EP1520643B1 - Verfahren zum Beschichten eines in einer Stranggiessanlage eingesetzten Kokillenkörpers - Google Patents

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EP1520643B1
EP1520643B1 EP04021767A EP04021767A EP1520643B1 EP 1520643 B1 EP1520643 B1 EP 1520643B1 EP 04021767 A EP04021767 A EP 04021767A EP 04021767 A EP04021767 A EP 04021767A EP 1520643 B1 EP1520643 B1 EP 1520643B1
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EP
European Patent Office
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coating
metal
wear protection
protection layer
ceramic wear
Prior art date
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Expired - Lifetime
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EP04021767A
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English (en)
French (fr)
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EP1520643A1 (de
Inventor
Hans-Jürgen Hemschemeier
Dietmar Kolbeck
Hans-Günter Wobker
Dirk Rode
Hans Dirk Piwowar
Gerhard HUGENSCHÜTT
Roland Hauri
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Cunova GmbH
Original Assignee
KME Germany GmbH and Co KG
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Publication date
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    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
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    • C23C4/18—After-treatment
    • 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
    • B22D11/04—Continuous casting of metals, i.e. casting in indefinite lengths into open-ended moulds
    • B22D11/059—Mould materials or platings
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
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    • C23C4/12—Coating by spraying the coating material in the molten state, e.g. by flame, plasma or electric discharge characterised by the method of spraying

Definitions

  • the invention relates to a method for coating a mold body used in a continuous casting plant according to the features in the preamble of patent claim 1.
  • the basic structure of a mold usually consists of an outer steel construction and the actual forming part of the mold, the Kokillenanalysis, which today consists almost entirely of copper or a copper alloy.
  • the steel shell supporting the mold body has the task of positioning the mold body and ensuring the water circulation required for cooling. In the continuous casting of metal smaller formats predominantly Kokillenrohre be used.
  • the cast strand forms in the mold tube due to the high heat extraction of a cast strand shell, which must have sufficient dimensional stability when leaving the mold tube. Due to the temperature reduction of the cast metal, the cross section of the cast strand decreases with increasing casting time. In order to ensure the most continuous possible contact of the cast strand shell with Kokillenrohrober Design, the cross section and the opening dimension of Kokillenrohrs is also carried out from the top to the foot with a matched to the cast strand shell conicity. However, the different metal types due to their composition on a different shrinkage behavior, so that the taper of a mold tube is not suitable for every type of metal. If the conicity of the Kokillenrohrs or the Kokillen stressess too large, heavy wear can occur within the Kokillenrohrs.
  • the inner surface of the mold tube In order to reduce the wear of the mold tube, it is known to provide the inner surface of the mold tube with a galvanic wear protection layer of hard chrome.
  • the layer thickness of this hard chrome layer is usually 0.05 mm to 0.12 mm. Due to the galvanic deposition process, the layer thickness in the Kokillenrohrecken is made thinner.
  • the invention is based on the object, a method for coating a mold body used in a continuous casting made of copper or a copper alloy with an inner coating of chromium show by which a particularly high wear resistance, especially in the lower part of the mold body can be achieved, as well as a Kokillenanalysis show with these properties.
  • a further coating is applied to the inner coating of chromium by means of a thermal spraying process.
  • the additional coating is a metal-ceramic wear protection layer whose layer hardness differs by a factor of 0.6 to 2 from the layer hardness of the inner coating.
  • the layer hardness of the metal-ceramic wear protection layer may be in a range from 650 HV to 2,000 HV, preferably in a range from 1,100 HV to 1,400 HV.
  • Layer thicknesses of up to 0.2 mm of the metal-ceramic wear protection layer are possible, the layer thickness preferably increasing in the casting direction. In principle, the layer height can also be constant over the entire extent of the metal-ceramic wear protection layer.
  • a metal-ceramic wear protection layer in the context of the invention is a coating which has carbide and oxidic constituents.
  • the height of the coated region is dependent on the size of the mold body, which in principle can be a one-part mold tube within the scope of the invention.
  • the term die body in the context of the invention also means a multi-part casting mold, for example a plate mold.
  • the height of the metal-ceramic wear protection layer can be up to half the length of the mold tubes Kokillenrohrs amount.
  • the layer thickness distribution can vary over its horizontal course, ie transversely to the wedge shape.
  • the layer thickness on side surfaces of a mold tube may differ from the layer thickness in the corner regions of the mold tube.
  • the design of the metal-ceramic wear protection layer is adapted to the typical wear pattern of the mold body. Therefore, the additional wear protection layer can also be applied only partially, for example only in the corner regions or only on the side surfaces of the mold body.
  • metal-ceramic wear protection layer is applied exclusively in areas in which significantly thinner inner coatings have formed during a galvanic deposition process. Deviations of more than 30% from the average layer thickness of the inner coating are to be understood as significant.
  • the application of the metal-ceramic wear protection layer must be very careful and uniform in order to maintain the desired conicity of the Kokillen stressess.
  • the application of the metal-ceramic wear protection layer takes place with the aid of a robot-controlled coating head whose orientation determines the direction of a coating jet, the coating head passes through a control curve, starting at a starting point in which the coating jet in a Angular range greater than 40 °, in particular in an angular range of 40 ° to 60 ° to the surface to be coated and ending in a reversal point, in which the coating head at an angle less than or equal to 40 °, in particular less than or equal to 20 ° to the coating surface, wherein the beam length measured in the direction of the coating jet is kept substantially constant during the passage through the control curve.
  • the control curve can of course be traversed in both directions.
  • the control cam is preferably a section of a branch of a parabolic cam. That is, the course between reversal point and starting point is strictly monotonically increasing or decreasing, depending on how start and reversal point are oriented with respect to the surface to be coated.
  • the maximum length of the coating jet is dependent on the operating parameters and is preferably in a range of 250 mm to 400 mm.
  • the coating head at the starting point z. B. 300 mm away from the surface to be coated, the coating jet is directed at a 45 ° angle to the surface to be coated. This angle decreases continuously when passing through the control curve until reaching the reversal point.
  • the coating jet sweeps over a larger area at small angles, ie approaching the turning point for a constant time unit than at larger angles, ie when the coating head is in the vicinity of the starting point. Due to the strictly monotonous course of the cam results in these operating parameters continuously increasing or decreasing layer thickness profile of the metal-ceramic wear protection layer.
  • a control cam is selected in which the turning point lies between the starting point and a fictitious end point and in which the tangent of the control curve runs in the fictitious end point parallel to the surface to be coated.
  • the endpoint effectively forms the vertex or saddle point of a parabola.
  • the tangents of the control curve at the starting point and at the reversal point correspond to the directions of the coating jet in the respective Points. Due to the position of the reversal point, the maximum depth of insertion or height of the metal-ceramic wear protection layer is determined starting from the lower edge of the mold body.
  • the coating head is moved when passing through the control curve between the starting point and reversal point and back simultaneously transverse to the coating jet and parallel to the surface to be coated, so that as a result an oscillating, in particular a zigzag-shaped space curve of the Passage coating head.
  • the space curve can also be meander-shaped or, for example, also sinusoidal, whereby a phase shift between the individual space curves can be provided for multiple traverses of the space curves in order to ensure a uniform application of the metal-ceramic wear protection layer.
  • the quasi lateral displacement of the coating head makes it possible to evenly coat larger surfaces with a defined layer thickness distribution.
  • a constant layer thickness can only be ensured by a robot control of the coating head.
  • the control curve and feed rate are programmed in the thermal coating system and these program-defined control curves are traversed one or more times. Basically, it is expedient to run the space curves several times. In accordance with the invention, it is provided that the space curve is traversed 5 to 15 times depending on the desired layer thickness per 0.1 mm to be applied. This means that for a layer thickness of 0.2 mm at the exit end of the cast strand 10 to 30 passes for application of the metal-ceramic wear protection layer are required.
  • the relative residence time of the coating head is greater in particular in the region of the reversal points and the starting points than in the middle region between the reversal points and the starting points, it can be provided that the travel speed of the coating head is a function of its position on the control cam. In particular, it can be provided that the travel speed of the coating head is increased when the direction is reversed.
  • the thickness of the metal-ceramic wear protection layer may increase in the casting direction, wherein corresponding recesses are formed on the inner side of the mold before the application of the inner coating of the thickness and the thickness profile of the metal-ceramic wear protection layer. In this way it is possible to maintain the desired taper of the mold tube. The machine adjustment of the geometry of the mold tube must be made before applying the inner coating of chrome.
  • An optimal adaptation of the metal-ceramic wear protection layer to the desired final contour of the mold body can be achieved if the metal-ceramic wear protection layer is subsequently machined mechanically shaping.
  • individual areas of the metal-ceramic wear protection layer can be machined with tools with a geometrically determined or indefinite cutting edge.
  • the method according to the invention is particularly suitable for coating mold tubes only in the region of their corner radii or deliberately omitting the corner radii and the remaining inner surfaces of the Coating mold tube.
  • the inner coating of chromium, in particular of hard chrome is provided with an additional metal-ceramic wear protection layer, which is applied by means of a thermal spraying process.
  • an additional metal-ceramic wear protection layer which is applied by means of a thermal spraying process.
  • a robot-controlled coating head is used.
  • the layer hardness of the metal-ceramic wear protection layer differs by a factor of 0.6 to 2 from the layer hardness of the inner coating. It is preferably a factor of 1.2 to 1.4 above the layer hardness of the inner coating.
  • the inner coating can be completely or partially covered with the metal-ceramic wear protection layer.
  • FIG. 1 a Kokillenharm referred to in the form of a Kokillenrohrs, which is already provided in a manner not shown with an inner coating of hard chrome.
  • a metal-ceramic wear protection layer is applied by means of a thermal spraying process, whose layer hardness differs by a factor of 0.6 to 2 from the layer hardness of the inner coating of hard chrome.
  • the drawn zigzag-shaped space curve 2 illustrates the course of a coating head, not shown, during the coating process.
  • the space curve 2 is traversed several times from right to left and from left to right as a function of the desired layer thickness according to the pointing in the X direction arrow P 2 , wherein an oscillating movement is performed, as the arrow P 1 illustrates.
  • Each individual branch of the space curve 2 extends between a starting point and a turning point 4, both of which lie on a control cam 5.
  • FIG. 2 shows the possible course of a control cam 5, relative to a surface to be coated 6.
  • the lying between the starting point 3 and the turning point 4 area of the control cam 5 corresponds to a branch of the zigzag-shaped space curve 2 of FIG. 1 ,
  • the cam 5 has a parabolic course, wherein the vertex of the notional parabola is a fictitious end point 7, which lies in the image plane above the surface 6 to be coated.
  • a tangent T which passes through the fictitious end point 7, is parallel to the surface 6 to be coated, which is in this Embodiment is a straight plane. From the illustration it is clear that the turning point 4 is to a certain extent outside the surface 6 or the mold body 1 to be coated.
  • a tangent T 1 through the turning point 4 illustrates the direction of the coating jet 9 and its length L until it hits the surface 6 to be coated.
  • the tangent T 1 encloses an angle ⁇ 1 with the surface to be coated, which is smaller than 20 °
  • the angle ⁇ 2 between the tangent T 2 through the starting point 3 of the coating head includes with the surface 6 to be coated an angle ⁇ 2 , which in this embodiment is about 40 °.
  • the coating head is continuously, between the starting point 3 and the reversal point 4 back and forth (arrow P 1 ) and simultaneously transversely to the coating beam 8 and parallel to the surface to be coated 6 moves so that the zigzag-shaped Course of the space curve 2 gives, as he in FIG. 1 is shown.

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Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Beschichten eines in einer Stranggießanlage eingesetzten Kokillenkörpers gemäß den Merkmalen im Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
  • Der prinzipielle Aufbau einer Kokille besteht in der Regel aus einer äußeren Stahlkonstruktion und dem eigentlichen formgebenden Teil der Kokille, dem Kokillenkörper, der heute fast ausschließlich aus Kupfer oder einer Kupferlegierung besteht. Der den Kokillenkörper stützende Stahlmantel hat die Aufgabe, den Kokillenkörper zu positionieren und den zur Kühlung erforderlichen Wasserkreislauf sicherzustellen. Beim kontinuierlichen Strangguß von Metall kleinerer Formate werden vorwiegend Kokillenrohre eingesetzt.
  • Während des Gießens bildet der Gießstrang in dem Kokillenrohr aufgrund des hohen Wärmeentzugs eine Gießstrangschale aus, die beim Verlassen des Kokillenrohrs eine ausreichende Formstabilität aufweisen muss. Aufgrund der Temperaturverringerung des vergossenen Metalls nimmt der Querschnitt des Gießstrangs mit zunehmender Gießdauer ab. Um einen möglichst kontinuierlichen Kontakt der Gießstrangschale mit der Kokillenrohroberfläche zu gewährleisten, wird der Querschnitt bzw. das Öffnungsmaß des Kokillenrohrs ebenfalls vom Kopf- bis zum Fußende mit einer an die Gießstrangschale angepassten Konizität ausgeführt. Allerdings weisen die unterschiedlichen Metallsorten aufgrund ihrer Zusammensetzung ein voneinander abweichendes Schrumpfungsverhalten auf, so dass die Konizität eines Kokillenrohres nicht für jede Metallsorte passend ist. Ist die Konizität des Kokillenrohrs oder des Kokillenkörpers zu groß, kann innerhalb des Kokillenrohrs starker Verschleiß auftreten.
  • Da die Festigkeit und Härte der Gießstrangoberfläche mit zunehmender Verweilzeit in dem Kokillenrohr zunimmt, ist die Reibung des Gießstrangs gegenüber der Kokillenrohrinnenfläche im Bereich der unteren Kokillenrohrhälfte besonders groß. Dieser Verschleiß bewirkt eine Vergrößerung des Kokillenrohrquerschnitts, wodurch der Gießstrang letztendlich den Kontakt mit der Kokillenrohroberfläche verliert. Eine weitere Kühlung und Führung des vergossenen Stranges wird in diesem Fall nicht mehr durch die Kokille gewährleistet.
  • Um den Verschleiß des Kokillenrohrs zu verringern, ist es bekannt, die Innenfläche des Kokillenrohrs mit einer galvanischen Verschleißschutzschicht aus Hartchrom zu versehen. Die Schichtdicke dieser Hartchromschicht beträgt in der Regel 0,05 mm bis 0,12 mm. Aufgrund des galvanischen Abscheideprozesses ist die Schichtdicke in den Kokillenrohrecken dünner ausgeführt.
  • Aus der JP 1 233047 A ist es bekannt, auf eine Cermet-Beschichtung durch thermisches Spritzen eine weitere Verschleißschutzschicht, beispielsweise aus Chrom, Nickel oder Cobalt aufzubringen.
  • Eine weitere Variante zur Aufbringung von Verschleißschutzschichten wird in der JP 10 2300348 A beschrieben. Hier werden Beschichtungen aus verschiedenen Materialien durch thermisches Spritzen, anstatt übereinander nebeneinander angeordnet auf die Innenseite einer Kokille aufgebracht.
  • Darüber hinaus ist es bekannt, die Reibung der Gießstrangschale gegenüber der inneren Kokillenrohroberfläche durch zusätzliche Gießhilfsmittel zu reduzieren. Bei bestimmten Kokillenrohrbauformen kann ein Verschleiß des Kokillenrohreckbereichs durch eine aufwendige Geometrieveränderung des Querschnitts erreicht werden, ohne dass dadurch ein Verlust der Gießstrangführung und der Kühlung der Seitenflächen des Gießstranges entsteht.
  • Hiervon ausgehend liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Beschichten eines in einer Stranggießanlage eingesetzten Kokillenkörpers aus Kupfer oder einer Kupferlegierung mit einer Innenbeschichtung aus Chrom aufzuzeigen, durch welches eine besonders hohe Verschleißfestigkeit, insbesondere im unteren Bereich des Kokillenkörpers erzielbar ist, sowie einen Kokillenkörper mit diesen Eigenschaften aufzuzeigen.
  • Die Lösung des verfahrensmäßigen Teils dieser Aufgabe besteht nach der Erfindung in den kennzeichnenden Merkmalen des Patentanspruchs 1. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der Patentansprüche 2 bis 11.
  • Gemäß Patentanspruch 1 wird auf die Innenbeschichtung aus Chrom eine weitere Beschichtung mittels eines thermischen Spritzverfahrens aufgebracht. Die zusätzliche Beschichtung ist eine Metall-Keramik-Verschleißschutzschicht, deren Schichthärte sich um einen Faktor 0,6 bis 2 von der Schichthärte der Innenbeschichtung unterscheidet. Je nach Härte der Innenbeschichtung aus Chrom kann die Schichthärte der Metall-Keramik-Verschleißschutzschicht in einem Bereich von 650 HV bis 2.000 HV, vorzugsweise in einem Bereich von 1.100 HV bis 1.400 HV liegen. Schichtdicken bis zu 0,2 mm der Metall-Keramik-Verschleißschutzschicht sind möglich, wobei die Schichtdicke vorzugsweise in Gießrichtung zunimmt. Grundsätzlich kann die Schichthöhe auch über die gesamte Erstreckung der Metall-Keramik-Verschleißschutzschicht konstant sein. Eine Metall-Keramik-Verschleißschutz-schicht im Sinne der Erfindung ist eine Beschichtung, die karbidische und oxidische Bestandteile aufweist.
  • Die Höhe des beschichteten Bereichs ist abhängig von der Größe des Kokillenkörpers, der im Rahmen der Erfindung grundsätzlich ein einteiliges Kokillenrohr sein kann. Selbstverständlich ist unter dem Begriff Kokillenkörper im Sinne der Erfindung auch eine mehrteilige Gießform, beispielsweise eine Plattenkokille zu verstehen. Die Höhe der Metall-Keramik-Verschleißschutzschicht kann bei Kokillenrohren bis zur Hälfte der Länge des Kokillenrohrs betragen. Die Schichtdickenverteilung kann über ihren horizontalen Verlauf d.h. quer zur Keilform variieren. Insbesondere kann sich die Schichtdicke auf Seitenflächen eines Kokillenrohrs von der Schichtdicke in den Eckbereichen des Kokillenrohrs unterscheiden. Grundsätzlich ist die Ausführung der Metall-Keramik-Verschleißschutzschicht dem typischen Verschleißbild des Kokillenkörpers angepasst. Daher kann die zusätzliche Verschleißschutzschicht auch nur partiell, z.B. nur in den Eckenbereichen oder nur auf den Seitenflächen des Kokillenkörpers aufgetragen werden.
  • Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Metall-Keramik-Verschleißschutzschicht ausschließlich in Bereichen aufgetragen wird, in denen sich bei einem galvanischen Abscheideprozess signifikant dünnere Innenbeschichtungen ausgebildet haben. Als signifikant sind Abweichungen von mehr als 30 % von der durchschnittlichen Schichtdicke der Innenbeschichtung zu verstehen.
  • Das Auftragen der Metall-Keramik-Verschleißschutzschicht muss sehr sorgfältig und gleichmäßig erfolgen, um die gewünschte Konizität des Kokillenkörpers beizubehalten. Als besonders vorteilhaft hat es sich herausgestellt, wenn das Auftragen der Metall-Keramik-Verschleißschutzschicht mit Hilfe eines robotergesteuerten Beschichtungskopfs erfolgt, dessen Orientierung die Richtung eines Beschichtungsstrahls bestimmt, wobei der Beschichtungskopf eine Steuerkurve durchfährt, beginnend bei einem Startpunkt, in welchem der Beschichtungsstrahl in einem Winkelbereich größer als 40°, insbesondere in einem Winkelbereich von 40° bis 60° zu der zu beschichtenden Fläche steht und in einem Umkehrpunkt endend, in welchem der Beschichtungskopf in einem Winkel kleiner oder gleich 40°, insbesondere kleiner oder gleich 20° zu der zu beschichtenden Fläche steht, wobei die in Richtung des Beschichtungsstrahls gemessene Strahllänge während des Durchfahrens der Steuerkurve im wesentlichen konstant gehalten wird. Die Steuerkurve kann selbstverständlich in beide Richtungen durchfahren werden. Es handelt sich bei der Steuerkurve vorzugsweise um einen Abschnitt eines Asts einer parabelförmigen Steuerkurve. Das heißt, der Verlauf zwischen Umkehrpunkt und Startpunkt ist streng monoton steigend bzw. fallend, je nachdem wie Start- und Umkehrpunkt gegenüber der zu beschichtenden Fläche orientiert sind. Die maximale Länge des Beschichtungsstrahls ist abhängig von den Betriebsparametern und liegt vorzugsweise in einem Bereich von 250 mm bis 400 mm. In einer vorteilhaften Ausführungsform kann der Beschichtungskopf im Startpunkt z. B. 300 mm von der zu beschichtenden Fläche entfernt sein, wobei der Beschichtungsstrahl in einem 45°-Winkel auf die zu beschichtende Fläche gerichtet ist. Dieser Winkel nimmt beim Durchfahren der Steuerkurve kontinuierlich ab bis zum Erreichen des Umkehrpunkts. Bei einer konstanten Ausbringungsmenge von z.B. 80 g/min und bei einer konstanten Verfahrgeschwindigkeit des Beschichtungskopfes überstreicht der Beschichtungsstrahl bei kleinen Winkeln, also bei Annäherung an den Umkehrpunkt während einer konstanten Zeiteinheit eine größere Fläche als bei größeren Winkeln, d.h. wenn sich der Beschichtungskopf in der Nähe des Startpunkts befindet. Durch den streng monotonen Verlauf der Steuerkurve ergibt sich ein bei diesen Betriebsparametern kontinuierlich zunehmender bzw. abnehmender Schichtdickenverlauf der Metall-Keramik-Verschleißschutzschicht.
  • Es hat sich als zweckmäßig erwiesen, wenn eine Steuerkurve gewählt wird, bei welcher der Umkehrpunkt zwischen dem Startpunkt und einem fiktiven Endpunkt liegt und bei welcher die Tangente der Steuerkurve im fiktiven Endpunkt parallel zu der zu beschichtenden Fläche verläuft. Der Endpunkt bildet gewissermaßen den Scheitelpunkt oder auch Sattelpunkt einer Parabel. Die Tangenten der Steuerkurve im Startpunkt sowie im Umkehrpunkt entsprechen den Richtungen des Beschichtungsstrahls in den jeweiligen Punkten. Durch die Lage des Umkehrpunkts wird die maximale Einbringungstiefe bzw. -höhe der Metall-Keramik-Verschleißschutzschicht ausgehend vom unteren Rand des Kokillenkörpers bestimmt.
  • In vorteilhafter Ausgestaltung ist vorgesehen, dass der Beschichtungskopf beim Durchfahren der Steuerkurve zwischen Startpunkt und Umkehrpunkt und zurück gleichzeitig quer zum Beschichtungsstrahl und parallel zu der zu beschichtenden Fläche verfahren wird, so dass im Ergebnis eine oszillierende, insbesondere eine Zick-Zack-förmige Raumkurve von dem Beschichtungskopf durchfahren wird. Die Raumkurve kann je nach seitlicher Verfahrgeschwindigkeit natürlich auch mäanderförmig oder z.B. auch sinuskurvenförmig sein, wobei bei einem mehrfachen Durchfahren der Raumkurven eine Phasenverschiebung zwischen den einzelnen Raumkurven vorgesehen sein kann, um einen gleichmäßigen Auftrag der Metall-Keramik-Verschleißschutzschicht zu gewährleisten. Die quasi seitliche Verschiebung des Beschichtungskopfes ermöglicht es, auch größere Flächen gleichmäßig mit definierter Schichtdickenverteilung zu beschichten. Eine gleich bleibende Schichtdicke kann allerdings nur durch eine Robotersteuerung des Beschichtungskopfes gewährleistet werden. Das bedeutet, dass die Steuerkurve und Vorschubgeschwindigkeit in der thermischen Beschichtungsanlage programmiert sind und diese programmtechnisch festgelegten Steuerkurven ein- oder mehrfach abgefahren werden. Grundsätzlich ist es zweckmäßig, die Raumkurven mehrfach abzufahren. In erfindungsgemäßer Weiterbildung ist vorgesehen, dass die Raumkurve in Abhängigkeit von der gewünschten Schichtdicke je aufzutragenden 0,1 mm 5 bis 15-fach durchfahren wird. Das bedeutet, dass für eine Schichtdicke von 0,2 mm am Austrittsende des Gießstrangs 10 bis 30 Durchgänge zum Auftragen der Metall-Keramik-Verschleißschutzschicht erforderlich sind.
  • Grundsätzlich ist es selbstverständlich möglich, weitere Parameter des Beschichtungsverfahrens zu variieren, wobei es jedoch zweckmäßig ist, ein konstantes Ausbringungsvolumen zu wählen und bei konstanter Verfahrgeschwindigkeit lediglich den Steuer-kurvenverlauf zu variieren. Da insbesondere im Bereich der Umkehrpunkte und der Startpunkte die relative Verweildauer des Beschichtungskopfs größer ist als im mittleren Bereich zwischen den Umkehrpunkten und den Startpunkten, kann vorgesehen sein, dass die Verfahrgeschwindigkeit des Beschichtungskopfes eine Funktion seiner Position auf der Steuerkurve ist. Insbesondere kann vorgesehen sein, dass die Verfahrgeschwindigkeit des Beschichtungskopfes bei einer Richtungsumkehr erhöht ist.
  • Die Dicke der Metall-Keramik-Verschleißschutzschicht kann in Gießrichtung zunehmen, wobei an der Kokilleninnenseite vor dem Auftragen der Innenbeschichtung der Dicke und dem Dickenverlauf der Metall-Keramik-Verschleißschutzschicht entsprechende Aussparungen gebildet werden. Auf diese Weise ist es möglich, die gewünschte Konizität des Kokillenrohrs beizubehalten. Die maschinelle Anpassung der Geometrie des Kokillenrohrs muss vor dem Auftragen der Innenbeschichtung aus Chrom erfolgen.
  • Eine optimale Anpassung der Metall-Keramik-Verschleißschutzschicht an die gewünschte Endkontur des Kokillenkörpers kann erreicht werden, wenn die Metall-Keramik-Verschleißschutzschicht nachträglich formgebend mechanisch bearbeitet wird. Hierzu können einzelne Bereiche der Metall-Keramik-Verschleißschutzschicht mit Werkzeugen mit geometrisch bestimmter oder unbestimmter Schneide zerspant werden.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren ist insbesondere dazu geeignet, Kokillenrohre lediglich im Bereich ihrer Eckradien zu beschichten oder die Eckradien bewusst auszusparen und die übrigen Innenflächen des Kokillenrohrs zu beschichten. Durch Anwendung des beschriebenen Verfahrens von beiden Öffnungseiten eines Kokillenrohrs her kann auch eine durchgehende Beschichtung des Kokillenrohrs erreicht werden. Dadurch ist im unteren Bereich des Kokillenrohrs ein sehr guter Verschleißschutz gegeben, während im oberen Bereich des Kokillenrohrs eine zusätzliche Diffusionssperre durch die Metall-Keramik-Verschleißschutzschicht geschaffen wird.
  • Bei der Erfindung wird die Innenbeschichtung aus Chrom, insbesondere aus Hartchrom mit einer zusätzlichen Metall-Keramik-Verschleißschutzschicht versehen, die mittels eines thermischen Spritzverfahrens aufgebracht wird. Hierzu wird ein robotergesteuerter Beschichtungskopf eingesetzt. Die Schichthärte der Metall-Keramik-Verschleißschutzschicht unterscheidet sich um einen Faktor von 0,6 bis 2 von der Schichthärte der Innenbeschichtung. Sie liegt vorzugsweise um einen Faktor 1,2 bis 1,4 über der Schichthärte der Innenbeschichtung. Die Innenbeschichtung kann ganz oder teilweise mit der Metall-Keramik-Verschleißschutzschicht bedeckt sein.
  • Als Schutzschicht werden mittels thermischen Spritzverfahrens aufgebracht typische Verschleißschutzschichten angewendet. Als besonders geeignet haben sich folgende Metall-Keramik-Schichten erwiesen:
    • WC mit einer Metall-Matrix auf Basis von Co oder CoCr,
    • WCWB mit einer Metall-Matrix auf Basis von Co oder CoCr,
    • CrC-Schichten mit NiCr-Matrix sowie
    • CoCrW(Ni)-Schichten.
  • Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines in den schematischen Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigen:
    • Figur 1
    eine perspektivische Ansicht eines Kokillenköpers in Form eines Kokillenrohrs mit eingezeichnetem Verlauf des nicht näher dargestellten Beschichtungsstrahls und
    Figur 2
    den Verlauf des Beschichtungskopfes relativ zu einer zu beschichtenden Fläche.
  • Mit 1 ist in Figur 1 ein Kokillenkörper in Form eines Kokillenrohrs bezeichnet, der in nicht näher dargestellter Weise bereits mit einer Innenbeschichtung aus Hartchrom versehen ist. Auf diese Innenbeschichtung wird mittels eines thermischen Spritzverfahrens eine Metall-Keramik-Verschleißschutzschicht aufgebracht, deren Schichthärte sich um einen Faktor 0,6 bis 2 von der Schichthärte der Innenbeschichtung aus Hartchrom unterscheidet. Die eingezeichnete Zick-Zack-förmige Raumkurve 2 verdeutlicht den Verlauf eines nicht näher dargestellten Beschichtungskopfes während des Beschichtungsvorgangs. Die Raumkurve 2 wird in Abhängigkeit von der gewünschten Schichtdicke mehrmals von rechts nach links und von links nach rechts durchfahren gemäß dem in X-Richtung weisenden Pfeil P2, wobei eine oszillierende Bewegung ausgeführt wird, wie der Pfeil P1 verdeutlicht. Jeder einzelne Ast der Raumkurve 2 erstreckt sich zwischen einem Startpunkt und einem Umkehrpunkt 4, die beide auf einer Steuerkurve 5 liegen.
  • Figur 2 zeigt den möglichen Verlauf einer Steuerkurve 5, relativ zu einer zu beschichtenden Fläche 6. Der zwischen dem Startpunkt 3 und dem Umkehrpunkt 4 liegende Bereich der Steuerkurve 5 entspricht einem Ast der Zick-Zack-förmigen Raumkurve 2 der Figur 1. Die Steuerkurve 5 besitzt einen parabelförmigen Verlauf, wobei der Scheitelpunkt der fiktiven Parabel ein fiktiver Endpunkt 7 ist, der in der Bildebene oberhalb der zu beschichtenden Fläche 6 liegt. Eine Tangente T, die durch den fiktiven Endpunkt 7 verläuft, liegt parallel zu der zu beschichtenden Fläche 6, die in diesem Ausführungsbeispiel eine gerade Ebene ist. Aus der Darstellung wird deutlich, dass der Umkehrpunkt 4 gewissermaßen außerhalb der zu beschichtenden Fläche 6 bzw. des Kokillenkörpers 1 liegt. Eine Tangente T1 durch den Umkehrpunkt 4 verdeutlicht die Richtung des Beschichtungsstrahls 9 sowie dessen Länge L bis zum Auftreffen auf der zu beschichtenden Fläche 6. Die Tangente T1 schließt mit der zu beschichtenden Fläche einen Winkel α1 ein, der kleiner als 20° ist. Der Winkel α2 zwischen der Tangente T2 durch den Startpunkt 3 des Beschichtungskopfes schließt mit der zu beschichtenden Fläche 6 einen Winkel α2 ein, der in diesem Ausführungsbeispiel etwa 40° beträgt. Bei diesem Ausführungsbeispiel wird der Beschichtungskopf kontinuierlich, zwischen dem Startpunkt 3 und dem Umkehrpunkt 4 hin und her verfahren (Pfeil P1) und gleichzeitig quer zum Beschichtungsstrahl 8 sowie parallel zu der zu beschichtenden Fläche 6 verlagert, so dass sich der Zick-Zack-förmige Verlauf der Raumkurve 2 ergibt, wie er in Figur 1 dargestellt ist.
    • Bezugszeichenaufstellung:
    • 1 -
    Kokillenkörper
    2 -
    Raumkurve
    3 -
    Startpunkt v. 5
    4 -
    Umkehrpunkt v. 5
    5 -
    Steuerkurve
    6 -
    zu beschichtende Fläche
    7 -
    Endpunkt v. 5
    8 -
    Beschichtungsstrahl
    α1 -
    Winkel zwischen T1 und 6
    α2 -
    Winkel zwischen T2 und 6
    L -
    Länge v. 8
    T -
    Tangente durch 7
    T1 -
    Tangente durch 4
    T2 -
    Tangenten durch 3

Claims (11)

  1. Verfahren zum Beschichten eines in einer Stranggießanlage eingesetzten Kokillenkörpers (1) aus Kupfer oder einer Kupferlegierung, wobei der Kokillenkörper (1) zumindest teilweise mit einer Innenbeschichtung aus Chrom versehen wird, dadurch gekennzeichnet, dass auf die Innenbeschichtung mittels eines thermischen Spritzverfahrens eine Metall-Keramik-Verschleißschutzschicht aufgebracht wird, deren Schichthärte sich um einen Faktor 0,6 bis 2 von der Schichthärte der Innenbeschichtung unterscheidet, wobei das Auftragen der Metall-Keramik-Verschleißschutzschicht mit Hilfe eines robotergesteuerten Beschichtungskopfs erfolgt, dessen Orientierung die Richtung eines Beschichtungsstrahls (8) bestimmt, wobei der Beschichtungskopf eine Steuerkurve (5) durchfährt, beginnend bei einem Startpunkt (3), in welchem der Beschichtungsstrahl (8) in einem Winkelbereich von 40° bis 90° zu der zu beschichtenden Fläche (6) steht, und endend in einem Umkehrpunkt (4), in welchem der Beschichtungskopf in einem Winkel kleiner oder gleich 40° zu der zu beschichtenden Fläche (6) steht, wobei die in Richtung des Beschichtungsstrahls (8) gemessene Strahllänge (L) während des Durchfahrens der Steuerkurve (5) konstant gehalten wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Umkehrpunkt (4) zwischen dem Startpunkt und einem fiktiven Endpunkt (7) der Steuerkurve (5) liegt, wobei eine Kurventangente (T) im fiktiven Endpunkt (7) parallel zu der zu beschichtenden Fläche (6) verläuft.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Beschichtungsstrahl (8) im Startpunkt (3) in einem Winkelbereich von 40° bis 60° zu der zu beschichtenden Fläche (6) steht.
  4. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Beschichtungsstrahl (8) im Umkehrpunkt (4) in einem Winkel (α1) kleiner oder gleich 20° zu der zu beschichtenden Fläche steht.
  5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Beschichtungskopf beim Durchfahren der Steuerkurve (5) zwischen Startpunkt (3) und Umkehrpunkt (4) und zurück gleichzeitig quer zum Beschichtungsstrahl (8) und parallel zu der zu beschichtenden Fläche (6) verfahren wird, so dass ein oszillierende Raumkurve (2) durchfahren wird
  6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Raumkurve (2) in Abhängigkeit von der gewünschten Schichtdicke und in Abhängigkeit von dem pulverförmigen Spritzzusatz je aufzutragenden 0,1 mm 5-fach bis 15-fach durchfahren wird.
  7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Geschwindigkeit der Beschichtungskopfes eine Funktion seiner Position auf der Steuerkurve (5) ist.
  8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Metall-Keramik-Verschleißschutzschicht nur in Bereichen aufgetragen wird, in denen eine galvanisch abgeschiedene Innenbeschichtung aus Chrom eine Schichtdicke besitzt, die um zumindest 30% geringer ist, als die durchschnittliche Schichtdicke der Innenbeschichtung.
  9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Dicke der Metall-Keramik-Verschleißschutzschicht in Gießrichtung zunimmt, wobei an der Kokilleninnenseite vor dem Auftragen der Innenbeschichtung der Dicke und dem Dickenverlauf der Metall-Keramik-Verschleißschutzschicht entsprechende Aussparungen gebildet werden.
  10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die geometrische Form der Metall-Keramik-Verschleißschutzschicht nach ihrem Auftragen durch ein mechanisches Bearbeitungsverfahren an eine Sollkontur angepasst wird.
  11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass bei einem Kokillenrohr die Metall-Keramik-Verschleißschutzschicht von beiden Öffnungsseiten her eingebracht wird, so dass eine durchgängige Metall-Keramik-Verschleißschutzschicht aufgetragen wird.
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