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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Erzeugen
eines Magnesiumbands, bei dem kontinuierlich eine aus Magnesium
oder einer Magnesium-Legierung erschmolzene Magnesiumschmelze zwischen
zwei einen Gießspalt begrenzenden Gießwalzen zu
dem Magnesiumband vergossen wird.
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Aufgrund
seiner geringen Dichte weist Magnesium ein besonders niedriges Gewicht
auf. Gleichzeitig besitzt es Festigkeitseigenschaften, die mit denen
von Aluminium vergleichbar sind. Diese Eigenschaftskombination macht
Magnesium besonders insbesondere in Form von Flachprodukten, wie
Band oder Blech, interessant für den Einsatz im Bereich des
Baus von Fahrzeugkarosserien, insbesondere von Automobilkarosserien.
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Eine
Möglichkeit, Magnesiumbleche kostengünstig herzustellen,
ist in der
EP 1 330
556 B1 beschrieben. Gemäß dem in diesem
Patent beschriebenen Verfahren wird zunächst eine Magnesiumschmelze
kontinuierlich zu einem Vorband mit einer Dicke von höchstens
50 mm vergossen. Um einen Kontakt der zu vergießenden Schmelze
mit dem Sauerstoff der Umgebungsatmosphäre zu vermeiden, wird
die Schmelze dazu üblicherweise zunächst in ein
Gießgefäß gegeben. An das Gießgefäß ist
eine Gießdüse angeschlossen, die in einen Gießspalt speist,
der an seinen Längsseiten von zwei gegenläufig
rotierenden Gießwalzen begrenzt ist. Das aus dem Gießspalt
austretende, im Wesentlichen vollständig verfestigte Vorband
lässt sich dann direkt aus der Gießhitze bei einer
bestimmten Warmwalzanfangstemperatur unter Berücksichtigung
einer bestimmten Dickenreduktion zu einem Warmband warmwalzen. Der
besondere Vorteil dieser Vorgehensweise besteht darin, dass das
Warmwalzen des Vorbands unter Ausnutzung der Gießhitze
erfolgen kann, so dass der andernfalls mit der Wiedererwärmung
auf erforderliche Walztemperatur verbundene Aufwand vermieden wird.
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Wie
im in stahl und eisen 125 (2005) Nr. 4, Seiten 66–68,
erschienen Artikel "Magnesium-Flachprodukte: Wirtschaftliches
Verfahren für industrielle Fertigung entwickelt" von
B. Engl berichtet, hat sich das voranstehend zusammengefasste
Verfahren in der praktischen Erprobung bewährt.
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Allerdings
haben weiterführende Versuche ergeben, dass die in der
konventionellen Weise erzeugten Magnesiumbänder eine Oberflächenbeschaffenheit
besitzen, die in vielen Fällen den gerade im Bereich des
Automobilkarosseriebaus bestehenden strengen Anforderungen nicht
genügen.
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Aus
dem vom koreanischen Patentamt veröffentlichten Abstract
zur Veröffentlichung
KR
10 2006 0073345 einer koreanischen Patentanmeldung ist
ebenfalls eine Vorrichtung zum Gießwalzen von Magnesiumblechen
beschrieben, bei dem die jeweilige Magnesiumschmelze in der voranstehend
bereits erläuterten Weise über eine Gießdüse
in den zwischen zwei gegenläufig rotierende Gießwalzen
begrenzten Gießspalt geleitet und dort zu einem Vorband
vergossen wird. Dabei sind in Förderrichtung vor und hinter
den Gießwalzen an ein Gasversorgungsrohrsystem angeschlossene
Gasauslassdüsen vorgesehen, die in den Gießspalt
gerichtet sind und die in den Gießspalt eintretende Schmelze
sowie das aus dem Gießspalt austretende Vorband an der Ober-
und Unterseite mit einem Gasstrom beaufschlagen. Diese Gasbeaufschlagung
wird vorgenommen, um die in den Gießspalt eintretende Magnesiumschmelze
und das heiße aus dem Gießspalt austretende Vorband
vor einem Kontakt mit der Umgebungsatmosphäre zu schützen.
Auf diese Weise soll eine verbesserte Oberflächenbeschaffenheit
des erhaltenen Magnesiumbandes erreicht werden. In der Praxis wird
dieses Ziel jedoch nicht erreicht. Vielmehr treten trotz der Abschottung
des Gießspalts am erhaltenen Magnesiumflachprodukt Oberflächenfehler auf,
die von den Weiterverwendern solcher Produkte nicht akzeptiert werden.
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Ebenfalls
auf dem Gedanken, die freie Oberfläche einer Magnesiumschmelze
durch Beaufschlagung mit einem inerten Gas vor einem Kontakt mit der
Umgebungsatmosphäre zu schützen, ist in der
EP 1 584 387 A1 beschrieben.
Gemäß diesem Stand der Technik soll eine aus einer
Gießdüse austretende Magnesiumschmelze möglichst
schnell zu einem dickeren brammenartigen Vormaterial erstarren,
um erst darauf folgend einem Walzschritt unterzogen zu werden. Dabei
wird über eine Düse, die innerhalb des Schmelzenbehälters
in Fließrichtung der zu vergießenden Magnesiumschmelze
kurz vor der Düsenöffnung angeordnet ist, ein
gegen die Gießdüse gerichteter Gasstrom auf die
Oberfläche der im Schmelzenbehälter vorhandenen
Schmelze geblasen. Auf diese Weise soll der Eintritt von Umgebungsatmosphäre
in den Schmelzenbehälter verhindert werden. Um die Erstarrung
des aus der Gießdüse austretenden Vormaterials
zu beschleunigen, wird es über eine in Förderrichtung
unmittelbar hinter der Gießdüse angeordnete weitere
Düse mit einem Kühlmedium beaufschlagt. Bei dem
Kühlmedium kann es sich um Wasser oder flüssigen
Stickstoff handeln. Die Abmessungen und die Oberflächenbeschaffenheit
des so erhaltenen Vormaterials erfordern aufwändige zusätzliche Maßnahmen,
um aus diesem Material für den Karosseriebau geeignete
Magnesiumflachprodukte zu fertigen.
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Vor
dem Hintergrund des voranstehend zusammengefassten Standes der Technik
bestand die Aufgabe der Erfindung darin, ein Verfahren und eine Vorrichtung
zu schaffen, mit denen sich mit geringem Aufwand Magnesium-Warmbänder
erzeugen lassen, die eine für ihre Weiterverarbeitung optimierte
Oberflächenbeschaffenheit besitzen.
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In
Bezug auf das Verfahren ist diese Aufgabe erfindungsgemäß dadurch
gelöst worden, dass die in Anspruch 1 angegebenen Maßnahmen
durchgeführt werden. Vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen
Verfahrens sind in den auf Anspruch 1 rückbezogenen Ansprüchen
genannt.
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Zur
Lösung der oben genannten Aufgabe in Bezug auf die Vorrichtung
wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, bei einer
solchen Vorrichtung die in Anspruch 6 angegebenen Merkmale vorzusehen.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Vorrichtung
sind in den auf Anspruch 6 rückbezogenen Ansprüchen
angegeben.
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Das
erfindungsgemäße Verfahren sieht in Übereinstimmung
mit dem Stand der Technik vor, in einem kontinuierlichen Verfahrensablauf
eine aus Magnesium oder einer Magnesium-Legierung erschmolzene Schmelze
zwischen zwei einen Gießspalt an seinen Längsseiten
begrenzenden Gießwalzen zu einem Vorband zu vergießen.
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Erfindungsgemäß wird
nun die Umfangsfläche mindestens einer der Gießwalzen
mit einem Strom eines verflüssigten, gegenüber
der jeweils vergossenen Schmelze inerten Gases beaufschlagt. Bei einer
erfindungsgemäßen Vorrichtung ist dementsprechend
eine Düse zum Aufgeben eines Stromes eines verflüssigten
inerten Gases auf die Umfangsfläche mindestens einer der
Gießwalzen vorgesehen.
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Erfindungsgemäß wird
der Gasstrom jedoch nicht auf die in den Gießspalt eintretende
Schmelze oder das aus dem Gießspalt austretende Vorband, sondern
auf die Umfangsfläche der jeweiligen Gießwalze
gerichtet. Durch diese Beaufschlagung mit einem bis zu seiner Verflüssigung
abgekühlten Gas kommt es plötzlich und lokal begrenzt
zu einer sehr starken Abkühlung desjenigen Umfangsabschnitts der
im Gießbetrieb rotierenden Gießwalze, der jeweils
dem im flüssigen Aggregatzustand auf ihn treffenden sehr
kalten Gasstrom ausgesetzt ist.
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In
Folge dieser plötzlichen Abkühlung werden auf
der Umfangsfläche der jeweiligen Gießwalze haftende,
vom gegossenen Magnesiumband mitgenommene Partikel gelöst
und abgetragen. Gleichzeitig schützt das auf die Gießwalze
treffende Inertgas möglicherweise dennoch auf ihrer Umfangsfläche verbleibende
Magnesiumanhaftungen vor einer Oxidation mit dem Umgebungssauerstoff.
Auf diese Weise wird die Umfangsfläche der Gießwalze
so intensiv gereinigt, dass sie weitestgehend frei von Anhaftungen
und Oberflächenoxidationen ist, wenn sie erneut mit der
zu vergießenden Schmelze in Kontakt kommt. Das aus dem
Gießspalt austretende Vormaterial weist eine entsprechend
saubere Oberfläche auf, bei denen Oxidansammlungen oder
sonstige Unregelmäßigkeiten auf ein Minimum reduziert
sind.
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Ein
weiterer positiver Effekt der erfindungsgemäßen
Beaufschlagung mindestens einer der Gießwalzen einer erfindungsgemäß betriebenen
und gestalteten Gießvorrichtung besteht darin, dass das in
flüssiger Form auf die jeweilige Gießwalze treffende
Gas die Gießwalze einhüllt und in Folge der damit einhergehenden
Erwärmung gasförmig wird, so dass die Gießwalze
insgesamt und ihre Umgebung von Schutzgas eingehüllt wird.
Auf diese Weise lässt sich sowohl im Bereich des Eintritts
in den Gießspalt als auch im Bereich des Austritts aus
dem Gießspalt eine Atmosphäre aufrechterhalten,
die eine Oxidation der frei liegenden Oberflächen des in
den Gießspalt eintretenden Schmelzestroms bzw. aus dem
Gießspalt austretenden Vorbands unterdrückt und
so zur Optimierung der Oberfläche des erhaltenen Magnesiumbandes
zusätzlich beiträgt.
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Mit
der Erfindung stehen somit sowohl ein Verfahren als auch eine Vorrichtung
zur Verfügung, die es mit einfachen Mitteln ermöglichen,
ein hinsichtlich seiner Oberflächenbeschaffenheit optimal
für die Weiterverarbeitung vorbereitetes gegossenes Band zu
fertigen.
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Abhängig
von den jeweils an das zu erzeugende Band gestellten Anforderungen
kann es gegebenenfalls ausreichend sein, nur eine der Gießwalzen
der erfindungsgemäß gestalteten und betriebenen
Gießmaschine in erfindungsgemäßer Weise
mit einem Flüssiggasstrom zu beaufschlagen. Dies kann beispielsweise
dann der Fall sein, wenn das erhaltene Band nur an einer seiner
Seiten eine besonders hohe Oberflächenqualität
besitzen muss. Besonders sicher stellt sich die Wirkung der erfindungsgemäßen Vorgehensweise
jedoch dann ein, wenn die Umfangsflächen beider Gießwalzen
in erfindungsgemäßer Weise mit dem verflüssigten
inerten Gas beaufschlagt werden.
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Praktische
Versuche haben ergeben, dass sich kostengünstig bereitstellbarer
Stickstoff besonders gut als inertes Gas für die erfindungsgemäßen Zwecke
verwenden lässt.
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Um
eine möglichst gleichmäßige Wirkung der
erfindungsgemäßen Beaufschlagung mit Flüssiggas
zu gewährleisten, wird der Inertgasstrom bevorzugt über
die gesamte Breite der Gießwalze verteilt aufgegeben. Bei
einer erfindungsgemäßen Vorrichtung kann dazu
die für das Ausbringen des verflüssigten Inertgases
vorgesehene Düse eine sich im Wesentlichen über
die Breite der jeweiligen Gießwalze erstreckende Düsenöffnung
aufweisen. Alternativ ist es für denselben Zweck auch möglich,
mehrere Düsen zum Aufgeben des inerten verflüssigten
Gases vorzusehen, die über die Breite der jeweiligen Gießwalze
verteilt angeordnet sind.
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Eine
besonders gute Abschottung des Gießspalts durch das sich
aus dem erfindungsgemäß aufgegebenen Flüssiggasstrom
bildende inerte Gas lässt sich dadurch erreichen, dass
die Beaufschlagung der Umfangsfläche der jeweiligen Gießwalze mit
dem verflüssigten inerten Gas an einer Position erfolgt,
die so weit von dem Gießspalt beabstandet ist, dass inertes
Gas, welches den Gießspalt erreicht, beim Eintreffen am
Gießspalt in Folge der auf dem Weg zum Gießspalt
unvermeidbar eintretenden Erwärmung weitestgehend gasförmig
ist.
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Nachfolgend
wird die Erfindung anhand einer Ausführungsbeispiele darstellenden
Zeichnung näher erläutert. Es zeigen jeweils schematisch:
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Die
einzige Figur zeigt eine Fertigungslinie 1 zum Erzeugen
eines Magnesiumbandes B in seitlicher, teilgeschnittener Ansicht.
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Die
Fertigungslinie 1 umfasst in Förderrichtung F
hintereinander folgend inline angeordnet eine Bandgießeinrichtung 2,
eine Treibereinrichtung 3, eine Besäumschere 4 und
eine Haspeleinrichtung 5.
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Die
Bandgießeinrichtung 2 ist in an sich bekannter
Weise ausgebildet und weist einen Schmelzenbehälter 6 auf,
aus dem die Magnesiumschmelze M in eine Gießdüse 7 gegeben
wird.
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Die
Mündung der Gießdüse 7 ist so
in den zwischen zwei Gießwalzen 8, 9 eines
Gießwalzgerüstes 10 gebildeten Gießspalt 11 gerichtet,
dass die aus der Gießdüse 7 austretende
Magnesiumsschmelze M im Wesentlichen horizontal ausgerichtet in
den Gießspalt 11 tritt.
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Die
mit den Umfangsflächen 18, 19 der Gießwalzen 8, 9 in
Kontakt kommende Magnesiumschmelze M erstarrt dort zu hier nicht
dargestellten Schalen, die dann am engsten Punkt des Gießspalts 11 zu
einem Magnesiumband B zusammengepresst werden.
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Für
den zeitgerechten Abtransport des den Gießspalt 11 verlassenden
Magnesiumbands B sorgt die in Förderrichtung F hinter dem
Gießwalzgerüst 10 angeordnete, ebenfalls
in an sich bekannter Weise ausgebildete Treibereinrichtung 3.
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Von
der Treibereinrichtung 3 durchläuft das Magnesiumband
B die in Förderrichtung F hinter der Treibereinrichtung 3 angeordnete
Besäumschere 4, die eine Besäumung der
Längskanten des Magnesiumbands B vornimmt.
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Das
aus der Besäumschere 4 austretende Magnesiumband
B wird mit der ebenfalls konventionell gestalteten Haspeleinrichtung 5 zu
einem Coil C aufgewickelt.
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In
dem Gießwalzgerüst 10 ist ober- und unterhalb
der Gießwalzen 8, 9 jeweils eine sich über
die Breite der Gießwalzen 8, 9 erstreckende,
achsparallel zur jeweiligen Drehachse D der Gießwalzen 8, 9 positionierte
Düsenleiste 12, 13 angeordnet, die über eine
Verbindungsleitung 14 an eine Flüssiggasversorgung 15 angeschlossen
ist. Die Flüssiggasversorgung versorgt die Düsenleisten 12, 13 mit
verflüssigtem Stickstoffgas.
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Die
Düsen 16, 17 der Düsenleisten 12, 13 sind
jeweils mit geringem Abstand zur Umfangsfläche 18, 19 der
ihnen jeweils zugeordneten Gießwalzen 8, 9 angeordnet
und gegen die betreffende Umfangsfläche 18, 19 gerichtet.
Beim hier gezeigten Beispiel weisen die Düsen 16, 17 eine
sich im Wesentlichen über die Breite der Gießwalzen 8, 9 erstreckende
Düsenöffnung auf, so dass der jeweils aus den Düsen 16, 17 austretende
flüssige Inertgasstrom G1, G2 gleichmäßig über
ihre Breite verteilt auf die Gießwalzen 8, 9 trifft.
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Genauso
können die Düsenleisten 12, 13 aber
auch mit mehreren gleichmäßig über die
Breite der Gießwalzen 8, 9 verteilt angeordnete
Düsen bestückt sein, aus denen Einzelstrahlen
austreten, die gemeinsam die Breite der Gießwalzen 8, 9 abdecken.
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Die
aus den Düsen 16, 17 der Düsenleisten 12, 13 austretenden,
auf die im Gießbetrieb gegenläufig rotierenden
Gießwalzen 8, 9 treffenden Ströme G1,
G2 aus dem verflüssigten, sehr kalten und hinsichtlich
der Magnesiumschmelze inerten Stickstoffgas kühlen die
jeweils unter den Düsen 16, 17 befindlichen Umfangsabschnitte
der Gießwalzen 8, 9 plötzlich
stark ab, so dass dort sitzende Magnesiumanhaftungen abplatzen und
von der Oberfläche der Gießwalzen 8, 9 entfernt
werden. Gleichzeitig bildet sich aus den auf die Gießwalzen 8, 9 gerichteten
Gasströmen G1, G2 jeweils ein aus weitestgehend gasförmigem
Stickstoffgas bestehender Schutzgasschleier S1, S2, der die Gießwalzen 8, 9 einhüllt
und so verhindert, dass an den Oberflächen verbleibende
Magnesiumrückstände oxidieren. Derart gesäubert
und geschützt kommen die Umfangsflächen 18, 19 der Gießwalzen 8, 9 wieder
in Kontakt mit der Magnesiumschmelze M, so dass auf dem aus dem
Gießspalt austretenden Magnesiumband Oberflächenunebenheiten
wenn überhaupt nur noch in minimalem Umfang auftreten.
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Gleichzeitig
behindert der Stickstoffgasschleier S1, S2 den Zutritt von Umgebungssauerstoff zum
Ein- und Austrittsbereich des Gießspalts 11, so dass
auch dort eine Oxidation des Magnesiumwerkstoffs wirksam unterdrückt
wird.
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Das
zu dem Coil C aufgewickelte Magnesiumband B weist auf diese Weise
eine für die Weiterverarbeitung optimale Oberflächenbeschaffenheit auf.
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- 1
- Fertigungslinie
zum Erzeugen des Magnesiumbandes B
- 2
- Bandgießeinrichtung
- 3
- Treibereinrichtung
- 4
- Besäumschere
- 5
- Haspeleinrichtung
- 6
- Schmelzenbehälter
- 7
- Gießdüse
- 8,
9
- Gießwalzen
- 10
- Gießwalzgerüst
- 11
- Gießspalt
- 12,
13
- Düsenleisten
- 14
- Verbindungsleitung
- 15
- Flüssiggasversorgung
- 16,
17
- Düsen
der Düsenleisten 12, 13
- 18,
19
- Umfangsfläche
der Gießwalzen 8, 9
- B
- Magnesiumband
- C
- Coil
- D
- jeweilige
Drehachse der Gießwalzen 8, 9
- F
- Förderrichtung
- G1,
G2
- Ströme
von verflüssigtem inerten Gas
- M
- Magnesiumschmelze
- S1,
S2
- Schutzgasschleier
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
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Zitierte Patentliteratur
-
- - EP 1330556
B1 [0003]
- - KR 1020060073345 [0006]
- - EP 1584387 A1 [0007]
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Zitierte Nicht-Patentliteratur
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- - in stahl und
eisen 125 (2005) Nr. 4, Seiten 66–68, erschienen Artikel ”Magnesium-Flachprodukte:
Wirtschaftliches Verfahren für industrielle Fertigung entwickelt” von
B. Engl [0004]