DE102021208437A1

DE102021208437A1 - Verfahren zur Herstellung von Aluminiumband und Gieß-Walzanlage zur Herstellung von Aluminiumband

Info

Publication number: DE102021208437A1
Application number: DE102021208437.0A
Authority: DE
Inventors: Markus Fischer; Guido Fick; Michael Schäfer; Michael Breuer
Original assignee: SMS Group GmbH
Current assignee: SMS Group GmbH
Priority date: 2021-08-04
Filing date: 2021-08-04
Publication date: 2023-02-09
Also published as: WO2023011790A1; CN117980083A

Abstract

Die Erfindung betrifft Verfahren zur Herstellung von Aluminiumband (2) in einem gekoppelten Gieß-Walzprozess, umfassend die Verfahrensschritte:a) Aufschmelzen eines Aluminiumrohstoffs umfassend wenigstens eine Aluminiumlegierung in wenigstens einem Schmelzaggregat (4),b) Bestimmen der Legierungszusammensetzung der Schmelze (3)c) Gießen der Schmelze (3) zu einem Warmband mittels wenigstens einer Bandgießmaschine (6),d) Walzen des Warmbandes in einer Walzanlage (14) umfassend wenigstens eine Walzeinrichtung zur Umformung des Warmbandes zwecks Dicken- und/oder Breitenabnahme,und e) Regeln und/oder Steuern wenigstens eines Umformparameters der Walzanlage (14) in Abhängigkeit der Legierungszusammensetzung der Schmelze (3). Die Erfindung betrifft weiterhin eine Gieß-Walzanlage (1) zur Durchführung des Verfahrens.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Aluminiumband in einem gekoppelten Gieß-Walzprozess.
Aus der WO 2019/01 02841 ist ein Verfahren zur Herstellung eines Aluminiumerzeugnisses aus einem gegossenen Aluminiumband bekannt, bei dem zunächst mittels wenigstens einer Bandgießmaschine ein Warmband erzeugt wird, welches anschließend warm gewalzt wird.
Aus der DE 69319217 T2 ist ein Verfahren zur Herstellung von Dosenkörperblech bekannt, welches das kontinuierliche Heißwalzen eines aus heißem Aluminium bestehenden Vorschubguts zwecks Reduzierung dessen Dicke und das Aufwickeln des heiß gewalzten, noch heißen Vorschubguts sowie ein Halten des im heißen Zustand in seiner Dicke reduzierten Vorschubbandes bei oder in der Nähe der Ausgangstemperatur des Heißwalzens umfasst, wobei anschließend das heiß aufgewickelte Vorschubgut wieder abgewickelt wird und unmittelbar danach ein schnelles Abschrecken des angelassenen Vorschubgutes bis auf eine für ein kaltes Walzen geeignete Temperatur vorgesehen ist. Das Verfahren wird als kontinuierliches „In-Line“ Verfahren durchgeführt.
Bei vielen sonst aus Stahlblech hergestellten Erzeugnissen wird heutzutage dazu übergegangen, Leichtbauwerkstoffe, wie beispielsweise Aluminium, zu verwenden. Durch einen zunehmenden Aluminiumverbrauch werden mittelfristig größere Mengen an Aluminiumschrott zur Verfügung stehen. Die Aufbereitung von Aluminiumabfällen ist energetisch günstiger als die Gewinnung von Primäraluminium durch Elektrolyse. Bei der Verwendung von Aluminiumschrott ist allerdings problematisch, dass dieser aus einer Mischung verschiedener Aluminiumlegierungen besteht, die verschiedenste unerwünschte Legierungsbestandteile aufweisen. Diese Legierungsbestandteile scheiden bei konventionellen Gießverfahren, beispielsweise beim Barrenguss, wegen der niedrigen Erstarrungsgeschwindigkeit der Schmelze aus und beeinträchtigen das Korngefüge des erstarrten Materials. Deswegen wird für die Herstellung von bestimmten Endprodukten wie Getränkedosen, Bauteile zum Einsatz in der Elektroindustrie oder Automobilkarosserien nach wie vor ein hoher Anteil von Primäraluminium verwendet.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten Art bereitzustellen, mit welchem ein hoher Anteil von Aluminiumschrott als Aluminiumrohstoff bzw. Ausgangsstoff für die Herstellung von Aluminiumband in einer industriell verwertbaren Qualität verarbeitet werden kann. Der Erfindung liegt weiterhin die Aufgabe zugrunde, einen Aluminiumwerkstoff bereitzustellen, der unter Verwendung eines hohen Anteils von Aluminiumschrott erhalten wurde. Der Erfindung liegt schließlich die Aufgabe zugrunde, eine für das Verfahren gemäß der Erfindung besonders geeignete Gieß-Walzanlage bereitzustellen.
Die Erfindung wird gelöst mit den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche betreffend ein Verfahren, ein Aluminiumerzeugnis und eine Gieß-Walzanlage. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Nach einem Gesichtspunkt der Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung von Aluminiumband in einem gekoppelten Gieß-Walzprozess vorgesehen, der vorzugsweise als kontinuierlicher Gieß-Walzprozess betrieben wird, welcher die folgenden Verfahrensschritte umfasst:

a) Aufschmelzen eines Aluminiumrohstoffs umfassend wenigstens eine Aluminiumlegierung in wenigstens einem Schmelzaggregat,
b) Bestimmen der Legierungszusammensetzung der Schmelze
c) Gießen der Schmelze zu einem Gießband mittels wenigstens einer Bandgießmaschine,
d) Walzen des Warmbandes in einer Walzanlage umfassend wenigstens eine Walzeinrichtung zur Umformung des Warmbandes zwecks Dicken- und/oder Breitenabnahme,

e) Regeln und/oder Steuern wenigstens eines Umformparameters der Walzanlage in Abhängigkeit der Legierungszusammensetzung der Schmelze.

Gekoppelt im Sinne der vorliegenden Erfindung bedeutet, dass der Gießprozess und der Walzprozess miteinander prozesstechnisch und hinsichtlich des Materialflusses miteinander verbunden sind. Je nach Ausführung des Schmelzaggregates kann das Aufschmelzen des Aluminiumrohstoffs das Gießen und das Walzen ebenfalls kontinuierlich erfolgen wobei die Durchlaufgeschwindigkeit des Materials stets durch die Bandgeschwindigkeit beim Gießen bestimmt wird.
Die Legierungszusammensetzung der Schmelze kann erfindungsgemäß kontinuierlich oder chargenweise ermittelt werden.
Die Ergebnisse der Analyse der Legierungszusammensetzung können online, vorzugsweise in Echtzeit einer Regel- und/oder Steuereinrichtung einer Gieß-Walzanlage zugeführt werden. Ein geeignetes Verfahren zur Analyse der Legierungszusammensetzung der Schmelze ist beispielsweise eine Spektralanalyse, eine Röntgenmessung oder ein ähnliches bekanntes Messverfahren.
Als Aluminiumrohstoff wird vorzugsweise eine Mischung aus elektrolytisch erzeugtem Reinaluminium bzw. Primäraluminium und Aluminiumschrott verwendet. Der Aluminiumrohstoff kann Verunreinigungen in Form von beispielsweise Eisen, Kupfer, Silizium, Chrom, Magnesium, Mangan, Nickel, Zink und Zinn umfassen.
Vorzugsweise wird die Schmelze kontinuierlich über eine Gießrinne der wenigstens einen Bandgießmaschine zugeführt, wobei die Schmelze dabei gefiltert werden kann, um etwaige Verunreinigungen auszuhalten. Das kontinuierliche Zuführen der Schmelze in die Bandgießmaschine hat den Vorteil, dass der Pegel der Schmelze vor der Gießdüse weitgehend konstant ist und so relativ konstante Gießbedingungen eingestellt werden können. Dadurch kann der Schmelzprozess unmittelbar mit dem Gieß-Walzprozess gekoppelt werden.
Vorzugsweise ist wenigstens ein Umformparameter ausgewählt aus einer Gruppe von Parametern umfassend eine Dickenreduzierung des Warmbandes, eine Breitenreduzierung des Warmbandes, die Bandtemperatur des Warmbandes, die Walzgeschwindigkeit, den Bandzug des Warmbandes, die Walzkraft, die Walzenbiegung, eine axiale Verstellung wenigstens einer Walze, die Walzspaltgeometrie, das Walzmoment, die Kühlung der Walzen und die Schmierung der Walzen.
Das ist im Zusammenhang mit dem Verfahren gemäß der Erfindung insoweit vorteilhaft, als dass sich die Materialhärte des gegossenen Bandes und damit der Umformwiderstand beim Walzen je nach Gehalt an Verunreinigungen verändert und sich die Eigenschaften des Warmbandes nach dem Walzen entsprechend verändern. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, den Kraft- und Arbeitsbedarf sowie andere Umformparameter beim Walzen entsprechend anzupassen. Diese Anpassungen können auch die Beeinflussung der Bandgeometrie sowie die Beeinflussung der Rheologischen Walzspaltbedingungen und die Beeinflussung der Materialeigenschaften des Aluminiumbandes bzw. des Warmbandes, beispielsweise durch Kühl- und Schmiereinrichtungen umfassen.
Bei einer bevorzugten Variante des Verfahrens ist vorgesehen, dass die Regelung eine Vorsteuerung der Walzanlage für einen gegebenen und/oder gewählten Bandlängenabschnitt des Warmbandes in Abhängigkeit der nach Verfahrensschritt b) bestimmten Legierungszusammensetzung umfasst.
Besonders bevorzugt umfasst die Vorteuerung die Vorgabe wenigstens eines Sollwerts für eine Dicken- und/oder Profilregelung wenigstens einer Walzeinrichtung. Aus experimentellen Untersuchungen mit Vergleichsanalysen sind mathematische Zusammenhänge zwischen Veränderungen der Legierungszusammensetzung und den beim Walzen auftretenden Umformwiderständen ermittelt worden.
Somit werden Abweichungen der Legierungszusammensetzung, die in der Schmelze enthalten sind, nicht beim Gießen mit Blick auf die Eigenschaften des Fertigmaterials behandelt, sondern erst in später beim Umformen durch Walzen.
Alternativ oder ergänzend können Gießparameter, wie die Gießdicke, die Gießgeschwindigkeit und die Gießbandtemperatur regelungstechnisch angepasst werden.
Die Materialhärte H, sowie gleichermaßen analog der Umformwiderstand in Abhängigkeit der Legierungszusammensetzung lässt sich mit einem Exponenten zu einer Konstante als Grundfaktor der Materialhärte darstellen. $H = K * (e 1 * e 1 %) * (e 2 * e 2 %) * (e n * e n %)$
mit K = Standard-Legierungsspezifische Festigkeit innerhalb der Legierungsgruppe (AAXXXX)
e1 bis en = Einflussexponent eines Legierungselements
e1 % bis en% = prozentualer Anteil des Legierungselements
Exponenten der Legierungszusammensetzung

GRUPPE AL-Mg-Mn

Konstante 57.484

SI -0.03252

FE 0

Cu 0.03422

Mn 0.2238

Mg 0.59534

Cr 0

Zn 0

Ti 0

Bestimmtheit 0.9687

Ohne Einfluss FE
Die Konstante ist der Grundfaktor innerhalb der Legierungsgruppe. Die Exponenten dienen als Exponent des Gehaltes in der Legierung des jeweiligen Elements. Die Materialhärte H aufgrund der Legierungsänderung kann mittels Einsetzen der Gehalte berechnet werden. Damit ist die Vorausberechnung der Walzkraftänderung möglich und somit eine Vorsteuerung z.B. der Anstellposition der Arbeitswalzen einer Walzeinrichtung, um das (ursprünglich) vorgesehene Walzprodukt herzustellen.
Der gleiche Algorithmus kann genutzt werden, um die Vorsteuerung des Walzspaltprofils vorzunehmen. Hierbei wird die Walzspaltprofiländerung aufgrund der erwarteten Walzkraftänderung mittels einer Vorsteuerung der Arbeitswalzenbiegeeinrichtung oder Walzenverschiebung durchgeführt.
Durch Legierungsschwankungen ändert sich der Umformwiderstand des Warmbandes. Beim Einlauf des Warmbandes in den Walzspalt einer Walzeinrichtung ändert sich die Walzkraft und damit auch die Dickenabnahme des Warmbandes. Durch eine Messung der Walzkraft und die Kenntnis der Reaktionskräfte bzw. Steifigkeit der Walzeinrichtung kann ein Dickenfehler berechnet werden. Dieser Dickenfehler wird auf eine Anstellposition der Arbeitswalzen mit einer angepassten Verstärkung zurückgeführt, womit die Solldicke des Warmbandes eingestellt wird. Aufgrund experimenteller Untersuchungen mit Vergleichsanalysen können über Näherungsberechnungen Zusammenhänge zwischen sich ändernden Umfangwiderständen aufgrund von Analyseschwankungen dargestellt werden. Mittels einer Vorsteuerung kann eine Korrektur der Dickenregelung erfolgen, sobald Warmband mit einer geänderten Legierungszusammensetzung in die Walzeinrichtung einläuft. Eine Vorsteuerung kann auf diese Art und Weise einen zusätzlichen Sollwert für eine Anstellung wenigstens einer Walzeinrichtung vorgeben, sodass eine Dickenregelung insoweit nicht mehr oder nur in einem geringen Ausmaß erforderlich ist.
Bei einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens gemäß der Erfindung ist vorgesehen, dass die Schmelze einen Rezyklat-Anteil, vorzugsweise in Form von Aluminiumschrott, von wenigstens 60 Gewichtsprozent, vorzugsweise von wenigstens 70 Gewichtsprozent, weiterhin bevorzugt von wenigstens 85 Gewichtsprozent und besonders bevorzugt von wenigstens 95 Gewichtsprozent aufweist.
Durch die Rückführung von vermischten Aluminium-Schrotten aus dem Life-Cyle in die erneute Herstellung können energetisch und umwelttechnisch besonders resourcenschonend Aluminiumbänder hergestellt werden. Das erfindungsgemäße Verfahren erlaubt die Herstellung besonders hochwertiger Legierungen.
Die Aluminiumlegierung kann ausgewählt sein aus einer Gruppe umfassend die Aluminiumlegierungen AA2 XXX, AA5XXX, AA6 XXX und AA7 XXX. Diese Legierungsgruppen weisen multiple Legierungsbestandteile auf und werden unter anderem für Applikationen in der Elektro- und Automobilindustrie eingesetzt.
Vorzugsweise erfolgt das Gießen der Schmelze zu einem Gießband mit einer Dicke von 10 mm bis zu einer Dicke von 30 mm. Das Gießen kann beispielsweise mit einer Gießgeschwindigkeit von 4 m/min bis 16 m/min durchgeführt werden.
Das Walzen wird bevorzugt bei einer Temperatur von 150°C bis 600°C bevorzugt von 300°- 500°C mit einer Dickenabnahme von 20 bis 75° pro Walzgerüst Prozent bezogen auf die Ausgangsdicke des Warmbandes durchgeführt
Besonders bevorzugt ist vorgesehen, dass das Gießen der Schmelze zu Gießband unter Verwendung wenigstens einer Gießmaschine mit einer mitfahrenden Kokille durchgeführt wird. Die mitfahrende Kokille der Bandgießmaschine kann als umlaufendes Band (sog. Belt-Caster) oder als umlaufende Blöcke (sog. Block-Caster) ausgeführt werden. Im Sinne der Erfindung wird somit unter einer Bandgießmaschine eine Gießmaschine verstanden, die bandförmiges Gießmaterial herstellt. Dabei ist vorteilhaft, dass das Gießen bei einer erhöhten Abkühlrate und somit im Vergleich zu den üblichen Brammengießmaschinen einer erhöhten Erstarrungsgeschwindigkeit erfolgt, wodurch Verunreinigungen beim Gießen teilweise in Lösung gehalten werden. Durch den Umstand, dass die Schmelze ohne Relativbewegung zur Kokille erstarrt, ergibt sich ein sehr intensiver Wärmeübergang und die Schmelze kann verhältnismäßig schnell erstarren, was insbesondere deshalb vorteilhaft ist, weil dadurch Verunreinigungen der Schmelze teilweise in Lösung gehalten werden.
Bei einer bevorzugten Variante des Verfahrens gemäß der Erfindung ist ein Parallelbetrieb mehrerer Schmelzaggregate zur Bereitstellung verschiedener gewünschter Legierungszusammensetzungen vorgesehen.
Erfindungsgemäß können als Schmelzaggregate ein oder mehrere Mehrkammerschmelzöfen vorgesehen sein. Die Schmelzaggregate können in Abhängigkeit der gewünschten Legierungszusammensetzung aus einer entsprechenden Bevorratung von verschiedenen Aluminiumschrotten mit verschiedenen Zusammensetzungen beschickt werden
Weiterhin kann vorgesehen sein, Schmelzen mit verschiedenen Legierungszusammensetzungen zu mischen, um die chemische Zusammensetzung des flüssigen Aluminiums nach Anforderung des Endprodukts bereits vor dem Gießen in engen Grenzen einstellen zu können.
Zweckmäßigerweise wird die Temperatur des Gießbandes vor dem Walzen eingestellt. Dazu kann eine Einrichtung zur Temperaturbeeinflussung in Form einer Temperaturerhöhung oder Abkühlung des Gießbandes vor dem Walzen vorgesehen werden.
Das Warmband kann bei dem Verfahren gemäß der Erfindung hinter der wenigstens einen Walzeinrichtung bzw. hinter wenigstens einer Walzeinrichtung abgeschreckt werden, beispielsweise auf eine Temperatur von 150 °C bis 250 °C. Eine solche Abschreckung ist insbesondere vorteilhaft, um eine Grobkorn Bildung des Gefüges zu vermeiden.
Weiterhin vorzugsweise ist eine abrasive Oberflächenkonditionierung für die Oberseite und/oder die Unterseite des gegossenen Warmbandes vorgesehen, um die Bandoberfläche je Seite von Verunreinigungen befreien zu können.
Die Erfindung betrifft weiterhin ein Aluminiumerzeugnis, das vorzugsweise nach dem Verfahren der vorstehend beschriebenen Art erhalten wurde. Das Aluminiumerzeugnis zeichnet sich durch einen hohen Rezyklat-Anteil von wenigstens 70 Gewichtsprozent, vorzugsweise von wenigstens 85 Gewichtsprozent und besonders bevorzugt von wenigstens 95 Gewichtsprozent aus.
Ein weiterer Gesichtspunkt der Erfindung betrifft eine Gieß-Walzanlage zur Herstellung von Aluminiumband, insbesondere zur Durchführung des vorstehend beschriebenen Verfahrens, umfassend wenigstens ein Schmelzaggregat, wenigstens eine Bandgießmaschine und wenigstens eine Walzeinrichtung, Mittel zur Bestimmung der Legierungszusammensetzung einer Aluminiumschmelze sowie wenigstens eine Regel- und/oder Steuereinrichtung zur Regelung und/oder Steuerung wenigstens eines Umformparameters der wenigstens einen Walzeinrichtung in Abhängigkeit der Legierungszusammensetzung der Schmelze.
Die Bandgießmaschine kann als Gießmaschine mit einer mitfahrenden Kokille ausgebildet sein.
Als Schmelzaggregat kann wenigstens ein Mehrkammerschmelzofen vorgesehen sein.
Zweckmäßigerweise umfasst die Gieß-Walzanlage gemäß der Erfindung eine Vielzahl von Walzgerüsten, die vorzugsweise jeweils wenigstens zwei Arbeitswalzen und zwei Stützwalzen sowie wenigstens zwei hydraulische Anstellzylinder zur Einstellung eines Walzspalts aufweisen.
Die Arbeitswalzen können als sogenannte CVC (Continuous Variable Crown) Walzen mit einer balligen Kontur ausgebildet sein.
Zweckmäßigerweise umfasst die Gieß-Walzanlage gemäß der Erfindung wenigstens eine Besäumschere, die hinter einer Walzeinrichtung und vor einem Haspel angeordnet ist. Diese dient dazu, die Breite des fertig gewalzten Bandes definiert einzustellen, sowie stramme Bandkanten oder Kantenrisse zu entfernen
Vorzugsweise umfasst die Gieß-Walzeinrichtung gemäß der Erfindung Mittel zur Oberflächenkonditionierung des gegossenen Warmbandes, beispielsweise in Form von Bürsteneinrichtungen, Mitteln zur Hochdruckbeaufschlagung des Warmbandes mit flüssigen Medien oder dergleichen. Bevorzugt sind diese Mittel in Transportrichtung des Warmbandes vor den Walzeinrichtungen angeordnet.
Die Gieß-Walzanlage kann weiterhin Mittel zur Kühlung des gewalzten Bandes hinter dem Walzwerk bzw. hinter einer letzten Walzeinrichtung umfassen.
Die Gieß-Walzanlage gemäß der Erfindung umfasst vorzugsweise wenigstens zwei unmittelbar hintereinander angeordnete Walzeinrichtungen bzw. Walzgerüste.
Der Abstand zwischen den Walzeinrichtungen und der wenigstens einen Bandgießmaschine kann zwischen 5 m und 20 m betragen. Durch die kompakte Anordnung werden Ausscheidungsprozesse im Walzgut unterbunden.
Die Gieß-Walzanlage gemäß der Erfindung umfasst vorzugsweise ein Schrottrückführsystem von Prozessschrotten in eine Lagerebene der Schmelzaggregate
Die Erfindung wird nachstehend unter Bezugnahme auf ein in den Zeichnungen dargestelltes Ausführungsbeispiel erläutert.
Es zeigen:

1 eine schematische Darstellung des Gieß-Walzprozesses gemäß der Erfindung und
2 eine schematische Darstellung eines Regelschemas des Verfahrens gemäß der Erfindung.

1 zeigt eine Gieß-Walzanlage 1 zur Herstellung von Aluminiumband 2 nach dem erfindungsgemäßen Verfahren. Die Gieß-Walzanlage 1 umfasst mehrere Schmelzaggregate 4 zur Herstellung einer Schmelze 3 aus Aluminium. Die nur schematisch dargestellten Schmelzaggregate 4 können beispielsweise als Mehrkammerschmelzöfen ausgebildet sein. Die Schmelzaggregate 4 werden mit einem Aluminiumrohstoff aus einer Lagerebene 5 beschickt, auf welcher in verschiedenen Schrottlägern A, B, C, D unter anderem Aluminiumschrott bevorratet wird. Der Aluminiumschrott setzt sich beispielsweise aus von einer Abfallwirtschaft bezogenem Dosenschrott und teilweise aus Prozessschrott zusammen, der in dem nachstehend beschriebenen Verfahren anfällt.
Die Gieß-Walzanlage 1 gemäß der Erfindung umfasst weiterhin eine Bandgießmaschine 6, die beispielsweise als sogenannter Belt- Caster oder Block-Caster zur Herstellung von Gießband 7ausgebildet ist sowie zwei in Transportrichtung nachgeschaltete Walzgerüste 15, mit denen das Aluminiumband 2 in der Dicke reduziert wird. Die Walzgerüste 15 sind in einem kurzen Abstand von zwischen 5 m und 20 m in Transportrichtung hinter der Bandgießmaschine 6 angeordnet. Der Bandgießmaschine 6 ist unmittelbar nachgeschaltet eine Einrichtung zur Oberflächenreinigung 11 des gegossenen Aluminiumbands 2 sowie eine Schopfschere 12 zum Abtrennen des beim Angießen des Aluminiumbandes 2 anfallenden und nicht weiter verarbeitbaren Gießbandkopfs und/oder Gießbandfußes. Die von der Schopfschere 12 abgetrennten Stücke des Gießbandes 7 werden in einem Schrottbunker 13A gesammelt und einem System für Prozessschrott 25 für zugeführt, welches sortenreine Prozessschrotte zurück in die Lagerebene 5 führt und damit wieder in den Produktionszyklus einbringen kann. Optional kann vor den Walzgerüsten 15 eine Einrichtung zur Temperaturbeeinflussung 16 vorgesehen werden, die als Heiz- und/oder Kühleinrichtung ausgeführt ist.
Die Walzgerüste 15 umfassen jeweils zwei angetriebene Arbeitswalzen und zwei Stützwalzen und ein hydraulisches Anstellsystem für die Arbeitswalzen, über welche der Walzenaufgang einstellbar ist. Die Walzgerüste 15 umfassen darüber hinaus jeweils ein Arbeitswalzen Biegesystem und Mittel zur Axialverstellung der Arbeitswalzen.
Die mit den Schmelzaggregaten 4 erzeugte Aluminiumschmelze 3 wird über eine Gießrinne 8 mit einem geregelten Massenfluss der Bandgießmaschine 6 zugeführt. Zur Regelung des Massenstroms der Schmelze 3 ist in der Gießrinne 8 ein Durchflussregler 9 vorgesehen, dem ein Filter 10 zur Filterung von Verunreinigungen der Schmelze 3 nachgeschaltet ist. Die Zufuhr der Schmelze zur Gießmaschine kann somit kontinuierlich erfolgen, so dass ein quasi kontinuierlicher Gieß-Schmelz-Walzprozess möglich ist. Hinter den beiden die Walzanlage 14 bildenden Walzgerüsten 15 ist eine Bandkühleinrichtung 18 angeordnet, der eine Besäumschere 19 nachgeschaltet ist. Dieser ist eine fliegende Schere 21 nachgeschaltet. Schließlich sind zum Aufwickeln des gewalzten Aluminiumbands zwei Haspel 23 vorgesehen. Hinter der Besäumschere 19 und hinter der fliegenden Schere 21 sind jeweils weitere Schrottbunker 13B und 13C angeordnet, von denen der Prozessschrott über das System für Prozesschrott25 zuführbar ist. Die in den Schrottbunkern 13A, 13B und 13C gesammelten Materialabschnitte können als sortenreiner Schrott den jeweiligen Schrottlägern A, B, C, D der Lagerebene 5 zugeführt werden. Für das System für Prozessschrott 25 kann eine Schrottlogistik vorgesehen sein, die automatisiert, teilautomatisiert oder manuell betrieben werden kann.
Die in den Schrottlägern A, B, C, D vorsortierten Aluminiumschrotte werden zunächst in den Schmelzaggregaten 4 einem zweistufigen Schmelzprozess unterworfen. Dabei wird der Schrott zunächst erwärmt, bis die gegebenenfalls vorhandenen Lacke und andere organische Verbindungen abdampfen. Der Dampf kann beispielsweise als Energieträger weiter verwertet werden. Im Anschluss hieran wird das Aluminium eingeschmolzen. Mithilfe einer Analyseeinrichtung 40 wird die chemische Zusammensetzung der Schmelze analysiert, beispielsweise wird der Anteil der metallenen Verunreinigungen in Form von Eisen, Kupfer, Silizium, Chrom, Magnesium, Mangan Nickel, Zink und Zinn ermittelt. In Abhängigkeit der Analyse wird die Legierungszusammensetzung auf bestimmte gewünschte Eigenschaften nachchargiert. Hierzu werden aus der Lagerebene 5 bzw. aus den Schrottlägern A, B, C, D entsprechende Anteile an Prozessschrott und/oder an Reinaluminium zugeführt. Die Temperatur der Schmelze wird unter anderem auch über den Anteil des zugegebenen Schrotts eingestellt.
Die eingestellte Schmelze wird über die Gießrinne 8 mit einem geregelten Massenstrom der Bandgießmaschine 6 zugeführt. Dabei durchläuft die Schmelze den Filter 10, der etwaige Verunreinigungen der Schmelze abfiltert. Eine nicht näher bezeichnete Gießdüse führt die Schmelze in den Erstarrungsbereich. Die Kokille der Bandgießmaschine 6 ist als mitfahrende Kokille ausgeführt. Die Schmelze erstarrt ohne Relativbewegung zur Kokille. Dadurch ergibt sich ein sehr intensiver Wärmeübergang und die Schmelze kann verhältnismäßig schnell erstarren. Die Schmelze wird mit einer Dicke von 10 mm bis 30 mm, besonders bevorzugt mit einer Dicke von 15 bis 25 mm als Gießband 7 gegossen, wobei die Gießgeschwindigkeit 4 m/min bis 16 m/min beträgt. Durch die schnelle Erstarrung der Schmelze werden Segregationen verhindert und die Ausscheidungen der Verunreinigung in Form von beispielsweise Eisen, Kupfer, Silizium, Chrom, Nickel, Zink und Zinn unterdrückt. Die Legierungsbestandteile bleiben weitestgehend in Lösung. Dadurch ist der Gießprozess toleranter gegenüber Verunreinigungen. Durch die starre, mitfahrende Kokille der Bandgießmaschine 6 kommt es nicht zu Ablösungen des erstarrenden Strangs. Der Wärmeübergang bleibt gleichmäßig hoch.
Das erstarrte Gießband 7 wird direkt der Walzanlage 14 zugeführt und in der Dicke zu Aluminiumband 2 reduziert. Durch den Umstand, dass zwischen der Walzanlage 14 und der Bandgießmaschine 6 nur ein verhältnismäßig geringer Abstand vorgesehen ist, wie vorstehend bereits ausgeführt wurde, werden Ausscheidungsprozesse im Walzgut unterbunden.
Die Stichabnahme je Walzgerüst 15 beträgt vorzugsweise zwischen 25 % und 70 % pro Walzgerüst. Dadurch wird das Gussgefüge des Gießbandes 7 in ein Walzgefüge des Aluminiumbandes 2 überführt und eine Walztextur im Material erzeugt. Wie vorstehend ebenfalls bereits erwähnt, sind an jedem Walzgerüst 15 hydraulisch wirkende Aktuatoren angeordnet, mit denen der Walzenaufgang, und/oder ein Walzen Biegesystem und/oder eine axiale Verstellung der Arbeitswalzen bewirkt werden kann.
Erfindungsgemäß ist eine Regelung der Walzanlage in Abhängigkeit der Legierungszusammensetzung der Schmelze 3 vorgesehen, die über die Analyseeinrichtung 40 ermittelt wird und einer mit 50 bezeichneten Regel- und/oder Steuereinrichtung zugeführt wird. Diese steuert die Aktuatoren der Walzgerüste 15 entsprechend an, wobei zweckmäßigerweise eine Vorsteuerung der Walzanlage 14 für einen gegebenen oder gewählten Bandlängenabschnitt des Gießbandes 7 vorgesehen ist. Die Vorsteuerung umfasst die Vorgabe wenigstens eines Sollwerts für eine Dicken- und/oder Profilregelung wenigstens eines der Walzgerüste 15. Mittels der Vorsteuerung erfolgt eine Korrektur der wenigstens einen Dicken- und/oder Profilregelung, sobald das gegossene Gießband 7 mit einer bestimmten bekannten Legierungszusammensetzung in die Walzanlage 14 einläuft.
Die Einstellung der Dicke, Stichabnahme und Breite des Aluminiumbands 2 ergeben sich aus verschiedenen Parametern, die den Umformwiderstand definieren. Diese Parameter umfassen die Legierungszusammensetzung, die Bandtemperatur, den Bandzug, die Walzenschmierung, die Bandschmierung, den Walzendurchmesser, die Walzengeometrie (Biegung, Bombierung, Crown), die Walzkraft und das Walzmoment.
Erfindungsgemäß ist vorgesehen, wenigstens einige dieser Parameter zu regeln, wobei die Berechnung innerhalb der Steuereinrichtung 50 erfolgen kann und die Steuereinrichtung auf ein Prozessmodell 55 zurückgreift oder alternativ die Berechnung innerhalb des Prozessmodells 55 erfolgt und die Ergebnisse der Berechnung in der Steuereinrichtung zu Einstellparametern der Gieß-Walzanlage 1 umgewandelt werden. Insbesondere ist vorgesehen, dass die Ergebnisse der Analyseeinrichtung 40 zum Regeln und/oder Steuern wenigstens auf die Walzanlage 14 einwirken, und zwar vorzugsweise unabhängig vom Gießvorgang und der Bandgießmaschine 6.
Das Regelschema ist grob schematisch in 2 veranschaulicht. Verfahrensschritt a) bezeichnet das Aufschmelzen des Aluminiumrohstoffs, Verfahrensschritt b) die Analyse der Legierungszusammensetzung der Schmelze, Verfahrensschritt c) das Gießen der Schmelze mittels der Bandgießmaschine 6 und Verfahrensschritt d) das Walzen des Warmbandes. In 2 sind im Übrigen gleiche Teile der Gieß-Walzanlage 1 mit gleichen Bezugszeichen versehen.
Mit dem Bezugszeichen 60 ist ein Produktionsplanungs- und Steuerungsmodul bezeichnet, das mit dem Prozessmodell 55 verbunden ist, um Produktionsvorgaben, wie Bandbreiten, Zieldicken, Zielgefüge etc. mit in die Berechnung einfließen zu lassen. Über das Produktionsplanungs- und Steuerungsmodul 60 wird beispielsweise über die Zielvorgabe X auf die Zusammensetzung der Schmelze 3 eingewirkt, beispielsweise durch entsprechende Zuführung von Aluminiumschrotten aus den verschiedensten Schrottlägern A, B, C, D. Die sich daran anschließende Analyseeinrichtung 40 ermittelt den Anteil der Verunreinigungen der Schmelze 3, der als Eingangsgröße der Steuereinrichtung 50 zugeführt wird.
Bezugszeichenliste

1: Gieß-Walzanlage
2: Aluminiumband
3: Schmelze
4: Schmelzaggregate
5: Lagerebene
6: Bandgießmaschine
7: Gießband
8: Gießrinne
9: Durchflussregler
10: Filter
11: Einrichtung zur Oberflächenreinigung
12: Schopfschere
13 A, 13 B, 13 C: Schrottbehälter
14: Walzanlage
15: Walzgerüste
16: Einrichtung zur Temperaturbeeinflussung
17: nicht vergeben
18: Bandkühleinrichtungen
19: Besäumschere
20: nicht vergeben
21: fliegende Schere
23: Haspel
24: Bundlager
25: Schrottrückführsystem
40: Analyseeinrichtung
50: Steuereinrichtung
55: Prozessmodell
60: Produktionsplanungs- und Steuerungsmodul
A, B, C, D: Schrottläger

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

WO 20190102841 [0002]

Claims

Verfahren zur Herstellung von Aluminiumband (2) in einem gekoppelten Gieß-Walzprozess, umfassend die Verfahrensschritte: a) Aufschmelzen eines Aluminiumrohstoffs umfassend wenigstens eine Aluminiumlegierung in wenigstens einem Schmelzaggregat (4), b) Bestimmen der Legierungszusammensetzung der Schmelze (3) c) Gießen der Schmelze (3) zu einem Gießband (7) mittels wenigstens einer Bandgießmaschine (6), d) Walzen des Warmbandes in einer Walzanlage (14) umfassend wenigstens eine Walzeinrichtung zur Umformung des Warmbandes zwecks Dicken- und/oder Breitenabnahme, und e) Regeln und/oder Steuern wenigstens eines Umformparameters der Walzanlage (14) in Abhängigkeit der Legierungszusammensetzung der Schmelze (3).
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Gieß-Walzprozess als kontinuierlicher Prozess durchgeführt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Umformparameter ausgewählt ist aus einer Gruppe von Parametern umfassend Dickenreduzierung des Warmbandes, Breitenreduzierung des Warmbandes, Bandtemperatur des Warmbandes, Walzgeschwindigkeit, Bandzug des Warmbandes, Walzkraft, Walzenbiegung, Axialverstellung wenigstens einer Walze, Walzenspaltgeometrie, Walzmoment, Kühlung der Walzen, Schmierung der Walzen.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Regelung eine Vorsteuerung der Walzanlage (14) für einen gegebenen und/oder gewählten Bandlängenabschnitt des Gießbandes in Abhängigkeit der nach Verfahrensschritt b) bestimmten Legierungszusammensetzung umfasst.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorsteuerung die Vorgabe wenigstens eines Sollwerts für eine Dicken- und/oder Profilregelung wenigstens einer Walzeinrichtung umfasst.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Schmelze (3) einen Rezyklat Anteil, vorzugsweise in Form von Aluminiumschrott, von wenigstens 60 Gew. %, vorzugsweise wenigstens 70 Gew. %, weiterhin bevorzugt wenigstens 85 Gew. % und besonders bevorzugt wenigstens 95 Gew. % aufweist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Aluminiumlegierung ausgewählt ist aus einer Gruppe umfassend die Aluminiumlegierungen AA2XXX, AA5XXX, AA6XXX und AA7XXX
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Gießen der Schmelze (3) zu einem Gießband (7) mit einer Dicke von 10 mm bis zu einer Dicke von 30 mm erfolgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Gießen mit einer Gießgeschwindigkeit von 4 m/min bis 16 m/min erfolgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, gekennzeichnet durch eine abrasive Oberflächenkonditionierung der Oberseite und/oder Unterseite des Gießbandes.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Walzen bei einer Temperatur von 150°C bis 600°C, bevorzugt 300° bis 500°C und mit einer Dickenabnahme von 20% bis 75 % pro Walzgerüst bezogen auf die Ausgangsdicke des Warmbandes durchgeführt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Gießen der Schmelze (3) unter Verwendung wenigstens einer Gießmaschine mit einer mitfahrenden Kokille durchgeführt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, gekennzeichnet durch einen Parallelbetrieb mehrerer Schmelzaggregate (4), vorzugsweise mit verschiedenen Legierungszusammensetzungen.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 13, gekennzeichnet durch das Mischen von Schmelzen (3) mit verschiedenen Legierungszusammensetzungen.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 14, gekennzeichnet durch das Einstellen der Temperatur des Gießbandes (7) vor dem Walzen.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 15, gekennzeichnet durch das Abschrecken des Warmbandes hinter der wenigstens einen Walzeinrichtung.
Aluminiumzwischenerzeugnis vorzugsweise erhalten nach dem Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 16 mit einem Rezyklat Anteil von wenigstens 70 Gew. %, vorzugsweise wenigstens 85 Gew. % und besonders bevorzugt von wenigstens 95 Gew. %.
Gieß-Walzanlage (1) zur Herstellung von Aluminiumband (2), insbesondere zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 17, umfassend wenigstens ein Schmelzaggregat (4), wenigstens eine Bandgießmaschine (6) und wenigstens eine Walzeinrichtung, Mittel zur Bestimmung der Legierungszusammensetzung einer Aluminiumschmelze sowie wenigstens eine Regel- /und Steuereinrichtung (50), Regelung und/ oder Steuerung wenigstens eines Umformparameters der wenigstens einen Walzeinrichtung in Abhängigkeit der Legierungszusammensetzung der Schmelze (3).
Gieß-Walzanlage (1) nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Bandgießmaschine (6) als Gießmaschine mit einer mitfahrenden Kokille ausgebildet ist.
Gieß-Walzanlage 1 nach einem der Ansprüche 18 oder 19, dadurch gekennzeichnet, dass als Schmelzaggregat 4 wenigstens ein Mehrkammerschmelzofen vorgesehen ist.
Gieß-Walzanlage (1) nach einem der Ansprüche 18 bis 20 gekennzeichnet durch eine Vielzahl von Walzgerüsten (15), die vorzugsweise wenigstens zwei Arbeitswalzen und zwei Stützwalzen sowie wenigstens zwei hydraulische Anstellzylinder zur Einstellung eines Walzspalts aufweisen.
Gieß-Walzanlage (1) nach einem der Ansprüche 18 bis 21 gekennzeichnet durch Mittel zur abrasiven Oberflächenkonditionierung des Gießbandes, die vorzugsweise in Transportrichtung vor der wenigstens einen Walzeinrichtung angeordnet sind.
Gieß-Walzanlage (1) nach einem der Ansprüche 18 bis 22 gekennzeichnet durch wenigstens eine Besäumschere (19), die hinter einer Walzeinrichtung und vor einem Haspel (23) angeordnet ist.
Gieß-Walzanlage (1) nach einem der Anspruch 18 bis 23 gekennzeichnet durch ein Schrottrückführsystem von Prozessschrotten in eine Lagerebene (5) der Schmelzaggregate (5).