EP2991781B1 - Verfahren und vorrichtung zur herstellung eines magnesiumblechs - Google Patents

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EP2991781B1
EP2991781B1 EP14809353.7A EP14809353A EP2991781B1 EP 2991781 B1 EP2991781 B1 EP 2991781B1 EP 14809353 A EP14809353 A EP 14809353A EP 2991781 B1 EP2991781 B1 EP 2991781B1
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heat
rolling
working rollers
counter
sheath
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Gerrit Kurz
Dietmar Letzig
Werner Stahl
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Helmholtz Zentrum Geesthacht Zentrum fuer Material und Kustenforschung GmbH
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21B—ROLLING OF METAL
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    • B21B1/22—Metal-rolling methods or mills for making semi-finished products of solid or profiled cross-section; Sequence of operations in milling trains; Layout of rolling-mill plant, e.g. grouping of stands; Succession of passes or of sectional pass alternations for rolling plates, strips, bands or sheets of indefinite length
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    • B21B—ROLLING OF METAL
    • B21B27/00—Rolls, roll alloys or roll fabrication; Lubricating, cooling or heating rolls while in use
    • B21B27/02—Shape or construction of rolls
    • B21B27/03—Sleeved rolls
    • B21B27/032—Rolls for sheets or strips
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
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    • B21B1/00—Metal-rolling methods or mills for making semi-finished products of solid or profiled cross-section; Sequence of operations in milling trains; Layout of rolling-mill plant, e.g. grouping of stands; Succession of passes or of sectional pass alternations
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    • B21B2001/225—Metal-rolling methods or mills for making semi-finished products of solid or profiled cross-section; Sequence of operations in milling trains; Layout of rolling-mill plant, e.g. grouping of stands; Succession of passes or of sectional pass alternations for rolling plates, strips, bands or sheets of indefinite length by hot-rolling

Definitions

  • the present patent application relates to a method and an apparatus for producing a magnesium sheet from a magnesium strip in a rolling device.
  • magnesium sheet is becoming increasingly important due to the evolving demand.
  • magnesium sheet is suitable for the production of vehicle bodies, wherein the magnesium sheet has a lower weight with strength properties that are comparable to those of aluminum sheet.
  • magnesium sheet is comparatively expensive compared to the production of steel or aluminum sheet, since magnesium is poorly deformable due to its hexagonal lattice structure at the processing temperatures normally used during cold rolling. For the successful production of magnesium sheet, it is therefore necessary to adhere to a defined temperature range, which is approximately between 230 ° C and 450 ° C.
  • Rolling equipment for producing a magnesium strip are known in the art.
  • the EP 2 478 974 A1 a finishing roll device for producing a thin magnesium strip, which comprises a roll stand for receiving two working rolls defining a working gap with a heating device and a preheating furnace for heating the magnesium strip.
  • the EP 2 478 974 A1 a method for producing a thin magnesium tape in such a finishing roll device.
  • the preambles of claim 1 and 10 are based on the EP 2 478 974 A1 .
  • a finishing roll device for producing a magnesium tape is known in their operation various measures are used to maintain an elevated temperature level of the magnesium strip after entering the finishing mill.
  • winding tubes are provided on the reeling devices of the finishing roller device, which is operated in reversing mode, which form an outer housing of reel mandrels, so that magnesium tape arranged on the reel mandrel is covered by the winding tube in order to keep a temperature loss in the reeling device low.
  • a continuous furnace is arranged on the outlet side of the roll stand, which heats the magnesium sheet during operation. Due to the heat losses occurring during operation of the roller, heating above the rolling temperature is necessary, which adversely affects the rolling stock.
  • the DE 10 2004 023 885 A1 discloses a method for flexible rolling of magnesium or aluminum strip or board, in which the strip or board material is rolled in the longitudinal direction of the rolling process over the entire length of an initial thickness to a variable over the final thickness.
  • the strip or board material is heated to a temperature between 180 ° C and 280 ° C for hot rolling.
  • the additional heating devices generate an increased installation and operating costs for the finishing roller device, which also relates in particular to the energy requirement for operating the finishing roller device.
  • the present invention is therefore based on the object to provide a method and an apparatus for the converter of a magnesium tape, which reduces the above disadvantages and a more effective thermal guidance of the magnesium tape is made possible.
  • a magnesium strip is passed, after preheating, through at least one nip formed by at least one pair of counter-rotating work rolls comprising a roll base, at least one of the two counter-rotating work rolls comprising at least one heat-insulating jacket surrounding the roll base.
  • the heat-insulating sheath may be single or multi-layered.
  • the heat-insulating property of the sheath may be generated by the choice of sheath material and / or by structured interfacial surfaces between the sheath and the roll body.
  • the heat-insulating jacket is made of a ceramic material.
  • the ceramic material of the sheath may be made of silicon nitride (Si 3 N 4 ), boron nitride (BN), boron carbide (B 4 C), calcium hexaboride (CaB 6 ), silicon carbide (SiC), titanium boride (TiB 2 ), zinc boride (ZnB 2 ). or mixed ceramics thereof.
  • this material is characterized by high mechanical strength, high-temperature resistance and a low adhesion tendency to metallic materials.
  • other ceramic materials with similar properties are also suitable.
  • ceramic materials are advantageous for the sheathing because, if necessary, a lubricant can be dispensed with with their use.
  • at least one work roll preferably both work rolls, in addition to a heat-storing sheath. It is preferable that the heat-storing sheath surrounds the heat-insulating sheath.
  • the method according to the invention is preferably carried out such that a lower rolling speed is selected in the first stitches of a stitch plan than in the further rolling course of a stitch plan, and the rolling speed is increased in the further rolling course of a stitch plan.
  • the comparatively slower speed of the first stitches of a stitch plan causes the heat stored in the magnesium band to flow away into the cooler shell of the roll.
  • the heat-insulating and possibly additionally existing heat-storing jacket prevents the heat flow in the body of the roller, so that heats the shell of the roller in a short time to the desired working temperature. Moreover, by preventing heat flow from the shell into the body of the roll, the heat is effectively stored in the shell.
  • the shell of the roller can be heated to the required working temperature by the heat flow from the preheated magnesium strip into the shell of the roll.
  • An additional heating of the roller by external or mounted in the roller heating units is no longer required.
  • the thus heated casing returns with increasing cooling of the metal strip heat to the metal strip.
  • the increasing heat of transformation with increasing rolling speed ensures additional heating of the metal strip.
  • the rolling stock hardly has to be additionally heated even in the second pass schedule, even if an additional heating of the roll by external or in the roller mounted heating units is dispensed with. According to the invention, therefore, none of the work rolls is heated by external or in the rollers mounted heating units. Heating means for heating the roller so completely replaced by the heat-insulating and possibly additionally existing heat-storing sheath.
  • the process can be carried out in a conventional reversing mill. Also, where tempered tape contacts the manufacturing components, a heat-insulating jacket is advantageous. Alternatively, it can also be used in a multi-stand tandem mill, such as those in the EP 1 129 796 A2 . Fig. 1 is shown and to which reference is made here.
  • the use of the method according to the invention in a tandem mill has the advantage of even better energy utilization and, due to a direct rolling strip feed, reduces further heat losses on deflecting rollers and driving devices.
  • the method according to the invention and the rolling device according to the invention can advantageously also be used in a method of flexible rolling in which the strip material is rolled in the longitudinal direction of the rolling process over the entire length from an initial thickness to an end thickness that varies over the length.
  • the backflow of the storage heat and the increase of the forming heat continuously increase when using a heat-insulating and heat-storing shell of the roll, resulting in that the rolling of magnesium requires no additional heating of the rolls already at the second rolling pass.

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Description

  • Die vorliegende Patentanmeldung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung eines Magnesiumblechs aus einem Magnesiumband in einer Walzeinrichtung.
  • Der Herstellung von Magnesiumblech kommt aufgrund der sich entwickelnden Nachfrage eine zunehmende Bedeutung zu. Insbesondere hat sich gezeigt, dass sich Magnesiumblech für die Herstellung von Fahrzeugkarosserien eignet, wobei das Magnesiumblech bei Festigkeitseigenschaften, die mit denen von Aluminiumblech vergleichbar sind, ein geringeres Gewicht aufweist.
  • Die Herstellung von Magnesiumblech ist jedoch im Vergleich zur Herstellung von Stahl- oder Aluminiumblech vergleichsweise aufwendig, da Magnesium durch seine hexagonale Gitterstruktur bei den üblicherweise beim Kaltwalzen vorliegenden Verarbeitungstemperaturen schlecht verformbar ist. Zur erfolgreichen Herstellung von Magnesiumblech ist daher die Einhaltung eines definierten Temperaturbereichs notwendig, der etwa zwischen 230°C und 450°C liegt.
  • Walzeinrichtungen zur Herstellung eines Magnesiumbands sind im Stand der Technik bekannt. Beispielsweise offenbart die EP 2 478 974 A1 eine Fertigwalzeinrichtung zur Herstellung eines dünnen Magnesiumbands, die ein Walzgerüst zur Aufnahme von zwei einen Arbeitsspalt definierenden Arbeitswalzen mit einer Heizeinrichtung sowie einen Vorwärmofen zur Erwärmung des Magnesiumbands umfasst. Des Weiteren offenbart die EP 2 478 974 A1 ein Verfahren zur Herstellung eines dünnen Magnesiumbands in einer derartigen Fertigwalzeinrichtung.
  • Die Oberbegriffe von Anspruch 1 und 10 basieren auf der EP 2 478 974 A1 . Aus der DE 10 2006 036 224 A1 ist eine Fertigwalzeinrichtung zur Herstellung eines Magnesiumbands bekannt, bei deren Betrieb verschiedene Maßnahmen genutzt werden, um ein erhöhtes Temperaturniveau des Magnesiumbands nach Eintritt in die Fertigwalzeinrichtung aufrechtzuerhalten. So sind etwa an den Haspeleinrichtungen der Fertigwalzeinrichtung, die im Reversierbetrieb betrieben wird, Wickelhülsen vorgesehen, die eine äußere Einhausung von Haspeldornen bilden, so dass auf dem Haspeldorn angeordnetes Magnesiumband durch die Wickelhülse abgedeckt wird, um einen Temperaturverlust in der Haspeleinrichtung gering zu haltern. Weiterhin ist auf der Auslaufseite des Walzgerüstes ein Durchlaufofen angeordnet, der das Magnesiumblech während des Betriebs erhitzt. Durch die auftretenden Wärmeverluste beim Betrieb der Walze ist eine Erwärmung über die Walztemperatur notwendig, was das Walzgut negativ beeinflusst.
  • Die DE 10 2004 023 885 A1 offenbart ein Verfahren zum flexiblen Walzen von Magnesium- oder Aluminiumband oder -platine, bei dem das Band- oder die Platinenmaterial in Längsrichtung des Walzvorgangs über die gesamte Länge von einer Ausgangsdicke auf eine über der Länge veränderliche Enddicke ausgewalzt wird. Bei Verwendung von Magnesium als Band- oder-Platinenmaterial wird es zum Warmwalzen auf eine Temperatur zwischen 180°C und 280°C erwärmt.
  • Bei den bekannten Fertigwalzeinrichtungen erzeugen die zusätzlichen Heizeinrichtungen einen erhöhten Installation- und Betriebsaufwand für die Fertigwalzeinrichtung, was auch insbesondere den Energiebedarf zum Betrieb der Fertigwalzeinrichtung betrifft.
  • Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zu Grunde ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Umformer eines Magnesiumbands zur Verfügung zu stellen, das die vorstehenden Nachteile reduziert und eine effektivere Wärmeführung des Magnesiumbands ermöglicht wird.
  • Gelöst werden diese Aufgaben durch ein Verfahren mit den Merkmalen gemäß Patentanspruch 1 und eine Walzvorrichtung mit den Merkmalen gemäß Patentanspruch 10.
  • Bei dem erfindungsgemäßen Walzverfahren wird ein Magnesiumband nach Vorwärmen durch mindestens einen von mindestens einem Paar von gegenläufigen Arbeitswalzen, die einen Walzengrundkörper umfassen, gebildeten Walzspalt geführt, wobei mindestens eine der beiden gegenläufigen Arbeitswalzen mindestens eine den Walzengrundkörper umgebende wärmeisolierende Ummantelung umfasst.
  • Die wärmeisolierende Ummantelung kann ein- oder mehrschichtig sein. Die wärmeisolierende Eigenschaft der Ummantelung kann durch die Wahl des Ummantelungsmaterials und/oder durch strukturierte, die Berührungsflächen reduzierende Oberflächen zwischen der Ummantelung und dem Walzengrundkörper erzeugt werden.
  • Es ist bevorzugt, dass die wärmeisolierende Ummantelung aus einem keramischen Material besteht. Beispielsweise kann das keramische Material der Ummantelung aus Siliciumnitrid (Si3N4), Bornitrid (BN), Borcarbid (B4C), Calciumhexaborid (CaB6), Siliciumcarbid (SiC), Titanborid (TiB2), Zinkborid (ZnB2) oder Mischkeramiken derselben bestehen. Dieses Material zeichnet sich neben einer guten Wärmeisolierung durch große mechanische Festigkeit, Hochtemperaturbeständigkeit und eine geringe Adhäsionsneigung gegenüber metallischen Werkstoffen aus. Andere keramische Materialien mit ähnlichen Eigenschaften sind aber ebenfalls geeignet. Ferner sind keramische Materialien für die Ummantelung vorteilhaft, weil mit ihrem Gebrauch gegebenenfalls auf ein Schmiermittel verzichtet werden kann.
    Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung weist mindestens eine Arbeitswalze, vorzugsweise beide Arbeitswalzen, zusätzlich eine wärmespeichernde Ummantelung auf. Es ist bevorzugt, dass die wärmespeichernde Ummantelung die wärmeisolierende Ummantelung umgibt.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren wird vorzugsweise so durchgeführt, dass bei den ersten Stichen eines Stichplans eine geringere Walzgeschwindigkeit gewählt wird, als im weiteren Walzverlauf eines Stichplans, und die Walzgeschwindigkeit im weiteren Walzverlauf eines Stichplans erhöht wird. Die vergleichsweise langsamere Geschwindigkeit bei den ersten Stichen eines Stichplans läßt die im Magnesiumband gespeicherte Wärme in die kühlere Ummantelung der Walze abfließen. Die wärmeisolierende und gegebenenfalls zusätzlich vorhandene wärmespeichernde Ummantelung verhindert den Wärmefluss in den Grundkörper der Walze, sodass sich die Ummantelung der Walze in kurzer Zeit auf die gewünschte Arbeitstemperatur aufheizt. Dadurch, dass ein Wärmeflusses von der Ummantelung in den Grundkörper der Walze verhindert wird, wird die Wärme zudem effektiv in der Ummantelung gespeichert. Auf diese Weise kann die Ummantelung der Walze schon allein durch den Wärmefluss von dem vorgeheizten Magnesiumband in die Ummantelung der Walze auf die erforderliche Arbeitstemperatur aufgeheizt werden. Ein zusätzliches Beheizen der Walze durch externe oder in der Walze angebrachte Heizaggregate ist dazu nicht mehr erforderlich. Im weiteren Walzverlauf des Stichplans gibt die so erwärmte Ummantelung bei zunehmender Abkühlung des Metallbands wieder Wärme an das Metallband ab. Die mit steigender Walzgeschwindigkeit steigende Umformungswärme sorgt für zusätzliche Erwärmung des Metallbands. Dies führt dazu, dass das Walzgut schon beim zweiten Stichplan kaum noch zusätzlich beheizt werden muss, selbst wenn auf ein zusätzliches Aufheizen der Walze durch externe oder in der Walze angebrachte Heizaggregate verzichtet wird. Erfindungsgemäß wird also keine der Arbeitswalzen durch externe oder in den Walzen angebrachte Heizaggregate beheizt. Heizeinrichtungen zum Aufheizen der Walze werden also vollständig durch die wärmeisolierende und gegebenenfalls zusätzlich vorhandene wärmespeichernde Ummantelung ersetzt.
  • Wenn eine wärmespeichernde Ummantelung die wärmeisolierende Ummantelung umgibt wird dieser Effekt zusätzlich verstärkt. Es ist eine geringere Vorheizung des Magnesiumbands erforderlich.
  • Das Verfahren kann in einem herkömmlichen Reversierwalzwerk durchgeführt werden. Ebenfalls ist dort, wo temperiertes Band die Herstellungskomponenten berührt, eine wärmeisolierende Ummantelung vorteilhaft. Alternativ kann es auch in einer mehrgerüstigen Tandemstraße eingesetzt werden, wie z.B. die in der EP 1 129 796 A2 , Fig. 1 dargestellt wird und auf die hier Bezug genommen wird. Der Einsatz des erfindungsgemäßen Verfahrens in einer Tandemstraße hat den Vorteil einer noch besseren Energieausnutzung und vermindert durch eine direkte Walzbandzuführung weitere Wärmeverluste an Umlenkrollen und Treibeinrichtungen.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren und die erfindungemäße Walzvorrichtung können vorteilhaft auch in einem Verfahren zum flexiblen Walzen verwendet werden, bei dem das Bandmaterial in Längsrichtung des Walzvorgangs über die gesamte Länge von einer Ausgangsdicke auf eine über der Länge veränderliche Enddicke ausgewalzt wird.
  • Im Folgenden werden bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung unter Bezugnahme auf die folgenden Figuren näher erläutert, wobei:
    • Fig. 1 die Ein- und Auslaufdicke [mm] eines erfindungsgemäßen Stichplans darstellt,
    • Fig. 2 die Bandlängenzunahme [m] eines erfindungsgemäßen Stichplans darstellt,
    • Fig. 3 die Walzgeschwindigkeiten [m/min] eines erfindungsgemäßen Stichplans darstellt,
    • Fig. 4 die logarithmische Einzel- und Gesamtumformung [phi] eines erfindungsgemäßen Stichplans darstellt,
    • Fig. 5 die Umformgeschwindigkeit/Stich [Phi/s] eines erfindungsgemäßen Stichplans darstellt und
    • Fig. 6 die Bandtemperatur [°C] inkl. Speicherwärme- (schwarz) und Umformwärmeanteil (dunkelgrau) eines erfindungsgemäßen Stichplans darstellt.
  • Wie aus den Figuren ersichtlich ist, nimmt der Rückfluss der Speicherwärme und die Zunahme der Umformwärme bei Verwendung einer wärmeisolierenden und wärmespeichernden Ummantelung der Walze kontinuierlich zu, was dazu führt, dass das Walzgut aus Magnesium schon beim zweiten Walzstich keine zusätzliche Erwärmung der Walzen erfordert.

Claims (17)

  1. Verfahren zur Herstellung eines Magnesiumblechs aus einem Magnesiumband in einer Walzeinrichtung, bei dem nach Vorwärmung ein Magnesiumband durch mindestens einen von mindestens einem Paar von gegenläufigen Arbeitswalzen, die einen Walzengrundkörper umfassen, gebildeten Walzspalt geführt wird, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine der beiden gegenläufigen Arbeitswalzen mindestens eine den Walzengrundkörper umgebende wärmeisolierende Ummantelung umfasst und keine der Arbeitswalzen durch externe oder in den Walzen angebrachte Heizaggregate beheizt wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass beide gegenläufigen Arbeitswalzen mindestens eine wärmeisolierende Ummantelung umfassen.
  3. Verfahren nach einem der vorgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die wärmeisolierende Ummantelung aus einem keramischen Material besteht.
  4. Verfahren nach einem der vorgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Arbeitswalze zusätzlich eine wärmespeichernde Ummantelung aufweist.
  5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass beide gegenläufige Arbeitswalzen zusätzlich eine wärmespeichernde Ummantelung aufweisen.
  6. Verfahren nach einem der Ansprüche 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die wärmespeichernde Ummantelung die wärmeisolierende Ummantelung umgibt.
  7. Verfahren nach einem der vorgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zwei gegenläufigen Arbeitswalzen in einem Reversierwalzwerk zwischen zwei Haspeleinrichtungen angeordnet sind, die das Walzgut reversibel aufhaspeln und abhaspeln können.
  8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens zwei gegenläufigen Arbeitswalzen in einer Walzstrasse mit einer Reihe hintereinandergeschalteter Arbeitswalzenpaare angeordnet sind.
  9. Verfahren nach einem der vorgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei den ersten Stichen eines Stichplans eine geringere Walzgeschwindigkeit gewählt wird, als im weiteren Walzverlauf eines Stichplans, und die Walzgeschwindigkeit im weiteren Walzverlauf eines Stichplans erhöht wird.
  10. Walzvorrichtung zur Herstellung eines Magnesiumblechs aus einem Magnesiumband, umfassend mindesten ein Paar gegenläufiger Arbeitswalzen, die einen Walzengrundkörper umfassen und einen Walzspalt bilden, durch die das Magnesiumband geführt werden kann, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine der beiden gegenläufigen Arbeitswalzen mindestens eine den Walzengrundkörper umgebende wärmeisolierende Ummantelung umfasst und keine externen oder in den Walzen angebrachte Heizaggregate zum Beheizen der Arbeitswalzen vorhanden sind.
  11. Walzvorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass beide gegenläufigen Arbeitswalzen mindestens eine wärmeisolierende Ummantelung umfassen.
  12. Walzvorrichtung nach einem der Ansprüche 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass die wärmeisolierende Ummantelung aus einem keramischen Material besteht.
  13. Walzvorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Arbeitswalze zusätzlich eine wärmespeichernde Ummantelung aufweist.
  14. Walzvorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass beide gegenläufige Arbeitswalzen zusätzlich eine wärmespeichernde Ummantelung aufweisen.
  15. Walzvorrichtung nach einem der Ansprüche 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass die wärmespeichernde Ummantelung die wärmeisolierende Ummantelung umgibt.
  16. Walzstrasse mit einer Reihe hintereinandergeschalteter Arbeitswalzenpaare, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Arbeitswalzenpaar eine Walzvorrichtung gemäß einem der Ansprüche 10 bis 15 umfasst.
  17. Walzstrasse mit einer Reihe hintereinandergeschalteter Arbeitswalzenpaare, dadurch gekennzeichnet, dass alle Arbeitswalzenpaare eine Walzvorrichtung gemäß einem der Ansprüche 10 bis 15 umfassen.
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