EP3519124B1 - Verfahren zum mehrfachgiessen von metallsträngen - Google Patents

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EP3519124B1
EP3519124B1 EP17772720.3A EP17772720A EP3519124B1 EP 3519124 B1 EP3519124 B1 EP 3519124B1 EP 17772720 A EP17772720 A EP 17772720A EP 3519124 B1 EP3519124 B1 EP 3519124B1
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EP
European Patent Office
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casting
metal
moulds
phase
continuous casting
Prior art date
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Active
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EP17772720.3A
Other languages
English (en)
French (fr)
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EP3519124A1 (de
Inventor
Werner Droste
Franz Günter HANSMANN
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Speira GmbH
Original Assignee
Hydro Aluminium Rolled Products GmbH
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Filing date
Publication date
Application filed by Hydro Aluminium Rolled Products GmbH filed Critical Hydro Aluminium Rolled Products GmbH
Priority to SI201730787T priority Critical patent/SI3519124T1/sl
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Publication of EP3519124B1 publication Critical patent/EP3519124B1/de
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22D—CASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
    • B22D11/00—Continuous casting of metals, i.e. casting in indefinite lengths
    • B22D11/08—Accessories for starting the casting procedure
    • B22D11/081—Starter bars
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22D—CASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
    • B22D11/00—Continuous casting of metals, i.e. casting in indefinite lengths
    • B22D11/001—Continuous casting of metals, i.e. casting in indefinite lengths of specific alloys
    • B22D11/003—Aluminium alloys
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B22D—CASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
    • B22D11/00—Continuous casting of metals, i.e. casting in indefinite lengths
    • B22D11/08—Accessories for starting the casting procedure
    • B22D11/081—Starter bars
    • B22D11/083—Starter bar head; Means for connecting or detaching starter bars and ingots
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B22D11/00—Continuous casting of metals, i.e. casting in indefinite lengths
    • B22D11/14—Plants for continuous casting
    • B22D11/147—Multi-strand plants
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22D—CASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
    • B22D7/00—Casting ingots, e.g. from ferrous metals
    • B22D7/005—Casting ingots, e.g. from ferrous metals from non-ferrous metals

Definitions

  • the casting practices that is to say the casting parameters during the mold filling phase, but also the continuous casting practices, are determined depending on the respective format of the mold.
  • the simultaneous casting of metal strands with different formats is made possible in a simple manner in that the formats of the cast metal strands have, for example, an identical thickness.
  • the withdrawal speed in continuous metal casting or ingot casting is in fact determined essentially by the cooling behavior of the ingot or strand and thus by the thickness of the ingot or of the metal strand.
  • the casting of the molds i.e. the mold filling phase, will usually take place as quickly as possible in order to maximize the capacity of the foundry.
  • the design of sprues then serves the same aspect. The use of sprues is necessary in order to achieve a uniform casting process at all and, for example, to cast a rolling ingot that has relatively homogeneous properties.
  • the sprues of molds with a small format were therefore usually cast with sprues with a shallow depth. This reduces the waste per rolling ingot, for example, and shortens the mold filling phase. Short sprues are also technical due to the lower distortion of the rolling ingots with smaller formats possible. This has to do with the fact that the shrinkage effects are greater in the case of a large-sized rolling ingot than in the case of a small-sized rolling ingot. So far, the mold filling phase has therefore also been operated with different filling rates in order to pass through it as quickly as possible. At the same time, different, in particular flat, sprue blocks were used for small-format molds in addition to deeper sprue blocks for large-format molds.
  • metal can freeze in feed systems, for example the pouring pipe or the pouring nozzle.
  • Surface defects such as cold runs or, conversely, the leakage of rolling ingots can also occur.
  • the metal distributor can freeze to the base plate of the solidifying strand due to insufficient temperature control. This can lead to higher scrap production.
  • the present invention has set itself the task of providing a method for the continuous casting of metal strands, in particular rolling billets made of aluminum or an aluminum alloy, which enables the continuous casting of rolling billets / metal strands with different formats with a reduced reject rate.
  • the object is achieved in that the depth of the sprue for each mold is at least 50 mm, the
  • Mold filling phase is started at the same time for all molds with an identical filling speed, the casting process is stopped for the molds that have reached the necessary metal level for starting the continuous casting phase and the continuous casting phase is started as soon as all molds have reached the metal level required for the continuous casting phase.
  • the increase in the metal melt in the mold or in the sprue block relative to the mold during the mold filling phase is referred to as the filling speed.
  • Molds with a small format therefore require a lower metal volume flow than large-format molds in order to achieve an identical filling speed in the mold filling phase.
  • all molds, regardless of the format theoretically reach the metal level required for the continuous casting phase at the same time. In practice, however, the molds reach the necessary metal level for the continuous casting phase at different times, for example within a few seconds.
  • sprues that are at least 50 mm deep are used for each mold. Due to the sprue block, which has a minimum depth of 50 mm, there are no difficulties in restarting the casting process, for example in the case of molds with small formats, despite a possible interruption of the casting process.
  • the sprue block serves as a heat reservoir and provides heat for the further casting process.
  • the heat reservoir of the sprue block regardless of the format of the mold, ensures that in particular the risk of Solidification of the meniscus of the metal melt on the mold, even when the casting process is stopped, is significantly reduced and the metal meniscus in the mold, in particular in the contact area with the mold, remains liquid. In this way, casting errors can be reduced to a considerable extent.
  • the depth of the casting block used for the molds is preferably 100 mm to 150 mm in order to provide an even larger heat reservoir. With these sprue stone depths, particularly low error rates were determined in the case of multiple casting of metal strands having different formats. At the same time, the amount of waste metal is kept within limits when separating the ingot foot.
  • the mold filling phase preferably has a duration of 90 seconds to 600 seconds, preferably 120 seconds to 480 seconds.
  • the filling speed during the mold filling phase can preferably correspond to the lowering speed of the casting table in the continuous casting phase. Despite the greater expenditure of time, it has been found that the productivity of the multiple strand caster is not adversely affected due to the lower reject rate of the cast bars or metal strands.
  • a plurality of molds with a broad side length of 900 mm to 2200 mm is preferably used simultaneously, the narrow sides of which have a uniform length of 400 mm to 600 mm.
  • the formats of rolling ingots commonly used nowadays are completely covered and thus offer a high degree of flexibility in the manufacture of the rolling ingots and the utilization of the capacity of an upstream metal melting furnace.
  • the metal level in the sprue block is preferably measured without contact, for example capacitively, via a metal sensor that can be moved at least parallel to the broadside direction of the molds, and the continuous casting phase is initiated as a function of the metal level.
  • a capacitive measurement of the metal level has proven to be particularly robust and accurate. It therefore enables reliable control of the initiation of the continuous casting phase. In principle, measurements using laser, radar and other non-contact measuring probes are also possible.
  • the casting cross-section is preferably automatically regulated via a metal level control device, so that both the mold filling phase and the continuous casting phase can take place with a regulated casting cross-section.
  • the metal level in the molds can, for example, be specified in terms of time using a "casting recipe".
  • the low-alloy aluminum alloys of the type AA1xxx and AA8xxx and alloys of the type AA3xxx and AA6xxx can be cast into metal strands well using the method according to the invention.
  • the alloy types differ in their solidification behavior during casting. While low-alloy aluminum alloys, for example the alloy types AA1xxx or AA8xxx, form an essentially uniform solidification front, higher-alloyed AA3xxx and AA6xxx show Alloys have a pulpy solidification front. For example, different mold filling speeds and lowering speeds have to be used to react to the different alloys. For example, the casting results of the AA3xxx and AA6xxx alloys were better at higher mold filling speeds. However, it is also conceivable to cast other aluminum alloys, for example higher alloyed aluminum alloys, using a corresponding process.
  • the broad side length of the mold is not selected according to the invention in such a way that the furnace sump of an upstream melting furnace can be minimized.
  • the formats are selected in such a way that, if possible, only an unavoidable residue remains in the sump of the melting furnace. This ensures that a subsequent change to a different alloy can take place as quickly and thus inexpensively as possible.
  • Fig. 1 shows in a schematic sectional view in one embodiment the principle of continuous casting of a metal strand using a mold 1, a distribution channel 2, a pouring pipe or a pouring nozzle 3, a distribution network 3b, a stopper 4 and a sprue 5, which is arranged on a pouring table 6 .
  • the casting table 6 can be moved in height and is placed in a water bath during continuous casting, for example for cooling purposes.
  • the mold 1 is water-cooled and, on the sides facing the metal strand, can additionally release cooling water onto the metal strand emerging downward in order to additionally cool the outer walls of the metal strand.
  • a metal sensor 7 can be provided for detecting the metal level, which, as the arrows indicate, can be arranged such that it can be displaced in the direction of the broad side of the mold 1, for example.
  • the sprue block 5 is shown in the illustrated embodiment in FIG Fig. 1 designed such that an elevation is provided in its center. The increase in the middle is optional. Towards the edge, the sprue block 5 has a depth T which, according to the invention, is at least 50 mm. The depth T of the sprue block is preferably 100 mm to 150 mm in order to provide a sufficient heat reservoir for the molten metal in the method according to the invention, regardless of the mold format, and to increase the process reliability of the method according to the invention.
  • the supply of liquid metal melt 8 is located in the distributor 2 and is replenished via a pan (not shown) or via an oven during the casting process.
  • In-line units for melt treatment for example degassers, filters or grain refiners, can be inserted in the inlet channel between the metal reservoir and the distributor channel 2.
  • the pouring opening of the pouring pipe 3 can be adjusted to the different formats of the molds 1 and the pouring speed can be adjusted accordingly.
  • the distribution network 3b under the pouring pipe also called Known as "Combo Bag” or “Distribution Bag", it is used to distribute the melt evenly in the mold.
  • a larger cross-section of the pouring opening is provided in comparison with small-format molds. This ensures that with simultaneous continuous casting of different formats, an identical withdrawal speed is made possible by lowering the common casting table 6 for all molds.
  • the casting cross-section is preferably controlled automatically via a metal level control device.
  • the target value of the metal level in the molds can, for example, be specified over time using a "casting recipe".
  • Fig. 2 shows in a schematic plan view 3 different molds 10, 20, 30, which are characterized by a broad side 11, 21, 31 of different length and identical narrow sides 12, 22, 32.
  • the narrow sides 12, 22, 32 define the thickness of the withdrawn metal strand and, according to the invention, have an identical length.
  • the thickness of the metal strand essentially determines the cooling behavior of the metal strand and thus the withdrawal speed of the metal strand.
  • Fig. 3 now shows in a schematic sectional view an embodiment of a method according to the invention for continuously casting metal strands, in particular rolling billets made of aluminum or an alloy, in which the liquid metal 8 is distributed, for example via distributor 2, to a plurality of molds 10, 20, 30.
  • the mold filling phase begins for all molds 10, 20, 30 at the same time. Simultaneously in the context of the present invention means that the casting processes are initiated simultaneously, although the system technology can also result in an offset of several seconds between individual molds in practice.
  • Fig. 3 now shows the mold filling phase of an exemplary embodiment of the method according to the invention at a point in time at which a mold has already reached the metal level necessary for initiating the continuous casting phase.
  • the molds 30 and 20 must, however, still be filled in order to achieve the desired metal level. Due to the depths of at least 50 mm provided in the sprue block 51, 52 and 53, a metal melt reservoir is provided, in particular in the sprue block 51, which gives off enough heat to stop the casting process in the mold 10, which has first reached the metal level for continuous casting, without freezing the metal meniscus.
  • the depth of the sprue block is preferably 100 mm to 150 mm.
  • the continuous casting phase is started and the common casting table 6 is lowered, Fig. 4 .
  • the sprue blocks of the different molds 10, 20, 30 preferably have an identical depth.
  • the mold filling phase can be carried out relatively slowly. It preferably has a duration of 90 seconds to 600 seconds, preferably 120 seconds to 480 seconds, from the start of casting to the start of the continuous casting phase, that is to say the lowering of the casting table 6.
  • the filling speed during the mold filling phase corresponds approximately to the filling speed during the continuous casting or the continuous casting phase, in which the metal strand is withdrawn from the mold 10, 20, 30 by lowering the casting table 6.
  • the in the embodiment in Fig. 3 The molds shown have different broad side lengths, preferably from 900 mm to 2200 mm.
  • Fig. 4 is now the embodiment Fig. 3 shown during the continuous casting phase.
  • the casting table 6 is lowered during the continuous casting phase depending on the metal volume flow with which metal is refilled into the molds, with liquid metal being fed in via the distributor 2 and the nozzle or the pouring pipe 3 using the stopper 4 according to the lowering speed of the pouring table 6 becomes. Due to the identical lowering speed for small and large-sized molds 10, 20, 30, the cross-section, which is provided for the molten metal to flow through the interaction of the stopper and the pouring pipe 3, 4, must be selected accordingly for each mold.
  • the metal sensor 7 can continuously measure the metal level of the molten metal or the metal and use it to regulate the molten metal inflow. The metal level is preferably measured by the metal sensor 7 in a contactless manner, for example capacitively. However, a non-contact measurement with a laser, with a radar probe or inductively can also take place.
  • aluminum alloys of type AA1xxx, AA3xxx, AA6xxx or aluminum alloys of type AA8xxx are particularly well suited for continuous casting using a plurality of ingot molds with different formats, since the low-alloy aluminum alloys AA1xxx and AA8xxx have good casting behavior and thus the Rejection rate during the multiple continuous casting is further reduced.
  • the alloys of the type AA3xxx and AA6xxx which have a more critical solidification behavior to be assessed, have already been successfully cast with the method according to the invention.
  • the broad side lengths of the molds 10, 20, 30 were chosen so that after casting the Metal strands the amount of metal in the furnace sump of the associated melting furnace is particularly low.
  • the selection of the sprue block depth in connection with the simultaneous start of casting in the mold filling phase makes it possible to cast metal strands or billets with different formats at the same time with a particularly low reject rate.

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Continuous Casting (AREA)

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Stranggießen von Metallsträngen, insbesondere von Walzbarren aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung, bei welchem
    • das flüssige Metall gleichzeitig über eine Mehrzahl an Kokillen zu einer Mehrzahl an Metallsträngen vergossen wird,
    • die Kokillen jeweils eine Schmalseite und eine Breitseite aufweisen, wobei alle Kokillen eine einheitliche Länge der Schmalseite aufweisen, sodass die Metallstränge annähernd gleiche Dicken nach dem Gießen aufweisen,
    • mindestens eine der verwendeten Kokillen eine Breitseite aufweist, deren Länge sich von der Länge der Breitseite der anderen gleichzeitig verwendeten Kokillen unterscheidet,
    • zu jeder verwendeten Kokille ein Angussstein vorgesehen ist, welcher auf einem Gießtisch angeordnet ist und zur Aufnahme der Anfahrstränge vorgesehen ist,
    • wobei das Gießen der Metallstränge eine Kokillenfüllphase bei feststehendem Gießtisch umfasst, in welcher eine Mehrzahl an Metallsträngen in die zugehörigen Angusssteine gegossen wird und
    • das Gießen eine Stranggießphase umfasst, in welcher der Gießtisch abgesenkt und eine Mehrzahl an Metallsträngen gleichzeitig gegossen wird.
  • Das gleichzeitige Gießen einer Mehrzahl an Metallsträngen unter Verwendung von Kokillen mit unterschiedlichem Format ist aus dem Stand der Technik bereits bekannt. Ein entsprechendes Verfahren wurde bereits in der Patentschrift DE 891 444 beschrieben. Aus dem Aufsatz "Modernization and extension of a sheet ingot casthouse", W. Dietz, K. Erke, Light Metal, 1994, Seite 815 - 819 ist zudem ein Verfahren zum Gießen von Aluminiumbarren mit unterschiedlichen Abmessungen und gleicher Dicke von etwa 600 mm bekannt, bei welchem bei unterschiedlichen Formaten der Kokillen die jeweilige Kokillenfüllphase für die Kokille
  • Zeitpunkten, abhängig vom Format der Kokille, beginnen, sodass das für das Stranggießen notwendige Metallniveau in allen Kokillen zum gleichen Zeitpunkt erreicht wird. Erst dann wird die Stranggießphase eingeleitet. Die Kokillenfüllphase für Kokillen mit kleinerem Format wird bis zu 120 Sekunden später eingeleitet.
  • Aus der Offenlegungsschrift DE 42 03 337 A1 ist darüber hinaus ein Verfahren zum Stranggießen einer Mehrzahl an unterschiedliche Abmessungen aufweisenden Metallsträngen bekannt, bei welchen in den Kokillenhohlraum ein unter Druck stehendes Gas eingeleitet wird. Details über die verwendeten Angießpraxen, also insbesondere auch wann und wie die Kokillenfüllphase bei verschiedenen Formaten eingeleitet wird, werden nicht genannt.
  • Wie insbesondere in dem oben genannten Aufsatz dargelegt, werden die Angießpraxen, also die Gießparameter während der Kokillenfüllphase, aber auch die Stranggießpraxen abhängig von dem jeweiligen Format der Kokille bestimmt. Das gleichzeitige Gießen von Metallsträngen mit unterschiedlichem Format wird auf einfache Weise dadurch ermöglicht, dass die Formate der gegossenen Metallstränge beispielsweise eine identische Dicke aufweisen. Die Abzugsgeschwindigkeit beim Metallstranggießen bzw. Barrenguss wird nämlich im Wesentlichen durch das Abkühlverhalten des Barrens bzw. Strangs und damit durch die Dicke des Barrens bzw. des Metallstrangs festgelegt. Das Angießen der Kokillen, also die Kokillenfüllphase wird in der Regel so schnell wie möglich erfolgen, um die Kapazität der Gießerei zu maximieren. Dem gleichen Aspekt dient dann auch die Ausgestaltung von Angusssteinen. Die Verwendung von Angusssteinen ist notwendig, um überhaupt einen gleichmäßigen Gießprozess zu erreichen und einen Walzbarren beispielsweise zu gießen, der relativ homogene Eigenschaften aufweist.
  • Die Angusssteine von Kokillen mit kleinem Format wurden daher in der Regel mit Angusssteinen mit geringer Tiefe gegossen. Die reduziert den Abfall pro Walzbarren beispielsweise und verkürzt die Kokillenfüllphase. Kurze Angusssteine sind auch aufgrund eines geringeren Verzugs der Walzbarren bei kleineren Formaten technisch möglich. Dies hat damit zu tun, dass die Schrumpfungseffekte bei einem großformatigen Walzbarren größer sind als bei einem kleinformatigen Walzbarren. Bisher wurde daher auch mit unterschiedlichen Füllraten die Kokillenfüllphase betrieben, um diese möglichst schnell zu durchlaufen. Gleichzeitig wurden auch unterschiedliche, insbesondere flache Angusssteine bei kleinformatigen Kokillen neben tieferen Angusssteinen bei großformatigen Kokillen verwendet.
  • Es hat sich aber gezeigt, dass bei dem Mehrfachgießen von Metallsträngen mit unterschiedlichen Formaten und individuell auf das Kokillenformat abgestellten Kokillenfüllphasen vermehrt Probleme auftreten. Beispielsweise kann es bei kritischer Temperaturführung zum Einfrieren von Metall in Zulaufsystemen, beispielsweise des Gießrohres bzw. der Gießdüse kommen. Oberflächenfehler wie Kaltläufe oder umgekehrt ein Auslaufen von Walzbarren kann ebenfalls auftreten. Bei den kleineren Formaten kann beispielsweise der Metallverteiler an der Bodenplatte des erstarrenden Strangs aufgrund einer unzureichenden Temperaturführung festfrieren. Dies kann zu höherer Ausschussproduktion führen.
  • Trotz dieser Schwierigkeiten werden bevorzugt unterschiedliche Formate an Walzbarren gegossen, um die Ofenkapazität des Schmelzofens optimal ausschöpfen zu können. Werden nämlich nur identische Formate gegossen, besteht das Problem, dass im Schmelzofen ein größerer Metallsumpf verbleibt, welcher nicht mehr zu einem vollständigen Barren/Metallstrang vergossen werden kann.
  • Hiervon ausgehend hat sich die vorliegende Erfindung die Aufgabe gestellt, ein Verfahren zum Stranggießen von Metallsträngen, insbesondere von Walzbarren aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung zur Verfügung zu stellen, welches das Stranggießen von Walzbarren/Metallsträngen mit unterschiedlichem Format mit einer reduzierten Ausschussrate ermöglicht.
  • Nach der Lehre der vorliegenden Erfindung wird die Aufgabe dadurch gelöst, dass die Tiefe des Angusssteins für jede Kokille mindestens 50 mm beträgt, die
  • Kokillenfüllphase gleichzeitig für alle Kokillen mit einer identischen Füllgeschwindigkeit gestartet wird, der Gießvorgang bei den Kokillen, die das notwendige Metallniveau für das Starten der Stranggießphase erreicht haben, angehalten wird und die Stranggießphase begonnen wird, sobald alle Kokillen das für die Stranggießphase notwendige Metallniveau erreicht haben.
  • Als Füllgeschwindigkeit wird der Anstieg der Metallschmelze in der Kokille bzw. im Angussstein relativ zur Kokille während der Kokillenfüllphase bezeichnet. Kokillen mit kleinem Format benötigen daher einen geringeren Metallvolumenstrom als großformatige Kokille, um eine identische Füllgeschwindigkeit in der Kokillenfüllphase zu erreichen. Bei gleichzeitigem Beginn der Kokillenfüllphase erreichen daher theoretisch alle Kokillen, unabhängig vom Format, zum gleichen Zeitpunkt das für die Stranggießphase notwendige Metallniveau. In der Praxis erreichen die Kokillen jedoch zu unterschiedlichen Zeitpunkten, beispielsweise etwa innerhalb von wenigen Sekunden, das notwendige Metallniveau für die Stranggießphase. Dies liegt einerseits an der eingesetzten Anlagentechnologie zum Starten des Füllvorganges, andererseits ergeben sich aber auch beim gleichzeitigen Gießen von einer Mehrzahl an Metallsträngen Abweichungen im Füllvorgang durch das Einfüllen der Metallschmelze in die Kokille. Für alle Kokillen, welche das notwendige Metallniveau erreicht haben, wird der Gießvorgang erfindungsgemäß deshalb angehalten, bis alle Kokillen das notwendige Metallniveau erreicht haben und die Stranggießphase durch Absenken des Gießtisches eingeleitet wird.
  • Im Unterschied zu den bisherigen Verfahren werden Angusssteine für jede Kokille verwendet, welche mindestens 50 mm Tiefe aufweisen. Aufgrund des mit der Mindesttiefe von 50 mm versehenen Angussstein ergeben sich beispielsweise bei Kokillen mit kleinen Formaten trotz einer möglichen Unterbrechung des Gießvorgangs bei diesen Kokillen keine Schwierigkeiten, den Gießvorgang erneut zu starten. Der Angussstein dient hier als Wärmereservoir und stellt Wärme für den weiteren Gießprozess bereit. Durch das Wärmereservoir des Angusssteins wird unabhängig vom Format der Kokille erreicht, dass insbesondere die Gefahr des Erstarrens des Meniskus der Metallschmelze an der Kokille, auch beim Anhalten des Gießvorgangs, deutlich reduziert wird und der Metallmeniskus in der Kokille, insbesondere im Kontaktbereich mit der Kokille, flüssig bleibt. Hierdurch können Gießfehler in erheblichem Maße reduziert werden. Überraschenderweise hat sich gezeigt, dass es sich zudem wirtschaftlich lohnt, bei kleinformatigen Walzbarren aufgrund der größeren Angusssteintiefe eine größere Metallabfallmenge durch Abtrennen des Barrenfußes in Kauf zu nehmen, da dieses durch eine deutlich niedrigere Ausschussrate in Bezug auf die fertiggestellten Walzbarren einhergeht. Im Ergebnis kann ein Verfahren bereitgestellt werden, welches trotz der Verwendung unterschiedlicher Formate deutlich geringere Ausschussbarren oder -stränge produziert.
  • Bevorzugt beträgt die Tiefe des verwendeten Angussstein der Kokillen 100 mm bis 150 mm, um ein noch größeres Wärmereservoir bereitzustellen. Bei diesen Angusssteintiefen wurden besonders geringe Fehlerraten beim Mehrfachgießen von unterschiedliche Formate aufweisenden Metallsträngen ermittelt. Gleichzeitig hält sich die Menge an Abfallmetall beim Abtrennen des Barrenfußes in Grenzen.
  • Es hat sich darüber hinaus als vorteilhaft herausgestellt, wenn die Angusssteine von Kokillen mit unterschiedlichen Kokillenformaten eine identische Tiefe aufweisen. Auch hier zeigte sich, dass bei Verwendung von Angusssteinen mit identischer Tiefe eine Verringerung der Ausschussrate bei der Herstellung von Walzbarren erreicht werden konnte.
  • Bevorzugt weist die Kokillenfüllphase eine Dauer von 90 Sekunden bis 600 Sekunden, bevorzugt 120 Sekunden bis 480 Sekunden auf. Die Füllgeschwindigkeit während der Kokillenfüllphase kann bevorzugt der Absenkgeschwindigkeit des Gießtisches in der Stranggießphase entsprechen. Trotz des größeren Zeitaufwands hat sich herausgestellt, dass die Produktivität der Mehrfachstranggießanlage aufgrund der geringeren Ausschussrate der gegossenen Barren oder Metallstränge nicht negativ beeinflusst ist.
  • Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren wird bevorzugt eine Mehrzahl an Kokillen mit einer Breitseitenlänge von 900 mm bis 2200 mm gleichzeitig verwendet, wobei deren Schmalseiten eine einheitliche Länge von 400 mm bis 600 mm aufweist. Mit den angegebenen Kokillenformaten werden die heutzutage üblicherweise verwendeten Formate von Walzbarren vollständig abgedeckt und bieten somit eine hohe Flexibilität der Herstellung der Walzbarren sowie der Ausschöpfung der Kapazität eines vorgelagerten Metallschmelzeofens.
  • Bevorzugt wird während der Kokillenfüllphase das Metallniveau im Angussstein über einen zumindest parallel zur Breitseitenrichtung der Kokillen verfahrbaren Metallsensor berührungslos, beispielsweise kapazitiv gemessen und abhängig vom Metallniveau die Stranggießphase eingeleitet. Eine kapazitive Messung des Metallniveaus hat sich als besonders robust und genau herausgestellt. Sie ermöglicht daher eine prozesssichere Steuerung der Einleitung der Stranggießphase. Grundsätzlich sind auch Messungen unter Verwendung von Laser-, Radar- und anderen berührungslos messenden Sonden möglich.
  • Vorzugsweise wird über eine Metallniveauregeleinrichtung der Gießquerschnitt automatisch geregelt, so dass sowohl die Kokillenfüllphase als auch die Stranggießphase mit geregeltem Gießquerschnitt erfolgen können. Das Metallniveau in den Kokillen kann beispielsweise über ein "Gießrezept" zeitlich vorgegeben werden.
  • Zudem hat sich herausgestellt, dass insbesondere die niedriglegierten Aluminiumlegierungen vom Typ AA1xxx und AA8xxx sowie Legierungen vom Typ AA3xxx und AA6xxx gut mit dem erfindungsgemäßen Verfahren zu Metallsträngen vergossen werden können. Die Legierungstypen unterscheiden sich beim Gießen durch ihr Erstarrungsverhalten. Während niedriglegierte Aluminiumlegierungen, also beispielsweise die Legierungstypen AA1xxx oder AA8xxx, eine im Wesentlichen einheitliche Erstarrungsfront ausbilden, zeigen höher legierte AA3xxx und AA6xxx Legierungen eine breiige Erstarrungsfront. Auf die verschiedenen Legierungen muss beispielsweise mit unterschiedlichen Kokillenfüllgeschwindigkeiten und Absenkgeschwindigkeiten reagiert werden. Die Gießergebnisse der AA3xxx- und AA6xxx-Legierung waren bei höheren Kokillenfüllgeschwindigkeiten beispielsweise besser. Es ist aber auch denkbar, andere, beispielsweise höher legierte Aluminiumlegierungen mit einem entsprechenden Verfahren zu gießen.
  • Bei den zuvor genannten Formaten für die Schmal- und Breitseite einer Kokille wird nichterfindungsgemäß die Breitseitenlänge der Kokillen derart gewählt, dass der Ofensumpf eines vorgelagerten Schmelzofens minimiert werden kann. Mit anderen Worten, abhängig von der eingeschmolzenen Metallmenge und des ofenspezifischen Ofensumpfs werden die Formate derart gewählt, dass nach Möglichkeit nur ein unvermeidbarer Rest im Sumpf des Schmelzofens verbleibt. Hierdurch wird erreicht, dass ein nachfolgender Wechsel auf eine andere Legierung möglichst zügig und damit kostengünstig erfolgen kann.
  • Im Weiteren soll die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen in Verbindung mit der Zeichnung näher erläutert werden. Die Zeichnung zeigt in
    • Fig. 1
    eine schematische Schnittansicht einer Vorrichtung zum Gießen eines Metallstrangs,
    Fig. 2
    in einer Draufsicht 3 verschiedene Kokillen mit unterschiedlichen Breitseitenlängen,
    Fig. 3
    in einer schematischen Schnittansicht eine Vorrichtung zum gleichzeitigen Gießen einer Mehrzahl von Metallsträngen in der Kokillenfüllphase gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung und
    Fig. 4
    in einer schematischen Schnittansicht das Ausführungsbeispiel aus Fig. 3 während der Stranggießphase.
  • Fig. 1 zeigt in einer schematischen Schnittdarstellung in einem Ausführungsbeispiel das Prinzip des Stranggießens eines Metallstrangs unter Verwendung einer Kokille 1 einer Verteilerrinne 2, eines Gießrohres bzw. einer Gießdüse 3, einem Verteilernetz 3b, einem Stopfen 4 sowie eines Angussteins 5, welcher auf einem Gießtisch 6 angeordnet ist. Der Gießtisch 6 ist in seiner Höhe verfahrbar und wird während des Stranggießens beispielsweise zu Kühlungszwecken in ein Wasserbad eingelassen. Die Kokille 1 ist wassergekühlt und kann an den zum Metallstrang weisenden Seiten zusätzlich Kühlwasser auf den nach unten heraustretenden Metallstrang abgeben, um die Außenwände des Metallstrangs zusätzlich zu kühlen. Darüber hinaus kann ein Metallsensor 7 zur Detektion des Metallniveaus vorgesehen sein, welcher, wie die Pfeile andeuten, beispielsweise in Richtung der Breitseite der Kokille 1 verschiebbar angeordnet sein kann.
  • Der Angussstein 5 ist in dem dargestellten Ausführungsbeispiel in Fig. 1 derart ausgebildet, dass in seiner Mitte eine Erhöhung vorgesehen ist. Die Erhöhung in der Mitte ist aber optional. Zum Rand hin weist der Angussstein 5 eine Tiefe T auf, welche erfindungsgemäß mindestens 50 mm beträgt. Vorzugsweise beträgt die Tiefe T des Angusssteins 100 mm bis 150 mm, um bei dem erfindungsgemäßen Verfahren unabhängig vom Kokillenformat ein ausreichendes Wärmereservoir für die Metallschmelze zur Verfügung zu stellen und die Prozesssicherheit des erfindungsgemäßen Verfahrens zu steigern. In dem Verteiler 2 befindet sich der Vorrat an flüssiger Metallschmelze 8, welcher über eine nicht dargestellte Pfanne oder über einen Ofen während des Gießvorgangs nachgeliefert wird. In der Zulaufrinne zwischen Metallreservoir und Verteilerrinne 2 können In-Line Aggregate zur Schmelzebehandlung, beispielsweise Entgaser, Filter oder Kornfeiner, eingefügt sein. Mithilfe des Stopfens 4 kann die Gießöffnung des Gießrohres 3 auf die unterschiedlichen Formate der Kokillen 1 eingestellt und die Gießgeschwindigkeit entsprechend angepasst werden. Das Verteilernetz 3b unter dem Gießrohr, auch als "Combo Bag" oder "Distribution Bag" bekannt, dient der gleichmäßigen Verteilung der Schmelze in die Kokille. Bei großformatigen Kokillen wird ein im Vergleich zu kleinformatigen Kokillen größerer Querschnitt der Gießöffnung bereitgestellt. Dies stellt sicher, dass bei gleichzeitigem Stranggießen unterschiedlicher Formate eine identische Abzugsgeschwindigkeit durch Absenken des gemeinsamen Gießtisches 6 für alle Kokillen ermöglicht wird. Vorzugsweise wird über eine Metallniveauregeleinrichtung der Gießquerschnitt automatisch geregelt. Der Sollwert des Metallniveaus in den Kokillen kann beispielsweise über ein "Gießrezept" zeitlich vorgegeben werden.
  • Fig. 2 zeigt in einer schematischen Draufsicht 3 verschiedene Kokillen 10, 20, 30, welche sich durch eine unterschiedlich lange Breitseite 11, 21, 31 und identische Schmalseiten 12, 22, 32 auszeichnen. Die Schmalseiten 12, 22, 32 definieren die Dicke des abgezogenen Metallstranges und weisen erfindungsgemäß eine identische Länge auf. Die Dicke des Metallstranges bestimmt im Wesentlichen das Abkühlungsverhalten des Metallstranges und damit die Abzugsgeschwindigkeit des Metallstrangs. Beim Gießen unterschiedlicher Formate mit einem gemeinsamen Gießtisch 6 kann durch identisch lange Schmalseiten daher auf einfache Weise ein im Wesentlichen identisches Abkühlverhalten der verschiedenen Metallstränge erreicht werden.
  • Fig. 3 zeigt nun in einer schematischen Schnittansicht ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Verfahrens zum Stranggießen von Metallsträngen, insbesondere von Walzbarren aus Aluminium oder einer Legierung, bei welchen das flüssige Metall 8, beispielsweise über Verteiler 2 an eine Mehrzahl an Kokillen 10, 20, 30 verteilt wird. Die Kokillenfüllphase beginnt für alle Kokillen 10, 20, 30 zum gleichen Zeitpunkt. Gleichzeitig im Sinne der vorliegenden Erfindung bedeutet, dass die Gießvorgänge gleichzeitig eingeleitet werden, wobei jedoch durch die Anlagentechnik es auch zu einem Versatz um mehrere Sekunden zwischen einzelnen Kokillen in der Praxis kommen kann.
  • Fig. 3 zeigt nun die Kokillenfüllphase eines Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Verfahrens zu einem Zeitpunkt, zu dem bereits eine Kokille das für das Einleiten der Stranggießphase notwendige Metallniveau erreicht hat. Die Kokillen 30 und 20 müssen aber noch weiter gefüllt werden, um das gewünschte Metallniveau zu erreichen. Aufgrund der im Angussstein 51, 52 und 53 vorgesehenen Tiefen von mindestens 50 mm wird insbesondere in dem Angussstein 51 ein Metallschmelzereservoir bereitgestellt, welches genügend Wärme abgibt, um ein Anhalten des Gießvorgangs in der Kokille 10, welche zuerst das Metallniveau für das Stranggießen erreicht hat, zu ermöglichen, ohne dass es zu einem Einfrieren des Metallmeniskus kommt. Die Tiefe des Angusssteins beträgt vorzugsweise 100 mm bis 150 mm.
  • Nachdem die anderen Kokillen 20, 30 ebenfalls das für das Einleiten der Stranggießphase notwendige Metallniveau, welches durch den Metallsensor 7 gemessen wird, erreicht haben, wird die Stranggießphase begonnen und der gemeinsame Gießtisch 6 abgesenkt, Fig. 4. Wie in dem Ausführungsbeispiel in Fig. 3 zu erkennen ist, weisen die Angusssteine der unterschiedlichen Kokillen 10, 20, 30 vorzugsweise eine identische Tiefe auf.
  • Im Gegensatz zu den üblichen Angießpraxen, welche die Kokillenfüllphase bestimmen, kann die Kokillenfüllphase relativ langsam durchgeführt werden. Sie weist vorzugsweise eine Dauer von 90 Sekunden bis 600 Sekunden, bevorzugt 120 Sekunden bis 480 Sekunden vom Gießbeginn bis zum Start der Stranggießphase, also dem Absenken des Gießtisches 6, auf. Die Füllgeschwindigkeit während der Kokillenfüllphase entspricht beispielsweise etwa der Füllgeschwindigkeit während des Stranggießens bzw. der Stranggießphase, bei welchem der Metallstrang aus der Kokille 10, 20, 30 durch Absenken des Gießtisches 6 abgezogen wird.
  • Die in dem Ausführungsbeispiel in Fig. 3 dargestellten Kokillen weisen unterschiedliche Breitseitenlängen, vorzugsweise von 900 mm bis 2200 mm auf. Die Schmalseiten, in Fig. 3 und 4 nicht dargestellt, weisen eine einheitliche Länge von 400 mm bis 600 mm auf.
  • In Fig. 4 ist nun das Ausführungsbeispiel aus Fig. 3 während der Stranggießphase dargestellt. Der Gießtisch 6 wird abhängig von dem Metallvolumenstrom, mit welchem Metall in die Kokillen nachgefüllt wird, während der Stranggießphase abgesenkt, wobei über die Verteiler 2 und die Düse bzw. das Gießrohr 3 unter Verwendung des Stopfen 4 entsprechend der Absenkgeschwindigkeit des Gießtisches 6 flüssiges Metall nachgeführt wird. Aufgrund der identischen Absenkgeschwindigkeit für klein- und großformatige Kokillen 10, 20, 30 ist der Querschnitt, welcher der Metallschmelze zum Nachfließen über das Zusammenwirken des Stopfen und des Gießrohrs 3, 4 bereitgestellt wird, entsprechend für jede Kokille fest zu wählen. Der Metallsensor 7 kann dabei ständig das Metallniveau der Metallschmelze bzw. des Metalls messen und zur Regelung des Metallschmelzezuflusses nutzen. Vorzugsweise wird das Metallniveau vom Metallsensor 7 berührungslos, beispielsweise kapazitiv gemessen. Es kann aber auch eine berührungslose Messung mit einem Laser, mit einer Radarsonde oder auch induktiv erfolgen.
  • Herausgestellt hat sich insbesondere, dass Aluminiumlegierungen vom Typ AA1xxx, AA3xxx, AA6xxx oder Aluminiumlegierungen von Typ AA8xxx für das Stranggießen unter Verwendung einer Mehrzahl von Kokillen mit unterschiedlichen Formaten besonders gut geeignet sind, da die niedriglegierten Aluminiumlegierungen AA1xxx und AA8xxx ein gutes Gießverhalten aufweisen und damit die Ausschussrate während des Mehrfachstranggießens weiter verringert wird. Aber auch die ein kritischer einzuschätzendes Erstarrungsverhalten aufweisenden Legierungen vom Typ AA3xxx und AA6xxx wurden erfolgreich mit dem erfindungsgemäßen Verfahren bereits vergossen.
  • In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel der Fig. 3 und 4 wurden die Breitseitenlängen der Kokillen 10, 20, 30 so gewählt, dass nach dem Gießen der Metallstränge die Menge an Metall im Ofensumpf des zugeordneten Schmelzofens besonders gering ist.
  • Insbesondere die Auswahl der Angusssteintiefe in Verbindung mit dem gleichzeitigen Gießbeginn in der Kokillenfüllphase ermöglicht es, Metallstränge bzw. Walzbarren mit unterschiedlichen Formaten gleichzeitig mit einer besonders geringen Ausschussquote zu gießen.

Claims (7)

  1. Verfahren zum Stranggießen von Metallsträngen, insbesondere von Walzbarren aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung, bei welchem
    - das flüssige Metall (8) gleichzeitig über eine Mehrzahl an Kokillen (1,10,20,30) zu einer Mehrzahl an Metallsträngen vergossen wird,
    - die Kokillen (1,10,20,30) jeweils eine Schmalseite (12,22,32) und eine Breitseite (11,21,31) aufweisen, wobei alle Kokillen (1,10,20,30) eine einheitliche Länge der Schmalseite (11,21,31) aufweisen, so dass die Metallstränge gleiche Dicken nach dem Gießen aufweisen,
    - mindestens eine der verwendeten Kokillen (1,10,20,30) eine Breiteseite (12,22,32) aufweist, deren Länge sich von der Länge der Breiteseite (12,22,32) der anderen gleichzeitig verwendeten Kokillen (1,10,20,30) unterscheidet,
    - zu jeder verwendeten Kokille (1, 10,20,30) ein Angussstein (5,51,52,53) vorgesehen ist, welcher auf einem Gießtisch (6) angeordnet ist und zur. Aufnahme der Anfahrstränge vorgesehen ist,
    - wobei das Gießen der Metallstränge eine Kokillenfüllphase bei feststehendem Gießtisch (6) umfasst, in welcher eine Mehrzahl an Anfahrsträngen in die zugehörigen Angusssteine (5,51,52,53) gegossen wird und
    - das Gießen eine Stranggießphase umfasst, in welcher der Gießtisch (6) abgesenkt und eine Mehrzahl an Metallsträngen gegossen wird,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    die Tiefe (T) des Angusssteins (5,51,52,53) für jede Kokille mindestens 50 mm beträgt, die Kokillenfüllphase gleichzeitig für alle Kokillen (1,10,20,30) mit einer identischen Füllgeschwindigkeit gestartet wird, der Gießvorgang bei den Kokillen, die das notwendige Metallniveau für das Starten der Stranggießphase erreicht haben, angehalten wird und die Stranggießphase begonnen wird, sobald alle Kokillen (1,10,20,30) das für die Stranggießphase notwendige Metallniveau erreicht haben.
  2. Verfahren nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    die Tiefe (T) des Angusssteins (5,51,52,53) 100 mm bis 150 mm beträgt.
  3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    die Angusssteine (5,51,52,53) von Kokillen (1,10,20,30) mit unterschiedlichem Kokillenformate eine identische Tiefe (T) aufweisen.
  4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    die Kokillenfüllphase eine Dauer von 90 s und 600 s, bevorzugt 120 s bis 480 s aufweist.
  5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    eine Mehrzahl an Kokillen (1,10,20,30) mit einer Breitseitenlänge von 900 mm bis 2200 mm gleichzeitig verwendet wird, deren Schmalseiten (12,22,32) eine einheitliche Länge von 400 mm bis 600 mm aufweist.
  6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    während der Kokillenfüllphase das Metallniveau im Angussstein (5,51,52,53) über einen zumindest parallel zur Breitseitenrichtung der Kokillen verfahrbaren Metallsensor (7) berührungslos, vorzugsweise kapazitiv gemessen wird und abhängig vom Metallniveau in den Kokillen die Stranggießphase eingeleitet wird.
  7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6,
    dadurch gekennzeichnet, dass Aluminiumlegierungen vom Typ AA1xxx oder AA8xxx, AA3xxx und AA6xxx gegossen werden.
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