Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erzeugung von Halbzeug in Form dünner Metallstränge gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 und eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.

Aus der EP 0 311 602 B1 ist ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung dünner Metallstränge bekannt. Dabei wird ein an der Oberfläche gereinigtes Metallprofil beispielsweise in Form eines bandförmigen Stahlblechs (Mutterband) mit einer Dicke von 0,1-1,4 mm kontinuierlich durch den Boden eines mit einer artgleichen Stahlschmelze gefüllten Schmelzenbehälters geführt. Hierzu ist eine schlitzartige Öffnung im Boden des Schmelzenbehälters vorgesehen, die mit einer Dichteinrichtung versehen ist, um den Austritt von Schmelze zu verhindern. Die Temperatur der Schmelze liegt in der Nähe der Liquiduste peratur T.. . Das Stahlband wird mit einer konstanten Geschwindigkeit durch die Schmelze bewegt und nach oben aus der Schmelze herausgeführt. Aufgrund seines niedrigen Wärmeinhalts {Bandtemperatur etwa gleich Raumtemperatur) bildet sich auf der Oberfläche des Stahlbandes eine anhaftende Schicht aus kristallisierter und noch

flüssiger Schmelze aus. Die Dicke dieser Schicht kann ein Mehrfaches der Dicke des ursprünglichen Mutterbandes betragen. Sie hängt insbesondere ab von der Verweilzeit in der Schmelze (Geschwindigkeit des Mutterbandes), von der Schmelzentemperatur (Temperaturdifferenz zur Soliduste peratur T .), von der Schmelzwärme und der spezifischen Wärme des eingesetzten Werkstoffs und von der Mutterbanddicke. Die Verfahrensführung muß hierbei so erfolgen, daß ein Wiederaufschmelzen von bereits anhaftendem Kristallisat vermieden wird. Unter dieser Voraussetzung besteht über die Banddicke gesehen ein Temperaturgradient. Während der Bewegung durch das Schmelzbad ist die Temperatur im Inneren des Mutterbandes am niedrigsten und steigt zum Rand hin an. Ein qualitativ gleichartiger Temperaturverlauf liegt auch in der anhaftenden Schicht vor. Im äußersten Bereich der Schicht liegt genau die Liquiduste peratur T, - vor.

Die anhaftende Schicht hat zunächst eine gemischte Zusammensetzung aus gebildetem Kristallisat und dazwischen bestehender schmelzflüssiger Phase (mushy zone). Der Anteil der schmelzflüssigen Phasen nimmt nach außen hin zu. Nach Verlassen des Schmelzbads kühlt die anhaftende Schicht ab, wobei sich das bis dahin bestehende Temperaturgefälle umkehrt. Es kommt zu einer vollständigen Durcherstarrung der anhaftenden Schicht.

Aus der EP 0 311 602 B1 ist es auch bekannt, ein in der vorstehend beschriebenen Weise zu erzeugendes Halbzeug nach Verlassen des Schmelzbads in einer gegen Oxidation schützenden Atmosphäre bis zum Erkalten oder bis zum Eintritt in eine Verformungsmaschine zu halten, in der das Halbzeug einem Warm- und/oder Kaltformgebungsprozeß unterworfen wird. Ein Teil der dabei erzeugten Fertigproduktmenge wird dann als Mutterband wieder an den Anfang des Verfahrens zurückgeführt und erneut durch das Schmetzbad hindurchgeführt.

In bezug auf die Erzeugung von Stahlbandmaterial steht der praktischen Anwendung dieses Verfahrens bisher ein entscheidendes Hindernis im Wege. Die Abnehmer von qualitativ hochwertigem Kalt- oder warmband verlangen vom Produzenten unter anderem die Einhaltung einer Schwankungsbreite der Blechdicke, die bei höchstens 2 % der Nenndicke liegt. Mit dem bisherigen Verfahren läßt sich eine derartig enge Toleranz nicht sicher einhalten. Bestehende Unregelmäßigkeiten in der Dicke des Bandes, die nach dem Verlassen des Schmelzbads bestehen und die vorgeschriebene Höchstgrenze überschreiten, lassen sich durch nachfolgende Umformvorgänge nämlich praktisch nicht mehr beseitigen. Dies liegt daran, daß aufgrund des extremen Flachheitsgrads des im WalzprozeG eingesetzten Halbzeugs (Breite/Decke-Verhältnis mindestens 60) die Umformung (bei abnehmender Dicke) praktisch nur in Längsrichtung erfolgt und keine nennenswerte Breitung mehr eintritt. Bestehende Dickεnunterschiede entlang einer Linie quer zur Bandlängsrichtung bleiben daher - relativ gesehen - unverändert bestehen.

In der EP 0 311 602 B1 ist eine zweite Verfahrensvariante beschrieben, bei der das Mutterband in umgekehrter Weise von oben in das Schmelzbad eingeführt und durch den Boden des Schmelzengefäßes wieder abgezogen wird. Bei dieser Ausführungsform ist das Problem der Bodenabdichtung besonders gravierend, da die Austrittsrichtungen der Schmelze und des Bandmaterials gleich sind und infolge dessen nicht nur ein dynamischer Dichteffekt fehlt, sondern darüber hinaus sogar ein negativer, die Austrittsneigung der Schmelze unterstützender "Mitnahmeeffekt" festzustellen ist. Aus diesem Grunde ist eine besondere Abdichtungseinrichtung in Form eines Dichtrollenpaares im Bodenbereich des Schmelzengefäßes erforderlich. Dieses Dichtrollenpaar bewirkt ein drastisches Zusammendrücken der "mushy .zone" und damit ein Herausquetschen großer Teile der flüssigen Phase aus dem bereits gebildeten "schwammartigen" Kristallisatgebilde. Das hat zur Folge, daß

die Dicke der erzielbaren anhaftenden Schicht gegenüber der ersten Verfahrensvariante erheblich geringer ist. Allein schon aus wirtschaftlichen Erwägungen kommt daher eine solche Verfahrensführung für eine praktische Anwendung kaum in Frage.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein gattungsgemäßes Verfahren dahingehend weiterzubilden, daß die geforderte Blechdickentoleranz von maximal 2 % sicher eingehalten werden kann, und eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens anzugeben.

Gelöst wird diese Aufgabe hinsichtlich des Verfahrens durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs 1. vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen 2 bis β angegeben. Eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens, die grundsätzlich auch für die Herstellung andersartiger Profile (z.B. runde oder beliebig polygone Querschnittsformen) geeignet ist, weist die Merkmale des Patentanspruchs 9 auf und ist durch die kennzeichnenden Merkmale der Unteransprüche 10 bis 14 in vorteilhafter Weise ausgestaltbar.

Im folgenden wird die Erfindung anhand des in der einzigen Figur schematisch dargestellten Ausführungsbeispiels einer für das Verfahren geeigneten Vorrichtung näher erläutert.

Als Mutterblech wird ein Blechcoil 12 eingesetzt, das mit einer bestimmten Geschwindigkeit abgewickelt wird. Mit dem Bezugszeichen 11 ist eine Bandschweißantage bezeichnet, die das Ende eines bereits abgewickelten Coils mit einem neuen Coil 12 verbindet, um einen kontinuierlichen Verfahrensablauf zu ermöglichen. Bei 7 ist eine Bandspeicheranlage angedeutet, die einen kurzfristig eintretenden Stillstand des Bandnachschubs während des Schweißvorgangs bei einem

Coitwechsel auffangen kann, so daß der Produktionsbetrieb nicht unterbrochen wird. Im Produktionsfluß hinter der Bandspeicheranlage 7 ist eine Bandreinigung 6 angeordnet, in der die Oberfläche des eingesetzten Mutterbandes metallisch rein gemacht wird. Ein Transportrollenpaar 2 sorgt dafür, daß das Mutterband, das ein Breitε/Dicke-Verhältnis von mindestens 60, vorzugsweise von mindestens 100 hat, mit einer gleichbleibenden vorgewählten Geschwindigkeit durch eine entsprechende schlitzartige Öffnung im Boden des Schmelzenbehälters 1 in die Schmelze 3 geführt wird. Das Mutterband hat einen sehr geringen Wärmeinhalt, da es beispielsweise Raumtemperatur aufweist. Die Schmelze 3 (z.B. Stahl) besteht aus dem gleichen Werkstoff wie das Mutterband. Eine Abdichtung, die am Boden des Schmelzenbehälters 1 angeordnet ist, ist in der Figur nicht gesondert dargestellt. Während das Mutterband von unten nach oben durch die Schmelze 3 geführt wird, kristallisiert eine mit zunehmender Verweilzeit (d.h. mit Annäherung an den Schmelzbadspiegel) wachsende Schicht an, da das Mutterband in seiner unmittelbaren Umgebung der Schmelze 3 Wärme entzieht, wobei es sich erwärmt. Die Schmelze 3 wird ansonsten auf einer Temperatur von z.B. 10 K über der Liquidustemperatur gehalten. Durch eine nicht dargestellte Einspeisung wird die Höhe des Schmelzbadspiegels auf einem gleichbleibenden Wert gehalten. Unter Berücksichtigung dieser und weiterer Parameter (insbesondere Solidustemperatur, Schmelzwärme, spezifische Wärme des Schmelzenwerkstoffs) ist die Bandgeschwindigkeit über die Transportrollen 2 vorzugsweise so eingestellt, daß das Muttεrband mit der anhaftenden Schicht beim erlassen der Schmelze 3 eine 3- bis 7-mal so große Dicke hat wie das ursprüngliche Mutterband.

Oberhalb des Schmelzbadspiegels ist eine Glättwalzeinrichtung in Form eines nebeneinander angeordneten Glättwalzenpaares 4 positioniert. Der Abstand dieses Glättwalzenpaares 4 von dem Schmelzbadspiegel ist dadurch veränderlich, daß die Höhenlage des Glättwalzεnpaares 4 z.B. durch eine

eiektro ecnanische oder nvαraulische VerStelleinrichtung, die durch die eingezeichneten Pfeile angedeutet ist, einstellbar ist. Der Minαestabstand αεs Glättwaizεnpaares 4 von dem Schmelzbadspiegel beträgt etwa 0,5 m, der maximale Abstand 5 . Die Höhenlage wird so gewählt, daß der Glättstich an einer Stelle stattfindet, an der die am Mutterband annaftende Schicht einerseits zwar schon relativ weit durcherstarrt ist, aoer andererseits in ihrer Außεnzone noch ausreichende Anteile an flüssiger Phase aufweist, die einen problemlosen Materialfluß auch quer zur Längsrichtung des Mutteroanαes ermöglichen. Es kommt also auf ein möglichst günstiges Mengenverhältnis der festen zur flüssigen Phase an. Als Regelgröße hierfür kann die Durcnschnittste pεratur in der ankristallisierten Schicht herangezogen werden. Die Glättung soll er inαungsgemäß bei einer Temperatur T erfolgen, die folgender Beziehung genügt:

^T gl * ^T sol * ^{a x CT} liq ^{" T} sol ³

Darin bedeutet a einen Faktor im Wertebereich von 0,1 - 0,6, vorzugsweise im Bereich 0,2 - 0,4. Je niedriger a ist, um so höher ist der durcherstarrte Anteil. Die untere Grenze ist insofern als kritisch anzusehen, als im Falle von Störungen leicht eine völtige oder nahezu völlige Durcherstarrung eintreten kann, die einen Ausgleich etwa bestehender größerer Banddickεndifferen2en unmöglich machen würde. Die obere Grenze des wertes a ist in erster Linie wirtschaftlich bedingt. Aufgrund des hohen Anteils an scnmεlzflüssiger Phase würde wegen der vertikalen Führung des Banαmateriats ein erheblicher Teil nach unten abgequetscht werden, so daß die Ausbringung sich entsprechend verringern würde. Zur Erleichterung der Einstellarbeiten kann im Verstellbereich des Gtättwalzenpaares 4 eine nicht dargestellte Strangober läcnentemDeratur-neßeinricntung vorgesehen sein. Das Glättwalzenpaar 4 wird zweckmäüigerweise mit einer inneren Fluidkühlung

(z.B. Wasserkühlung) versehen. Die durch den Glättstich angestrebte Dickenabnahme des Metallstrangs sollte in einem Bereich von 5 - 15 % liegen.

Um eine für die nachfolgende Weiterverarbeitung des erzeugten Halbzeugs störendε Oxidation der Strangoberfläche zu vermeiden, ist die anhaftende Schicht des Mutterbandes durch eine Einhausung 5, die mit einer inerten Atmosphäre gεflutεt werden kann, gegen den Zutritt von Luftsauerstoff geschützt. Die Einhausung 5 schließt unmittelbar an den Schmelzenbehälter 1 an und hüllt auch das Glättwalzenpaar 4 mit ein. Um eine unerwünscht schnellε Abkühlung der anhaftεndεn Schicht und damit eine zu weitgehende Durchεrstarrung zu vermeiden, kann im Bedarfsfall insbesondere im Bereich der Verstellung der Glättwalzeinrichtung A vorgesεhen sein, daß zumindest Teile der Wände der Einhausung 5 mit einer thermischen Isolierung versehen sind. Im übrigen ist es zweckmäßig, die Wände der Einhausung 5 als Kühlwände, insbesondere als von innen fluidgekühlte (z.B. Wasserkühlung) Wände auszuführen, über die Steuerung der Kühlmitteltεmpεratur läßt sich dann nämlich in der sich hinter der Glättwalzεinrichtung 4 anschliεßenden Kühlzone β einε kontrolliεrte Kühlung des erzeugten Halbzeugs realisiεrεn, diε zu bεsonders günstigen Werkstoffeigenschaften führt. Ähnlich wie bei einer Kontiglühe wird das bandförmige Matεrial in εinεm ittlerεn Abschnitt der Kühlzoπε θ durch εntsprechende Umlenkrollen in Schleifen geführt, so daß in dieser Zone eine entsprechεnd längere Verweilzeit eintritt. Nachdεm dεr εrzεugte Metallstrang eine hinreichende Abkühlung erfahren hat, verläßt er diε Einhausung 5 mit ihrεr inerten Atmosphäre und kann z.B. durch einε elektrostatische Einöleinrichtung 9 eingεölt und vor Korrosion geschützt werdεn. Das Matεrial wird anschliεßend kontinuierlich zu einem Coil 13 aufgewickεlt. Das Coil 13 wird nach Errεichεn εinεs bestimmten Gewichts mittels einεr Schere 10 vom übrigen Strang abgetrεnnt und zur Wεitεrvεrarbεitung in εin Warm- oder

Kaltwalzwerk abtransportiert.

Es ist selbstverständlich auch möglich, wie dies bereits in der EP 0 311 602 B1 beschrieben ist, die Weiterverarbeitung unmittelbar anzuschliεßεn. In diεsεm Fall kann die Abkühlung bei Bεdarf zur Einsparung von Wärmεεnεrgiε bεrεits wεit oberhalb der Raumtemperatur unterbrochen und die Einhausung mit inertεr Atmosphärε bis zur anschliεßεndεn Umformmaschine gεführt wεrdεn.

Diε Erfindung wird anhand dεs nachfolgεndεn Ausführungsbeispiels, bei dem auf das in der Figur dargestεlltε Anlagenschema Bezug genommen wird, näher erläutεrt.

Ein Kaltband aus einem Stahl X60 mit

0,16 % C

0,35 % Si

1,30 % Mn

0,013 % P

0,003 % 5

0,041 % AI

0,025 % Nb

0,0032 % N

Rest Eisen und übliche Vεrunrεinigungεn,

das εinε Dickε von 0,5 mm und eine Breite von 1000 mm aufwies, trat nach εinεr Entfεttung in εinεm Bεizbad 6 mit Hilfε εines Trεibrollenpaares 2 sεnkrεcht durch den Boden einεs mit flüssigem Stahl gefülltεn Schmεlzεngεfäßεs 1 ein. Diε Schmεlzε wiεs εinε mit dem Stahlband verglεichbarε Analysε auf. Dεm Schmεlzεngεfäß 1 wurdε aus einem nicht dargestεlltεn Vεrtεilεr kontinuierlich flüssiger Stahl

zugeführt. Die Höhe des Schmelzbads 3 und die Geschwindigkeix αes

Stahlbandes sind die Regelgrößen, um die gewünschte Kontaktzeit zwischen dem Stahlband und dem Schmelzbad 3, die im vorliegenden Fall etwa 2 sek betragen sollte, einzustellen. Da die Bandgeschwindigkeit bei 1 m/s lag, wurde daher eine Schmelzbadhöhe von 2 m permanent eingehalten. In der

Stahlschmelze 3, die eine Temperatur von ca. 151Z°C aufwies, kam es beim

Durchlauf des Stahlbandes zu einer Aufkristallisation in einer Dicke von insgesamt etwa 2,5 mm, so daß die Gesamtdicke des Stantbandes beim

Austritt aus der Stahlschmelze 3 etwa 3 mm betrug. Dieses Stahlband mit

"teigiger" Oberfläche (zwei Phasen: SchmeLze und Kristalle) wurde dann entsprechend der Formel T - T , + a x (T.. - T .) (hier a * 0,5 soi liq sol gewählt) mit einer Durchschnittstemperatur von T = 1497 C + 0,5 x (1507°C - 1497°C) - 1502°C in der aufgewachsenen Schicht in das vertikal verschiebbare Glättwalzwerk 4, das in einer mit z.B. Argon gefüllten unα kontrolliert gekühlten Einhausung 5 angeordnet war, eingeführt, wo seine maximale Dicke um ca. 17 % (0,5 mm) reduziert und seine Oberflächenrauhigkeit weitestgehenα abgebaut wurde. Für die vorliegenden Verhältnisse erwies sich zum Erreichen des angestrebten Zieles eine integrale Temperatur von 1502°C iύr die Durchführung des erfindungsgemäßen Glättstichs als besonders günstig. Das Glättwalzwerk 4 wurde daher in seiner vertikalen Position so eingestellt, daß diese Temperatur auf der Eintrittsseite in das δlättwalzwerk unter den vorliegenden Abkühlbedingungen gegeben war. Der durchgeführte Glattstich führte zu einem vollständig lunkerfreien und in seiner Schichtung optimal verschweißten Stahlband mit einer gleichförmigen Dicke von ca. 2,5 mm. Die vorhandene Abweichung der tatsächlichen Banddicke von der Sollbanddicke tag mit nur 1,6 % noch deutlich unter dem maximal zulässigen ert von 2 % für armband, das kalt weiterverarbeitet werden soll. Nach dem Austritt aus dem Glättwalzwerk 4 wurde das Stahlband, das weiterhin durch eine Argonatmosphäre vor Oxidation geschützt war, in dem wassergekühlten Dom der Einhausung 5 einer kontrollierten

Abkühlung unterzogεn und nach Durchlaufεn εinεs ebenfalls gekühlten und mit Argon gefülltεn Pufferraums (Kühlzone 8) einer Wickelstation 13 zugεführt. Anschtiεßεnd wurdε das Stahlband in εinεm nicht dargεstellten Kaltwalzwεrk auf εinε Dickε von wiεderum 0,5 mm ausgewalzt. Das so erzeugtε Kaltband wiεs ausgezeichnεte mechanisch-technologische Eigenschaftεn auf und erfüllte alle gestellten Qualitätsanfordεrungεn. Etwa 20 % dεr laufend erzεugtεn Produktionsmenge wurden wiεdεr als Eingangsmatεrial in dεn Prozεß zurückgeführt.

Mit der vorliegenden Erfindung ist es auf überraschεnd εinfache Weise möglich, einεn bandförmigen Metallstrang zu erzeugεn, dεr hinsichtlich sεinεr Form- und Oberflächentoleranz außerordentlich präzise (Abweichung des Profils und der Dicke über die Bandlänge unter 2 %) ist. Gleichzεitig gewährleistεt diεsεs Vεrfahren einε durchgehend sichere Verschwεißung dεr anhaftεndεn Schicht mit dε Muttεrblεch. Durch die Möglichkeit einer kontrollierten Abkühlung läßt sich ein Bandmaterial mit hervorragεndεn Werkstoffeigenschaften εrziεlεn.