DE69005522T2 - Herstellung von Kupferstangen durch Walzen. - Google Patents

Description

• Die Erfindung bezieht sich auf die Herstellung von Kupferstangen durch Walzen und insbesondere auf die Verbesserung der Stangenqualität, der Walzenlebensdauer und der Leistungsfähigkeit durch die Regelung der zur Kühlung und Schmierung der Walzen verwendeten Öl-Wasser-Emulsion.
• Kupferstangen können auf verschiedene Weisen hergestellt werden und bei dem in der Branche am üblichsten eingesetzten Verfahren, wird ein Kupferstrangbarren durch Strangguß hergestellt und der Kupferbarren wird dabei zu einer Wälzmühle geführt, wo er dann in Stangen umgeformt wird. Ein früheres Verfahren verwendete einzeln gegossene Drahtbarren, die ebenfalls zu Stangen gewalzt wurden.
• Unabhängig von dem Verfahren zur Herstellung des in Stangen zu gestaltenden Kupferbarrens, wird eine Wälzmühle mit einer Reihe von Walzgerüsten dazu verwendet, den Barren auf die gewünschte Größe zu verkleinern. Es kann zum Beispiel eine Gesamtzahl von 17 Walzgerüsten dazu verwendet werden den Gußbarren in Stangen mit Durchmessern von 6,35 mm (1/4 Inch) zu verkleinern, wobei bei einer gewünschten Größe von 7,94 mm (5/16 Inch) die letzten beiden Walzgerüste entfernt werden würden.
• Bei jedem einzelnen Walzgerüst handelt es sich allgemein um eine vollständige Einrichtung, die sich auf einer Führungsbahn im rechten Winkel zu der Stangenwalzrichtung an ihre Position schiebt. Ein wasserlösliches Öl-Wasser-Schmiermittelgemisch wird jedem Walzgerüst zugeführt, um als Schmiermittel zwischen dem Gußstück und den Walzen zu wirken und wobei das Schmiermittel die Walzen und die Kupferstangen zum Schutz der Walzen spült und um zu verhindern, daß die Kupferoberfläche durch Luft oxidiert. Das wasserlösliche Öl befindet sich allgemein auf einer erhöhten Temperatur, um das Gußstück nicht zu unterkühlen und somit keine zu harte Stange zu erzeugen. Das Kupfer befindet sich während des Walzvorgangs normalerweise auf einer Temperatur von etwa 750º bis 1000º C.
• Die Wälzmühle und deren Walzgerüste sind im Fach allgemein bekannt und im allgemeinen wird das wasserlösliche Öl den Walzen durch Rohre oder Schläuche zugeführt, fällt dann auf eine gewöhnliche Wanne unterhalb der Walzen und wird in ein Sammelbecken weitergeleitet. Die Emulsion wird zur Entfernung von Feststoffteilchen aus dem Sammelbecken durch einen Filter gepumpt und in einem Filtersammelbecken aufgesammelt, von wo die Emulsion wieder zurück zu den Walzgerüsten gepumpt wird. Um eine zweckmäßige Verdampfungskühlung sicherzustellen, werden im allgemeinen große Mengen der Emulsion verwendet.
• Im allgemeinen werden Öle wie etwa Mineralöl zur Schmierung der Innenlager und der inneren Zahnraderwerke der Walzgerüste verwendet und geeignet positionierte Abdichtungen und Dichtungen dienen dazu, eine Verunreinigung des wasserlöslichen Ölspülungsschmiermittels durch das Mineralöl zu minimieren.
• Nachdem die Stange die Wälzmühle verlassen hat, wird sie mit Wasser oder einem anderen geeigneten Stoff, wie etwa Säure, Alkohol-Wasser, usw., gespült, um die Stange weiter zu kühlen und/oder um sie weiter zu behandeln und die Stange wird dann zur Abkühlung und Lagerung einer Maschine zugeführt. Wie dies im Fach üblich ist wird das Beizen der Stange vor, während und/oder nach der Abkühlung durchgeführt, um eine Handelsstange zu erzeugen.
• Die wasserlösliche Ölemulsion ist für den Gütegrad und die Wirksamkeit des Verfahrens äußerst wichtig, da die Walzenlebensdauer, die Emulsionslebensdauer und die Stangenqualitat in hohem Maße durch die korrekte Anwendung der Emulsion beeinträchtigt werden. Eine übermäßige Ölkonzentration kann zwar als Sicherheitsfaktor für das Verfahrens eingesetzt werden, jedoch ist dies betriebswirtschaftlich nicht ökonomisch, und zwar hauptsächlich aufgrund des Prohibitivpreises des Ols. Eine korrekte Anwendung der Emulsion wird durch die Komplexität des Walzvorgangs bewirkt, wobei die Verunreinigung der Emulsion ein sehr reales Problem darstellt, da dadurch die Wirksamkeit des Verfahrens verringert wird. Einige Schmutzstoffe sind Hydraulikflüssigkeiten, die zum Betrieb mechanischer Vorrichtungen wie etwa der Schneidevorrichtung, welche die Stange schneidet, verwendet werden, Getriebeschmiermittel, Kupfer und Kupferoxid, welche die Stange abschuppen sowie andere Metalle und Öle, die in dem Walzensystem vorhanden sind.
• Bei einem kennzeichnenden Verfahren zur Verwendung der Emulsion werden Proben aus der Emulsion entnommen, diese auf ihren wasserlöslichen Ölgehalt geprüft und danach wird der Ölgehalt basierend auf den Ergebnissen angepaßt. Für die Analyse werden im allgemeinen Refraktometer- oder Babcock-Tests verwendet, doch sind diese Methoden aufgrund der Temperaturempfindlichkeit und den sich in der Emulsion bildenden Schmutzstoffen unzuverlässig und sie sind bei der Durchführung einer rigorosen Analyse relativ zeitaufwendig.
• Es gibt eine Reihe von Patenten, die sich auf die Herstellung von Kupferstangen beziehen, doch offenbart kein mir bekanntes Patent ein Verfahren zur Verbesserung des Verfahrens durch Regelung der wasserlöslichen Ölemulsion. Das U.S. Patent 3.589.430 beschreibt ein Verfahren für den Strangguß von Kupferstangen, wobei es sich bei den wesentlichen Verfahrensschritten um die Regelung der Schmelztemperatur, des Sauerstoffgehalts, des Erstarrungspunkts, der Gußstrangtemperatur und der Warmwalztemperatur handelt. In dem U.S. Patent 4.290.823 werden Kupferstangen durch Regelung des Sauerstoffgehalts der Schmelze erzeugt. Ein selbstregelndes Gußsystem wird in dem U.S. Patent 3.358.743 veranschaulicht, wobei eine Anzahl von Meßfühlern und Analysatoren verwendet werden.
• In dem U.S. Patent 2.824.846 wird ein Verfahren zur Regelung des Schmiermittels in der Stranggußform durch elektrische Messung der zur Entfernung des erstarrten Gußbarrens aus der Form notwendigen Kraft veranschaulicht und zur Anpassung der Schmiermittelmenge im direkten Verhältnis zu der Kraft.
• Verbesserte Verfahren zur Herstellung von Kupf erstangen werden jedoch weiterhin verlangt und es ist somit Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein Verfahren zur effektiven Herstellung von Kupferstangen zu schaffen, und zwar durch Regelung der bei der Herstellung von Kupferstangen durch Walzen verwendeten wasserlöslichen Ölemulsion.
• Es ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein fortlaufendes Inline-Verfahren zur Regelung der wasserlöslichen Ölemulsion bei der Herstellung von Kupferstangen durch Walzen zu schaffen.
• Diese und andere Aufgaben und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der folgenden Beschreibung und den veranschaulichten Ausführungsbeispielen leicht deutlich.
Zusammenfassung der Erfindung
• Es wurde festgestellt, daß das Walzen von Kupfer zur Herstellung von Kupferstangen durch effektive Regelung der zur Schmierung der Walzen verwendeten wasserlöslichen Ölemulsion unter Verwendung einer Leitfähigkeitssonde zur Beibehaltung der Leitfähigkeit der Emulsion innerhalb gewünschter Arbeitsbereichsgrenzen verbessert werden kann. Bezüglich der Leitfähigkeitsmessung wurde unerwartet festgestellt, daß diese durch Verfahrensbedingungen oder sich während dem Walzvorgang in der Emulsion bildende Schmutzstoffe im wesentlichen nicht beeinträchtigt wird und die Beibehaltung nur der Leitfähigkeit innerhalb festgelegter Grenzen, erhöht die Wirksamkeit der Verwendung der Ölemulsion, was zu einem wirksameren und ökonomischeren Walzvorgang führt. Proben können der Emulsion periodisch entnommen und leicht durch ein Leitfähigkeitsmeßgerät gemessen werden oder es kann vorzugsweise eine Inline-Leitfähigkeitssonde eingesetzt werden, um die Leitfähigkeit der Ölemulsion fortlaufend zu überwachen und zu regeln. Die Walzenlebensdauer wurde gegenüber den dem Stand der Technik entsprechenden Regelungsverfahren drastisch verbessert und die Kosteneinsparungen durch die Verwendung von weniger Zusatzöl und die längere Lebensdauer der Emulsion haben die Leistungsgrade und die Wirtschaftlichkeit des Walzvorgangs in erheblicher Weise erhöht.
Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele
• Kupfer wird unter Verwendung bekannter Verfahren stranggegossen, um eine übliche Form zu erzeugen, die dann durch eine Reihe von Walzgerüsten auf die gewünschte Größe gewalzt wird. Im allgemeinen ist das Gußstück quadratisch oder rechteckig und die Ausmaße können sehr unterschiedlich sein, zum Beispiel von 60 Millimetern (mm) bis 128 mm. Das Kupfergußstück wird den Wälzmühlen bei einer Warmformgebungshitze für Kupfer von etwa 750 bis 1000ºC zugeführt und wird dann nach dem Verlassen der Walzen allgemein abgekühlt, aufgerollt und chemisch behandelt, wie dies im Fach üblich ist, und zwar gemäß der Darstellung in dem U.S. Patent 4.754.803, das hiermit hierin durch Verweis enthalten ist.
• Die wasserlösliche Ölemulsion wird bei einer Temperatur von etwa der Raumtemperatur bis 60ºC, vorzugsweise 32º bis 50ºC, zur Spülung der Walzen angewendet und nachdem das Öl in die Wanne unterhalb der Walzen gefallen ist, wird es zur weiteren Verarbeitung in ein Sammelbecken gepumpt. Bei einem Ausführungsbeispiel kann die Emulsion direkt aus dem Sammelbecken durch einen Kühler oder Erhitzer zurück zu den Wälzmühlen und/oder zur Entfernung von Teilchen wie Kupfer und Kupferoxid, durch einen Filter gepumpt werden. Wenn die Emulsion durch einen Filter gepumpt wird, so wird vorzugsweise ein Filtersammelbecken verwendet, aus dem die Emulsion durch das Kühl/Erhitzungssystem zu den Mühlen gepumpt werden kann.
• Die Proben der Emulsion werden vorzugsweise nach der Filterung entnommen und in dem bevorzugsten Ausführungsbeispiel wird eine Inline-Leitfähigkeitssonde dazu eingesetzt, die Leitfähigkeit der Emulsion zu regeln und zu überwachen. Eine Installierung der Inline-Sonde in einem Rohr wird bevorzugt, wobei sich die Emulsion in einem Wirbelstrom befindet, um die Störung der Sonde so gering wie möglich zu halten.
• Bei einer sich als wirksam herausgestellten Leitfähigkeitssonde handelt es sich um die Rosemount Uniloc Conductivity Probe, Modell Nr. 141, hergestellt von Rosemount Analytical, Uniloc Division, 2400 Barranca Parkway, Irvin, Kalifornien. Die Sonde ist für 25ºC temperaturkompensiert und sie sorgt somit unabhängig von der Temperatur der Emulsion für eine Normalmessung. Die Sonde wird vorzugsweise an einer zirkulationsfreien Kreislauffiltersammelbeckenstelle positioniert.
• In der Emulsion kann jedes geeignete wasserlösliche Öl verwendet werden und bei einem bevorzugten Öl handelt es sich um Rodshield 37, hergestellt von Stuart-Ironsides, Inc., Willowbrook, Illinois. Ein Gewichtsanteil von etwa 0,5 bis 6,5% kann verwendet werden, wobei ein bevorzugter Gehalt zwischen etwa 0,5 bis 4% liegt und wobei ein sehr bevorzugter Gehalt zwischen etwa 3,5 bis 3,7% liegt.
• Die Leitfähigkeit bezieht sich auf die Konzentration des wasserlöslichen Öls, jedoch wurde festgestellt, daß die Leitfähigkeit konstant ist und im wesentlichen durch Schmutzstoffe oder Verfahrensbedingungen unbeeinträchtigt bleibt. Die Regelung des Verfahrens einzig durch die Messung der Leitfähigkeit, liefert die verbesserten Betriebssergebnisse der Erfindung und für das Öl Rodshield 37 wurde ein Anteil von 5500 bis 6500 Mikrosiemens/cm³, vorzugsweise 5900 bis 6100 Mikrosiemens/cm³, kompensiert für 25ºC, als wirksam festgestellt. Die Leitfähigkeiten für andere Öle können davon abweichen, wie dies durch den Fachmann erkannt werden wird und sobald der optimale Ölgehalt für eine neue wasserlösliche Ölemulsion bestimmt worden ist, kann der gewünschte Bereich für die Leitfähigkeit festgelegt werden und die Leitfähigkeit kann während des gesamten Walzvorgangs auf dieser Höhe beibehalten werden.
• Die in einer Handelskupferstangen-Produktionsanlage erzielten Ergebnisse demonstrieren deutlich die verbesserte Walzenlebensdauer und die betrieblichen Leistungsfähigkeiten, die bei der Verwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens erreicht werden. Über einen Zeitraum von zwölf Monaten ergab sich somit bei der Verwendung einer Inline-Leitfähigkeitssonde zur Erhaltung der Leitfähigkeit der wasserlöslichen Ölemulsion zwischen etwa 5900 bis 6100 Mikrosiemens/cm³ (etwa 3,6 Gewichtsprozent Öl) eine durchschnittliche Walzenlebensdauer von 12 Stunden. Dem Stand der Technik entsprechende technische Ausführungen, bei denen der Ölgehalt durch einen Refraktometer geregelt wurde und zwischen 0,75 bis 6,5% lag, führten zu einer durchschnittlichen Walzenlebensdauer von etwa 4 Stunden.
• Die Erfindung wurde zwar in bezug auf die Herstellung von Kupferstangen durch Walzen beschrieben, doch wird vorweggenommen, daß andere technische Anwendungen die Leitfähigkeit zur Verfahrensregelung verwenden können. Somit können verwandte Walzvorgänge für Aluminium, Stahl, Kupferlegierungen, usw. und Drahtziehhersteller das offenbarte Verfahren anwenden. Andere Anwendungsbereiche umfassen die Regelung der Wachskonzentrationen, Ausspülungsstanks und Beiztanks und andere verwandte Vorgänge, die bei Walzvorgängen eingesetzt werden.
• Es ist offenkundig, daß viele Abänderungen und Modifikationen der verschiedenen hierin beschriebenen Merkmale verwirklicht werden können, ohne dabei von dem Rahmen und Geltungsbereich der Erfindung abzuweichen. Es ist somit offenkundig, daß die vorstehende Beschreibung die Erfindung erläutert und sie nicht einschränkt.

Claims (2)

1. Verfahren zur Herstellung von Kupferstangen, wobei ein Kupferbarren durch Walzen in Kupferstangen reduziert wird und wobei die Walzen mit einer wasserlöslichen Öl-Wasser-Emulsion geschmiert sind, wobei die wasserlösliche Öl-Wasser-Emulsion bei dem Walzvorgang auf den wasserlöslichen Ölgehalt geprüft wird und der wasserlösliche Ölgehalt wird basierend auf der genannten Prüfung angepaßt, dadurch gekennzeichnet, daß die genannte Prüfung und die Anpassung durch Messen der Leitfähigkeit der Emulsion mit einer Leitfähigkeitssonde während dem Walzvorgang durchgeführt werden, wobei die Leitfähigkeit der Emulsion in gewünschten Arbeitsbereichsgrenzen gehalten wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Leitfähigkeit unter Verwendung einer Inline- Leitfähigkeitssonde gemessen wird.