Die Erfindung betrifft ein Giessverfahren für Aluminium bzw. Aluminiumlegierungen gemäss dem Oberbegriff des Anspruches 1 sowie eine Giessanlage zum Durchführen des Verfahrens.

Es sind Giessverfahren sowie Giessanlagen für Aluminium bzw. Aluminiumlegierungen bekannt, bei denen festes oder flüssiges Aluminium in einem Schmelzofen geschmolzen und anschliessend in einem Wärmehalteofen gehalten wird, aus welchem die Schmelze über eine lange Rinne zu einer Giesstation fliesst und dabei unterschiedlicher Behandlung ausgesetzt wird. So werden der die Rinne durchfliessenden Schmelze Legierungszusätze zugegeben und ein inertes Reinigungsgas (Argon) eingeblasen, bevor die Schmelze über einen Filter zu der Giesstation gelangt, in der sie zu Halbprodukten vergossen wird (vgl. Fig. 1, in der eine herkömmliche Giessanlage für Aluminium schematisch dargestellt ist). Eine Homogenisierung der Schmelze ist nur begrenzt möglich. Die Behandlungszeiten sind an den Giessprozess gebunden und somit vorbestimmt und zeitlich begrenzt.

Die einzelnen Behandlungsstationen müssen perfekt aufeinander abgestimmt sein. Funktioniert eine der Stufen dieser In-line-Anlage nicht, so muss die ganze Giessanlage ausser Betrieb gesetzt werden. Die lange Rinne, die die Schmelze durchfliesst, bedeutet einen Temperaturverlust, so dass das Material in dem Wärmehalteofen überhitzt werden muss, damit an der Giessstation eine genügende Temperatur beim Anfahren erreicht werden kann. Extensive Giesszeiten bedeuten, dass der Schmelz- und Wärmehalteofen für die ganze Giesszeit zur Verfügung stehen muss, bevor nächste Schmelzrate zum Einsatz kommt. Der Energieverbrauch der Ofen ist entsprechend gross. Es werden in der Regel Flammenofen (reverberatory furnaces) mit Kohlenwasserstoff als Brennstoff verwendet, wodurch der Nachteil einer rapiden Absorption von Wasserstoff aus der Brennerflamme entsteht. Zudem entstehen Treibhausgase und andere die Atmosphäre belastende Verunreinigungen. Die lange, offene Rinne für den Durchfluss der Schmelze bedeutet aber auch, dass das Metall den Wasserstoff von der Atmosphäre aufnimmt und die Bildung von Schlacke verursacht.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein wirtschaftlicheres und flexibleres Giessverfahren für Aluminium bzw. Aluminiumlegierungen vorzuschlagen sowie eine Giessanlage zum Durchführen des Verfahrens zu schaffen, die einen optimalen Zeitablauf für das Behandeln und das Vergiessen der Aluminiumschmelze ermöglichen und mit denen eine verbesserte Qualität der zu erzeugenden Halbprodukte erreicht werden kann.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss durch ein Giessverfahren mit den Merkmalen des Anspruches 1 sowie durch eine Giessanlage mit den Merkmalen des Anspruches 13 gelöst.

Bevorzugte Weitergestaltungen des erfindungsgemässen Giessverfahrens sowie der erfindungsgemässen Giessanlage bilden den Gegenstand der abhängigen Ansprüche.

Durch die erfindungsgemässe Verwendung von Pfannen für das Behandeln und Zuführen von Aluschmelze in steuerbaren Sequenzen zu vorzugsweise mehreren Giessstationen wird diese Verfahrensphase von dem eigentlichen Giessvorgang zeitlich abgekoppelt. Die einzelnen Behandlungen sind nicht mehr fix festgelegt und zeitlich begrenzt, sondern sie können nach Bedarf angepasst werden, bis die gewünschte Qualität der zu vergiessenden Schmelze in der jeweiligen Pfanne erreicht wird.

Das erfindungsgemässe Verfahren ist wesentlich effizienter als das In-line-Verfahren, da die Notwendigkeit von grossen Wärmehalteofen entfällt. Wenn überhaupt, werden die Ofen zum Schmelzen und Aufheizen gebraucht, jedoch nicht zum Wärmehalten über längere Zeitabschnitte. Diese können als energetisch effiziente und ökologisch vorteilhafte Induktionsofen ausgebildet sein.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1

schematisch ein Ausführungsbeispiel einer dem Stand der Technik entsprechenden Giessanlage für Aluminium; und

Fig. 2

schematisch ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemässen Giessanlage für Aluminium.

Fig.1 zeigt eine dem Stand der Technik entsprechende Giessanlage 1 für Aluminium bzw. Aluminiumlegierungen. Als Ausgangsmaterial wird flüssiges oder festes Aluminium in eine erste Stufe bzw. Station 2 eingebracht, die einen Schmelzofen 3 sowie einen an diesen angeschlossenen Wärmehalteofen 4 umfasst. Beispielsweise kann das Aluminium aus einem Füllraum mittels einer Transportpfanne 5 oder als eine Schrottladung geliefert werden. Bei den Ofen 3, 4 handelt es sich in der Regel um grosse Flammenofen mit Kohlenwasserstoff als Brennstoff. Die im Schmelzofen 3 erzeugte Schmelze wird im Wärmehalteofen 4 auf die notwendige Temperatur erhitzt und teilweise durch Rühren homogenisiert.

Nachdem die Aluminiumschmelze die erforderliche Temperatur erreicht hat, wird sie aus dem Wärmehalteofen 4 über eine lange Rinne 6 (Kanal) zu einer Giessstation 7 geleitet, wobei sie verschiedene Behandlungsstationen 11, 12 durchfliesst, die zusammen mit einem der Giessstation 7 vorgeschalteten Filter 13 eine zweite Stufe 10 der Giessanlage 1 allgemein bekannt als Rinnenbehandlung bilden. In der Behandlungsstation 11 werden der Aluschmelze diverse Legierungszusätze zugefügt. In der Behandlungsstation 12 findet eine Gasreinigung statt.

Die Giessstation 7, in der die Aluminiumschmelze zu Halbprodukten vergossen wird, kann in einer an sich bekannten und daher nicht näher beschriebenen Weise kontinuierlich oder halbkontinuierlich betrieben werden.

Die Behandlungszeiten in der Rinnen-Stufe 10 sind an den in der Giessstation 7 durchzuführenden Giessprozess gebunden und somit vorbestimmt und begrenzt. Die einzelnen Behandlungsstationen 11, 12, 13 müssen in ihrer Funktion zeitlich perfekt aufeinander abgestimmt sein. Funktioniert eine der Stufen dieser In-line-Anlage nicht, so muss die ganze Giessanlage 1 ausser Betrieb gesetzt werden. Der lange Kanal bzw. Rinne 6, durch die die Schmelze fliesst, bedeutet einen Temperaturverlust, so dass das Material in dem Wärmehalteofen 4 überhitzt werden muss (z.B. auf 730°C), damit an der Giessstation 7 eine genügende Temperatur beim Anfahren (z.B. 700°C) erreicht werden kann. Extensive Giesszeiten bedeuten, dass der Schmelz- und Wärmehalteofen 4 für die ganze Giesszeit zur Verfügung stehen muss, bevor nächste Schmelzrate zum Einsatz kommt. Der Energieverbrauch der Ofen 3, 4 ist entsprechend gross.

Bei den Flammenofen mit Kohlenwasserstoff als Brennstoff entsteht der Nachteil einer rapiden Absorption von Wasserstoff aus der Brennerflamme. Zudem entstehen Treibhausgase und andere die Atmosphäre belastende Verunreinigungen. Die lange, offene Rinne 6 (Kanal) für den Durchfluss der Aluschmelze bedeutet aber auch, dass das Metall den Wasserstoff von der Atmosphäre aufnimmt und die Bildung von Schlacke verursacht.

In Fig. 2 ist eine erfindungsgemässe Giessanlage 1 für Aluminium bzw. Aluminiumlegierungen schematisch dargestellt. Die erste Stufe des erfindungsgemässen Giessverfahrens erfolgt in einer Füllstation 21, in welcher heisse Aluschmelze in eine Anzahl von Pfannen 25 gefüllt wird. Die Pfannen können beispielsweise ein Fassungsvermögen von 15 t aufweisen. Es kann entweder flüssiges, heisses (Temperatur ca. 900°C) Aluminium aus einem Füllraum mittels Transportpfannen direkt in die Pfannen 25 eingefüllt werden, oder es ist mindestens ein, vorzugsweise mehrere Ofen 22, 23, 24 der Füllstation 21 zugeordnet und für die Lieferung der Aluschmelze zuständig, wobei neben flüssigem Aluminium auch Aluminiumschrott oder zum Umschmelzen vorgesehene Blöcke als Ausgangsmaterial dienen können. Die Schmelze kann z.B. in halbstündigen Intervallen jeweils in eine der Pfannen 25 eingefüllt werden. Mit Vorteil kann aus den einzelnen Öfen Aluschmelze unterschiedlicher Qualität (mit unterschiedlichem Aluminium-Reinheitsgrad) in die Pfannen 25 eingefüllt werden, wobei das Füllen der Pfannen 25 mit Aluschmelze allenfalls auch mit gemischtem Material aus verschiedenen Ofen 22, 23, 24 computergesteuert verlaufen kann.

Als Ofen 22, 23, 24 können vorzugsweise elektrische Induktionsofen eingesetzt werden, die energetisch wesentlich effizienter sind als Flammenofen. Es kann sich dabei beispielsweise um Induktionsofen mit einem Fassungsvermögen von 20 t handeln, aus denen jeweils die 15 t Aluminiumschmelze in eine der Pfannen 25 gefüllt und die restlichen 5t beim Schmelzen einer weiteren Ladung behilflich sind.

Die erfindungsgemässe Giessanlage 1 verfügt über eine Reinigungs- und Vorbereitungsstation 30, aus welcher gereinigte und vorerhitzte Pfannen 25a zum Einfüllen zu der Füllstation 21 transportiert werden (sich auf einer Transportstrecke befindenden Pfannen 25 sind in Fig. 2 generell mit dem Buchstaben T bezeichnet). Durch die Vorheizung der Pfannen 25a auf beispielsweise 900°C kann die aus den mit einer Temperatur von ca. 800°C betriebenen Ofen 22, 23, 24 eingefüllte Aluschmelze länger in den Pfannen 25 verbleiben, bis sie auf die typische Giesstemperatur von 700°C absinkt, als es ohne Vorheizung der Fall wäre.

Nach dem Einfüllen der jeweilige Pfanne 25 wird von der Schmelzbadoberfläche die Schlacke abgeschöpft, indem die Pfanne 25 in eine Schrägstellung gebracht wird.

Die in der Füllstation 21 gefüllten Pfannen 25 werden zu einer Behandlungsstation 32 transportiert, in welcher die zweite Stufe des Giessverfahrens verläuft. Dabei werden zuerst Legierungszusätze in die Aluschmelze eingebracht (vgl. die mit 25b bezeichnete Pfannen in Fig. 2). (Allerdings kann auch zumindest ein Teil der Legierungszusätze bereits in die gereinigten Pfannen 25a vor dem Einfüllen der Schmelze eingebracht werden.) Danach wird die Aluschmelze homogenisiert und gereinigt (vgl. Pfannen 25c). Zu diesem Zweck werden die Pfannen unterhalb eines in die jeweilige Pfanne 25c eintauchbaren Gebläserades zum Einblasen von einem Inertgas, z.B. Argon oder Stickstoff, platziert , wobei eine kombinierte Wasserstoffentfernung, Homogenisierung und/oder Wärmeregulierung der Aluschmelze erfolgen kann. Mit dem Einblasen von Argon wird die Absorption von Wasserstoff von der in der Atmosphäre vorhandenen Feuchtigkeit eliminiert und die Schlackenbildung reduziert. Zur Beseitigung von alkalischen Spurverunreinigungen können zusätzlich kleine Mengen von Chlorin dem Reinigungsgas beigemischt werden.

Nach der Behandlung der Aluminiumschmelze können die Pfannen 25 in dafür vorgesehenen Lagerstationen (in Fig. 2 sind generell solche Lagerstationen mit dem Buchstaben S bezeichnet) gehalten werden, bis eine Giessstation 33 bzw. 34 verfügbar ist. Die Giessanlage 20 verfügt vorzugsweise über mehrere solche Giessstationen (in Fig. 2 zwei dargestellt), zu welchen die Pfannen 25 von der Behandlungs- oder Lagerstation transportiert werden können, und in welchen die Schmelze zu Halbprodukten vergossen wird.

Zum Aufrechterhalten der Aluschmelze-Temperatur können mit Vorteil die Pfannen 25 mit einem Deckel abgedeckt werden.

Während des Verweilens in der Lagerstation S kann die Temperatur in der Pfanne 25 durch Einblasen von Argon durch einen porösen Stöpsel im Pfannenboden hindurch herabgesetzt oder mittels eines in den Pfannendeckel eingebauten, kleinen Brenners aufrechterhalten oder erhöht werden.

Die Entleerung der Pfannen 25d an der jeweiligen Giessstation 33, 34 erfolgt durch den Pfannenboden unter steuerbarer Öffnung eines Schiebeverschlusses, wobei die ausfliessende Aluschmelze in einen Sammelkanal vorzugsweise unter Ummantelung durch ein Inertgas geleitet wird. Auch während dieser Phase kann durch den porösen Stöpsel im Pfannenboden Argon eingeblasen werden, wodurch die Schmelze gerührt und gereinigt wird. Durch Abdecken der Pfanne 25d kann in ihrem oberen Bereich inerte Atmosphäre geschaffen werden, die die Oxidation und Absorption von Wasserstoff herabsetzt.

Die Giessstationen 33, 34 sind jeweils in einer an sich bekannten Weise mit einem Filtersystem ausgerüstet und werden kontinuierlich oder halbkontinuierlich betrieben.

Nach dem Entleeren der Pfannen 25d werden diese zu der bereits erwähnten Reinigungs- und Vorbereitungsstation 30 transportiert und in dieser gereinigt (vgl. Pfanne 25e) und für die Wiederverwendung vorbereitet, insbesondere vorerhitzt (vgl. Pfanne 25a). Die entleerten Pfannen können auch bis zum Wiedergebrauch in dafür vorgesehenen Lagerstationen S aufbewahrt werden.

Für den Transport der Pfannen 25 von einer Station zu der nächsten oder zu den Lagerstationen S sind mehrfache Wege vorgesehen, wobei die Pfannen 25 auf Schienen oder mittels obliegender Kräne transportiert werden können.

Die erfindungsgemässe Giessanlage ist mit einem Steuersystem ausgestattet, mit dem die aus einzelnen Ofen 22, 23, 24 in die einzelnen Pfannen 25 einzufüllenden Chargen, die Legierungszusätze, Heizung, Kühlung, Gaszufuhr und Behandlungszeiten gesteuert werden, damit die Aluschmelze in gewünschter Qualität, mit gewünschter Temperatur und voll homogenisiert zu den Giessstationen 33, 34 gelangt.

Durch die erfindungsgemässe Verwendung von Pfannen 25 für das Behandeln und Zuführen von Aluschmelze in steuerbaren Sequenzen zu vorzugsweise mehreren Giessstationen 33, 34 wird diese Verfahrensphase von dem eigentlichen Giessvorgang zeitlich abgekoppelt. Die einzelnen Behandlungen sind nicht mehr fix festgelegt und zeitlich begrenzt, sondern sie können nach Bedarf angepasst werden, bis die gewünschte Qualität der zu vergiessenden Aluschmelze in der jeweiligen Pfanne erreicht wird. Wird z.B. ein niedriger Wasserstoffgehalt verlangt, kann die Gasreinigungszeit (degassing) verlängert werden. Diese Möglichkeit bestand bei dem traditionellen In-line-Verfahren nach Fig. 1 nicht. Die Produktionsleistung der Giessanlage hängt vom eigentlichen Giessprozess an den Giesstationen alleine ab, der fortgesetzt werden kann, bis die Zuführung der behandelten Aluschmelze zu den Giessstationen in gewollter Weise unterbrochen wird.

Das erfindungsgemässe Verfahren ist wesentlich effizienter als das In-line-Verfahren, da die Notwendigkeit von grossen Wärmehalteofen entfällt. Wenn überhaupt, werden die Ofen zum Schmelzen und Aufheizen gebraucht, jedoch nicht zum Wärmehalten über längere Zeitabschnitte. Diese können als energetisch effiziente und ökologisch vorteilhafte Induktionsofen ausgebildet sein. Durch Vorheizen der Pfannen kann die in den Öfen erreichbare Temperatur der Schmelze eine tieferen Wert betragen.