DE10222178B4 - Method for producing a mold and apparatus for casting anodes - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Form aus einem metallischen Werkstoff, wobei die Form als Gießform für metallische Gußprodukte ausgebildet ist.The invention relates to a method for producing a mold from a metallic material, wherein the mold is designed as a casting mold for metallic castings.
Die Erfindung betrifft darüber hinaus eine Vorrichtung zum Gießen von Anoden, die als eine Gießform ausgebildet ist, die mindestens eine Gießmulde zur Formgebung für die Anode aufweist.The invention further relates to an apparatus for casting anodes, which is formed as a mold having at least one casting trough for shaping the anode.
Eine Vielzahl von metallischen Werkstoffen werden in einem geschmolzenen Zustand in Formen gegossen, um Werkstücke mit einer vorgegebenen Kontur herzustellen. Beispielsweise wird ein derartiger Gießvorgang bei der Herstellung von Kupferanoden durchgeführt. Derartige Kupferanoden werden bei der Kupferproduktion in einem Zwischenschritt hergestellt, um als Endprodukt hochreines Kupfer zu erzeugen.A variety of metallic materials are poured into molds in a molten state to produce workpieces having a predetermined contour. For example, such a casting process is carried out in the production of copper anodes. Such copper anodes are produced in copper production in an intermediate step to produce high purity copper as the final product.
Eine typische Kupferproduktion wird derart durchgeführt, daß zunächst aus sulfidischen Kupferkonzentraten über mehrere Prozeßschritte durch Schmelzen und Oxidieren ein Produkt mit einem Anteil von ca. 99% an reinem Kupfer hergestellt wird. Dieses Rohkupfer wird dann zu Kupferanoden verarbeitet, die einer elektrolytischen Raffination in Elektrolysebädern unterworfen werden. Eine typische Verarbeitung des Rohkupfers zu Anoden erfolgt derart, daß das flüssige Rohkupfer in metallische Formen eingegossen wird. Bewährt hat sich insbesondere die Verwendung von Formen aus Kupfer, die vor dem Eingießen des flüssigen Rohkupfers mit einem Trennmittel beschichtet werden, um einen anschließenden Entformungsvorgang zu erleichtern.A typical copper production is carried out in such a way that a product with a proportion of about 99% of pure copper is first produced from sulphide copper concentrates by means of several process steps by melting and oxidizing. This blister copper is then processed into copper anodes, which are subjected to electrolytic refining in electrolysis baths. A typical processing of the crude copper to anodes is carried out such that the liquid crude copper is poured into metallic molds. In particular, the use of molds made of copper, which are coated with a release agent before pouring the liquid crude copper, in order to facilitate a subsequent Entformungsvorgang has proven particularly useful.
Die Formen werden typischerweise derart hergestellt, daß in eine Metallschmelze ein gekühlter Stempel eingeführt wird, dessen Kontur den später herzustellenden metallischen Werkstücken entspricht. Nach einer Trennung des Stempels von der Form, können die Formen für die Herstellung der metallischen Werkstücke verwendet werden.The molds are typically made by introducing into a molten metal a cooled die whose contour corresponds to the metallic workpieces to be produced later. After a separation of the stamp from the mold, the molds can be used for the production of the metallic workpieces.
Bei der Verwendung derartiger Formen aus gegossenen Metallen hat es sich herausgestellt, daß die Haltbarkeit dieser Formen nur sehr begrenzt ist. Bei der Herstellung der Formen entstehen Materialspannungen, die bei einer späteren Verwendung zu Rißbildungen führen. Kleinere Risse können zwar mit entsprechendem Aufwand noch repariert werden, bei einem Auftreten von größeren Rissen können die Formen aber nicht weiter verwendet werden.In using such molds of cast metals, it has been found that the durability of these molds is very limited. During the production of the molds material stresses arise, which lead to cracks during later use. Smaller cracks can still be repaired with the necessary effort, but if larger cracks occur, the molds can not be used any further.
Auch bei einem anderen Herstellungsvorgang für die Produktion von Formen, bei dem das flüssige Metall für die Herstellung der Formen in eine eigene Form gegossen wird, die im Bodenbereich ein Anodenmodell zur Vorgabe der Kontur für die zu gießende Anode enthält, treten bei einem Abkühlvorgang ähnliche thermische Effekte auf, die auch hier zu inneren Materialspannungen führen. Bei allen bislang eingesetzten Verfahren zur Herstellung der Formen ist es darüber hinaus erforderlich, die zunächst gegossene Form nachzuarbeiten, um eine ausreichend präzise Formgeometrie für die Produktion der metallischen Werkstücke bereitzustellen.In another production process for the production of molds, in which the liquid metal for the production of the molds is poured into a separate mold, which contains an anode model in the bottom region for setting the contour for the anode to be cast, occur during a cooling process similar thermal Effects that lead to internal material stresses also here. In addition, in all of the methods used hitherto for the production of the molds, it is necessary to rework the initially cast mold in order to provide a sufficiently precise mold geometry for the production of the metal workpieces.
Ein weiteres Problem bei der Verwendung von gegossenen Formen besteht darin, daß die Formen relativ zueinander unterschiedlich sind. Dies resultiert daraus, daß insbesondere bei einer Verwendung von Kupfer als Formmaterial das Kupfer beim Vergießen Sauerstoff aufnimmt und bei einem Abkühlungsvorgang Gase ausscheidet. Hierdurch entstehen Poren und bei einer Verwendung von Kupfer können zusätzlich Kupferoxide abgeschieden werden. Auch diese Effekte führen zu einer ungleichmäßigen Wärmeabfuhr sowohl bei der Herstellung der Form als auch bei der anschließenden Produktion der metallischen Werkstücke. Derartige ungleichmäßige Wärmeabfuhren unterstützen Rißbildungen bzw. beschleunigen ein Wachsen von Rissen. Die Ungleichmäßigkeit der Formen relativ zueinander hat darüber hinaus den Effekt, daß die Haltbarkeit der einzelnen Formen sehr unterschiedlich ist, so daß fortlaufend einzelne Formen ausgewechselt werden müssen. Hieraus resultieren ständige Produktionsunterbrechungen bei der Herstellung der metallischen Werkstücke.Another problem with using molded molds is that the shapes are different relative to each other. This results from the fact that, especially when copper is used as the molding material, the copper absorbs oxygen during casting and separates out gases during a cooling process. As a result, pores are formed and, when using copper, additional copper oxides can be deposited. These effects also lead to uneven heat dissipation both in the production of the mold and in the subsequent production of the metallic workpieces. Such uneven heat dissipation support cracking or accelerate crack growth. The unevenness of the molds relative to each other has the effect, moreover, that the durability of the individual molds is very different, so that individual molds have to be replaced continuously. This results in permanent production interruptions in the production of metallic workpieces.
Ein zusätzlicher Nachteil bei der Verwendung der derzeitigen gegossenen Formen liegt darin, daß Änderungen an der Formkontur nur relativ aufwendig durchgeführt werden können und daß Materialfehler in der Form, die zu Formen mit bereichsweise zu großen Anodennegativen führen, nur durch einen relativ aufwendigen Materialauftrag korrigiert werden können.An additional disadvantage of using the current molded molds is that changes to the mold contour can only be made relatively expensive and that material defects in the mold, which lead to molds with area to large anode negatives can only be corrected by a relatively complex material application ,
In der
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren der einleitend genannten Art derart zu verbessern, daß Formen mit hoher Qualität sowie hoher Reproduziergenauigkeit hergestellt werden können.The object of the present invention is to improve a method of the initially mentioned type such that molds with high quality and high reproducibility can be produced.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß ein Formrohling durch Abtrennung von einem kontinuierlich gegossenen Strang hergestellt wird und daß anschließend im Formrohling ein Anodennegativ zur Formgebung für das Werkstück hergestellt wird.This object is achieved in that a mold blank is prepared by separation from a continuously cast strand and that then in the mold blank a Anode negative is produced for shaping the workpiece.
Weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Vorrichtung der einleitend genannten Art derart zu konstruieren, daß eine lange Betriebsfähigkeit sowie eine hohe Qualität der zu gießenden metallischen Werkstücke erreicht wird.Another object of the present invention is to construct a device of the aforementioned type such that a long operability and high quality of the metallic workpieces to be cast is achieved.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Gießform aus einem stranggegossenen Werkstoff ausgebildet ist.This object is achieved in that the mold is formed of a continuously cast material.
Die Verwendung eines stranggegossenen Materials als Ausgangswerkstoff für die Gießform ermöglicht die Bereitstellung von sehr gleichmäßigen Materialeigenschaften innerhalb der Gießform und vermeidet weitgehend Materialspannungen innerhalb der Form. Nach einer Unterteilung des kontinuierlich gegossenen Stranges in eine erforderliche Anzahl von Formrohlingen und somit einer Anzahl von Stücken des Stranges weisen die Formrohlinge relativ zueinander nahezu identische Materialeigenschaften auf. Die Formrohlinge werden nach ihrer Abtrennung vom Strang einer geeigneten Materialbearbeitung unterzogen, um die Kontur des Anodennegativs für die Formgebung der Werkstücke herzustellen. Jeder Formrohling wird hierbei einem gleichartigen Bearbeitungsverfahren unterzogen, so daß auch hierdurch eine sehr hohe Reproduktionsgenauigkeit erreicht wird.The use of a continuously cast material as the starting material for the mold enables the provision of very uniform material properties within the mold and largely avoids material stresses within the mold. After dividing the continuously cast strand into a required number of mold blanks and thus a number of pieces of the strand, the blanks have almost identical material properties relative to each other. The mold blanks, after being separated from the strand, are subjected to suitable material processing to produce the contour of the anode negative for the shaping of the workpieces. Each mold blank is subjected to a similar processing method, so that this also a very high reproduction accuracy is achieved.
Ein bevorzugtes Anwendungsgebiet ist darin zu sehen, daß eine Gießform zur Produktion von Kupferanoden hergestellt wird.A preferred field of application is the fact that a mold for the production of copper anodes is produced.
Im Hinblick auf eine wirksame Wärmeabführung bei einem Abkühlen der gegossenen Werkstücke wird vorgeschlagen, daß der Formrohling aus einem kontinuierlich gegossenen Strang aus Kupfer hergestellt wird.In view of effective heat dissipation upon cooling of the cast workpieces, it is proposed that the mold blank be made of a continuously cast strand of copper.
Eine weitere Verbesserung der Materialeigenschaften kann dadurch erreicht werden, daß der Formrohling aus einem kontinuierlich gegossenen Strang aus einer Kupferlegierung hergestellt wird.A further improvement of the material properties can be achieved in that the mold blank is produced from a continuously cast strand of a copper alloy.
Ein typischer Fertigungsvorgang wird derart durchgeführt, daß der Formrohling aus einem eckigen Strang hergestellt wird.A typical manufacturing operation is performed such that the mold blank is made of a square strand.
Darüber hinaus ist auch daran gedacht, daß der Formrohling aus einem runden Strang hergestellt wird.In addition, it is also thought that the mold blank is made of a round strand.
Bei einer vorgesehenen Bearbeitung des gegossenen Stranges ist daran gedacht, daß der gegossene Strang mit einer gegenüber einer Außenkontur der Gießform kleineren Querschnittfläche hergestellt wird.In an intended processing of the cast strand is thought that the cast strand is made with a relation to an outer contour of the mold smaller cross-sectional area.
Bei einem unmittelbaren Abtrennen der Formrohlinge ist vorgesehen, daß der gegossene Strang mit einer gegenüber einer Außenkontur der Gießform gleichen Querschnittfläche hergestellt wird.In an immediate separation of the mold blanks is provided that the cast strand is made with a respect to an outer contour of the mold same cross-sectional area.
Ebenfalls ist es möglich, daß der gegossene Strang mit einer gegenüber einer Außenkontur der Gießform größeren Querschnittfläche hergestellt wird.It is also possible for the cast strand to be produced with a cross-sectional area larger than an outer contour of the casting mold.
Ein typischer Bearbeitungsvorgang besteht darin, daß der Formrohling vor einer Herstellung der Gießform durch einen Walzvorgang bearbeitet wird.A typical machining operation is that the mold blank is processed by a rolling operation prior to manufacture of the mold.
Ebenfalls ist es möglich, daß der Formrohling vor einer Herstellung der Gießmulde durch einen Schmiedevorgang bearbeitet wird.It is also possible that the mold blank is processed by a forging process prior to manufacture of the pouring trough.
Darüber hinaus ist daran gedacht, daß der Formrohling vor einer Herstellung der Gießmulde durch einen Preßvorgang bearbeitet wird.In addition, it is envisaged that the mold blank is processed by a pressing process prior to manufacture of the pouring trough.
Die Herstellung der Gießkontur für die Werkstücke kann dadurch erfolgen, daß die Gießmulde durch einen Materialabtrag hergestellt wird.The production of the casting contour for the workpieces can be effected in that the casting trough is produced by a material removal.
Insbesondere ist daran gedacht, daß die Gießmulde durch einen Fräsvorgang hergestellt wird.In particular, it is envisaged that the pouring trough is produced by a milling process.
Eine alternative Fertigung kann dadurch durchgeführt werden, daß die Gießmulde durch einen formgebenden Verarbeitungsvorgang hergestellt wird.An alternative production can be carried out by making the pouring trough by a shaping processing operation.
Typischerweise erfolgt ein formgebender Vorgang dadurch, daß die Gießmulde durch einen Schmiedevorgang hergestellt wird.Typically, a molding operation is accomplished by making the casting trough by forging.
Darüber hinaus ist es möglich, daß die Gießmulde durch einen Preßvorgang hergestellt wird.Moreover, it is possible that the pouring trough is produced by a pressing operation.
Eine typische Materialauswahl besteht darin, daß die Gießform aus SE-Kupfer ausgebildet ist.A typical choice of material is that the mold is formed of SE copper.
Ebenfalls ist es möglich, daß die Gießform aus SF-Kupfer ausgebildet ist.It is also possible that the mold is formed of SF copper.
Schließlich ist auch daran gedacht, daß die Gießform aus OF-Kupfer ausgebildet ist.Finally, it is also thought that the mold is formed of OF copper.
Eine weitere Verbesserung der Materialeigenschaften der Gießform kann dadurch erfolgen, daß die Gießform aus einer Kupferlegierung ausgebildet ist. Als Legierungselemente können beispielsweise Silber, Chrom, Zirkon, Magnesium, Zink oder Aluminium verwendet werden.A further improvement of the material properties of the casting mold can take place in that the casting mold is formed from a copper alloy. As alloying elements, for example, silver, chromium, zirconium, magnesium, zinc or aluminum can be used.
Eine typische Legierungszusammensetzung wird dadurch definiert, daß die Legierung aus Kupfer besteht, dem bis zu 10% Legierungsstoffe zugesetzt sind.A typical alloy composition is defined by the fact that the alloy consists of copper to which up to 10% of alloying materials have been added.
In den Zeichnungen sind Ausführungsbeispiele der Erfindung schematisch dargestellt. Es zeigen:In the drawings, embodiments of the invention are shown schematically. Show it:
Gemäß der Ausführungsform in
Gemäß der Darstellung in
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