WO1987000462A1

WO1987000462A1 - Process and device for casting metal strip directly from the molten mass

Info

Publication number: WO1987000462A1
Application number: PCT/CH1986/000101
Authority: WO
Inventors: Wilfried Heinemann; Hans Gloor; Hans-Joachim Guentherodt; Heinz Breitenstein; Peter Reimann
Original assignee: Concast Standard Ag
Priority date: 1985-07-21
Filing date: 1986-07-21
Publication date: 1987-01-29
Also published as: CH667022A5; EP0230436A1

Abstract

When casting metal strip directly from the molten mass on to a moving cooling body with the aid of a nozzle, at least one of the freely-selectable casting process parameters (P, d1, u) is so adjusted, for a given nozzle design, that the melt meniscus which is formed between the inlet edge (3) of the nozzle (1) and the surface of the cooling body (2) is located in the region (T-T2) for the position of the phase triple-point (T) on the surface of the cooling body. Preferably the position of the triple point (T) is adjusted by means of the gas pressure (P) at which the molten mass is pressed out of the nozzle (1) on to the cooling body. In addition, the triple-point position can be adjusted by a controlled regulation of the distance between the inlet edge (3) of the nozzle (1) and the surface of the cooling body, i.e. by altering the meniscus. For casting iron-containing melts a cooling body (1) having an iron-based surface has been found to be advantageous.

Description

VERFAHREN UND VORRICHTUNG ZUM GIESSEN VON HETALLBAENDERN DIREKT AUS DER SCHMELZE METHOD AND DEVICE FOR FOUNDING METAL STRIPS DIRECTLY FROM THE MELT

Die Erfindung betrifft ei.n Verfahren zum Giessen von Metall¬ bändern direkt aus der Schmelze auf die Oberfläche eines bewegten Kühlkörpers, gemäss dem Oberbegriff des Patentan¬ spruchs 1, sowie eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfah rens.The invention relates to a method for casting metal strips directly from the melt onto the surface of a moving heat sink, according to the preamble of patent claim 1, and to a device for carrying out this method.

Bei der Herstellung von Metallblechen und Metallbändern, insbesondere von Stahlblechen, wird nach dem heutigen Stand der Technik für den Hauptanteil des produzierten Materials ein mehrstufiger Produktionsablauf gewählt. Die grossin¬ dustrielle Herstellung von Stahlblechen verläuft beispiels¬ weise in zwei Hauptstufen, von denen die erste Stufe in dem Vergiessen der Metallsc melze auf einer Stranggussanlage, beispielsweise zu Brammen, besteht. Diese Zwischenfabrikate werden direkt oder nach dem vollständigen Abkühlen einem Walzvorgang zugeführt, wobei sie erneut auf Glühtemperatur erhitzt werden müssen und der Walzvorgang in der Regel in mehreren Schritten erfolgt.In the production of metal sheets and metal strips, in particular steel sheets, a multi-stage production process is selected according to the current state of the art for the main part of the material produced. The large-scale industrial production of steel sheets takes place, for example, in two main stages, of which the first stage consists in the casting of the metal melts on a continuous casting installation, for example into slabs. These intermediate products are fed to a rolling process directly or after they have completely cooled, in which case they have to be reheated to the annealing temperature and the rolling process is generally carried out in several steps.

Der gesamte Aufwand für das Vergiessen des flüssigen Metalls zu den Zwischenfabrikaten sowie das ansc h l i essende Aufheizen zum Walzen und der Walzvorgang selbst sind mit einem erheb¬ lichen Anlagen- und Energieaufwand verbunden. Da ein grosser Antei l des Metallverbrauchs in Form von Blechen erfolgt, waren schon in der Vergangenheit verschie¬ dene Bestrebungen darauf gerichtet, die Herstellung von Metallblechen dahingehend zu vereinfachen, dass die Bleche in einem einzigen Verfahrensschritt hergestellt werden können .The entire expenditure for the pouring of the liquid metal into the intermediate products as well as the subsequent heating up for the rolling and the rolling process itself are associated with a considerable investment in plant and energy. Since a large proportion of the metal consumption takes place in the form of metal sheets, various efforts in the past have been aimed at simplifying the production of metal sheets in such a way that the metal sheets can be produced in a single process step.

So sind beispielsweise Verfahren und Vorrichtungen zum di¬ rekten Vergiessen von Metallschmelzen auf bewegte Kühlkörper bekannt, wobei in der Regel eine Kühltro mel oder ein beweg¬ tes Kühlband verwendet wird. Der Oberfläche der Kühltrommel bezw. des Kühlbandes wird die Metallschmelze über ein düsen¬ ähnliches Austragelement zugeführt. Dabei zählen zu den geläufigsten Verfahrensparametern für den Giessprozess die Düsengeometrie, die Bewegungsgesch indigkeit der Kühlkörper¬ oberfläche gegenüber dem Düsenauslass und die Wärmeleit¬ fähigkeit der Küh l körperoberf lache. Die Abkühlgeschwind g¬ keit des auf der Kühlkörperoberfläche haftenden vergossenen Materials muss nach bekannten Vorschlägen auf die Giess- geschwindigkeit abgestimmt sein. Versuche, dieses Verfahren grosstechnisch zu nutzen, sind bisher daran gescheitert, die Steuerung der Verfahrensparameter optimal zu gestalten und sie über längere Zeit stabil zu halten. Die Verfahren wurden vielmehr in kleinerem Massstab für Sonderzwecke, z.B. für die Herstellung sehr dünner Folien oder Bänder mit beson¬ deren Eigenschaften verwendet. Eine breite Anwendung, z.B. zur Herstellung von Massenstä len, konnten diese Verfahren bisher nicht finden.For example, methods and devices for the direct casting of molten metal onto moving heat sinks are known, a cooling drum or a moving cooling belt being generally used. The surface of the cooling drum. the molten metal is fed to the cooling belt via a discharge element similar to a nozzle. The most common process parameters for the casting process include the nozzle geometry, the speed of movement of the heat sink surface relative to the nozzle outlet and the thermal conductivity of the heat sink surface. The cooling rate of the potted material adhering to the heat sink surface must be matched to the casting speed according to known proposals. Attempts to use this process on an industrial scale have so far failed to optimally design the control of the process parameters and to keep them stable over a long period of time. Rather, the processes have been scaled up for special purposes, e.g. used for the production of very thin films or tapes with special properties. Wide application, e.g. for the production of masses, these processes have so far not been found.

Damit das Vergiessen grösserer Mengen Metallschmelze zu Matallbändern technisch möglich wird, ist die Beherrschung der verschiedenen Verfahrensparameter unbedingte Voraus¬ setzung. Versuche zur technischen Beherrschung dieser Para¬ meter in ihrer gegenseitigen Abhängigkeit wurden bisher nur ansatzweise unternommen, ohne dass sie zu brauchbaren Resul¬ taten geführt hätten. Lösungsansätze im Rahmen bekannter Verfahren führen einer¬ seits über sehr dünne vergossene Metallbleche, denen die Wärme während i hres Kontaktes mit der Küh l körperobe rf lache relativ schnell entzogen werden kann, und andererseits über vergrösserte Kühlkörper, also z.B. Trommeln mit einem erheb¬ lichen Durchmesser oder aber sehr lange Küh l körpe rbänder, welche durch Kühlbereiche geleitet werden. Die Bestrebungen im Rahmen bisheriger Lösungsansä ze zur Verbesserung der Kühlleistung haben sich im wesentlichen darauf konzentriert, die Kühlkörper von der der Giessoberfläche entgegengesetzten Seite her, in der Regel also von innen her, zu kühlen. Dazu wi rd im allgemeinen eine Kühlflüssigkeit, vorzugswei se Was¬ ser, verwendet. Die Küh l körpe roberf lache besteht aus einem gut wärmeleitenden Material, aus Preisgründen vorzugsweise aus Kupfer oder Kupfer legi erungen, so dass die Wärme von der Giessoberfläche des Kühlkörpers möglichst effektiv auf die stark gekühlte Gegenseite des Kühlkörpers geleitet wi rd. Trotzdem i st diese Art der Wärmeleitung relativ träge und durch die Wärmeleitungseigenschaften des Kühlkörpermaterials grundsätzlich begrenzt. Andeutungsweise und in allgemeiner Form wurde auch bereits auf die Möglichkeit einer Verdam¬ pfungskühlung hingewiesen, wie durch äussere Berührung des Kühlkörpers mit Wasser oder i rgendeinem anderen flüssigen Medium, das durch Verdampfen ein Kühlen bewirkt (US-PS 4,142,571). Die Erfahrung hat gezeigt, dass sich das Ent¬ ziehen der Wärme durch Flüssigkeitsverdampfung di rekt im Giessbereich aus praktischen und steuerungstechnischen Grün¬ den für den praktischen Einsatz weniger gut eignet.So that the casting of large quantities of molten metal into metal strips is technically possible, the mastery of the various process parameters is an essential requirement. Attempts to technically master these parameters in their interdependency have so far only been attempted to some extent without leading to usable results. Approaches in the context of known methods lead, on the one hand, to very thin cast metal sheets, from which the heat can be removed relatively quickly during their contact with the heat sink surface, and, on the other hand, to enlarged heat sinks, for example drums with a considerable diameter or very long heat sink belts that are led through cooling areas. The efforts in the context of previous approaches to improving the cooling performance have essentially focused on cooling the heat sinks from the side opposite the casting surface, generally from the inside. A coolant, preferably water, is generally used for this purpose. The cooling surface is made of a good heat-conducting material, preferably copper or copper alloys for price reasons, so that the heat from the casting surface of the heat sink is conducted as effectively as possible to the strongly cooled opposite side of the heat sink. Nevertheless, this type of heat conduction is relatively slow and is fundamentally limited by the heat conduction properties of the heat sink material. In a hint and in general form, the possibility of evaporative cooling has already been pointed out, such as by external contact of the heat sink with water or some other liquid medium which brings about cooling by evaporation (US Pat. No. 4,142,571). Experience has shown that the removal of heat by liquid evaporation directly in the casting area is less suitable for practical use for practical and control reasons.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren und eine Vorrichtung anzugeben, welche die Herstellung von Me¬ tallbändern di rekt aus der Schmelze unter Verwendung eines bewegten Kühlkörpers derart erleichtern, dass sich durch eine verbesserte Berücksichtigung der verschiedenen Ver¬ fahrensparameter und ihrer gegenseitigen Abhängigkeit eine produktionstechnisch einsetzbare Prozesssteuerung ergibt. Diese Aufgabe wird erfi ndungsgemäss durch die in den Patent¬ ansprüchen 1 und 5 definierten Merkmale gelöst.It is an object of the present invention to provide a method and a device which facilitate the production of metal strips directly from the melt using a moving heat sink in such a way that an improved consideration of the various process parameters and their interdependency process control that can be used in production technology. According to the invention, this object is achieved by the features defined in patent claims 1 and 5.

Durch geeignete Steuerung einzelner Verfahrensparameter, z.B. des Giessdrucks, der in der Giessdüse auf die Schmelze augeübt wird, lässt sich der Schmelzen-Meniskus, der sich zwischen der Einlaufkante der Düse und der Oberfläche des Kühlkörpers ausbildet, so einstellen, dass der Phasen- Tripelpunkt auf die Küh l körperoberf lache zu liegen kommt. Diese Bedingung hat sich als besonders vorteilhaft zur Her¬ stellung von Bändern mit möglichst gleichmässiger Qualität erwiesen. Als Folge dieser Massnahme lassen sich Giesskörper nach anderen Kriterien auswählen als dies bisher der Fall war. Insbesondere führt dies zum Einsatz von Giesskörper- material, welches sich besser beherrschen lässt und welches bessere mechanische Eigenschaften aufweist als das bisher für diesen Zweck fast aussch li ess l i ch verwendete Kupfer.By suitable control of individual process parameters, e.g. of the casting pressure that is exerted on the melt in the pouring nozzle, the melt meniscus, which forms between the inlet edge of the nozzle and the surface of the heat sink, can be adjusted so that the phase triple point lies on the heat sink surface is coming. This condition has proven to be particularly advantageous for the production of tapes with as uniform a quality as possible. As a result of this measure, cast bodies can be selected according to different criteria than was previously the case. In particular, this leads to the use of cast body material which is easier to control and which has better mechanical properties than the copper which has hitherto been used almost exclusively for this purpose.

Im folgenden werden Einzelheiten der Erfindung anhand bevor¬ zugter Ausführungsbeispiele mit Hilfe der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:Details of the invention are explained in more detail below with reference to preferred exemplary embodiments with the aid of the drawings. Show it:

Fig. 1 die Prinzipdarstellung einer auf die Oberfläche eines Kühlkörpers gerichteten Giessdüse undFig. 1 shows the schematic diagram of a pouring nozzle directed onto the surface of a heat sink and

Fig. 2 eine Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens.Fig. 2 shows a device for performing the method.

Figur 1 zeigt die grundsätzlichen Mass- und Strömungsver¬ hältnisse beim Ausströmen einer Metallschmelze aus einer Düse 1 auf die Oberfläche eines bewegten Kühlkörpers 2. Der Kühlkörper bewegt sich mit einer Geschwindigkeit u gegenüber dem Düsenauslass in Pfei l ri chtung, in Figur 1 also nach rechts. Die Spaltbreite der Düse in Richtung der Kühlkörper¬ bewegung beträgt do. Die hintere Kante 3 der Düse weist gegenüber der Kühlkörperoberfläche einen Abstand d1 auf. Die Dicke des entstehenden bandförmigen Materials beträgt d2. Aus der Düse tritt die Schmelze mit einer Gesch indigkeit v aus, wobei im Innenraum der Düse ein Druck P besteht. Die Dichte der Schmelze beträgt "ro", während "sigma" deren Oberflächenspannung bedeutet.FIG. 1 shows the basic dimensions and flow conditions when a molten metal flows out of a nozzle 1 onto the surface of a moving heat sink 2. The heat sink moves in direction of the arrow at a speed u with respect to the nozzle outlet, ie to the right in FIG. 1 . The gap width of the nozzle in the direction of the heat sink movement is th. The rear edge 3 of the nozzle is at a distance d1 from the heat sink surface. The thickness of the resulting band-shaped material is d2. The melt emerges from the nozzle at a speed v, a pressure P existing in the interior of the nozzle. The density of the melt is "ro", while "sigma" means its surface tension.

Wie in Figur 1 ferner angedeutet, bildet sich im Bereich der Einlaufkante der Düse ein Meniskus, welcher der Einfachheit halber kreisförmig mit dem Radius R dargestellt ist.As further indicated in FIG. 1, a meniscus forms in the area of the inlet edge of the nozzle, which is shown in a circle with the radius R for the sake of simplicity.

Die Mantelfläche des Kühlkörpers 2 besteht aus gut wärme¬ leitendem Material und ist zwangsgekühlt, zum Beispiel mit Wasser. Die Zwangs küh lung kann von der Innenseite des Kühl¬ körpers vorgenommen werden oder auch von der Oberseite. Es können auch beide Kü lungsarten gemeinsam vorgesehen sein. Unter dem Einfluss der Kühlung und der relativ hohen Ge¬ schwindigkeit u des bewegten Kühlkörpers 2 beginnt die Er¬ starrung des gegossenen Materials bereits am Punkt T. Aus¬ gehend von diesem Punkt nimmt die Wanddicke des erstarrten Materials bis zur endgültigen Dicke d2 zu.The outer surface of the heat sink 2 consists of a good heat-conducting material and is forced-cooled, for example with water. The forced cooling can be carried out from the inside of the heat sink or from the top. Both types of cooling can also be provided together. Under the influence of the cooling and the relatively high speed u of the moving heat sink 2, the solidification of the cast material begins at point T. Starting from this point, the wall thickness of the solidified material increases to the final thickness d2.

Gemäss der bekannten Lehre hat neben der Bewegungsgeschwin¬ digkeit u des Kühlkörpers, der Düsenspa l bre i te do sowie dem Druck, unter welchem die Schmelze durch die Düsenöffnung gedrückt wird, die Wärmeleitfähigkeit der Kühlkörperober- fläche eine entscheidende Bedeutung für den Erfolg des Gi essverfah rens bzw. für die Qualität der Gi essprodukte.According to the known teaching, in addition to the speed of movement u of the heat sink, the nozzle gap width and the pressure under which the melt is pressed through the nozzle opening, the thermal conductivity of the heat sink surface is of crucial importance for the success of the casting process rens or for the quality of cast products.

Für die Wärmebilanz im Kühlkörper ist nach der herrschenden Lehre wegen der hohen Wärmebelastung die Wärmeleitfähigkeit ein entscheidender Verfahrensparameter. Bei der näheren Ueberprüfung des Sachverhaltes hat sich nun überraschender¬ weise gezeigt, dass zur Erzielung einwandfreier Giessquali- täten, insbesondere einwandfreier Oberflächenqualitäten, weniger die Wärmeleitfähigkeit als entscheidender Verfah¬ rensparameter anzusehen ist, als vielmehr die Benetzbarkeit der am Giessprozess unmittelbar betei ligten Oberflächen. Im einzelnen wurde z.B. festgestellt, dass unter den im folgenden angegebenen Versuchsbedingungen die Verwendung von Kupfer als Giessfläche trotz seiner guten Wärmeleitfähigkeit zu keinen einwandfreien Gi essprodukten führte. Die Versuchs¬ bedingungen waren: d1 = 0,2 mm do = 0,35 m mAccording to the prevailing teaching, thermal conductivity is a decisive process parameter for the heat balance in the heat sink due to the high thermal load. Upon closer examination of the facts, it has surprisingly been found that, in order to achieve perfect casting qualities, in particular perfect surface qualities, it is less the thermal conductivity that is to be regarded as a decisive process parameter than the wettability of the surfaces directly involved in the casting process. In particular, it was found, for example, that under the test conditions given below, the use of copper as the casting surface, despite its good thermal conductivity, did not lead to perfect casting products. The test conditions were: d1 = 0.2 mm do = 0.35 mm

P = 0,2 bar u = 20-25 m/s d2 = 30-40 umP = 0.2 bar u = 20-25 m / s d2 = 30-40 µm

(Schutzgasatmosphäre) Die Oberflächen dieser Produkte waren ung lei chmässi g. Ferner traten häufige Abrisse auf.(Protective gas atmosphere) The surfaces of these products were uneven. Frequent demolitions also occurred.

Ein Auswechseln des Küh lkörperwerkstoffs durch einen Kühl¬ körper aus einer Eisenlegierung führte überraschenderweise bei sonst gleichen Versuchsbedingungen zu völlig einwand¬ freien Produkten.Replacing the heat sink material with a heat sink made of an iron alloy surprisingly led to completely flawless products under otherwise identical test conditions.

Eine Ueberprüfung der Verfahrensparameter sowie der physika¬ lischen Zusammenhänge ergab das folgende überraschende Er¬ gebnis:An examination of the process parameters and the physical relationships gave the following surprising result:

Der sich i m Bereich der Einlaufkante 3 der Düse.1 bi ldende Meniskus mit dem Radius R stellt offenbar ein wichtiges Kriterium für die gleichmassige und kontrollierte Ausbildung des Bandes dar. Innerhalb des Meniskus ist der Beginn der Erstarrung, d.h. die Lage des Tri peIpunktes T fest/flüssig ⁽Schme Ize)/Gasphase entscheidend. Nähere Untersuchungen haben gezeigt, dass die Lage des Tri pe Ipunktes T längs der Kühlkörperoberfläche, bezogen auf den Düsenauslass do einen wesentlichen Einfluss auf die Oberflächenqualität des Giess- produktes, also der gegossenen Bänder, hat. Es hat sich gezeigt, dass im Hinblick auf ein möglichst ungestörtes Schalenwachstum der Tripelpunkt T auf der Oberfläche des Kühlkörpers liegen sollte. Uebertragen auf die vorliegenden Verhältnisse gemäss Figur 1 bedeutet dies, dass ein Ver¬ schieben des Tri pelpunktes von T zu T1 eine Qualitätsver¬ schlechterung bringen würde, während der Bereich zwischen T und T2 den Idealbereich darstellt-:The meniscus with the radius R forming in the area of the leading edge 3 of the nozzle 1 obviously represents an important criterion for the uniform and controlled formation of the band. Inside the meniscus, the start of solidification, ie the position of the triplet point T, is fixed / liquid ⁽ Schme Ize) / gas phase decisive. Closer investigations have shown that the position of the tip point T along the heat sink surface, in relation to the nozzle outlet do, has a significant influence on the surface quality of the cast product, that is to say of the cast strips. It has been shown that the triple point T should lie on the surface of the heat sink with a view to the undisturbed shell growth. Transferred to the present 1 means that shifting the triple point from T to T1 would result in a deterioration in quality, while the range between T and T2 represents the ideal range:

Weitergehende theoretische Untersuchungen und Versuchsreihen haben nun gezeigt, dass die Lage des Tri pe Ipunktes T durch die Wärmeleitfähigkeit des Küh lkörpermateri a l s nicht beson¬ ders stark beeinflusst wird. Einen wesentlich stärkeren Einfluss haben die Benetzbarkeit der Küh l körperoberf lache durch die vergossene Schmelze und die augenblickliche Tempe¬ ratur im Bereich der au gebrachten Schmelze. Die Temperatur könnte dabei durch massive äussere Kühlung, sogar bei Ver- . endung eines schlechteren Wärmeleiters als Kühlkörper ein¬ gehalten werden. Weitere Versuchsreihen in dieser Richtung zeigten, dass tatsächlich die Kombination zwischen der Schmelze und dem Kühlkörper die Lage des Tri pe Ipunkt es T entscheidend beeinflussen.Further theoretical investigations and test series have now shown that the position of the trip point T is not particularly influenced by the thermal conductivity of the heat sink material. The wettability of the heat sink surface due to the cast melt and the instantaneous temperature in the area of the applied melt have a much stronger influence. The temperature could be increased by massive external cooling, even when end of a poorer heat conductor can be kept as a heat sink. Further series of tests in this direction showed that the combination of the melt and the heat sink actually has a decisive influence on the position of the trip point es T.

Im einzelnen ist die Meni skusform, unter der vorliegenden Annahme gemäss Figur 1 also der Radius R, eine Funktion der Oberflächenspannung der Schmelze und der Wärmeleitfähigkeit der Gasphase im Meniskusbereich, also ein^'e Funktion der Wärmeleitung zwischen der Schmelze und der Gasatmosphäre im Bereich des Abstandes d1. Von Einfluss ist auch der Sprung der Wärmeleitung beim Uebergang der Schmelze von der Gas¬ atmosphäre innerhalb des Abstandes d1 auf die Kühlkörper¬ oberfläche. Eine Folge des starken Einflusses der Benetzbar¬ keit der Kühlkörperoberfläche ist, dass es auf eine ideale Materialpaarung zwischen der Oberfläche des Kühlkörpers und der Schmelze, genauer deren Oberflächenspannung beziehungs¬ weise Viskosität, ankommt.In detail, the Meni is skusform, in accordance with the present assumption Figure 1 thus the radius R is a function of surface tension of the melt and the thermal conductivity of the gas phase in the meniscus region, thus a ^'s function of the heat conduction between the melt and the gas atmosphere in the range of the distance d1. The jump in heat conduction at the transition of the melt from the gas atmosphere within the distance d1 to the heat sink surface is also of influence. One consequence of the strong influence of the wettability of the heat sink surface is that an ideal material pairing between the surface of the heat sink and the melt, more precisely its surface tension or viscosity, is important.

Die Erkenntnisse aus den geschilderten Beobachtungen liefern das überraschende Ergebnis, dass sich bei einer vorbe¬ stimmten Düsengeometrie die Meniskusform durch die Werk- Stoffpaarung Kühloberfläche/Schmelze einstellen lässt. Dieser Zusammenhang ist für die verschiedenen Werkstoff¬ paarungen von unterschiedlicher Wichtigkeit. Entscheidend ist hierbei die eweils erreichte der angestrebten Erstar¬ rungsformen amorph/kristallin und die entsprechende Verän¬ derung der Viskosität während der Abkühlung. Zur Erreichung dieses Ziels, nämlich der Positionierung des Tri pe Ipunktes in dem gewünschten Bereich, wird während des Giessprozesses eine Steuerung beziehungsweise Regelung der Parameter über die Geschwindigkei u und /oder den Druck P vorgenommen. Da es aus rein praktischen Erwägungen zweckmässig ist, die Geschwindigkeit u konstant zu halten, so dass die vergosse¬ nen Bänder mit g lei chmäss i ger Geschwindigkeit abgezogen bzw. aufgerollt werden können, bleibt bei vorgegebener Material¬ paarung Küh l körperoberfl äche/Sch melze und Gasatmosphäre als wesentlicher Steuerungsparameter zur Beeinflussung der Lage des TripeIpunktes T der Druck P, welcher innerhalb des Düsenkörpers 1 auf die Schmelze ausgeübt wird.The findings from the described observations provide the surprising result that, in the case of a predetermined nozzle geometry, the shape of the meniscus Material pair cooling surface / melt can be adjusted. This relationship is of different importance for the different material pairings. The decisive factors here are the amorphous / crystalline forms of solidification sought and the corresponding change in viscosity during cooling. To achieve this goal, namely the positioning of the point in the desired area, the parameters are controlled or regulated via the speed and / or the pressure P during the casting process. Since, for purely practical reasons, it is expedient to keep the speed u constant so that the cast tapes can be pulled off or rolled up at the same speed, the cooling body surface / melt remains with the given material pairing and gas atmosphere as an essential control parameter for influencing the position of the trip point T, the pressure P which is exerted on the melt within the nozzle body 1.

Für die Herstellung von Stahlbändern hat es sich bei opti¬ maler Einstellung der erwähnten Parameter als zweckmässig erwiesen, den Tripelunkt T in einem Toleranzbereich einzu¬ stellen, welcher sich um einen bestimmten Betrag nach beiden Seiten um die Pro ektion der Spaltbreite do auf die Kühl¬ körperoberfläche erstreckt. Als Toleranzbereich für die Einstellung des TripeIpunktes T gilt 5 x do, gemessen auf der Kühlkörperoberfläche.For the production of steel strips, it has proven expedient to set the triple point T within a tolerance range, which is a certain amount on both sides by the pro ection of the gap width do on the cooling, with an optimal setting of the parameters mentioned body surface extends. The tolerance range for setting the trip point T is 5 x do, measured on the heat sink surface.

In Weiterentwicklung des beschriebenen Verfahrens hat es sich als besonders vorteilhaft erwiesen, zur Einstellung des Meniskus nicht nur den Druck P heranzuziehen sondern mindes¬ tens einen weiteren Parameter. Von entscheidender Bedeutung für die geometrische Form des Meniskus ist der Abstand d1. Im -Hinblick auf eine angestrebte automatische Nachführung der Verfahrensparameter in einem möglichst breiten Regel¬ bereich hat es sich als besonders vortei lhaft erwiesen, den Abstand d1 zwischen der Düsenei n laufkante und der Kühlkör- peroberf lache ebenfalls einstellbar zu halten, vorzugsweise gesteuert bzw. geregelte Die Grundeinstellung des Abstandes d1 wird durch geeignete Stellmittel am Düsenkörper 1, zum Beispiel durch einen Linearmotor oder geeignete steuerbare Hubelemente, auf den gewünschten Wert vorgenommen.In a further development of the described method, it has proven to be particularly advantageous not only to use the pressure P to adjust the meniscus, but at least one further parameter. The distance d1 is of crucial importance for the geometric shape of the meniscus. In view of the desired automatic tracking of the process parameters in the widest possible control range, it has proven to be particularly advantageous that Keeping the distance d1 between the nozzle edge and the heat sink surface also adjustable, preferably controlled or regulated. The basic setting of the distance d1 is adjusted to the desired value by means of suitable adjusting means on the nozzle body 1, for example by means of a linear motor or suitable controllable lifting elements performed.

Die für die Verstellung der Düse 1 erforderlichen Stell¬ signale liefert ein Computer 10, der aufgrund einer Dicken¬ messung mit Hi lfe einer Di cken essonde 11 die Regelgrösse erfasst und unter Berücksichtigung einer vorgegebenen Füh- rungsgrösse die Regelabweichung und daraus die Stellgrösse berechnet. Anstelle einer Di c kenmessonde 11 kann auch ein anderes Indikatorelement zur Erfassung der Banddicke am gegossenen Band verwendet werden. Beispielswei se lassen sich optische Messverfahren oder andere schnell ansprechende und hochempfindliche Dickenmesselemente verwenden.The control signals required for the adjustment of the nozzle 1 are supplied by a computer 10, which detects the controlled variable on the basis of a thickness measurement with the aid of a thickness probe 11 and calculates the control deviation and, from this, the correcting variable, taking into account a predetermined guide variable. Instead of a thickness measuring probe 11, another indicator element can also be used to record the strip thickness on the cast strip. For example, optical measuring methods or other quickly responding and highly sensitive thickness measuring elements can be used.

Der Kühlkörper 1 kann beispiels eise als Trommel ausgebi ldet sein, welche in einem nicht näher ^'dargestellten Ständer bzw. Gehäuse gelagert ist. Lagerung und Ausbi ldung der Trommel sind derart, dass die Oberfläche des Kühlkörpers gegenüber dem stationären Düsenkörper eine Geschwindigkeit in der Grössenordnung von beispielsweise 20 m/s erreicht. Das sich aus der Schmelze 3 auf der Trommeloberfläche bi ldende Band 4 wird auf geeignete Weise von der Trommeloberfläche abgelöst und ansch l i essend von der Gi essvor ri chtung weggeführt, bei¬ spielsweise zu einem Bund aufgewickelt.The heat sink 1 may be arcs Trained as a drum example else, which is stored in a ^'shown unspecified stand or housing. Storage and training of the drum are such that the surface of the heat sink compared to the stationary nozzle body reaches a speed of the order of 20 m / s, for example. The band 4 forming from the melt 3 on the drum surface is detached from the drum surface in a suitable manner and then led away from the casting device, for example wound up into a bundle.

Der grösste Tei l der freien Kühlkörperoberfläche, zwischen dem Ablösebereich des gegossenn Bandes und der Düsenposi¬ tion, ist gemäss Figur 1 von einem fluiden Kühlmittel be¬ netzt. Als Kühlmittel dient vorzugsweise eine Flüssigkeit, zum Beispiel Wasser, welches in einem geschlossenen und gegenüber der Trommeloberfläche weitgehend abgedichteten Gehäuse durch geeignete Strömungskanäle geführt wird. Ein für den Kühlkörper 2 vorgesehener Antrieb 5 steht vor¬ zugsweise mit einem Computer 10 in Verbindung, so dass die genaue Drehgeschwindigkeit des Kühlkörpers 2 als Regelgrösse in der Steuereinrichtung 11 zusammen mit anderen vorgege¬ benen Parametern zur Steuerung von Druck und Temperatur des Kühlmittels berücksichtigt werden kann.The largest part of the free heat sink surface, between the detachment area of the cast strip and the nozzle position, is wetted by a fluid coolant according to FIG. A liquid, for example water, is preferably used as the coolant, which is guided through suitable flow channels in a closed housing that is largely sealed off from the drum surface. A drive 5 provided for the heat sink 2 is preferably connected to a computer 10, so that the precise rotational speed of the heat sink 2 is taken into account as a controlled variable in the control device 11 together with other specified parameters for controlling the pressure and temperature of the coolant can.

In Abwandlung des beschriebenen Ausführungsbeispiels kann nach dem gleichen Prinzip die Oberfläche des Kühlkörpers 1 anstatt in einem strömenden Kühlmittelbad auch mit Hi lfe von Düsen und anderen Vorrichtungen zwangsweise mit einem Kühl¬ mittel besprüht beziehungsweise benetzt werden.In a modification of the exemplary embodiment described, the surface of the heat sink 1 can also be forcedly sprayed or wetted with a coolant instead of in a flowing coolant bath with the aid of nozzles and other devices.

Durch die beschriebene Aussenküh lung, also die Kühlung der¬ jenigen Küh l körperoberflache, welche als Giessoberfläche dient, wird eine besonders effektive und schnelle Ableitung der erheblichen Wärmemenge auf der Trommeloberfläche er¬ reicht. Wie oben bereits ausgeführt wurde, spielt d/i e Wärme¬ leitung durch die Wandung des Kühlköarpers nicht die ent¬ scheidende Rolle, wie dies früher vermutet worden war.The described external cooling, ie the cooling of the heat sink surface which serves as the casting surface, enables a particularly effective and rapid dissipation of the considerable amount of heat on the drum surface. As already explained above, the heat conduction through the wall of the cooling body does not play the decisive role, as was previously assumed.

Für den einwandfreien Ablauf des beschriebenen Giessver- fahrens würden sich inbesondere Verunreinigungen durch Fremdkörper oder Elemente, welche die Benetzbarkeit der Kühlkörperoberfläche verändern, störend, wenn nicht ver¬ heerend auswirken. Im Beispiel ist daher im Ei nlaufberei ch kurz vor dem Düsenkörper ein Reinigungselement 20 angeord¬ net, welches die Küh l körperoberf lache sauber hält. Dieses kann beispielsweise als Rollenbürste ausgebildet sein.In particular, contamination by foreign bodies or elements that change the wettability of the heat sink surface would have a disruptive, if not devastating, effect on the smooth running of the casting process described. In the example, therefore, a cleaning element 20 is arranged in the inlet area just before the nozzle body, which keeps the surface of the cooling body clean. This can be designed, for example, as a roller brush.

Die Auflage der Düse auf der Kühlkörper-Oberfläche kann über ein Luftki ssenelement 30 erfolgen. Dabei kann eine Vorspann¬ feder 31 oder ein ähnliches Element gegenüber dem Luftkissen eine Vorspannung aufbauen, so dass der Auflagedruck gegen¬ über der Kühlkörper-Oberfläche wählbar bzw. einstellbar ist. Mit Hi lfe einer zusätzlich angeordneten Messeinrichtung 32 wird die exakte Höhe der Düsenöffnung gegenüber der Ober¬ fläche der Kühlkörper-Oberfläche bestimmt und entsprechend der Druck P1 für das Luft ki ssene lement 30 eingestellt, so dass der Düsenabstand gegenüber der Oberfläche des Kühl¬ körpers 2 konstant bleibt. Erreicht wi rd die Steuerfunktion durch eine in Figur 2 nicht näher ausgeführte Steuereinrich¬ tung, welche an das Hubelement 8 angeschlossen ist.The support of the nozzle on the heat sink surface can be done via an air cooler element 30. A prestressing spring 31 or a similar element can build up a prestress with respect to the air cushion, so that the contact pressure can be selected or adjusted with respect to the heat sink surface. With the help of an additionally arranged measuring device 32, the exact height of the nozzle opening relative to the surface of the heat sink surface is determined and the pressure P1 for the air-kissed element 30 is set accordingly, so that the nozzle spacing relative to the surface of the heat sink 2 remains constant. The control function is achieved by a control device (not shown in FIG. 2) which is connected to the lifting element 8.

Anstelle eines Luftkissens kann auch ein entsprechendes Kissen aus einem beliebigen anderen geeigneten Gas bzw. Fluid verwendet werden.Instead of an air cushion, a corresponding cushion made of any other suitable gas or fluid can also be used.

Für die Konstruktion einer Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens wirkt sich die Erkenntnis besonders vortei lhaft aus, dass die Wärmelei fä igkeit des Kühlkörpers von weni¬ ger entscheidender Bedeutung ist als früher angenommen. Es hat sich da'her als äusserst vortei lhaft erwiesen, anstelle der früher allgemein verwendeten Kupferflächen solche aus Ei sen oder Eisenlegierungen zu verwenden, welche zwar eine etwas schlechtere Wärmeleitfähigkeit aufweisen, dafür aber bessere Festigkeitseigenschaften. Beispielsweise unterliegen Gi esst ro m me l n aus Eisen oder Eisenlegierungen weniger stark der Gefahr einer Deformation, wie dies für das relativ weiche Kupfer der Fall ist. Es lassen sich damit nicht nur p rei sgüns i ge re und stabi lere Giesskörper verwenden, sondern der gesammte Giessprozess lässt sich einfacher und präziser kontrollieren. Insgesammt ergeben sich dadurch stabi lere Verhältnisse nicht nur bezüglich der Benetzbarkeit der Giessfläche sondern auch bezüglich der Beher rschba rkei t des Giessprozesses. Ferner lässt sich eine wesentliche Verbes¬ serung der Standzeiten für die Giessoberfläche erreichen, so dass die Lebensdauer dieser Bauelemente erheblich verlängert werden konnte. Wegen des grossen Einflusses der Benetzbarkeit der Kühl¬ körperoberfläche durch die Schmelze ist es vorteilhaft, für unterschiedliche Schmelzenzusammensetzungen verschiedene, auf die Schmelze hinsichtlich optimaler Benetzbarkeit abge¬ stimmte Kühlkörper zu verwenden. In solchen Fällen ist es daher zweckmässig, die Kühlkörper auswechselbar zu lagern und aus einem Vorrat unterschiedlicher Kühlkörper jeweils das optimale in die Giessvorrichtung einzusetzen. Zusätzlich kann auch das Material des Düsenkörpers an denjenigen Be¬ reichen von Einfluss auf den Giessprozess sein, welche von der ausfliessenden Schmelze benetzt sind.The knowledge that the thermal conductivity of the heat sink is of less critical importance than previously assumed has a particularly advantageous effect for the construction of a device for carrying out the method. It has therefore proven to be extremely advantageous to use copper or iron alloys instead of the copper surfaces generally used in the past, which have a somewhat poorer thermal conductivity, but better strength properties. For example, cast iron pipes made of iron or iron alloys are less subject to the risk of deformation, as is the case for the relatively soft copper. Not only can you use purely priced, stable castings, but the entire casting process can be controlled more easily and precisely. Overall, this results in more stable conditions not only with regard to the wettability of the casting surface but also with regard to the manageability of the casting process. Furthermore, a significant improvement in the service life for the casting surface can be achieved, so that the service life of these components could be extended considerably. Because of the great influence of the wettability of the heat sink surface by the melt, it is advantageous to use different heat sinks which are matched to the melt with regard to optimal wettability for different melt compositions. In such cases, it is therefore expedient to store the heat sinks interchangeably and to insert the optimal one into the casting device from a supply of different heat sinks. In addition, the material of the nozzle body can also influence the casting process in those areas which are wetted by the outflowing melt.

Zur Funktion der Steuerungseinrichtung 10 gelten unter Bezug auf Fig. 1 die folgenden grundsätzlichen Betrachtungen:The following basic considerations apply to the function of the control device 10 with reference to FIG. 1:

Der Abstand d1 steht mit der Oberf lächenspannung ~> der Schmelze und dem Druck P bei gegebener Schme Izenzuf luss- gesch indigkeit v und gegebener Geschwindigkeit u der Ober¬ fläche des Kühlkörpers 2 gegenüber dem Düsenauslass über folgende Beziehung in Verbindung:The distance d1 is related to the surface tension ~> of the melt and the pressure P for a given melt flow velocity v and a given speed u of the surface of the heat sink 2 relative to the nozzle outlet via the following relationship:

)

und damit:)

and thus:

4 <r do \ ^{d 1 «} ^ { -dT- I4 <r do \ ^{d 1 «} ^ {-dT- I

Darin bedeuten gemäss der Darstellung in den Figuren ~ die Oberflächenspannung und g die Dichte der Schmelze, do die Breite der Düsenöffnung in Bewegungs ri chtung des Kühlkörpers sowie d2 die Dicke des zu erzeugenden Bandes. Unter Beachtung dieses Zusammenhangs werden die Verfahreπs- parameter unter Berücksichtigung metallurgisc er Gesichts¬ punkte mit Hi lfe der Steuerungseinrichtung 10 nach den oben angegenen Regeln überwacht und nachgeführt.Therein, as shown in the figures, ~ mean the surface tension and g the density of the melt, do the width of the nozzle opening in the direction of movement of the heat sink, and d2 the thickness of the strip to be produced. Taking this connection into account, the process parameters are monitored and adjusted with the aid of the control device 10, taking into account metallurgical aspects, in accordance with the rules set out above.

Mit dem beschriebenen Verfahren sowie der beschriebenen Einrichtung lassen sich nicht nur amorphe, sondern besonders vortei lhaft auch kristalline Strukturen herstellen. With the described method and the described device, not only amorphous but also particularly advantageously crystalline structures can be produced.

Claims

P A T E N T A N S P R U E C H E PATENT CLAIMS

1. Verfahren zum Giessen von Metallbändern direkt aus der Schmelze unter Verwendung einer auf die Oberfläche eines bewegten Kühlkörpers gerichteten Giessdüse, dadurch gekenn¬ zeichnet, dass bei gegebener Düsengeometrie mindestens einer der frei wählbaren Gi essprozesspara eter (P, d1, u) dahinge¬ hend geregelt wird, dass sich der Schmelzen-Meniskus, der sich zwischen der Einlaufkante (3) der. Düse (1) und- der Oberfläche des Kühlkörpers (2) ausbi ldet, auf einen Bereich (T - T2) für die Lage des Phasen-Tri pe Ipunktes (T) auf der Küh l körperoberflache einstellt.1. Method for casting metal strips directly from the melt using a pouring nozzle directed onto the surface of a moving heat sink, characterized in that, given the nozzle geometry, at least one of the freely selectable casting process parameters (P, d1, u) goes to that end it is regulated that the melt meniscus, which is between the leading edge (3) of the. Forms nozzle (1) and - the surface of the heat sink (2), to an area (T - T2) for the position of the phase trip point (T) on the heat sink surface.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Tripelpunktes (T) innerhalb eines Bereiches (T - T2) auf der Kühlkörperoberfläche eingestellt wird, welcher sich maximal über die fünffache Düsenbreite (do) erstreckt.2. The method according to claim 1, characterized in that the triple point (T) is set within a range (T - T2) on the heat sink surface which extends at most over five times the nozzle width (do).

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Position des Tripelpunktes (T) über den Giessdruck (P) geregelt wird, mit welchem die Schmelze aus der Düse (1) auf die Kühl körperoberf lache gedrückt wird. 3. The method according to claim 1, characterized in that the position of the triple point (T) is regulated via the casting pressure (P) with which the melt from the nozzle (1) is pressed onto the cooling surface.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass eine zusätzliche Regelung der Tri pe Ipunkt-Posi ti on durch gesteuerte Verstellung des Abstandes z ischen der Einlauf¬ kante (3) der Düse (1) und der Kühlkörperoberfläche und damit durch eine Veränderung des Meniskus vorgenommen wird.4. The method according to claim 3, characterized in that an additional control of the tri point point position by controlled adjustment of the distance between the inlet edge (3) of the nozzle (1) and the heat sink surface and thus by changing the Meniscus is made.

5. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, mit mindestens einer Giessdüse (1) und einem relativ zur Giessdüse bewegten Kühlkörper (2), dadurch gekennzeichnet, dass eine Steuerungseinrichtung (10) zur Abgabe von Gi essdruck-spezi f i schen Druckst euerungs si gna len an die Giessdüse (1) mindestens aufgrund von Messsignalen ausgebildet ist, welche von einer auf das gegossene Band ausgerichteten Di ckenmesssonde (11) geliefert werden.5. Apparatus for performing the method according to claim 1, with at least one casting nozzle (1) and a moving relative to the casting nozzle heat sink (2), characterized in that a control device (10) for the delivery of Gi essdruck-speci fi rule pressure control si gna len to the pouring nozzle (1) is formed at least on the basis of measurement signals which are supplied by a thickness measuring probe (11) aligned with the cast strip.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Kühlkörper auswechselbar gelagert ist und gegen weitere Kühlkörper mit untersc iedlicher Benetzbarkeit auswechselbar ist.6. The device according to claim 5, characterized in that the heat sink is interchangeably mounted and can be exchanged for further heat sinks with different wettability.

7. Vorrichtung nach Anspruch 5, zum Vergiessen eisenhaltiger Schmelzen, dadurch gekennzeichnet, dass ein Kühlkörper (1) mit einer Oberfläche auf Eisenbasis vorgesehen ist.7. The device according to claim 5, for casting iron-containing melts, characterized in that a heat sink (1) is provided with an iron-based surface.

8. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerungseinrichtung (10) mit Mitteln zur Abgabe von Distanz-Verstellsignalen an Distanz-Verstelleinrichtungen ⁽8) aufgrund der von der Di ckenmesssonde (11) gelieferten Messsignale ausgebildet ist, wobei die Distanz-Verstell¬ ei nrichtung den Abstand zwischen der Einlaufkante (3) der Giessdüse (1) und der Küh l kö rperoberf läche beeinflusst. 8. The device according to claim 5, characterized in that the control device (10) having means for delivering distance Verstellsignalen of distance-adjusting means ⁽⁸⁾ due to the ckenmesssonde of Di (11) measuring signals supplied is formed, wherein the distance-adjustment ¬ device influences the distance between the inlet edge (3) of the pouring nozzle (1) and the heat sink surface.