze-Gießkasten gemäß Fig. 1 hergestellt und um etwa 400 hinter dem Kopfpunkt eines Kupferrades als Substrat mit einem Durchmesser von 2,1336 m (7 Fuß) angeordnet. Die verwendete Gießdüse wies eine Breite von 76,2 mm (3 inch) und eine Schlitzbreite von etwa 2,54 mm (100 mil) auf. Die verwendete Wanne wies eine Breite von 76,2 mm (3 inch) und eine Tiefe unterhalb des Gießdüsenschlitzes von 9,525 mm (375 mil) sowie eine Öffnung entsprechend der Radkrümmung auf. Die Rückwand der Wanne bildete einen Winkel von 26,50, und der Spalt zwischen Wanne und Substrat wurde auf 254 pm (10 mil) eingestellt. Die Seitenwände der Wanne hatten 177,8 mm (7 inches) Rad-Bogenlänge. Der Überlaufschacht wies während des Gießens eines Schmelzbades von Niedrigkohlenstoffstahl einen ferrostatischen Kopf von 91,6 mm (4 inch) über der Düse bei einer Gießkastentemperatur von 1630 ºC (2965º F) auf. Das Rad rotierte mit einer konstanten Geschwindigkeit von 1,83 m/sec (6 Fuß/s) und erzeugte ein 1,22 mm (48 mil ) dickes Band von hervorragender Form und Gleichmäßigkeit. Das Niveau der Metallschmelze in der Wanne lag etwa 12,7 mm (0,5 inch) über dem in dem Gießkasten. Die gestreckte Badlänge auf dem Substrat wurde von den Wannenkanten abgestützt und lieferte eine einheitliche Dicke von Kante zu Kante.
Es wurde gezeigt, daß die bisher bei anderen Planarstrom-Gießdüsen aufgetretenen Kantensteuerungsprobleme mit dem Gießverfahren und der Vorrichtung nach der vorliegenden Erfindung gelöst werden konnten. Die vorliegende Erfindung hat gezeigt, daß durch die Wannenverlängerung in Fortsetzung der Planardüsen ei ne ausgezeichnete Form und Dickeneinheitlichkeit realisierbar sind. Durch Justieren der Wannenbreite und des Schmelzeniveaus in dem Wannenbad ist ein verbessertes Spektrum an Bandbreiten und -dicken erhältlich.

Claims

1. Verfahren zur Erzeugung von aus einer Schmelze stranggegossenem Band, welches Verfahren die Schritte aufweist:

a) Aufnahme der Schmelze (28) in einem Gießkasten (16);

b) Beibehaltung eines gesteuerten Niveaus (40) der Schmelze (28) im Gießkasten (16) zur Schaffung eines gewünschten statischen Kopfdrucks;

c) Gießen der Schmelze (28) aus dem Gießkasten (16) durch eine Gießdüse (18);

d) Vorsehen eines drehbaren Gießsubstrats (20) zur Aufnahme der Schmelze; und

e) Erstarren der Schmelze zur Bildung eines fortlaufenden gegossenen Bandes,

gekennzeichnet durch

f) Vorsehen von Düsenansatzeinfassungsmitteln (42, 48, 52, 54) zum Enthalten eines Schmelzbads (44) auf dem Substrat (20); und

g) Steuern des Niveaus des Schmelzbads (44) in den Einfassungsmitteln zur Einstellung eines Schmelzeniveaus auf dem Substrat (20), das über dem Schmelzeniveau (40) im Gießkasten (16) ist.

2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die Schmelze (28) ein geschmolzenes Eisenmetall ist.

3. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem der Gießschritt 20 bis 60º hinter dem Kopfpunkt des Substrats (20) ist.

4. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem der Gießkasten (16) Metallschmelze (12) von einem Behälter (10) aufnimmt und die Steuerung des Schmelzeniveaus (40) im Gießkasten (16) durch einen Damm (24) und einen Überlauf schacht (32) vorgesehen wird.

5. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die Einfassungsmittel (42) Seitenwände (52) haben, die zur Außenoberflächenkontur des Substrats (20) passend geformt sind.

6. Verfahren nach Anspruch 5, bei dem die Seitenwände (52) in Längsrichtung abgeschrägt sind.

7. Verfahren nach Anspruch 6, bei dem die Seitenwände (52) zwischen 15 und 35º zum Substrat (20) abgeschrägt sind.

8. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem ein Düse (18)/Substrat (20)-Abstand von etwa 0,127-0,508 mm (0,005 bis 0,020 inches) aufrechterhalten wird.

9. Verfahren nach Anspruch 4, bei dem das Niveau der Metallschmelze (44) in den Einfassungsmitteln (42) wenigstens etwa 12,7 mm (0,5 inches) über dem Schmelzeniveau (40) im Gießkasten (16) ist.

10. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die Schmelze (28) unter Druck gesetzt wird, um den Strom der Schmelze durch die Gießdüse (18) zu regulieren.

11. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die Düsenansatzeinfassungsmittel enthalten:

a) Seitenwände (52), deren Höhe von der Düsenöffnung zu einem Auslaßpunkt aus den Einfassungsmitteln (42) wächst;

b) eine Bodenwand (48) mit einer Neigung von 15º bis 40º zum Substrat (20); und

c) eine Qberwand (54), die der Form des Substrats (20) angepaßt ist, um einen Durchlaß des erstarrten Bandes darunter ohne Kontakt mit den Einfassungsmitteln (42) zu ermöglichen.

12. Verfahren nach Anspruch 11, bei dem Strömungssteuerungsmittel vorgesehen werden, um das Schmelzeniveau im die Düse (18) speisenden Gießkasten (16) unter dem Niveau der Schmelze (44) in den Einfassungsmitteln (42) einzustellen.

13. Verfahren zum Planarmitzieh-Bandgießen, das die Schritte aufweist:

a) Vorsehen eines Bades (28) von Metallschmelze in einem Gießkasten (16) mit einer Tiefe, die einen statischen Druck liefert;

b) Zuführen des Metalls zu einer Gießdüse (18) unter dem statischen Druck;

c) Gießen des Metalls durch die Düse (18) zur Bildung eines Schmelzbades (44) auf einem rotierenden Substrat (20) bei einem höheren Druck als dem statischen Druck;

d) Justieren des Bades (44) durch Vorsehen von Düsenansatzeinfassungsmitteln (42) zwecks Erstreckung des Bades (44) auf dem Substrat (20) bis zu einem Niveau über dem Niveau (40) des Bades (28); und

e) Erstarren der Schmelze auf dem rotierenden Substrat (20) zur Bandbildung.

14. Verfahren nach Anspruch 13, bei dem das Metall (28) eisenhaltig ist.

15. Planarmitzieh-Bandgießvorrichtung, die aufweist:

a) einen Gießkasten (16) zum Zuführen von Metallschmelze (28);

b) eine mit dem Gießkasten (16) verbundene Gießdüse (18) zum Gießen der Metallschmelze;

c) ein gekühltes rotierendes Substrat (20), das zur Aufnahme von Metallschmelze (28) von der Düse (18) angeordnet ist,

gekennzeichnet durch Düsenansatzeinfassungsmittel (42, 48, 52, 54) zum Halten der Metallschmelze auf dem Substrat (20) zwecks Verlängerung des Metallkontakts mit dem Substrat (20).

16. Vorrichtung nach Anspruch 15, wobei ein Behälter (10) in Verbindung mit dem Gießkasten (16) zum Zuführen von Metallschmelze (12) zum Gießkasten (16) verwendet wird.

17. Vorrichtung nach Anspruch 15, wobei das Metall (12) eisenhaltig ist.

18. Vorrichtung nach Anspruch 16, wobei der Gießkasten (16) etwa 20 bis 60º vor dem Kopfpunkt des rotierenden Substrats (20) angeordnet ist.

19. Vorrichtung nach Anspruch 16, wobei der Gießkasten (16) mit einem Damm (24) und einem Überlaufschacht (32) versehen ist, um Reguliermittel zur Steuerung des Schmelzedrucks im Gießkasten (16) zur Düse (18) vorzusehen.

20. Vorrichtung nach Anspruch 15, wobei die Einfassungsmittel (42) Seitenwände haben, die zur Außenoberfläche des Substrats (20) passend geformt sind.

21. Vorrichtung nach Anspruch 15, wobei die Einfassungsmittel (42) Seitenwände (52) haben, die mit wachsender Länge entsprechend dem von der Düse (18) wachsenden Abstand abgeschrägt sind.

22. Vorrichtung nach Anspruch 15, wobei sich die Einfassungsmittel (42) unter einem Winkel zwischen 15 und 35º zum Substrat (20) befinden.

23. Vorrichtung nach Anspruch 16, wobei die Schmelze (28) im Gießkasten 816) unter Druck gesetzt wird, um den Strom durch die Düse (18) zu regulieren.

24. Vorrichtung nach Anspruch 15, wobei die Düse (18) um etwa 0,127-0,508 mm (0,005 bis 0,020 inches) vom Substrat (20) beabstandet ist.

25. Vorrichtung nach Anspruch 15, wobei Mittel zum Justieren des Bades auf dem Substrat (20) derart vorgesehen sind, daß das Substratschmelzeniveau (44) über dem Schmelze (28)-Zuführniveau (40) ist und der Schmelzedruck am Ausgang der Düse (18) größer als der Zufuhrschmelzen-Kopfdruck ist.