EP1345719A2 - Mantelring für eine giessrolle einer bandgiessmaschine, sowie ein verfahren für den gebrauch der giessrolle - Google Patents

Mantelring für eine giessrolle einer bandgiessmaschine, sowie ein verfahren für den gebrauch der giessrolle

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EP1345719A2 EP01990592A EP01990592A EP1345719A2 EP 1345719 A2 EP1345719 A2 EP 1345719A2 EP 01990592 A EP01990592 A EP 01990592A EP 01990592 A EP01990592 A EP 01990592A EP 1345719 A2 EP1345719 A2 EP 1345719A2
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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22DCASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
    • B22D11/00Continuous casting of metals, i.e. casting in indefinite lengths
    • B22D11/06Continuous casting of metals, i.e. casting in indefinite lengths into moulds with travelling walls, e.g. with rolls, plates, belts, caterpillars
    • B22D11/0637Accessories therefor
    • B22D11/0648Casting surfaces
    • B22D11/0651Casting wheels

Definitions

  • the material layer C consists of two different materials, each made of ceramic and / or cermet C1, C2, which is applied to the entire surface of the ring.
  • Al 2 O 3 , SiAI 2 O 2 , PSZrO ⁇ , Si 3 N 4 SiAlON, SiAlYON and / or SiC can be used in particular for the ceramic materials and / or cermet C1, C2.
  • the base material A can consist of steel or a steel alloy, however, the material layer B as alloy steel, which is produced by welding, and the material layer C as a thin ceramic application of approximately 0.2 to 0.4 millimeters.
  • FIG. 6 shows the transition of the material layer C from the ring surface to the end face provided at the front edge of the casing ring, only a base material A, for example CuCrZr or CuNiBe, and a material layer C, for example Al 2 O 3 , SiAI 2 O 2 , PSZrO 2 , Si 3 N 4 SiAlON, SiAlYON or SiC is used.
  • a different type of ceramic layer for example PSZrO 2 + CAH (Carbone Amorphous Hydrogen) is used on the end face.
  • a changing mixing ratio of the material layers C, C "from one ceramic material to the other is produced.
  • front of the front edge 61 for example, 60% of the Material C of the ring surface and 40% of the material CSt of the end face included. The proportion of the former material is then reduced to 0%, as indicated by the oblique line 62.
  • Fig. 7 differs from Fig. 6 only in that between the base material A, e.g. CuCrZr, and the ceramic layer C, a material layer B, for example Ni, NiCr, is present, which is also provided on the end face of the casing ring.
  • a material layer B for example Ni, NiCr

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Description

Mantelring für eine GiessroUe einer Bandgiessmaschine, sowie ein Verfahren für den Gebrauch der GiessroUe
Die Erfindung bezieht sich auf einen Mantelring einer GiessroUe für eine Bandgiessmaschine, der aus einem aus Metall enthaltenden Basismaterial und aus wenigstens einer auf diesem aufgetragenen Materialschicht hergestellt ist, sowie ein Verfahren für den Gebrauch der GiessroUe.
Grundsätzlich hängt die Leistungsfähigkeit einer Bandgiessmaschine mitunter davon ab, wie schnell die zwischen die Rollen eingegossene Schmelze abgekühlt und in verfestigter Form als Band weggeführt werden kann. Um dies zu erreichen, wird für den auf der Innenseite gekühlten Mantelring der Giessrollen ein möglichst gut wärmeleitendes Material verwendet, welches dieser Anforderung gerecht wird. Der Mantelring ist jedoch durch den Kontakt mit der Metallschmelze einem Oberflächenver- schleiss ausgesetzt. Dies führt dazu, dass man diese Oberfläche des Mantels mit einer verschleissfesten Materialschicht einsetzt.
So ist eine gattungsmässige GiessroUe nach der Druckschrift DE-A-41 41 484 mit einer Kühlfläche ausgebildet, welche sich aus einem gut wärmeleitenden Grundmetall und einem auf diesem aufgebrachten Metall zusammensetzt, wobei das aufgebrachte Metall eine geringere Wärmeleitfähigkeit als das Grundmetall aufweisen soll. Beim Grundmetall sind ausserdem auf ihrer Oberfläche verteilte Erhebungen vorgesehen, zwischen diesen das Metall verteilt angeordnet ist. Das Grundmetall soll vorteilhaft aus Kupfer oder einer Kupferlegierung, indessen das aufgebrachte Metall aus Nickel oder einer Nickellegierung bestehen soll. Mit dieser Beschichtung ist jedoch nicht eine optimale Oberfläche insbesondere bezüglich ihrer Verschleissfestigkeit erzielt.
Bei einer anderen GiessroUe 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 die Abnützung an der Oberfläche der Rolle verkleinert und eine ausreichende Wärmeleitfähigkeit bezweckt wird. Die Herstellung solcher Vertiefungen ist jedoch aufwendig und sie bewirken, dass die mit diesen gebildeten Metallbänder ebenfalls nicht über eine glatte Oberfläche verfügen. Ausserdem sind diese Giessrollen jeweils relativ schnell wieder zu erneuern, da sich die Vertiefungen, die bis zu 100 Mikrometern aufweisen können, durch die Abnützung der Rollenoberfläche reduzieren.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht demgegenüber darin, einen Mantelring für eine GiessroUe nach der eingangs erwähnten Gattung zu schaffen, mittels welchem eine optimale Auslegung in Bezug auf den Verschleiss an seiner mit der Schmelze in Kontakt gelangenden Oberfläche und auch in Bezug auf die Wärmeleitfähigkeit dieses auf der Innenseite gekühlten Mantelringes erzielt wird. Zudem soll mit einer möglichst glatten Giessrollenoberfläche gearbeitet werden können und ein ausreichender Schutz des Basismaterials des Mantelringes sichergestellt sein.
Die Aufgabe ist erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass das Basismaterial oder eine auf dieses aufgetragene Materialschicht mit einem Auftrag einer zusätzlichen Materialschicht versehen ist, welche zumindest teilweise Keramikpartikel enthält.
Bei einer vorteilhaften Ausführung besteht die Materialschicht aus mindestens zwei unterschiedlichen Keramikmaterialien, die auf die gesamte Ringmantelfläche aufgetragen ist, wobei für die Keramikmaterialien insbesondere SiAI2O2) PSZrO2 und/oder SiC verwendbar sind.
Mit dieser erfindungsgemässen Ausbildung des Mantelringes der GiessroUe wird eine bedeutende Verbesserung bezüglich der Verschleissfestigkeit und damit der Haltbarkeit der Giessrollen erreicht und es ist trotzdem eine ausreichende Wärmeleitfähigkeit durch diesen Mantelring gewährleistet. Zudem kann die Giessrollenoberfläche glatt ausgebildet sein bzw. auf eine Verrippelung oder eine Textur derselben verzichtet werden.
Mit dem erfindungsgemässen Verfahren für den Gebrauch einer GiessroUe, bei dem der Mantelring nach dem Gebrauch, wenn seine Oberflächenschicht um mindestens 0.1 bis 0.4 Millimetern abgenützt ist, für einen weiteren Gebrauch wieder auf den ursprünglichen Durchmesser beschichtet wird, ergibt sich ein weiterer erheblicher Vorteil, denn dadurch ist gewährleistet, dass während des Betriebes mit diesen Giessrollen ein annähernd gleichbleibender Zustand bezüglich der War- meabführung durch diesen Mantelring erreicht wird. Dadurch können weitgehend konstante Verhältnisse im Wärmehaushalt beim Abgiessen erzielt werden.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sowie weitere Vorteile derselben sind nachfolgend anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt:
Fig.1 zeigt einen Längsschnitt einer teilweise dargestellten GiessroUe mit einem Mantelring, Fig.2 einen schematischen Schnitt eines vergrösserten Teils des
Mantelringes bei der äusseren Kante, Fig.3 bis Fig.5 je einen schematischen Schnitt eines vergrösserten
Teils eines Mantelringes, Fig.6 einen schematischen Schnitt eines Teils des Mantelringes bei der äusseren Kante ohne einer Materialschicht B, und. Fig.7 einen schematischen Schnitt eines Teils des Mantelringes bei der äusseren Kante mit einer Materialschicht B.
Fig.1 zeigt eine Hälfte einer GiessroUe 10 sowie eine zweite angedeutete GiessroUe 11 , die jeweils im wesentlichen aus einer vorzugsweise starren Welle 15 mit verschiedenen Zu- und Abflussleitungen 12, 13 für das Kühlwasser und aus einem auf dieser Welle 15 drehbar gelagerten Mantelring 20 bestehen. Eine solche GiessroUe 10 wird für eine vom Grundprinzip her betrachtet konventionelle Bandgiessmaschine insbesondere zur Herstellung von Stahlbändern verwendet. Es sind hierbei zwei zueinander beabstandete Giessrollen 10, 1 1 mit jeweils einer horizontalen Drehachse und diese Giessrollen 10, 11 seitlich abdichtende Platten 16 vorgesehen. Durch den gebildeten Spalt 14 zwischen den Rollen wird das erzeugte Metallband weggeführt.
Der Mantelring 20 ist beispielsweise seitlich an je einem auf der Welle 15 gelagerten Lagerring 17 gehalten und wird von einem angedeuteten An- triebsrad 19 eines nicht näher gezeigten Antriebsorganes gedreht. Er weist praktisch durchgehend einen zum Beispiel aus einer Bohrung gebildeten Kühlkanal 23 auf, durch welchen das Kühlwasser geleitet wird. Der Mantelring 20 ist aus einem aus Metall enthaltenden Basismaterial A und aus wenigstens einer auf diesem aufgetragenen Materialschicht hergestellt.
Erfindungsgemäss ist nach Fig.2 auf das Basismaterial A eine Materialschicht B und letztere mit einem Auftrag einer zusätzlichen Materialschicht C versehen, welche zumindest teilweise aus Keramikpartikeln besteht.
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 den Kühlkanal 23 fliessende Wasser möglichst viel Wärmeenergie abführt.
Für die auf das Basismaterial aufgetragene Materialschicht B ist vorzugsweise Nickel bzw. eine Nickellegierung und/oder Chrom bzw. eine Chromlegierung vorgesehen.
Die Materialschicht C besteht aus zwei unterschiedlichen Materialien jeweils aus Keramik und/oder Cermet C1 , C2, die auf die gesamte Ringmantelfläche aufgetragen ist. Für die Keramikmaterialien und/oder Cermet C1 , C2 sind insbesondere AI2O3, SiAI2O2, PSZrO≥, Si3N4 SiAlON, SiAlYON und/oder SiC verwendbar.
Die zylindrische Manteloberfläche ist glatt ausgebildet, die vorzugsweise mit einer Oberflächenrauheit von weniger als 6, vorzugsweise weniger als 1 Mikrometer, vorgesehen ist, und daher durch Schleifen oder Drehen feinbearbeitet ist.
Die Materialschicht B und die Materialschicht C sind durch ein thermisches Spritzverfahren, wie Plasmaspritzen, Flammspritzen, elektrolytisch oder durch ein HIP cladding oder durch ein anderes Beschichtungsver- fahren, beispielsweise elektrolytisch, vorzugsweise im Mikrometerbereich 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.
Bei einer sehr vorteilhaften Ausführung ist auf den beidseitigen Stirnflächen 20' des Mantelringes ebenfalls je eine Materialschicht B und eine zusätzliche Materialschicht C aufgetragen. Es ist hierbei bei den Stirnkanten ein kontinuierlicher Übergang der Materialschicht B und der zusätzlichen Materialschicht C von der Ringmantelfläche auf die jeweilige Stirnfläche 20' erzeugt. Ferner ist noch eine Bandhaut D veranschaulicht, die sich unmittelbar an der Mantelaussenfläche 10' bildet.
In Fig.3 ist eine Variante dargestellt, die an sich gleich wie der Mantelring 10 nach Fig.1 hergestellt ist. Die aus zwei verschiedenen Keramikmaterialien C1 , C2 bestehende Materialschicht C auf der Materialschicht B ist derart aufgetragen, dass sich das eine Keramikmaterial C1 über die gesamte Mantelfläche erstreckt und das zweite Keramikmaterial C2 in annähernd gleichmässigen Abständen als kornähnliche Teile im ersten Material C1 eingebettet ist. Da dieses zweite Material eine geringere Wärmeleitfähigkeit als das erste aufweist, ergibt sich an seiner Stelle jeweils ein geringerer Wärmedurchgang φ als beim Material C1 , wie dies durch die sägezahnförmige Kurve 31 verdeutlicht 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.
Fig.4 zeigt eine Variante eines Mantelringes, bei dem nur ein Basismaterial A und eine Materialschicht C vorhanden ist. Die Materialschicht C ist hierbei mit einer Oberflächenrauheit versehen, durch die wiederum ein Wärmeübergang φ entsteht, der sich wiederum durch eine sägezahnförmige Kurve manifestiert.
Gemäss Fig.5 wird die angestrebte sägezahnförmige Kurve des Wärmeüberganges φ dadurch erreicht, dass die auf dem Basismaterial A aufger tragene Keramikschicht C durch eingearbeitete Vertiefungen .51 im .Mikrometerbereich versehen ist, die beispielsweise durch eine. Stahlsandstrahl-Aufrauhung erzeugt werden kann.
Ein entstehender Gasfilm G zwischen der Schicht C und der Bandhaut D der Metallschmelze 18 bewirkt den unterschiedlichen Wärmeübergang φ. Je nach verwendetem Gas kann der Gasfilm in seiner Ausdehnung verändert werden.
Fig.6 zeigt den bei der Stirnkante des Mantelringes vorgesehenen Übergang der Materialschicht C von der Ringoberfläche auf die Stirnfläche, wobei vorliegend nur ein Basismaterial A, bspw. CuCrZr, oder CuNiBe, und eine Materialschicht C, bspw. AI2O3, SiAI2O2, PSZrO2, Si3N4 SiAlON, SiAlYON oder SiC, verwendet wird. Bei der Stirnfläche ist eine andersartige Keramikschicht, z.B. PSZrO2 + CAH (Carbone Amorphe Hydrogene) verwendet. Im Bereich der Stirnkante 61 ist ein sich änderndes Mischverhältnis der Materialschichten C, C" von dem einen zum anderen Keramikmaterial erzeugt. Vor der Stirnkante 61 ist bspw. noch 60% des Materials C der Ringoberfläche und 40% des Materials CSt der Stirnfläche enthalten. Der Anteil des ersteren Materials reduziert sich dann bis auf 0%, wie dies durch die schräge Linie 62 angedeutet ist.
Fig.7 unterscheidet sich von Fig.6 einzig dadurch, dass zwischen dem Basismaterial A, z.B. CuCrZr, und der Keramikschicht C eine Materialschicht B, bspw. Ni, NiCr, vorhanden ist, die auch bei der Stirnfläche des Mantelringes vorgesehen ist.
Der Mantelring 10 wird nach einem erfindungsgemässen Verfahren nach dem Gebrauch, wenn seine Oberflächenschicht um mindestens 0.1 bis 0.4 Millimetern abgenützt ist, für einen weiteren Gebrauch wieder auf den ursprünglichen Durchmesser beschichtet. Dies geschieht, dadurch, dass nach der entsprechenden Abnützung eine aus Keramikpartikeln bestehende Materialschicht C aufgetragen wird.
Die Erfindung ist mit den oben erläuterten Ausführungsbeispielen ausreichend dargetan. Sie liesse sich jedoch noch in anderen Varianten darstellen. So könnten zum Beispiel die Materialschicht B und die aus den Keramikpartikeln bestehende Materialschicht C gleichzeitig auf das Basismaterial aufgetragen werden.

Claims

PATENTANSPRÜCHE
1. . Mantelring für eine GiessroUe einer Bandgiessmaschine, der aus einem aus Metall enthaltenden Basismaterial und aus wenigstens einer auf diesem aufgetragenen Materialschicht hergestellt ist, dadurch . gekennzeichnet, dass das Basismaterial (A) oder eine auf dieses aufgetragene Materialschicht (B) mit einem Auftrag einer zusätzlichen Materialschicht (C) versehen ist, welche zumindest teilweise Keramikpartikel enthält.
2. Mantelring nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Materialschicht (C) mindestens zwei unterschiedliche Materialien jeweils aus Keramik und/oder Cermet (C1 , C2) enthält, die mit einer Zufallsverteilung auf die gesamte Ringmantelfläche aufgetragen sind.
3. Mantelring nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die unterschiedlichen Keramikmaterialien (C1 , C2) der Materialschicht (C) eine unterschiedliche Wärmeleitfähigkeit aufweisen.
4. Mantelring nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass als Keramikmaterialien (C1 , C2) insbesondere AI2O3, SiAI2θ2, PSZr02, Si3N4 SiAlON, SiAlYON und/oder SiC verwendbar sind.
5. Mantelring nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die zylindrische Manteloberfläche glatt ausgebildet ist, und eine Oberflächenrauheit von weniger als 6, vorzugsweise weniger als 1 Mikrometer aufweist.
6. Mantelring nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Basismaterial 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 ist.
7. Mantelring nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die auf das Basismaterial auftragbare Mateπalschicht (B) aus Nickel bzw. einer Nickellegierung und/oder Chrom bzw. einer Chromlegierung besteht.
8. Mantelring nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Materialschicht (B) und/oder die Materialschicht (C) durch ein thermisches Spritzverfahren, wie Plasmaspritzen oder Flammspritzen, oder durch eine andere Beschichtungsmethode, zum Beispiel elektrolytisch bzw. durch HIP cladding aufgetragen ist.
9. Mantelring einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Materialschicht (B) und die aus den Keramikpartikeln bestehende Materialschicht (C) gleichzeitig auftragbar sind.
10. Mantelring einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Basismaterial aus einer Kupferlegierung besteht, auf die als Materialschicht (B) ein legierter Stahl durch Schweissauftragen und ein dünner Keramikauftrag von ca. 0.2 bis 0.4 Millimetern erfolgt.
1 1 . Manteiring einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass an den beidseitigen Stirnflächen des Mantelringes ebenfalls je eine Materialschicht (B) und/oder eine zusätzliche Materialschicht (C) aufgetragen ist, wobei bei den Stirnkanten ein kontinuierlicher Übergang der Materialschicht (B) und/oder der zusätzlichen Materialschicht (C) von der Ringmantelfläche auf die jeweilige Stirnfläche erzeugt ist.
12. Mantelring nach Anspruch 1 1 , dadurch gekennzeichnet, dass bei den Stirnflächen ein unterschiedliches Keramikmaterial (CSt) als bei der Ringmantelfläche verwendbar ist.
13. Mantelring nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass bei dem bei den Stirnkanten entstehenden Übergang von der Ringoberfläche auf die Stirnflächen ein sich änderndes Mischverhältnis von dem einen zum anderen Keramikmaterial erzeugt ist.
14. Verfahren für den Gebrauch insbesondere einer GiessroUe mit einem Mantelring nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Mantelring nach dem Gebrauch, wenn seine Oberflächenschicht um mindestens 0.1 bis 0.4 Millimetern abgenützt ist, für einen weiteren Gebrauch wieder auf den ursprünglichen Durchmesser beschichtet wird.
15. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Mantelring nach der Abnützung mit der aus Keramikpartikeln bestehen- den Materialschicht (C) beschichtet und zur Erzeugung einer glatten Oberfläche bearbeitet, vorzugsweise geschliffen und/oder poliert wird.
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