DE2259240A1

DE2259240A1 - Roller shell mfr - from highly heat-conductive metals, for hard roller casting machines

Info

Publication number: DE2259240A1
Application number: DE19722259240
Authority: DE
Inventors: Karl Gunnar Jonason; Karl Boerje Loefgren
Original assignee: Granges Essem AB
Current assignee: Granges Essem AB
Priority date: 1971-12-06
Filing date: 1972-12-04
Publication date: 1973-06-14

Abstract

Highly heat-conductive shells for the hard rollers of casting machines are produced from a metal or alloy having a high heat conductivity and a recrystallisation temp. that lies underneath the operating temp. of the cast metal. Increased resistance to the high thermal stresses, and increased strength are imparted by subjecting the metal to an alloying process, without imparting the good heat-conductive properties of the starting material. A blank shell is produced from the alloy and this is plastically deformed to mechanically harden the alloy and make it more resistant to the stresses imposed by casting, and the final shell is produced from this blank.

Description

Verfahren zum Herstellen von aus hochwärmeleitfähigen Metallen bestehenden Mänteln Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Hers-tellen von aus hochwärmeleitfähigen Metallen bestehenden Mänteln für Hartwalzen von Gießmaschinen, bei denen während des Rotierens der Walzen die Peripherie des Walsenmantels den Walzenspalt fortlaufend mit einem bestimmten Kreisbogenabschnitt passiert, der in wärmellbertragendem Kontakt mit dem Gießmetall ist, welches aufgrund seiner Temperatur den Walzenmantel extremen Wärmebelastungen aussetzt, die zu einer Erhöhung der mechanischen Belastungen im Mantelwerkstoff rühren und diesen auf eine Temperatur erhitzen, die huber seiner Rekristal-Lisationstemperatur liegt.Process for the production of jackets made of highly thermally conductive metals The invention relates to a method for the production of jackets made of highly thermally conductive metals for hard rolls of casting machines, in which, while the rolls are rotating, the periphery of the whale jacket continuously passes the roll gap with a certain arcuate section that is in heat-transferring contact with the casting metal, which Due to its temperature, the roll shell is exposed to extreme heat loads, which lead to an increase in the mechanical loads in the shell material and heat it to a temperature above its recrystallization temperature.

Es sind bereits Gießmaschinenwalzen bekantlt, die im vsesentlichen aus einem drehbar gelagerten, zylindrischen Kern bestehen, der mit Nuten, Kanälen od. dgl. zum Hindurchleiten eines Ktihlmittels versehen ist, welches in den Kern durch einen zentral angeordneten Einlaß eintritt und diesen durch einen zentral angeordneten Bulaß verläßt, wobei auf den Kern ein Walzenmantel aufgeschrumpft ist.There are already caster rolls, which are essentially consist of a rotatably mounted, cylindrical core, the one with Grooves, channels or the like. Is provided for the passage of a coolant, which enters the core through a centrally located inlet and this through a centrally arranged Bulass leaves, with a roll shell being shrunk onto the core is.

Bei Walzengießmaschinen werden normalerweise zwei Gießwalsen benutzt, die parallelliegend nebeneinander angeordnet sind und einen Gießspalt begrenzen, dessen Sonden mittels keilförmiger Verschlußstücke verschlossen sind, tim zu verhindern, daß sich das zwischen den Umfangsflächen der beiden Walzen befindende geschmolzene Metall während des Gießprozesses an den Enden des Walzenspaltes seitlich ausläuft.In roll casting machines, two casting whales are normally used, which are arranged parallel to each other and delimit a pouring gap, whose probes are closed by means of wedge-shaped locking pieces to prevent tim, that the molten material located between the circumferential surfaces of the two rollers Metal leaks laterally at the ends of the roll gap during the casting process.

Um u.a. eine verhältnismäßig hohe Durchlaufgeschwindigkeit des GießmetalLs durch die Gießmaschine zu ermöglichen, ist es wichtig, daß die Geschwindigkeit, mit der die Wärme von den Walzen weggeleitet wird, so eingestellt bzw. groß ist, daß die zwischen den Walzen hindurchgeführte geschmolzene Me talimasse zumindest in ihren äußeren Zonen schnell erstarrt, d.h., im wesentlichen in den Zonen, die mit der Peripherie der Walzen in Betihrung kommt, so daß das sich in noch geschmolzenem Zustand befindende Material wischen diesen Zonen von den erstarrten Randbereichen des Metalls festgehalten wird und anschließend nach dem Verlassen der Maschine verfestigen kann, so daß das Gußatück nicht mehr seine Form verändern kann oder in dem Gußstllck Poren entstehen können, wobei gleichzeitig auch eine sog. "Lunkerbildung" auugeschlossen ist.Among other things, a relatively high throughput speed of the casting metal through the casting machine, it is important that the speed with which the heat is conducted away from the rollers, adjusted or large, that the molten metal mass passed between the rollers at least rapidly solidified in their outer zones, i.e., essentially in the zones which comes into contact with the periphery of the rollers, so that it is still molten State of the art material wipe these zones from the solidified edge areas of the metal is held and then solidify after leaving the machine can so that the casting can no longer change its shape or in the casting Pores can arise, which at the same time also excludes the formation of so-called "blowholes" is.

Wie bereits erwähnt, hängt die Geschwindigkeit, mit der der Gießvorgang durchgefiihrt werden kann, von dem schuellen Wegtransport der Wärme voll den Walzen ab, insbesondere durch die Walzenmantel, so daß es erforderlich Lst, daß die Walzenmäntel aus einem Metall bestehen, welches die llachstmögLiche Wärmeleitfähigkeit aufweist. Die Auswahl des Materials ist andrerseits jedoch weitgehend dadurch eingeengt, daß das Metall, aus dem derartige Walzenmittel bestehen, strukturell und mechanisch in der Lage sein muß, den extrem hohen Wärmebelastungen Widerstand zu leisten, denen es durch die Hitze des geschmolzenen Metalls während des Gießvorganges ausgesetzt ist. Wiederholt durchgefdhrte Versuche, beispielsweise Kupfer als Mantelmaterial zu benutzen, sind völlig fehlgeschlagen, da dieses Metall sehr schnell weich wird und einer Art Ringrollvorgang ausgesetzt ist, der zur Folge hat, daß der Mantel durchmesser anwächst und der Mantel sich von dem Walzenkern löst, auf den er ursprtinglich aufgeschrumpft gewesen ist. Diese und weitere Nachteile haben in der Praxis dazu geführt, daß man hinsichtlich der Anforderungen an einen ausreichenden Wärmeleitkoeffizienten des Metalls, wie beispielsweise Kupfer, zuruckgesteckt hat und einen Kompromißweg beschritten hat, indem andere Metalle verwendet werden, die im vorliegenden Zusammenhang andere vorteilhafte Eigenschaften haben. Aus diesem Grunde werden Walzenmäntel der beschriebenen Art fast ausschließlich aus Stählen hergestellt, obwohl dieses zu niedrigeren Geschwindigkeiten beim Gießvorglng führt.As mentioned earlier, the speed at which the casting process takes place depends can be carried out from the rapid transport of heat away from the rollers off, in particular by the roll mantle, so that it is necessary that the roll mantles consist of a metal that is as easy as possible Thermal conductivity having. On the other hand, the choice of material is largely restricted by that the metal making up such roller means structurally and mechanically must be able to withstand the extremely high thermal loads that exposed it to the heat of the molten metal during the casting process is. Repeated tests, e.g. copper as the jacket material have failed completely as this metal softens very quickly and is subjected to a kind of ring rolling process, which has the result that the jacket diameter increases and the jacket detaches from the roller core on which it was originally has shrunk. These and other disadvantages also have in practice led that one with regard to the requirements for a sufficient coefficient of thermal conductivity of metal, such as copper, and a compromise path has trod by other metals used in the present context have other beneficial properties. For this reason, roller shells are the described type made almost exclusively of steels, although this too leads to lower speeds during casting.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, zur Erhöhung der Gießgeschwindigkeit Walzen zu en bzw. Wal Walzenmäntel zu schaffen, die unter Verwendung von Metallen hergestellt sind, die eine optimale thermische Leitfähigkeit haben, Wie beispielsweise und insbesondere Kupfer.The invention is based on the object of increasing the casting speed Rollers to en or to create roll shells using metals that have optimal thermal conductivity, such as and especially copper.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist das erfindungsgemäße Verfahren dadurch gelçennzeichnet; daß ein Metall mit einer Hohen Wärmeleitfähigkeit und einer Rekristallisationstemperatur ausgewählt wird, die unter der Betriebstemperatur des Gießmetalls liegt, wobei ein konstruktiv zulässiger Unterschied, bezogen auf die während des betrieblichen Einsatzes des Walzenmantels wegleitbare Wärmemenge, vorliegt, daß dieses Metall einem Legierungsprozeß unterworfen wird, um einerseits eine Metallegierung zu erhalten, die eine größere Fähigkeit hat als das Ausgangsmaterial, seine Festigkeit bzw. Härte während der extremen Wärmebelastungen, denen der Walzenmantel im Betrieb während des Gießvorganges ausgesetst ist, beizubehalten, während andrerseits die Wärmeleitfähigkeitseigenschaften des Ausgangsmaterials nur unwesentlich beeinträchtigt werden, daß aus der Legierung ein Mantelrohling hergestellt wird, der einem plastischen Verformungsprozeß zur mechanischen Härtung der Legierung unterworfen wird, um dadurch die Fähigkeit des Materials weiterhin zu erhöhen, den Belastungen zu widerstehen, denen der Walsenmantel während des Gießprozesses ausgesetzt ist, und daß aus dem auf diese Weise vorbehandelten Manteirohling der endgültige Mantel hergestellt wird.The method according to the invention is thereby able to achieve this object marked; that a metal with a high thermal conductivity and a recrystallization temperature is selected that is below the operating temperature of the casting metal, wherein a constructively permissible difference, based on that during operational use of the roll shell dissipative amount of heat, there is that this Metal is subjected to an alloying process to form a metal alloy on the one hand which has a greater ability than the starting material, its strength or hardness during the extreme heat loads that the roll shell is exposed to during operation is exposed during the casting process, while on the other hand the Thermal conductivity properties of the starting material are only negligibly affected be that a jacket blank is made from the alloy, which is a plastic Deformation process for mechanical hardening of the alloy is subjected to thereby to further increase the ability of the material to withstand the stresses, which the Walsenmantel is exposed to during the casting process, and that from the in this way the final jacket is produced after pre-treated jacket blank.

Die Erfindung ist weiterhin dadurch gekennzeichnet, daß das Ausgangsmaterial fUr den Walzenmantel aus der Gruppe Cu, Mo und W ausgewählt wird.The invention is further characterized in that the starting material is selected from the group Cu, Mo and W for the roll shell.

Das erfindungsgemäße Verfahren ist jedoch nicht auf die Verwendung dieser Metalle beschränkt, sondern kann auch mit anderen Metallen verwirklicht werden, die fUr sich allein oder in Begierungsfolm oder wenn sie anderen Behandlungsformen unterworfen werden, in einen Zustand gebracht werden können, bei dem das Metall Eigenschaften hat, welche im wesentlichen denjenigen der oben erwähnten Metalle äquivalent sind, und im hier in Frage stehenden Zusammenhang zufriedenstellend sind.However, the method according to the invention is not limited to use limited to these metals, but can also be realized with other metals, for themselves or as a result of desire or when they use other forms of treatment can be subjected to a state in which the metal Has properties which are essentially those of the metals mentioned above are equivalent, and are satisfactory in the context in question.

Das am meisten geeignete Metall der oben erwähnten Gruppe ist, insbesondere hinsichtlich der Wärmeleitfähigkeit, Kupfer.The most suitable metal of the group mentioned above is, in particular in terms of thermal conductivity, copper.

Die Verwendung von Kupfer hätte die Gießverfahren mit Gießmaschinen revolutionieren und deren Wirkungsgrad beträchtlich steigern können, wenn nicht bestimmte, im vorliegenden Zusammenhang nachteilige Eigenschaften des Kupfers ein wesentliches technisches Hindernis gewesen wären. Wesentliche Nachteile von reinem Kupfer sind auf dem in Frage stehenden Gebiet der Technik beispielsweise der hohe Weichheitsgrad und der niedrige Rekristallisationspunkt; diese Eigenschaften machen Kupfer ungeeignet als Werkstof für Walzenmäntel von Gießmaschinen, da das Metall einer plastischen Deformation unterworfen wird, welche zur Folge hat, daß der Mantel zu einem immer größer werdenden Durchmesser ausgewalzt wird und stich dadurch von dem Walzenkern löst. Die niedrige Rekristallisationstemperatur hat zur Folge, daß das Mantelmetall sich bei der Temperatur erweicht, der es während des Gießvorganges ausgesetzt wird.The use of copper would have made the casting process with casting machines revolutionize and increase their efficiency considerably, if not certain, in the present context adverse properties of copper would have been a major technical obstacle. Major drawbacks of pure copper are for example in the technical field in question the high degree of softness and the low recrystallization point; these properties make copper unsuitable as a material for roll shells of casting machines, because that Metal is subjected to plastic deformation, which has the consequence that the jacket is rolled out to an ever-increasing diameter and stitched thereby detaches from the roller core. The low recrystallization temperature has to Consequence that the shell metal softens at the temperature that it during the Casting process is suspended.

Bei Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens werden die an und für sich ungünstigen Eigenschaften des Kupfers ausgeschaltet oder es wird diesen Eigenschaften en-tgegengewirkt, während die hohe thermische Leitfähigkeit des Kupfers im wesentlichen unverändert bleibt, indem zwei aufeinander abgestimmte Verfahrensschritte angewendet werden, nämlich erstens das Legieren des Kupiro, so daß es besser als das reine Ausgangsmaterial in der Lage ist, seine Härte beizubehalten, wenn es extremen Wärmebelastungen ausgesetzt wird, ohne daß dabei die thermische Leitfähigkeit der Legierung, verglichen mit derjenigen des Ausgangsmaterials, in wesentlichem Umfang nachteilig beeinflußt wird, und indem zweitens die Legierung einer plastischen Deformierung unterworfen wird, um die Legierung mechanisch zu härten und in die Lage zu versetzen, den in dem Walzenmantel während des Gießvorganges auftretenden Beanspruchungen Widerstand zu leisten.When using the method according to the invention, the on and for unfavorable properties of copper are eliminated or it becomes these properties en-t counteracted, while the high thermal conductivity of copper is essentially remains unchanged by applying two coordinated process steps namely, firstly, the alloying of the cupiro so that it is better than the pure Starting material is able to maintain its hardness when exposed to extreme heat is exposed without the thermal conductivity of the alloy being compared with that of the starting material, adversely affected to a significant extent and secondly, subjecting the alloy to plastic deformation is used to mechanically harden the alloy and enable the in the roll shell during the casting process occurring resistance afford to.

Erfindungsgemäß sind geeignete Legierungsme talle fflr das Kupfer Ag, Be, Ca> Cd und Zr, und zwar entweder allein oder in Verbindung miteinander oder in Verbindung mit weiteren Legierungszusätzen.According to the invention, suitable alloy metals are used for the copper Ag, Be, Ca> Cd and Zr, either alone or in combination or in connection with other alloy additives.

Jedes der erwähnten Legierungsmetalle beeinflußt das Kupfer in der folgenden Weise. Ag und Cd erhöhen die tristallisationstemperaturen. Be erhöht das Ausmaß, in welchem Kupfer mittels Wärmebehandlung gemäß der sog. Vergütungsmethods gehärtet werden kann. Sowohl Ca als auch Zr führen im wesentlichen zu den beiden oben erwähnten Ergebnissen.Each of the alloy metals mentioned affects the copper in the following way. Ag and Cd increase the crystallization temperatures. Be increases that The extent to which copper is heat treated according to the so-called tempering method can be hardened. Both Ca and Zr essentially lead to the two above mentioned results.

Bei der erfindungsgemäßen Herstellung von Walzenmänteln aus einer der oben erwähnten Kupferlegierungen wird ein Mantelrohling aus der bevorzugten Legierung vorbereitet und plastisch deformiert, um den Rohling eine für die in Frage stehenden Zwecke ausreichende Härte zu erteilen.In the inventive production of roll shells from a of the above-mentioned copper alloys, a jacket blank from the preferred one is used Alloy prepared and plastically deformed to make the blank one for the one in question to grant sufficient hardship to standing purposes.

Die plastische Deformation des Rohlings kann durch Kaltverarbeitung, wie beispielsweise Sciimieden, Auswalzen oder Ziehen erfolgen. Gemäß einer bevorzugten abgewandelten Verfahrensweise kann die Verformung des Mantels bzw. Mantelrohlings mit geeigneten Pormen einer Wärmebehandlung kombiniert werden, und zwar in Abhängigkeit von den verwendeten Legierungsmitteln.The plastic deformation of the blank can be achieved by cold processing, such as sciimieden, rolling or drawing. According to a preferred Modified procedure can be the deformation of the jacket or jacket blank can be combined with suitable heat treatment methods, depending on of the alloying agents used.

Der Mantelrot£Ling hat vorzugsweise die Form eines Rohres, welches dem beschriebenen plastischen Verformungsprozeß unterworfen wird. Nach dem Härten des Mantelrohling wird dieser in der geeigneten Weise bearbeitet, so daß ei seine endgültige Form einnimmt, indem der Rohling, falls erforderlich, .. auf einer Drehbank nachgedreht wird.The mantle red £ ling is preferably in the shape of a tube, which is subjected to the plastic deformation process described. After hardening of the jacket blank, this is processed in the appropriate manner so that its takes final shape by placing the blank, if necessary .. on a lathe is rotated.

Wexm bei Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens das tusgangsmaterlal und die LegierungsmetalLe aus den oben ererwähnten Gruppen zur Herstellung eines Walzenmantels aus wrihLt werden, ist das zu vergießende Met zu berü.cksiciitigen und die Wärmemenge, die während des Gießprozesses aus dem Betelch den Walzenspaltes weggeleitet werden muß. Es ist weiterhin darauf zu achten, daß zwischen der Temperatur des Gießmetalls und der Rekristallisationstemperatur des Metalls, aus dem der Walzenmantel hergestellt ist, ein konstruktiv zulässiger Unterschied vorhanden ist.Wexm the starting material when carrying out the method according to the invention and the alloy metals from the groups mentioned above to produce one The mead to be poured must be taken into account and the amount of heat that is transferred from the betelch to the roll gap during the casting process must be diverted away. It is also important to ensure that between the temperature of Casting metal and the recrystallization temperature of the metal, from which the roll shell is made, a structurally permissible difference is available.

Wenn von Kupfer als Ausgangsmaterial ausgegangen wird, können folgende Legierungsmetalle alternativ verwendet werden, nämlich Ag mit einem prozentualen Anteil von 0,01 - 0,5 Be ist " It 0, O 0, - 2,0 Ca " " II II " 0,1 - 1,0 Cd " " " " " 0,1 - 1 , 2 Zr " " " " " 0,05 - 1,0.If copper is assumed as the starting material, the following can be used Alloy metals are used alternatively, namely Ag with a percentage The proportion of 0.01 - 0.5 Be is "It 0, O 0, - 2.0 Ca" "II II" 0.1 - 1.0 Cd "" "" "0.1-1.2 Zr" "" "" 0.05-1.0.

Von diesen Metallen können zwei oder mehr zusammen in einer Gesamtmenge von 0,01 - 3,0 ffi verwendet werden.Of these metals, two or more can be put together in one total from 0.01 - 3.0 ffi can be used.

Es kann weiterhin Magnesium (Mg) mit einem prozentualen Anteil von 0,1 - 2,0 in Verbindung mit einem oder mehreren der o.a. Metalle verwendet werden.It can still contain magnesium (Mg) with a percentage of 0.1 - 2.0 can be used in conjunction with one or more of the above metals.

Bei Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens sollte die Dicke des-Walzenmantels in erster Linie unter Berücksichtigung dessen bestimmt werden, daß der Mantel unter Berücksichtigung der berechneten mechanischen Beanspruchungen, denen er während des Gießprozesses ausgesetzt ist, eine ausreichende Stabilität aufweist, obwohl vom Gesichtspunkt der Wärme verteilung beim Ableiten von Wärme durch den Walzenmantel die Dicke des Mantels in bestimmten Fällen vorzugsweise so ausgew<hlt ist, daß die Wärme sich innerhalb einer größeren Metallmasse mit einem spezifischen Temperaturabfall verteilen kann, so daß aul das Mantelmaterial eine kleinere thermische Belastung ausgeübt wird.When carrying out the method according to the invention, the thickness should of the roll shell are primarily determined taking into account that the jacket taking into account the calculated mechanical stresses, to which it is exposed during the casting process, sufficient stability although from the point of view of heat distribution when dissipating heat by the roll shell, the thickness of the shell in certain cases is preferably so it is selected that the heat dissipates within a larger mass of metal with a can distribute specific temperature drop, so that aul the jacket material a less thermal stress is exerted.

Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellte Walzenmäntel sind insbesondere zum Vergießen von Aluminium oder Aluminiumlegierungen geeignet, obwohl sie auch in Verbindung mit anderen mittels Walzen vergießbarer Metalle angewendet werden Konnen.Roll shells produced by the process according to the invention are especially for casting aluminum or aluminum alloys suitable, although they are also used in conjunction with other roll castable metals can be.

Die Erfindung ist nicht auf die beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt, sondern läßt sich im Rahmen der Offenbarung in vielfältiger Weise abwandeln.The invention is not limited to the exemplary embodiments described limited, but can be modified in many ways within the framework of the disclosure.

Claims

1. Process for the production of highly thermally conductive metals existing shells for hard rolls of casting machines, in which during rotation of the rolls the periphery of the roll shell the roll gap continuously with one certain circular arc section happens that is in heat-transferring contact with the Cast metal is, due to its temperature, the roll shell extreme heat loads exposes, which leads to an increase in the mechanical loads in the jacket material and heat this material to a temperature that is above its recrystallization temperature , d u r h e k e n nn z e i n e t, d a t a metal with a high thermal conductivity and a recrystallization temperature is selected which is below the operating temperature of the cast metal, with a structurally permissible difference based on the amount of heat that can be dissipated during operational use of the Walsenmantle, present; that this metal is subjected to an alloying process, on the one hand to obtain a metal alloy that has a greater ability than the starting material, its strength or hardness during the extreme heat loads that the roll shell is exposed during operation during the casting process, while on the other hand the thermal conductivity properties of the starting material are only negligibly affected be that a jacket blank is made from the alloy, which is a pl ast The alloy is subjected to a ro-rmung pro cess for mechanical purposes. in order to increase the ability of the Materials continue to increase su that To withstand loads to which the roll shell is exposed during the casting process is, and that from the jacket blank pretreated in this way the final Coat is made.

2. The method according to claim 1, d a d u r c h g e k e n n -z e i c h n e t, that the starting material is selected from the groups Cu, W and Mo.

3. The method according to claim 2, d a d u r c h g e k e n n -z e i c h n e t, that the alloy additives selected from the groups Ag, Be, Ca, Cd and Zr will.

4. The method according to any one of claims 1-3, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t that the jacket blank by cold forming to the required Hardness is brought.

5. The method according to claim 4, d a d u r c h g e k e n n -z e i c h n e t, that the cold deformation is carried out in connection with a heat treatment process will.