DE2511839C2

DE2511839C2 - Gießband für eine Stranggießkokille

Info

Publication number: DE2511839C2
Application number: DE2511839A
Authority: DE
Inventors: Ivan Montana Gyöngyös; Wolfhart Dr.-Chem. Buch Rieger; Gunter Dipl.-Ing. Dr. Greifensee Thym
Original assignee: Schweizerische Aluminium AG
Current assignee: Alcan Holdings Switzerland AG
Priority date: 1974-03-20
Filing date: 1975-03-18
Publication date: 1984-11-22
Also published as: IT1034447B; JPS50157225A; JPS583788B2; AT344345B; FR2264610A1; NO140971C; ATA215475A; NO140971B; NL7503328A; NO750941L; FR2264610B1; SE7503160L; GB1507315A; DE2511839A1

Description

mehreren Lagen von Körnern ungleicher, keramischer Werkstoffe besteht

7. Gießband nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet daß auf die Beschichtung eine Versiegelung aufgebracht ist

8. Gießband nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet daß die Versiegelung aus einem organischen Harz oder mindestens aus einer feinteiligen, anorganischen Substanz besteht.

9. Gießband nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet daß die Oberfläche der Beschichtung eine durch mechanische Nachbehandlung erhaltene gleichförmige Rauhigkeit aufweist

Die Erfindung betrifft ein Gießband für eine Stranggießkokille, welches eine Beschichtung aus Körnern eines keramischen Werkstoffes auf der der Schmelze zugewandten G ießbandfläche aufweist.

Bei kontinuierlichen Gießverfahren, wie sie beispielsweise in den bekannten Hazeletl-Maschinen ablaufen, werden flüssige Metalle wie Aluminium, Zink, Kupfer, Stahl und deren Legierungen zwischen zwei endlose Gießbänder gegossen, die vielfach eine keramische Schicht tragen. Diese Gießbänder bestehen in der Regel aus Stahl, werden von Umlenk- und Stützrollen geführt und angetrieben und bilden einen Gießspalt, in den flüssiges Metall eingeleitet wird. Die Erstarrung des Gußstranges erfolgt dann zwischen den Gießbändern.

Die Abkühlung der Schmelze und ihre Erstarrung kann durch die keramische Schicht gesteuert werden, die auf der der Schmelze zugewandten Seite aufgebracht ist. Durch diese Steuerung der Abkühlung kann die Oberflächenqualität und Metallstruktur des Gußstranges wesentlich beeinflußt werden.

Die Schicht die auf die endlosen Gießbänder einer solchen Gießmaschine aufgebracht werden muß, hat eine Anzahl von Bedingungen zu erfüllen, um für die Herstellung von qualitativ hochwertigen Gußsträngen geeignet zu sein, wie sie z. B. in der Aluminiumindustrie gefordert werden. Die Bedingungen werden hier für das Vergießen von Aluminium geschildert, worunter sowohl reines Aluminium als auch Legierungen auf Aluminiumbasis zu verstehen sind:

1. Die Beschichtung muß eine hohe Temperaturbeständigkeit aufweisen, da sie mit dem zu erstarrenden

flüssigen Aluminium in Berührung kommt.

2. Die Beschichtung muß thermisch isolierend wirken, damit die Erstarrung der Schmelze zu einem Gußstrang gleichmäßig und kontrolliert, ohne ungleichmäßige Abhebung der erstarrten Kruste von den endlosen Bändern, erfolgt. Darüber hinaus muß vermieden werden, daß die endlosen Gießbänder durch direkten Kontakt mit der Schmelze zu heiß werden. Dies würde /ur Verwerfung der endlosen Gießbänder führen, wodurch der Kontakt zum erstarrenden Metall, und damit die Wärmeabfuhr unterbrochen wird. Verwerfung der endlosen Gießbänder führt deshalb zur Produktion von unbrauchbaren Gußsträngen. Die thermische Isolation durch die Beschichtung verhindert diese Überhitzung des Gießbandes. Der Wärmewiderstand der Beschichtung muß erfahrungsgemäß im Bereich von 10—' bis 10~³ m² · h · °C/kcal liegen, um gute Ergebnisse zu erzielen.

3. Die Beschichtung und die Schmelze bzw. das erstarrte Metall dürfen nicht zum Aneinanderkleben neigen, d. h., die Benetzbarkeit der Beschichtung durch das flüssige Aluminium und ihre Klebneigung an das erstarrte Metall müssen außerordentlich gering sein. 1st dies nicht der Fall, kommt es zur Haftung von Beschichtungspartikeln am erzeugten Gußstrang, was unter keinen Umständen für qualitativ hochwertige Produkte tolerierbar ist. Darüber hinaus kann zu starke Haftung zwischen zu vergießendem Metall und Beschichtung zum Abreißen der Beschichtung führen.

4. Die Beschichtung muß temperaturwechselbeständig sein, da sie beim Berühren mit dem flüssigen Metal! sehr schnell auf hohe Temperatur gebracht wird und nach dem Abheben des beschichteten Gießbandes von dem erstarrten Gußstrang vom Kühlwasser sehr schnell wieder auf niedrigere Temperatur gebracht wird.

5. Die Beschichtung muß ferner eine gewisse Flexibilität aufweisen, die es zuläßt, daß das beschichtete

Gießband über Umlenkrollen geführt werden kann.

6. Die Beschichtung muß eine gute Haftung zu dem Gießband aufweisen, auf das sie aufgetragen wird. Üblicherweise wird zur Verbesserung dieser Haftung die Oberfläche der Gießbänder aufgerauht.

7. Die Oberflächenrauhigkeit der Beschichtung muß so gering sein, daß der Gußstrang eine ebenfalls glatte Oberfläche erhält, die beim Weiterverarbeiten nicht zu Störungen Anlaß gibt.

8. Die Geschichtung muß in gleichmäßiger Dicke auftragbar sein, damit der Wärmedurchgang an allen Stellen des Gießbandes gleich ist 1st dies nicht der Fall, treten schwerwiegende Fehler am Gußstrang auf.

9. Die Lebensdauer der Beschichtung muß mehrere Stunden betragen, vorzugsweise mehr als eine Arbeitsschicht, & h. 8 Arbeitsstunden.

Es sind bereits eine Anzahl von Beschichtungen bekannt die mehreren dieser Anforderungen genügen. Alle diese notwendigen Anforderungen erfüllen diese Beschichtungen jedoch nicht gleichzeitig. Einige Beschichtungen bestehen zum Beispiel aus Siliconharzen, die mit verschiedenen anorganischen Füllstoffen, wie beispielsweise keramischem Material oder Diatomenerde versetzt sind. Alle diese Harze, die als Binder verwendet werden, sind jedoch nicht ausreichend temperaturbeständig. Als Folge der zu hohen Wärmebeanspruchung kommt es zu to einem Cracken des organischen Harzes, was zu einer Zerstörung der Schicht führt und den Betrieb verunmöglicht Die Komponenten einer Beschichtung können dabei entweder als Mischung oder aufeinander in diskreten, eine entsprechende Wärmedurchgangszahl erzeugenden Schichten angebracht werden.

Der Erfindung liegt nunmehr die Aufgabe zugrunde, ein Gießband der eingangs beschriebenen Art zu schaffen, welches über sämtliche vorbeschriebenen Anforderungen hinaus einen geringeren Abrieb und eine ΐϊ längere Lebensdauer des Gießbandes sowie eine bessere Qualität des hergestellten Gußstranges im Vergleich zu den bisher erzielbaren Qualitäten gewährleistet

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß die Körner in die Gießbandfläche zumindest teilweise eingeschmolzen und miteinander durch Sinterung und/oder Anschmelzung verbunden sind.

Durch die beim thermischen Beschichten entstehende Porosität resultiert offensichtlich eine Flexibilität bis zu relativ hohen Schichtdicken von bis zu 600 μπι, wodurch die Einstellung einer die erforderliche Wärmedurchgangszahl aufweisenden Schichtdicke für eine große Zahl keramischer Materialien ermöglicht wird.

Die Keramikschicht, beispielsweise bestehend aus AI2O3. CaZrO₂ - AI₂O₃, MgO, ZrSiO4 oder MgZrO₃ oder AbO₃ · T1O2, wird erfindungsgemäß in mehreren dünnen Lagen 80—250 μτη, vorzugsweise 100—200 μπι. auf die endlosen Gießbänder aufgebracht, bis die gewünschte Dicke, die den gewünschten Wärmewiderstand in dem Bereich von 10~⁴ bis 10~³ m² · h · "C/kcal ergibt erreicht ist. Die wesentlichen Vorteile der erfindungsgevnäßen Keramikschichten sind neben der hohen Temperaturbeständigkeit, die Abriebfreiheit, die die Erzeugung von hochwertigen Gußsträngen ohne Beschichtungspartikel ermöglicht, ferner die gegenüber den bekannten Schichten außerordentlich verbesserte Lebensdauer und damit der wirksamere Schutz der teuren Stahlgießbänder. Mit der bevorzugten, durch thermisches Spritzen aufgebrachten Keramikbeschichtung kann nunmehr tagelang kontinuierlich ohne Unterbrechung gegossen werden.

Die Oberfläche der mittels thermischer Spritzverfahren aufgebrachten Schicht kann vorteilhafterweise mechanisch, z. B. durch Schleifen, bearbeitet werden, um gleichförmige Gußstrangrauhigkeiten und Benetzungsverhältnisse zwischen der Schicht und dem erstarrenden Aluminium zu erzeugen. Durch diese Bearbeitung wird für besondere Zwecke die Qualität der Aluminium-Gußstränge wesentlich verbessert, da die Oberflächenrauhigkeit und damit die Erstarrungsbedingungen verändert werden.

Zum Teil werden diese Schichten deshalb auch mit feindispersen Mitteln gegen den direkten Kontakt mit flüssigem Metall geschützt, wodurch die Lebensdauer zwar etwas erhöht wird, dafür aber der Abrieb der dispersen Trennschicht auf dem Gießband in Kauf genommen werden muß.

Die erfindungsgemäße Beschichtung aus keramischen, mittels einer thermischen Spritzpistole aufgetragenen Materialien besitzt eine gewisse Porosität, die zur Feuchtigkeitsaufnahme führen kann, da große Wassermengen offen an den Seiten der Gießmaschine ablaufen. Hieraus resultiert eine merkliche Verminderung der Lebensdauer des Gießbandes.

Zur Behebung dieses Mangels wird vorteilhaft auf der erfindungsgemäßen Beschichtung eine Versiegelung aufgebracht, die aus einem organischen Harz oder mindestens aus einer feinteiligen anorganischen Substanz besteht.

Die organischen Harze sind vorteilhaft Polyphenylensulfid, Polybenzimidazol, Polyvinylpyrrolidon, Polyimide oder Silikonharze.

Die feinteiligen anorganischen Substanzen sind vorteilhaft Graphit, Zirkonsilikat, hexagonales Bornitrid, Talk, keramisch gebundenes Aluminium oder Mischungen davon.

Es können auch kolloidale anorganische Substanzen wie Graphit, Magnesiumhydroxid oder elektrophoretisch aufgebrachtes Siliziumdioxid Verwendung finden.

Zum Beschichten der Gießbänder kann eine Spanntrommel für die Gießbänder, eine Plasma-Spritzapparatur und eine Apparatur zum Aufrauhen der Stahlbandoberfläche, ζ. Β. eine Sandstrahlapparatur, verwendet werden. Die Spanntrommel wird mit dem aufgespannten Stahlband von einem Elektromotor in langsame Drehbewegung versetzt, z. B. in eine Umlaufgeschwindigkeit von 12—14 m/min.

Auf der einen Seite der rotierenden Spanntrommcl befindet sich die Apparatur zum Aufrauhen der Stahlbandoberfläche, die insbesondere mit Korund einer Korngröße von 200 bis 700 μηι, vorzugsweise 200 bis 400 μηι, bei einem Strahldruck von 3,5 bis 6,5 bar, vorzugsweise 4,5 —5,5 bar, arbeitet. Unmittelbar nach dem Aufrauhen der Oberfläche wir dieser Teil des Stahlbandes mittels einer Plasniapislole mit einer Keramikschichl ho versehen (siehe nachfolgende Tabelle). Das verwendete Pulver für die Keramikbeschichtung sollte vorzugsweise eine Körnung von 10—100, insbesondere 20—50 μηι, haben. Die Plasma-Apparatur beschichtet bei einem Umlauf der Spanntrommcl einen ca. 8—20 mm breiten Streifen. Durch gleichzeitige Bewegung der Plasmaapparatur senkrecht zur Drehrichtung der Spunnlrommel, d. h. parallel zu ihrer Achse, mit 4—12 mm Vorschub je Umdrehung wird die gesamte Stahlbandoberfläche gleichmäßig mit der Keramik-Masse beschichtet.

Das bevorzugte Plasmagas ist Argon, das bei einem Druck von 3 atü auch als Transportgas für das zu verspritzende Pulver, max. 5 kg/h dient. Die bevorzugte Spritzdistanz ist 100—120 mm. Die bei einem Vorschub von 4 mm pro Trommeldrehung pro Schicht erreichte Dicke beträgt bei Aluminiumoxid beispielsweise 250 μηι.

Durch Aufbringen mehrerer Schichten erreicht man schließlich die gewünschte Enddicke von vorzugsweise 200—500 μπι und damit den gewünschten Wärmewiderstand. Dieser beträgt beispielsweise für Aluminiumoxid, bei einer Schichtdicke von 300 μΐη, etwa 4 χ 10-⁴ITi- - h - ^cC/kcal. Die Keramikschicht kann anschließend noch mechanisch bearbeitet, /. B. gcschl.ffcn werden, um den gewünschten Oberflächeneffekt zu erhalten. Durch das nachträgliche Bearbeiten der Oberfläche werden u. a. die Ersiarrungsbedingungen beeinflußt, da sich die Benetzung zwischen flüssigem Metall und Wärmeübergang mit der Obcrflächenraiihigkeii der Beschichtung verändern lassen. Das fertig beschichtete Band kann anschließend auf die Gießmaschine aufgespannt und für die kontinuierliche Produktion von Gußstränge*) verwendet werden.

Bei der Versiegelung der Poren der Keramikbeschichtung mittels eines organischen Harzes, wie Polyphenylensulfid. Polybenzimidazol, Polyvinylpyrrolidon, Polymidc, Silikonharze oder mindestens einer feinteiligen anorganischen Substanz, wie Graphit, Zirkonsilikat, hexagonales Bornitrid, Talk, keramisch gebundenes Aluminium oder durch Aufbringung einer dünnen Schutzschicht aus einer faserhaltigen Spachtelmasse auf Kieselsäure-Tonerde- Basis (z. B. Fiberfrax QF-150 der Firma Carborundum) oder durch Einreiben eines Gleitmittels, wie Graphit, Magnesiumhydroxid, elektrophoretisch aufgebrachtes Siliziumdioxid, wird die Feuchtigkeitsaufnahme verhindert und damit die Dampfbildung bei Berührung mit dem flüssigen Metall vermieden. Gleichzeitig ändert sich die Benetzung der Beschichtung durch das erstarrende Metall, so daß eine glatte, saubere Gußstrangober fläche entsteht.

Die Zusammenhänge zwischen Beschichtungsporen, Luftfeuchtigkeit, Versiegelungsmitteln und Benetzung bzw. Oberflächenqualität des Gußstranges sind noch nicht restlos geklärt Jedoch wurde in Versuchen festgestellt, daß die verwendeten Mittel die Entstehung der Seigerungsnarben verhindern und die Gußstrangoberfläche verbessern.

Die Versiegelungsmaterialien haften in den Poren einer Keramikbeschichtung ausgezeichnet und führen auch nach teilweiser Verbrennung, welche bti den Harzen auftritt, nicht zu qualitätsminderndem Abrieb auf dem Gußband. Vorteilhafterweise soll die Dicke der Versicgelungsschicht — mit Ausnahme der Schutzschicht aus der Spachtelmasse — die mittlere Rauhtiefc der Keramikbeschichtung nicht übersteigen, wobei diese Rauhtiefe 1 bis 20 μπι beträgt Auf jeden Fall soll die Versiegelungsschicht keine die Oberfläche der Keramikbeschichtung überdeckende, geschlossene Oberfläche aufweisen.

Aus der nachfolgenden Tabelle ist eine Gegenüberstellung von erfindungsgemäßen Beschichtungen — Beispiele 1 bis 10 — mit einer konventionellen, chemisch gebundenen Beschichtung gemäß dem Beispiel U zu ersehen.

Hierbei sind folgende Messungen vorgenommen worden:

1. Wärmewiderstand — inklusive Blech — in NT⁵ m² · h · °C

kcal

Mechanische und thermische Beständigkeit der Haftung unter Betriebsbeanspruchung, wobei die Bezeichnungen folgende Werte darstellen:
M = Keramisches Material und T = Trennschlichte
AbriebCß = Störender Abrieb auf Al-Gießband (visuell)
TA = Gemessener Vergieichswert — Gewichtsverlust in g — mit Taber — Abraser nach ASTM-Norm C 501-66 »STANDARD TEST METHOD FOR RELATIVE RESISTANCE TO WEAR OF UNGLAZED CERAMICTILE BYTABER ABRASER«.

Mit Hilfe des crfindungsgcmäUcn Gießbandes ist nunmehr in vorteilhafter Weise ein mehrere Tage andauernder Betrieb einer Gießmaschine möglich geworden, da während dieser Zeit keine Auswechslung des Gießbandes erforderlich ist. Hierdurch werden einerseits Betriebskosten eingespart, während andererseits auch eine gleichmäßig gute Qualität des Gußbandes gewährleistet ist

	Material	Körnung	Schicht	Lagen-	Trenn	Wärme	Haftung	gut	Abrieb	TA	Gußstrang-	N) Cn
		μπι	dicke	Anzahl	schlichte	wider		sehr gut	GB	®	Qualität	>—»■
Beispiel			μηι		Versiegl.	stand ©	©	sehr gut		0,03		00
Nr.	AI₂O₃	22-45	400	6	-	40	gut	kein	0,06	genügend	to
	Al₂O₃	22-45	200	2	-	33	gut	kein	0,01	genügend
1	AI₂O₃	22-45	400	1	-	41	gut	kein	-	gut
2	CaZrO₃	22-45	450	2	-	62	gut	kein	-	gut
3	CaZrO₃	22-45	200	1	-	40	sehr gut	kein	-	gut
4	ZrSiO₄	20-50	300	2	-	53	M s. gut	kein	-	genügend
5	Al₂O₃ · MgO	ÜO-40	550	2	-	41	Tgut	kein	-	genügend
6	Al₂O₃ · TiO₂	;·0-40	400	2	-	50	M s. gut	kein	M 0,04	genügend
7	Al₂O₃	:!2-45	400	1M + 1T	Graphit	41	Tgut	M kein	T>1	sehr gut
8							ungenügend	T kein	0,08	sehr gut
9	AI₂O₃	22-45	400	3M + 1T	SiO₂-SoI	55		M kein		genügend
								T ja	0,90
10	ZrSiO₄	1- 5	200	1		45		ja		gut
	SiO₂
Π
mimmmmwm

Claims

Patentansprüche:

1. Gießband für eine Stranggießkokille, welches eine Beschichtung aus Körnern eines kcrariischcn Werkstoffes auf der der Schmelze zugewandten Gicübaiidflächc aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die Körner in die Gießbandfläche zumindest teilweise eingeschmolzen und miteinander durch Sinterung,

und/oder Anschmclzung verbunden sind.

/λ. Gießband nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Körner eine Größe von 10— ΙΟΟμιτι, vorzugsweise 20—50 μχη aufweisen.

3. Gießband nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet daß die Körner aus Al₂Oj oder CaZrO₃ ίο oder Al₂O₃ - TiO₂ oder Al₂O₃ ■ MgO, oder MgZrO₃ oder ZrSiO₄ bestehen.

4. Gießband nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß eine Lage der Beschichtung in einer Dicke von 80 bis 250 μπι, vorzugsweise 100 bis 200 μπι aufgetragen ist

5. Gießband nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet daß die Beschichtung aus mehreren Lagen von Körnern gleichen keramischen Werkstoffes besteht

6. Gießband nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet daß die Beschichtung aus