DE2733368A1 - Vorrichtung zum giessen von halbzeug - Google Patents

Description

PATENTANWALT DR. HANS-GUNTHER EGGERT₁ DIPLOMCHEMIKER

O '1 O O O C U

S KÖLN 51, OBERLÄNDER UFER 90 £ f O O OO

Köln, den 22. Juli 1977

Nr. 69

Societe de Vente de !'ALUMINIUM PECHINEY, 23 bis, rue Balzac, PARIS 8°, Frankreich

CEGEDUR Societe de Transformation de !'ALUMINIUM PECHINEY, 66, avenue Marceau, PARIS 8°, Frankreich

Vorrichtung zum Gießen von Halbzeug

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum kontinuierlichen Gießen von Halbzeug mit einer Gießwalze mit umlaufender Nut.

Das kontinuierliche Gießen von Metallegierungen und insbesondere von Aluminiumlegierungen mit sich drehender Gießwälze, die mit einem Band, das von der Walze mitgenommen wird, abgedichtet wird, ist seit langem bekannt und hat bereits zu der Entstehung von verschiedenen industriellen Verfahren geführt. Dieses Gießprinzip ist vor allen zum Herstellen von Halbzeug verwendet worden, das zum Walzen von Draht bestimmt war. Hierbei wird das die Gießwalze in heißem Zustand verlassene Halbzeug durch eine Warmwalzstraße geführt und dann am Ende hiervon der WaIzdraht in kaltem oder mäßig warmem Zustand aufgehaspelt, wobei alle Vorgänge in einer einzigen Linie kontinuierlich vorgenommen werden (Figur 1).

Die in Figur 1 dargestellte Gießmaschine 1 besitzt eine Gießwalze 2, die von einem Band 3 abgedichtet wird. Eine Rolle 4 dient zum Spannen des Bandes 3. Eine Rolle 5 drückt

709885/0832

das Band 3 benachbart dem Gießbereich gegen die Gießwalze Flüssiges Metall wird bei 6 zugeführt, während das gegossene Halbzeug 7 vom Austritt der Gießwalze 2 durch eine Walzenstraße 8 geführt wird, durch die das Halbzeug 7 zu Walzdraht 9 gewalzt wird. Der Querschnitt des Halbzeugs, der im allgemeinen trapezförmig ist, variiert entsprechend den An-

2
lagen von 9OO bis über 3.OOO mm , während der erhaltene Walzdraht im allgemeinen einen Durchmesser von 7,5 und 9,5 mm aufweist.

Es ist ferner möglich, nach dem gleichen Prinzip Breitband zu gießen, das z.B. eine Stärke von 15 bis 30 mm und eine Breite von 2OO bis 4OO mm besitzt und das dann in einer Straße warm- und dann kaltgewalzt wird, um Bänder herzustellen, die z.B. zur Herstellung von Ausgangsmaterial zum Fließpressen bestimmt sind.

Der Ausbau dieser Maschinen'variiert entsprechend der Zahl der Hilfsrollen und der Anordnung der Metallzufuhr und des Austritts für gegossenes Metall.

Figur 1 zeigt eine Gießmaschine, die mit einer Gießwalze und einer kleineren und einer größeren Rolle ausgerüstet ist. Die Maschine von Figur 2 entsprechend der GB-PS 1 143 164 weist eine Gießwalze und zwei gleich große Hilfsrollen auf. Figur 3 zeigt eine Maschine mit einer Gießwalze und drei Hilfsrollen entsprechend der FR-PS 1 178 58O, die insbesondere zum Gießen von Breitband dient. Figur 4 zeigt eine Maschine entsprechend der US-PS 3 416 594, die zusätzlich zu der Gießwalze vier Hilfsrollen aufweist.

Die Gießwalze und das Band müssen stark mit Wasser gekühlt werden, die Gießwalze durch verschiedene Systeme zum Besprühen, Umwälzen, Bespritzen und das Band durch direktes

709885/0832

Bespritzen mit kleinen Wasserstrahlen.

Meistens besteht die Gießwalze derartiger Maschinen aus reinem oder wenig legiertem Kupfer. Dieses Material, das eine gute thermische Leitfähigkeit aufweist, sichert eine so schnell wie mögliche Abkühlung des Halbzeugs. Das Band besteht allgemein aus normalem Stahl. Die Wahl dieses Materials wird durch eine bestimmte Anzahl von geforderten Eigenschaften für diesen Verwendungszweck bestimmt: Niedriger Preis, leichte Montage durch einfaches Schweißen, gutes mechanisches Verhalten, das zu einer geringen Verlängerung während des Betriebs führt. Andererseits besitzt normaler Stahl für diesen Anwendungszweck den Nachteil sehr niedriger thermischer Leitfähigkeit im Vergleich zum Kupfer. Dieser Nachteil war jedoch bislang unwesentlich, da die oben beschriebenen Gießwalzen dazu dienten, nichtlegiertes oder weniglegiertes Aluminium zu gießen, etwa Halbzeug für Leiterdrähte aus A₄/L, A₅/L oder A-GS/L, Halbzeug für Breitband aus A₄, A₅ oder Legierungen mit geringen Legierungsbestandteilen wie 3ΟΟ3 (A-Ml) oder Legierungen mit geringem Magnesiumanteil.

Wenn man im Gegensatz hierzu mit der Gießwalze stärker legierte Legierungen mit erhöhtem Verfestigungsintervall der Serien 20OO oder 70OO wie beispielsweise 2014 (A-U₄SG), 2024 (A-U₄G), 7075 (A-Z₅GU) gießen will, um Drähte mit verbesserten Eigenschaften nicht hinsichtlich ihres elektrischen, sondern mechanischen AnwendungsZweckes herzu stellen, beobachtet man Fehler am Rand des Halbzeugs, das sich in Berührung mit dem Band verfestigte. Diese Fehler werden durch den geringen Wärmeaustausch über das Band zwischen dem gegossenen Metall und dem Kühlwasser hervorgerufen, wodurch ein Umschmelzen des bereits verfestigten

709885/0832

-A-

Metalls hervorgerufen wird. Diese Fehler sind auf der Oberfläche des Halbzeugs benachbart des Bandes im allgemeinen in zwei parallelen Linien ausgerichtet. Sie gleichen einer Reihe von kleinen Blasen, Exsudaten, begleitet von Seigerungen und porösen Bereichen. Im Verlauf des späteren Walzens neigen diese Fehlerbereiche unter dem Einfluß der Durcharbeitung des Materials dazu, zu Rissen zu führen, die später im Walzdraht vorhanden sind und das Metall für diejenigen Zwecke, für die es bestimmt ist, ungeeignet machen.

Es wurde bereits versucht, das Stahlband durch ein Band aus Kupfer oder einer Kupferlegierung zu ersetzen, damit das gegossene Produkt auf seiner gesamten Oberfläche von einer homogenen Gießform mit guter thermischer Wärmeleitfähigkeit umgeben ist. Reines Kupfer ist jedoch aufgrund seiner erhöhten Duktilität unbrauchbar, die im kalten und noch stärker im heißen Zustand zu einer sehr beträchtlichen Verlängerung und Verdünnung des verwendeten Bandes führt. Die Verwendung von höher legiertem Kupfer mit verbesserten mechanischen Eigenschaften wie Kuproberyllium wurde ins Auge gefaßt, jedoch gibt es hierbei Schwierigkeiten bei der Beschaffung, dem Einsatz (insbesondere beim Schweißen), während die thermische Leitfähigkeit in bezug auf diejenige von reinem Kupfer niedriger ist.

Erfindungsgemäß wird eine Vorrichtung geschaffen, die die Verwendung eines Bandes aus reinem Kupfer ermöglicht.

Hierzu werden die beiden Funktionen, die das bisher verwendete Stahlband erfüllt, nämlich die Wärmeaustauschfunktion und die mechanische Funktion, das Antreiben von Rollen und Zugausübung des Bandes auf die Rollen, getrennt. Für

709885/0832

-JR-

die erste der beiden Funktionen ist ein Kupferband und für die zweite ein Stahlband vorzuziehen.

Die Erfindung besteht in einer Kombination eines Kupferbandes oder eines Bandes mit besserer thermischer Leitfähigkeit als Stahl, das den Wärmeaustausch zwischen dem Halbzeug und dem Kühlwasser sicherstellt, mit vorzugsweise zwei Stahlbändern, die das Anlegen des Kupferbandes an der Gießwalze sicherstellen, das Kupferband und die zugeordneten Rollen antreiben.

Eine erfindungsgemäße Gießmaschine ist in Figur 5 schematisch dargestellt und weist eine Gießwalze 11 und Hilfsrollen 13, 14, 15 auf. Das flüssige Metall wird über eine Gießrinne 10 benachbart der oberen Mantellinie der Gießwalze zugeführt, wobei die Stellung der Rinne jedoch für die Erfindung nicht wesentlich ist. Die Erfindung ist auch auf Gießwalzen anwendbar, die durch eine Gießrinne mit vertikaler oder schräger Stellung versorgt werden. Die Gießwalze 11 ist in Umfangsrichtung mit einer Nut versehen, wie in Figur 6, ein Schnitt gemäß der Linie AA¹ von Figur 5, ersichtlich ist. Das gegossene Halbzeug verfestigt sieh in dem durch die Nut und durch das Band, das die Nut abdeckt, begrenzten Raum, wobei die Gießwalze und das Band wassergekühlt sind. Das verfestigte Halbzeug verläßt bei 12 dort, wo das oder die Bänder die Gießwalze verlassen, um der Austrittsrolle 13, dann der Rückführrolle 14 und schließlich der Anlegerolle 15 zu folgen, die das oder die Bänder in den Gießbereich zurückführen, die Gießwalze. Bisher war das Band ein einziges Stahlband,das dem Weg Gießwalze 11, Austrittsrolle 13, Rückführrolle 14, Anlegerolle 15 folgte und das gesamte Halbzeug bedeckte, indem es sich auf den Rändern 16 der Nut abstützte.

709885/0832

-JS-

Erfindungsgemäß verwendet man demgegenüber ein Kupferband 17 und zwei Stahlbänder 18. Das Kupferband ist "locker und niemals einer Zugbeanspruchung unterworfen. Die Stahlbänder sind im Gegensatz hierzu zugbeansprucht, um das Kupferband auf der Gießwalze im Gießbereich in Anlage zu bringen und die Bewegung auf die Hilfsrollen zu übertragen.

Das Kupferband bedeckt, wie in Figur 6 dargestellt ist, die Nut der Gießwalze und stützt sich auf den Rändern hiervon ab, Während die beiden Stahlbänder parallel zueinander gespannt sind. Sie bedecken die seitlichen Teile des Kupferbandes und bringen dieses gegen die Ränder der Nut in Anlage, wie in Figur 6 dargestellt ist, und zwar zwischen dem Punkt der Zuführung für das flüssige Metall und dem Austritt des Halbzeugs. Das Kupferband wird daher fest gegen die Nut durch die Stahlbänder gehalten, ohne das es selbst einer Zugbeanspruchung unterliegt. Nach der Berührung mit der Gießwalze ist das Kupferband locker und schlaff. Es genügt, daß es beispielsweise zwischen zwei mit Schmiermittel imprägnierten Filzen 19 leicht eingeklemmt wird, die ein wenig vor der Anlegerolle 15 angeordnet sind, um das Band zu führen und seine genaue Zuführung zu dieser Rolle sicher zu stellen. Die beiden Stahlbänder stützen, wie in Figur 6 erkennbar ist, das Kupferband an den Rändern der Nut. Sie verlaufen daher parallel und müssen auf ihrem gesamten Weg in einem konstanten Abstand zueinander gehalten werden. Man muß daher an verschiedenen Stellen Führungseinrichtungen für diese beiden Bänder vorsehen, die ihren gegenseitigen Abstand konstant halten. Diese Vorrichtungen sind schematisch in Figur 5 durch die Bezugsziffern 20 dargestellt und können beispielsweise in sehr einfacher Form realisiert werden, wie sie im Schnitt in Figur 7 dargestellt ist. Das Stahlband 18 gleitet an Widerlagern 21 entlang, die auf einer Trägerplatte 22 angebracht sind. Diese Widerlager

709885/0832

sind beispielsweise Kugellager, um eine Abnutzung oder Beschädigung der Seitenränder der Stahlbänder zu .verhindern.

Die Führung kann jedoch auch in jeder beliebigen anderen Weise ausgebildet sein.

Die Anordnung des doppelten Bandes erlaubt eine starke Abkühlung des Halbzeugs über das Kupferband, das eine gute Leitfähigkeit aufweist und direkt durch laufendes oder aufgesprühtes Wasser gekühlt wird. Aufgrund ihrer Anordnung haben die Stahlbänder keine thermische Beanspruchung auszuhalten.

Die Erfahrung zeigt, daß das Kupferband, das nicht zugbeansprucht ist, nur einer Erwärmung im Verlauf seiner Berührung mit der Gießwalze unterliegt und daß diese Erwärmung keine Verformungen hervorruft, die für eine industrielle Produktion nicht annehmbar wären.

Die metallurgische Qualität des gegossenen Halbzeugs ist insbesondere im Falle von Legierungen beträchtlich verbessert. Die Fehler, die mit Unregelmäßigkeiten der Verfestigung benachbart des Bandes zusammenhängen, verschwinden vollständig nicht nur bei visueller Betrachtung, sondern auch bei mikrographischen Kontrollen, entsprechendes gilt für Seigerungen. Zudem erscheinen beim späteren Walzen bis auf den Durchmesser von Walzdraht keine Risse, welche Legierung auch verwendet wird.

Die Vorrichtung, die beschrieben wurde, ist auch in Gießsystemen verwendbar, bei denen die Zahl der Rollen eine andere ist, wobei sich die Gießwalze außerhalb der Schleife

709885/0832

befindet, die durch das Band gebildet wird, wie beispielsweise in Figur 4 dargestellt ist. Die Erfindung ist aber auch auf Gießmaschinen anwendbar, bei denen die Gießwalze innerhalb der Schleife des Bandes angeordnet ist. Der einzige Unterschied besteht darin, daß in dem Fall das Kupferband im Innern der Schleife ist, während es für die anderen Maschinen bezüglich der Schleife außen ist. Es ist übrigens nicht unbedingt notwendig, daß das Kupferband genau dem selben Weg wie die Stahlbänder folgt und über die gleichen Rollen geführt wird. So kann beispielsweise bei der Ausführungsform von Figur 5 eine Rolle vorgesehen werden, über die die Stahlbänder direkt von der Rolle 13 zur Rolle 15 laufen, ohne über die Rolle 14 laufen, während das Kupferband den weiter oben beschriebenen Weg entlangläuft.

Anstelle eines Kupferbandes kann auch ein Band aus einer Kupferlegierung mit mehr oder weniger großen Legierungsanteilen oder ein Band aus einer Aluminiumlegierung zum Gießen von Metallen mit niedrigem Schmelzpunkt verwendet werden. Bevorzugt ist jedoch ein Band mit möglichst hoher Wärmeleitfähigkeit, das leicht zu löten oder zu schweißen ist.

Um die Stahlbänder parallel zu halten, kann man diese stellenweise mit Querverbindungen versehen, d.h. man verwendet ein Stahlband, wie es in Figur 8 dargestellt ist, bei dem mit den Bezugszeichen 23 die beiden Teile des Bandes bezeichnet sind, die das Kupferband gegen die Ränder der Nut abstützen, während der Mittelteil des Bandes großflächig ausgestanzt ist, um die direkte Kühlung des Kupferbandes bis auf diejenigen Stellen zu ermöglichen, wo die Stege 24 gelassen wurden. Diese Vorrichtung ist jedoch weniger vorteilhaft als eine solche, die zwei unabhängige

709885/0832

Stahlbänder verwendet, da aufgrund der Stege 24 Schwankungen in den Abkühlungsbedingungen erhalten werden können.

Die beschriebene Vorrichtung ist nicht nur auf die Herstellung von im Querschnitt trapezförmigem Halbzeug zur Herstellung von Walzdraht mit einer Ausführungsform gemäß Figur 6 verwendbar, sondern auch zur Herstellung von Bändern. Zusätzlich kann diese Vorrichtung, obwohl sie besonders interessant für Aluminiumlegierungen der Serien 20OO und 7000 ist, für alle Aluminiumlegierungen und auch für zahlreiche andere Metalle nicht nur für solche, die einen niedrigeren Schmelzpunkt als Aluminium aufweisen, wie Zink, Blei, sondern auch für solche, die einen höheren Schmelzpunkt als Aluminium aufweisen, wie Kupfer und seine Legierungen verwendet werden.

709885/0832

, ' 41-Le e rs e

i te

Claims (4)

Patentansprüche

1. Vorrichtung zum Gießen von Halbzeug für Walzdraht oder Breitband aus Metallegierungen mit einer um ihre Achse drehbaren Gießwalze, die eine umlaufende Nut aufweist, die auf einem Abschnitt, der von einem Band bedeckt ist, mit dem Band, das sich mit der gleichen linearen Geschwindigkeit wie der Umfang der Gießwalze dreht, eine das flüssige Metall aufnehmende Gießform bildet, sowie mit mehreren Hilfsrollen, mit denen das Band in Anlage an die Gießwalze bringbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Band (17) aus einem Metall besteht, dessen Wärmeleitfähigkeit größer als Stahl ist, das Band (17) keiner oder nur einer sehr geringen Zugbeanspruchung unterworfen und durch zwei durch Hilfsrollen (13, 14, 15) zugbeanspruchte parallele Stahlbänder (18), die sich im Bereich der Seitenränder des Bandes (17) mit größerer Wärmeleitfähigkeit, die auf den Rändern (16) der Nut ruhen, abstützen, in Anlage an die Gießwalze (11) bringbar sind.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Band (17) mit größerer Wärmeleitfähigkeit als Stahl aus Kupfer besteht.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Band (17) mit größerer Wärmeleitfähigkeit als Stahl vor dem Anlegen an die Gießwalze durch zwei mit Schmiermittel imprägnierte Filze (19) geführt ist, während die Stahlbänder (18) durch Führungseinrichtungen (20), die an verschiedenen Stellen ihres Weges angeordnet sind, parallel gehalten werden.

4. Verwendung der Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3 zum Gießen von Aluminiumlegierungen.

"7 09885/0832

OfMtNAL INWECTED