DE2418642C2 - Verfahren zur kontinuierlichen Oberflächenbearbeitung von Bändern aus Aluminium - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur kontinuierlichen Oberflächenbearbeitung von Bändern aus Aluminium mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs I.

Bei der üblichen Methode zur Herstellung von flächigem Halbzeug geht man im allgemeinen so vor, daß Gußblöcke mit einer Dicke von wenigstens 80 mm an ihrer Oberfläche durch Abfräsen mechanisch gereinigt und anschließend in mehreren Warm- und Kaltwalzschritten zu einem Metallband verformt werden.

Neuerdings ist es möglich, durch Anwendung spezieller Gießvorrichtungen kontinuierlich Gußstränge mit bandförmigem Querschnitt herzustellen. So ist es bei= spielsweise gelungen, kontinuierlich ein gegossenes Aluminiumband bei einer Dicke von 15 bis 30 mm in einer Breite von 1200 bis 1800 mm zu erzeugen. Das Gießen derartiger Formate ermöglicht ein sehr wirtschaftliches Arbeiten, da im Vergleich zur herkömmlichen Produktionsweise Walzstiche im erheblichen Umfang eingespart werden können.

Aus wirtschaftlichen und technologischen Gründen setzt das kontinuierliche Gießen derartiger Formate aber voraus, daß diese möglichst ohne weiteren Wärmeverlust unmittelbar nach ihrer Erstarrung einem ersten Warmwalzschritt zugeführt werden. An diesen schließen sich zweckmäßigerweise weitere Warm- und KaItwalzschritte an. Diese Verfahrensweise ist deswegen besonders wirtschaftlich, weil keine besondere Anwärmung des Materials für das Warmwalzen erforderlich ist Technologisch ist die Abfolge Stranggießen — Warmwalzen deshalb notwendig, weil das gegossene

Band — das aus wirtschaftlichen Gründen in möglichst

großen Längen hergestellt werden muß — anders als im vor- oder fertiggewalzten Zustand praktisch nicht zu handhaben ist.

Das auf diese Weise hergestellte Metallband hat den

Nachteil, daß seine Oberfläche all die Unregelmäßigkeiten aufweist, die in einer Gußhaut normak-rweise auftreten. Diese Unregelmäßigkeiten, die aus Oxideinschlüssen. Seigerungen, Poren und dergleichen bestehen, wirken sich bei Metallbändern insbesondere dann sehr störend aus, wenn diese zu dünnen Blechen. Bändern oder Folien weiterverarbeitet werden, an deren Oberflächenbeschaffenheit erhöhte Anforderungen gestellt werden. Die vom Gießvorgang herrührenden Unregelmäßigkeiten müssen daher entfernt werden. Hierzu ist bereits ein Verfahren der im Oberbegriff des Anspruchs 1 beschriebenen Art vorgeschlagen worden, bei dem das kontinuierlich gegossene Band im Anschluß an den Austritt aus der Gießmaschine zunächst geglättet und dann von der Gußhaut befreit wird (DE-OS 21 14 301). Das Abtragen der Gußhaut soll durch Schleifen, Schaben oder Fräsen erfolgen. Nachteilig ist dabei, daß diese mechanischen Abtragverfahren Späne erzeugen, die vor der Weiterverarbeitung des Bandes durch Walzen sorgfältig entfernt werden müssen. Außerdem ist es schwierig, beispielsweise ein soeben erstarrtes Aluminiumband mit einer Temperatur von 500 bis 550¹¹C mechanisch abtragend zu bearbeiten, weil der Werkstoff unter diesen Umständen zum Schmieren neigt. Bei dem vorbekannten Verfahren wird daher schon vorgeschlagen, die Oberfläche des zu bearbeitenden Bandes zu kühlen. Auch für das Entfernen der Späne wird u. a. ein Abspülen der Werkstückoberfläche mit einer Flüssigkeit empfohlen. Diese Maßnahmen — wie überhaupt jede Maßnahme, die an dem Gußstrang zwisehen dem Austritt aus der Gießmaschine und dem Eintritt in die erste Walzstufe durchgeführt wird — beeinträchtigen in erheblichem Umfang die Wirtschaftlichkeit des gesamten Verfahrens, weil sie zwangsläufig eine unnötige Abkühlung des Gußbandes mit sich bringen, wodurch der Umfang der Warmverformung ohne erneutes Aufheizen des Bandes eingeschränkt wird.

Das mechanische Abtragen der Gußhaut eines stranggegossenen Bandes hat ferner den Nachteil, daß aus Sicherheitsgründen unnötig viel Material abgetragen werden muß. Wegen der nicht zu vermeidenden Unebenheiten einer Gußoberfläche, müssen die abgetragenen Vorrichtungen so eingestellt werden, daß sie auf jeden Fall auch die am tiefsten sitzenden Unregelmäßigkeiten miterfassen. Zum Ausgleich der Werkzeugabnutzungen und zur Kompensation gewisser Toleranzen beim Einstellen der Werkzeuge muß ein weiterer Sicherheitszuschlag beim Abtragen einkalkuliert werden. Insgesamt führt das mechanische Abtragen daher zu einem unnötig hohen Metallverlust, der die Wirtschaftlichkeit des gesamten Verfahrens erheblich belastet.

Es ist an sich bekannt, ein Kupfer-Bandmaterial nach dem Walzen zu beizen (DE-OS 20 12 753).

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein wirtschaftliches Verfahren der im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen Art zur Beseitigung der vom Stranggießen herrührenden Unregelmäßigkeiten der Bandoberfläche von stranggegossenen bandförmigen Querschnitten zu schaffen.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist ein Verfahren gemäß der Erfindung durch die Merkmale des Anspruchs 1 gekennzeichnet

Die beanspruchte Kombination von Verfahrensschlitten soll dabei nicht unmittelbar nach dem Erstarren des gegossenen Bandes erfolgen, sondern erst, wenn der kontinuierlich gegossene bandförmige Strang durch sich an dessen Erstarrung unmittelbar anschließendes Walzen zu einem wickelfähigen Metallband umgeformt ist Das hat nicht nur den Vorteil, daß das Warmwalzen besonders wirtschaftlich durchgeführt werden kann, sondern ermöglicht auch eine Trennung zwischen der kontinuierlicher, Sanderzeugung und dessen kontinuierlicher Oberflächenbehandlung. Man wird dabei selbstverständlich nur die Partien einer Oberflächenbehandlung unterziehen, an deren Oberflächenqualität besonders hohe Anforderungen gestellt werden. So könnte man beispielsweise bei Aluminium die Oberflächenbehandlung auf die sogenannten Eioxierqualitäten beschränken.

Es ist möglich, die Maßnahmen Beizen und Bürsten und Spülen gleichzeitig anzuwenden.

Als Beizmittel wird zweckmäßigerweise eine alkalische, wäßrige Lösung benutet Als besonders wirksam hat sich eine Lösung von ί 00 bis ~D0 g je Liter NaOH herausgestellt Die Verwendung von NaOH als Beizmittel für Aluminium-Werkstücke ist * _; sich bekannt (W. Machu »Oberflächenbehandlung von Eisen- und Nichteisenmetallen«, 1957, S. 582).

Wird die Beizbehandlung in mehreren Stufen durchgeführt, so wird in der ersten Stufe vorteilhafterweise eine Konzentration von 40 bis 50 g/l AI in der NaOH-Lösung, in den folgenden Stufen eine je nach Stufenzahl um 10 bis 20 g/l geringere Al-Konzentration und in der letzten Stufe eine Konzentration von 0 bis 10 g/l Ai aufrechterhalten.

Das Beizmittel wird dabei am besten unter Einschluß einer Regenerierstufe im Kreislauf durchgeführt, und zwar im Gegenstrom zu dem kontinuierlich in mehreren Beizstufen bearbeiteten Metallband. Das im Beizmittel enthaltene Aluminium wird dabei in der Regenerierstufe vorteilhafterweise durch Zugabe von Flußsäure und/ oder Fluoriden als Kryolith ausgefällt Es hat sich herausgestellt, daß bei 40 bis 8O⁰C eine Beizdauer von 10 bis 200 see ausreichend ist Dabei können von der Metallbandoberfläche 10 bis 100 g/m² abgetragen werden.

Zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens kann beispielsweise eine kontinuierlich arbeitende Anlage mit folgenden Einzelstufen benutzt werden:

1. Mechanische Bearbeitung des Bandes mit rotierenden Stahlbürsten, unter gleichzeitigem Besprühen mit Wasser.

2. Beizen mit 200 g/l NaOH plus 45 g/l Al, 20 see, Tauchenbei80^cC.

3. Mechanische Bearbeitung mit rotierenden Stahlbürsten unter gleichzeitigem Besprühen mit Beizbad aus der Stufe 2.

4. Beizen mit 200 g/l NaOH plus 27 g/l Al, 20 see, Tauchenbei80°C

5. Beizen mit 200 g/l NaOH plus 0 bis 10 g/l Al, 20 see, Tauchen bei 80° C.

6. Mechanische Bearbeitung mit rotierenden Stahlbürsten unter gleichzeitigem Besprühen mit Wasser.

7. Dreifache Kaskadenspülung mit Wasser.

Die in der ersten Stufe angewendete mechanische Bearbeitung hat nur den Zweck, die vom Wab"<5n her relativ glatte Oberfläche etwas anzurauhen, nicht jedoch einen Oberflächenabtrag zu bewirken. Für das Abtragen der mit Unregelmäßigkeiten durchsetzten Bandoberfläche ist insbesondere das Beizen vorgesehen. Dabei wird beispielsweise hai einem Metallband aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung reines Aluminium aus der Oberfläche herausgelöst so daß die andere Elemente enthaltenden Seigerungsbereiche ihre mechanische Bindung zum Metallband verlieren. Sie können dann leicht durch Besprühen und Bürsten entfernt werden. Die abschließende Spülung mit Wasser verhindert, daß Lösungsmittelreste auf dem Band verbleiben und sich bei der späteren Verwendung nachteilig bemerkbar machen.

Die während des Beizens verbrauchte Natronlauge wird in Form von wäßriger Natronlauge mit 200 g/l NaOH dem Beizbad 5, vorzugsweise kontinuierlich zugegeben. Eine entsprechende Flüssigke.tsmenge läuft gleichzeitig aus dem Beizbad 5 in das Beizbad 4 über. Der Überlauf von Beizbad 4 speist das Beizbad 2. (Die Zahlen beziehen sich auf die vorgenannten Einzelstufen.)

Aus dem Überlauf des Beizbades 2 tritt eine wäßrige Natriumaluminat-Lösung, die Natriumhydroxid und Aluminium etwa im Mol-Verhähnis 3 :1 aufweist Am Ende der Wasserspülkaskade wird Frischwasser, vorzugsweise vollentsalztes Wasser, eingespeist Dieses Wasser läuft von Spülbad zu Spülbad in Richtung auf das Beizbad der Stufe 5. Das am Anfang der Spülwasserkaskade austretende, relativ viel Natriumhydroxid enthaltende Spülwasser kann zum Vor .ösen des für die Ergänzung des Beizbades 5 benötigten Natriumhydroxids verwendet werden. Zwischen allen mit Flüssigkeiten betriebenen Verfahrensstufen werden zweckmäßig Abquetschwalzen angeordnet um ein unkontrolliertes Vermischen der Lösungen zu vermeiden.

Die aus der Beizanlage anfallenden verbrauchten Beizlösungen stellen Natriumaluminat-Lösungen unterschiedlichen NaOH/AI-Mol-Verhältnisses dar. Die Abwasseraufbereitung *vird besonders einfach, wenn das Mol-Verhältnis beispielsweise wie vorstehend beschrieben 3 :1 beträgt In diesem Falle ist es nämlich möglich, durch Zugabe von 6 Mol HF auf 1 Mol Al zu einem Abwasser zu gelangen, das nach dem Eindampfen, beispielsweise im Sprühtrockner oder im Drehrohr Na3AIF₆ (Kryolith) ergibt Dieser kann als Zusatzstoff in der Aluminiumelektrolyse eingesetzt werden.

Eine andere Möglichkeit der Abwasseraufbereitung besteht darin, der Al enthaltenden Natronlauge pro 1 Mol Al 3 Mol NaHF₂ zuzusetzen. Es bildet sich hierbei ebenfalls Kryolith unter Freisetzung von Natronlauge. Unter Anwendung von Eindickern in Verbindung mit Filtrationsgeräten lassen sich Kryolith und Natronlauge voneinander trennen. Die Natronlauge wird in den Beizprozeß zurückgeführt

Claims (7)

Patentansprüche:

1. Verfahren zur kontinuierlichen Oberflächenbearbeitung von Bändern aus Aluminium, wobei die Bänder aus einem kontinuierlich gegossenen, bandförmigen Strang durch sich an dessen Erstarrung unmittelbar anschließendes Walzen hergestellt werden und die vom Stranggießen herrührenden Unregelmäßigkeiten der Bandoberfläche durch ein Abtragverfahren einschließlich eines Bürstens und Spülens entfernt werden, dadurch gekennzeichnet, daß das Abtragverfahren ein Beizen mit einem Beizmittel umfaßt und daß das Beizen, Bürsten und Spülen wiederholt angewendet werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Beizen, Bürsten und Spülen gleichzeitig angewendet werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß bei der mehrstufigen Beizbehandlung in der ersten Stufe eine Konzentration von 40 bis 50 g/l AI in einer NaOH-Lösung und in den folgenden Stufen eine um je 10 bis 20 g/l geringere Al-Konzentration bis zu einer Konzentration von 0 bis 10 g/l AI in der letzten Stufe aufrechterhalten werden.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Beizmittel unter Einschluß einer Regenerierstufe im Kreislauf geführt wird.

5. Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Beizmittel im Gegenstrom zu dem Aluminiumband durch die Beizstufen geführt wird.

6. Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß das im Beizmittel enthaltene Aluminium in der Regenerierstufe durch Zugabe von Flußsäure und/oder Fluoriden, vorzugsweise als Kryolith, ausgefällt wird.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß von der Aluminiumbandoberfläche 10 bis 100 g/m² abgetragen werden.