Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Einrichtung zum Erzeugen von dünnen MetalLsträngen, insbesondere aus Stahl, mit Dicken unter 20 mm, bei dem ein ungekühltes, gereinigtes Metallprofil niedrigen Energiepotentials zumindest auf einer Seite seines Querschnitts in Berührung mit einer Metallschmelze und diese zum flnkristallisieren gebracht wird, wobei durch die Länge der Kontaktzeit die Dicke des MetalLstranges eingestellt wird.

Beim Stranggießen von Metallen, wie z.B. von Stahl, wird die Metallschmelze an gekühlten Flächen ankristallisiert , ohne daß eine Verbindung zwischen den gekühlten Flächen und dem aπkristallisierten Werkstoff stattfindet. Das 5traπggie(3en vermeidet daher eine Bindung des Gießwerkstαffes an die verwendeten Gießformen, um das Arbeitsergebnis nicht zu zerstören.

Der Technologie des Stranggießens sind jedoch Grenzen gesetzt durch die erreichbaren Strangdicken, wobei eine minimale Strangdicke in Betracht gezogen wird und nicht eine sich erhöhende Strangdicke. Nach dem Stand der Technik betragen erzielbare Strangdicken "nach oben" ca. 300 mm bei entsprechend breiten Strängen, wobei Querschnittsformate von 300 mm mal 2.100 mm als Jumbo-5tränge bezeichnet werden. Die Grenzen der Stranggießtechnologie in Zielrichtung auf möglichst dünne Stränge (Veränderung der Strangdicke "nach unten") sind einerseits durch die Eingießverhältnisse der Gießwerkstoffe in die Stranggießkokillen gezogen, weiL die Technik der Tauchausgüsse hier aus Rbmessungsgründen versagt. Andererseits sind bislang mehrere Vorschläge zum Stranggießen von dünnen Metalisträngen-bekanntgeworden, deren Durchführung zwar erfolgversprechend erscheint, deren Entwicklung bis zur Produktionsreife jedoch erhebliche Mittel erfordert.

Das vorstehend beschriebene Stranggießverfahren unter Ankristallisieren an gekühlten Flächen ist aus dem Buch "Stranggießen" von Dr. Waldemar Schwarzmaier, Vertag Berliner Union Stuttgart, Seite 44 und 45, bekannt.

Das eingangs bezeichnete Verfahren zum Erzeugen von dünnen MetalIsträngen ist aus dem CH-Patent 301,042 bekannt. Wie sich ferner aus dem "Handbuch des Stranggießens" von Dr. Erhard Herrmann, Aluminium-Verlag, Düsseldorf, 1. Auflage 195ö, Seite 105 ergibt, wurden im Jahre 1951 Versuche zu einer alternativen Methode zum Stranggießen durchgeführt, über die M.P. Newby in "Development of Continuous Casting of Steel, 21 (1954), Seiten 506 bis 50ö, ^M berichtet. Es wurden Stahlstreifen von 3,2 mm Dicke durch ein Stahlbad von 1600 Grad C bei einer Eintauchdauer von 0,5 sec. mit einer Geschwindigkeit von 160 m/min. auf eine Länge von 1,5 m gezogen. Hierbei stellte sich eine Dickenzunahme auf 6,4 mm, d.h. auf das Doppelte, ein. Der Kern des Stahlstreifens erreichte allerdings lediglich eine Temperatur von 1100 Grad C. Aus diesem Ergebnis wird die Lehre gezogen, die Eintauchdauer steige mit dem Quadrat der geringsten Querschnittsabmessung, so müsse bei einem Stahtstreifen von 4,8 mm Dicke mit einer Eintauchdauer von mehr als einer Sekunde gerechnet werden.

Wie sich neuerdings in Versuchen gezeigt hat , wird weder die angegebene Temperatur von 1100 Grad C im Kern des Stahlstreifens erreicht, noch tritt eine Diffusion der Metaltschmelze in den Stahlstreifen ein. Bei Waπddicken von 4,6 mm wurde noch nicht einmal eine Verbindung der beiden Werkstoffe erzielt.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Erzeugen von dünnen Metatisträngen, insbesondere aus Stahl mit Dicken unter 20 mm vorzuschlagen, das nicht nur zu einem nahe am

Endprodukt (Bleche, Bänder, Rohre, Profile) liegenden Erzeugnis führt und nur noch einen minimalen Kalt- und Warmformgebungsaufwand erfordert , sondern das in seiner Struktur homogen und in wirtschaftlichen Mengen erzeugt werden kann.

Die gestellte Aufgabe wird aufgrund des eingangs bezeichneten Verfahrens erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß ein mit Wanddicken von 0,1 bis 1,4 mm ausgewähltes Metallprofil maximal innerhalb einer solchen Zeit in Kontakt mit der Metallschmelze gehalten wird, die in Funktion mit einer Energiepotentialdifferenz zwischen dem niedrigen Energiepotential des ungekühtten Metallprofils und dem höheren Energiepotential der Metallschmelze vor dem Aufschmelzen des Metallprofils steht und wobei entsprechend der maximal zulässigen Kontaktzeit ein Metallstrang mit einer etwa 6 bis 10fachen Gesamtstrangdicke, bestehend aus dem MetalIprofil und an diesem (phaseπgrenzeπfrei) abgelagerten Kristallen und Schmelzenwerkstoff, aus der Metallschmelze herausgezogen wird. Dieses Verfahren weist zunächst drei Hauptvorteile auf:

a ⁾ Die geringen Wanddicken des Metallprofils erlauben trotz der anfänglichen Abschreckung der kontaktierten Metallschmelze ein durchdringendes Aufheizen;

b ⁾ es entsteht ein homogenes Gefüge des erzielten Metallstranges, bei dem die Metallschmelze so weit in das MetalIprofil diffundiert, daß später durch Walzen eine ausreichend gleichmäßige Struktur erreicht wird;

c ⁾ der Materialkreislauf beschränkt sich bei dem Zehnfachen der Gesamtstrangdicke auf 10 %, so daß das Verfahren wirtschaftlich arbeitet.

Außerdem können große Bunde des dünnen MetalIprofils leichter gehandhabt werden. Es ist außerdem möglich, aus mehreren dünnen Metallprofilen sog. Schichtwerkstoffe herzustellen. Das Verfahren erfordert außerdem relativ geringe Entwicklungsmittel und kann mit relativ einfachen Vorrichtungen ausgeführt werden. Besonders vorteilhaft ist es hierbei, daß z.B. bei Blechen und Bändern walzgerechte Naturkanten entstehen, die den Walzvorgang unterstützen. Insgesamt betrachtet bedeutet das erfindungsgemäße Verfahren minimale Umwandlungskosten vom Flüssigprodukt (wie z.B. Stahl) zum Fertigprodukt.

Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß das Verfahren ohne weiteres diskontinuierlich und alternativ kontinuierlich durchgeführt werden kann.

Ein besonders hervorzuhebender Vorteil besteht jedoch darin, im Gegensatz zum Stranggießen alteine über die Rnderung der Kontaktzeit zwischen dem ungekühlten MetalLkörper und der Metallschmelze die Dicke des Metallstranges einzustellen bzw. zu kontrollieren. Beim Stranggießen stehen hier relativ aufwendige Einrichtungen zur Verstellung der Schmatseitenplatten einer 5tranggießkokille zur Verfügung, so daß beim 5tranggießen zunächst nicht die Dicke geändert werden kann. Die dünnen Metallprofile erlauben außerdem, nicht nur vollkommen gleichartige Werkstoffe der Metallschmelze in bezug auf das MetalIprofil einzusetzen.

Für die kontinuierliche Erzeugung von dünnen Metaltsträngen ist nach der weiteren Erfindung vorgesehen, daß ein MetalIprofilstrang mit festgelegtem Querschnitt und mit festem Gefügezustand in eine artverwandte Metallschmelze eingeführt und in der festgelegten Zeit von der Metallschmelze allseitig umgeben hindurchgeführt wird, in der er im Innern maximal auf Solidustemperatur erwärmt wird und daß

danach der mit der Metallschmelze umgebene Metallprofilstrang außerhalb der Metallschmelze einer gesteuerten Abkühlung unterzogen wird.

Besonders vorteilhaft ist ferner, daß der Metallprofilstrang von unten nach oben durch die Metallschmelze bewegt wird. Dadurch wird über den Umfang des Querschnitts eine gleichbleibende Dicke des aufgebrachten Schmelzenwerkstoffes erzielt.

In Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, daß der Metallprofilstrang in mehreren Zyklen durch jeweils eine Metallschmelze bewegt wird. Dieser Verfahrensschritt dient der Erzeugung von besonders dicken Metallsträngen.

Entsprechend lange Kontaktzeiten werden nach einem weiteren Merkmal der Erfindung dadurch erzielt, daß der Metallprofilstrang auf einem vorgeschriebenen Weg durch die Metallschmelze bewegt wind.

Die Erfindung gestattet außerdem, dünne Metallstränge aus unter¬ schiedlichen Werkstoffschichten aufzubauen. Hierzu ist vorgesehen, daß der Metallprofilstrang in mehreren Zyklen jeweils durch unter¬ schiedliche 5chmelzbadbehätter bewegt wird.

Ein weiterer Nachteil des Stranggießens war bislang die Gießgeschwin¬ digkeit. Bei den entsprechend höheren Ziehgeschwindigkeiten des unge- kühlten Metallkörpers bzw. des ungekühlten Metallprofilstranges eröffnet sich nunmehr die Möglichkeit, daß der Gesamtstrang unmittelbar nach dem Austreten aus der Metallschmelze einem War formgebungs- und/oder einem Kaltformgebungsprozeß unterworfen wird.

Ein vorteilhafte Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens ist dahingehend gestaltet, daß ein Metallschmelzenbehälter vorgesehen ist, der eine Eingangsöffnung für den Metallprofilstrang und einen Ausgang für den Gesamtstrang aufweist, daß ein Schmelzenzulauf vor¬ handen ist und daß die Eingangsöffnung und/oder die Ausgangsöffnung für den Metallprofilstrang gegen die Metaltschmelze abgedichtet ist.

Eine Temperaturregelung der im MetalLschmelzenbehälter befindlichen Metallschmelze findet dadurch statt, daß der Metallschmelzenbehälter mit Heiz- und/oder Kühlelementen versehen ist.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden im folgenden näher beschrieben. Es zeigen

Fig. 1 einen senkrechten Querschnitt durch den Schmelzenbehälter, Fig. 2 einen Querschnitt durch den ungekühlten Metallkorper bzw. den ungekühlten Metallprofilstrang, Fig. 3 den aufgrund des Metallprofilstranges gemäß Fig. 2 erzielten

Gesamtstrang, Fig. 4 einen mit dickerem Querschnitt versehenen Metallprofilstrang und Fig. 5 den zu Fig. 4 gehörenden erzielten Gesamtstrang, Fig. 6 einen senkrechten Querschnitt durch einen alternativen

Schmelzenbehätter.

Das Verfahren zum Erzeugen von dünnen Metallsträngen, insbesondere aus Stahl, findet in einem Metallschmelzenbehälter CD statt, dessen Inhalt durch die Heiz- und/oder Kühlelemente C2) auf die jeweils ge¬ wünschte Temperatur geregelt werden kann, so daß das erwähnte höhere Energiepotential der Metallschmelze (4) vorgesehen werden kann. Er¬ forderlichenfalls kann die Metallschmelze C4) durch eine elektromag¬ netische Rühreinrichtung (3) umgewälzt werden, um zusätzlich eine

Temperaturvergleichmäßigung in der Metallschmelze C4) zu erzielen.

Das uπgekühlte Metallprofil C5) weist ^' ein niedriges Energiepotential auf, auch wenn er vorgewärmt eingebracht wird. Für ein kontinuierli¬ ches Verfahren dient ein ungekühlter Metallprofilstrang C5a), der einen vorherbestimmten, festgelegten Querschnitt C5b) und einen festen Gefügezustand aufweist. Metallschmelze C4) und Metallprofit C5) bzw. Metallprofilstrang C5a) weisen im Normalfall eine im wesentlichen übereinstimmende Analyse auf. Während des Hindurchziehens durch die Metallschmelze C4) wird eine solche Kontaktzeit eingehalten, daß das Metallprofil C5) bzw. der Metallprofilstrang C5a) im Inneren C5c) höchstens auf Soliduste peratur erwärmt wird. In dem dargestellten Beispiel gemäß Fig. 1 wird als Metallprofil C5) ein rechteckförmiger Querschnitt C5b), d.h. ein Bandquerschnitt vorausgesetzt. Der Metallprofilstrang C5a) wird von unten durch die Eiπgangsöffnung C1a) nach oben, durch die Metallschmelze C4) bewegt. Nach Verlassen des Ausgangs 1b) kann der Gesamtstrang C6) in einer gegen Oxidation schützenden Atmosphäre bis zum Erkalten oder bis zum Eintritt in eine Verformungsmaschine gehalten werden, in der der Gesamtstrang C6) einem Warmformgebungs¬ und/oder einem Kattformgebungsprozeß unterworfen wird. Die Dicke des Gesamtstranges C6) kann noch durch mehrere Zyklen wie beschrieben gesteigert werden, wobei der MetalIstrang zwischen den Zyklen ebenfalls in einem mit Inertgas gefüllten Raum abkühlt. Diese Abkühlung soll in Grenzen gehalten werden, um nach jedem Zyklus den Schmelzenwerkstoff Cphasengrenzenfrei) auf den Metallstrang aufzubringen. Hierbei ist sogar möglich, in den einzelnen Schmelz- badbehältern CD Metallschmelze C4) mit unterschiedlichen Werkstoffen aufzubringen, d.h. sog. Schichtwerkstoffe zu erzeugen. Die hierbei verbrauchte Metallschmelze C4) wird fortlaufend unter dem entspre¬ chenden metallostatischen Druck durch einen Schmelzenzulauf C7)

ersetzt, wobei der MetalIschmelzenspieget C7a) kontrolliert wird. Ein Austreten der Metallschmelze C4) durch den aus Feuerfestmaterialien hergestellten Metallschmelzenbehälter CD wird durch eine Feuerfestdichtung Cβ) mit Andrückvorrichtung Cöa), durch einen diese umgebenden Druckbehälter C9), in dem ein inertes Gas, wie z.B. Argon, unter Überdruck eingeführt wird, abgedichtet. Der Druckbehälter C9) weist hierfür Gaseinführungeπ C10) auf und an der Eingangsäffnung 1a) ist noch gegen Gasaustritt eine Lippendichtung C1D angeordnet.

Der Querschnitt C5b) des Metaltprofilstranges C5a) ist zwar rechteck- förmig gewählt, dennoch ergibt sich für die Gesamtstrangdicke C12) an den Breitseiten eine Naturkante C13), wie durch Versuche ermittelt worden ist. Die Naturkante C13) ist für eine weitere Verwalzung des Metallstranges besonders vorteilhaft.

Auch bei unterschiedlichen Metallschmelzen-Werkstoffen ergibt sich eine phasengrenzenfreie WerkstoffStruktur, indem die Metallschmelze C4) durch Diffusion in das aufgeweichte Innere C5c) des Gesamtstrangs C6) eindringt.

Der hier beschriebene Vorgang kann, wie bereits angedeutet, mehrfach wiederholt werden, wobei jeweils spätestens nach dem Walzvorgang eine phasengrenzenfreie Übertragung neuer Metallschmelze C4) auf darunterliegende, bereits erstarrte oder im Erstarren befindliche Schichten stattfindet.

Das alternative Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 6 zeigt den Schmel¬ zenbehälter CD wie beschrieben. Am Ausgang C1b) ist der Behälterbo¬ den C14 ⁾ um die Rollen C15) und C16) entweder gewölbt Crechte Zeich¬ nungshälfte ⁾ oder die Rolle C16) bildet den Behälterboden C14). Die

Rollen C15) und C16) sind gegenläufig aπtreibbar. Im Fall des ge¬ wölbten Behälterbodens kann die Rolle jeweils aus Metall bestehen und gegebenenfalls gekühlt sein. Im anderen Fall Clinke Zeichnuπgshälfte ⁾ besteht die Rolle C15) aus Keramik oder aus schlecht wärmeleitenden Werkstoffen. In beiden Fällen können die Rollen C15) und C16 ⁾ Warmformgebungsarbeit leisten. Von besonderer Bedeutung ist hier die Zuführungsrichtung des Metallprofils C5) bzw. des Metallprofilstrang es C5a) von oben nach unten, also entgegengesetzt zum Ausführungsbei- spiεl gemäß Fig. 1. Auch bei diesem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 6 erfolgt eine kapazitive Ausnutzung des Energiepotentials eines rela¬ tiv kalten Metaltkörpers im Gegensatz zur konduktiven Wärmeabführung beim Stranggießen.