EP1406739A1

EP1406739A1 - Giesswalze für das vergiessen von metallschmelze und verfahren zur herstellung einer solchen giesswalze

Info

Publication number: EP1406739A1
Application number: EP02754675A
Authority: EP
Inventors: Guido Stebner; Werner SCHÜMERS; Manfred Walter
Original assignee: ThyssenKrupp Nirosta GmbH
Current assignee: Outokumpu Nirosta GmbH
Priority date: 2001-07-13
Filing date: 2002-06-14
Publication date: 2004-04-14
Also published as: ZA200400207B; WO2003006193A1; JP2004533934A; DE10134074C1; CN1529642A; SK16442003A3; CZ20033568A3; US20040250981A1; CA2450564A1; RU2004104364A; MXPA04000175A; KR20040024583A; PL367033A1; BR0211142A

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Giesswalze für das Vergiessen von Metallschmelze, insbesondere Stahlschmelze, mit einem aus einem metallischen Werkstoff bestehenden Walzenkörper (2), auf den eine Schicht (4) aufgebracht ist, welche aus einem Metallwerkstoff gebildet ist, der eine höhere Härte aufweist als der Werkstoff des Walzenkörpers (2). Die erfindungsgemässe Giesswalze weist eine erhöhte Lebensdauer und verbesserte Gebrauchseigenschaften auf. Dies wird dadurch erreicht, dass die Schicht (4) über ihre Dicke (D) betrachtet in ihrem an den Walzenkörper (2) grenzenden Bereich eine geringere Härte aufweist als im Bereich ihrer freien Oberfläche (5).

Description

Gießwalze für das Vergießen von Metallschmelze und Verfahren zur Herstellung einer solchen Gießwalze

Die Erfindung betrifft eine Gießwalze für das Vergießen von Metallschmelze, insbesondere Stahlschmelze, mit einem aus einem metallischen Werkstoff bestehenden Walzenkörper, auf den eine Schicht aufgebracht ist, welche aus einem Metallwerkstoff gebildet ist, der eine höhere Härte aufweist als der Werkstoff des Walzenkörpers. Derartige Gießwalzen werden eingesetzt in Maschinen zum kontinuierlichen Vergießen von Stahlschmelze zu gegossenem Band.

Beim Bandgießen von Stahl in solchen auch als "Double Roller-" oder "Zwei-Rollen-Gießmaschinen" bezeichneten Vorrichtungen sind jeweils zwei während des Gießprozesses gegenläufig rotierende, achsparallel angeordnete und innengekühlte Gießwalzen vorhanden, welche die Längsseiten eines zwischen ihnen ausgebildeten Gießspalt begrenzen. In diesen Gießspalt wird jeweils soviel flüssige Schmelze gegossen, daß sich oberhalb des Gießspalts ein Schmelzensumpf bildet. Die aus diesem Schmelzensumpf auf die Gießwalzen gelangende Schmelze erstarrt und wird von den Gießwalzen in den Gießspalt gefördert. Im Gießspalt wird aus den so auf den Gießwalzen gebildeten Schalen und noch fließfähiger Schmelze das gegossene Band geformt, welches anschließend abgezogen und der Weiterverarbeitung zugeleitet wird. Um eine gute Wärmeleitfähigkeit der Gießwalzen zu gewährleisten, bestehen diese in der Regel mindestens im Bereich ihrer Umfangsflachen aus einer Kupferlegierung. Auf diese Weise wird zwar eine gute Ableitung der Wärme erreicht. Im praktischen Betrieb unterliegen die Gießwalzen jedoch starken mechanischen und thermischen Belastungen, die bei dem zur Herstellung der Gießwalzen verwendeten Kupferwerkstoff zu erheblichem Verschleiß führen.

Aus diesem Grunde werden zum Vergießen von Stahl eingesetzte Gießwalzen auf ihrer Umfangsflache in der Regel mit einer Beschichtung versehen, die eine höhere Härte besitzt als der übrige Werkstoff der Gießwalze. Ein Verfahren zur Erzeugung der Beschichtung auf dem aus Kupfer bestehenden Walzenkörper einer Gießwalze ist aus der EP 0 801 154 Bl bekannt. Gemäß dem bekannten Verfahren wird unter Beachtung bestimmter Verfahrensschritte die aus einem Kupferwerkstoff bestehende Umfangsflache der Gießwalze mit einer Nickelschicht überzogen, so daß die fertige Gießwalze auf ihren mit der Schmelze in Kontakt kommenden Umfangsflache mit einer verschleißfesten, harten Schicht überzogen ist. Diese Nickelschicht schützt die Kupferwalzen vor mechanischer Beschädigung und verringert ihre thermische Belastung. Gleichzeitig liegt im Bereich der Schicht aufgrund ihrer schlechteren Wärmeleitfähigkeit eine höhere Temperatur vor als im Bereich des aus Kupfer von hoher Wärmeleitfähigkeit bestehenden Walzenkörpers. Durch die höhere Temperatur der Außenschicht wird eine verbesserte Oberfläche der gegossenen Bänder erreicht. Ein Problem bei mit einer Beschichtung versehenen Gießwalzen der voranstehend erläuterten Art besteht darin, daß die jeweils aufgetragene Schicht ein anderes Wärmeausdehnungsverhalten zeigt als der Kupferwerkstoff des Walzenkörpers, von dem sie getragen ist. Sind diese Unterschiede zu groß, so kann es zum Abreißen oder Abplatzen von Teilen der Beschichtung kommen. Der dann bloßliegende Abschnitt des Walzenkörpers kommt direkt mit der Schmelze in Kontakt, wodurch zusätzlicher Verschleiß verursacht wird.

Zur Lösung dieses Problems ist in der EP 0 421 908 Bl vorgeschlagen worden, zwei unterschiedliche Schichten auf einen aus Kupfer bestehenden Walzenkörper aufzutragen, wobei die unmittelbar auf dem Walzenkörper aufliegende Schicht sich bei Erwärmung stärker ausdehnt als die äußere, mit der Schmelze direkt in Kontakt kommende Schicht . Auf diese Weise soll die äußere Schicht auf der inneren Schicht verspannt sein, obwohl die innere Schicht aufgrund der Kühlung des Walzenkörpers kälter ist als die äußere. Dabei besteht die äußere Schicht vorzugsweise aus Stahl, Nickel oder Chrom, während die innere Schicht aus Kupfer gefertigt ist. Nachteilig an dieser Art der doppelten Beschichtung ist, daß dabei eine zusätzliche, zwischen der ersten und der zweiten Schicht liegende Grenzschicht geschaffen ist, an der es unter ungünstigen Verfahrensbedingungen oder aufgrund ungleichförmiger Materialbeschaffenheit zu Haftungsproblemen kommen kann. Daher bestehen im praktischen Betrieb auch bei einer entsprechend der EP 0 421 908 Bl Probleme hinsichtlich der Zuverlässigkeit und Verschleißfestigkeit der Beschichtung. Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ausgehend von dem voranstehend erläuterten Stand der Technik eine Gießwalze zu schaffen, die eine erhöhte Lebensdauer und verbesserte Gebrauchseigenschaften aufweist . Darüber hinaus soll ein Verfahren zur Herstellung einer solchen Gießwalze angegeben werden.

Diese Aufgabe wird bei einer Vorrichtung der eingangs erläuterten Art dadurch gelöst, daß die auf den Walzenkörper aufgebrachte Schicht über ihre Dicke betrachtet in ihrem an den Walzenkörper grenzenden Bereich eine geringere Härte aufweist als im Bereich ihrer freien Oberfläche.

Gemäß der Erfindung ist nur eine einzige, vorzugsweise auf einer Nickellegierung basierende Schicht auf den Walzenkörper aufgebracht. Diese Schicht ist jedoch so beschaffen, daß sie im an den Walzenkorper angrenzenden Bereich eine geringere Härte besitzt als im Bereich ihrer mit der Schmelze direkt in Kontakt kommenden Außenfläche. Infolge dieser über die Dicke der Schicht ausgehend von dem Walzenkörper nach außen zunehmenden Härte weist die Schicht im an den Walzenkörper grenzenden Bereich eine erhöhte Duktilität auf, so daß sie in diesem Bereich die Verformungen des Kupfermantels des Walzenkörpers aufnehmen kann und eine gute Haftung der Schicht auf dem Walzenkörper gewährleistet ist. Die Gefahr eines Ablosens der Beschichtung vom Walzenkörper im Betrieb wird auf diese Weise verhindert, so daß ein dauerhaft zuverlässiger Betrieb der Gießwalzen gewährleistet ist. Gleichzeitig ist die Härte am Umfang der Gießwalze so hoch, daß die Oberfläche einer erfindungsgemäßen Gießwalze eine gute Verschleißfestigkeit besitzt und somit eine erhöhte Lebensdauer aufweist.

Der unterschiedliche Härteverlauf in der auf den Walzenkörper aufgebrachten Schicht kann dadurch erzeugt werden, daß die Schicht in ihrem an den Walzenkörper grenzenden Bereich eine andere Zusammensetzung aufweist als im Bereich ihrer freien Oberfläche. So können beispielsweise im Verlauf der Beschichtung die Anteile der Elemente am jeweils eingesetzten Elektrolyten gesteigert werden, die zu einer Erhöhung der Härte des jeweils abgeschiedenen Werkstoffs führen. Auf diese Weise wird eine über die Dicke der Schicht unterschiedliche Zusammensetzung der Legierung erhalten. Deren Verteilung ist so ausgebildet, daß sie im an den Walzenkorper angrenzenden Bereich weniger hart und gleichzeitig duktiler ist als am Umfang der Gießwalze. Als härtesteigernde Elemente sind in diesem Zusammenhang beispielsweise Natriumeitrat oder Schwefel geeignet, die sich bevorzugt einsetzen lassen, wenn die Beschichtung auf Basis einer Nickellegierung erzeugt wird.

Alternativ oder ergänzend zur Beeinflussung des Härteverlaufs durch eine Änderung der Zusammensetzung kann der Beschichtungsprozeß auch so geführt werden, daß die Schicht in ihrem an den Walzenkorper grenzenden Bereich ein weicheres Gefüge aufweist als im Bereich ihrer freien Außenfläche. Dies kann dadurch erreicht werden, daß der Abscheidestrom im Verlauf des Beschichtungsprozesses ausgehend von einem Mindestwert gesteigert wird. Durch eine niedrige Abscheidestromstärke zu Beginn der Beschichtung wird zunächst ein feinkörniger Schichtdickenbereich ausgebildet, der eine erhöhte Duktilität besitzt. Durch anschließende Steigerung der Abscheidestromstärke wird das Gefüge gröber und die Härte der Schicht steigt mit zunehmender Dicke an.

Der Beschichtungsprozeß sollte jeweils so geführt werden, daß ein homogener Schichtaufbau erhalten wird, der in den jeweiligen Problemzonen (Grenzschicht zwischen dem Walzenkörper und der Schicht; Außenfläche der Schicht) die jeweils optimalen Materialeigenschaften besitzt. Dies kann dadurch gewährleistet werden, daß die Zugabe an härtesteigernden Elementen zum Elektrolyten oder die Veränderung des Abscheidestroms jeweils so vorgenommen werden, daß die Härte über die Dicke der Schicht kontinuierlich zunimmt. In Abhängigkeit vom jeweils verwendeten Beschichtungsmaterial, seiner Dicke und den jeweiligen Betriebseinflüssen kann es dabei zweckmäßig sein, wenn die Härte einen ausgehend vom Umfang des Walzenkörpers linear oder progressiv zunehmenden Verlauf aufweist .

Praktische Versuche haben gezeigt, daß erfindungsgemäße Gießwalzen die an sie gestellten Anforderungen sicher erfüllen, wenn die Härte der Schicht im an den Walzenkörper grenzenden Bereich 150 HV bis 250 HV und im Bereich der freien Oberfläche 400 HV bis 500 HV beträgt. Dies gilt insbesondere dann, wenn die Beschichtung basierend auf einem Nickelwerkstoff erzeugt ist.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüche angegeben und werden im Zusammenhang mit dem nachfolgend anhand einer Zeichnung beschriebenen Ausführungsbeispiel näher erläutert. Es zeigen: Fig. 1 eine Gießwalze in perspektivischer Ansicht,

Fig. 2 die Gießwalze im Querschnitt in einem vergrößerten Ausschnitt .

Die Gießwalze 1 weist einen Walzenkörper 2 auf, bei dem mindestens die äußere Umfangsflache 3 aus einem Kupferwerkstoff gebildet ist. In seinem Inneren ist der Walzenkörper 2 mit nicht dargestellten Kühleinrichtungen ausgestattet, über die er im Gießbetrieb gekühlt wird.

Auf der Umfangsflache 3 des Walzenkorpers 2 ist durch elektrolytische Abscheidung eine Schicht 4 aufgebracht worden, die auf einer Nickellegierung basiert. Um einen ausgehend von der Umfangsflache 3 über die Dicke D der Schicht 4 linear zunehmenden, in Fig. 2 durch horizontal verlaufende Striche angedeuteten Härteverlauf in der Schicht 4 zu erzeugen, ist während des Beschichtungsprozesses die Stärke des AbscheideStroms kontinuierliche erhöht worden. Auf diese Weise erfolgte die Bildung der Schicht 4 zu Beginn des Beschichtungprozesses langsam, so daß die Schicht 4 in ihrem mit der Umfangsflache 3 des Walzenkörpers 2 in Kontakt kommenden Bereich eine feine Gefügestruktur aufweist und eine geringe, im Bereich von 150 bis 250 HV liegende Härte bei gleichzeitig erhöhter Duktilität besitzt. Auf diese Weise kann die Schicht in dem betreffenden Dickenbereich der Ausdehnung des Walzenkörpers 2 folgen, die sich infolge der Erwärmung während des Gießens einstellt.

Im Laufe des Beschichtungsprozesses ist der Abscheidestrom kontinuierlich linear erhöht worden mit der Folge, daß die Schichtbildung immer schneller und mit zunehmend gröberem Korn erfolgte. Auf diese Weise nimmt die Härte der Schicht in Richtung der mit der Schmelze in Kontakt kommenden Außenfläche 5 linear zu, so daß die Schicht an der Außenfläche 5 eine maximale, eine hohe Verschleißfestigkeit bewirkende Härte im Bereich von 400 bis 500 HV aufweist.

BEZUGSZEICHEN

1 Gießwalze

2 Walzenkörper

3 äußere Umfangsflache des Walzenkörpers

4 Schicht

5 Außenfläche

D Dicke der Schicht 4

Claims

P A T E N T AN S P R Ü C H E

1. Gießwalze für das Vergießen von Metallschmelze, insbesondere Stahlschmelze, mit einem aus einem metallischen Werkstoff bestehenden Walzenkörper (2) , auf den eine Schicht (4) aufgebracht ist, welche aus einem Metallwerkstoff gebildet ist, der eine höhere Härte aufweist als der Werkstoff des Walzenkörpers

(2) , d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, d a ß die Schicht (4) über ihre Dicke (D) betrachtet in ihrem an den Walzenkörper (2) grenzenden Bereich eine geringere Härte aufweist als im Bereich ihrer freien Oberfläche (5) .

2. Gießwalze nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, d a ß die Schicht (4) in ihrem an den Walzenkorper (2) grenzenden Bereich eine andere Zusammensetzung aufweist als im Bereich ihrer freien Oberfläche (5) .

3. Gießwalze nach einem der Ansprüche 1 oder 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, d a ß die Schicht (4) in ihrem an den Walzenkörper (2) grenzenden Bereich ein weicheres Gefüge aufweist als im Bereich ihrer freien Oberfläche (5) .

4. Gießwalze nach einem der voranstehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, d a ß die Härte der Schicht (4) beginnend mit dem an den Walzenk rper (2) grenzenden Bereich bis zu ihrer freien Oberfläche (5) kontinuierlich zunimmt.

5. Gießwalze nach Anspruch 4, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, d a ß die Härte linear zunimmt .

6. Gießwalze nach Anspruch 4, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, d a ß die Zunahme der Härte einen progressiv ansteigenden Verlauf aufweist ,

7. Gießwalze nach einem der voranstehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, d a ß die Härte der Schicht (4) im an den Walzenkorper (2) grenzenden Bereich 150 HV bis 250 HV und im Bereich der freien Oberfläche (5) 400 HV bis 500 HV beträgt.

8. Gießwalze nach einem der voranstehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, d a ß der Walzenkörper (2) mindestens an seiner mit der Schicht (5) verbundenen Umfangsflache (3) aus einer Kupferlegierung gefertigt ist.

9. Gießwalze nach einem der voranstehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, d a ß die Schicht (4) basierend auf einer Nickellegierung gebildet ist .

10. Verfahren zum Herstellen einer Gießwalze (1), bei dem durch elektrolytische Abscheidung auf einen Walzenkörper (2) eine aus einem metallischen Beschichtungwerkstof gebildete Schicht (4) aufgebracht wird, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, d a ß der Abscheidestrom im Verlauf des Beschichtungsprozesses ausgehend von einem Mindestwert gesteigert wird.

11. Verfahren nach Anspruch 10, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, d a ß die Steigerung des Abscheidestroms kontinuierlich erfolgt.

12. Verfahren nach Anspruch 11, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, d a ß die Steigerung linear erfolgt.

13. Verfahren nach Anspruch 11, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, d a ß die Steigerung progressiv erfolgt.

14. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 13, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, d a ß die Schicht basierend auf einer Nickellegierung gebildet wird.

15. Verfahren zum Herstellen einer Gießwalze (1), bei dem durch elektrolytische Abscheidung auf einen Walzenkörper (2) eine aus einem metallischen Beschichtungswerkstoff gebildete Schicht (4) aufgebracht wird, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, d a ß im Verlauf des Beschichtungsprozesses die Anteile der Elemente an dem Elektrolyten gesteigert werden, die zu einer Erhöhung der Härte des jeweils abgeschiedenen Werkstoffs führen.

16. Verfahren nach Anspruch 15, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, d a ß die Steigerung der Anteile an die Härte erhöhenden Elementen kontinuierlich erfolgt.

17. Verfahren nach Anspruch 16, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, d a ß die Steigerung linear erfolgt.

18. Verfahren nach Anspruch 16, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, d a ß die Steigerung progressiv erfolgt.

19. Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 18, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, d a ß die Schicht basierend auf einer Nickellegierung gebildet wird.

20. Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 19, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, d a ß dem Elektrolyten als härtesteigernde Elemente Natriumeitrat zugegeben wird.

1. Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 19, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, d a ß dem Elektrolyten als härtesteigernde Elemente Schwefel zugegeben wird.