EP1345718B1 - Verfahren zum herstellen eines metallbandes mit einer bandgiessmaschine - Google Patents

Verfahren zum herstellen eines metallbandes mit einer bandgiessmaschine Download PDF

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EP1345718B1
EP1345718B1 EP01989617A EP01989617A EP1345718B1 EP 1345718 B1 EP1345718 B1 EP 1345718B1 EP 01989617 A EP01989617 A EP 01989617A EP 01989617 A EP01989617 A EP 01989617A EP 1345718 B1 EP1345718 B1 EP 1345718B1
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EP
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gas
casting
strip
metal
material layer
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Heinrich Marti
Jacques Barbe
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SMS Siemag AG
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Main Management Inspiration AG
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    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22D—CASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
    • B22D11/00—Continuous casting of metals, i.e. casting in indefinite lengths
    • B22D11/06—Continuous casting of metals, i.e. casting in indefinite lengths into moulds with travelling walls, e.g. with rolls, plates, belts, caterpillars
    • B22D11/0622—Continuous casting of metals, i.e. casting in indefinite lengths into moulds with travelling walls, e.g. with rolls, plates, belts, caterpillars formed by two casting wheels
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
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    • B22D11/0637—Accessories therefor
    • B22D11/0648—Casting surfaces
    • B22D11/0651—Casting wheels
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22D—CASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
    • B22D11/00—Continuous casting of metals, i.e. casting in indefinite lengths
    • B22D11/06—Continuous casting of metals, i.e. casting in indefinite lengths into moulds with travelling walls, e.g. with rolls, plates, belts, caterpillars
    • B22D11/0637—Accessories therefor
    • B22D11/0697—Accessories therefor for casting in a protected atmosphere

Definitions

  • the invention relates to a method for producing a metal strip with a strip casting machine, in which molten metal is poured between two rotatable, such a shell ring having Glessrollen, wherein between the respective Giesrollenober Design and the resulting band skin of the molten metal, a gas film is formed in which the gas is introduced into the inerting chamber located above the metal bath.
  • the document EP-A-409 645 relates to cast roll strip casting, wherein above the casting gap formed between the casting rolls a melt bath of the metal to be cast and above it a gas space reaching beyond the region of the casting roll surface or a sealing chamber are arranged. Nitrogen or, in particular, a mixture of nitrogen and argon is fed to the gas space or the sealing chamber, wherein the gas enters into unevennesses or dimples provided at the interface between the melt and the casting wadding surface at the latter and slows down the cooling.
  • EP-A-1 038 612 relates to a similar process with feed of 40-100% of nitrogen, remainder a neutral gas such as Ar and / or He, wherein grooves are provided on the surface of the casting rolls.
  • the document WO-A-96 02340 describes a casting roll with a copper jacket 1, on which over an adhesion promoting layer, preferably of electrolytically deposited Ni or brazing, an outer wear protection layer within a binder metal of Ni or Co Co alloy distributed ceramic grains, in particular made of Al or Zr oxide or of metal oxides and metal carbides.
  • the wear protection layer is applied in particular by plasma spraying and has a thickness of> 0.2 mm and ⁇ 2 mm.
  • this layer is newly applied and ground, resulting in a smooth surface of the shroud results.
  • the object of the present invention is to provide a method of the type mentioned above, by means of which the surface roughness of the metal strip to be cast can be determined.
  • the outer material layer of the shroud consists of at least two different ceramic materials, being used as Keramikmateriallien C1, C2 oxide and / or non-oxide ceramics and / or cermet, which different ceramic materials C1, C2 different Have nickelleitfahtechniken.
  • a defined gas mixture of argon and nitrogen is fed controlled into the inertization, so that the heat transfer from the band skin to the casting roll can be influenced by the resulting film thickness of the gas film so that the casting roll surface without recesses provided and a smooth surface of the belt to be cast is achieved.
  • the surface roughness of the metal strip to be cast can be minimized by the use of a defined gas mixture.
  • FIG. 1 shows two casting rolls 11, 12, a side seal 16 and an upper closing element 14 with sealing strips 13, 17, each of which is provided with a strip-forming machine 10 for producing steel strips.
  • the generated metal strip is led away through the formed gap 19 between the casting rolls 11, 12.
  • a sealed opening 14 'at the upper end member 14 projects a pouring tube 25, which is held on the spout of a container not shown in detail.
  • a closed inerting chamber 24 is formed, which can be filled with an inertizing gas via a respective connecting line 29.
  • an additional shielding gas 32 away from the chamber 24 onto the respective roller surface 11 ', 12' to keep the latter from any oxygen deposition.
  • a gas film G is formed between the respective casting roll surface 11 'and the band skin D of the molten metal 18 formed during this process.
  • the gas of the gas film G is introduced substantially into the inerting chamber 24 located above the metal bath.
  • a controlled amount of a gas of argon, nitrogen and / or a third gas is supplied to the inerting chamber 24 during casting by the connecting line 29, so that the heat transfer from the band skin D3 to the casting roll 11, 12 by the resulting film thickness of the gas film G can be influenced so that the surface of the casting rolls provided without depressions and a smooth surface of the belt to be cast is achieved.
  • the gas may be argon which does not diffuse into the metal to be deducted and accordingly undergoes expansion in the respective recess by the heating, so that in the band skin D1 a recess of course in the micrometer range, the skin here thinner than in the area next to the recess.
  • Nitrogen which partially diffuses into the metal 18 to be drained, can also be used as the gas. The result is more of a bulge of the D2 band.
  • argon and nitrogen can also be used as the gas for the gas film G.
  • the ideal state is achieved in the sense of the invention, namely that the band skin D3 is neither in nor out and thus produces a smooth surface in the band to be produced.
  • the metered controlled amount of the defined mixture of argon and nitrogen can be achieved without much effort, this smooth surface of the metal strip.
  • the base material A is in this case made of pure copper, a copper alloy with the main components Cu, Ag or Cu, Cr, Zr or Cu, Ni, Be (beryllium) or steel, in particular an alloyed steel. It is characterized by the good thermal conductivity, which ensures that the water flowing through a cooling channel dissipates as much heat energy as possible in the jacket ring of the casting roll.
  • Fig. 2 shows an enlarged view of a portion of a cylindrical shell surface, which is smooth, which is preferably provided with a surface roughness of less than 6, preferably less than 1 micron, and is therefore finished by grinding or turning. It is also applied to the base material A layer of material B is provided, which preferably consists of nickel, steel and / or chromium. The material layer B and the material layer C are applied by a thermal spraying method such as plasma spraying, flame spraying, HIP cladding or other coating method such as electrolysis.
  • a thermal spraying method such as plasma spraying, flame spraying, HIP cladding or other coating method such as electrolysis.
  • the base material A may be made of steel or a steel alloy, however, the material layer B as the alloy steel produced by welding and the material layer C may be made as a thin ceramic layer of about 0.2 to 0.4 millimeters.
  • the material layer C consisting of two different ceramic materials C1, C2 on the material layer B is applied in such a way that the one ceramic material C2 extends over the entire lateral surface and the other ceramic material.
  • C1 is embedded at approximately uniform intervals as particles in the first material C2.
  • the wear of the material layer C is very low due to the choice of materials C1 and C2.
  • Al 2 O 3 , SiAl 2 O 2 , PSZrO 2 , Si 3 N 4 SiAlON, SiAlYON and / or SiC can be used in particular for the ceramic or cermet layers C1, C2.
  • a metered controlled amount of a gas of argon, nitrogen and / or a third gas is supplied to the inerting chamber during the casting, so that the heat transfer from the band skin to the casting roll can be influenced by the resulting film thickness of the gas film G so that the band skin D1 forms a smooth surface.
  • the ceramic material C1 embedded in approximately uniform intervals as particles in the first material C2 effects a different heat transfer, which is lower in the area of the particles C1 than in C2, which leads to the fact that the band-skin D2 is reduced at C1.
  • the casting roll surface 11 ', 12' may also have a surface roughness of 6 to 10 microns and thereby be provided only with the applied material layer C without post-processing.
  • the outer ring of the casting roll 11, 12 is advantageously re-coated to the original diameter for further use. This is done by applying, after the corresponding wear, a material layer C consisting of ceramic particles or cermet layer, which consists of the two different ceramic materials C1 and C2.

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  • Rolls And Other Rotary Bodies (AREA)
  • Treatment Of Steel In Its Molten State (AREA)

Description

  • Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Herstellen eines Metallbandes mit einer Bandgiessmaschine, bei der zwischen zwei drehbaren, so einen Mantelring aufweisenden Glessrollen Metallschmelze eingegossen wird, wobei zwischen der jeweiligen Giessrollenoberfläche und der bei dieser entstehenden Bandhaut der Metallschmelze ein Gasfilm gebildet wird, bei welchem das Gas in die oberhalb des Metallbades befindliche Inertisierungskammer eingebracht wird.
  • Bei einer Giessrolle gemäss der Druckschrift EP-A-0 309 247 sind auf ihrer Oberfläche gleichmässig verteilte Vertiefungen eingearbeitet, die jeweils beabstandet zueinander angeordnet sind. Mit diesen Vertiefungen wird beim Abgiessen erreicht, dass sich in diesen Gasblasen bilden, mit welcher primär Risse in der Bandhaut der verfestigten Metallschmelze verhindert und femer eine ausreichende Wärmeleitfähigkeit bezweckt wird. Mit diesen Vertiefungen entsteht jedoch an der Oberfläche des gegossenen Metallbandes eine entsprechende Rauheit. Ausserdem sind diese Giessrollen jeweils relativ schnell wieder nachzuarbeiten, da sich die Vertiefungen, die bis zu 100 Mikrometern aufweisen können, durch die Abnützung der Rollenoberfläche reduzieren. Diese Vertiefungen oder Texturen, in denen sich relativ schnell Schmutz ansammelt, sich zudem häufig zu reinigen.
  • Das Dokument EP-A-409 645 betrifft das Gießwalzen-Bandgießen, wobei über dem zwischen den Gießwalzen gebildeten Gießspalt ein Schmelzenbad des zu vergießenden Metalls und oberhalb desselben ein darüber hinaus in den Bereich der Giesswalzenoberfläche reichender Gasraum oder eine Dichtkammer angeordnet sind. Dem Gasraum oder der Dichtkammer wird Stickstoff oder insbesondere eine Mischung von Stickstoff und Argon zugeführt, wobei das Gas in an der Grenzfläche zwischen der Schmelze und der Gießwlazenoberfläche an der letzteren vorgesehene Unebenheiten bzw. Grübchen eintritt und die Kühlung verlangsamt.
  • Das Dokument EP-A-1 038 612 betrifft ein ähnliches Verfahren mit Zufuhr von 40 - 100 % Stickstoff, Rest ein neutrales Gas wie Ar und/oder He, wobei an der Oberfläche der Gießwalzen Rillen vorgesehen sind.
  • Das Dokument WO-A-96 02340 beschreibt eine Gießwalze mit einem Kupfermantel 1, auf welchem über einer Haftvermittlungsschicht, vorzugsweise aus elektrolytisch abgeschiedenem Ni oder Hartlot, eine äußere Verschleißschutzschicht mit innerhalb eines Bindermetalls aus Ni- oder Ni-Co-Legierung verteilten Keramikkörner, insbesondere aus Al- oder Zr-Oxid oder aus Metalloxiden und Metallcarbiden aufgetragen ist. Die Verschleißschutzschicht ist insbesondere durch Plasmaspritzen aufgebracht und hat eine Dicke > 0,2 mm und < 2 mm. Im übrigen ist erwähnt, dass nach Verschleiss der äusseren Verschleissschicht diese Schicht neu aufgebracht und geschliffen wird, woraus eine glatte Oberfläche des Mantelringes resultiert.
  • Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht demgegenüber darin, ein Verfahren nach der eingangs erwähnten Gattung zu schaffen, mittels welchem die Oberflächenrauheit des zu giessenden Metallbandes bestimmt werden kann.
  • Die Aufgabe ist erfindungsgemäss gelöst durch die Merkmale von Anspruch 1, Die äußere Materialsschicht des Mantelringes besteht aus mindestens zwei unterschiedlichen Keramikmaterialien, wobei als Keramikmateriallien C1, C2 Oxid- und/oder Nichtoxidkeramiken und/oder Cermet verwendet werden, welche unterschiedliche Keramikmaterialien C1, C2 unterschiedliche Wärmeleitfahigkeiten haben. Während des Gießens wird ein definiertes Gasgemisch aus Argon und Stickstoff in die Inertisierungskammer gesteuert zugeführt, so dass der Wärmeübergang von der Bandhaut auf die Gießrolle durch die entstehende Filmdicke des Gasfilmes so beeinflusst werden kann, dass die Gießrollenoberfläche ohne Vertiefungen vorgesehen und eine glatte Oberfläche des zu gießenden Bandes erzielt wird.
  • Weitere, bevorzugte Merkmale des Verfahrens nennen die abhängigen Ansprüche.
  • Mit diesem erfindungsgemässen Verfahren kann die Oberflächenrauheit des zu giessenden Metallbandes durch die Verwendung eines definierten Gasgemisches minimal gehalten werden.
  • Ausführungsbeispiele der Erfindung sowie weitere Vorteile derselben sind nachfolgend anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt:
    • Figur 1
    einen teilweisen Querschnitt einer Bandgiessmaschine bei den Giessrollen,
    Figur 3
    einen schematischen Schnitt eines Teils des Mantelringes sowie eines Gasfilmes und einer Bandhaut, in gegenüber Fig.1 vergrösserter Darstellung.
  • Figur 1 zeigt von einer insbesondere zur Herstellung von Stahlbändern dienenden Bandgiessmaschine 10 zwei Giessrollen 11, 12, eine Seitenabdichtung 16 sowie ein oberes Abschlusselement 14 mit Dichtleisten 13, 17. Es sind hierbei zwei zueinander beabstandete Giessrollen 11, 12 mit jeweils einer horizontalen Drehachse vorgesehen, wobei durch den gebildeten Spalt 19 zwischen den Giessrollen 11, 12 das erzeugt Metallband weggeführt wird. Durch eine abgedichtete Öffnung 14' beim oberen Abschlusselement 14 ragt ein Giessrohr 25, welches am Ausguss eines nicht näher gezeigten Behälters gehalten ist. Oberhalb des zwischen den Rollen 11, 12 entstehenden Metallbades ist eine geschlossene Inertisierungskammer 24 gebildet, welche über je eine Anschlussleitung 29 mit einem inertisierungsgas auffüllbar ist. Vorteilhaft wird über eine weitere Anschlussleitung 31 ein zusätzliches Schutzgas 32 von der Kammer 24 weg auf die jeweilige Rollenoberfläche 11', 12' geblasen, um letztere vor jeglicher Sauerstoffablagerung freizuhalten.
  • Gemäss Fig.2 wird zwischen der jeweiligen Giessrollenoberfläche 11' und der bei dieser entstehenden Bandhaut D der Metallschmelze 18 ein Gasfilm G gebildet; das Gas des Gasfilms G wird im wesentlichen in die oberhalb des Metallbades befindliche Inertisierungskammer 24 eingebracht.
  • Mit dem erfindungsgemässen Verfahren wird während des Giessens durch die Anschlussleitung 29 eine gesteuerte Menge eines Gases aus Argon, Stickstoff und/oder einem Drittgas in die Inertisierungskammer 24 zugeführt, so dass der Wärmeübergang von der Bandhaut D3 auf die Giessrolle 11, 12 durch die entstehende Filmdicke des Gasfilmes G so beeinflusst werden kann, dass die Oberfläche der Giessrollen ohne Vertiefungen vorgesehen und eine glatte Oberfläche des zu giessenden Bandes erzielt wird.
  • Bei dem Gas kann es sich mehrheitlich um Argon handeln welches nicht in das abzugiessende Metall diffundiert und dementsprechend bei der jeweiligen Vertiefung durch die Erhitzung eine Ausdehnung erfährt, so dass sich in der Bandhaut D1 eine Einbuchtung selbstverständlich im Mikrometerbereich bildet, wobei die Haut hierbei dünner als im Bereich neben der Vertiefung ist.
  • Als Gas kann auch mehrheitlich Stickstoff verwendet werden, welches teilweise in das abzugiessende Metall 18 diffundiert. Es entsteht somit eher eine.Ausbauchung der Bandhaut D2.
  • Als Gas für den Gasfilm G kann auch ein Gemisch von Argon und Stickstoff verwendet werden. Mit diesem Gemisch wird im Sinne der Erfindung der Idealzustand erreicht, nämlich dass die Bandhaut D3 weder ein- noch ausgebuchtet wird und somit eine glatte Oberfläche bei dem herzustellenden Band entsteht. Durch die dosiert gesteuerte Menge des definierten Gemisches von Argon und Stickstoff kann ohne grossen Aufwand diese glatte Oberfläche des Metallbandes erzielt werden.
  • Das Basismaterial A ist hierbei aus reinem Kupfer, aus einer Kupferlegierung mit den Hauptbestandteilen Cu, Ag oder Cu, Cr, Zr oder Cu, Ni, Be (Beryllium) oder aus Stahl, insbesondere einem legierten Stahl, hergestellt. Es zeichnet sich durch die gute Wärmeleitfähigkeit aus, durch die gewährleistet ist, dass das durch einen Kühlkanal fliessende Wasser bei dem Mantelring der Giessrolle möglichst viel Wärmeenergie abführt.
  • Fig. 2 zeigt im übrigen vergrössert einen Ausschnitt einer zylindrischen Manteloberfläche, die glatt ausgebildet ist, die vorzugsweise mit einer Oberflächenrauheit von weniger als 6, vorzugsweise weniger als 1 Mikrometer, vorgesehen ist, und daher durch Schleifen oder Drehen feinbearbeitet ist. Es ist ausserdem eine auf das Basismaterial A aufgetragene Material-schicht B vorgesehen, die vorzugsweise aus Nickel, Stahl und/oder Chrom besteht. Die Materialschicht B und die Materialschicht C sind durch ein thermisches Spritzverfahren, wie zum Beispiel durch Plasmaspritzen, Flammspritzen, durch HIP cladding oder durch ein andere Beschichtungsmethode, zum Beispiel Elektrolyse, aufgetragen.
  • Zum Beispiel kann das Basismaterial A aus Stahl oder einer Stahllegierung, indessen die Materialschicht B als legierter Stahl, die durch ein Schweissauftragen erzeugt ist, und die Materialschicht C als ein dünner Keramikauftrag von ca. 0.2 bis 0.4 Millimetern bestehen.
  • Die aus zwei verschiedenen Keramikmaterialien C1, C2 bestehende Materialschicht C auf der Materialschicht B ist derart aufgetragen, dass sich das eine Keramikmaterial C2 über die gesamte Mantelfläche erstreckt und das andere Keramikmaterial. C1 in annähernd gleichmässigen Abständen als Partikel im ersten Material C2 eingebettet.ist. Damit wird ein ausreichender Schutz der Schicht B und des Basismaterials A erreicht und gleichzeitig eine genügende Wärmeleitfähigkeit erzeugt. Die Abnützung der Materialschicht C ist durch die Wahl der Materialien C1 und C2 sehr gering. Für die Keramik- bzw. Cermetschichten C1, C2 sind insbesondere Al2O3, SiAl2O2, PSZrO2, Si3N4 SiAlON, SiAlYON und/oder SiC verwendbar.
  • Erfindungsgemäss wird während des Giessens eine dosiert gesteuerte Menge eines Gases aus Argon, Stickstoff und/oder einem Drittgas in die Inertisierungskammer zugeführt, so dass der Wärmeübergang von der Bandhaut auf die Giessrolle durch die entstehende Filmdicke des Gasfilmes G so beeinflusst werden kann, dass die Bandhaut D1 eine glatte Oberfläche bildet. Das in annähernd gleichmässigen Abständen als Partikel im ersten Material C2 eingebettete Keramikmaterial C1 bewirkt einen unterschiedlichen Wärmedurchgang, der im Bereich der Partikel C1 geringer ist als bei C2, was dazu führt, dass die Bandhaut D2 bei C1 reduziert ist. Mit dem vorzugsweise aus einem definierten Gemisch von Gasen zusammengesetzten Gasfilm G wird eine ausgleichende Wirkung erzielt, um die gewünschte glatte Oberfläche des Bandes erzielen zu können.
  • Die Giessrollenoberfläche 11', 12' kann auch eine Oberflächenrauheit von 6 bis 10 Mikrometern aufweisen und dabei nur mit der aufgebrachten Materialschicht C ohne Nachbearbeitung versehen sein.
  • Der Mantelring der Giessrolle 11, 12 wird nach dem Gebrauch, wenn seine Oberflächenschicht um mindestens 0.1 bis 0.4 Millimetern abgenützt ist, für einen weiteren Gebrauch vorteilhaft wieder auf den ursprünglichen Durchmesser beschichtet. Dies geschieht dadurch, dass nach der entsprechenden Abnützung eine aus Keramikpartikeln oder Cermetschicht bestehende Materialschicht C aufgetragen wird, welche aus den zwei unterschiedlichen Keramikmaterialien C1 und C2 besteht.

Claims (5)

  1. Verfahren zum Herstellen eines Metallbandes mit einer Bandgießmaschine, bei der zwischen zwei drehbaren je einen Mantelring aufweisenden Gießrollen (11, 12) Metallschmelze (18) eingegossen wird, wobei zwischen der jeweiligen Gießrollenoberfläche (11', 12') und der bei dieser entstehenden Bandhaut (D1, D2, D3) der Metallschmelze ein Gasfilm (G) gebildet wird, bei welchem das Gas in die oberhalb des Metallbades befindliche Inertisierungskammer (24) eingebracht wird, wobei der Mantelring jeweils ein Basismaterial (A), eine darauf aufgetragene Materialschicht (B) sowie eine auf diese aufgetragene Materialschicht (C) aufweist, welche aus mindestens zwei unterschiedlichen Keramikmateralien (C1, C2) aus Oxid- und/oder Nicht-oxid keramiken und/oder Cermet besteht, wobei sich das eine Keramikmaterial (C1) über die gesamte Mantelfläche des Mantelrings erstreckt und das andere Keramikmaterial (C2) in ännähernd gleichen Abständen als Partikel im Keramikmaterial (C1) eingebettet ist, wobei den unterschiedlichen Keramikmaterialien (C1, C2) der Materialschicht (C) eine unterschiedliche Wärmeleitfähigkeit gegeben wird; und wobei ein definiertes Gasgemisch aus Argon und Stickstoff während des Gießens in die Inertisierungskammer (24) gesteuert zugeführt wird, so dass der Wärmeübergang von der Bandhaut auf die Gießrolle (11, 12) durch die entstehende Filmdicke des Gasfilmes (G) so beeinflusst wird, dass die Gießrollenoberfläche (11', 12') ohne Vertiefungen (51) vorgesehen und eine glatte Oberfläche des zu gießenden Bandes erzielt wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass als Gas mehrheitlich Argon verwendet wird, welches nicht in das abzugiessende Metall (18) diffundiert.
  3. Verfahren nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass als Gas mehrheitlich Stickstoff verwendet wird.
  4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die zylindrische Giessrollenoberfläche (11', 12') glatt ausgebildet ist und eine Oberflächenrauheit von weniger als 6, vorzugsweise weniger als 1 Mikrometer ausweist, und dazu geschliffen und/oder poliert wird.
  5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die Giessrollenoberfläche (11', 12') eine Oberflächenrauheit von 6 bis 10 Mikrometern aufweist und dabei nur mit der aufgebrachten Materialschicht (C) ohne Nachbearbeitung versehen wird.
EP01989617A 2000-12-30 2001-12-21 Verfahren zum herstellen eines metallbandes mit einer bandgiessmaschine Expired - Lifetime EP1345718B1 (de)

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