WO2018060246A1 - VERFAHREN ZUM MEHRFACHGIEßEN VON METALLSTRÄNGEN - Google Patents

VERFAHREN ZUM MEHRFACHGIEßEN VON METALLSTRÄNGEN Download PDF

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WO2018060246A1
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casting
molds
metal
mold
continuous casting
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Werner Droste
Franz Günter HANSMANN
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Hydro Aluminium Rolled Products Gmbh
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    • B22D11/147—Multi-strand plants
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    • B22D7/00—Casting ingots, e.g. from ferrous metals
    • B22D7/005—Casting ingots, e.g. from ferrous metals from non-ferrous metals

Definitions

  • the invention relates to a method for the continuous casting of metal strands, in particular rolled bars of aluminum or an aluminum alloy, in which
  • liquid metal is simultaneously poured over a plurality of molds to a plurality of metal strands
  • the molds each have a narrow side and a broad side, wherein all molds have a uniform length of the narrow side, so that the
  • Metal strands have approximately the same thicknesses after casting, at least one of the molds used has a broad side whose length differs from the length of the broad side of the other simultaneously used molds,
  • a sprue for each mold used a sprue is provided, which is arranged on a casting table and is provided for receiving the Anfahrstrfite, wherein the casting of the metal strands comprises Kokillenzllphase at a fixed casting table, in which a plurality of metal strands in the
  • the casting comprises a continuous casting phase in which the casting table is lowered and a plurality of metal strands are simultaneously cast.
  • Continuous casting metal level is achieved in all molds at the same time. Only then is the continuous casting phase initiated. The mold filling phase for smaller size molds is initiated up to 120 seconds later.
  • Ang tellpraxen ie the casting parameters during Kokillen hypoxia, but also the continuous casting practices depending on the particular format of the mold determined.
  • the simultaneous casting of metal strands of different format is made possible in a simple manner in that the formats of the cast metal strands, for example, have an identical thickness.
  • the withdrawal speed in metal casting or ingot casting is determined essentially by the cooling behavior of the billet or strand and thus by the thickness of the billet or of the metal strand. The casting of the molds, so the
  • Mold filling is usually done as quickly as possible to maximize foundry capacity.
  • the same aspect then serves the design of sprue stones.
  • the use of sprue stones is necessary to achieve even a uniform casting process and to cast a billet, for example, which has relatively homogeneous properties.
  • the sprues of small size dies were therefore usually cast with short depth sprues. For example, this reduces waste per billet and shortens the mold filling phase. Short sprue stones are also technically due to a lower draft of the ingots for smaller formats possible. This has to do with the fact that the shrinkage effects are larger in a large-sized ingot than in a small-sized ingot. So far, therefore, the Kokillen hypothesis was operated with different filling rates in order to go through them as quickly as possible. At the same time, different, in particular flat, sprue stones were used for small molds in addition to deeper sprue stones for large molds.
  • metal can freeze in feed systems, for example the pouring tube or the pouring nozzle.
  • feed systems for example the pouring tube or the pouring nozzle.
  • Surface defects such as cold runs or vice versa, rolling out of billets can also occur.
  • the metal distributor can freeze to the bottom plate of the solidifying strand due to insufficient temperature control. This can lead to higher reject production.
  • the present invention has the object to provide a method for continuous casting of metal strands, in particular of billets made of aluminum or an aluminum alloy, which allows the continuous casting of billets / metal strands with different format 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 Kokillen hypothesis is started at the same time for all molds with an identical filling speed, the casting process at the molds, which have reached the necessary metal level for starting the Strangg smartphase is stopped and the Strangg intelligentphase is started as soon as all dies have reached the metal level necessary for the Strangg intelligentphase.
  • the filling rate is the increase of the molten metal in the mold or in the sprue stone relative to the mold during the mold filling phase. Therefore, molds with a small format require a smaller metal volume flow than a large-size mold to achieve an identical filling speed in the mold
  • sprues are used for each mold, which are at least 50 mm deep. Because of with the previous methods, sprues are used for each mold, which are at least 50 mm deep. Because of with the previous methods, sprues are used for each mold, which are at least 50 mm deep. Because of with the previous methods, sprues are used for each mold, which are at least 50 mm deep. Because of with the previous methods, sprues are used for each mold, which are at least 50 mm deep. Because of with the previous methods, sprues are used for each mold, which are at least 50 mm deep. Because of with the previous methods, sprues are used for each mold, which are at least 50 mm deep. Because of with the previous methods, sprues are used for each mold, which are at least 50 mm deep. Because of with the previous methods, sprues are used for each mold, which are at least 50 mm deep. Because of with the previous methods, sprues are used for each mold,
  • At least 50 mm provided with the sprue for example, in molds with small formats despite a possible interruption of the
  • the sprue serves as a heat reservoir and provides heat for the further casting process. Due to the heat reservoir of the sprue, irrespective of the size of the mold, it is particularly the danger of the Solidification of the meniscus of the molten metal at the mold, even when stopping the casting process, is significantly reduced and the metal meniscus in the mold, especially in the contact area with the mold, remains liquid. As a result, casting defects can be reduced to a considerable extent.
  • the depth of the sprue of the dies used is 100 mm to ISO mm to provide an even larger heat reservoir.
  • Angulation stone depths were found to be particularly low failure rates in the multiple casting of metal strips of different sizes. At the same time, the amount of waste metal when separating the Barrenfußes limited.
  • the mold filling phase preferably has a duration of 90 seconds to 600 seconds, preferably 120 seconds to 480 seconds.
  • the filling rate during the mold filling phase may preferably correspond to the lowering speed of the casting table in the continuous casting phase. Despite the greater amount of time it has become
  • a plurality of molds having a broad side length of 900 mm to 2200 mm is preferably used simultaneously, the narrow sides thereof having a substantially uniform length of 400 mm to 600 mm.
  • the metal level in the sprue stone is preferably moved over an at least parallel to the broadside direction of the molds
  • Non-contact metal sensor for example, measured capacitive and initiated depending on the metal level, the continuous casting. A capacitive measurement of the
  • Metal levels have proven to be particularly robust and accurate. It therefore enables process-reliable control of the initiation of the continuous casting phase.
  • the casting cross-section is automatically controlled via a metal level control device, so that both the mold filling phase and the
  • Continuous casting phase can be done with controlled G confusequerites.
  • the metal level in the molds can, for example, be predetermined over a "pouring recipe.”
  • Aluminum alloys of the type AAlxxx and AA8xxx as well as alloys of the type AA3xxx and AA6xxx can be cast well with the method according to the invention to metal strands.
  • the alloy types differ during casting by their solidification behavior. While low-alloyed aluminum alloys, ie, for example, the alloy types AAlxxx or AA8xxx, form a substantially uniform solidification front, higher alloyed AA3xxx and AAöxxx show Alloys a pulpy solidification front. On the different alloys must, for example, with different Kokillen hypoxia and AA8xxx and
  • the broad side length of the molds is preferably selected such that the furnace sump of an upstream melting furnace can be minimized.
  • the formats are chosen such that, if possible, only an unavoidable residue remains in the bottom of the melting furnace. This ensures that a subsequent change to another alloy can be carried out as quickly as possible and therefore cost-effectively.
  • FIG. 1 is a schematic sectional view of a device for casting a
  • Fig. 3 is a schematic sectional view of an apparatus for
  • 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 distributor trough 2, a pouring nozzle or a pouring nozzle 3, a distribution network 3b, a plug 4 and a sprue 5, which on a Pouring table 6 is arranged.
  • the casting table 6 is movable in height and is admitted during the continuous casting, for example, for cooling purposes in a water bath.
  • the mold 1 is water-cooled and can additionally deliver cooling water to the metal strand facing downwards on the metal strand facing the metal strand in order to additionally cool the outer walls of the metal strand.
  • a metal sensor 7 may be provided for detecting the metal level, which, as the arrows indicate, for example, can be displaceably arranged in the direction of the broad side of the mold 1.
  • the sprue block 5 is formed in the illustrated embodiment in Fig. 1 such that in its center an increase is provided.
  • the increase in the middle is optional.
  • the sprue 5 has a depth T, which according to the invention is at least 50 mm.
  • the depth T of the sprue stone is 100 mm to 150 mm in order to produce a sufficient heat reservoir for the method according to the invention, irrespective of the mold format
  • the distributor 2 In the distributor 2 is the supply of liquid molten metal 8, which is replenished via a pan, not shown, or via an oven during the casting process.
  • Melting treatment for example, degasser, filter or grain refiner, be inserted.
  • the plug 4 By means of the plug 4, the pouring opening of the pouring tube 3 on the
  • the distribution network 3b under the pouring tube also as Known as "Combo Bag” or “Distribution Bag", it distributes the melt evenly into 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 dies.
  • Metal level control device the casting cross-section automatically controlled.
  • the desired value of the metal level in the molds can be predetermined in time, for example, via a "pouring recipe".
  • FIG. 2 shows, in a schematic plan view, three different molds 10, 20, 30, which are distinguished by a broad side 11, 21, 31 of identical length and identical narrow sides 12, 22, 32.
  • the narrow sides 12, 22, 32 define the thickness of the stripped 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 shows a schematic sectional view of an exemplary embodiment of a method according to the invention for continuously casting metal strands, in particular rolled bars 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 becomes.
  • the Kokillenstoffphase begins for all dies 10, 20, 30 at the same
  • the depth of the sprue is preferably 100 mm to 150 mm.
  • Kokillen lactate corresponds for example to the filling rate during the continuous casting or the continuous casting, in which the metal strand from the mold 10, 20, 30 is deducted by lowering the casting table 6.
  • the Narrow sides not shown in FIGS. 3 and 4, have a uniform length of 400 mm to 600 mm.
  • FIG. 4 the embodiment of FIG. 3 is now shown during the continuous casting.
  • the casting table 6 is lowered depending on the volume of metal flow, with which metal is replenished in the molds, during the continuous casting phase, via the manifold 2 and the nozzle or the pouring tube 3 under
  • the metal sensor 7 can constantly measure the metal level of the molten metal or the metal and use it to control the molten metal inflow.
  • the metal level of the metal sensor 7 is measured without contact, for example capacitive. But it can also be a non-contact measurement with a laser, with a radar probe or inductively done.

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

Abstract

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 Schmalseite aufweisen, so dass die Metallstränge 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 Anfahrsträngen in die zugehörigen Angusssteine gegossen wird und - das Gießen eine Stranggießphase umfasst, in welcher der Gießtisch abgesenkt und eine Mehrzahl an Metallsträngen gegossen wird. Die Aufgabe, ein Verfahren zum Stranggießen von Metallsträngen zur Verfügung zu stellen, welches das Stranggießen von Walzbarren/Metallsträngen mit unterschiedlichem Format mit einer reduzierten Ausschussrate ermöglicht, wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruches 1 gelöst.

Description

Verfahren zum Mehrfachgießen von Metallsträngen
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 AI 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 ISO 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 im Wesentlichen 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 AAlxxx 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 AAlxxx oder AA8xxx, eine im Wesentlichen einheitliche Erstarrungsfront ausbilden, zeigen höher legierte AA3xxx und AAöxxx 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 bevorzugt 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 Metall Strangs 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 AAlxxx, 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 AAlxxx 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

P a t e n t a n s p r ü c h e
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,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, d a s s
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.
Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Tiefe (T) des Angusssteins (5,51,52,53) 100 mm bis 150 mm beträgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2,
dadurch g e ke n n z e i c h n e t , d a s s
die Angusssteine (5,51,52,53) von Kokillen (1,10,20,30) mit unterschiedlichem Kokillenformate eine identische Tiefe (T) aufweisen.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch g e k e n n z e i c h n e t , d a s s
die Kokillenfüllphase eine Dauer von 90 s und 600 s, bevorzugt 120 s bis 480 s aufweist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
dadurch g e k e n n z e i c h n e t , d a s s
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 im Wesentlichen einheitliche Länge von 400 mm bis 600 mm aufweist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
dadurch g e k e n n z e i c h n e t, d a s s
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 g e k e n n z e i c h n e t , d a s s
Aluminiumlegierungen vom Typ AAlxxx oder AA8xxx, AA3xxx und AA6xxx gegossen werden.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7,
dadurch g e k e n n z e i c h n e t , d a s s
die Breitseitenlängen der Kokillen [1,10,20,30) derart gewählt werden, so dass der Ofensumpf eines vorgelagerten Schmelzofens minimiert wird.
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