DE102006042579A1

DE102006042579A1 - Elektromagnetische Methode und Ausrüstung in Horizontal-Stranggussanlagen für Bänder aus Kupfer und Kupferlegierungen

Info

Publication number: DE102006042579A1
Application number: DE200610042579
Authority: DE
Inventors: Tingju Lee; Keng Jin; Xingguo Zhang; Qiyang Ru; Wenlong Zhou; Yueming Wang; Fei Jia; Gaoxiang Qian; Dong Yu; Yaojiang Chen; Zhongliang Chen
Original assignee: ZHEJIANG FADA COPPER CO Ltd; Dalian University of Technology
Current assignee: ZHEJIANG FADA COPPER CO Ltd; Dalian University of Technology
Priority date: 2005-09-11
Filing date: 2006-09-11
Publication date: 2007-04-19
Also published as: CN100581682C; CN1759955A

Abstract

Eine horizontale elektromagnetische kontinuierliche Gießeinrichtung für Bänder aus Kupfer und Kupferlegierungen; Besonderheiten: Bestandteile: Warmhalteofen (5), Wanderwellenlinearmagnetfeldgenerator (4), Wasserkühlkupferummantelung (3) und Graphitkokille (2); Wanderwellenlinearmagnetfeldgenerator (4) wird an der Vorderseite der Wasserkühlkupferummantelung (3) und Außenseiten der Graphitkokille (2) befestigt; Graphitkokille (2) ist an der Seite des Warmhalteofens montiert.

Description

Technischer Gegenstand:
Diese Erfindung ist im Bereich des Buntmetallhüttenwesens und der Buntmetallverarbeitungstechnologie anzusiedeln und betrifft u. a. Methode und Ausrüstung für Horizontal-Stranggussanlagen zur Produktion von Bändern aus Kupfer und Kupferlegierungen.

Technischer Hintergrund:

Kupferlegierungen haben insgesamt gute mechanische Eigenschaften und sind wichtige Industrierohstoffe. Bronzelegierung aus Kupfer mit Zinn und Phosphor hat z.B. recht hohe Elastizität, Verschleißbeständigkeit und gute Schweißbarkeit. Sie ist korrosionsbeständig, lässt sich leicht spanend bearbeiten, erzeugt bei Stößen keine Funken und kann auch reibungsmindernd wirken. Allesamt gute mechanische, physikalische und chemische Eigenschaften. Folglich wird sie häufig in Elektronik und Maschinenbau eingesetzt, u.a. für die Herstellung von Klemmverbindungen, Wellrohren, Membranen, Federn, Schmelzsicherungen, Schaltern, Gleitlagern, Reibscheiben und weiteren Maschinenbauteilen.

Vor den siebziger Jahren des 20. Jahrhunderts wurden Kupferlegierungsbarren noch im Gießverfahren in Eisenmulden oder Wassergekühlten Gussverfahren hergestellt. Diese wurden dann geblockt und gewalzt. Diese Methode war ineffizient, und die Produkte waren von minderer Qualität. Sie wurde nicht mehr angewandt. Einige Firmen arbeiteten zu jener Zeit auch mit senkrechtem halbkontinuierlichen Gussverfahren, um große Blöcke herzustellen, die dann warm gewalzt wurden. Dabei waren die Seigerungen sehr stark und die Ausbeute niedrig. Die Produktionskosten waren hoch. In den siebziger Jahren des 20. Jahrhunderts begannen nacheinander die schweizerische Firma Werli, die deutsche Firma Technica-Guss, die österreichische Firma Metatherm und die französische Firma Griset die Methode des Horizontalstranggusses zu entwickeln und stellten zuerst 2–4 Tonnen schwere Rollen aus 10 mm–20 mm dicken Blechen her, um diese dann möglichst homogen zu tempern und kalt zu walzen. China hat in den achtziger Jahren des letzten Jahrhunderts angefangen, Horizontalstranggussanlagen zu importieren. Jetzt werden in China auch selbst solche Produktionslinien entworfen und hergestellt.

In dem derzeitigen Horizontalstranggussverfahren zur Herstellung von Kupferbändern gibt es noch gravierende Probleme. Weit der statische Druck des flüssigen Metalls in dem Ofen sehr groß, der Temperaturgradient der Oberfläche hoch, und die Erstarrungszeit kurz ist, kommt es zu groben Gefügeausbildungen, Rissen und Seigerungen, usw., welche die Qualität des Kupferblechs beeinträchtigen. Z.B. hat Bronzenblech mit Zinn und Phosphor grobe Kristalle aus der Phase der Erstarrung und starke Seigerungen, dazu sind die Kristallschichten oben und unten sowohl dünn als auch nicht homogen. Im darauf folgenden Arbeitsschritt des Zusammenrollens wird die äußere Oberfläche sehr stark von der Zugspannung beansprucht. Es kommt zu winzigen Anrissen und nichthomogener Eigenspannung. Um die Struktur zu verbessern und die Substanz zu homogenisieren, werden in der Regel die Bänder bei Temperaturen zwischen 670° und 690°C 9 Stunden warm gehalten und einem gleichmäßigen Glühen unterzogen. Das verursacht großen Energieverbrauch und verlängert den Produktionszyklus. Die Qualität der Weiterverarbeitung der Produkte leidet auch darunter. Das betrifft u. a. die Oberfläche und die Ausbeute. Daher wurde vielfach und mit vielen verschiedenen Ansätzen versucht, die Bänderqualität zu verbessern, das betrifft z.B. Anlagetechnik, den Arbeitsprozess und die Materialstruktur. So versucht z.B. CN02221779.3 mit Warmmulden und Magnetfeldwärmen die Qualität der Kupferlegierungen Beryllium-Messing-Bänder zu verbessern. CN02221779.7 sieht vor, in der wassergekühlten Kupferummantelung einer Horizontalstranggusseinrichtung für Kupferlegierungsbänder eine elektromagnetische Dreh-Rühranlage zu installieren. Die Außenseite wird mit einer beweglichen Klappe festgehalten. Dadurch soll die Kristallphasenstruktur der Kupferlegierungen verbessert werden. Es gibt jetzt schon Anwendungen, die Elektromagnetfelder im Hüttenwesen und bei der Materialverarbeitung einsetzen. Was Kupfer und Kupferlegierungen betrifft, so gibt es im Horizontalstranggussverfahren einige Hindernisse, nämlich: das Verhältnis zwischen der Breite und der Dicke des Gussstückes ist zu groß, die Induktionseffizienz ist zu niedrig, Probleme mit der Montage der Kühlanlage sowie die Sicherheit betreffend. So sind mir/uns keine Berichte über derartige elektromagnetische Anwendungen im Horizontalstrangguss der Kupferlegierungen bekannt.

Inhalt der Erfindung:

Die Erfindung hat eine horizontale elektromagnetische Stranggussmethode und -anlage zum Thema. Bei dieser Methode können die technischen Probleme, die durch die von der beschränkten Dicke der Gussbarren verursachte niedrige Induktion und elektromagnetische Abschirmung der Graphitkokillen entstehen, gelöst werden. Die Erstarrungsstruktur der Bänder aus Kupfer und Kupferlegierungen wird homogener, feiner und besser.

Die technische Lösung dieser Erfindung besteht in Folgendem: Ein mit Leitungsdrähten umwickelter Eisenkern befindet sich im Wanderwellenlinearmagnetfeldgenerator. Die Generatoren werden an der Vorderseite der wassergekühlten Kupferummantelung der Horizontalstranggussanlage, an den Außenseiten der Graphitkokille, oder gleichzeitig an der oberen und unteren Seite der Graphitkokille, oder einseitig, also an der oberen oder unteren Seite der Graphitkokille montiert. Der Magnetfeldgenerator wird mit Wasser gekühlt. Bei der Produktion ist der Generator mit 1–1000 Hz Strom (3-, 2- oder 1-phasiger Wechselstrom oder Impulsstrom) versorgt. Im Gießprozess können Phasen oder Richtungen des Stroms geändert werden.

Das Prinzip ist: Wenn Strom durch die Spulen des Generators fließt, werden in der Kupferflüssigkeit Induktionsmagnetfelder entstehen. Die mit der Zeit sich ändernden Magnetfelder werden in der Kupferflüssigkeit induzierte Stromquellen erzeugen. Der induzierte Strom und die Magnetfelder beeinflussen sich gegenseitig und das lässt elektromagnetische Kraft (Lorenzkraft) entstehen. Die elektromagnetische Kraft lässt das flüssige Metall in der Graphitkokille bewegen und leitet eine Homogenisierung der Temperaturen in der Mitte und den Randbereichen ein. Das hat zur Folge, dass die Erstarrung an der Front gleichmäßiger wird mit dem übrigen Teil. Es werden weniger Baumkristalle erzeugt. Die Struktur der Erstarrung wird homogener, feiner. Risse, Seigerungen und weitere Gussmängel in den Bändern aus Kupfer oder Kupferlegierungen werden verhindert. Wenn Stromphasen geändert werden, kann elektromagnetische Kraft in entgegengesetzter Richtung erzeugt werden. Die Formel des elektromagnetischen Feldes wird unten dargestellt:

Die Vorteile dieser Erfindung sind: Einfache Einrichtung, leichte Bedienung, die erzielte Erstarrungsstruktur ist homogen, fein, die Bänder aus Kupferlegierungen haben keine Fehler wie Risse und Seigerungen. Die Gießtemperatur kann außerdem gesenkt werden. Die Graphitkokillen haben eine längere Lebensdauer, die Zeit des homogenen Glühens kann verkürzt werden.

Abbildungen
Es wird versucht, anhand der Abbildungen die Erfindung näher zu erläutern.
1 zeigt ein Schema der Einrichtung der Erfindung.

Ziffer 1 symbolisiert Bänder aus Kupferlegierungen, Ziffer 2 Graphitkokille, Ziffer 3 wassergekühlte Kupferummantelung, Ziffer 4 Wanderwellenlinearmagnetfeldgenerator, Ziffer 5 Warmhalteofen

Vorgehensweise:
Beispiel 1:
Der Wanderwellenlinearmagnetfeldgenerator (4) wird an die Vorderseite der Wasserkühlkupferummantelung (3) der Horizontalstranggussanlage und die obere Seite der Graphitkokille (2) befestigt. Die Stromversorgung ist 50 Hz Drei-Phasen-Wechselstrom. Dann wird die Graphitkokille (2) mit dem Kühlsystem an dem Warmhalteofen (5) montiert. Wenn die Bronzeflüssigkeit mit Zinn und Phosphor QSn6.5–0.1 im Warmhalteofen (5) 1140 bis 1170°C erreicht, wird die Ziehmaschine gestartet und der Prozess des Stranggusses beginnt. Der Stromschalter wird angeschaltet. Man beobachtet die Oberflächenfarbe und Erstarrungsspuren des Bandes (1), während der Strom und die Richtung im Magnetfeldgenerator (4) reguliert wird, bis die Oberflächenfarbe grau/weiß gemischt wird und die Erstarrungsspuren eben und gerade sind. Das soll jetzt stabil gehalten werden. Die Produktion kann weitergehen.
Mit dem Schneidewerkzeug wird ein Muster aus dem Band geschnitten. Die Erstarrungsstruktur anschauen, die mechanischen Eigenschaften testen. Die Streckgrenze beträgt 16 Mpa, Dehnung 50%, Dauer des homogenisierenden Glühens wird von 8–9 Stunden auf 5–6 Stunden verkürzt. Die Gießtemperatur wird um 20°C gesenkt.
Beispiel 2:
Zwei Wanderwellenlinearmagnetfeldgeneratoren (4) werden getrennt an die Vorderseite der Wasserkühlkupferummantelung (3) und die obere und untere Seite der Graphitkokille befestigt. Stromversorgung ist 30 Hz Zwei-Phasen-Wechselstrom. Die Graphitkokille wird an den Warmhalteofen (5) angeschlossen. Wenn die Bronzeflüssigkeit H65 im Warmhalteofen (5) 1050–1080°C erreicht, wird die Ziehmaschine angeschaltet und mit der Gießproduktion begonnen. Strom an, die Oberflächestruktur des Bandes 1 begutachten, Strom und Stromrichtung in dem Magnetfeldgenerator 4 regulieren, bis die besten Parameter erzielt werden.
Mit dem Schneidewerkzeug ein Muster vom Band abschneiden, die Erstarrungsstruktur begutachten und die mechanischen Eigenschaften testen. Die Gießtemperatur wird um 20°C gesenkt.

Claims

Eine horizontale elektromagnetische kontinuierliche Gießeinrichtung für Bänder aus Kupfer und Kupferlegierungen; Besonderheiten: Bestandteile: Warmhalteofen (5), Wanderwellenlinearmagnetfeldgenerator (4), Wasserkühlkupferummantelung (3) und Graphitkokille (2); Wanderwellenlinearmagnetfeldgenerator (4) wird an der Vorderseite der Wasserkühlkupferummantelung (3) und Außenseiten der Graphitkokille (2) befestigt; Graphitkokille (2) ist an der Seite des Warmhalteofens montiert.
Eine horizontale elektromagnetische kontinuierliche Gießeinrichtung für Bänder aus Kupfer und Kupferlegierungen nach Anspruch 1 der Patentansprüche mit den Merkmalen, dass der Wanderwellenlinearmagnetfeldgenerator (4) aus Eisenkern und darum abgewickelten Leitungsdrähten besteht, der ein geschlossenes Außengehäuse aus Metall hat und innen durch Wasser gekühlt ist.
Eine horizontale elektromagnetische kontinuierliche Gießeinrichtung für Bänder aus Kupfer und Kupferlegierungen nach der Anspruch 1 der Patentansprüche mit den Merkmalen, dass Wanderwellenlinearmagnetfeldgeneratoren (4) auf der oberen und unteren Seite der Graphitkokille (2) gleichzeitig montiert sind.
Eine horizontale elektromagnetische kontinuierliche Gießeinrichtung für Bänder aus Kupfer und Kupferlegierungen nach der Anspruch 1 der Patentansprüche mit den Merkmalen, dass der Wanderwellenlinearmagnetfeldgenerator (4) auf einer Seite der Graphitkokille (2) montiert wird.
Eine horizontale elektromagnetische kontinuierliche Gießeinrichtung für Bänder aus Kupfer und Kupferlegierungen nach Anspruch 1 der Patentansprüche mit den folgenden Merkmalen: wenn die Flüssigkeit der Kupferlegierung im Warmhalteofen 1000–1200°C heiß wird, wird die Ziehmaschine angeschaltet und die Bänder werden in Bewegung gesetzt; der Wanderwellenlinearmagnetfeldgenerator (4) wird mit 1–1000 Hz Strom versorgt; die vom Wanderwellenlinearmagnetfeldgenerator (4) erzeugte elektromagnetische Kraft treibt die Metallflüssigkeit in der Graphitkokille zur Bewegung; die magnetische Induktion hat eine Stärke von 5–500 Gauß.
Eine horizontale elektromagnetische kontinuierliche Gießeinrichtung für Bänder aus Kupfer und Kupferlegierungen nach Anspruch 5 der Patentansprüche mit dem Merkmal, dass der Wanderwellenlinearmagnetfeldgenerator (4) mit Wechselstrom versorgt wird.
Eine horizontale elektromagnetische kontinuierliche Gießeinrichtung für Bänder aus Kupfer und Kupferlegierungen nach Anspruch 6 der Patentansprüche mit den Merkmalen, dass Phasen und Stromrichtung des Wechselstroms während der Gießproduktion in Zyklen von 5–50 Sekunden geändert werden können.
Eine horizontale elektromagnetische kontinuierliche Gießeinrichtung für Bänder aus Kupfer und Kupferlegierungen nach Anspruch 5 der Patentansprüche mit dem Merkmal, dass der Wanderwellenlinearmagnetfeldgenerator (4) mit Impulsstrom mit Zyklen von 5–50 Sekunden versorgt wird.