TWI381893B

TWI381893B - 製造金屬帶的方法與裝置

Info

Publication number: TWI381893B
Application number: TW097143785A
Authority: TW
Inventors: Rolf Franz; Olaf Norman Jepsen; Christian Mengel; Michael Breuer
Original assignee: Sms Siemag Ag
Priority date: 2007-11-21
Filing date: 2008-11-13
Publication date: 2013-01-11
Also published as: WO2009065517A1; AU2008328228B2; RU2431541C1; US20100252223A1; EP2217394B1; JP5349487B2; EP2217394A1; ZA201002975B; US8171982B2; TW201002451A; MX2010005510A; DE102007056192A1; BRPI0820386A2; AR069395A1; AU2008328228A1; BRPI0820386A8; CA2706461C; UA97710C2; KR20100080940A; EG25898A

Description

製造金屬帶的方法與裝置

本發明係關於用於製造金屬帶尤其是鋼帶之方法，其中液態金屬係自澆注孔輸送至固化部分，且其中鑄造金屬係沿著該固化部分固化。本發明另外係關於用於製造金屬帶之裝置。

水平條帶鑄造方法使鑄造各種鋼型之熔體在小於20毫米之條帶厚度範圍內近於成品之形狀(near-net shape)為可能的。已描述使製造條帶為可能的此類系統。在此種情況下，可有利地製造輕型結構鋼，特別是具有高含量之碳(C)、錳(Mn)、鋁(Al)及矽(Si)的輕型結構鋼。

在鋼之水平條帶鑄造中，在熔體輸送區域中處於液相的材料與鑄造條帶上之固化材料的進一步處理步驟之間存在直接關聯。在鑄造條帶自鑄造機露出且固化後，經由傳送部分將鑄造條帶輸送至額外之處理站。處理步驟可由以下各者組成：整平(leveling)、軋製、切割及捲繞(捲盤、盤繞)。

一完整系統之此等或類似組件可在鑄造條帶中引起張力及質量流量波動。若該等擾動在液態鋼之方向上傳播，則可出現鑄造缺陷且可能不利地影響到鑄造條帶，例如，條帶或流之厚度波動、溢出、邊緣收縮及撕裂的形式。

具有非常長之固化時間間隔(亦即，自熔體之固化開始直至完全固化的溫度窗及視其而定之零固性或零黏性溫度)的輕型結構鋼，尤其係不能容忍傳送部分之區域中的波動張力。

因此，本發明係基於另外開發出最初所描述之類型的方法以及相應裝置之目標，使得在上述類型之擾動發生的情況下亦可確保鑄造條帶具有高品質。

關於該方法，根據本發明達成此目標在於液態金屬係輸送至以水平延伸之運送機元件之形式實現的固化部分之一第一位置，且固化金屬在一在傳送方向上與該第一位置間隔開的第二位置處離開該運送機元件，其中用於將離開該固化部分之條帶的質量流量及/或該條帶中之張力維持於一所要值的機構係提供於該第二位置處或參考該傳送方向之該第二位置下游。

配置於該第二位置下游之機構較佳在該條帶中維持一指定張應力(tensile stress)。特別是，該機構可在該條帶中維持在該第二位置之下游在時間上恆定的張應力。

可在該固化部分中之條帶中維持幾乎為零之張應力。

用於製造金屬帶尤其是鋼帶的所提議之裝置包含一用於將液態金屬輸送至一固化部分的澆注孔，其中鑄造金屬係在一傳送方向上在該固化部分上傳送且在其上固化。根據本發明，該裝置之特徵在於該固化部分係以水平延伸之運送機元件之形式來實現的，其中液態金屬可被輸送至該固化部分之一第一位置，其中固化金屬可在一在該傳送方向上與該第一位置間隔開的第二位置處離開該運送機元件，且其中用於維持離開該固化部分之條帶的一所要質量流量及/或該條帶中之一所要張力的機構係提供於參考該傳送方向之該第二位置下游。

用於維持所要質量流量之機構可包含配置於一傳送部分之下游的至少一驅動器，該傳送部分位於參考該傳送方向之該第二位置的下游。在此背景下，特別是，提議用於維持一所要質量流量之機構包含兩個驅動器，在該兩個驅動器之間可以迴路形式來傳送條帶。在此種情況下，一可移動滾子(特別是為一跳動滾子(dancer roller)或迴路升降機(loop lifter))可配置於該兩個驅動器之間以便使條帶在其法線方向上偏斜。

或者，亦可能以S-滾子組之形式來實現該驅動器。可以水平可置換之方式來配置S-滾子組中之一個滾子。

另外將可藉由一滾子架之滾子來形成至少一驅動器。

用於維持一所要質量流量及用於調整條帶張力使之幾乎為零(此為輸送液態金屬所需要的)的機構另外可包含配置於一傳送部分之上游的至少一驅動器，該傳送部分位於參考該傳送方向之該第二位置的下游。此驅動器可包含兩個協作滾子，離開該固化部分之條帶配置於該兩個滾子之間。

可以運送機帶之形式來實現該固化部分，且可以按壓離開該固化部分之條帶抵靠該運送機帶之空滾子的滾子之形式來實現該驅動器。

至少一額外處理機器可配置於用於維持一所要質量流量之機構的下游。舉例而言，此機器可由一整平機、一軋製機、剪截機或一盤捲機組成。

本發明提議的裝置及控制概念，其大部份消除額外處理對鑄造條帶之不利影響，即藉由調整及維持張力和質量流量恆定。以此方式可維持鑄造條帶之高品質。

用於避免此等影響的所提議之裝置及控制概念可由兩個組件組成，即一條帶張力控制結合一質量流量控制。

因此，可確保在該傳送部分之區域中調整條帶張力使之大部分為恆定，其中質量流量亦恆定。在該傳送部分上之條帶張力較佳大於零或幾乎為零。

若在該傳送部分中調整條帶張力使之大於零，則用於控制條帶張力之裝置確保在鑄造機之區域中(亦即，在固化部分中)張力實際上為零。此為必需的，因為隨著溫度增加且熔體輸送之區域中之容許張力變為零，鑄造條帶可吸收之張力愈來愈少。

圖1展示用於借助於一鑄造製程來製造一條帶1的裝置。該裝置之一重要組件為固化部分3，固化部分3係以運送機帶18之形式來實現且借助於兩個空滾子13而保持於所示位置中，其中運送機帶18之上側在傳送方向F上移動。在參考該傳送方向之一第一前部位置4處，將來自一輸送容器2之液態金屬塗覆於運送機帶18上，亦即，塗覆於固化部分3上。該材料在其傳送期間固化且在第二位置5處離開運送機帶18。一傳送部分10接著將鑄造條帶1輸送至額外處理機器14、15、16、17，該等處理機器在所描述之實施例中由一整平機14、一軋製機15、剪截機16及一盤捲機17組成。

本發明之基本組件為用於維持離開固化部分3之條帶1的一所要質量流量及/或條帶1中之一所要張力的機構6、7。較佳將機構6之部分配置於參考傳送方向F的傳送部分10之下游且將機構7之部分配置於傳送部分10之上游但在第二位置5之下游。

機構6、7經設計以用於確保條帶鑄造製程不受在額外處理機器14、15、16、17中發生之處理步驟的影響。機構6、7確保總是自固化部分3取出一恆定之條帶質量流量且隨後沿著傳送部分10在鑄造條帶1中實質上維持一指定張應力。

圖2至圖6較詳細地展示可如何達成本發明。

根據圖2，配置於傳送部分10之下游之機構6的特徵為可以受控之方式驅動的兩個驅動器8及9，其中跳動滾子或迴路升降機11位於驅動器8、9之間。該跳動滾子或迴路升降機能夠使條帶1在法線方向N上偏斜，使得條帶呈現一迴路狀形狀。視驅動器8、9之扭矩及跳動滾子11之偏斜而定，可確保由額外處理機器14、15、16、17引起之不規則性不會傳輸至位於機構6上游之條帶。因此，使鑄造製程為穩定且均勻化的，使得鑄造品質相應為高的。

根據此實施例，條帶張力及質量流量控制因此組成一包含驅動器8、9及可移動地支撐之滾子11(迴路升降機或跳動滾子)的系統。此使得有可能在條帶中具有張力之可調位準(level)的情況下執行隨後處理步驟。可在機構6之區域中調整張力，用於對張力去耦(decouple)，且可借助於對可移動地支撐之滾子11之位置控制來使張力維持恆定。藉由控制驅動器8、9之旋轉速度來控制迴路高度以便因此使質量流量維持恆定。

若要求，則驅動器8或9之功能亦可由滾子架來完成。

可用若干個變化來實現該操作：

1.若驅動器8未驅動，則其作用成一對壓緊(hold-down)滾子。在此種情況下，在傳送部分10之區域中調整之張力與在可移動滾子11(迴路升降機、跳動滾子)處之張力相同。

2.若藉由馬達以扭矩受控方式來驅動驅動器8，則可在傳送部分10之區域中調整不同之張力，其中在驅動器處傳入之張力與輸出之張力之間的差異可幾乎恆定。

3.若藉由馬達以速度受控方式來驅動驅動器8，則在傳送部分10之區域中的條帶中，幾乎任何其他張力可被調整。

圖3展示圖2之替代實施例。在此種情況下，無跳動滾子配置於機構6之兩個驅動器8與9之間。在此種情況下，藉由驅動器8、9之驅動來調節或控制條帶1之傳送，使得該兩個驅動器8、9之間的條帶1之下垂、迴路形部分用於補償質量流量之不規則性。因此，在此變化中用兩個速度受控之驅動器8、9之間的條帶1之自由迴路來達成張力及質量流量之去耦。對照參看圖2描述之方法，在此種情況下在無張力之可調位準的情況下執行處理，其中張應力在整個區域中非常低且由下垂迴路之重量產生。藉由在對驅動器8、9之速度控制的幫助下改變迴路高度來補償質量流量波動。由迴路之重量產生的條帶張力可由速度受控之驅動器8吸收。因此，可借助於驅動器8在傳送部分之區域中調整一幾乎任意之張力。在此種情況下，若要求，則驅動器9之功能亦可由滾子架來完成。

圖4展示另一替代實施例。在此種情況下，用一S-滾子組8'、8"(若要求，則結合跳動滾子)來達成張力及質量流量之去耦。可在如由運動元件所指示之水平方向上調整S-滾子組8'、8"之下部滾子8"。可用速度受控之S-滾子8'、8"中之至少一者來控制條帶張力。若亦利用跳動滾子，則此跳動滾子確保質量流量之去耦。

圖5及圖6展示位於參考傳送方向F之傳送部分10之上游處的機構7之較詳細表示。

在圖5中，機構7之特徵為由兩個協作滾子組成的驅動器12。因此，驅動器12之該對滾子用於控制鑄造機(澆注孔2以及固化部分3)下游處的條帶1中之張力。亦有可能提供若干對驅動器。此確保在鑄造機之區域中條帶張力實際上為零(此為熔體輸送所需要的)，因為條帶在此位置處尚不能夠吸收任何張應力。驅動器12之兩個滾子用預定之力來按壓頂靠鑄造條帶以便產生摩擦嚙合。在此種情況下，驅動器滾子中之至少一者為速度受控的。

或者，如圖6中示意性地指示，將有可能借助於頂滾子12來吸收張力，頂滾子12配置於鑄造機之末端處且按壓頂靠運送機帶18之空滾子13中之一者。在此種情況下，將一壓力施加於條帶上且將張力分別引入速度受控之頂滾子12或速度受控之鑄造條帶中。

圖7展示本發明之較詳細之實施例。在此種情況下，如上文參看圖2及圖6所描述，實現速度及條帶張力控制。在此實施例中，實現張應力控制與質量流量去耦的組合，其中兩個驅動器8及9配置於機構6之區域中且一跳動滾子11提供於該等驅動器之間；提供於機構7之區域中的一驅動器滾子12按壓頂靠運送機帶18之空滾子13。在此實施例中，該等驅動器為速度受控的，其中驅動器9具有迴路控制(借助於跳動滾子11)使質量流量維持恆定。據此，藉由定位迴路升降機(跳動滾子11)來將條帶張力調整至恆定位準。驅動器8具有疊加之張力控制而為速度受控的且確保在條帶傳送之區域中的一恆定張力之可調位準。經由位於條帶上及按壓條帶的頂滾子12將此位置處之條帶張力引入上部滾子之馬達扭矩中。

雖然固化部分3之區域中的條帶張力基本上為零，但條帶張力在傳送部分10之區域中顯著大於零。張力位準在驅動器8之下游可能甚至更高。

速度受控之驅動器滾子12係以指定速度來操作，但在驅動器8之情況下，一指定速度連同一指定條帶張力導致一速度及扭矩控制且因此導致一張力控制。借助於跳動滾子11實現之張力控制導致對上面配置有跳動滾子的臂之樞轉角的控制，且因此導致以該臂之致動力之控制形式的張力控制。驅動器9藉由疊加之迴路控制而為速度受控的且因此質量流量控制。

圖8展示在鑄造機下游條帶傳送之區域中條帶1中之張應力的時間關係曲線圖之比較，即關於圖8a之已知解決方案及關於圖8b中根據本發明之實施例的時間關係曲線圖之比較。

在額外處理步驟之過程期間，條帶中之張應力歸因於剪截機16(見圖1)之致動而受到影響。剪截機16產生一切割，使得導致一自理想地恆定之條帶運動的偏差亦導致在條帶傳送之區域中。剪截機16在產生切割時拉動條帶1，根據圖8a，使得在無本發明之解決方案的情況下，可在液相方向上傳播以及導致最初描述的問題之高張力將出現於條帶傳送之區域中。

根據圖8b，藉由利用本發明之解決方案，在相同擾動下可使條帶張力維持為幾乎恆定的。因此鑄造製程之擾動可大部份被避免，但在任何情況下與圖8a相比均為顯著減少的。

1‧‧‧條帶

2‧‧‧輸送容器

3‧‧‧固化部分

4‧‧‧第一位置

5‧‧‧第二位置

6、7‧‧‧用於維持一所要質量流量及用於維持張力的機構

8‧‧‧驅動器

8'‧‧‧S-滾子組之滾子

8"‧‧‧S-滾子組之滾子

9‧‧‧驅動器

10‧‧‧傳送部分

11‧‧‧可移動滾子(跳動滾子)

12‧‧‧驅動器

13‧‧‧空滾子

14‧‧‧額外處理機器(整平機)

15‧‧‧額外處理機器(軋製機)

16‧‧‧額外處理機器(剪截機)

17‧‧‧額外處理機器(盤捲機)

18‧‧‧運送機帶

F‧‧‧傳送方向

N‧‧‧法線

本發明之實施例說明於圖式中。在這些圖式中：圖1示意性地展示具有許多額外處理機器之用於製造金屬帶的裝置；圖2展示類似於圖1之表示，其中在後部區域中分別較詳細地說明用於維持一所要質量流量及一所要條帶張力的機構；圖3展示根據圖2之裝置的替代變化；圖4展示根據圖2之裝置的另一替代變化；圖5展示類似於圖1之表示，其中在前部區域中分別較詳細地說明用於維持一所要質量流量及一所要條帶張力的機構；圖6展示根據圖5之裝置的替代變化；圖7展示具有對將受控制之變數的指示之裝置之另一變化；圖8a展示在不利用本發明之提議之情況下在條帶中之張應力為時間的函數；且圖8b展示在利用本發明之提議時，在條帶中之張應力為時間的函數。