DE19834330A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung von Bleigußband - Google Patents

Abstract

Bei einem Verfahren zur Herstellung von Bleigußband als Vorprodukt für Streckmetallgitter in Bleiakkumulatoren durch kontinuierliches Gießen eines Bleistreifens auf die gekühlte Oberfläche einer rotierenden Trommel wird das gegossene Band unmittelbar nach seiner Erstarrung einer Verformung unterzogen, die durch Rekristallisation des Bandmaterials zu einer isotropen Festigkeitsverteilung führt. Die zusätzliche Verformung erfolgt durch eine Dickenreduktion um 1% bis 25%, insbesondere 15%-25%. DOLLAR A Bei einer Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens ist der rotierenden, gekühlten Walze im Erstarrungsbereich des Bleibandes eine zusätzliche Walze direkt zugeordnet, die eine Verformung des Bleibandes bewirkt, oder der gekühlten, rotierenden Trommel sind eine oder mehrere Walzenpaare direkt nachgeordnet, durch die eine Dickenreduktion des Bandes erfolgt.

Description

Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung von Bleigußband als Vorprodukt für Streckmetallgitter in Bleiakkumulatoren durch Gießen eines Bleistreifens auf die gekühlte Oberfläche einer rotierenden Walze.

Elektrodengitter für Bleiakkumulatoren werden nach den verschiedensten Verfahren herge­ stellt. Beispielsweise werden auf Gittergießmaschinen mehrere Gitter auf einmal in festste­ hende Formen gegossen, oder es wird gemäß der DE-A 30 28 957 ein kontinuierliches Git­ terband mittels einer in flüssiges Blei eintauchenden, rotierenden Trommel, die das Gitter­ muster eingeprägt besitzt, hergestellt.

In anderen Verfahren werden die Elektrodengitter mit einer Streckmetalltechnik aus einem Bleiband hergestellt. Das dazu erforderliche Bleiband kann beispielsweise gemäß US-A 5462109 durch Gießen eines Bleistreifens auf die gekühlte Oberfläche einer Trommel her­ gestellt werden.

Sowohl Bleiband, welches durch Walzen, als auch Bleiband, das durch kontinuierliches Bandgießen hergestellt wird, besitzt allerdings nachteilige Eigenschaften. In beiden Fällen ist das so hergestellte Bandmaterial anisotrop. Bei Walzband ist eine charakteristische Walz­ textur vorhanden, die zu einer maximalen Zugfestigkeit in Walzrichtung und geringerer Festigkeit senkrecht zur Walzrichtung führt. Bei Gußband, das, wie oben erwähnt, durch kontinuierlichen Guß gegen eine rotierende innen gekühlte Trommel erzeugt wird, ist eine gerichtete Erstarrung mit einer charakteristischen Ausrichtung der Korngrenzen in der Bandrichtung mit einem Neigungswinkel gegen die Bandoberfläche vorhanden, die durch Bandvorschub und die Kühlwirkung der Trommel bestimmt ist. In der Querrichtung fehlt diese bevorzugte Ausrichtung der Korngrenzen völlig. Auch Gußband ist in diesen Sinn anisotrop. Bei der Herstellung von Streckmetall aus Gußband kann die stengelige Korn­ struktur mit gegen die Bandoberfläche die geneigten Korngrenzen zu einer unerwünschten Konzentration der Verformung an den Korngrenzen und zur starken Verschiebung der Kör­ ner entlang der Korngrenzen führen (R.D. Prengaman "The matallurgy and performance of cast and rolled lead alloys for battery grids" Journal of Power Sources 67 (1997) 267-278, Fig. 7 u. 8. Derartige lokalisierte Verschiebungen entlang der Korngrenzen während der Git­ terherstellung sind nicht erwünscht, da sie die mechanische Stabilität des Materials verrin­ gern und die Korrosionsneigung verstärken.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung eines Gußbandes und eine dazu geeignete Vorrichtung anzugeben, mit denen die Nachteile der bekannten Verfahren vermieden werden und die Korrosionsbeständigkeit und mechanische Festigkeit der aus dem Band hergestellten Gitter im Bleiakkumulator verbessert werden.

Diese Aufgabe wird bei einem Verfahren gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs angegebenen Maßnahmen gelöst. In den Unteran­ sprüchen sind vorteilhafte Ausgestaltungen des Verfahrens und eine zur Durchführung des Verfahrens geeignete Vorrichtung angegeben.

Wie bereits eingangs erwähnt, hat ein durch kontinuierlichen Guß gegen eine rotierende in­ nen gekühlte Trommel hergestelltes Gußband eine charakteristische Struktur mit einer Aus­ richtung der Korngrenzen in Bandgußrichtung unter einem Neigungswinkel gegen die Bandoberfläche, der durch die Bandvorschubgeschwindigkeit und die Kühlwirkung der Trommel bestimmt wird. In der dazu senkrechten Querrichtung des Bandes fehlt diese Aus­ richtung. Diese Struktur ist in Fig. 1 schematisch dargestellt, dabei ist mit B die Bandguß­ richtung und mit Q der Wärmeabfluß aus dem gegossenen Band bezeichnet.

Sowohl für den Streckprozeß als auch für die Verformungseigenschaften des Gitters unter der Wirkung der Zugspannungen, die durch Aufwachsen von Oxidschichten erzeugt werden (Gitterwachstum), ist eine möglichst homogene und isotrope Verteilung der Festigkeit in der Bandebene und somit auch der Gitterebene vorteilhaft. Dies wird beim traditionellen Guß von Bleigittern in feststehenden Formen erreicht, da die Abkühlung senkrecht zur Gitterebene erfolgt und damit die Lage der Korngrenzen im wesentlichen senkrecht zur Gitterebene und senkrecht sowohl zu den Oberflächen als auch zur Verlaufsrichtung der Gitterstege unab­ hängig von der Ausrichtung der Stege in der Gitterebene erfolgt.

Bei kontinuierlich gegossenem Band können Korngrenzen, je nach den Wärmeflußverhält­ nissen im Moment der Erstarrung, d. h. also, abhängig vom Bandvorschub, von der Kühlrate und von der Richtung des Wärmeabflusses beispielsweise um 70° gegen die Bandoberflä­ che geneigt sein und es können sich somit Schubspannungskomponenten bei Belastung in Richtung der Stegachse ergeben.

Bei Aushärtungszuständen, bei denen das Korninnere eine höhere Festigkeit hat als die Korngrenze, kann die Korngrenze grundsätzlich zum Schwachpunkt der gesamten Struktur werden. Es kann sogenanntes Korngrenzgleiten erfolgen. Dies gilt allerdings nur für Bela­ stungen, die parallel zur ursprünglichen Bandvorschubrichtung liegen. Senkrecht dazu ent­ spricht die Lage der Korngrenzen der bei Gußgiftern. Die Festigkeit des Einzelsteges eines daraus hergestellten Gitters hängt damit in unerwünschter Weise von seinem Drehwinkel zur ursprünglichen Bandrichtung ab.

Dieser grundsätzliche Nachteil wird durch die erfindungsgemäß unmittelbar auf die Erstar­ rung folgende Verformung weitestgehend beseitigt, die durch Rekristallisation zu einer isotropen Festigkeitsverteilung führt. Diese zusätzliche Verformung besteht in einer Dicken­ reduktion um ca. 1% bis 25%, insbesondere ca. 15% - 25%. Diese Dickenreduktion kann in mehreren Schritten erfolgen, sie sollte jedoch stets so dicht am Erstarrungspunkt des Ban­ des erfolgen, daß die Bandtemperatur bei der ersten Verformung zwischen 100 und 300°C liegt.

In Fig. 2 ist schematisch eine Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Ver­ fahrens dargestellt. Diese besitzt in an sich bekannter Weise einen Vorratsbehälter mit flüs­ sigem Blei 1, aus dem ein Streifen 2 aus Blei auf die innen gekühlte, rotierende Trommel 3 gegossen wird.

Erfindungsgemäß ist der Vorrichtung zur Herstellung des Gußbandes eine Anordnung mit einem oder mehreren Walzenpaaren 4 direkt nachgeschaltet, die so dicht hinter der Erstar­ rungszone des aus der Gießanlage auslaufenden Bandes angeordnet sind, daß unter Nutzung der Eigenwärme und bei möglichst geringer zusätzlicher Erwärmung des Bandes eine Dickenreduktion um 1% bis 25%, insbesondere um 15%-25%, erfolgt, die die ge­ wünschte Rekristallisation, die zu einer isotropen Festigkeitsverteilung führt, auslöst.

Vorteilhaft ist es, daß der erste Walzvorgang bei einem mehrstufigen Walzvorgang im Be­ reich des Erstarrungsintervalls der Legierung liegt und dabei zusätzlich eine gleichmäßige Abkühlung der letzten, noch nicht erstarrten Bereiche des Bandes erfolgt und somit die Warmrißbildung unterdrückt wird.

Gemäß Fig. 3 ist unmittelbar im auf die Erstarrung folgenden Bereich des gegossenen Bandes 2 eine zusätzliche Walze 5 angeordnet, die direkt gegen die Gußtrommel 3 arbeitet und die eine zusätzliche geringfügige Verformung erzeugt, die durch Rekristallisation zu ei­ ner isotropen Festigkeitsverteilung führt.

Bei durch Stranggießen von Bleibändern mittels Gießwalzen und nachgeschalteten Abzieh­ walzen ist es aus der DE-C 33 17 109 bekannt, das Band einer Zugspannung zur Erzeugung eines rekristallisierten Gefüges zu unterwerfen. Allerdings ist ein hoher technischer Aufwand notwendig, um eine konstante Zugspannung auf das aus den Abziehwalzen auslaufende Band auszuüben.

Durch das erfindungsgemäße Verfahren und die einfach aufgebaute Vorrichtung zur Durch­ führung dieses Verfahrens wird die Mikrostruktur des Bandes verbessert, und damit die Korrosionsbeständigkeit und die mechanische Festigkeit von aus dem Band hergestellten Streckmetallgittern erhöht. Insbesondere wird die durch das Gießverfahren bedingte nachtei­ lige Ausrichtung der Korngrößen noch während der Bandherstellung und nicht erst zu einem späteren Zeitpunkt eliminiert. Durch das Nachschalten eines oder mehrerer Walzvorgänge, bei denen das kurz zuvor erst erstarrte Gefüge ausreichend stark verformt wird, kann das Material unter der Wirkung der noch hohen Temperatur zumindest teilweise rekristallisieren.

Dadurch, daß der nachgeschaltete Walzvorgang unmittelbar auf die Erstarrung folgt, wird beim erfindungsgemäßen Verfahren die Eigenwärme des Bandes genutzt, gegebenenfalls kann jedoch zusätzlich eine kurzzeitige Zwischen- oder Wiedererwärmung durch einen kur­ zen Ofentunnel oder durch flächige Wärmestrahler erfolgen. Bei der Rekristallisation wird ein globulitisches Gefüge erzeugt, das keine Vorzugslage der Korngrenzen mehr aufweist. Be­ sonders vorteilhaft ist es, daß durch die sekundäre Rekristallisation eine Kornvergröberung auftritt, was zur gleichzeitigen Reduktion der Korngrenzenanzahl führt. Eine Verringerung der Korngrenzenanzahl hat vorteilhaften Einfluß auf die Korrosionsbeständigkeit der Elektroden­ gitter. Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens bzw. der erfindungsgemäßen Vorrichtung liegt darin, daß durch die zusätzliche Verformung eine exaktere Steuerung der Banddicke und ein Ausgleich der Banddickenschwankung ermöglicht wird.

Claims (7)

1. Verfahren zur Herstellung von Bleigußband als Vorprodukt für Streckmetallgitter in Blei­ akkumulatoren durch kontinuierliches Gießen eines Bleistreifens auf die gekühlte Ober­ fläche einer rotierenden Trommel, dadurch gekennzeichnet, daß das gegossene Band unmittelbar nach seiner Erstarrung einer Verformung unterzogen wird, die durch Rekri­ stallisation des Bandmaterials zu einer isotropen Festigkeitsverteilung führt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zusätzliche Verformung durch eine Dickenreduktion um 1% bis 25% erfolgt.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine Dickenreduktion um 15%-25% erfolgt.

4. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Dickenreduk­ tion in mehreren Schritten erfolgt.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Band­ temperatur bei den Verformungsschritten zwischen 100 und 300°C liegt.

6. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der rotierenden, gekühlten Trommel (3) im Erstar­ rungsbereich des Bleibandes (2) eine zusätzlich Walze (5) direkt zugeordnet ist, die eine Verformung des Bleibandes bewirkt.

7. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der gekühlten, rotierenden Trommel (3) eine oder mehrere Walzenpaare (4) direkt nachgeordnet sind, durch die eine Dickenreduktion des Bleibandes erfolgt.