DE10138011A1

DE10138011A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Vergießen und Erstarren von flüssigem Metall und dessen Zerteilung

Info

Publication number: DE10138011A1
Application number: DE10138011A
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Reichelt; Walter Weischedel
Original assignee: SMS Demag AG
Current assignee: SMS Siemag AG
Priority date: 2001-02-09
Filing date: 2001-08-02
Publication date: 2002-08-14
Also published as: DE50203273D1; KR20030071875A; ZA200305196B

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung von Metallstücken, insbesondere aus Ferrolegierungen oder NE-Metallen, mit vordefinierter Größe aus der flüssigen Phase, bestehend aus einer Bandgießanlage, die ein endloses Metallband mit einer vorgegebenen Dicke herstellt und einer Brechanlage, die das Band in Stücke zerteilt. In der Oberfläche des Bandes wird während des Gießens und Erstarrens mittels einer Prägewalze (1) ein Muster von Sollbruchstellen eingeprägt, welches nach dem Brechen des Bandes die vordefinierte, optimale Stückgröße des Produktes bestimmt.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Vergießen und Er starren von flüssigem Metall, insbesondere Ferrolegierungen oder NE-Metallen, und deren Zerteilung.

Es besteht ein Bedarf für ein schnelles und flexibles Verfahren mit entsprechender Vorrichtung zum Vergießen und Erstarren von flüssigem Metall, insbesondere Fer rolegierungen oder NE-Metallen, und deren geordneter Zerteilung mit dem Ziel, stückige Produkte mit definierbaren Abmessungen bei minimalen Verlusten und Verunreinigungen sowie mit vermindertem Aufwand an Energie und Kosten zu produzieren.

Beim Stand der Technik werden Ferrolegierungen oder NE-Metalle nach Abstich aus dem Ofen im flüssigen Zustand üblicherweise in Sandbetten vergossen und nach Erstarrung und Abkühlung zu einer Brechanlage geleitet, darin gebrochen, danach in handelsübliche Korngrößen klassiert und verpackt.

In einem ersten bekannten Verfahren (Verfahren 1) wird Unterkorn, dessen Menge bis zu 25% betragen kann, erneut dem Ofen zugeführt und eingeschmolzen. Das Verfahren 1 hat folgende Mängel und Nachteile:

1. Hohe Energie-, Produktions- und Instandhaltungskosten im Bereich der Brech- und Absiebanlagen;
2. niedriges Ausbringen des Produktes durch vergleichsweise hohen Anteil an Unterkorn;
3. hohe Staub- und Schallbelastungen erfordern entsprechend große Investi tionen und Mittel für Staubabsaugung und Schallschutz;
4. ein erheblicher Anteil von Verunreinigungen des Produktes wird durch Sand des Gießbettes verursacht;
5. komplizierte Logistik;
6. hohe Kostenbelastung des Produktes durch zusätzliches Aufschmelzen des abgesiebten Unterkorns.

Ein weiteres bekanntes Verfahren (Verfahren 2) sieht vor, das flüssige Metall mit Hilfe eines Gießrades in Barren zu vergießen, um es anschließend durch Brechen und Absieben auf die erforderliche Korngröße zu bringen. Das Verfahren 2 weist die nachstehenden Mängel und Nachteile auf:

1. Die in den Punkten 1., 2., 3., 5. und 6. für das Verfahren 1 aufgelisteten Mängel und Nachteile gelten, wenn auch in geringerem Maße, ebenso für das Verfahren 2;
2. der Durchsatz eines Gießrades ist begrenzt und unflexibel, was eine länge re Gießzeit und infolgedessen eine höhere Abstichtemperatur verlangt, die zusätzliche Energie- und Feuerfestkosten oder kürzere Verfügbarkeit des Ofens verursacht;
3. hohe Kosten werden durch eine Pfannenwirtschaft verursacht;
4. eine Beeinflussung der Abmessungsgröße der Stücke des Produktes ist nur durch Einstellen der Siebanlage möglich, nicht aber während des Gießens.

Aus der U.S. 4,316,496 sowie der entsprechenden DE-OS 30 28 247 ist eine Vor richtung und ein Verfahren zur Erzeugung eines Eisen-Ausgangsmaterials be kannt, das anschließend in einem Schmelztiegel oder Schmelzofen verwendet wird.

Die Vorrichtung zeigt einen im Querschnitt U-förmigen Eisenträger, der in Hori zontalrichtung beweglich gelagert ist und kontinuierlich an einer Gießstation vor beigeführt wird, wobei an dieser Mittel vorgesehen sind, um geschmolzenes Ei senmaterial kontinuierlich auf den Träger zu gießen, um nach Abkühlung ein er starrtes Eisenband zu bilden. Ferner sind Mittel vorgesehen, um das erstarrte Band in Segmente zu unterteilen, deren Größe geeignet ist zur Nutzung als eiser nes Ausgangsmaterial. Der Träger soll eine Dicke haben, die ausreicht, um Wär me vom gegossenen Band abzuziehen, um die Erstarrung des Bandes zu unter stützen.

Die Oberfläche des Trägers ist mit einer Reihe von im regelmäßigen Abstand an geordneten Vorsprüngen versehen. Es kann aber auch eine Walze vorgesehen sein, die eine mit Vertiefungen versehene Oberfläche besitzt und über dem Träger stromab der Gießstation angeordnet ist, wobei diese Walze von der Metall oberfläche in einem Abstand liegt, der ausreicht, die Walze in Berührung mit dem gegossenen Band zu halten, und Vertiefungen in dieses einzuprägen, wenn das Band erstarrt.

Bei dem Verfahren zur Herstellung eines eisernen Ausgangsmaterials, das da nach einem Schmelzofen zugeführt wird, wird das kontinuierlich geschmolzene Eisenmaterial aus einer Gußstation auf eine U-kanalförmige Eisenträger- Oberfläche gegossen, die sich in einer Horizontalebene kontinuierlich an der Gießstation vorbeibewegt, um ein erstarrtes Metallband zu bilden, wobei das er starrte Band vom Träger getrennt und im verfestigten Zustand in Segmente einer Größe unterteilt wird, die für das erforderliche Ausgangsmaterial geeignet ist.

Ausgehend vom vorgenannten Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung vorzuschlagen, durch welche die vorgenannten Mängel und Schwierigkeiten beseitigt werden.

Die Lösung dieser Aufgabe gelingt mit einem Verfahren zum Herstellen von Me tallstücken, insbesondere aus Ferro-Legierungen oder NE-Metallen, aus der flüs sigen Phase gemäß Anspruch 1 durch die Verwendung einer Bandgießanlage, die ein endloses Band mit vorgebbarer Dicke herstellt, sowie einer Brechanlage, die das Band in Stücke zerteilt, wobei in der Oberfläche des Bandes während des Gießens und Erstarrens ein Muster von Sollbruchstellen eingeprägt wird, das beim Brechen des Bandes die vordefinierte, optimale Größe der Produktstücke be stimmt.

Eine Ausgestaltung des Verfahrens nach der Erfindung sieht vor, dass das Muster der Sollbruchstellen beispielsweise durch Aufschweißen von Profilelementen auf einer Prägewalze hergestellt wird.

Dabei kann vorteilhaft von der Maßnahme Gebrauch gemacht sein, dass das Mu ster der Sollbruchstellen durch Elemente aus einem Material mit abweichenden physikalischen Eigenschaften, z. B. höherer Wärmeleitfähigkeit als das Material der Prägewalze, hergestellt wird.

Weiterhin ist das Verfahren nach der Erfindung dadurch gekennzeichnet, dass die Gießgeschwindigkeit (V_g), sowie Position und Abstand der Prägewalze mit dem prägenden Muster durch ein Regelungssystem in Abhängigkeit von den Eigen schaften des zu gießenden Produktes, dessen Abstichtemperatur und gewünsch ten Dicke (d), des Durchmessers (D) der Walze mit dem prägenden Muster nach der im Anspruch 4 angegebenen Formel gesteuert wird.

Dabei ist es von Vorteil, wenn die Prägewalze mit den prägenden Mustern gekühlt wird.

Ein Verfahren zur Steuerung des Herstellverfahrens von Metallstücken, insbeson dere aus Ferrolegierungen oder NE-Metallen, aus der flüssigen Phase, umfassend die Verwendung einer Bandgießanlage zur Herstellung eines endlosen Bandes mit vorgegebener Dicke, sowie einer Brechanlage zur Zerteilung des Bandes in Stüc ke von vorgebbarer Dimension, erfaßt vorteilhafterweise Metalltemperatur und Gießgeschwindigkeit durch Geber, wobei die Daten einem Steuersystem, z. B. ei nem Computer, zur Verarbeitung zugeführt werden, durch welchen die Position, Umdrehungszahl und Eindringtiefe der Prägewalze(n) eingestellt wird.

Eine Vorrichtung zum Herstellen von Metallstücken aus flüssiger Phase, insbe sondere aus Ferrolegierungen oder NE-Metallen, zur Durchführung des Verfah rens nach der Erfindung umfaßt eine Bandgießanlage zur Herstellung eines Me tallbandes mit vorgebbarer Dicke, und eine Brechanlage, die das Band in Stücke zerteilt, wobei bei einer bspw. Single-Belt-Bandgießanlage zusätzlich Walzen für das Einprägen eines Musters von Sollbruchstellen während des Gießens und Er starrens des Bandes vorgesehen sind.

Weitere Ausgestaltungen der Vorrichtung nach der Erfindung sind entsprechend den Unteransprüchen vorgesehen.

Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung sind aus den nachstehenden Erläuterungen eines in den Zeichnungen schematisch dargestellten Ausführungs beispieles erkennbar. Es zeigen

Fig. 1 in Seitenansicht eine Vorrichtung nach der Erfindung;

Fig. 2 die Prägewalze der Vorrichtung gemäß Fig. 1 im Schnitt (2a) und in Draufsicht (2b) als Ausschnitt;

Fig. 3 ein Muster von auf die Prägewalze aufgebrachter Prägeelemente in Draufsicht.

Die in Fig. 1 von der Seite gezeigte Vorrichtung zum Herstellen von Metallstüc ken 5 mit definierten Abmessungen aus einem endlos gegossenen Band 3 einer Stranggießanlage (nicht gezeigt) transportiert das Band 3 auf einem bevorzugt metallischen Endlos-Transportband 6 zu der Prägestation 7.

Diese verfügt über eine obere Prägewalze 1 mit aufgeschweißten Prägeelementen 2 (Fig. 2), die in das darunter her laufende Metallband im Zustand der noch nicht vollständigen Erstarrung ein Muster von Sollbruchstellen 4 einprägt.

Unter der Prägewalze 1 und dem Transportband 6 läuft eine Gegenwalze 1' zum Aufbau eines Walzen-Gegendruckes, der erforderlich ist, um die Prägung durch zuführen.

Die vergrößerte Schnittdarstellung der Schnittebene I-I zeigt in Fig. 2a an der Schnittstelle die von der Oberfläche der Prägewalze 1 aufragenden Prägeele mente 2. Die zugehörige Draufsicht gemäß Fig. 2b läßt deren Position auf der Walzenoberfläche in Form eines rechteckigen Musters erkennen.

In Fig. 3 ist die Prägewalze 1 in einer Draufsicht gezeigt. Es sind an den deutlich helleren Stellen die Sollbruchstellen 4 zu sehen. Beim Durchlauf des geprägten Bandes durch eine Brechanlage ist damit der Zerfall in Bruchstücke 5 von vorgeb barer Dimensionierung vorgegeben.

Claims

1. Verfahren zur Herstellung von Metallstücken (5), insbesondere aus Ferrole gierungen oder NE-Metallen, aus der flüssigen Phase, gekennzeichnet durch die Verwendung einer Bandgießanlage, die ein endloses Metallband (3) mit einer vorgebbaren Dicke (d) herstellt, und einer Brechanlage, die das Band (3) in Stücke (5) zerteilt, wobei in der Oberfläche des Bandes (3) während des Gießens und Erstarrens ein Muster von Sollbruchstellen (4) eingeprägt wird, das bei dem Brechen des Bandes (3) die vordefinierte, optimale Grö ße der Produktstücke bestimmt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Muster für die Sollbruchstellen (4), beispielsweise durch Auf schweißen von Profilelementen (2) auf einer Prägewalze (1) hergestellt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Muster für die Sollbruchstellen (4) durch Elemente aus einem Material mit abweichenden physikalischen Eigenschaften, z. B. höherer Wärmeleitfähigkeit als das Material der Prägewalze (1) hergestellt wird.

4. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Gießgeschwindigkeit (V_g), sowie Position und Abstand der Präge walze (1) mit dem prägenden Muster durch ein Regelungssystem in Ab hängigkeit von den Eigenschaften des zu vergießenden Produktes, dessen Abstichtemperatur und gewünschten Dicke (d), des Durchmessers (D) der Walze (1) mit dem prägenden Muster nach der Formel: V_g = f (d,t,x,σ,D), gesteuert wird, worin bedeuten:
V_g = Gießgeschwindigkeit
d = Dicke des Bandes,
t = Abstichtemperatur des Metalls
x = Position der Walze mit dem prägenden Muster
D = Durchmesser der Walze mit dem prägenden Muster.

5. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Prägewalze(n) (1, 1') mit den prägenden Mustern gekühlt wird (werden).

6. Verfahren zur Steuerung der Herstellung von Metallstücken (5), insbeson dere aus Ferrolegierungen oder NE-Metallen, aus der flüssigen Phase, umfassend die Verwendung einer Bandgießanlage, die ein endloses Me tallband (3) mit vorgegebener Dicke (d) herstellt, und einer Brechanlage, die das Band (3) in Stücke (5) zerteilt, dadurch gekennzeichnet, daß Metalltemperatur und Gießgeschwindigkeit durch Geber erfasst und einem Steuerungssystem, zum Beispiel einem Computer, zur Verarbeitung zugeführt werden, durch welchen die Position, Umdrehungszahl und Ein dringtiefe der Walzen (1, 1') mit den prägenden Mustern eingestellt wird.

7. Vorrichtung zur Herstellung von Metallstücken (5) aus flüssiger Phase, ins besondere aus Ferrolegierungen oder NE-Metallen, zur Durchführung des Verfahrens nach der Erfindung, dadurch gekennzeichnet, dass sie eine Bandgießanlage umfaßt, die ein endloses Metallband (3) mit vorgegebener Dicke (d) herstellt, und eine Brechanlage, die das Band (3) in Stücke (5) zerteilt, wobei bei einer bspw. Single-Belt-Bandgießanlage zu sätzliche Walzen (1, 1') für das Einprägen eines Musters von Sollbruchstel len (4) während des Gießens und Erstarrens vorgesehen sind.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Walze (1) mit dem prägenden Muster entlang des Gießbandes verstellbar ist.

9. Vorrichtung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Spalt zwischen der Oberfläche des Transportgießbandes (6) und der Prägewalze (1), und deren Eindringtiefe zwischen 0 und 90% der Dicke (d) des gegossenen Bandes (3) einstellbar ist.

10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Prägewalzen (1) mit unterschiedlichen Mustern entsprechend den Produktanforderungen vorhanden und austauschbar sind.