Theoretical modelling of an isokinetical steel feeding system for near-net-shape strip casting

Abstract

During near-net-shape casting as considered here, liquid steel in thicknesses between 5 and 15 mm has to be put onto a cooled belt recirculating with speeds of 30 to 60 m/min. On the belt the liquid steel solidifies, before it can be subjected to one or two in-line hot deformation steps. The requirement that the surface and the shape of the strips should already have the best possible structure upon being cast means that high demands are placed above all on the liquid steel feeding system. Especially the liquid metal should ideally be cast with the lowest possible turbulence and at a casting speed which is equal to the speed of the conveyor belt or cooled conveyor belt. In other words, the relative speed between the cast liquid and the cooled conveyor should become “zero” in order that the cast liquid can be more or less “laid” onto the cooled conveyor (known as isokinetic feeding). Different kinds of feeding liquid metals onto a circulating belt are reported with main emphasis on the theoretical modelling of the so-called underpressure feeding systems. It is shown that, on the one hand, the casting speed can be regulated independently of the input mass flow rate into the tundish and, on the other hand, the liquid can be accumulated in the tundish or discharged from it at constant casting speed. Bei dem hier betrachteten endabmessungsnahen Gießen soll flüssiger Stahl in Dicken von 5 bis 15 mm bei Bandgeschwindigkeiten von 30 bis 60 m/min auf ein umlaufendes gekühltes Band aufgegeben werden und erstarren. Anschließend durchläuft es in-line ein oder zwei Warmumformschritte. Mit der Maßgabe, die Oberfläche und das Profil der Bänder bereits im Gießzustand so gut wie möglich zu gestalten, ergeben sich vor allem an das Schmelzenzuführsystem hohe Anforderungen. Insbesondere soll das flüssige Metall im Idealfall mit möglichst geringer Turbulenz und mit einer Gießgeschwindigkeit gegossen werden, die gleich der Transport- bzw. Bandgeschwindigkeit ist. Mit anderen Worten, die Relativgeschwindigkeit zwischen Gießflüssigkeit und Band soll den Wert Null erreichen, damit die Gießflüssigkeit quasi auf das Band “gelegt” wird (sogenannte isokinetische Zuführung). Es wird über verschiedene Arten zur Schmelzenaufgabe auf ein umlaufendes Band berichtet. Hierbei liegt der Schwerpunkt auf einem sogenannten Unterdrucksystem, dessen Modellierung vorgestellt wird. Es wird gezeigt, wie die Gießgeschwindigkeit unabhängig von dem dem Schmelzenaufgabesystem zugeführten Flüssigkeitsmassenstrom geregelt werden kann und andererseits eine Speicherung oder Entleerung der Flüssigkeit im Verteiler bei konstanter Gießgeschwindigkeit gegeben ist.