DE102012209568B4 - Method and device for casting rolls of magnesium wires - Google Patents
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Abstract
Verfahren zur Herstellung von Magnesiumdraht, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Strom flüssigen Magnesiums kontinuierlich über mindestens eine Düse (4) derart zwischen zwei gegenläufig rotierende Gießräder (1) gegossen wird, die umlaufende, korrespondierende Kaliber (14) und keine Flachbahnen aufweisen, dass das flüssige Magnesium zwischen dem Austritt aus der Düse (4) und vor der engsten Stelle zwischen den Gießrädern (1) vollständig erstarrt ist, und dass das erstarrte Magnesium unmittelbar nach der Erstarrung durch die Gießräder (1) gewalzt und der gewalzte Magnesiumdraht (3) nach dem Austritt aus den Gießrädern (1) durch mindestens ein flüssiges inertes Gas gekühlt wird.A process for the production of magnesium wire, characterized in that at least one stream of liquid magnesium is continuously poured over at least one nozzle (4) between two counter-rotating casting wheels (1) having circumferential, corresponding caliber (14) and no flat tracks, that the liquid magnesium between the outlet from the nozzle (4) and before the narrowest point between the casting wheels (1) is completely solidified, and that the solidified magnesium rolled immediately after solidification by the casting wheels (1) and the rolled magnesium wire (3) the exit from the casting wheels (1) is cooled by at least one liquid inert gas.
Description
Gegenstand der vorliegenden Erfindung sind ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung eines endlosen Drahtes aus Magnesium oder Magnesiumlegierung. Kennzeichnend für das Verfahren ist, dass ein kontinuierlicher Schmelzfluss zwischen zwei gegenläufig rotierenden, profilierten Rollen gegossen wird, wobei der Schmelzfluss in der Profilierung noch vor dem engsten Punkt der Rollen vollständig erstarrt und beim Durchgang durch den engsten Punkt eine Umformung durch Walzen erfährt.The present invention relates to a method and an apparatus for producing an endless wire of magnesium or magnesium alloy. Characteristic of the method is that a continuous melt flow between two counter-rotating, profiled rollers is poured, the melt flow in the profiling completely solidifies even before the narrowest point of the rollers and undergoes a transformation by rolling when passing through the narrowest point.
Verfahren, die unmittelbar mit der Erstarrung einer Schmelze eine Umformung durch Walzen vorsehen, sind unter dem Oberbegriff „Gießwalzen“ bekannt. Methods which provide roll forming immediately upon solidification of a melt are known by the generic term "casting rolls".
Bereits in der
In der
Die
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Der Einsatz des Gießwalzens, insbesondere für die Herstellung von Aluminiumdrähten, ist bekannt. So beschreibt die
Die
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Der Begriff Gießwalzen wird im Stand der Technik offenbar in mehrfacher Bedeutung verwendet. Bei den Verfahren nach
Die
Von Bedeutung ist auch die Publikation von M. Ferry, (Ferry, M.: Direct strip casting of metals and alloys. Cambridge: Woodhead Publishing Ltd., 2006. S. 1, 17–20, 76–79, 90. – ISBN 1-84569-049-4) in der auf die prinzipielle Eignung von Magnesiumlegierungen zum Bandgießen (direct strip casting) eingegangen wird. Es wird dargestellt (S. 20), dass künftig Verfahren erwartet werden, die Bandgießen für bestimmte Magnesiumlegierungen umsetzten. Von Gießwalzen für reines Magnesium ist jedoch nicht die Rede. Auf S. 77 (Group III) wird das Walzgießen als Unterklasse des Bandgießens genannt, wobei bewegliche Formen (Gießräder) zum Einsatz kommen.Also of importance is the publication by M. Ferry, (Ferry, M .: Direct strip casting of metals and alloys, Cambridge: Woodhead Publishing Ltd., 2006 pp. 1, 17-20, 76-79, 90.-ISBN 1-84569-049-4) in which the basic suitability of magnesium alloys for strip casting (direct strip casting) is discussed. It is shown (page 20) that in the future procedures are expected to implement strip casting for certain magnesium alloys. However, casting rolls for pure magnesium are not mentioned. On page 77 (Group III), roll casting is referred to as a subclass of strip casting using moving molds (casting wheels).
Die Verfahren zur Herstellung von Aluminiumdrähten mittels Gießwalzens lassen sich nicht ohne weiteres auf die Herstellung von Magnesiumdrähten übertragen. Viele Magnesiumlegierungen weisen einen deutlich geringeren Abstand zwischen Schmelz- und Erstarrungspunkt als Aluminiumlegierungen sowie einen anderen Gitteraufbau auf. Beide Eigenschaften führen zu einer erheblich schwierigeren Prozessführung bei der Verarbeitung von Magnesium. Dies wird durch die starke Oxidationsneigung bei einer Reihe der gängigen Magnesiumlegierungen im flüssigen Zustand noch verschärft. Auch lassen sich Verfahren zur Herstellung von Blechen mittels Gießwalzens nicht ohne weiteres auf die Drahtherstellung übertragen. Die Drahtherstellung ist aufgrund des größeren Wärmeweges während der Abkühlung sehr viel schwerer beherrschbar, als die Bandherstellung. Die unterschiedlichen Herangehensweisen haben dazu geführt, dass es nur wenig Austausch zwischen den Fachkreisen für Lang-(Draht) und Flachprodukten (Bleche) gibt.The processes for producing aluminum wires by means of cast rolling are not readily transferable to the production of magnesium wires. Many magnesium alloys have a significantly shorter distance between melting and solidification point than aluminum alloys and a different lattice structure. Both properties lead to considerably more difficult processing in the processing of magnesium. This is exacerbated by the strong tendency to oxidation in a number of common magnesium alloys in the liquid state. Also methods for the production of sheets by casting rolling can not be readily transferred to wire production. Wire production is much more difficult to control because of the larger heat path during cooling than strip production. The different approaches have meant that there is little exchange between the specialist circles for long (wire) and flat products (sheets).
Es stellt sich nunmehr die Aufgabe, ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Gießwalzen von Magnesiumdrähten vorzuschlagen.It is now the task of proposing a method and an apparatus for casting rolls of magnesium wires.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe mit dem Verfahren nach Anspruch 1 und einer Vorrichtung nach Anspruch 6 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen des Verfahrens sind in den rückbezogenen Unteransprüchen offenbart.According to the invention, this object is achieved by the method according to
Wenn im Folgenden von Magnesium gesprochen wird, schließt dies auch dessen Legierungen mit ein, die mindestens 50% Magnesium aufweisen und nicht aufgrund anderer Eigenschaften für die Drahtproduktion ungeeignet sind.In the following, when magnesium is mentioned, it also includes its alloys which have at least 50% magnesium and are not unsuitable for wire production because of other properties.
Das erfindungsgemäße Verfahren sieht vor, dass eine Schmelze von Magnesium zwischen zwei gegenläufig rotierende Gießräder (auch als Gießwalzen bezeichnet) gegossen wird. Die Gießräder sind von ihrer Innenseite her gekühlt. Sie weisen auf der Außenseite mindestens jeweils eine umlaufende Nut, die als Kaliber bezeichnet wird, jedoch keine Flachbahnen auf. Die umlaufenden Kaliber der Gießräder korrespondieren paarweise miteinander, indem sie bei der Rotation der Räder aufeinander ablaufen. Jeweils ein Kaliber des ersten (oberen) Gießrades bildet gemeinsam mit dem korrespondierenden Kaliber des zweiten (unteren) Gießrades eine Gießform, in die der Gießprozess erfolgt. Der Guss wird aus einem Vorratsbehälter mit flüssigem Metall durch eine Düse vorgenommen, die einen Metallstrahl (Schmelzestrom) erzeugt, der in die Gießform (gebildet aus den beiden Kalibern) hineinreicht. Durch die gekühlten Gießräder wird dem Metallstrahl Wärme entzogen, so dass dieser in seinem gesamten Querschnitt erstarrt. Zeitgleich wird der Metallstrahl von den gegenläufig rotierenden Rädern dem geringsten Abstand dieser Räder zugeführt und bei dieser Bewegung gewalzt. Nach dem Austritt aus den Gießrädern wird der gewalzte Magnesiumdraht durch mindestens ein flüssiges inertes Gas gekühlt. Der Metallstrahl ist vollständig erstarrt, ehe er diesen geringsten Abstand erreicht. Hinter den Gießrädern kann der gewalzte Draht vorzugsweise weiteren Verarbeitungsschritten unterzogen oder aufgespult bzw. konfektioniert werden. Somit erfolgt das Erstarren und Umformen des Magnesiums in einer einzigen Anlage.The inventive method provides that a melt of magnesium between two counter-rotating casting wheels (also referred to as casting rolls) is poured. The casting wheels are cooled from the inside. They have on the outside at least one circumferential groove, which is referred to as caliber, but no flat tracks. The encircling calibers of the casting wheels correspond in pairs with each other by running on each other during the rotation of the wheels. One caliber each of the first (upper) casting wheel forms, together with the corresponding caliber of the second (lower) casting wheel, a casting mold into which the casting process takes place. Casting is accomplished from a liquid metal reservoir through a nozzle that produces a stream of metal (melt stream) that extends into the mold (formed from the two calibers). The cooled casting wheels remove heat from the metal beam so that it solidifies in its entire cross section. At the same time, the metal jet is fed by the counter-rotating wheels to the smallest distance of these wheels and rolled during this movement. After exiting the casting wheels, the rolled magnesium wire is cooled by at least one liquid inert gas. The metal beam is completely solidified before it reaches this smallest distance. Behind the casting wheels, the rolled wire may preferably be subjected to further processing steps or wound or assembled. Thus, the solidification and transformation of magnesium takes place in a single plant.
Bevorzugt weisen die Gießräder mehrere umlaufende Kaliber (Nuten) auf, wobei jedes Kaliber eine Düse zugeordnet ist, durch die flüssiges Metall in die Kaliber gegossen wird. Die Zahl der Kaliber je Gießwalze liegt bevorzugt zwischen 25 und 1, besonders bevorzugt zwischen 18 und 1 und ganz besonders bevorzugt zwischen 12 und 1.Preferably, the casting wheels on several circumferential caliber (grooves), each caliber is associated with a nozzle through which liquid metal is poured into the caliber. The number of calibers per casting roll is preferably between 25 and 1, more preferably between 18 and 1 and most preferably between 12 and 1.
Die Düsen werden aus einem gemeinsamen oder aus unterschiedlichen Behältern mit flüssigem Metall versorgt. Bevorzugt werden alle Kaliber der Gießräder mit Metall versorgt. Es ist jedoch auch möglich, in Abhängigkeit vom geplanten Produktionsvolumen nur einzelne Kaliber für den Urform- und Umformprozeß zu nutzen. Die Kühlung der Gießräder wird den tatsächlich parallel betriebenen Gießprozessen angepasst, so dass die Front der Metallerstarrung, die sich in dem Metallstrahl ausbildet, bei jedem der parallelen Gießprozesse immer vor dem engsten Punkt der Gießräder verläuft. The nozzles are supplied from a common or from different containers with liquid metal. Preferably, all calibers of the casting wheels are supplied with metal. However, it is also possible to use only individual calibers for the primary forming and forming process, depending on the planned production volume. The cooling of the casting wheels is adapted to the actual parallel casting processes, so that the front of the metal solidification, which forms in the metal beam, in each of the parallel casting processes always runs in front of the narrowest point of the casting wheels.
Die Gießtemperatur liegt legierungsabhängig bevorzugt im Bereich zwischen 670 °C bis 710 °C; für die Legierung AZ31 beträgt sie beispielsweise 690 °C. Sämtliche Bereiche im Schmelzzulauf mit freiem Schmelzbadspiegel müssen kontinuierlich mit Schutzgas beaufschlagt werden. Die Magnesiumschmelze wird durch Gießdüsen in die Kaliber zwischen den Gießrädern geleitet. Die Gießdüsen bestehen bevorzugt aus Stahl (temperaturbeständige, ausdehnungsarme Legierung) und sind mit einer elektrisch geregelten Zusatzheizung ausgestattet. Alternativ kommen vorzugsweise vollkeramische Gießdüsen ohne Zusatzheizung zum Einsatz. Bedingung ist dabei, dass das Gießdüsenmaterial dauerhaft beständig gegenüber der Mg-Schmelze ist. Weiterhin bevorzugt ist der Einsatz einer Hybrid-Lösung, die einen Düsengrundkörper aus Stahl mit Heizung und einem austauschbarem Mundstück aus Keramik als Verschleißteil aufweist.The casting temperature is alloy-dependent preferably in the range between 670 ° C to 710 ° C; for the alloy AZ31 it is for example 690 ° C. All areas in the melt inlet with a free molten bath level must be continuously exposed to protective gas. The molten magnesium is passed through pouring nozzles in the caliber between the casting wheels. The pouring nozzles are preferably made of steel (temperature-resistant, low-expansion alloy) and are equipped with an electrically controlled additional heating. Alternatively, preferably all-ceramic pouring nozzles without additional heating are used. The condition is that the casting nozzle material is permanently resistant to the Mg melt. Further preferred is the use of a hybrid solution having a nozzle body made of steel with heating and a replaceable mouthpiece made of ceramic as wearing part.
Der Durchmesser der Walzen beträgt vorzugsweise 600 mm bis 900 mm. Es sind jedoch auch größere Durchmesser möglich, wenn die weiteren Parameter entsprechend angepasst werden. Der mittlere spezifische Druck der Walzen liegt im Bereich von bevorzugt 250 N/mm2 bis 450 N/mm2. The diameter of the rolls is preferably 600 mm to 900 mm. However, larger diameters are possible if the other parameters are adjusted accordingly. The mean specific pressure of the rolls is in the range of preferably 250 N / mm 2 to 450 N / mm 2 .
Die Steuerung des Abkühlprozesses ist über die Drehzahl (Drehgeschwindigkeit) der rotierenden von innen mit Kühlmittel gekühlten Walzen möglich. Eine geringe Geschwindigkeit führt zu einer vollständigen Erstarrung über den gesamten Querschnitt des Gießstranges kurz vor dem Walzspaltaustritt. Zum Walzen ist dann eine relativ niedrige Walzkraft notwendig. Demgegenüber führt eine hohe Geschwindigkeit zu einer Erstarrung über den Querschnitt, die in Richtung Walzspaltauslauf verschoben ist. In dieser Situation arbeiten die gekühlten Walzen als rotierende Kokille und bewirken nur die Erstarrung, ähnlich dem Strangguß, aber nicht als Gießwalze. Eine ausgesprochene Umformung und Umformkraft treten in dieser Situation nicht auf. Zu beachten sind somit multiple Abhängigkeiten, die bspw. die Drehzahl der Walze, die Drahtdicke, die Abkühlrate der jeweiligen Legierung etc. umfassen. The control of the cooling process is about the speed (rotational speed) of the rotating cooled from the inside with coolant rollers possible. A low speed leads to a complete solidification over the entire cross section of the cast strand just before the nip outlet. For rolling then a relatively low rolling force is necessary. In contrast, a high speed leads to a solidification over the cross section, which is shifted in the direction of the nip outlet. In this situation, the cooled rollers work as a rotating mold and cause only the solidification, similar to the continuous casting, but not as a casting roll. A pronounced forming and forming force do not occur in this situation. Thus, there are multiple dependencies that include, for example, the rotational speed of the roller, the wire thickness, the cooling rate of the respective alloy, etc.
Während der Prozesse werden eine Reihe von Parametern gemessen, die bevorzugt mindestens einer Datenverarbeitungsanlage zugeleitet werden, die den Gießwalzprozess vorteilhaft automatisch steuert. Bei den gemessenen Parametern handelt es sich bevorzugt um:
- – Schmelzetemperatur in der Zulaufrinne zum Gießdüsensystem und in der Gießdüse,
- – Düsen- und Gießrinnentemperatur,
- – Walzkraft (erfasst über die hydraulische Anstellung-Druckaufnehmer im Anstellzylinder- oder separater Kraftmessaufnehmer),
- – Drehzahl der Walzen,
- – Drahtaustrittstemperatur und -geschwindigkeit (optische Erfassung),
- – Position Oberwalze,
- – Niveau des Schmelzespiegels über Stichlinie (Passline),
- – Drahtgeometrie (optische Erfassung)
- Melt temperature in the feed channel to the pouring nozzle system and in the pouring nozzle,
- Nozzle and pouring trough temperature,
- - rolling force (recorded via the hydraulic adjusting pressure transducer in the adjusting cylinder or separate load cell),
- - speed of the rollers,
- Wire exit temperature and speed (optical detection),
- - position upper roll,
- Level of the melt level above the pass line,
- - wire geometry (optical detection)
Geregelt werden bevorzugt die folgenden Parameter:
- – Niveau des freien Schmelzespiegels in der Zulaufrinne oder Headbox über der Passline (z. B. Regelung der Förderpumpendrehzahl bei Schmelzezufuhr aus Gießofen mittels Pumpe),
- – Auslassquerschnitt (bei Schmelzezufuhr über Stopfenauslass aus höher gelegenem Gießofen),
- – Gießdüsentemperatur,
- – Gießrinnentemperatur (Regelung der Heizung),
- – Kühlwasserzulauf,
- – Kühlwassertemperatur über Rückkühlung (Kühlturm),
- – Positionsregelung der Oberwalze bei kontinuierlicher Drahtgeometriemessung (bei mehradrigem Gießwalzen schwierig, da eine Walzendurchbiegung unter Umständen unterschiedliche effektive Kalibermaße verursacht)
- Level of the free melt level in the feed trough or head box above the passline (eg regulation of the feed pump speed in the case of melt feed from the casting furnace by means of a pump),
- Outlet cross-section (in the case of melt feed via plug outlet from higher-lying casting furnace),
- - pouring nozzle temperature,
- - Gutter trough temperature (control of heating),
- - cooling water inlet,
- - cooling water temperature via recooling (cooling tower),
- Position control of the upper roll in continuous wire geometry measurement (difficult in multi-strand casting, since a roll deflection may cause different effective caliber dimensions)
Zur Vermeidung von Anhaftungen bzw. zur Konstanthaltung eines definierten Belages im Kaliber erfolgt vorteilhaft der Einsatz von Trennmitteln (z. B. Graphit-in-Wasser-Suspension), In order to avoid buildup or to keep a defined deposit in the caliber constant, the use of release agents (eg graphite-in-water suspension) advantageously takes place,
Die Trennmittel werden bevorzugt durch kontinuierliches Einsprühen (einlaufseitig) aufgetragen. Bevorzugt werden auslaufseitig Bürstensysteme zur mechanischen Reinigung der Kaliber eingesetzt. The release agents are preferably applied by continuous spraying (inlet side). Preferably, brush systems for the mechanical cleaning of the caliber are used on the outlet side.
Eine besonders bevorzugte Vorgehensweise sieht vor, die Metallstrahlen bei ihrem Eintritt in die Kaliber mit inertem Gas, bevorzugt Stickstoff oder Argon, ggf. unter Beimischung von SF6 (Schwefelhexafluorid), gegen Luftzutritt abzuschirmen. Diese Vorgehensweise verhindert vorteilhaft unerwünschte Oxidationsprozesse und das Anhaften der Schmelze am Werkzeug.A particularly preferred procedure envisages shielding the metal jets against ingress of air when they enter the calibers with inert gas, preferably nitrogen or argon, if appropriate with admixture of SF 6 (sulfur hexafluoride). This procedure advantageously prevents undesirable oxidation processes and the adhesion of the melt to the tool.
Bevorzugt weisen die Kaliberpaare eines Gießräderpaares identische Abmessungen auf. Weiterhin bevorzugt können jedoch auch Gießräderpaare zum Einsatz kommen, die Kaliberpaare unterschiedlicher Querschnittsgrößen und -formen aufweisen. So können vorteilhaft unterschiedliche Drahtstärken zeitgleich hergestellt werden. Eine Steuerung des Abkühlungsprozesses kann hier vorteilhaft über die Dosierung der Zugabe von flüssigem Stickstoff erfolgen. Auf diese Weise können geringe Durchmesser weniger stark und größere Durchmesser stärker gekühlt werden, so dass die Erstarrungsfront kontinuierlich bei allen Gießwalzen vor dem engsten Punkt verläuft, ohne dass das Material schon zu stark abgekühlt wäre.The caliber pairs of a casting wheel pair preferably have identical dimensions. However, preference may also be given to casting wheel pairs which have pairs of caliber of different cross-sectional sizes and shapes. Thus, advantageously, different wire thicknesses can be produced at the same time. A control of the cooling process can be done here advantageously via the dosage of the addition of liquid nitrogen. In this way, small diameter less strong and larger diameter can be cooled more so that the solidification front runs continuously at all casting rolls before the narrowest point, without the material would have been too cold cooled.
Das erfindungsgemäße Verfahren ist geeignet, um Drähte im Durchmesserbereich von bevorzugt 1 bis 20 mm, besonders bevorzugt von 3 bis 15 mm und ganz besonders bevorzugt von 5 bis 15 mm herzustellen. Bevorzugt weisen die Drähte einen kreisförmigen Querschnitt auf. Weitere bevorzugte Ausführungsformen sehen n-eckige Querschnitte (n > 3, besonders bevorzugt sechs- oder achteckige Querschnitte) vor.The method according to the invention is suitable for producing wires in the diameter range of preferably 1 to 20 mm, particularly preferably 3 to 15 mm and very particularly preferably 5 to 15 mm. Preferably, the wires have a circular cross-section. Further preferred embodiments see n-angular cross-sections (n > 3, more preferably hexagonal or octagonal cross sections).
In einer ganz besonders bevorzugten Ausführungsform der Kaliber weisen die gewalzten Drähte einen ovalen (ellipsenförmigen) Querschnitt auf, mit dem Vorteil eines geringeren Wärmeweges gegenüber der Rundabmessung. Die Höhenangaben beziehen sich dann auf die große Hauptachse des Ovals. Für die ovale Ausformung der Durchmesser der Drähte werden bevorzugt Gießräder mit Kaliber eingesetzt, bei denen der Spalt zwischen den Gießrädern entlang der großen Hauptachse verläuft.In a very particularly preferred embodiment of the caliber, the rolled wires have an oval (elliptical) cross-section, with the advantage of a smaller heat path compared to the round dimension. The height information then refers to the major axis of the oval. For the oval formation of the diameters of the wires, preference is given to using caliber casting wheels in which the gap between the casting wheels extends along the major axis.
Die Kühlung der Gießräder erfolgt bevorzugt über die Kühlkanäle, die im Inneren der Gießräder verlaufen. Vorzugsweise verlaufen die Kühlkanäle zwischen dem Walzenkern und dem aufgeschrumpften Walzenmantel. Der Walzenmantel besteht bevorzugt aus Stahl oder einer beschichteten Kupferlegierung. Weiterhin bevorzugt ist es, das Kühlsystem direkt in den Walzenkern einzuarbeiten. Als Kühlmittel wird vorzugsweise Wasser eingesetzt und die durchgesetzte Kühlmittelmenge und dessen Eintrittstemperatur geregelt. Die Kühlkanäle sind dabei vorzugsweise umlaufend parallel zu den Kalibern im Material der Gießräder angeordnet.The cooling of the casting wheels preferably takes place via the cooling channels, which run in the interior of the casting wheels. Preferably, the cooling channels extend between the roller core and the shrunk-on roll shell. The roll shell is preferably made of steel or a coated copper alloy. It is further preferred to work the cooling system directly into the roll core. As the coolant, water is preferably used and controlled the amount of coolant and its inlet temperature. The cooling channels are preferably arranged circumferentially parallel to the calibers in the material of the casting wheels.
Eine weitere bevorzugte Ausführungsform sieht vor, den austretenden Drahtstrang mit flüssigem Stickstoff zu kühlen.A further preferred embodiment provides to cool the emerging wire strand with liquid nitrogen.
Der in der erfindungsgemäßen Weise hergestellte Draht zeichnet sich durch eine sehr feine kristalline Umformstruktur aus. Durch die schnelle Abkühlung mit sofortigem Walzen entsteht eine sehr feine Dispersion intermetallischer Blasen.The wire produced in the manner according to the invention is characterized by a very fine crystalline forming structure. The rapid cooling with immediate rolling produces a very fine dispersion of intermetallic bubbles.
Vorteilhaft ermöglicht es das vorgestellte Verfahren quasi endlose Drähte aus Magnesium bzw. Magnesiumlegierungen herzustellen. Verwendet werden bevorzugt Magnesiumlegierungen, die Knetlegierungen darstellen. Sie weisen bevorzugt bis zu 10 % Aluminium, bis zu 10 % Lithium, bis zu 3 % Zink, bis zu 2 % Mangan, bis zu 1 % Zirkon, bis zu 1 % Cer sowie ggf. bis zu 5 % weiterer Legierungselemente (Rest bis 100 % ist Magnesium) auf.Advantageously, the proposed method makes it possible to produce virtually endless wires of magnesium or magnesium alloys. Magnesium alloys which are wrought alloys are preferably used. They preferably have up to 10% aluminum, up to 10% lithium, up to 3% zinc, up to 2% manganese, up to 1% zirconium, up to 1% cerium and possibly up to 5% further alloying elements (remainder bis 100% is magnesium).
Wenn der Behälter mit flüssigem Magnesium kontinuierlich beschickt und das Metall im flüssigen Zustand gehalten wird, kann kontinuierlich flüssige Schmelze abgezogen und verarbeitet werden. When the container is continuously charged with liquid magnesium and the metal is kept in the liquid state, liquid melt can be continuously withdrawn and processed.
Aufgrund des schnellen Phasenüberganges vom flüssigen in den festen Zustand und der unmittelbar nachfolgenden Walzumformung, weist der so produzierte Draht neben der vorteilhaften Struktur auch eine sehr dichte Oberfläche ohne Schadstellen auf. Dies wird besonders erreicht, wenn die optionale Kühlung des austretenden Drahtstranges, vorzugsweise mit flüssigem Stickstoff, erfolgt.Due to the rapid phase transition from the liquid to the solid state and the immediately following roll forming, the wire thus produced in addition to the advantageous structure also has a very dense surface without damage. This is particularly achieved when the optional cooling of the exiting wire strand, preferably with liquid nitrogen occurs.
Die Steuerung des Verfahrens erfolgt insbesondere über Temperatur und Volumenstrom des flüssigen Magnesiums, die Kühlleistung, die den Gießrädern zugeführt wird sowie die Rotationsgeschwindigkeit der Gießräder. Insbesondere muss die Rotationsgeschwindigkeit der Gießräder beim Gießwalzprozeß so eingestellt werden, dass die Front der vollständigen Erstarrung (Übergang vom Liquidus- zum Solidusbereich) des einlaufenden Metallstroms stets hinter dem Austritt aus der Gießdüse und vor dem engsten Punkt zwischen den Gießrädern liegt. Sollte dies nicht eingehalten werden, kann es zu einer unerwünschten Struktur des Drahtes kommen. Wenn das Innere des Drahtes beim Durchlaufen des engsten Punktes noch flüssig ist, entsteht eine Struktur, die durch die eingedrückten Dendriten, wie in der
Bevorzugt werden in Vorversuchen die geeigneten Parameter für konkrete Legierungen bestimmt. Weiterhin bevorzugt wird die Zahl der notwendigen Vorversuche durch computergestützte mathematische Simulationen reduziert. The suitable parameters for concrete alloys are preferably determined in preliminary experiments. Further preferably, the number of necessary preliminary tests is reduced by computer-aided mathematical simulations.
Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht es, den Draht direkt nach dem Verlassen weiteren Verarbeitungsstufen zuzuführen, um die vorhandene Restwärme für weitere Prozessstufen (Walzen auf geringere Abmessungen oder Ziehen der Drähte) zu nutzen. Zudem lassen sich dadurch vorteilhaft ansonsten notwendige Zwischenverarbeitungs- und Lagerprozesse eliminieren. Vorteilhaft sind so keine weiteren Erwärmungen und Kühlprozesse, wie in Verfahren nach dem Stand der Technik notwendig. The method according to the invention makes it possible to feed the wire directly after leaving further processing stages in order to utilize the residual heat available for further process stages (rolling to smaller dimensions or pulling the wires). In addition, advantageous otherwise necessary intermediate processing and storage processes can thereby be eliminated. Advantageously, no further heating and cooling processes are necessary, as is necessary in prior art processes.
Das Verfahren vermeidet bei korrekter Prozessführung weitgehend Abfälle oder Nebenprodukte, da das gesamte gegossene Material in das Endprodukt eingeht. The process largely avoids waste or byproducts if the process is handled correctly, as all the cast material enters the final product.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels näher beschrieben und durch Figuren erläutert. The invention will be described in more detail with reference to an embodiment and illustrated by figures.
Figurencharacters
Die
Ausführungsbeispielembodiment
Die Bezugszeichen verweisen auf die
Es wird eine Gießwalzenanordnung eingesetzt, bei der die Gießwalzen (
Die Gießtemperatur der Schmelze (
Die Kühlung der Gießwalzen (
Die Gießwalzen (
Der Gießprozess wird mittels einer permanenten automatischen Regelung des Füllstandniveaus in der Gießrinne in Abhängigkeit von der Gießgeschwindigkeit geführt. Dies erfolgt durch Regelung der Pumpendrehzahl bei permanenter Füllstandsmessung mittels Laser- und/oder Carli-Sonde in Abhängigkeit von einer manuellen Sollwertvorgabe. The casting process is performed by means of a permanent automatic control of the level in the runner in dependence on the casting speed. This is done by controlling the pump speed with permanent level measurement by laser and / or Carli probe depending on a manual setpoint specification.
Die permanente automatische Regelung der Ofen-, Gießrinnen- und Gießdüsentemperatur erfolgt durch Anpassung der Brennerleistung bzw. der elektrischen Heizleistung bei direkter Schmelze-Temperaturmessung in Abhängigkeit von der manuellen Sollwertvorgabe. The permanent automatic control of the furnace, pouring trough and pouring nozzle temperature is carried out by adjusting the burner output or the electric heating power with direct melt temperature measurement as a function of the manual setpoint specification.
Manuelle Regelungen, bei denen es sich hauptsächlich um Korrektureingriffe im instationären Betriebszustand (Anfahren, Abfahren) handelt, betreffen die Gießgeschwindigkeit, die Kühlwassermenge, die Trenn-/Schmierstoffmenge sowie die Walzenanstellung zur Beeinflussung der Walzkräfte/Walzmomente und Abmessungen. Manual controls, which are mainly corrective interventions in the transient operating state (start-up, shut-down), concern the casting speed, the cooling water quantity, the quantity of lubricant / lubricant and the roller adjustment to influence the rolling forces / rolling moments and dimensions.
Während des gesamten Gießprozesses (so lang schmelzflüssiges Magnesium den Umweltbedingungen ausgesetzt ist) wird die Schmelze unter Schutzgas (Stickstoff) gehalten, um einen Sauerstoffzutritt zu verhindern.Throughout the casting process (as long as molten magnesium is exposed to environmental conditions), the melt is held under inert gas (nitrogen) to prevent oxygen access.
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 11
- Gießwalze (Gießrad) Casting roll (casting wheel)
- 1111
- Kühlkanäle cooling channels
- 1212
- Walzenmantel der Gießwalze Roll shell of the casting roll
- 1313
- innererer Scheitel des Kalibers inner crest of the caliber
- 1414
- Kaliber caliber
- 1515
- geometrische Achse der Gießwalze geometric axis of the casting roll
- 1616
- Walzspalt nip
- 141141
- kleine Halbachse des elliptischen Kaliberquerschnitts small semi-axis of the elliptical caliber cross-section
- 142142
- mit erstarrender Schmelze gefüllter Kaliber with solidifying melt filled caliber
- 2 2
- einlaufender Schmelzestromincoming melt stream
- 2121
- Meniskus der erstarrenden Schmelze Meniscus of the solidifying melt
- 33
- auslaufender Magnesiumdraht leaking magnesium wire
- 44
- Gießdüse casting nozzle
- A, B, CA, B, C
- Bereiche des Wärmeübergangs Areas of heat transfer
- DD
- Abstand des Düsenaustritts bis zur engsten Stelle zwischen den Gießwalzen (Setback) Distance of the nozzle outlet to the narrowest point between the casting rolls (setback)
- Ee
- Bereich, in dem die Schmelze erstarrte, jedoch noch nicht bis zum finalen Durchmesser gewalzt Area where the melt solidified, but not yet rolled to the final diameter
- FF
- Bereich, der nach dem Gießen gewalzt wurde und die dabei entstehende Struktur aufweist Area that has been rolled after casting and has the resulting structure
- GG
- Bereich mit Gussstruktur Area with cast structure
- RR
- Walzrichtung (Bewegungsrichtung des Drahtes) Rolling direction (direction of movement of the wire)
- WW
- Hauptübergangsbereich der Wärme aus der Schmelze auf den Walzenmantel Main transition region of the heat from the melt to the roll shell
- liquidliquid
- flüssiger Bereich liquid area
- mushymushy
- zähflüssiger Bereich viscous area
- solidsolid
- fester Bereich solid area
- meniscusmeniscus
- Meniskus der Erstarrungsfront Meniscus of the solidification front
- castingcasting
- Gussabschnitt cast section
- rollingrolling
- Walzabschnitt roller section
- setbacksetback
- Abstand von der Gussdüsenmündung bis zum geringsten Abstand der Gießwalzen Distance from the nozzle opening to the smallest distance of the casting rolls
- h0 h 0
- Durchmesser des Drahtes nach Abschluss des Gießvorganges Diameter of the wire after completion of the casting process
- h1 h 1
- Durchmesser des Drahtes nach Abschluss des Walzvorganges Diameter of the wire after completion of the rolling process
Claims (6)
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-
2012
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