Verfahren zur Herstellung eines Metallstranges mit thixotropen Eigenschaften

Abstract

 Bei einem Verfahren zur Herstellung eines Metallstranges (10) mit thixotropen Eigenschaften in einer Stranggiesskokille (12) erstreckt sich eine elektromagnetische Rühreinrichtung (14) zum Abscheren sich bildender Dendriten über die gesamte Verfestigungszone der zu vergiessenden Metallschmelze. Das von der Rühreinrichtung (14) erzeugte Magnetfeld erstreckt sich ohne Nullstellen über den gesamten Querschnitt der Kokille. Das Magnetfeld wird so eingestellt, dass die Abscherrate zwischen 10 und 450 s^-1 liegt. Die Rühreinrichtung (14) wird während des Giessvorgangs in einer Ebene (E) senkrecht zur Kokillenachse in eine Oszillationsbewegung versetzt, wobei die Osziallationsfrequenz (f_x, f_y) der Rühreinrichtung zwischen 1 und 10 Hz und die Oszillationsamplitude zwischen 1 und 5 mm liegt.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Metallstranges mit thixotropen Eigenschaften in einer Stranggiesskokille mit einer sich über die gesamte Verfestigungszone der zu vegiessenden Metallschmelze erstreckenden elektromagnetischen Rühreinrichtung zum Abscheren sich bildender Dendriten, wobei das von der Rühreinrichtung erzeugte Magnetfeld sich ohne Nullstellen über den gesamten Querschnitt der Kokille erstreckt.

[0002] Ein Verfahren der eingangs genannten Art ist in der DE-C-3006588 offenbart. Das vorbekannte Verfahren führt zu einem Gussgefüge mit einer feinkörnigen Mikrostruktur mit thixotropen Eigenschaften bei der Weiterverarbeitung. Die erforderlichen Abschergeschwindigkeiten sind jedoch relativ hoch. Zudem bildet sich eine verhältnismässig dicke dendritische Randschale aus, die sich auf die weitere Verarbeitung des Metallstranges durch Schmieden oder Druckgiessen im thixotropen Zustand störend auswirken kann.

[0003] Angesichts dieser Gegebenheiten hat sich der Erfinder die Aufgabe gestellt, ein Verfahren der eingangs genannten Art zu schaffen, mit welchem bei verhältnismässig geringen Abschergeschwindigkeiten ein praktisch bis zur Strangoberfläche reichendes feinkörniges Mikrogefüge erzeugt werden kann.

[0004] Zur erfindungsgemässen Lösung der Aufgabe führt, dass das Magnetfeld so eingestellt wird, dass die Abscherrate zwischen 10 und 450 s^-1 liegt. Ein bevorzugter Bereich für die Abscherrate liegt zwischen 10 und 180 s^-1.

[0005] Bei einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemässen Verfahrens wird die Rühreinrichtung während des Giessvorgangs in einer Ebene senkrecht zur Kokillenachse in eine Oszillationsbewegung versetzt.

[0006] Der erfindungsgemässe Rührvorgang führt zu einem kontinuierlich sich ändernden Magnetfeld, welches an jedem Ort im flüssigen Metall kontinuierlich zu- oder abnimmt.

[0007] Bei einer zweckmässigen Ausgestaltung des erfindungsgemässen Verfahrens erfolgt die Oszillationsbewegung in zwei senkrecht aufeinanderstehenden Achsenrichtungen.

[0008] Die Oszillationsfrequenz der Rühreinrichtung liegt bevorzugt zwischen 1 und 10 Hz, die Oszillationsamplitude zwischen 1 und 5 mm.

[0009] Wird die Rühreinrichtung gleichzeitig in den beiden Achsenrichtungen in eine Oszillationsbewegung versetzt, so liegt das Verhältnis der Oszillationsfrequenzen und/oder der Oszillationsamplituden der beiden überlagerten Oszillationsbewegungen bevorzugt zwischen 1:1 und 3:1.

[0010] Das erfindungsgemässe Verfahren ist nicht auf die Herstellung eines Metallstranges aus einem bestimmten Werkstoff beschränkt. Bevorzugte Werkstoffe sind jedoch Aluminium, Magnesium, Kupfer, Stahl sowie deren Legierungen, wobei sich insbesondere bei Aluminium- und Magnesiumlegierungen, die auch faser- oder partikelverstärkt sein können, ausgezeichnete Ergebnisse erzielen lassen.

[0011] Zur Erzeugung eines rotierenden Magnetfeldes können bekannte mehrphasige Statoren von zwei- oder mehrpoligen Induktionsmotoren eingesetzt werden.

[0012] Das erfindungsgemässe Verfahren wird bevorzugt zur Herstellung von Metallsträngen mit kreisrundem Querschnitt auf einer horizontalen oder vertikalen Stranggiessanlage angewendet. Es ist jedoch auch denkbar, das Verfahren auch zur Herstellung von Metallsträngen mit anderer Querschnittsform, beispielsweise mit einem rechteckigen Querschnitt, anzuwenden.

[0013] Die Optimierung der Verfahrensparameter für ein bestimmtes Legierungssystem erfolgt auf einfache Weise mittels Routineversuchen.

[0014] Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie anhand der Zeichnung; diese zeigt schematisch in

- Fig. 1

das Fliessgeschwindigkeitsfeld in der Metallschmelze über den Strangquerschnitt;

- Fig. 2

die Fliessgeschwindigkeit und die Abscher rate in der Metallschmelze in Abhängigkeit von der Distanz zur Strangachse;

- Fig. 3

Beispiele von Lissajous-Figuren bei überlagerten Oszillationsbewegungen der Rühreinrichtung;

- Fig. 4

einen Schnitt durch eine Rühreinrichtung senkrecht zur Strangachse;

- Fig. 5

die Lage der Oszillationsebene bezüglich der Giessachse.

[0015] Eine in der Zeichnung nicht näher wiedergegebene Horizontalstranggiessanlage umfasst gemäss Fig. 4 und 5 eine Stranggiesskokille 12, in welcher eine flüssige Metallschmelze zu einem Metallstrang 10 erstarrt. Konzentrisch um die Kokillen-, Strang- oder Giessachse z angeordnet ist eine Rühreinrichtung 14, die sich über die gesamte Verfestigungszone der zu vergiessenden Metallschmelze erstreckt.

[0016] Die Rühreinrichtung 14 kann mittels bekannter Schwingungseinrichtungen 16 in einer Ebene E senkrecht zur Strangachse z in den beiden Hauptachsenrichtungen x,y mit einer den Achsenrichtungen x,y zugeordneten Frequenz f_x,y in eine Oszillationsbewegung versetzt werden. Bei überlagerten Oszillationsbewegungen der Rühreinrichtung 14 in beiden Achsenrichtungen x,y beschreibt jeder Ort mit einer definierten magnetischen Induktion im flüssigen Metall eine vom Verhältnis f_x:f_y der Oszillationsfrequenzen abhängige Figur. Eine kreisförmige Figur ist hierbei besonders vorteilhaft. In Fig. 3 sind Beispiele dieser sogenannten Lissajous-Figuren dargestellt.

[0017] Die Angaben in Fig. 2 beziehen sich auf einen Metallstrang 10 mit einem Durchmesser von 130 mm.

[0018] Insbesondere aus den Fig. 1 und 3 geht klar hervor, dass mit der vorliegenden Erfindung ein rotierendes, nicht konstantes Magnetfeld ohne Nullstellen über den gesamten Strangquerschnitt erzeugt wird.

Ansprüche

1. Verfahren zur Herstellung eines Metallstranges (10) mit thixotropen Eigenschaften in einer Stranggiesskokille (12) mit einer sich über die gesamte Verfestigungszone der zu vergiessenden Metallschmelze erstreckenden elektromagnetischen Rühreinrichtung (14) zum Abscheren sich bildender Dendriten, wobei das von der Rühreinrichtung erzeugte Magnetfeld sich ohne Nullstellen über den gesamten Querschnitt der Kokille erstreckt,
dadurch gekennzeichnet,
dass das Magnetfeld so eingestellt wird, dass die Abscherrate zwischen 10 und 450 s^-1 liegt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Abscherrate zwischen 10 und 180 s^-1 liegt.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Rühreinrichtung (14) während des Giessvorgangs in einer Ebene (E) senkrecht zur Kokillenachse (z) in eine Oszillationsbewegung versetzt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Oszillationsbewegung in zwei senkrecht aufeinanderstehenden Achsenrichtungen (x,y) erfolgt.

5. Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Oszillationsfrequenz (f_x,f_y) der Rühreinrichtung (14) zwischen 1 und 10 Hz liegt.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Oszillationsamplitude der Rühreinrichtung (14) zwischen 1 und 5 mm liegt.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Verhältnis der Oszillationsfrequenzen f_x:f_y und/oder der Oszillationsamplituden bei überlagerten Oszillationsbewegungen in den beiden Achsenrichtungen (x,y) zwischen 1:1 und 3:1 liegt.

8. Anwendung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 7 zur Herstellung eines Metallstranges aus einer ggf. faser- oder partikelverstärkten Aluminium- oder Magnesiumlegierung.

Zeichnung