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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Gießen von kupferhaltigen Werkstoffen, die eine umlaufende Formeinrichtung aufweist, bei der ein Formraum von mindestens einem mit der Formeinrichtung wenigstens bereichsweise umlaufenden Gießband begrenzt ist.
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Derartige Vorrichtungen werden verwendet, um Bänder oder Drähte aus Kupfer oder kupferhaltigen Legierungen zu gießen. Bei derartigen Gießverfahren wird das flüssige Metall beispielsweise einem Gießrad zugeführt, das zur Formgebung eine Kokille besitzt, in die das flüssige Metall hineingegossen wird. Während eines Teiles eines Umlaufes des Gießrades wird das Metall ausreichend abgekühlt, um als kontinuierlicher Strang einem Abtransport und einer weiteren Verarbeitung zugeführt werden zu können.
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Gemäß einer Ausführungsform ist die Kokille als Vertiefung in einen Außenumfang des Gießrades eingearbeitet. Bei diesem Verfahren wird die Kokille mindestens bereichsweise von einem umlaufend angetriebenen Gießband begrenzt, das sich wenigstens abschnittsweise gemeinsam mit dem Gießrad bewegt.
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Die verwendeten Gießbänder zur Begrenzung der Kokille sind aufgrund des durchgeführten Abkühlprozesses und aufgrund der erforderlichen Bandumlenkungen während des Bandtransportes thermischen und mechanischen Wechselbeanspruchungen ausgesetzt. Diese Beanspruchungen führen im Laufe der Zeit zu einer Materialermüdung und erfordern ein regelmäßiges Austauschen der Bauelemente, um einem Materialversagen vorzubeugen. Der entsprechende Austausch führt zu einer Unterbrechung des Gießprozesses und somit zu einer Produktionsunterbrechung und zu Materialungleichmäßigkeiten bei den gegossenen Bändern oder Drähten.
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Gemäß einer anderen Ausführungsform begrenzen zwei umlaufende Gießbänder den Formraum in lotrechter Richtung nach oben und nach unten. Eine seitliche Begrenzung des Formraumes erfolgt durch zwei ebenfalls umlaufende Begrenzungselemente, beispielsweise zwei umlaufende Dammblockketten.
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Gemäß dem Stand der Technik werden als Werkstoffe für die entsprechenden Gießbänder niedrig legierte Stähle oder Edelstähle eingesetzt. Als problematisch erweist es sich hierbei, daß aufgrund der Materialbeanspruchungen eine Ablösung von Eisenpartikeln erfolgen kann, die am erzeugten Stranggußmaterial anhaften oder in dieses eingebettet werden. Bei einer Weiterverarbeitung des Stranggußmaterials können hierdurch erhebliche Störungen verursacht werden.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine Vorrichtung der einleitend genannten Art derart zu verbessern, daß Verunreinigungen des Stranggußmaterials vermieden oder zumindest vermindert werden.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das Gießband aus einem kupferhaltigen Werkstoff ausgebildet ist.
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Entsprechende kupferhaltige Werkstoffe, inbesondere Kupferbasislegierungen, weisen vergleichbare mechanische Kennwerte hinsichtlich der Festigkeit und der Dehnung wie gemäß dem Stand der Technik eingesetzte Eisen- oder Stahlwerkstoffe auf. Im Vergleich zu Stahl weisen diese Kupferwerkstoffe aber einen um etwa 35% niedrigeren E-Modul auf, so daß im Vergleich zu Stahl der plastische Materialbereich später erreicht wird. Das Gießband aus dem kupferhaltigen Werkstoff läßt sich somit im elastischen Bereich oder zumindest nahe zu diesem Bereich betreiben. Hieraus resultiert eine deutlich erhöhte Standzeit.
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Ein weiterer Vorteil liegt in der Vermeidung von Eisenpartikeln, die das Stranggußmaterial verunreinigen könnten. Es kann somit ein deutlich höheres Qualitätsniveau erreicht werden.
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Für Verunreinigungen des Stranggußmaterials kommen auch noch andere Quellen in Frage, beispielsweise verwendete Walzen für die nachfolgende Materialbearbeitung. Werden bei nachfolgenden Verarbeitungsschritten Eisenpartikel detektiert, so werden gemäß dem Stand der Technik vorsorglich sowohl das Gießband als auch die Walzen ausgewechselt. Aufgrund der Eliminierung einer Ursache für die Eisenpartikel treten somit derartige Qualitätsverluste seltener auf und es braucht lediglich ein selteneres Austauschen der walzen zu erfolgen. Insbesondere ist anzunehmen, daß bei einem Auftreten von Eisenpartikeln mit hoher Wahrscheinlichkeit die Walzen die Ursache sind, so daß ein unnötiges und lediglich vorsorgliches Austauschen der Walzen entfällt.
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Als kupferhaltige Werkstoffe für die Gießbänder zur Begrenzung der Kokille sind unterschiedliche Kupferlegierungen verwendbar. Ein Anwendungsbeispiel ist beispielsweise CuSn8. Dieses Material enthält 8 Gewichtsprozent Zinn und 92% Kupfer. Ein weiteres Anwendungsbeispiel ist die Legierung CuNi 1.5 Si. Diese Legierung enthält 1,5 Gewichtsprozent Nickel, 0,3 Gewichtsprozent Silizium sowie 98,2% Kupfer.
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Ein drittes Anwendungsbeispiel ist die Legierung CuNi25. Diese enthält 25 Gewichtsprozent Nickel sowie 75% Kupfer. Weitere Bestandteile sind mit allenfalls geringen Anteilen vorhanden.
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Gemäß einem Ausführungsbeispiel wird zur Begrenzung der Kokille ein umlaufendes Gießband verwendet. Gemäß einem anderen Ausführungsbeispiel werden zwei derartige Gießbänder eingesetzt. Typischerweise werden das oder die Gießbänder über Rollen umlaufend geführt und vorgespannt.
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Eine Vorgabe von Werkstoffeigenschaften wird dadurch unterstützt, daß das Gießband aus einer Kupferlegierung besteht.
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Insbesondere ist daran gedacht, daß der Werkstoff des Gießbandes eine Festigkeit von Stahl aufweist.
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Ebenfalls erweist es sich als vorteilhaft, daß der Werkstoff des Gießbandes eine Dehnbarkeit von Stahl aufweist.
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Ein kontinuierliches Stranggießen wird dadurch unterstützt, daß das Gießrad von einem Antrieb kontinuierlich umlaufend angetrieben ist.
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Eine paßgenaue Formung wird dadurch unterstützt, daß das Gießband gespannt ist.
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Eine Verschleißverminderung kann dadurch erreicht werden, daß das Gießband über Rollen umlaufend geführt ist.
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In den Zeichnungen sind Ausführungsbeispiele der Erfindung schematisch dargestellt. Es zeigen:
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1 eine schematische Darstellung eines Gießrades sowie eines umlaufenden Gießbandes zur Begrenzung der Kokille,
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2 einen schematischen Querschnitt durch eine Kokille,
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3 eine schematische Seitenansicht zur Durchführung eines Gießvorgangs unter Verwendung von umlaufenden Transportbändern und
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4 einen Querschnitt gemäß Schnittlinie IV-IV in 3.
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Gemäß der Ausführungsform in 1 wird flüssiges Kupfer bzw. kupferhaltiges Material von einem Vorrat (1) über eine Zuleitung (2) einem Gießrad (3) zugeführt. Das Gießrad (3) rotiert in einer Umlaufrichtung (4). Im Bereich eines Außenumfanges des Gießrades (3) ist eine Kokille (5) zur Formung eines Stranggußmaterials (6) angeordnet.
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Zur bereichsweisen Begrenzung der Kokille (5) wird ein Gießband (7) verwendet, das in einer Umlaufrichtung (8) angetrieben ist. Entlang eines Teiles eines Umfanges des Gießrades (3) läuft das Gießband (7) gemeinsam mit dem Gießrad (3) um und besitzt hierbei die gleiche Transportgeschwindigkeit wie das Gießrad (3).
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Das Gießband (7) wird über Rollen (9) geführt und vorzugsweise gespannt.
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Vorzugsweise erfolgt der gemeinsame Umlauf des Gießbandes (7) mit dem Gießrad (3) im Anschluß an eine Füllung der Kokille (5) mit dem kupferhaltigen Werkstoff bis zu einer Trennung des verfestigten Stranggußmaterials (6) vom Gießrad (3).
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Zur Unterstützung einer Verfestigung des Materials innerhalb der Kokille (5) kann eine Bandkühlung (10) vorgesehen sein. Zusätzlich oder alternativ kann auch eine Radkühlung (11) verwendet werden.
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Gemäß dem Ausführungsbeispiel in 1 erfolgt die Bandkühlung (10) durch eine Anströmung des Gießbandes (7) mit einem Kühlfluid mit einer Strömungsrichtung orientiert auf das Gießrad (3). Die Radkühlung (11) erfolgt beim Ausführungsbeispiel gemäß 1 durch ein Kühlfluid mit einer Strömungsrichtung in einer radialen Richtung des Gießrades (3) nach außen. Als Kühlfluid kann beispielsweise Wasser verwendet werden, daß beispielsweise mit einem Druck von 1 bis 5 bar aus einer Zuführeinrichtung austritt.
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2 zeigt eine teilweise Darstellung eines Querschnittes durch das Gießrad (3). Zu erkennen ist die Kokille (5) mit innerhalb der Kokille (5) angeordnetem Stranggußmaterial (6). Entlang eines Außenumfanges der Kokille (5) bezogen auf die radiale Richtung des Gießrades (3) erstreckt sich das Gießband (7). Die Kokille (5) wird somit bei diesem Ausführungsbeispiel in einer radialen Richtung des Gießrades (3) nach innen sowie seitlich durch eine Vertiefung des Gießrades (3) und bezüglich der radialen Richtung des Gießrades (3) außenseitig vom Gießband (7) begrenzt.
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Gemäß einem Ausführungsbeispiel beträgt der Durchmesser des Gießrades (3) etwa 3 Meter. Das Gießband (7) besitzt eine Länge von 27 Meter und eine Breite von 190 Millimeter. Eine typische Dicke des Gießbandes (7) beträgt 2,5 Millimeter.
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3 zeigt ein Ausführungsbeispiel, bei dem das flüssige Kupfer ausgehend von einer Rinne (12) in ein Zuführbecken (13) eingeleitet wird. Aus dem Zuführbecken heraus strömt das flüssige Kupfer zwischen zwei umlaufend angetriebene Transportbänder (14, 15). Die Transportbänder (14, 15) sind jeweils über Umlenkrollen (16, 17) geführt. Entlang eines Bandformungsbereiches (18) sind die Transportbänder (14, 15) im Wesentlichen parallel und mit einem Abstand zueinander geführt. Die Transportbänder (14, 15) werden mit einer im Wesentlichen gleichen Vortriebsgeschwindigkeit bewegt.
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Das in lotrechter Richtung untere Transportband (15) wird zumindest entlang eines Teiles des Bandformungsbereiches (18) von Unterstützungsrollen (19) abgestützt. Das in lotrechter Richtung obere Transportband (15) wird im Bandformungsbereich (18) von Andruckrollen (20) beaufschlagt. Für den Bandformungsbereich (18) ist eine Bandkühlung (10) vorgesehen, beispielsweise ein Ansprühen mit Kühlwasser.
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Bei einem Verlassen des Bandformungsbereiches (18) ist das Kupfer verfestigt und als Barren (21) geformt.
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Zur seitlichen Begrenzung des Gießmaterials im Bandformungsbereich (18) werden zwei umlaufende Dammblockketten (22) verwendet.
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4 zeigt einen vergrößerten Querschnitt durch den Bandformungsbereich (18). Es ist zu erkennen, daß die Schmelze bzw. der Strang aus Kupfer in lotrechter Richtung oben und unten von den Transportbändern (14, 15) und seitlich von den zwei Dammblockketten (22) begrenzt ist. Die entsprechende Anordnung unterstützt insbesondere die Ausformung eines Barrens (21) mit rechteckförmigem Querschnitt.
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Als Material für die Transportbänder (14, 15) werden die im Zusammenhang mit dem Gießband (7) für das Ausführungsbeispiel gemäß 1 und 2 verwendeten Materialien eingesetzt. Bei der Vorrichtung gemäß 3 und 4 üben die Transportbänder (14, 15) die entsprechende Funktion des Gießbandes (7) aus und entsprechen somit funktionell einem derartigen Gießband.
