EP0295270A1 - Verfahren und vorrichtung zum giessen dünner bänder oder folien aus einer schmelze - Google Patents

Verfahren und vorrichtung zum giessen dünner bänder oder folien aus einer schmelze

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Publication number
EP0295270A1
EP0295270A1 EP87906060A EP87906060A EP0295270A1 EP 0295270 A1 EP0295270 A1 EP 0295270A1 EP 87906060 A EP87906060 A EP 87906060A EP 87906060 A EP87906060 A EP 87906060A EP 0295270 A1 EP0295270 A1 EP 0295270A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
pouring
melt
nozzle
slot
casting
Prior art date
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Ceased
Application number
EP87906060A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Hans Gloor
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Concast Standard AG
Original Assignee
Concast Standard AG
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 Concast Standard AG filed Critical Concast Standard AG
Publication of EP0295270A1 publication Critical patent/EP0295270A1/de
Ceased legal-status Critical Current

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Classifications

    • 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
    • B22D11/06—Continuous casting of metals, i.e. casting in indefinite lengths into moulds with travelling walls, e.g. with rolls, plates, belts, caterpillars
    • B22D11/0611—Continuous casting of metals, i.e. casting in indefinite lengths into moulds with travelling walls, e.g. with rolls, plates, belts, caterpillars formed by a single casting wheel, e.g. for casting amorphous metal strips or wires
    • 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
    • B22D11/06—Continuous casting of metals, i.e. casting in indefinite lengths into moulds with travelling walls, e.g. with rolls, plates, belts, caterpillars
    • B22D11/0637—Accessories therefor
    • B22D11/064—Accessories therefor for supplying molten metal

Definitions

  • the invention relates to a method for casting and a casting device for strips or foils made of metallic or metal-oxide melt, according to the preambles of claims 1 and 5.
  • methods and devices for the direct casting of metal melts onto moving cooling body known, usually using a cooling drum or a moving cooling belt.
  • the molten metal is fed to the surface of the cooling drum or the cooling belt via a nozzle-like discharge element.
  • the most important process parameters for the casting process are the speed of movement of the heat sink surface relative to the casting nozzle, the heat dissipation from the strip to the heat sink and, as a further important parameter, the nozzle geometry.
  • the width of the pouring slot in the casting direction has a decisive influence on the casting process.
  • the geometry of the pouring slot has also been given considerable importance in the development to date. Accordingly, efforts to improve the casting process have also focused on the design and dimensioning of the nozzle opening and on the distance between the nozzle opening and the heat sink surface. Practically all known proposals have in common that the metal melt flows by gravity from a casting container into the nozzle and the pouring slit. This gravitational melt inlet was supported in the new strip casting technology at most by a controllable pressure system. For this reason, considerable restrictions had to be observed when dimensioning the nozzle opening and the area between the nozzle opening and the heat sink surface in order to ensure perfect casting and to prevent uncontrolled leakage or freezing of the melt in the pouring slot before the actual casting process began.
  • DE-OS 3 411 466 discloses a method for producing thin metal strip, in which the application angle between the flow direction of the melt emerging from the nozzle and the casting surface between see should be 20 and 80 degrees.
  • a nozzle configuration has been proposed according to DE-OS 3 442 009, in which a plurality of nozzle slots are arranged one behind the other in the casting direction. This should result in thick bands by sequential multiple application of melt at a suitable spacing of the nozzle slots from one another and with a suitable nozzle slot width.
  • melt feed device is also intended to enable the production of larger casting formats, in particular a multiplication of the range that can be produced.
  • the casting process can be controlled very precisely and reliably.
  • the melt intermediate vessel can be arranged above or below the pouring nozzle. This results in optimal conditions at the start of pouring and at the same time a long pouring time can be guaranteed.
  • the new process and the new nozzle device not only thicker strips can be produced.
  • belts can be changed without changing the metal feed system state of the art multiple widths are produced.
  • the nozzle itself is of simple construction and the dimensioning of the pouring slot can be designed more freely compared to the prior art.
  • the melt can be fed to the pouring nozzle by gravity, whereby the static pressure can be kept constant via a level control in the intermediate vessel.
  • the start of pouring can be determined by means of a flow control device in the intermediate vessel. According to one embodiment, it is particularly advantageous if the melt is pressed up into the pouring or intermediate vessel below the pouring nozzle by means of gas pressure from a level of the bath level in the pouring or intermediate vessel. With this solution, the pouring slot remains unaffected until the start of pouring.
  • the flow rate of the melt into the pouring nozzle is linked in particular to the cross section of the strip produced. For strips with a thickness of less than 0.3 mm, it is recommended to set a flow rate of the melt in the tubular nozzle body in front of the area of the pouring slot to a maximum of 2 m / sec, preferably to a maximum of 0.8 m / sec.
  • the cross section of the tubular pouring nozzle can be oval, rectangular, polygonal, etc. An advantageous production and a low flow resistance is ensured if the tubular pouring nozzle has a round cross section.
  • a one-sided feeding of the melt into the pouring nozzle can basically be designed in different ways.
  • a particularly advantageous embodiment is an L-shaped tubular body as a pouring nozzle, which is immersed in a melt bath with one leg and is separated from the melt vessel as a casting system part.
  • a U-shaped tubular body which has a pouring slit in the central transverse leg and, with its two parallel legs, dips into a melt vessel.
  • the slot width can e.g. converge in the direction of flow, etc.
  • the production of strips with a predetermined, amorphous and / or crystalline structure, surface structure, nominal strip thickness, etc., which can be the same or different over the strip width, is considered here.
  • a trouble-free melt flow through the pouring slot on the heat sink is of great importance for the quality of the strip produced.
  • Quality problems arise in particular in the case of tapes of the order of 0.01-0.3 mm thickness, particularly in the case of tapes with a tape width of more than 80 mm.
  • the width of the pouring slot is 20 to 50 times, preferably 20 to 30 times, the nominal thickness of the strip to be cast.
  • the distance between the pouring nozzle and the moving heat sink can be 0.05-0.5 mm, preferably 0.1 mm-0.2 mm.
  • a uniform band quality at the start of casting can be achieved if the casting weight is quickly equal meter is adjustable.
  • the position of the pouring nozzle along the at least partially curved heat sink or the angular position of the heat sink surface with respect to the horizontal can be selected at a first contact point between the melt and the heat sink after the nozzle emerges .
  • other casting parameters such as strip thickness, composition of the melt and the resulting physical properties, such as viscosity, surface tension, etc., are decisive for determining the position of the casting nozzle relative to the angular position of the heat sink surface.
  • the deflection angle of the melt between the outflow direction in the pouring slot and the strip withdrawal direction can also be adjusted.
  • This angle of deflection can e.g. between 30 and 120 degrees, preferably between 60 and 100 degrees. Both the position of the pouring nozzle to the angular position of the heat sink surface and the deflection angle of the melt can be optimally adapted to the casting parameters and the product to be produced.
  • 1 is a side view, partly in section, of a casting device with a nozzle that can be separated from the casting vessel
  • 2 shows a vertical section through a second exemplary embodiment, with a nozzle gap directed from one side onto a casting drum
  • FIG. 3 is a plan view, partly in section along the line III-III of FIG. 2,
  • FIG. 4 + 5 views on pouring nozzles
  • Fig.6A + 6B diagrams of thickness measurements for a film according to the invention and a conventionally produced
  • Fig. 7 + 8 schematic representations of melt deflections when hitting different heat sinks.
  • a casting device for tapes or foils made of metallic or metal oxide melt is shown schematically.
  • a rotating drum is used as the moving heat sink 6.
  • a pouring nozzle 3 is arranged at a certain distance A from the pouring surface of the heat sink 6.
  • the pouring nozzle 3 has a lateral melt inflow from a pouring container 1, also called an intermediate vessel, which in turn can be fed from a storage container by a pouring jet 8.
  • the pouring nozzle 3 is further provided with a pouring slit 4, which is arranged in its longitudinal extent L axially to the pouring nozzle 3 and essentially transversely to the direction of movement 21 of the surface of the heat sink 6.
  • the pouring slot length L corresponds to the bandwidth to be cast.
  • the pouring nozzle has an essentially round, tubular cross section.
  • the one-sided lateral feed of the melt is connected to the casting nozzle 3 via a coupling 10. 2 and 3, the same parts are provided with the same reference numerals.
  • An outer tubular surface 22 in the area of the pouring slit 4 is flattened in order to extend the spacing gap A in the direction of movement 21 of the heat sink 6.
  • an L-shaped tubular body with a right angle is used as the pouring nozzle 3.
  • the vertical tube part 23 lying in front of the section in FIG. 2 and drawn in dash-dot lines plunges into a melt bath of a pressure-tight casting container in a plane 24. The melt can be pressed from the casting container into the casting nozzle 3 by means of a pressure P on the melt bath.
  • a width 26 of the pouring slot 4 can, depending on the chosen casting parameters and the casting product, be between 20 and 50 times, preferably between 20 and 30 times, the nominal thickness 27 of a cast strip 28.
  • the spacing gap A between the surface 22 of the pouring nozzle 3 and the moving heat sink 6 can be between 0.05 mm and 0.5 mm, for thin strips preferably between 0.1 mm and 0.2 mm.
  • the pouring slit 4 ends a length 30 in front of a pipe end cover 31.
  • the longitudinal extent of the pouring slit 4 is therefore only a fraction of the length of the tubular pouring nozzle 3.
  • the end cover 31, which is attached opposite the feed side, has a vent hole 11 provided, from which the air can escape in a controlled manner during casting.
  • FIGS. 4 and 5 show exemplary embodiments of pouring nozzles 40 and 50, the pouring nozzle 40 tapering in the feed direction of the melt.
  • the width of a pouring slit 52 converges in the feed direction of the melt.
  • melt 33 By pressing P on the bathroom Mirror in the plane 24 below the pouring nozzle 3, melt 33, as arrow 34 shows, is pressed up through the vertical tube part 23 into the pouring nozzle 3.
  • the melt 33 is in the pouring nozzle 3 until just before entering the pouring slot 4 substantially axially to the tubular pouring nozzle 3 (arrows 35), or to put it another way, transversely to the outflow direction (arrow 36) in the pouring slot 4.
  • the feed direction 35 is at the same time transverse to the strip take-off direction 37.
  • the strip solidifies essentially in the gap A by removing heat from the moving heat sink 6 from one side of the strip.
  • a statically calculated pressure on the melt in a plane 39 of the pouring slit 4 during the casting operation is set to 0.1-0.2 bar.
  • the inflow speed of the melt is to be limited to 2 m / sec, preferably to 0.8 m / sec, in front of the area of the pouring slit 4.
  • FIG. 7 and 8 schematically illustrate two examples with different angular positions of the heat sink surface in the region of the pouring slot.
  • 70 and 80 represent a flat or curved part of a band-shaped or drum-shaped heat sink.
  • a direction of outflow 71 from a pouring slit of a pouring nozzle is deflected in a strip withdrawal direction 72 by an acute angle 73, for example between 60-89 degrees.
  • a first cooling section after the pouring slot is horizontal.
  • a melt is deflected from an outflow direction 81 from a pouring nozzle into an arcuate strip withdrawal direction 82 by a right angle 83.
  • a first cooling section after the pouring slit is rising and curved in this example. If desired, the first cooling section can also be arranged at a sloping angular position of the heat sink surface.
  • the casting product is strips or foils with a largely adjustable and extremely uniform thickness.
  • the uniform thickness of the tapes or foils produced can be verified by measurements.
  • 6A shows the course of a measurement curve of the material thickness over the gap length L for a product which was produced according to the invention.
  • 6B shows the corresponding course for a comparison product produced by a known method.
  • a tubular nozzle with an inner diameter of 15 mm and a spout slot width of 1.5 mm was moved.
  • the pouring slot width was only 0.4 mm.
  • the casting speed was 25 m / sec in both processes.
  • the melting speed in the pipe nozzle in front of the area of the pouring slot was calculated with a density of the melt from 6.7 kg / dm 3 to 0.424 m / sec.
  • Fig. 6A has a substantially more uniform thickness than the tape according to a known method in
  • the pouring nozzle is usually made from high-quality refractory materials such as SiO 2 glass, quartz, etc. It is of particular interest to keep the tubular glass nozzle cross-section and the wall thickness small even with larger bandwidths in order to achieve low manufacturing costs. With a clear cross-sectional area of the Nozzle tube of, for example, 180-250 mm 2 , for example, strips of 100 mm width can be produced. A ratio is calculated from this
  • one to three times the value of the bandwidth in mm can be used to select the clear nozzle tube cross section in mm 2 .

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Continuous Casting (AREA)

Description

Verfahren und Vorrichtung zum Giessen dünner Bänder oder Folien aus einer Schmelze
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Giessen und eine Giessvorrichtung für Bänder oder Folien aus metallischer oder metalloxydischer Schmelze, gemäss den Oberbegriffen der Patentansprüche 1 und 5.
Ein erheblicher Anteil von industriell verwendeten metallischen oder metalloxyάischen Blechen wird in Form dünner Bleche oder Folien benötigt. Es richten sich daher beträchtliche Anstrengungen auf Verfahren und Vorrichtungen zur direkten Herstellung solcher dünnen Bleche oder Folien, unter Umgehung der tradirionellen Giess- und Walztechnik. Wie jüngste Bestrebungen in diese Richtung gezeigt haben, lassen sich dünne metallische oder metalloxydische Bänder bzw. Folien direkt aus der Schmelze herstellen, wobei sich einerseits eine erhebliche Energieeinsparung gegenüber konventionellen Verfahren erzielen lässt und andererseits Produkteigenschaften realisierbar sind, die sich mit konventionellen Giessverfahren nicht herstellen lassen. Bleche oder Folien mit amorpher, nano-/mikro-kristalliner Struktur oder sogar mit kombinierter, z.B. in gewissen Bereichen amorpher und in anderen .Bereichen kristalliner Struktur, können ausschliesslich mit den neu entwickelten Verfahren bzw . Vorrichtungen hergestellt werden .
So sind beispielsweise Verfahren bzw. Vorrichtungen zum direkten Vergiessen von Metallschmelzen auf bewegte Kühl- körper bekannt, wobei in der Regel eine Kühltrommel oder ein bewegtes Kühlband verwendet wird. Die Metallschmelze wird dabei der Oberfläche der Kühltrommel bzw. des Kühlbandes über ein düsenähnliches Austragelement zugeführt. Die wichtigsten Verfahrensparameter für den Giessprozess sind dabei die Bewegungsgeschwindigkeit der Kühlkörperoberfläche relativ zur Giessdüse, die Wärmeableitung vom Band an den Kühlkörper sowie als weiterer wichtiger Parameter die Düsengeometrie.
Neben dem Abstandspalt zwischen Düse und Kühlkörperoberfläche ist auch die Breite des Ausgussschlitzes in Giessrichtung von entscheidendem Einfluss auf den Giessprozess. Auch der Geometrie des Ausgussschlitzes wurde in der bisherigen Entwicklung eine erhebliche Bedeutung beigemessen. Bestrebungen zur Verbesserung des Giessverfahrens haben sich dementsprechend auch auf die Gestaltung und Bemessung der Düsenoffnung sowie auf den Abstand zwischen der Düsenöffnung und der Kühlkörperoberflache gerichtet. Dabei ist praktisch allen bekannten Vorschlägen gemeinsam, cass die Metallschmelze durch ihre Schwerkraft aus einem Giessbehälter in die Düse und den Ausgussschlitz fliesst. Dieser gravitationsbedingte Schmelzeneinlauf wurde in der neuen Bandgiesstechnik höchstens durch ein steuerbares Drucksystem unterstützt. Bei der Dimensionierung der Düsenöffnung sowie des Bereiches zwischen der Düsenöffnung und der Kühlkörperoberfläche waren aus diesem Grund beträchtliche Einschränkungen zu beachten, um ein einwandfreies Angiessen sicherzustellen und unkontrolliertes Auslaufen bzw. Einfrieren der Schmelze im Ausgussschlitz vor Beginn des eigentlichen Giessvorganges zu verhindern.
Aus der DE-OS 3 411 466 ist beispielsweise ein Verfahren zur Herstellung von dünnem Metallband bekannt, bei dem der Ausbringwinkel zwischen der Strömungsrichtung der von der Düse austretenden Schmelze und der Giessoberfläche zwi- sehen 20 und 80 Grad betragen soll. Zur Herstellung dickerer Bänder wurde gemäss DE-OS 3 442 009 eine Düsenkonfiguration vorgeschlagen, bei der in Giessrichtung mehrere Düsenschlitze hintereinander angeordnet sind. Dadurch sollen bei geeignetem Abstand der Düsenschlitze voneinander und bei geeigneter Düsenschlitzweite dicke Bänder durch sequentielles Mehrfachauftragen von Schmelze entstehen.
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Giessen von Bändern oder Folien aus metallischer oder metalloxydischer Schmelze zu schaffen, das bzw. die zu Giessprodukten mit verbesserter Qualität und zu einer vereinfachten und verbilligten Schmelzenzuführeinriσhtung zum Kühlkörper führt. Die Schmelzenzuführeinrichtung soll im weiteren die Herstellung grösserer Giessformate , insbesondere eine Vervielfachung der produzierbaren Bandbreite, ermöglichen.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss durch die Summe der Merkmale in den Patentansprüchen 1 und 5 gelöst.
Trotz der erfindungsgemässen seitlichen Metallzuführung lassen sich Giessprodukte mit ausgezeichneter Oberflächenqualität und von aussergewöhnlich gleichmässiger Dicke, auch in den Randbereichen, herstellen. Bedingt durch die relativ einfache und robuste Ausbildung der Düse lässt sich der Giessprozess sehr präzise und zuverlässig steuern. Durch die seitliche Zuführung der Schmelze kann das Schmelzenzwischengefäss oberhalb oder unterhalb der Giessdüse angeordnet sein. Dadurch ergeben sich optimale Bedingungen bei Giessbeginn, und gleichzeitig kann eine lange Giessdauer gewährleistet werden. Mit dem neuen Verfahren bzw. der neuen Düsenvorrichtung lassen sich nicht nur dickere Bänder herstellen. Durch Verlängerung des Düsenrohres und des Ausgussschiitzes können ohne Veränderung des Metallzuführsystemes Bänder mit gegenüber dem Stand der Technik mehrfacher Breite hergestellt werden. Die Düse selbst ist von einfachem Aufbau und die Dimensionierung des Ausgussschlitzes kann gegenüber dem Stand der Technik freier gestaltet werden.
Die Schmelze kann durch ihre Schwerkraft der Giessdüse zugeführt werden, wobei der statische Druck über eine Niveauregelung im Zwischengfäss konstant gehalten werden kann. Mittels einer Durchflussregeleinrichtung im Zwischengefäss kann der Giessbeginn bestimmt weden. Gemäss einem Ausführungsbeispiel ist es besonders vorteilhaft, wenn die Schmelze mittels Gasdruck von einer Niveauhche des Badspiegels im Giess- oder Zwischengefäss unterhalb der Giessdüse in diese hinaufgepresst wird. Der Ausgussschlitz bleibt bei dieser Lösung bis zum Giessbeginn unberührt.
Die Zuflussgeschwindigkeit der Schmelze in die Giessdüse ist insbesondere mit dem Querschnitt des produzierten Bandes verknüpft. Für Bänder mit einer Dicke unter 0,3 mm wird empfohlen, eine Zuflussgeschwindigkeit der Schmelze im rohrförmigen Düsenkörper vor dem Bereich des AusgussSchlitzes auf maximal 2 m/sec, vorzugsweise auf maximal 0,8 m/sec einzustellen.
Der Querschnitt der rohrförmigen Giessdüse kann oval, rechteckig, vieleckig etc. sein. Eine vorteilhafte Herstellung und ein geringer Strömungswiderstand ist gewährleistet, wenn die rohrförmige Giessdüse einen runden Querschnitt aufweist .
Nbben der Breite des Ausgussschlitzes der Giessdüse ist die Gestaltung der Giessdüsenoberflache im Bereich der Umlenkung und der Erstarrung der Schmelze von Bedeutung. Gemäss einem weiteren Ausführungsbeispiel wird empfohlen, die äussere Rchrmantelflache im Bereich des Ausgussschlitzes bei rundem Düsenquerschnitt abzuflachen. Eine einseitige Einspeisung der Schmelze in die Giessdüse kann grundsätzlich verschiedenartig gestaltet werden. Eine besonders vorteilhafte Ausführungsform stellt ein L-förmiger Rohrkörper als Giessdüse dar, der mit einem Schenkel in ein Schmelzenbad eintaucht und vom Schmelzengefäss als Eingusssystemteil getrennt ist.
Anstelle des L-förmigen Rohrkörpers ist auch ein U-förmiger Rohrkörper denkbar, der einen Ausgussschlitz im mittleren Querschenkel aufweist und mit seinen beiden Parallelschenkeln in je ein Schmelzengefäss eintaucht.
Aus verschiedenen Gründen kann es erwünscht sein, den Metalizufluss auf den Kühlkörper entlang des Ausgussschlitzes durch unterschiedliche Schlitzbreiten unregelmässig zu gestalten. Die Schlitzbreite kann z.B. in Fliessrichtung konvergieren etc. Es wird hier insbesondere an eine Herstellung von Bändern mit vorbestimmter, amorpher und/oder kristalliner Struktur , Oberflächenstruktur , Sollbanddicke etc. gedacht, die jeweils über die Bandbreite gleich oder unterschiedlich sein können.
Ein störungsfreier Schmelzenzufluss durch den Ausgussschlitz auf den Kühlkörper ist für die Qualität des erzeugten Bandes von grosser Wichtigkeit. Insbesondere bei Bändern in der Grössenordnung von 0,01 - 0,3 mm Dicke stellen sich Qualitätsprobleme, besonders bei Bändern mit einer Bandbreite über 80 mm. Gemäss einem weiteren Ausführungsbeispiel wird vorgeschlagen, dass die Breite des Ausgussschlitzes das 20- bis 50-fache, vorzugsweise das 20bis 30-fache der Solldicke des zu giessenden Bandes beträgt. Der Abstandspalt zwischen der Giessdüse und dem bewegten Kühlkörper kann dabei 0,05 - 0,5 mm, vorzugsweise 0,1 mm - 0,2 mm, betragen.
Eine gieichmässige Bandqualität bei Giessbeginn kann erreicht werden, wenn rasch ein Gleicngewicht der Giesspara meter einstellbar ist. Es wird im Sinne einer Ausführungsvariante empfohlen, den Ausgussschlitz nur über einen Teil der Länge der rohrförmigen Giessdüse vorzusehen und das Rohr gegenüber der Einspeisungsseite mit einem Deckelteil, der ein Luftloch aufweist, zu versehen.
Je nach Art der Metallzuführung zur Giessdüse, wie beispielsweise durch Schwerkraft, Gasdruck oder andere Regeleinrichtungen, kann die Lage der Giessdüse entlang des mindestens teilweise bogenförmigen Kühlkörpers bzw. die Winkellage der Kühlkörperoberflache zur Horizontalen an einer ersten Kontaktstelle zwischen Schmelze und Kühlkörper nach dem Düsenaustritt gewählt werden. Neben der Zuführungsart der Schmelze zur Düse sind aber noch weitere Giessparameter, wie Banddicke, Zusammensetzung der Schmelze und die daraus resultierenden physikalischen Eigenschaften, wie Viscosität, Oberflächenspannung etc., für die Bestimmung der Lage der Giessdüse zur Winkellage der Kühlkörperfläche, massgebend. Ebenfalls einstellbar ist der Umlenkungswinkel der Schmelze zwischen der Ausfiiessrichtung im Ausgussschlitz und der Bandabzugrichtung. Dieser Umlenkungswinkel kann z.B. zwischen 30 und 120 Grad, vorzugsweise zwischen 60 und 100 Grad, betragen. Sowohl die Lage der Giessdüse zur Winkellage der Kühlkörperoberflache, wie auch der Umlenkungswinkel der Schmelze, können den Giessparametern und dem zu produzierenden Produkt optimal angepasst werden.
Im folgenden wird die Erfindung anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele mit Hilfe der Zeichnungen näher beschrieben.
Es zeigen:
Fig. 1 eine Seitenansicht, teilweise Im Schnitt, einer Giessvorrichtung mit einer vom Giessgefäss trennbaren Düse, Fig. 2 einen Vertikalschnitt durch ein zweites Ausführungsbeispiel, mit einem von einer Seite auf eine Giesstrommel gerichteten Düsenspalt,
Fig. 3 eine Draufsicht, teilweise im Schnitt nach der Linie III-III von Fig. 2,
Fig. 4+5 Ansichten auf Giessdüsen, Fig.6A+6B Diagramme von Dickenmessungen für eine nach der Erfindung und eine konventionell hergestellte Folie und
Fig. 7+8 schematische Darstellungen von Schmelzenumlenkungen beim Auftreffen auf unterschiedliche Kühlkörper.
In Fig. 1 ist eine Giessvorrichtung für Bänder oder Folien aus metallischer oder metalloxydischer Schmelze schematisch darges-tellt. Als bewegter Kühlkörper 6 wird eine rotierende Trommel verwendet. Eine Giessdüse 3 ist in einem bestimmten Abstand A von der Giessoberflache des Kühlkörpers 6 angeordnet. Die Giessdüse 3 verfügt über einen seitlichen Schmelzenzufluss von einem Giessbehälter 1, auch Zwischengefäss genannt, der seinerseits von einem Giessstrahl 8 aus einem Vorratsbehälter gespiesen werden kann. Die Giessdüse 3 ist im weiteren mit einem Ausgussschlitz 4 versehen, der in seiner Längserstreckung L axial zur Giessdüse 3 und im wesentlichen quer zur Bewegungsrichtung 21 der Oberfläche des Kühlkörpers 6 angeordnet ist. Die Ausgussschlitzlänge L entspricht der zu giessenden Bandbreite. Zwischen der Ausfliessrichtung der Schmelze im Ausgussschlitz 4 und der Bewegungsrichtung 21, auch Bandabzugrichtung genannt, findet im Abstandspalt A eine Umlenkung der Schmelze statt, wie in den Figuren 7 und 8 ausführlich erläutert wird.
Die Giesdüse besitzt in diesem Beispiel einen im wesentlichen runden, rohrförmigen Querschnitt. Die einseitige seitliche Einspeisung der Schmelze ist über eine Kupplung 10 mit der Giessdüse 3 verbunden . In Fig. 2 und 3 sind die gleichen Teile mit gleichen Bezugsziffern versehen. Eine äussere Rohrmantelfläche 22 im Bereich des Ausgussschlitzes 4 ist abgeflacht, um den Abstandspalt A in der Bewegungsrichtung 21 des Kühlkörpers 6 zu verlängern. Als Giessdüse 3 wird in diesem Beispiel ein L-förmiger Rohrkörper mit einem rechten Winkel verwendet. Der vor dem Schnitt in Fig. 2 liegende und strichpunktiert gezeichnete vertikale Rohrteil 23 taucht in einer Ebene 24 in ein Schmelzenbad eines druckdichten Giessbehälters ein. Mittels einem Druck P auf das Schmelzenbad kann die Schmelze vom Giessbehälter in die Giessdüse 3 gepresst werden.
Eine Breite 26 des Ausgussschlitzes 4 kann je nach den gewählten Giessparametern und dem Giessprodukt zwischen dem 20- und 50-fachen, vorzugsweise zwischen dem 20- bis 30-fachen der Solldicke 27 eines gegossenen Bandes 28 betragen. Der Abstandspalt A zwischen der Fläche 22 der Giessdüse 3 und dem bewegen Kühlkörper 6 kann zwischen 0,05 mm und 0,5 mm, für dünne Bänder vorzugsweise zwischen 0,1 mm und 0,2 mm, betragen.
Wie in Fig. 3 am besten erkennbar ist, endet der Ausgussschlitz 4 eine Länge 30 vor einem Rohrabschlussdeckel 31. Die Längserstreckung des Ausgussschlitzes 4 ist somit nur ein Bruchteil der Länge der rohrförmigen Giessdüse 3. Der gegenüber der Einspeisungsseite angebrachte Abschlussdeckel 31 ist mit einem Entlüftungsloch 11 versehen, aus welchem die Luft beim Angiessen kontrolliert entweichen kann.
In den Fig. 4 und 5 sind Ausführungsbeispiele von Giessdüsen 40 und 50 dargestellt, wobei die Giessdüse 40 sich in Zuführrichtung der Schmelze verjüngt. Bei der Giessdüse 50 konvergiert die Breite eines Ausgussschlitzes 52 in Zuführrichtung der Schmelze.
Die Verfahrensmerkmale werden im nachfolgenden anhand der Figuren 2 und 3 erläutert. Durch den Druck P auf den Bad spiegel in der Ebene 24 unterhalb der Giessdüse 3 wird Schmelze 33, wie Pfeil 34 zeigt, durch den vertikalen Rohrteil 23 in die Giessdüse 3 hochgepresst. Die Schmelze 33 wird dabei in der Giessdüse 3 bis unmittelbar vor dem Eintritt in den Ausgussschlitz 4 im wesentlichen axial zur rohrförmigen Giessdüse 3 (Pfeile 35), oder anders ausgedrückt, quer zur Ausflussrichtung (Pfeil 36) im Ausgussschlitz 4, zugeführt. Die Zuführrichtung 35 ist gleichzeitig auch quer zur Bandabzugrichtung 37. Im Einfliessbereich des Ausgussschlitzes und im Ausgussschlitz 4 selbst ist eine Umlenkung der Schmelze gemäss den Pfeilen 38 aus der Metallzuführrichtung 35 in die Ausflussrichtung
36 vorgesehen. Im Abstandspalt A zwischen der Giessdüse 3 und der Oberfläche des Kühlkörpers 6 wird die aus dem Ausgussschlitz 4 austretende Schmelze 33 von der Ausfliessrichtung 36 im Ausgussschlitz 4 in die Bandabzugrichtung
37 umgelenkt. Die Erstarrung des Bandes erfolgt im wesentlichen im Abstandspalt A durch einen Wärmeentzug über den bewegten Kühlkörper 6 von einer Bandseite.
Ein statisch gerechneter Druck auf die Schmelze in einer Ebene 39 des Ausgussschlitzes 4 während des Giessbetriebes wird auf 0,1 - 0,2 bar eingestellt. In der rohrförmigen Giessdüse 3 soll dabei vor dem Bereich des Ausgussschlitzes 4 die Zuflussgeschwindigkeit der Schmelze auf 2 m/sec, vorzugsweise auf 0,8 m/sec, begrenzt werden.
In den Fig. 7 und 8 werden schematisch noch zwei Beispiele mit unterschiedlichen Winkellagen der Kühlkörperoberflache im Bereich des Ausgussschlitzes erläuert. Mit 70 und 80 sind ein ebener bzw. gebogener Teil eines band- oder trommeiförmigen Kühlkörpers dargestellt. Eine Ausflussrichtung 71 aus einem Ausgussschlitz einer Giessdüse wird in eine Bandabzugrichtung 72 um einen spitzen Winkel 73, z.B. zwischen 60 - 89 Grad, umgelenkt. Eine erste Kühlstrecke nach dem Ausgussschlitz liegt in diesem Beispiel horizontal. In Fig. 8 wird eine Schmelze aus einer Ausflussrichtung 81 aus einer Giessdüese in eine bogenförmige Bandabzugrichtung 82 um einen rechten Winkel 83 umgelenkt. Eine erste Kühlstrecke nach dem Ausgussschlitz ist bei diesem Beispiel ansteigend und bogenförmig. Wenn es erwünscht ist, kann die erste Kühlstrecke auch an einer abfallenden Winkellage der Kühlkörperoberfläche angeordnet werden.
Als Giessprodukt entstehen Bänder oder Folien mit einer weitgehend einstellbaren und äusserst gleichmässigen Dicke. Die gleichmässige Dicke der erzeugten Bänder bzw. Folien lasst sich durch Messungen nachweisen. In Fig. 6A ist der Verlauf einer Messkurve der Materialdicke über die Spaltlänge L für ein Produkt aufgezeichnet, welches nach der Erfindung hergestellt wurde. In Fig. 6B ist der entsprechende Verlauf für ein nach einem bekannten Verfahren hergestelltes Vergleichsprodukt dargestellt. Beim erfindungsgemässen Verfahren wurde eine Rohrdüse mit einem Innendurchmesser von 15 mm mit einer Ausgussschlitzbreite von 1,5 mm gefahren. Beim Vergleichsverfahren hat die Ausgussschlitzbreite nur 0,4 mm betragen. Die Giessgeschwindigkeit betrug bei beiden Verfahren 25 m/sec. Die Schmeizengeschwindigkeit in der Rohrdüse vor dem Bereich des Ausgussschlitzes errechnete sich bei einer Dichte der Schmelze von 6,7 kg/dm3 auf 0,424 m/sec. Obwohl die
Bänder nur 30 mm breit waren, kann eindeutig festgestellt werden, dass das Band gemäss dem erfindungsgemässen
Verfahren In Fig. 6A eine wesentlich gleichmässigere Dicke aufweist, als das Band gemäss einem bekannten Verfahren in
Fig. 6B.
Die Giessdüse wird in der Regel aus hochwertigen feuerfesten Materialien, wie SiO2-Glas, Quarzgut etc. hergestellt. Es ist von besonderem Interesse, den rohrförmigen Glessdüsenquerschnitt und die Wands-cärke auch bei grösseren Bandbreiten klein zu halten, um günstige Herstellkosten zu erreichen. Bei einer lichten Querschnittfläche des Düsenrohres von beispielsweise 180 - 250 mm2 sind beispielsweise Bänder von 100 mm Breite produzierbar. Daraus errechnet sich ein Verhältnis
Als Richtwert in der Praxis kann somit für die Wahl des lichten Düsenrohrquerschnittes in mm2 der ein- bis dreifache Wert der Bandbreite in mm verwendet werden.

Claims

P A T E N T A N S P R U E C H E 1. Verfahren zum Giessen von Bändern und Folien aus metallischer oder metalloxydischer Schmelze, wobei die Schmelze (33) aus einem Ausgussschlitz (4) einer Giessdüse (3) auf eine Oberfläche eines bewegten Kühlkörpers ( 6) aufgebracht und die Schmelze (33 ) in einem Abstandspalt (A) zwischen der Giessdüse (3) und der Oberfläche des Kühlkörpers (6) von der Ausfliessrichtung (36) im Ausgussschlitz (4) in eine Bandabzugrichtung (37) umgelenkt und dabei im wesentlichen durch die Kühlung des bewegten Kühlkörpers (6) zur Erstarrung gebracht wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Schmelze (33) in der Giessdüse (3) bis unmittelbar vor dem Eintritt in den Ausgussschlitz (4) im wesentlichen quer zur Ausgussrichtung (36) im Ausgussschlitz (4) und quer zur Bandabzugrichtung (37) zugeführt und im Bereich des Ausgussschlitzes (4) und innerhalb der Giessdüse (3) eine Umlenkung der Schmelze aus der Metallzuführrichtung (35) in die Ausflussrichtung (36) vorgesehen wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass auf die Schmelze (33) während des Giessbetriebes ein Druck (P) aufgebracht wird, der statisch gerechnet in der Ebene des Ausgussschlitzes (39) 0,1 - 0,5 bar beträgt.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Schmelze (33) mittels Gasdruck (P) von einer Niveauhöhe (24) des Badspiegels unterhalb des Ausgussschlitzes (4) in die Giessdüese (3) gepresst wird.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 - 3, dadurch gekennzeichnet, dass eine Zufiussgeschwindigkeit der Schmelze (33) im noch allseitig geschossenen, rohrförmigen Düsenkörper (3) vor dem Bereich des Ausgussschlitzes (4) auf max. 2 m/sec, vorzugsweise auf max. 0,8 m/sec, eingestellt wird.
5. Giessvorrichtung für Bänder oder Folien aus metallischer oder metalloxydischer Schmelze, mit einem bewegten Kühlkörper (6) und mit einer in einem bestimmten Abstand (A) von der Giessoberflache angeordneten Giessdüse (3), wobei die Giessdüse (3) über einen Zufluss von einem Vorratsbehälter (1) für Schmelze verfügt und einen Ausgussschlitz (4) aufweist, der in seiner Längserstreckung (L) im wesentlichen quer zur Bewegungsrichtung des Kühlkörpers angeordnet ist und zwischen der Ausfliessrichtung (36) im Ausgussschlitz (4) und der Bandabzugrichtung (37) eine Umlenkung der Schmelze vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass die im wesentlichen rohrförmige Giessdüse (3) mit einer seitlichen Einspeisung versehen ist und einen axialen, der zu giessenden Bandbreite entsprechenden Ausgussschlitz (4) im Rohrmantel aufweist.
6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die röhrförmige Giessdüse (3) einen runden Querschnitt aufweist.
7. Vorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die äussere Rohrmantelfläche (22) im Bereich des Ausgussschlitzes (4) abgeflacht ist.
8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 - 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Giessdüse (3) aus einem L-förmigen Rohrkörper besteht.
9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 - 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Breite des Ausgussschlitzes (52) in Zuführrichtung der Schmelze konvergiert.
10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 - 8, dadurch gekennzeichnet, dass sich die ronrförmige Giessdüse (40) in Zuführrichtung der Schmelze verjüngt.
11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 - 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Breite (26) des Ausgussschlitzes (4) das 20- bis 50-fache, vorzugsweise das 20- bis 30-fache, der Solldicke des zu giessenden Bandes (28) beträgt.
12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 - 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstandspalt (A) zwischen der Rohrmantelfläche (22) der Giessdüse (3) und dem bewegten Kühlkörper (6) 0,05 - 0,5 mm, vorzugsweise 0,1 - 0,2 mm, beträgt.
13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 - 12, dadurch gekennzeichnet, dass die rohrförmige Giessdüse (3) vom Schmelzenbehälter (1) getrennt ist.
14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 - 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Ausgussschlitz (4) nur einen Bruchteil der Länge der rohrförmigen Giessdüse (3) beträgt und dass gegenüber der Einspeisungsseite die Giessdüse (3) mit einem Deckelteil (31), der ein Luftloch (11) aufweist, versehen ist.
15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 - 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Lage der Giessdüse (3) zum Kühlkörper (6) so vorgesehen ist, dass eine erste Kühlstrecke nach dem Ausgussschlitz (4) im wesentlichen horizontal liegt.
16. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 - 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Lage der Giessdüse (3) zum Kühlkörper (6) so vorgesehen ist, dass eine erste Kühlstrecke nach dem Ausgussschlitz (4) ansteigt.
17. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 - 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Umlenkung (73, 83) der Schmelze zwischen der AusfIiessrichtung (71, 81) im Ausgussschlitz und der Bandabzugrichtung (72, 82) zwischen 30 Grad und 120 Grad, vorzugsweise zwischen 60 Grad und 100 Grad beträgt.
EP87906060A 1986-09-30 1987-09-29 Verfahren und vorrichtung zum giessen dünner bänder oder folien aus einer schmelze Ceased EP0295270A1 (de)

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