Verfahren und Vorrichtung zum elektromagnetischen Giessen von Walzbarren mit faltenfreier Oberfläche aus einer Aluminiumlegierung

Abstract

 Beim elektromagnetischen Stranggiessen von Walzbarren aus Aluminium-Magnesium-Legierungen treten auf der Barrenoberfläche infolge der durch die Anwesenheit von Magnesium in der Schmelze stark erhöhten Oxidationsgeschwindigkeit an der Schmelzenoberfläche Fehler in Form von vertikalen Falten und Oxidablagerungen auf, welche bei hohen Anforderungen an die Oberflächenqualität von Walzprodukten ein Ueberfräsen der Walzflächen des Barrens erforderlich machen.
Die genannten Oberflächenfehler können vermieden werden mit einem in den Schmelzekopf (28) eintauchenden, sich zumindest über die Längsseiten (x₁) des Induktors (12) erstreckenden, etwa parallel und in Abstand (b) zu diesen angeordnetem Oxidwehr (26), welches horizontal in seiner Längsrichtung (m) hin und her bewegt wird.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Verhinderung der Faltenbildung und Oxidablagerung auf den Walzflächen eines Walzbarrens aus einer Aluminiumlegierung, insbesondere einer Aluminium-Magnesium-Legierung, beim vertikalen elektromagnetischen Stranggiessen mit einem im wesentlichen rechteckförmigen Induktor und einem in den Schmelzekopf eintauchenden Oxidwehr. Im Rahmen der Erfindung liegt auch eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.

[0002] Beim elektromagnetischen Giessen von Walzbarren aus Aluminium-Magnesium-Legierungen mit einem Gehalt von mehr als etwa 3 Gew.-% Magnesium treten auf der Barrenoberfläche Fehler in Form von vertikalen Falten und Oxidablagerungen auf, welche bei hohen Anforderungen an die Oberflächenqualität von Walzprodukten ein Ueberfräsen der Walzflächen der Barren erforderlich machen. Ursache der Faltenbildung und Oxidablagerungen ist die durch Magnesium verursachte hohe Oxidationsgeschwindigkeit an der Oberfläche der Aluminium-Magnesium-Legierungsschmelze.

[0003] Es ist bekannt, durch Zugabe von Beryllium zur Metallschmelze die Oxidationsgeschwindigkeit drastisch herabzusetzen und die erwähnten Oberflächenfehler dadurch zu unterdrücken. Die Zugabe von Beryllium zu Aluminiumlegierungen ist jedoch in den USA bereits verboten und ein ähnliches Verbot ist in naher Zukunft auch in anderen Ländern zu erwarten.

[0004] Die US-A-4′724′896 offenbart eine Vorrichtung zur Verminderung der erwähnten Oberflächenfehler beim elektromagnetischen Giessen von Walzbarren durch Anordnung eines an sich bekannten, in den Schmelzekopf eintauchenden Oxidwehrs, in der Fachsprache auch skim dam genannt. Die Aussenkanten des Oxidwehrs bilden mit der Metallschmelze einen Winkel zwischen 105 und 150, wodurch der Meniskusradius der Oberfläche der Metallschmelze in der Berührungszone mit den Oxidwehraussenkanten stark verkleinert wird. Dadurch soll die sich auf der Schmelzeoberfläche bildende Oxidhaut in kurzen Zeitabständen abreissen, bevor die Oxidschicht die zur Faltenbildung und Oxidablagerung kritische Dicke erreicht hat. Es hat sich jedoch gezeigt, dass auch bei geneigten Aussenkanten des Oxidwehrs die Oberflächenfehler nicht völlig eliminiert werden können.

[0005] Angesichts dieser Gegebenheiten hat sich der Erfinder das Ziel gesetzt, ein Verfahren sowie eine geeignete Vorrichtung der eingangs erwähnten Art bereitzustellen, mit welchem die Faltenbildung und Oxidablagerung auf der Oberfläche von durch elektromagnetisches Giessen hergestellten Walzbarren aus Aluminiumlegierungen verhindert werden kann.

[0006] Bezüglich des Verfahrens wird die Aufgabe erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass das sich zumindest über die Längsseiten des Induktors erstreckende, etwa parallel und in Abstand zu diesen angeordnete Oxidwehr horizontal in seiner Längsrichtung hin und her bewegt wird.

[0007] Grundsätzlich kann bei einem rechteckförmigen Induktor zum Giessen von Walzbarren das Oxidwehr aus bloss zwei den Induktorlängsseiten benachbarten Teilen bestehen und gegen die Querseiten des Induktors hin fehlen. In der Praxis ist es jedoch zweckmässig, ein rahmenförmiges Oxidwehr einzusetzen. Durch die ständige Bewegung des Oxidwehrs wird die Faltenbildung und Oxidablagerung auf den Walzflächen der Barren durch frühzeitiges Reissen und Ablösen der sich auf der Schmelzeoberfläche bildenden Oxidhaut verhindert.

[0008] Ein Bewegungszyklus soll zweckmässigerweise 1 bis 8 sec, bevorzugt etwa 3 sec dauern, wobei die horizontale Verschiebung des Oxidwehrs zwischen zwei Endstellungen 5 bis 15 mm, vorzugsweise etwa 8 mm beträgt.

[0009] Die erwähnte frühzeitige Ablösung der Oxidhaut auf der Schmelzeoberfläche kann durch Einleitung von Vibrationen in das Oxidwehr in Strangabzugsrichtung unterstützt werden. Die geeignete Vibrationsfrequenz liegt zwischen 50 und 1000 Hz, vorzugsweise etwa bei 400 bis 600 Hz.

[0010] Der optimale Beschleunigungswert der Vibrationsbewegung liegt zwischen +/- 20 g und +/- 60 g, wobei g die Erdbeschleunigung bedeutet.

[0011] Die Kombination von horizontaler Bewegung des Oxidwehrs mit vertikaler Einleitung von Vibrationen erweist sich bereits vor dem eigentlichen Giessstart während der Metalleinlaufphase als vorteilhaft, wird doch dadurch einerseits bei Verwendung eines Metallverteilsackes aus hitzebeständigem Gewebe der gleichmässige Durchtritt der Metallschmelze erleichtert und andererseits die für eine gute Barrenqualität erforderliche optimale Formfüllung des Anfahrbodens erreicht.

[0012] Die zweckmässige Eintauchtiefe des Oxidwehrs in der Metallschmelze liegt bei 5 bis 15 mm, bevorzugt etwa bei 10 mm.

[0013] In Bezug auf die Vorrichtung wird die Aufgabe erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass bei einem im wesentlichen rechteckförmigen Induktor und einem im wesentlichen rechteckförmigen Oxidwehr dieses an einem Tragrahmen festgelegt ist, welcher einends mit einem gegenüber dem Induktor ortsfesten pneumatischen Zylinder gekoppelt und andernends in einer gegenüber dem Induktor ortsfesten Führung geführt ist.

[0014] Zur Einleitung vertikaler Vibrationen ist auf dem Tragrahmen mindestens ein Vibrator, vorzugsweise ein Kugelvibrator befestigt.

[0015] Der Abstand der im wesentlichen parallel zueinander liegenden Längsseiten des Induktors und des Oxidwehrs liegt zweckmässigerweise zwischen 50 und 100 mm und beträgt bevorzugt etwa 70 bis 80 mm.

[0016] Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels sowie anhand der Zeichung; diese zeigt in

Fig. 1 den schematisierten Querschnitt durch eine Stranggiessanlage;

Fig. 2 die schematisierte Draufsicht auf einen Induktor mit Oxidwehr.

[0017] Eine vertikale elektromagnetische Stranggiessanlage 10 weist gemäss Fig. 1 als Kokille einen schlaufenförmigen Induktor 12 auf, welcher zur Feineinstellung des elektromagnetischen Feldes von einem Schirm 14 teilweise überdeckt wird. Ein ringförmig angeordneter Kühlmittelkasten 16 dient zum Aufbringen von Kühlmittel 18 auf die Oberfläche des aus der Kokille austretenden Stranges oder Walzbarrens 20. Ueber eine Giessdüse 21 wird das flüssige Metall der Kokille zugeführt. Der Strang 20 wird mittels eines Anfahrbodens 22, der die Kokille bis zum Giessstart geschlossen hält, kontinuierlich abgesenkt.

[0018] An einem Tragrahmen 24 aus Stahl ist ein im wesentlichen der Schlaufenform des Induktors 12 angepasstes Oxidwehr 26 aus einem keramischen Werkstoff festgelegt, welches um ein Mass a von beispielsweise 10 mm in den Schmelzekopf 28 des Stranges 20 eintaucht. Auf dem Kühlmittelkasten 16 ist ein pneumatischer Zylinder 30 montiert, dessen Kolbenstange 32 mit einer ersten Aufhängung 34 a des Tragrahmens 24 verbunden ist. Eine der ersten Aufhängung 34 a gegenüberliegende zweite Aufhängung 34 b des Tragrahmens 24 lagert in einer auf der gegenüber dem pneumatischen Zylinder 30 diametral entgegengesetzten Seite des Kühlmittelkastens 16 montierten Führung 36.

[0019] Aus Fig. 2 wird die Anordnung des Tragrahmens 24 und des Oxidwehrs 26 in Bezug auf die Lage des Induktors 12 für einen Strang 20 in der Form eines rechteckigen Walzbarrens mit einem Barrenformat von etwa 1600 x 660 mm entsprechend einer Länge x₁=1600 mm der Längsseite und y₁=660 mm der Querseite des Induktors 12. Die Längs- und Querseiten des ebenfalls rechteckförmigen Oxidwehrs 26 liegen symmetrisch und parallel zu den entsprechenden Induktorseiten und weisen eine Länge von beispielsweise x₂=1420 mm und y₂=500 mm auf. Der Abstand b zwischen den Längsseiten x₁ und x₂ des Induktors 12 bzw. des Oxidwehrs 26 beträgt damit 80 mm, der Abstand c zwischen den Querseiten y₁ und y₂ 90 mm.

[0020] Ueber die horizontal und in der parallel zur Walzoberfläche des Stranges 20 liegenden Mittelebene m geführte Kolbenstange 32 des pneumatischen Zylinders 30 kann der Tragrahmen 24 mit dem Oxidwehr 26 horizontal in Richtung der Längsseiten x₁ des Induktors 12 hin und her bewegt werden. Auf Querstegen 38 des Tragrahmens 24 sind Kugelvibratoren 40 festgelegt.

Ansprüche

1. Verfahren zur Verhinderung der Faltenbildung und Oxidablagerung auf den Walzflächen eines Walzbarrens (20) aus einer Aluminiumlegierung, insbesondere einer Aluminium-Magnesium-Legierung, beim vertikalen elektromagnetischen Stranggiessen mit einem im wesentlichen rechteckförmigen Induktor (12) und einem in den Schmelzekopf (28) eintauchendem Oxidwehr (26),
dadurch gekennzeichnet,
dass das sich zumindest über die Längsseiten (x₁) des Induktors (12) erstreckende, etwa parallel und in Abstand (b) zu diesen angeordnete Oxidwehr (26) horizontal in seiner Längsrichtung (m) hin und her bewegt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Bewegungszyklus innerhalb 1 bis 8 sec, bevorzugt in etwa 3 sec erfolgt.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die horizontale Verschiebung des Oxidwehrs (26) zwischen zwei Endstellungen 5 bis 15 mm, bevorzugt etwa 8 mm beträgt.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Oxidwehr (26) in vertikaler Richtung vibriert wird.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Vibrationsfrequenz 50 bis 1000 Hz, vorzugsweise 400 bis 600 Hz beträgt.

6. Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschleunigung der Vibrationsbewegung zwischen +/- 20 g bis +/- 60 g liegt.

7. Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Eintauchtiefe des Oxidwehrs (26) in den Schmelzekopf (28) 5 bis 15 mm, vorzugsweise etwa 10 mm beträgt.

8. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 7, mit einem im wesentlichen rechteckförmigen Induktor (12) und einem im wesentlichen rechteckförmigen Oxidwehr (26), dadurch gekennzeichnet, dass das Oxidwehr (26) an einem Tragrahmen (24) festgelegt ist, welcher einends mit einem gegenüber dem Induktor ortsfesten pneumatischen Zylinder (30) gekoppelt und andernends in einer gegenüber dem Induktor (12) ortsfesten Führung (36) geführt ist.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass am Tragrahmen (24) mindestens ein Vibrator (40), vorzugsweise ein Kugelvibrator befestigt ist.

10. Vorrichtung nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand (b) der im wesentlichen parallel zueinanderliegenden Längsseiten (x₁, x₂) des Induktors (12) und des Oxidwehrs (26) 50 bis 100 mm, vorzugsweise etwa 70 bis 80 mm beträgt.

Zeichnung