VERFAHREN UND VORRICHTUNG ZUM VERGIE EN UND ERSTARREN VON FLÜSSIGEM METALL UND DESSEN ZERTEILUNG

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung von Metallstücken, insbesondere aus Ferrolegierungen oder NE-Metallen, aus flüssiger Phase, unter Verwendung einer Bandgießanlage, die ein endloses Metallband mit vorgebbarer Dicke d herstellt und einer Brechanlage, die das Band in Stücke zerteilt, wobei in der Oberfläche des Bandes während des Gießens und Erstarrens mittels einer Prägewalze ein Muster von Sollbruchstellen eingeprägt wird, das beim Brechen des Bandes die vordefinierte, optimale Größe der Produktstücke bestimmt.

[0002] Es besteht ein Bedarf für ein schnelles und flexibles Verfahren mit entsprechender Vorrichtung zum Vergießen und Erstarren von flüssigem Metall, insbesondere Ferrolegierungen oder NE-Metallen, und deren geordneter Zerteilung mit dem Ziel, stückige Produkte mit definierbaren Abmessungen bei minimalen Verlusten und Verunreinigungen sowie mit vermindertem Aufwand an Energie und Kosten zu produzieren.

[0003] Beim Stand der Technik werden Ferrolegierungen oder NE-Metalle nach Abstich aus dem Ofen im flüssigen Zustand üblicherweise in Sandbetten vergossen und nach Erstarrung und Abkühlung zu einer Brechanlage geleitet, darin gebrochen, danach in handelsübliche Korngrößen klassiert und verpackt.

[0004] In einem ersten bekannten Verfahren (Verfahren 1) wird Unterkorn, dessen Menge bis zu 25% betragen kann, erneut dem Ofen zugeführt und eingeschmolzen. Das Verfahren 1 hat folgende Mängel und Nachteile:

1. Hohe Energie-, Produktions- und Instandhaltungskosten im Bereich der Brech- und Absiebanlagen;

2. niedriges Ausbringen des Produktes durch vergleichsweise hohen Anteil an Unterkorn;

3. hohe Staub- und Schallbelastungen erfordern entsprechend große Investitionen und Mittel für Staubabsaugung und Schallschutz;

4. ein erheblicher Anteil von Verunreinigungen des Produktes wird durch Sand des Gießbettes verursacht;

5. komplizierte Logistik;

6. hohe Kostenbelastung des Produktes durch zusätzliches Aufschmelzen des abgesiebten Unterkorns.

[0005] Ein weiteres bekanntes Verfahren (Verfahren 2) sieht vor, das flüssige Metall mit Hilfe eines Gießrades in Barren zu vergießen, um es anschließend durch Brechen und Absieben auf die erforderliche Korngröße zu bringen. Das Verfahren 2 weist die nachstehenden Mängel und Nachteile auf:

1. Die in den Punkten 1., 2., 3., 5. und 6. für das Verfahren 1 aufgelisteten Mängel und Nachteile gelten, wenn auch in geringerem Maße, ebenso für das Verfahren 2;

2. der Durchsatz eines Gießrades ist begrenzt und unflexibel, was eine längere Gießzeit und infolgedessen eine höhere Abstichtemperatur verlangt, die zusätzliche Energie- und Feuerfestkosten oder kürzere Verfügbarkeit des Ofens verursacht;

3. hohe Kosten werden durch eine Pfannenwirtschaft verursacht;

4. eine Beeinflussung der Abmessungsgröße der Stücke des Produktes ist nur durch Einstellen der Siebanlage möglich, nicht aber während des Gießens.

[0006] Aus dem Dokument U.S. 4,316,496 A sowie der entsprechenden DE-OS 30 28 247 ist eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Erzeugung eines Eisen-Ausgangsmaterials bekannt, das anschließend in einem Schmelztiegel oder Schmelzofen verwendet wird.

[0007] Die Vorrichtung zeigt einen im Querschnitt U-förmigen Eisenträger, der in Horizontalrichtung beweglich gelagert ist und kontinuierlich an einer Gießstation vorbeigeführt wird, wobei an dieser Mittel vorgesehen sind, um geschmolzenes Eisenmaterial kontinuierlich auf den Träger zu gießen, um nach Abkühlung ein erstarrtes Eisenband zu bilden. Ferner sind Mittel vorgesehen, um das erstarrte Band in Segmente zu unterteilen, deren Größe geeignet ist zur Nutzung als eisernes Ausgangsmaterial. Der Träger soll eine Dicke haben, die ausreicht, um Wärme vom gegossenen Band abzuziehen, um die Erstarrung des Bandes zu unterstützen.

[0008] Die Oberfläche des Trägers ist mit einer Reihe von im regelmäßigen Abstand angeordneten Vorsprüngen versehen. Es kann aber auch eine Walze vorgesehen sein, die eine mit Vertiefungen versehene Oberfläche besitzt und über dem Träger stromab der Gießstation angeordnet ist, wobei diese Walze von der Metall-oberfläche in einem Abstand liegt, der ausreicht, die Walze in Berührung mit dem gegossenen Band zu halten, und Vertiefungen in dieses einzuprägen, wenn das Band erstarrt.

[0009] Bei dem Verfahren zur Herstellung eines eisernen Ausgangsmaterials, das danach einem Schmelzofen zugeführt wird, wird das kontinuierlich geschmolzene Eisenmaterial aus einer Gußstation auf eine U-kanalförmige Eisenträger-Oberfläche gegossen, die sich in einer Horizontalebene kontinuierlich an der Gießstation vorbeibewegt, um ein erstarrtes Metallband zu bilden, wobei das erstarrte Band vom Träger getrennt und im verfestigten Zustand in Segmente einer Größe unterteilt wird, die für das erforderliche Ausgangsmaterial geeignet ist.

[0010] Das Dokument US 3,365,791 A offenbart ein Verfahren zum Vergießen und Walzen von Metall in Form einer rechteckigen Sektion, Durchtrennen der Sektionen in separate Stücke, Walzen der so hergestellten Gussstücke in Richtung ihrer Länge. Diese Schrift offenbart auch eine Stranggießanlage mit zusätzlichen Prägewalzen und mit einer Schere zum Teilen des Stranges in gleich große Stücke.

[0011] Ausgehend vom vorgenannten Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung vorzuschlagen, durch welche die vorgenannten Mängel und Schwierigkeiten beseitigt werden.

[0012] Die Lösung dieser Aufgabe gelingt mit einem Verfahren zum Herstellen von Metallstücken, insbesondere aus Ferro-Legierungen oder NE-Metallen, aus der flüssigen Phase gemäß Anspruch 1 dadurch, dass die Gießgeschwindigkeit sowie Position und Abstand der Prägewalze mit dem prägendem Muster durch ein Regelsystem in Abhängigkeit von den Eigenschaften des zu vergießenden Produktes, dessen Abstichtemperatur und gewünschten Dicke gesteuert wird.

[0013] Eine Ausgestaltung des Verfahrens nach der Erfindung sieht vor, dass das Muster für die Sollbruchstellen durch Elemente aus einem Material mit abweichenden physikalischen Eigenschaften, z.B. höherer Wärmeleitfähigkeit als das Material der Prägewalze, und beispielsweise durch Aufschweißen von Profilelementen auf einer Prägewalze hergestellt wird.

[0014] Weiterhin ist das Verfahren nach der Erfindung dadurch gekennzeichnet, dass das Regelungssystem nach der im Anspruch 4 angegebenen Formel gesteuert wird.

[0015] Dabei ist es von Vorteil, wenn die Prägewalze mit den prägenden Mustern gekühlt wird.

[0016] Ein Verfahren zur Steuerung des Herstellverfahrens von Metallstücken, insbesondere aus Ferrolegierungen oder NE-Metallen, aus der flüssigen Phase, umfassend die Verwendung einer Bandgießanlage zur Herstellung eines endlosen Bandes mit vorgegebener Dicke, einer Walze mit prägendem Muster sowie einer Brechanlage zur Zerteilung des Bandes in Stücke von vorgebbarer Dimension, erfaßt vorteilhafterweise Metalltemperatur und Gießgeschwindigkeit durch Geber, wobei die Daten einem Steuersystem, z.B. einem Computer, zur Verarbeitung zugeführt werden, durch welchen die Position, Umdrehungszahl und eindringtiefe der Prägewalze(n) eingestellt wird.

[0017] Eine Vorrichtung zum Herstellen von Metallstücken aus flüssiger Phase, insbesondere aus Ferrolegierungen oder NE-Metallen, zur Durchführung des Verfahrens nach der Erfindung umfasst eine Bandgießanlage zur Herstellung eines Metallbandes mit vorgebbarer Dicke, eine Walze mit prägendem Muster und eine Brechanlage die das Band in Stücke zerteilt, wobei bei einer Single-Belt-Bandgießanlage, mittels eines Steuersystems die Walze mit prägendem Muster entlang des Gießbandes verstellbar ist und der Spalt zwischen der Oberfläche des Transportgießbandes und der Walze und deren Eindringtiefe zwischen 0 und 90 % der Dicke des Bandes einstellbar ist.

[0018] Weitere Ausgestaltungen der Vorrichtung nach der Erfindung sind entsprechend den Unteransprüchen vorgesehen.

[0019] Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung sind aus den nachstehenden Erläuterungen eines in den Zeichnungen schematisch dargestellten Ausführungsbeispieles erkennbar. Es zeigen

Figur 1

in Seitenansicht eine Vorrichtung nach der Erfindung;

Figur 2

die Prägewalze der Vorrichtung gemäß Fig. 1 im Schnitt (2a) und in Draufsicht (2b) als Ausschnitt;

Figur 3

ein Muster von auf die Prägewalze aufgebrachter Prägeelemente in Draufsicht.

[0020] Die in Figur 1 von der Seite gezeigte Vorrichtung zum Herstellen von Metallstücken 5 mit definierten Abmessungen aus einem endlos gegossenen Band 3 einer Stranggießanlage (nicht gezeigt) transportiert das Band 3 auf einem bevorzugt metallischen Endlos-Transportband 6 zu der Prägestation 7.

[0021] Diese verfügt über eine obere Prägewalze 1 mit aufgeschweißten Prägeelementen 2 (Fig. 2), die in das darunter her laufende Metallband im Zustand der noch nicht vollständigen Erstarrung ein Muster von Sollbruchstellen 4 einprägt.

[0022] Unter der Prägewalze 1 und dem Transportband 6 läuft eine Gegenwalze 1' zum Aufbau eines Walzen-Gegendruckes, der erforderlich ist, um die Prägung durchzuführen.

[0023] Die vergrößerte Schnittdarstellung der Schnittebene I-I zeigt in Figur 2a an der Schnittstelle die von der Oberfläche der Prägewalze 1 aufragenden Prägeelemente 2. Die zugehörige Draufsicht gemäß Figur 2b läßt deren Position auf der Walzenoberfläche in Form eines rechteckigen Musters erkennen.

[0024] In Figur 3 ist die Prägewalze 1 in einer Draufsicht gezeigt. Es sind an den deutlich helleren Stellen die Sollbruchstellen 4 zu sehen. Beim Durchlauf des geprägten Bandes durch eine Brechanlage ist damit der Zerfall in Bruchstücke 5 von vorgebbarer Dimensionierung vorgegeben.

Ansprüche

1. Verfahren zur Herstellung von Metallstücken (5), insbesondere aus Ferrolegierungen oder NE-Metallen, aus flüssiger Phase, unter Verwendung einer Bandgiessanlage, die ein endloses Metallband (3) mit vorgebbarer Dicke (d) herstellt, und einer Brechanlage, die das Band (3) in Stücke (5) zerteilt, wobei in der Oberfläche des Bandes (3) während des Giessens und Erstarrens mittels einer Prägewalze (1) ein Muster von Sollbruchstellen (4) eingeprägt wird, das beim Brechen des Bandes (3) die vordefinierte, optimale Grösse der Produktstücke bestimmt,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Giessgeschwindigkeit (V_g), sowie Position und Abstand der Prägewalze (1) mit dem prägenden Muster durch ein Regelungssystem in Abhängigkeit von den Eigenschaften des zu vergiessenden Produktes, dessen Abstichtemperatur und gewünschten Dicke (d) gesteuert wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
dass das Regelungssystem nach der Formel : V_g = f(d,t,x,D) gesteuert wird,
worin bedeutet:

- V_g = Giessgeschwindigkeit,

- d = Dicke des Bandes,

- t = Abstichtemperatur des Metalls,

- x = Position der Walze mit dem prägenden Muster,

- D = Durchmesser der Walze mit dem prägenden Muster.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet,
dass das Muster für die Sollbruchstellen (4) durch Elemente aus einem Material mit abweichenden physikalischen Eigenschaften, z.B. höherer Wärmeleitfähigkeit als das Material der Prägewalze und beispielsweise durch Aufschweissen der Profilelemente (2) auf einer Prägewalze (1) hergestellt wird.

4. Verfahren zur Steuerung der Herstellung von Metallstücken (5), insbesondere aus Ferrolegierungen oder NE-Metall, aus der flüssigen Phase, umfassend die Verwendung einer Bandgiessanlage zur Herstellung eines endlosen Metallbandes (3) mit vorgebbarer Dicke (d), und einer Walze (1,1') mit prägendem Muster,einer Brechanlage, die das Band (3) in Stükke zerteilt,
dadurch gekennzeichnet,
dass Metalltemperatur und Giessgeschwindigkeit durch Geber erfasst und einem Steuerungssystem, z.B. einem Computer, zur Verarbeitung zugeführt werden, durch welchen die Position, Umdrehungszahl und Eindringtiefe der Walze (1, 1') eingestellt wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Walze (n) (1, 1') gekühlt wird (werden).

6. Vorrichtung zur Herstellung von Metallstücken (5) aus flüssiger Phase, insbesondere aus Ferrolegierungen oder NE-Metallen, zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche, umfassend eine Bandgiessanlage zur Herstellung eines endlosen Metallbandes von vorgebbarer Dicke (d), eine Walze (1,1') mit prägendem Muster und eine Brechanlage zur Zerteilung des Bandes (3) in Stücke (5),
dadurch gekennzeichnet,
dass bei einer Single-Belt-Bandgiessanlage mittels eines Steuersystems die Walze (1) mit dem prägenden Muster entlang des Giessbandes verstellbar ist und der Spalt zwischen der Oberfläche des Transportgiessbandes (6) und der Walze (1), und deren Eindringtiefe zwischen 0 und 90% der Dicke des Bandes (3) einstellbar ist.

Claims

1. A method for producing metal pieces (5), particularly made from iron alloys or non-ferrous metals, from a liquid phase, using a continuous casting installation that produces a continuous metal strip (3) having a definable thickness (d), and a crushing installation that separates the strip (3) into pieces (5), wherein a pattern of setpoint breaking points (4) is stamped in the surface of the strip (3) via an embossing roller (1) during the casting and solidification, and which determines the predefined, optimal size of the product pieces when the strip (3) is broken,
characterised in that
the casting speed (V_g) as well as the position and distance of the embossing roller (1) with the stamping pattern are controlled through a regulating system depending on the properties of the product to be cast, its tapping temperature and the desired thickness (d).

2. The method as cited in Claim 1,
characterised in that
the regulating system is controlled in accordance with the formula : V_g = f(d,t,x,D), wherein :

- V_g = casting speed,

- d = thickness of the strip,

- t = tapping temperature of the metal

- x = position of the roller with the stamping pattern,

- D = diameter of the roller with the stamping pattern.

3. The method as cited in either of claims 1 or 2,
characterised in that
the pattern for the setpoint breaking points (4) is produced by elements made from a material with different physical properties, e.g. higher heat conductivity than the material of the embossing roller and, for example, by welding the profile elements (2) on an embossing roller (1).

4. The method for controlling the production of metal pieces (5), particularly made from iron alloys or non-ferrous metals, from the liquid phase, including the use of a continuous casting installation to produce a continuous metal strip (3) having a definable thickness (d), and a roller (1,1') with a pattern for stamping, a crushing installation that breaks the strip (3) into pieces,
characterised in that
the temperature of the metal and the casting speed are recorded by sensors and forwarded to a control system, e.g. a computer, for processing, via which the position, rotating speed and penetration depth of the roller (1,1') is adjusted.

5. The method as cited in any of Claims 1 to 3,
characterised in that
the roller(s) (1,1') is (are) cooled.

6. A device for producing metal pieces (5) from the liquid phase, particularly from iron alloys or non-ferrous metals, for implementing the method in accordance with any of the preceding claims, including a continuous casting installation for producing a continuous metal strip of definable thickness (d), a roller (1,1') with stamping pattern and a crushing installation for breaking the strip (3) into pieces (5),
characterised in that
in a single-belt continuous casting installation, the roller (1) with the stamping pattern is adjustable along the casting strip via a control system and the gap between the surface of the transported casting strip (6) and the roller (1), and the penetration depth thereof is adjustable from 0 to 90% of the thickness of the strip (3).

Revendications

1. Procédé en vue de la fabrication de pièces métalliques (5), notamment en alliages ferreux ou en métaux NE, à partir de la phase liquide, en utilisant une installation de coulée en bande qui fabrique une bande métallique sans fin (3) possédant une épaisseur pouvant être prédéfinie (d), et une installation de cassure qui divise la bande (3) en pièces (5), un modèle étant marqué de points de rupture voulue (4) à la surface de la bande (3) lors du coulage et de la solidification au moyen d'un rouleau d'estampage (1), lequel modèle détermine lors de la cassure de la bande (3) la taille optimale prédéfinie des pièces produites,
caractérisé en ce
que la vitesse de coulée (V_g) ainsi que la position et la distance du rouleau d'estampage (1) avec le modèle d'estampage sont commandées par un système de régulation en fonction des propriétés du produit à couler, de sa température de coulée et de l'épaisseur souhaitée (d).

2. Procédé selon la revendication 1,
caractérisé en ce
que le système de régulation est commandé selon la formule : V_g = f(d,t,x,D),
dans laquelle

- V_g = vitesse de coulée,

- d = épaisseur de la bande,

- t = température de coulée du métal,

- x = position du rouleau avec le modèle d'estampage,

- D = diamètre du rouleau avec le modèle d'estampage.

3. Procédé selon la revendication 1 ou 2,
caractérisé en ce
que le modèle pour les points de rupture voulue (4) est fabriqué par des éléments en un matériau possédant des propriétés physiques diverses, par exemple une conductivité thermique supérieure au matériau du rouleau d'estampage et par exemple par soudure des éléments profilés (2) sur un rouleau d'estampage (1).

4. Procédé en vue de la commande de la fabrication de pièces métalliques (5), notamment en alliages ferreux ou en métal NE, à partir de la phase liquide, comprenant l'utilisation d'une installation de coulée en bande en vue de la fabrication d'une bande métallique sans fin (3) possédant une épaisseur pouvant être prédéfinie (d), et d'un rouleau (1, 1') avec un modèle d'estampage, d'une installation de cassure qui divise la bande (3) en pièces,
caractérisé en ce
que la température du métal et la vitesse de coulée sont détectées par un capteur et acheminées à un système de commande, par exemple un ordinateur, en vue du traitement, ordinateur par lequel la position, la vitesse de rotation et la profondeur de pénétration du rouleau (1, 1') sont réglées.

5. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3,
caractérisé en ce
que le(s) rouleau(x) (1, 1') est/sont refroidi(s).

6. Dispositif en vue de la fabrication de pièces métalliques (5) à partir de la phase liquide, notamment en alliages ferreux ou en métaux NE, en vue de la réalisation du procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, comprenant une installation de coulée en bande en vue de la fabrication d'une bande métallique sans fin possédant une épaisseur pouvant être prédéfinie (d), un rouleau (1, 1') avec un modèle d'estampage et une installation de cassure en vue de la division de la bande (3) en pièces (5),
caractérisé en ce
que le rouleau (1) avec le modèle d'estampage peut être déplacé le long de la bande de coulée avec une installation de coulée en bande à courroie unique au moyen d'un système de commande et la fente entre la surface de la bande de coulée de transport (6) et le rouleau (1) et sa profondeur de pénétration peut être réglée entre 0 et 90 % de la profondeur de la bande (3).

Zeichnung