DE102012007312A1

DE102012007312A1 - Gießrad

Info

Publication number: DE102012007312A1
Application number: DE102012007312A
Authority: DE
Inventors: Frank Böert; Christof Dratner
Original assignee: KME Germany GmbH
Current assignee: KME Special Products GmbH and Co KG
Priority date: 2012-04-13
Filing date: 2012-04-13
Publication date: 2013-10-17
Also published as: WO2013152746A1; IN2014KN02428A; US20150068700A1; EP2836319A1; EP2836319B1; ES2636462T3; CN103917312A

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Gießrad (1) zur Herstellung von Strängen aus Metallen oder Metalllegierungen, welches eine umfangsseitige Gießkehle (2) aufweist, die auf einer Teillänge von einem umlaufenden Band (11) begrenzt ist, wobei eine unterhalb der Gießkehle (2) angeordnete Sohle (3) dafür vorgesehen ist, mit einer Kühlflüssigkeit gekühlt zu werden. Die der Gießkehle (2) abgewandte Innenseite (7) der Sohle (3) weist eine Profilierung (6) auf, die eine Profilhöhe von 0,5 bis 6 mm besitzt.

Description

Die Erfindung betrifft ein Gießrad zur Herstellung von Strängen aus Metallen oder Metalllegierungen gemäß den Merkmalen im Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Ein Gießrad besitzt eine umfangsseitige Gießkehle, die auf einem Teilumfang des Gießrades nach außen von einem umlaufenden Band begrenzt ist. Das Band besteht aus Stahl. Die Gießkehle wird durch Besprühen mit einem Kühlfluid, insbesondere mit Wasser gekühlt. Solche Gießräder werden z. B. bei der Drahtherstellung benutzt, um flüssiges Nichteisenmetall, wie z. B. Kupfer oder Aluminium bzw. Kupfer- oder Aluminiumlegierungen, in Stränge zu gießen. Aus den Strängen werden dann in nachgeschalteten Umformverfahren Drähte hergestellt. Das Gießrad rotiert um seine zentrale Drehachse, wobei das endlos umlaufende Stahlband die Gießkehle über einen Bereich abdeckt, der etwa ¾ ihrer Umfangslänge entspricht. Somit wird von der Gießkehle und dem Band ein U-förmiger Kanal gebildet, der an beiden Enden nach oben offen ist. In das eine Ende wird flüssiges Nichteisenmetall hineingegossen. Das in den Gießkanal eingebrachte Nichteisenmetall erstarrt während einer halben bis dreiviertel Umdrehung des Gießrads an der äußeren Oberfläche, um dann den Gießkanal am anderen Ende als Strang zu verlassen.
Aufgrund der Rotation der Gießform kommt kontinuierlich ein anderer Umfangsbereich der Gießkehle mit dem flüssigen Nichteisenmetall in Kontakt. Dieser Sachverhalt führt zu einer permanenten thermischen Wechselbeanspruchung und im ungünstigsten Fall zu einer vorzeitigen Rissbildung.
Üblicherweise werden heutige Gießräder mit einer Sohlendicke, d. h. mit einem Bereich unterhalb der Gießkehle von circa 40 mm ausgeführt. Effektiv benötigt wird aber nur eine Sohlendicke von 20 mm, so dass man entstandene Risse in der Gießkehle durch mehrfaches spanabhebendes Bearbeiten, d. h. durch Abdrehen, entfernen kann. Üblicherweise wird je nach Arbeitsgang eine Dicke von circa 2 mm bis 5 mm abgedreht.
Es ist bekannt, zur Verbesserung der Wärmeabfuhr, die Sohlendicke von vornherein auf circa 20 mm zu reduzieren. Der Nachteil besteht aber darin, dass beim Auftreten von Rissen keine Möglichkeit mehr besteht, das Gießrad nachzubearbeiten.
Das gleiche Problem hatte man bei Gießrädern, die zwar eine größere Sohlendicke hatten, in die man dann aber zur besseren Wärmeabfuhr tiefe Kühlnuten eingefräst hatte. Die Nutentiefe der Kühlnuten führte dazu, dass eine Nacharbeit nicht mehr möglich war, weil eine Mindestdicke von 20 mm unterschritten wurde.
Ein weiteres Problem ist, dass sich aufgrund des häufig unzureichend gefilterten Kühlfluids, in der Regel ist es Kühlwasser, und aufgrund der Verdunstung des Kühlwassers auf der heißen Oberfläche des Gießrades Ablagerungen bilden. Durch diese Ablagerungen wird die Wärmeabfuhr mit zunehmender Dicke der Ablagerungen mehr und mehr reduziert.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Gießrad aufzuzeigen, mit welchem es möglich ist, eine hohe Wärmeabfuhr zu realisieren, und welches darüber hinaus auch die Möglichkeit bietet, die Gießkehle mehrfach nachzubearbeiten.
Diese Aufgabe wird bei einem Gießrad mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
Das erfindungsgemäße Gießrad zur Herstellung von Strängen aus Metallen oder Metalllegierungen besitzt eine umfangsseitige Gießkehle, die auf einer Teillänge von einem umlaufenden Band begrenzt ist. Unterhalb der Gießkehle ist eine Sohle dafür vorgesehen, mit einer Kühlflüssigkeit gekühlt zu werden. Die der Gießkehle abgewandte Innenseite der Sohle ist erfindungsgemäß mit einer Profilierung versehen, die eine Profilhöhe von nur 0,5 mm bis 6 mm besitzt, insbesondere liegt die Profilhöhe in einem Bereich von 0,5 mm bis 3 mm. Vorzugsweise besitzt die Profilierung eine Profilhöhe von maximal 2 mm.
Eine solch geringe Profilhöhe ermöglicht es einerseits, die Kühlung des Gießrads signifikant zu verbessern, da sich die Oberfläche, mit welcher die Kühlflüssigkeit in Kontakt kommt, erheblich vergrößert. Andererseits ist die Profilierung durch ihre begrenzte Höhe so gering, dass das Gießrad mehrfach abgedreht werden kann, so dass entweder die Sohlendicke reduziert werden kann, was wiederum zu einer besseren Wärmeabfuhr führt oder andererseits bei gleichbleibender Dicke der Sohle mehr Nacharbeiten möglich sind, ohne dass eine zu tiefe Profilierung die Nacharbeit behindern würde.
In vorteilhafter Weise ist die Profilierung so gestaltet, dass sich eine möglichst große Oberfläche ergibt. Die Profilierung kann sich daher nicht nur im Bereich der Innenseite des Gießrads erstrecken, sondern auch an den Außenseiten der Flanken, zwischen denen sich die Gießkehle befindet. Dadurch wird die profilierte Fläche insgesamt vergrößert. Auch die radialen Stirnseiten der Sohle können mit einer solchen Profilierung versehen sein.
Ein weiterer Ansatz ist, dass die Profilierung von einer Vielzahl von Rillen gebildet wird. Diese Rillen sollten sich aufgrund der leichten Bearbeitungsmöglichkeit in Umfangsrichtung des Gießrads umlaufend erstrecken. Die Herstellung kann durch ein Eindrehen der Rillen erfolgen.
Die Profilierung selbst sollte hinsichtlich ihrer Oberfläche maximiert werden. Es handelt sich bei der Profilierung vorzugsweise um ein Zacken- oder Wellenprofil. Ist die Profilierung zu feingliedrig, können sich die einzelnen Rillen zusetzen, so dass sich die mit der Kühlflüssigkeit in Kontakt kommende Oberfläche wieder verkleinert. Daher sollten die Rillen vorzugsweise einen Öffnungswinkel von 15° bis 90° aufweisen. Insbesondere beträgt der Öffnungswinkel 45° bis 60°. Einerseits lassen sich solche Rillen leichter herstellen, als Rillen mit parallel zueinander verlaufenden Seitenwänden. Andererseits treten bei den genannten Öffnungswinkeln kaum Kapillarkräfte auf, sodass die Kühlflüssigkeit nicht in die Rillen hinein gezogen wird und dort verharrt, sondern ständig ausgetauscht wird. Die Wärme wird besser abgeleitet.
Um Anhaftungen zu vermeiden, können die mit der Kühlflüssigkeit beaufschlagten Bereiche der Sohle und/oder der Flanken des Gießrads mit einer Beschichtung versehen sein, welche das Gießrad vor Ablagerungen der Kühlflüssigkeit schützt.
Die Beschichtung kann eine antiadhäsive Beschichtung sein. Insbesondere enthält die Beschichtung Silizium-, Aluminium- oder Titanverbindungen. Vorzugsweise handelt es sich um sogenannte Nano-Beschichtungen bzw. Lotuseffekt-Beschichtungen mit Schichtdicken zwischen 4 μm und 10 μm. Unter einer Nano-Beschichtung werden Strukturen verstanden, deren Moleküle sich im Größenmaßstab unterhalb von 100 Nanometern bewegen.
Eine geringe Schichtdicke in einer Größenordnung von 4 μm bis 10 μm ist Voraussetzung, um bei dem erfindungsgemäßen Anwendungsfall einen guten Wärmedurchgang sicherzustellen.
Das Aufbringen einer Nano-Beschichtung erfolgt vorzugsweise durch Sprühen oder Lackieren/Bestreichen. Dabei kann das Lackieren auch durch einen Tauchvorgang erfolgen. Nach dem Aufbringen der Nano-Beschichtung auf die entsprechenden Flächen des Gießrads wird die flüssige Nano-Beschichtung in eine feste Nano-Beschichtung durch Aushärten umgewandelt. Die ausgehärtete Nano-Beschichtung besitzt eine glatte und geschlossene Oberfläche.
Voraussetzung für eine glatte Oberfläche ist in gewissem Umfang auch, dass die Rauheit der Oberfläche des Gießrades in den betreffenden Bereichen reduziert wird. Vorzugsweise wird eine Rauheit zwischen 2 μm und 5 μm eingestellt. Nach dem Bestrahlen oder Schleifen der Oberfläche erfolgt ein Entfetten der Oberfläche. Anschließend wird die flüssige Nano-Beschichtung aufgetragen. Etwaige Kavitäten in der Oberfläche werden verschlossen, so dass sich keine Ablagerungen mehr festsetzen können.
Mit der Nano-Beschichtung lassen sich die Oberflächeneigenschaften des Gießrades erheblich verbessern, wobei der Einfluss auf die Wärmeleitfähigkeit vernachlässigbar gering ist. Der wesentliche Vorteil der Beschichtung ist, dass sich in der Kühlflüssigkeit enthaltene Verschmutzungen oder Kalk nicht an den beschichteten Flächen festsetzen, sondern durch die Strömung der Kühlflüssigkeit von der Oberfläche abgespült werden. Es wird ein selbstreinigender Effekt der Oberfläche ausgenutzt.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert.
Die Figur zeigt in schematischer Darstellung einen Querschnitt durch ein Gießrad 1, von welchem aufgrund der rotationssymmetrischen Ausbildung nur eine Gießkehle dargestellt ist. Der dargestellte Ausschnitt des Gießrads 1 zeigt mithin eine Gießkehle 2, die zur Aufnahme von flüssigen Metallen oder Metalllegierungen dient. Die Gießkehle 2 wird mittels eines Bandes 11 über einen Teilbereich des Umfangs des Gießrads 2 bedeckt, bis die darin aufgenommene Metallschmelze zumindest äußerlich erstarrt ist und daher als fester Strang aus dem Gießrad austritt. Der Bereich unterhalb der Gießkehle 2 wird als Sohle 3 bezeichnet. Die Sohle 3 besitzt zwei nach radial außen weisenden Flanken 4, 5, zwischen denen die sich im Querschnitt im Wesentlichen trapezförmig konfigurierte Gießkehle 2 befindet. Die Konturgebung der Gießkehle 2 ist rein exemplarisch.
Wesentlich bei dem erfindungsgemäßen Gießrad ist eine Profilierung 6 an der der Gießkehle abgewandten Innenseite 7 der Sohle 3. Die Profilierung 6 ist im unteren Teil der Abbildung vergrößert dargestellt. Die Profilierung 6 besitzt eine Profilhöhe in einem Bereich von 0,5 mm bis 6 mm, vorzugsweise in einem Bereich von 0,5 mm bis 3 mm. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist die Profilhöhe 1 mm. Die Profilbreite B beträgt 2 mm. Die Profilierung 6 ist als Zackenprofil ausgebildet, weil mehrere identisch konfigurierte Rillen nebeneinander angeordnet sind. Die Rillen 8 besitzen jeweils einen Öffnungswinkel W von 90°. Der Winkel W liegt vorzugsweise in einem Bereich von 15° bis 90°, insbesondere in einem Bereich von 45° bis 60°.
Die Innenseite 7 der Sohle 3 wird in nicht näher dargestellter Weise mit einer Kühlflüssigkeit beaufschlagt. Die Kühlflüssigkeit wird auf die Innenseite 7 gesprüht. Die Profilierung 6 sorgt für eine Vergrößerung der Oberfläche im Bereich der Innenseite 7, so dass der Wärmefluss Q vom Gießstrang in die Kühlflüssigkeit aufgrund der Proportionalität zur Oberfläche A der Profilierung 6 wird.
Weitere Profilierungen 6a, 6b sind an den Außenseiten 9, 10 der Flanken 4, 5 ausgebildet. Die Profilierungen 6a, 6b sind dort genau so konfiguriert, wie an der Innenseite 7 der Sohle 3. Auch in diesem Bereich kann ein deutlich höherer Wärmefluss realisiert werden, was auf die Vergrößerung der jeweiligen Oberflächen zurückzuführen ist. Ein entscheidender Vorteil der erfindungsgemäß gestalteten Oberflächen des Gießrads 1 ist, dass das Gießrad mit zunehmendem Verschleiß nachgearbeitet werden kann, ohne dass die Profilierung 6, 6a, 6b hierauf einen störenden Einfluss hätte. Die Profilierung 6, 6a, 6b ist im Verhältnis zu den Dimensionen des Gießrads 1 so klein, aber dennoch so effektiv, dass die Profilierung 6, 6a, 6b ausschließlich die Funktionsweise des Gießrads verbessert, ohne etwaigen Nacharbeiten im Wege zu stehen.
In nicht näher dargestellter Weise ist das Gießrad 1 im Bereich der Profilierungen 6, 6a, 6b mit einer Beschichtung versehen, die verhindert, dass sich Ablagerungen des Kühlfluids festsetzen. Es handelt sich insbesondere um eine antiadhäsive Beschichtung. Die Beschichtung kann insbesondere eine sogenannte Nano-Beschichtung sein, die Silizium-, Aluminium- oder Titanverbindungen enthält.
Bezugszeichenliste

1: Gießrad
2: Gießkehle
3: Sohle
4: Flanke
5: Flanke
6: Profilierung
6a: Profilierung
6b: Profilierung
7: Innenseite
8: Rille
9: Oberfläche
10: Oberfläche
11: Band
H: Höhe
B: Breite
W: Winkel

Claims

Gießrad zur Herstellung von Strängen aus Metallen oder Metalllegierungen, welches eine umfangsseitige Gießkehle (2) aufweist, die auf einer Teillänge von einem umlaufenden Band (11) begrenzt ist, wobei eine unterhalb der Gießkehle (2) angeordnete Sohle (3) dafür vorgesehen ist, mit einer Kühlflüssigkeit gekühlt zu werden, dadurch gekennzeichnet, dass die der Gießkehle (2) abgewandte Innenseite (7) der Sohle (3) eine Profilierung (6) aufweist, die eine Profilhöhe von 0,5 bis 6 mm besitzt.
Gießrad nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Gießkehle (2) zwischen Flanken (4, 5) des Gießrades befindet, die von der Sohle (3) des Gießrades (1) nach radial außen weisen, wobei die Flanken (4, 5) außenseitig eine Profilierung (6a, 6b) aufweisen, die eine Profilhöhe von 0,5 bis 6 mm besitzt.
Gießrad nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Profilierung (6, 6a, 6b) von mehreren Rillen (8) gebildet ist.
Gießrad nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Rillen (8) in Umfangsrichtung des Gießrades (1) umlaufend angeordnet sind.
Gießrad nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Profilierung (6, 6a, 6b) des Gießrades (1) als Zacken- oder Wellenprofil ausgeführt ist.
Gießrad nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Rillen (8) einen Öffnungswinkel von 15° bis 90° aufweisen.
Gießrad nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Rillen (8) einen Öffnungswinkel von 45° bis 60° aufweisen.
Gießrad nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest die mit einer Kühlflüssigkeit beaufschlagten Bereiche der Sohle (3) und/oder der Flanken (4, 5) mit einer Beschichtung versehen sind, welche das Gießrad (1) vor Ablagerungen der Kühlflüssigkeit schützt.
Gießrad nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung Si-, Al- oder Ti-Verbindungen enthält.
Gießrad nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Profilierung (6, 6a, 6b) eine Profilhöhe von 0,5 mm bis 3 mm, vorzugsweise 0,5 mm bis 2 mm besitzt.