DE10138011A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Vergießen und Erstarren von flüssigem Metall und dessen Zerteilung - Google Patents
Verfahren und Vorrichtung zum Vergießen und Erstarren von flüssigem Metall und dessen ZerteilungInfo
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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 (Vg), 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 (10)
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 (Vg), 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: Vg = f (d,t,x,σ,D),
gesteuert wird, worin bedeuten:
Vg = 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.
Vg = 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.
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