DE102009033387A1

DE102009033387A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Gießen von Formteilen, insbesondere von Nicht-Eisen-Anoden

Info

Publication number: DE102009033387A1
Application number: DE102009033387A
Authority: DE
Inventors: Thomas Winterfeldt; Hardy Jungen
Original assignee: SMS Meer GmbH
Current assignee: SMS Group GmbH
Priority date: 2009-07-16
Filing date: 2009-07-16
Publication date: 2011-01-27
Anticipated expiration: 2029-07-17
Also published as: FI20105803L; DE102009033387B4; FI127049B; FI20105803A0

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Gießen von Formteilen, insbesondere von Nicht-Eisen-Anoden, mit einer Vorrichtung (1), die mindestens eine Kokille (2) aufweist, die an einem ersten Ort (3) von einer Schmelzeversorgungsquelle (4) mit Schmelze gefüllt wird, die anschließend an einen zweiten Ort (5) gefördert wird und aus der an dem zweiten Ort (5) das Formteil entnommen wird, wobei zwischen dem ersten Ort (3) und dem zweiten Ort (5) eine Kühlstrecke (6) angeordnet ist, in der die in die Kokille (2) eingefüllte Schmelze während des Transports vom ersten Ort (3) an den zweiten Ort (5) gekühlt wird, so dass sich die Schmelze zum Formteil verfestigt. Um die Prozessstabilität des Herstellprozesses und die Qualität der Formteile zu erhöhen, sieht die Erfindung vor, dass die Kühlung der Schmelze im Bereich der Kühlstrecke (6) in geregelter Weise so erfolgt, dass die Abkühlung der Schmelze gemäß einem vorgegebenen Temperaturprofil (T) über dem Förderweg (s) oder über der Förderzeit (t) erfolgt. Des Weiteren betrifft die Erfindung eine Vorrichtung (1) zum Gießen von Formteilen.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Gießen von Formteilen, insbesondere von Nicht-Eisen-Anoden, mit einer Vorrichtung, die mindestens eine Kokille aufweist, die an einem ersten Ort von einer Schmelzeversorgungsquelle mit Schmelze gefüllt wird, die anschließend an einen zweiten Ort gefördert wird und aus der an dem zweiten Ort das Formteil entnommen wird, wobei zwischen dem ersten Ort und dem zweiten Ort eine Kühlstrecke angeordnet ist, in der die in die Kokille eingefüllte Schmelze während des Transports vom ersten Ort an den zweiten Ort gekühlt wird, so dass sich die Schmelze zum Formteil verfestigt. Des Weiteren betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zum Gießen von Formteilen.
Ein Verfahren dieser Art sowie eine Vorrichtung zum Gießen von Nicht-Eisen-Anoden ist beispielsweise aus der DE 102 18 958 A1 bekannt. Im Falle der Ausbildung der Gießvorrichtung als Anodengießkarussell dreht eine Anzahl Kokillen um einen Drehpunkt auf einem Träger. Die Kokillen werden an einer Befüllstation mit Schmelze befüllt. Durch getaktetes Weiterdrehen gelangt die mit Schmelze gefüllte Kokille in eine Kühlstrecke, in der die Schmelze abkühlt und sich verfestigt. Die Kühlstrecke besteht aus einer oder mehreren Kühlstationen, die individuell gesteuert werden können. An einer hinter der Kühlstrecke angeordneten Entformungsstation werden die fertigen Formteile (Anoden) aus den Kokillen entnommen. Damit die Verfestigung der Schmelze in hinreichender Zeit erfolgen kann, sind die Kokillen flüssigkeitsgekühlt, wozu ein Kühlmedium (Kühlwasser) auf die Kokille und/oder Anode gesprüht wird, so dass sich die Verfestigungszeit der Schmelze verringert. Die Prozessparameter, insbesondere der Volumenstrom an Wasser auf die Kokille, werden dabei je Kühlstation gemäß Erfahrungswerten eingestellt.
Die genannte Verfahrensweise bzw. die entsprechende Vorrichtung wird insbesondere eingesetzt, um plattenförmige Anoden zu fertigen. Neben der genannten DE 102 18 958 A1 zeigen auch die DE 103 28 654 A1 , die DE 10 2004 056 524 A1 und die DE 199 62 471 A1 ähnliche Lösungen für das Gießen von Nicht-Eisen-Anoden.
Nachteilig dabei ist die nicht immer befriedigende Prozessstabilität. Dies gilt insbesondere dann, wenn hohe Produktionsvolumina an Formteilen vorliegen, d. h. wenn die Gießkapazität hoch ist. Dann kann der Fertigungsprozess zur Herstellung der Formteile nicht mit dem Grad an Reproduzierbarkeit durchgeführt werden, der wünschenswert ist. Der Verlauf des Erstarrungsprozesses ist nur schwer konstant zu halten. Demgemäß kann es zu Qualitätsverschlechterungen der Formteile kommen.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Gießen von Formteilen, insbesondere von Nicht-Eisen-Anoden, vorzuschlagen, mit dem bzw. mit der es möglich ist, den Erstarrungsprozess der Schmelze in der Kokille in hohem Maße reproduzierbar zu halten und so die Prozessstabilität des Herstellprozesses zu erhöhen. Damit soll auch die Qualität entsprechend hoch gehalten werden. Dies soll vor allem die Herstellung der Formteile mit hohen Produktionsvolumina, d. h. mit hoher Gießkapazität erlauben.
Die Lösung dieser Aufgabe durch die Erfindung ist verfahrensgemäß dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlung der Schmelze im Bereich der Kühlstrecke in geregelter Weise so erfolgt, dass die Abkühlung der Schmelze und Kokille gemäß einem vorgegebenen Temperaturprofil über dem Förderweg oder über der Förderzeit erfolgt. Die somit gezielte Abkühlung ermöglicht, dass damit unabhängig von der Eintrittstemperatur in die Kühlstrecke eine konstante Austrittstemperatur der Kokille erreicht wird.
Zur Erhöhung oder zur Reduzierung der Abkühlung der Schmelze in der Kokille wird bevorzugt der Volumenstrom eines Kühlmediums auf die Kokille und/oder Anode eingestellt. Das Kühlmedium ist dabei zumeist Wasser.
Die mindestens eine Kokille wird dabei bevorzugt entlang einer Kreisbahn gefördert. Besonders bevorzugt wird eine Anzahl Kokillen entlang der Kreisbahn gefördert (Gieß-Karussell), d. h. mehrere Kokillen aufeinanderfolgend.
Eine Fortbildung sieht vor, dass zu Beginn des Produktionsprozesses der Volumenstrom des Kühlmediums auf die Kokille so geregelt wird, dass sich die Kokille gemäß einem vorgegebenen Temperaturprofil erwärmt und so zügig auf die Betriebstemperatur kommt.
Die Vorrichtung zum Gießen von Formteilen, insbesondere von Nicht-Eisen-Anoden, die mindestens eine Kokille aufweist, wobei an einem ersten Ort eine Schmelzeversorgungsquelle zum Befüllen der Kokille mit Schmelze angeordnet ist, wobei Mittel zum Fördern der Kokille an einen zweiten Ort vorhanden sind, wobei an dem zweiten Ort Mittel zum Entnehmen des verfestigten Formteils aus der Kokille angeordnet sind, wobei zwischen dem ersten Ort und dem zweiten Ort eine Kühlstrecke angeordnet ist, in der die in die Kokille eingefüllte Schmelze während des Transports vom ersten Ort an den zweiten Ort gekühlt wird, so dass sich die Schmelze zum Formteil verfestigt, und wobei Mittel zur Aufbringung eines Kühlmediums, insbesondere von Kühlwasser, auf die Kokille zu deren Kühlung vorhanden sind, ist erfindungsgemäß gekennzeichnet durch Temperaturmessmittel, mit denen die Temperatur der Kokille oder der Schmelze in der Kokille ermittelt werden kann, durch Einstellmittel zur Beeinflussung des Volumenstroms an Kühlmedium auf die Kokille und durch Regelmittel, mit denen die Temperaturmessmittel und die Einstellmittel verbunden sind, mit denen eine Beeinflussung der Einstellmittel so möglich ist, dass die Abkühlung der Schmelze gemäß einer vorgegebenen Zieltemperatur über dem Förderweg oder über der Förderzeit erfolgt.
Dabei kann in jeder Kokille ein Temperaturmessmittel angeordnet sein. Optional lassen sich ein oder mehrere Temperaturmessmittel vor, im Bereich oder hinter der Kühlstrecke ortsfest anordnen, wobei diese Messmittel zur Bestimmung der Temperatur der Kokille und/oder der Schmelze ausgebildet sind.
Die Vorrichtung ist bevorzugt als Anodengießkarussell ausgeführt.
Während im Stand der Technik keine kokillenspezifische Kühlung vorgesehen ist, erlaubt die Erfindung die individuelle Kühlung einer einzelnen Kokille, so dass die Schmelze gemäß einem genau vorgegebenen Temperaturprofil abkühlen kann.
Die Messung der Kokillentemperatur kann vor dem Einlauf in die Kühlstrecke (Kühltunnel) erfolgen; dann wird eine individuelle Kühlung der Kokille durch Anpassung der Kühlwassermenge pro Zeit an jeder Kühlstation vorgenommen, die die Kokille im Verlauf des Transports an den zweiten Ort passiert. Am Auslauf der Kühlstrecke kann wiederum eine Kontrolle der Kokillentemperatur erfolgen. Das alles im geschlossenen Regelkreis. Die Kokillen des Anodengießkarussells durchlaufen hiernach schrittweise die Kühlstrecke (den Kühltunnel), der aus drei oder mehreren Stationen besteht. Jede Kühlstation kann separat geregelt werden, was durch entsprechende Ansteuerung von motorgesteuerten Regelventilen in den Zuleitungen für das Kühlwasser realisierbar ist. Bislang war der Volumenstrom des Wassers auf gewünschtem Niveau konstant eingestellt.
Durch die Messung der Kokillentemperatur vor und hinter dem Kühltunnel kann jede Kokille abhängig von der Ist-Temperatur unterschiedlich stark gekühlt werden, um eine vorgegebene Solltemperatur zu erreichen.
Die gewünschte Solltemperatur bzw. ein Soll-Temperaturverlauf kann durch den Bediener der Vorrichtung vorgegeben werden. Im Betrieb der Vorrichtung kann dann eine Variation der Daten zur Optimierung erfolgen.
In vorteilhafter Weise kann mit der Erfindung erreicht werden, dass der Fertigungsprozess der Formteile sehr stabil und reproduzierbar abläuft. Demgemäß kann ein hohes Qualitätsniveau bei der Fertigung der Formteile, insbesondere der Anoden, sichergestellt werden.
Es lässt sich eine sehr gleichmäßige Erstarrung der Schmelze in der Kokille erreichen. Daher kann insbesondere bei hohen Gießkapazitäten der genannte Grad an Prozessstabilität sichergestellt werden.
Fehlbedienungen durch den Bediener sind weitestgehend eingegrenzt, da nur eine Solltemperatur bzw. ein Solltemperaturverlauf vorgegeben wird.
Die Standzeit der Kokillen kann mittels der Erfindung ebenfalls erhöht werden.
Die Erfindung wird bevorzugt im Rahmen eines Anodengießkarussells genutzt.
Besonders vorteilhaft ist, dass die Erfindung eine gezielte Aufheizung der Kokillen schon bei Fertigungsstart erlaubt, indem weniger oder gar kein Kühlmedium auf die Kokille geleitet wird. Demgemäß wird ein schnelles und stabiles Anfahren der Anlage durch ein gezieltes Aufheizen der Kokillen ermöglicht. Auch das Sperren von blockierten Anoden während des Kühldurchlaufs ist möglich.
Die Erfindung kann sowohl bei Einzel- als auch bei Doppelkarussellen eingesetzt werden.
In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Es zeigen:
1 die Draufsicht auf eine Vorrichtung zum Gießen von Nicht-Eisen-Anoden, ausgeführt als Doppelgießkarussell;
2 den Verlauf der Temperatur in einer Kokille als Funktion des Förderweges; und
3 den Verlauf der Temperatur in einer Kokille als Funktion der Förderzeit.
Die in 1 dargestellte Vorrichtung 1 zum Gießen von Formteilen in Form von Nicht-Eisen-Anoden ist als Doppelkarussell ausgeführt. Es sind somit zwei kreisförmige Träger 11 vorhanden, an deren Umfang eine Anzahl Kokillen 2 angeordnet ist. Bei der Rotation der Träger 11 werden die Kokillen 2 in Förderrichtung F gefördert, wie es durch die Pfeile angegeben ist. Hierbei legen die Kokillen 2 entlang des Umfangs des Trägers 11 eine Kreisbahn zurück, d. h. sich durchlaufen einen Förderweg s.
An einem ersten Ort 3 (Befüllstation) an einer Umfangsstelle des Trägers 11 befindet sich eine Schmelzeversorgungsquelle 4. An dieser wird Schmelze des Nicht-Eisen-Metalls in die Kavität der Kokillen 2 eingegossen. Beim getakteten Weiterbewegen der Kokillen 2 entlang des Umfangs des Trägers 11 gelangen die Kokillen 2 in eine Kühlstrecke 6, in der die Schmelze abkühlt und sich das Nicht-Eisen-Metall verfestigt. Bei weiterer Drehung in Förderrichtung F gelangen die Kokillen 2 zu einem Mittel 7 zum Entnehmen der fertigen Formteile (Anoden). Diese Mittel 7 befinden sich an einem zweiten Ort 5 (Entformungsstation).
Jede Kokille 2 wird in den Kühlstationen separat mit Kühlwasser beaufschlagt (nicht dargestellt). Über diese Kühlmittelbeaufschlagung kann ein gewünschter Volumenstrom (Volumen pro Zeit: dV/dt) Kühlwasser auf die Kokille gebracht werden. Demgemäß ist es möglich, die Kokille in einem gewünschten Maß zu kühlen, um die Abkühlung und Erstarrung der Schmelze zu beeinflussen. Hierzu sind nur schematisch angedeutete Einstellmittel 9 an der Kokille 2 vorhanden.
Wesentlich ist, dass die Kühlung der Schmelze im Bereich der Kühlstrecke 6 in einer solchen Weise geregelt wird, dass die Abkühlung der Schmelze gemäß einem vorgegebenen Temperaturprofil T bzw. einer Zieltemperatur über dem Förderweg s oder über der Förderzeit t erfolgt. Hierzu wird auf 2 und 3 hingewiesen, denen sich ein Temperaturverlauf über dem Förderweg s (2) bzw. über der Förderzeit t (3) entnehmen lässt. Die Schmelze gelangt mit einer Schmelzetemperatur T_S in die Kokille 2. Bis zur Entformung muss die Schmelze auf eine Temperatur T_E abgekühlt sein, so dass die Anode eigenstabil ist. Diese Abkühlung muss sich von der Stelle s₃ am ersten Ort 3 bis zur Stelle s₅ am zweiten Ort 5 ergeben bzw. analog von der Zeit t₃ bis zur Zeit t₅.
Um dies gemäß einem vorgegebenen Temperaturprofil der Zieltemperatur zu erreichen, ist jede Kokille 2 mit einem Temperatursensor 8 versehen, der die Temperatur der Kokille 2 und damit der Schmelze aufnimmt. Das Temperatursignal wird zu einem Regelmittel 10 geleitet, das die Einstellmittel (Ventile) 9 beeinflussen kann.
Wird eine Temperatur gemessen, die für einen definierten Ort zu hoch ist, veranlassen die Regelmittel 10 durch entsprechende Ansteuerung der Einstellmittel 9 eine Erhöhung des Volumenstroms des die Kokille 2 beaufschlagenden Kühlmediums (Wasser). Im umgekehrten Falle wird der Volumenstrom reduziert.
Somit kann ein gewünschtes Abkühlprofil über dem Förderweg s oder der Förderzeit t geregelt gefahren werden.
Es ist natürlich auch möglich, die Temperatur der Kokille nur an einigen wenigen Stellen zu messen und die Kühlmittelbeaufschlagung der Kokille 2 dann aufgrund dieser Messwerte anzupassen. Es ist hierbei insbesondere möglich, vor und hinter der Kühlstrecke je eine Messung vorzunehmen und dann entsprechend auf den Volumenstrom Einfluss zu nehmen.
Bezugszeichenliste

1: Vorrichtung (Anodengießkarussell)
2: Kokille
3: erster Ort (Befüllstation)
4: Schmelzeversorgungsquelle
5: zweiter Ort (Entformungsstation)
6: Kühlstrecke
7: Mittel zum Entnehmen des Formteils
8: Temperaturmessmittel (Temperatursensor)
9: Einstellmittel
10: Regelmittel
11: Träger
F: Förderrichtung
T: Temperatur/Zieltemperatur
TS: Schmelzetemperatur
TE: Entformungstemperatur
s: Förderweg
s3: Weg am ersten Ort 3
s5: Weg am zweiten Ort 5
t: Förderzeit
t3: Zeitpunkt am ersten Ort 3
t5: Zeitpunkt am zweiten Ort 5

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- DE 10218958 A1 [0002, 0003]
- DE 10328654 A1 [0003]
- DE 102004056524 A1 [0003]
- DE 19962471 A1 [0003]

Claims

Verfahren zum Gießen von Formteilen, insbesondere von Nicht-Eisen-Anoden, mit einer Vorrichtung (1), die mindestens eine Kokille (2) aufweist, die an einem ersten Ort (3) von einer Schmelzeversorgungsquelle (4) mit Schmelze gefüllt wird, die anschließend an einen zweiten Ort (5) gefördert wird und aus der an dem zweiten Ort (5) das Formteil entnommen wird, wobei zwischen dem ersten Ort (3) und dem zweiten Ort (5) eine Kühlstrecke (6) angeordnet ist, in der die in die Kokille (2) eingefüllte Schmelze während des Transports vom ersten Ort (3) an den zweiten Ort (5) gekühlt wird, so dass sich die Schmelze zum Formteil verfestigt, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlung der Schmelze im Bereich der Kühlstrecke (6) in geregelter Weise so erfolgt, dass die Abkühlung der Schmelze gemäß einem vorgegebenen Temperaturprofil (T) über dem Förderweg (s) oder über der Förderzeit (t) erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zur Erhöhung oder zur Reduzierung der Abkühlung der Schmelze in der Kokille (2) der Volumenstrom eines Kühlmediums auf die Kokille (2) und/oder Anode eingestellt wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Kokille (2) entlang einer Kreisbahn gefördert wird.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Kokillen (2) entlang der Kreisbahn gefördert werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass zu Beginn des Produktionsprozesses der Volumenstrom des Kühlmediums auf die Kokille (2) so geregelt wird, dass sich die Kokille (2) gemäß einem vorgegebenen Temperaturprofil erwärmt.
Vorrichtung (1) zum Gießen von Formteilen, insbesondere von Nicht-Eisen-Anoden, die mindestens eine Kokille (2) aufweist, wobei an einem ersten Ort (3) eine Schmelzeversorgungsquelle (4) zum Befüllen der Kokille (2) mit Schmelze angeordnet ist, wobei Mittel zum Fördern der Kokille (2) an einen zweiten Ort (5) vorhanden sind, wobei an dem zweiten Ort (5) Mittel (7) zum Entnehmen des verfestigten Formteils aus der Kokille (2) angeordnet sind, wobei zwischen dem ersten Ort (3) und dem zweiten Ort (5) eine Kühlstrecke (6) angeordnet ist, in der die in die Kokille (2) eingefüllte Schmelze während des Transports vom ersten Ort (3) an den zweiten Ort (5) gekühlt wird, so dass sich die Schmelze zum Formteil verfestigt, und wobei Mittel zur Aufbringung eines Kühlmediums, insbesondere von Kühlwasser, auf die Kokille (2) zu deren Kühlung vorhanden sind, insbesondere zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 5, gekennzeichnet durch Temperaturmessmittel (8), mit denen die Temperatur (T) der Kokille (2) oder der Schmelze in der Kokille (2) ermittelt werden kann, Einstellmittel (9) zur Beeinflussung des Volumenstroms an Kühlmedium auf die Kokille (2) und Regelmittel (10), mit denen die Temperaturmessmittel (8) und die Einstellmittel (9) verbunden sind, wobei die Regelmittel (10) die Einstellmittel (9) zur Abkühlung der Schmelze gemäß einer vorgegebenen Zieltemperatur (T) über dem Förderweg (s) oder über der Förderzeit (t) beeinflussen.
Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass in jeder Kokille (2) ein Temperaturmessmittel (8) angeordnet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass ein oder mehrere Temperaturmessmittel (8) vor, im Bereich oder hinter der Kühlstrecke (6) ortsfest angeordnet sind.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass sie als Anodengießkarussell ausgeführt ist.