专利名称：连续生产带状板材的方法和设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种具有权利要求1前序中所述特征的连续生产带状板材的方法，特别适用于钢制板材，以及实施这种方法的设备。
EP0311602B1介绍过一种连续生产金属薄板的方法，例如生产板厚小于20毫米的钢板，采用这种方法使具有室温的表面金属纯净钢带(母带)沿垂直方向从下向上或者方向反之通过金属液。金属液可以采用和母带相同的材质或者不同材质，母带在金属液中停留的时间是根据自身的温度这样来确定，使金属晶体开始结晶和金属液沉积在母带的表面上，但母带本身不被熔化，或者沉积在母带表面上的金属液不再重新熔化。用这种方法可以生产带状的半成品，它的厚度大约是母带原厚度的6至10倍，由于凝固过程和通常的连铸有所区别，不但可以从外向内也可以反方向进行，所以这种半成品的生产方式也称之为转换铸造(Invers ionsgieβen)。
WO9429048介绍了另外一种转换铸造的方法，在这个方法中，薄钢板从下向上通过钢水后可直接出钢水进入一对平整辊中进行平整，平整后的钢带进入一个充满惰性气体的冷却区，在这里进行控制冷却以改善材料性能。
总的来说，在转换铸造中力求让尽可能多的材料凝固在母带上，所以通常母带是在常温下进入金属液中，然而，对生产不同材料层(复合材料)的金属板来说，不一定要达到尽可能大的层厚的目的。生产复合材料板材时，和生产通常约为母带厚度的3至6倍的产品不同，希望调整到特别小的层厚。原则上可以这样来达到，即显著降低金属液和母带之间的接触时间。但是，这种方法也具有不足之处，就是已凝固的材料和母带之间达不到足够的结合，也就达不到完全粘接的安全要求。为了保证减少母带表面上的增长速度且同时又保证晶体与母带具有一个好的粘接，可以预先对母带进行加热，以减少母带的冷却能力，从而降低它的结晶势能。这种方法特别适用于生产多层材料的带材(例如在碳钢上涂上不锈钢涂层)。
给钢水罐串接一个合适的连续炉式的预热炉作为分体设备，基本上可以实现在母带进入金属液之前每次预热到所要求的温度。这样的预热炉可以使用古生能源(例如气体或油)或者使用电能(例如感应炉)加热，有条件的话也可以使用等离子燃烧器。
这种解决的方法相对增大了附加设备的费用，尤其要求母带的运行速度相对要高，通常情况下它的运行速度在每分10～100米的范围内，此外要求进入金属液的母带表面必须金属纯净，也就是说，母带在进入金属液之前的预热必须采用无氧气氛保护，否则会引起快速氧化，表面氧化区有害于和结晶材料的粘接。
本发明的目的在于，提出一种方法和一种可以实施该方法的设备，由此对母带进行有目的的预热，预热温度应大大地超过室温(特别要高于200℃)，并且不因此而增加设备费用和引起母带表面氧化的危险。
具有权利要求1所述的特征的这类方法达到了本发明的目的，该方法其它有利的结构在属权利要求2～9中进行了说明，实施发明方法的设备具有权利要求10所述的特征，通过权利要求11～18所述的特征，发明的设备可以适宜地继续提高扩展。
按发明方法的要求，每次所使用的母带在制成一个金属纯净表面后，进入熔池之前要预热到一个大大超过室温的温度，预热温度应至少为200℃，优先选择大于300℃，最佳大于400℃，必要的话还可以再提高一些。通过间接的热交换进行加热，也就是说利用用于结晶的金属液的热量，为了达到这个目的金属液并没有直接接触母带，为了避免母带表面产生氧化，应至少在加热区的范围内控制为无氧气的气氛，保持这种气氛例如可以制成相适宜的真空。但是在大多情况下允许使用保护气氛，保护气最好使用氩气，也可使用氮气。接着预热后的母带以已知的方式进入金属液，这样母带上开始有金属液体的结晶和一起运行，在考虑母带在金属液中浸入段的长度和金属液温度的情况下通过调整母带的推进速度可以调节母带所要求的层厚。从金属液出来后，对结晶层适当地及时地进行平整。因为要从熔池吸收用于预热母带所需的热量，这就要考虑到在控制熔池温度时必须注入新的金属液体，金属液的温度就要比在一个单独的附加加热设备中(例如连续炉)进行预热处理时调得相应高一些。
本发明的方法使用于普通碳素钢母带的涂层时最为有利，金属液的材料可以和母带材料相同。当然，金属液使用和母带不同的材料更为适宜，特别推荐金属液使用高合金的材料。所使用的母带厚度应尽可能小于3毫米，优选厚度小于2毫米，最佳厚度小于1毫米。所使用的母带厚度越薄，可以加热得越快，这就意味着预热可相应地短一些，或者在相同长的预热段可以达到比较高的预热温度。
尤其提出母带从下向上运行通过熔池的一种方法，当然也可以优先采用从上向下的运行方式，或者母带从侧面反复进出熔池。当母带从下向上通过金属液时，必须在母带进入金属液时的位置确保液体不向外流出。穿透处有一个窄的缝隙，它最大程度地由母带的横截面填塞。基于母带的冷却效应，在母带入口处的附近具有一个明显的温度差。位于母带入口周围的金属液体区被称为“弯液面”，为了避免在这个位置上采取的密封措施花费大，宜这样来调节注入新的金属液的温度，即在考虑由于母带的预热而散热的因素的情况下，在母带进入金属液的入口附近区域的熔池具有一个位于液态温度Tliq和固态温度Tsol之间的等温(区)，在这个条件下实现密封是不成问题的。
下面按照附图对本发明作进一步的说明。
附图
图1按本发明的一个实施例的设备轴向剖面2由于热辐射钢板的冷却速度与母带厚度及其表面温度的关系1以示意图的形式示出了一个按发明设计的设备的可能实现的结构，在此的尺寸比例，尤其是轴向尺寸和母带厚度之比与实际比例不相符。
设备是由一个钢水罐9组成，它的底部由一个密封装置10构成。当然，钢水罐9也可以配备一个自己的罐底，在罐底中再装上这个密封装置10。密封装置10基本上是由一个扁形壳体组成，扁形壳体具有一个长方体内腔，内腔和待涂层的母带1的横截面几何尺寸相符。密封装置10的宽侧壁用参考符号11标记，密封装置10的内腔上下都不封口，由此它形成一个为母带所备用的窄通道，至少宽侧壁11采用适用于金属液体的耐火材料。因为有意向将宽侧壁11作为热辐射面进行热交换，所以最好选择传热能力尽量高的耐火材料。宽侧壁11原则上可以超出钢水罐9的总宽度，这样在极端情况下就可取消母带1的纵向边沿经过的窄侧面。密封装置的下面是用法兰密封安装的一个保护箱6。保护箱6配有一个进气接头8，通过进气接头8可以在超压的情况下向保护箱6内引入惰性气体(箭头7)。在引入惰性气体时，为了使产生的泄漏损失不大，在母带1的通过缝隙范围内，本发明的另外有利的结构中保护箱6中配备一个特殊的密封系统，可举例说明，如图左部分所示，以片状密封装置4的结构或者如图右部分所示以一对弹性密封辊3的形式结构(最好由硬塑料制成)。为了使母带1进入钢水罐9的金属液14中，可通过夹送辊副2和5，使母带1由下向上沿垂直方向运行。通过多个注液接头13可以注加金属液14到钢水罐9中，注液接头13安装在密封装置10的下部附近，并以其出口对着宽侧壁11，这些都用相应的箭头加以表示。由于宽侧壁11和金属液14直接接触，它受热加热到一个相应高的温度，这就说明由于这个原因通道12对于进入到里面的母带1来说是一个加热通道，由于宽侧壁11的强大热辐射，母带1开始一个极其快速的加热。按照图2所示的特性曲线，其结果不难估算。
图2示出钢制带材或板材由于热辐射的冷却速度和母带的表面温度及其厚度之间的关系，当通过一个具有表面温度的热辐射源加热相应形状的具有室温温度的母带时，图表2也可以反过来解释加热速度的特性，特性曲线都是一样的。由此可以得出，1毫米厚的钢板在1426℃的辐射温度下，可以以每秒250℃的速度进行加热。如果母带运行通道和借此作为加热段的长度为1米，母带的推进速度为每秒60米，并且当宽侧壁的辐射温度大约在1426℃及母带厚度为1毫米时，那么母带进入到金属液14前可以被加热约250℃。通过一个适当长度a的加热通道，可以影响要调节的预热温度。在相同的通道长度a时，若减小母板厚，则可得到一个较高的温度。对于1426℃的辐射温度，母带厚度为0.8毫米，母带在加热通道12中停留时间为1秒的情况来说，(相应的母带运行速度为每秒60米，通道长度为1米)，从图2的特性曲线对应值可得出母带的预热温度升高约为316℃。
母带进入金属液14中不久液体就开始结晶，结晶逐步增长成用标号16表示的涂层，为了使新生成的涂层表面平整，适当地在金属熔池的上方直接安装一对平整辊15，带平整过的表面的涂层带用17标记，除了预热温度外，涂层16所希望达到的厚度基本上取决于母带1和熔液14的接触时间，而此接触时间又取决于母带1的运行速度及其浸入段的长度b，前面所述的在母带进入金属液中14的区域内形成的弯液面用18标记，用虚线来表示几条等温线，液体温度的等温线用Tliq标记。有些情况下使母带1的出口区域内的通道12口径设计得比长度为a的通道的其它区域的内径窄，以防液体流出，这个长度至少为0.5米，最合适的尺寸大于1米，这样才可以在高速运行的情况下达到足够高的预热温度。
通过本发明也可以实现用一种安全的对基体材料粘接方法在母带上涂上一层涂层，而不需要为此配备占用空间的单独的加热设备。
更确切地说，由于和所使用金属液进行间接热交换，母带在进入金属液之前的区域中就开始预热。
权利要求
1.连续生产带状板材特别是钢制板材的方法，在这种方法中，具有金属纯净表面的母带运行通过一个金属熔池，其浸入长度为b，在此，母带的运行速度与浸入长度b和金属液的温度有关地进行调节，以达到在母带表面上沉积的结晶和金属液涂层的要求的总体厚度，并且该涂层可以在出熔池后直接通过平整辊进行平整，其特征在于，母带预热到一个大大超过室温的温度，特别是超过200℃的温度并进入熔池，在此预热是在无氧气氛中通过和熔池的间接热交换进行的，并且新注入熔池的金属液具有一个相应于预热的热损失的提高的温度。
2.按权利要求1所述的方法，其特征在于，母带从下向上运行通过熔池。
3.按权利要求1或2所述的方法，其特征在于，无氧气氛是由一个保持轻微超压的惰性气体气氛形成，特别适合用氩气和氮气。
4.按权利要求1至3之一所述的方法，其特征在于，预热温度至少要达到300℃，最好大于400℃。
5.按权利要求1至4之一所述的方法，其特征在于，母带可采用普通碳素钢材料。
6.按权利要求1至5之一所述的方法，其特征在于，熔池可使用和母带同种材料的金属液。
7.按权利要求1至5之一所述的方法，其特征在于，熔池也可为比母带合金含量高的钢制材料的金属液。
8.按权利要求1至7之一所述的方法，其特征在于，母带具有一个小于3毫米的厚度，最好小于2毫米，特别优选厚度应小于1毫米。
9.按权利要求1至8之一所述的方法，其特征在于，以一定的方式调节新注入的金属液温度，使在考虑预热母带的热损失的因素情况下，在母带进入金属液入口处的附近区域内-弯液面的范围-的熔池具有一个等温线，等温线位于液态温度Tliq和固态温度Tsol范围之间。
10.实施按权利要求1所述方法的设备，该设备有一个钢水罐(9)，有一个密封装置(10)在钢水罐(9)外壁范围内，通过密封装置母带(1)可以进入和移出金属液(14)，设备还配有一个推进母带(1)的装置-夹送辊副(2，5)-和一个平整装置-平整辊副(15)，用以平整结晶的涂层，其特征在于，密封装置(10)为扁形的并在母带(1)的运行方向深深地突出到金属液(14)中的大致为长方体的外壳体，它的平行于母带(1)的一个平面的延伸的宽侧壁(11)由耐火材料制成，并且在形成一个扁平通道(12)的情况下作为近距离的热辐射面包围母带(1)，并且一个保持通道(12)的区域内无氧气氛的装置和密封装置(10)相连。
11.按权利要求10所述的设备，其特征在于，密封装置(10)布置在钢水罐(9)的底部，送料装置-夹送辊副(2，5)-的输送方向垂直向上。
12.按权利要求10或11所述的设备，其特征在于，密封装置(10)由耐火材料制成，并具有一个相对来说较高的导热系数。
13.按权利要求12所述的设备，其特征在于，在钢水罐(9)底部的附近金属液(14)的注入装置特别可为多个注液接管(13)的结构，注液接管的出液方向对准宽侧壁(11)的下部。
14.按权利要求10至13之一所述的设备，其特征在于，设计成保持无氧气氛的结构为惰性气体保护装置。
15.按权利要求14所述的设备，其特征在于，惰性气体保护装置具有一个从通道(12)的母带(1)入口区域拱形突起的保护箱(6)，通过一个进气接头(8)，在惰性气体轻微超压状态下可以供气给保护箱，并且母带(1)可以通过一个缝隙入口进到箱内。
16.按权利要求15所述的设备，其特征在于，保护箱(6)的缝隙入口用一个片状密封装置(4)或一对弹性辊-密封辊(3)，特别选用一对硬橡胶辊向外密封。
17.按权利要求10至16之一所述的设备，其特征在于，密封装置(10)至少要有0.5米，最好大于1米的长度(a)段突出到金属液(14)中。
18.按权利要求10至17之一所述的设备，其特征在于，母带(1)出口区内通道(12)的口径要比通道(12)长度a之内的其它区域窄，以防金属液流出。
全文摘要
本发明涉及一种连续生产带状板材的方法和设备,特别适用于钢制板材。就这种发明来说,具有金属纯净表面的母带(1)运行通过金属熔池(14),并因此而产生的涂层在母带离开熔池后可直接通过平整辊进行平整。为了为这种方法和实施这种方法的设备做好准备,可以利用它适当地将母带加热到一个大大超过室温的预热温度,特别要大于200℃,并不由此而需要较大的设备费用和使母带的表面引起氧化的危险,按发明提议,母带预热到大大超过室温的温度,特别要超过200℃后才可进入熔池(14),在此预热是通过和熔池的间接热交换,并在无氧气氛中进行的。给熔池注加新液的金属液具有一个相应于预热母带热损失的提高的温度。
文档编号B22D11/00GK1177936SQ96192390
公开日1998年4月1日 申请日期1996年2月5日 优先权日1996年2月5日
发明者弗里兹－彼德·普勒休茨申格, 英戈·冯·哈根 申请人:曼内斯曼股份公司