Die Erfindung bezieht sich auf einen Mantelring einer Giessrolle 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 Giessrolle.
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 gekühl ten 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 Oberflächenverschleiss ausgesetzt. Dies führt dazu, dass man diese Oberfläche des Mantels mit einer verschleissfesten Materialschicht einsetzt.
So ist eine gattungsmässige Giessrolle nach der Druckschrift DE-A-4 141 484 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. Mit dieser Beschichtung ist jedoch nicht eine optimale Oberfläche insbesondere bezüglich ihrer Verschleissfestigkeit erzielt.
Bei einer anderen 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, die Abnützung an der Oberfläche der Rolle verkleinert und ferner eine ausreichende Wärmeleitfähigkeit bezweckt wird. Die Herstellung solcher Vertiefungen ist jedoch aufwändig 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 Giessrolle 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 aus Keramikpartikeln besteht.
Bei einer vorteilhaften Ausführung besteht die Materialschicht aus mindestens zwei unterschiedlichen Keramikmaterialien, die mit einer Zufallsverteilung auf die gesamte Ringmantelfläche aufgetragen ist, wobei für die Keramikmaterialien insbesondere SiAl2O2, PSZrO2 und/oder SiC verwendbar sind.
Mit dieser erfindungsgemässen Ausbildung des Mantelringes der Giessrolle 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, und es ist trotzdem gewährleistet, dass bei der Bandhaut keine Risse entstehen.
Mit dem erfindungsgemässen Verfahren für den Gebrauch einer Giessrolle, bei dem der Mantelring nach dem Gebrauch, wenn seine Oberflächenschicht um mindestens 0,1 bis 0,4 Millimetern abgenützt ist, für ei nen 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 gleich bleibender Zustand bezüglich der Wärmeabführung 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 einen Längsschnitt einer teilweise dargestellten Giessrolle 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 Giessrolle 10 sowie eine zweite angedeutete Giessrolle 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 Giessrolle 10 wird für eine vom Grundprinzip her betrachtet konventionelle Bandgiessmaschine insbesondere zur Herstellung von Stahlbändern verwendet. Es sind hierbei zwei zueinander beabstandete Giessrollen 10, 11 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 Antriebsrad 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 und/oder Chrom vorgesehen.
Die Materialschicht C besteht aus zwei unterschiedlichen Keramikmaterialien C1, C2, die mit einer Zufallsverteilung auf die gesamte Ringmantelfläche aufgetragen ist. Für die Keramikmaterialien C1, C2 sind insbe sondere Al2O3, SiAl2O2, PSZrO2, 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 Plasmaspritzen, Flammspritzen, elektrolytisch oder durch ein andere Beschichtungsmethode 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 min 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 min erzeugt. Ferner ist noch eine Bandhaut D veranschaulicht, die sich unmittelbar an der Mantelaussenfläche 10 min 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 phi 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 phi entsteht, der sich wiederum durch eine sägezahnförmige Kurve manifestiert.
Gemäss Fig. 5 wird die angestrebte sägezahnförmige Kurve des Wärmeüberganges phi dadurch erreicht, dass die auf dem Basismaterial A aufgetragene Keramikschicht C durch eingearbeitete Vertiefungen 51 im Mikrometerbereich versehen ist, die beispielsweise durch eine Stahlsandstrahl-Aufrauung erzeugt werden kann.
Ein entstehender Gasfilm G zwischen der Schicht C und der Bandhaut D der Metallschmelze 18 bewirkt den unterschiedlichen Wärmeübergang phi . 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. Al2O3, SiAl2O2, PSZrO2, Si3N4, SiAlON, SiAlYON oder SiC, verwendet wird. Bei der Stirnfläche ist eine andersartige Keramikschicht, z.B. PSZrO2 + CAH (Carbone Amorphe Hydrogéné) verwendet. Im Bereich der Stirnkante 61 ist ein sich änderndes Mischverhältnis der Materialschichten C min , C min min 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.
The invention relates to a jacket ring of a casting roll for a band casting machine, which is made of a base material containing metal and at least one material layer applied thereon, and a method for using the casting roll.
Basically, the performance of a strip casting machine sometimes depends on how quickly the melt poured between the rolls can be cooled down and removed as a strip in solidified form. To achieve this, the best possible heat-conducting material is used for the cooling ring on the inside of the casting rolls, which meets this requirement. However, the jacket ring is exposed to surface wear due to contact with the molten metal. This means that this surface of the jacket is used with a wear-resistant material layer.
Thus, a generic casting roller according to the document DE-A-4 141 484 is formed with a cooling surface, which is composed of a good heat-conducting base metal and a metal applied thereon, the applied metal being said to have a lower thermal conductivity than the base metal. In the case of the base metal, elevations distributed over its surface are also provided, between which the metal is distributed. The base metal should advantageously consist of copper or a copper alloy, but the applied metal should consist of nickel or a nickel alloy. With this coating, however, an optimal surface is not achieved, particularly with regard to its wear resistance.
In the case of another casting roller according to the document EP-A-0 309 247, evenly distributed depressions are incorporated on their surface, which are each arranged at a distance from one another. With these depressions it is achieved during casting that gas bubbles form in these, with which primarily cracks in the band skin of the solidified metal melt are prevented, the wear on the surface of the roll is reduced and, furthermore, adequate thermal conductivity is aimed at. However, the production of such depressions is complex and they have the effect that the metal strips formed with them also do not have a smooth surface. In addition, each of these casting rolls can be replaced relatively quickly, since the depressions, which can be up to 100 micrometers in size, are reduced by the wear on the roll surface.
In contrast, the object of the present invention is to provide a jacket ring for a casting roll according to the type mentioned at the outset, by means of which an optimal design with regard to the wear on its surface coming into contact with the melt and also with regard to the thermal conductivity thereof on the Inside of the cooled jacket ring is achieved. In addition, it should be possible to work with a cast roller surface that is as smooth as possible and to ensure adequate protection of the base material of the casing ring.
According to the invention, the object is achieved in that the base material or a material layer applied thereon is provided with an application of an additional material layer which at least partially consists of ceramic particles.
In an advantageous embodiment, the material layer consists of at least two different ceramic materials, which are applied with a random distribution to the entire surface of the ring, wherein SiAl2O2, PSZrO2 and / or SiC can be used in particular for the ceramic materials.
With this inventive design of the jacket ring of the casting roll, a significant improvement with regard to the wear resistance and thus the durability of the casting rolls is achieved, and nevertheless sufficient thermal conductivity is ensured by this jacket ring. In addition, the cast roller surface can be smooth or without rippling or a texture thereof, and it is nevertheless ensured that no cracks occur in the band skin.
With the method according to the invention for the use of a casting roll, in which the casing ring is coated back to the original diameter for further use after use, when its surface layer has been worn by at least 0.1 to 0.4 millimeters, results in a Another considerable advantage, since this ensures that an almost constant state of heat dissipation through this jacket ring is achieved during operation with these casters. As a result, largely constant conditions in the heat balance during casting can be achieved.
Exemplary embodiments of the invention and further advantages thereof are explained in more detail below with reference to the drawing. It shows:
1 shows a longitudinal section of a casting roller, partially shown, with a jacket ring,
2 shows a schematic section of an enlarged part of the casing ring at the outer edge,
3 to 5 each show a schematic section of an enlarged part of a casing ring,
Fig. 6 is a schematic section of part of the casing ring at the outer edge without a material layer B, and
7 shows a schematic section of a part of the casing ring at the outer edge with a material layer B.
1 shows one half of a casting roller 10 and a second indicated casting roller 11, each consisting essentially of a preferably rigid shaft 15 with various inflow and outflow lines 12, 13 for the cooling water and of a jacket ring 20 rotatably mounted on this shaft 15 , Such a casting roll 10 is used for a conventional strip casting machine, viewed in terms of the basic principle, in particular for the production of steel strips. There are two casting rolls 10, 11 spaced apart from one another, each with a horizontal axis of rotation, and these casting rolls 10, 11 laterally sealing plates 16. The metal strip produced is led away through the gap 14 formed between the rollers.
The casing ring 20 is, for example, held laterally on a respective bearing ring 17 mounted on the shaft 15 and is rotated by an indicated drive wheel 19 of a drive element, not shown in detail. It practically has a cooling channel 23 formed, for example, from a bore through which the cooling water is passed. The casing ring 20 is made from a base material A comprising metal and from at least one material layer applied thereon.
According to the invention, according to FIG. 2, a material layer B is provided on the base material A and the latter is provided with an application of an additional material layer C, which at least partially consists of ceramic particles.
The base material A is made from pure copper, from a copper alloy with the main components Cu, Ag or Cu, Cr, Zr or Cu, Ni, Be (beryllium) or from steel, in particular an alloy steel. It is characterized by the good thermal conductivity, which ensures that the water flowing through the cooling channel 23 dissipates as much thermal energy as possible.
Nickel and / or chromium is preferably provided for the material layer B applied to the base material.
The material layer C consists of two different ceramic materials C1, C2, which is applied with a random distribution on the entire surface of the ring. In particular, Al2O3, SiAl2O2, PSZrO2, Si3N4, SiAlON, SiAlYON and / or SiC can be used for the ceramic materials C1, C2.
The cylindrical jacket surface is smooth, which is preferably provided with a surface roughness of less than 6, preferably less than 1 micrometer, and is therefore finished by grinding or turning.
The material layer B and the material layer C are preferably applied in the micrometer range by plasma spraying, flame spraying, electrolytically or by another coating method.
For example, the base material A can be made of steel or a steel alloy, meanwhile the material layer B as alloy steel, which is produced by welding, and the material layer C as a thin ceramic application of approx. 0.2 to 0.4 millimeters.
In a very advantageous embodiment, a layer of material B and an additional layer of material C are also applied to each of the two end faces 20 min of the casing ring. In this case, a continuous transition of the material layer B and the additional material layer C from the ring surface to the respective end surface is produced for 20 minutes at the end edges. Furthermore, a band skin D is illustrated, which forms directly on the outer surface of the jacket for 10 minutes.
In Fig. 3 a variant is shown, which is made in itself the same as the casing ring 10 of FIG. 1. The material layer C consisting of two different ceramic materials C1, C2 is applied on the material layer B in such a way that the one ceramic material C1 extends over the entire outer surface and the second ceramic material C2 is embedded in approximately equal distances as grain-like parts in the first material C1. Since this second material has a lower thermal conductivity than the first, a lower heat transfer phi results in its place than with material C1, as is illustrated by the sawtooth-shaped curve 31. Adequate protection of the layer B and the base material A is thus achieved and at the same time sufficient thermal conductivity is generated.
The wear of material layer C is very low due to the choice of materials C1 and C2.
FIG. 4 shows a variant of a casing ring in which only a base material A and a material layer C are present. The material layer C is provided with a surface roughness, which in turn creates a heat transfer phi, which in turn manifests itself in the form of a sawtooth curve.
5, the desired sawtooth-shaped curve of the heat transfer phi is achieved in that the ceramic layer C applied to the base material A is provided with recesses 51 in the micrometer range, which can be produced, for example, by steel sandblasting.
A resulting gas film G between the layer C and the band skin D of the molten metal 18 causes the different heat transfer phi. Depending on the gas used, the expansion of the gas film can be changed.
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 Al2O3, SiAl2O2, PSZrO2, Si3N4 , SiAlON, SiAlYON or SiC is used. A different ceramic layer, e.g. PSZrO2 + CAH (Carbone Amorphous Hydrogen) used. In the area of the front edge 61, a changing mixing ratio of the material layers C min, C min min from one ceramic material to the other is generated. In front of the end edge 61, for example, 60% of the material C of the ring surface and 40% of the material CSt of the end surface is still contained. 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 is a material layer B, for example Ni, NiCr, which is also provided on the end face of the casing ring.
The casing ring 10 is coated according to an inventive method after use, when its surface layer is worn by at least 0.1 to 0.4 millimeters, again coated on the original diameter for further use. This is done by applying a material layer C consisting of ceramic particles after the corresponding wear.
The invention is sufficiently demonstrated with the exemplary embodiments explained above. However, it could also be represented in other variants. For example, the material layer B and the material layer C consisting of the ceramic particles could be applied simultaneously to the base material.