WO2015185586A1

WO2015185586A1 - Verfahren zur herstellung von blechen

Info

Publication number: WO2015185586A1
Application number: PCT/EP2015/062317
Authority: WO
Inventors: Uwe Geib
Original assignee: Uwe Geib
Priority date: 2014-06-03
Filing date: 2015-06-03
Publication date: 2015-12-10
Also published as: DE102014107768A1

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung von Metallblech, bei dem geschmolzenes Metall auf ein Trägerbad aus geschmolzenem Trägermaterial gegeben wird, dessen Dichte größer als die Dichte des geschmolzenen Metalls ist. Die Metallschicht wird auf dem Trägerbad horizontal in einer Herstellungsrichtung bewegt wird, wobei die Temperatur des Trägerbades so geregelt wird, dass die Metallschicht bis zum Verlassen des Trägerbades auf eine Temperatur abkühlt, bei der die Metallschicht zu einem Metallblech erstarrt ist. Bevorzugt ist auf dem Trägerbad zumindest teilweise ein Abdeckmaterial angeordnet, dessen Dichte kleiner als die Dichte des geschmolzenen Metalls ist.

Description

Verfahren zur Herstellung von Blechen

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung von Blechen aus Metall, insbesondere von Stahlblechen. Herkömmlicherweise erfolgt die Herstellung von Metallblechen durch Walzen beispielsweise eines Blocks aus dem jeweiligen Metall. Insbesondere beim Warmwalzen muss dazu der Metallblock zuvor wieder erwärmt werden. Hierzu ist ein hoher Energieaufwand erforderlich.

Durch Walzen ist es allerdings nicht möglich, kontinuierlich Metallbleche von beliebiger Länge zu erzeugen. Die Herstellung beliebig lange Metallbleche scheiterte bislang auch daran, dass das Schmelzen des Metalls mit herkömmlichen Schmelzöfen nicht kontinuierlich möglich war, sondern nur schubweise erfolgen konnte.

Inzwischen sind Schmelzöfen mit beliebig langer Ofenreise auch für Metall bekannt (siehe z.B. DE 10 2008 050 855), aus denen kontinuierlich geschmolzenes Metall entnommen werden kann.

Die vorliegende Erfindung betrifft daher die Aufgabe, Metallbleche beliebiger Länge (insbesondere auch Endlosbleche) in einem kontinuierlichen Prozess herstellen zu können. Darüber hinaus betrifft die vorliegende Erfindung die Aufgabe, den Energieaufwand bei der Herstellung von Metallblechen zu reduzieren.

Diese Aufgaben werden erfindungsgemäß gelöst durch ein Verfahren zur Herstellung von Metallblech, bei dem geschmolzenes Metall auf ein Trägerbad aus geschmolzenem Trägermaterial gege- ben wird. Die Dichte des Trägermaterials ist dabei größer als die Dichte des geschmolzenen Metalls, sodass die Schicht aus geschmolzenem Metall auf dem geschmolzenen Trägermaterial schwimmt. Die Metallschicht wird auf dem Trägerbad horizontal in einer Herstellungsrichtung bewegt. Dabei wird die Temperatur des Trägerbades so geregelt, dass die Metallschicht bis zum Verlassen des Trägerbades auf eine Temperatur abkühlt, bei der die Metallschicht zu einem Metall- blech erstarrt ist. Damit kann das so entstandene Metallblech aus dem Trägerbad geschoben oder von diesem abgehoben und der weiteren Verarbeitung zugeführt werden. Durch die geringere Dichte des Metalls gegenüber dem Trägermaterial schwimmen die Schicht aus geschmolzenem Metall und auch das nach dem Erstarren daraus entstandene Metallblech auf dem flüssigen Trägermaterial (Float-Verfahren).

Da die Oberfläche des flüssigen Trägerbades sehr glatt ist, weisen auch die mit dem erfindungs- gemäßen Verfahren hergestellten Metallbleche eine sehr glatte Oberfläche auf.

Durch Regelung unter anderem der horizontalen Bewegungsgeschwindigkeit und der Zuführgeschwindigkeit des Metalls (bzw. der zugeführten Menge des Metall pro Zeiteinheit) lässt sich die Dicke der auf dem Trägerbad schwimmenden Metallschicht einstellen, und somit auch die Dicke des durch Abkühlung entstehenden Metallblechs. Alternativ und/oder zusätzlich kann zur Einstellung der Dicke der Metallschicht auch eine variable Breitenbegrenzung zum Einsatz kommen, die die Breite der schwimmenden Metallschicht und damit die sich daraus und aus der zugeführten Menge des Metall pro Zeiteinheit ergebende Dicke beeinflusse Eine solche Breitenbegrenzung kann beispielsweise mittels festen Begrenzungselementen und/oder Rollen verwirklicht werden. In einer bevorzugten Ausführungsform wird die Temperatur des Trägerbades so geregelt, dass sich ein Temperaturgefälle vom Ort der Zuführung des geschmolzenen Metalls zum Trägerbad hin zum Ort, an dem die erstarrte Metallschicht das Trägerbad verlässt, ausbildet. Beispielsweise kann am Ort der Zuführung die Temperatur des Trägerbades noch oberhalb der Schmelztemperatur des Metall liegen, während sie an Orten, die vom Ort der Zuführung entfernt sind, insbesondere an dem Ort, an dem die Metallschicht das Trägerbad als erstarrtes Metallblech verlässt, unterhalb der

Schmelztemperatur des Metalls liegt. Dadurch kann beispielsweise eine gleichmäßigere Abkühlung der Metallschicht erreicht werden.

Vorzugsweise ist also die Schmelztemperatur des Trägermaterials zumindest an dem Ort, an dem die Metallschicht das Trägerbad als erstarrtes Metallblech verlässt, niedriger ist als die Schmelz- temperatur des Metalls.

Für die Regelung der Temperatur des Trägerbades kommen Heizeinrichtungen zum Einsatz, die mit dem Becken des Trägerbades verbunden und/oder neben, unter und/oder über diesem angeordnet sein können.

Über die Geschwindigkeit des Abkühlens lassen sich bevorzugterweise auch Eigenschaften des Metallblechs beeinflussen, so führt beispielsweise bei Eisen oder Stahl ein schnelleres bzw. langsameres Abkühlen zu einer erhöhten Sprödigkeit bzw. Härte. In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist auf dem Trägerbad zumindest teilweise ein Abdeckmaterial angeordnet ist, dessen Dichte kleiner als die Dichte des geschmolzenen Metalls ist. Dies führt dazu, dass das geschmolzene Metall sich in vertikaler Richtung zwischen dem Trägermaterial und dem Abdeckmaterial anordnet. Vorzugsweise ist die Schmelztemperatur des Abdeckmaterials niedriger als die Schmelztemperatur des Metalls. Dadurch kann die Temperatur des Trägerbades so geregelt werden, dass das Abdeckmaterial auch nach dem Erstarren der Metallschicht zu einem Metallblech flüssig bleibt und somit wieder von der zum Metallblech erstarrten Metallschicht entfernt werden kann. Die Übertragung der Wärme vom Trägermaterial zum Abdeckmaterial findet dabei durch Wärmeleitung durch das Metall hindurch statt.

In einer bevorzugten Ausführungsform ist das Trägermaterial Kupfer. Die Dichte von Kupfer ist etwa 8,9 g/cm³, die Schmelztemperatur beträgt etwa 1083 °C. Damit ist Kupfer gut als Material für ein Trägerbad geeignet, das zur Herstellung von Eisen- oder Stahlblechen verwendet wird, da die Dichte von Eisen etwa 7,9 g/cm³ und die Schmelztemperatur etwa 1538 °C ist. Stahl weist meistens (abhängig von den gewählten Legierungsanteilen) sehr ähnliche Werte auf. Bei einer Temperatur des Trägerbades zwischen der Schmelztemperatur von Kupfer und der Schmelztemperatur von Eisen, beispielsweise einer Temperatur von etwa 1 100, 1200, 1300 oder 1400 °C, oder auch bei einem Temperaturgefälles des Trägerbades zwischen einer höheren und einer niedrigeren der genannten Temperaturen, erstarrt die zunächst noch flüssige Eisen- oder Stahlschicht und schwimmt auf dem weiterhin flüssigen Kupferbad.

Alternativ können als Trägermaterial auch eine Kupferlegierung (z.B. Kupfer legiert mit Zinn) oder eine andere Metallschmelze zum Einsatz kommen.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist das Trägermaterial Glas, insbesondere ein Bleiglas. Bleiglas hat je nach Zusammensetzung eine Dichte zwischen etwa 3,5 und etwa 5,9 g/cm³. Damit kann Glas nicht als Trägermaterial bei der Herstellung von Eisen- oder Stahlblechen zum Einsatz kommen, wohl aber (bei entsprechender Zusammensetzung, die zu einer ausreichend hohen Dichte führt) bei der Herstellung von Titanblechen, da die Dichte von Titan etwa 4,5 g/cm³ beträgt. Zwar hat Glas keine definierte Schmelztemperatur, eine Bleiglasschmelze ist aber ab etwa 800 °C ausreichend flüssig, um als Trägerbad zu dienen. Da die Schmelztemperatur von Titan etwa 1668 °C beträgt, kann eine Temperatur des Trägerbades von 800, 900, 1000, 1 100, 1200, 1300, 1400, 1500 oder 1600 °C, oder auch ein Temperaturgefälle des Trägerbades zwischen einer höheren und einer niedrigeren der genannten Temperaturen verwendet werden, um ein Erstarren der Titanschicht zu erreichen. Die zum Titanblech erstarrte Titanschicht schwimmt dann auf dem weiterhin flüssigen Bleiglasbad.

Alternativ kann als Trägerbad auch eine Mineralienschmelze zum Einsatz kommen. Ebenso kann als Metall eine Titanlegierung verwendet werden. In einer bevorzugten Ausführungsform ist das Abdeckmaterial Magnesium (Dichte etwa 1 ,7 g/cm³, Schmelztemperatur etwa 650 °C) oder Aluminium (Dichte etwa 2,7 g/cm³, Schmelztemperatur etwa 660 °C).

Je nach den als Trägermaterial und als Abdeckmaterial verwendeten Stoffen bzw. dem verwendeten Metall kann es erforderlich sein, die Oberfläche des Trägerbades, die Abdeckschicht und/oder die Metallschicht durch ein Schutzgas vor Oxidation zu schützen. Als Schutzgas kann beispielsweise Stickstoff oder ein Edelgas (z.B. Argon) verwendet werden.

Vorzugsweise sind das Trägermaterial und das Metall, aus dem das Blech hergestellt werden soll nicht mischbar und gehen keine chemischen Reaktionen miteinander ein. Eine gewisse Mischbarkeit oder ein gewisses Maß an chemischer Reaktion kann aber auch gewünscht oder zumindest tolerierbar sein, beispielsweise, um ein Metallblech zu erhalten, das zumindest auf einer Seite mit dem Trägermaterial beschichtet ist. Durch Regelung der Temperatur des Trägerbades lässt sich die Dicke dieser Beschichtung einstellen.

Entsprechend gilt dies auch für Mischbarkeit von und chemische Reaktionen zwischen Metall und Abdeckmaterial. Nach dem Trägerbad können bei Bedarf noch weitere Bäder angeordnet sein, die zur weiteren Behandlung des Metallblechs dienen, beispielsweise mittels unterschiedlicher Temperaturen und/oder unterschiedlicher Badmaterialien. Hierdurch lassen sich beispielsweise physikalische Eigenschaften des Blechs wie Sprödigkeit oder Härte beeinflussen. Auch können hierdurch bei Bedarf Beschich- tungen auf eine oder mehrere Seiten des Metallblechs aufgebracht werden. Anhand der Zeichnung wird die Erfindung nachstehend eingehend erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 einen Querschnitt durch eine schematische dargestellte Vorrichtung zur Durchführung einer ersten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens,

Fig. 2 einen Querschnitt durch eine schematische dargestellte Vorrichtung zur Durchführung einer zweiten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens Fig. 3 einen Querschnitt durch eine schematische dargestellte Vorrichtung zur Durchführung einer dritten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens.

Im Folgenden werden bevorzugte Ausführungsbeispiele anhand der Figuren beschrieben. Dabei werden gleiche, ähnliche oder gleichwirkende Elemente mit identischen Bezugszeichen bezeichnet. Um Redundanzen zu vermeiden, wird auf eine wiederholte Beschreibung dieser Elemente in der nachfolgenden Beschreibung teilweise verzichtet.

Die Darstellung gemäß Fig. 1 zeigt einen Querschnitt durch eine schematische dargestellte Vorrichtung zur erfindungsgemäßen Herstellung von Metallblechen im Float- Verfahren. Das Metall, aus dem das Blech hergestellt werden soll, wird in einem Ofen (nicht dargestellt), der vorzugsweise kontinuierlich betrieben werden kann, geschmolzen. Die Metallschmelze 1 verlässt den Ofen über einen Auslass 2, der auf einem Isoliermaterial 3 angeordnet sein kann. Ja nach relativer Anordnung zwischen dem Auslass 2 und dem Becken 5, in dem sich das geschmolzene Trägermaterial 6 befindet, kann ein Schmelzüberleitungsbauteil 4 vorgesehen sein. Das Schmelzüberleitungsbauteil kann zusätzlich den Vorteil haben, die auslaufende Schmelze 1 zu vergleichmäßigen. Die vom Auslass 2 in das Becken 5 geleitete Metallschmelze 1 schwimmt aufgrund ihrer im Vergleich zum Trägermaterial 6 geringeren Dichte als Metallschicht 7 auf dem flüssigen Trägermaterial 6. Die Temperatur des flüssigen Trägermaterials 6 wird so eingestellt, dass sie oberhalb der Schmelztemperatur des Trägermaterials 6 aber unterhalb der Schmelztemperatur des Metalls der Metallschicht 7 liegt. Dadurch kühlt die Metallschicht 7 bis unter den Schmelzpunkt des Metalls ab und erstarrt zu einem Metallblech 8, das am Ende der Wanne 5 über die Wannenwand, die an dieser Stelle beispielsweise bündig mit dem Füllstand des Trägermaterials sein kann, hinausgeschoben und der weiteren Verarbeitung zugeführt werden kann. Die Temperatur des flüssigen Trägermaterials 6 kann durch Heizeinrichtungen (nicht dargestellt), die mit dem Becken 5 verbunden oder benachbart zu diesem angeordnet sind, geregelt werden. In der Darstellung gemäß Fig. 2 kommt anstelle des Schmelzüberleitungsbauteils 4 in Fig. 1 eine Vorrichtung 9 zum gleichmäßigen Verteilen der Schmelze 1 zum Einsatz. Die dargestellte Vorrichtung 9 besteht aus zwei Rollen, die parallel zur Kante des Auslasses 2 angeordnet sind. Über den Abstand der Rollen lässt sich ein Zufluss der Schmelze mit einer definierten Geschwindigkeit bestimmen. Außerdem erfolgt eine gleichmäßigere Verteilung der Schmelze entlang der Rollen und somit über die Breite des Bades. Eine solche Vorrichtung 9 könnte auch in der in Fig. 1 gezeigten Anordnung anstelle des Schmelzüberleitungsbauteils 4 verwendet werden und umgekehrt. Anstelle der Rollen kann auch ein Trichter, der sich über die Länge der Auslasskante erstreckt, verwendet werden. Alternativ ist wie in Fig. 3 gezeigt auch vorstellbar, dass der Auslauf 2 so angeordnet ist, dass die Schmelze 1 direkt in die Wanne 5 läuft.

Die Metallschmelze 1 läuft durch die Vorrichtung 9 in die Wanne 5 und schwimmt dort auf dem flüssigen Trägermaterial 6. Oberhalb der flüssigen Metallschicht 7 ist eine Schicht aus flüssigem Ab- deckmaterial 10 angeordnet, dessen Dichte geringer ist als die der Metallschicht 7. Dadurch schwimmt die Schicht aus Abdeckmaterial 10 auf der Metallschicht 7, die ihrerseits auf dem Trägermaterial schwimmt.

Wiederum wird die Temperatur des flüssigen Trägermaterials 6 so eingestellt, dass sie oberhalb der Schmelztemperatur des Trägermaterials 6 aber unterhalb der Schmelztemperatur des Metalls der Metallschicht 7 liegt. Dadurch kühlt die Metallschicht 7 bis unter den Schmelzpunkt des Metalls ab und erstarrt zu einem Metallblech 8. Zusätzlich liegt die Temperatur des flüssigen Trägermaterials 6 oberhalb der Schmelztemperatur des Abdeckmaterials, sodass dieses flüssig bleibt, auch wenn das Metall zum Metallblech 8 erstarrt ist.

Am Ende der Wanne 5 wird das erstarrte Metallblech 8 von einer Abnahmevorrichtung (nicht dar- gestellt) vom Trägerbad abgehoben und der weiteren Verarbeitung zugeführt. Dadurch, dass die Temperatur des Trägermaterials 6 so geregelt wird, dass das Abdeckmaterial 10 flüssig bleibt, kann das Abdeckmaterial 10 vom Metallblech 8 ablaufen und verbleibt somit in der Wanne 5.

Bezugszeichen liste

1 Metallschmelze

2 Auslass des Schmelzofens

3 Isolierung

4 Schmelzüberleitungsbauteil

5 Wanne

6 flüssiges Trägermaterial

7 Metallschicht

8 Metallblech

9 Vorrichtung zum gleichmäßigen Verteilen der Schmelze

10 Abdeckschicht

Claims

Patentansprüche

1. Verfahren zur Herstellung von Metallblech, wobei geschmolzenes Metall auf ein Trägerbad aus geschmolzenem Trägermaterial gegeben wird, dessen Dichte größer als die Dichte des geschmolzenen Metalls ist, und die Metallschicht auf dem Trägerbad horizontal in einer Herstellungsrichtung bewegt wird, wobei die Temperatur des Trägerbades so geregelt wird, dass die Metallschicht bis zum Verlassen des Trägerbades auf eine Temperatur abkühlt, bei der die Metallschicht zu einem Metallblech erstarrt ist.

2. Verfahren nach Anspruch 1 , wobei die Temperatur des Trägerbades so geregelt wird, dass sich ein Temperaturgefälle vom Ort der Zuführung des geschmolzenen Metalls zum Trä- gerbad hin zum Ort, an dem die erstarrte Metallschicht das Trägerbad verlässt, ausbildet.

3. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei die Schmelztemperatur des Trägermaterials niedriger ist als die Schmelztemperatur des Metalls.

4. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei auf dem Trägerbad zumindest teilweise ein Abdeckmaterial angeordnet ist, dessen Dichte kleiner als die Dichte des geschmolzenen Metalls ist, sodass das geschmolzene Metall sich in vertikaler Richtung zwischen dem Trägermaterial und dem Abdeckmaterial anordnet.

5. Verfahren nach Anspruch 4, wobei die Schmelztemperatur des Abdeckmaterials niedriger ist als die Schmelztemperatur des Metalls.

6. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei das Trägermaterial Kupfer oder eine Kupferlegierung ist.

7. Verfahren nach Anspruch 6, wobei das Metall Stahl oder Eisen oder eine Stahl- oder Eisenlegierung ist.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 -5, wobei das Trägermaterial Glas, insbesondere ein Bleiglas ist.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 -6 und 8, wobei das Metall Titan oder eine Titanlegierung ist.

10. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei das Abdeckmaterial Magnesium oder Aluminium ist. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei die Oberfläche des Trägerbades, die Abdeckschicht und/oder die Metallschicht durch ein Schutzgas vor Oxidation geschützt wird.