DE4140319A1 - Walze fuer eine anlage zum kontinuierlichen giessen mittels einer oder zweier walzen und ihr herstellungsverfahren - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Walze für eine Anlage zum kontinuierlichen Gießen von Metall, insbesondere von Stahl mittels einer oder zweier derartiger Walzen und insbesondere eine Walze, die in herkömmlicher Weise aus einem inneren steifen Kern und einem kräftig gekühlten äußeren Ring besteht, auf dem sich das gegossene Metall abkühlt und erstarrt, um so den Gußgegenstand zu bilden, der aufgrund der Drehung des oder der Walzen kontinuierlich abgezogen wird.

Üblicherweise wird der Ring im Inneren gekühlt, z. B. durch ein Kühlkanäle im Ring durchsetzendes Kühlfluid. Um eine wirksame Kühlung des flüssigen Metalls zu gewährleisten, wird ein gut wärmeleitendes Material für den Ring verwendet, z. B. Kupfer oder eine Kupferlegierung.

Außerdem muß der Ring ausreichend steif sein, um den mechanischen und thermischen Belastungen zu widerstehen, die während des Gießvorgangs auftreten. Ferner muß der Ring auch ausreichend fest mit dem zylindrischen Kern verbunden sein, um jegliche Relativverschiebung auszuschließen.

Dies führt bei den großindustriellen Anlagen mit Walzen großen Durchmessers und großer Breite zu entsprechend groß bemessenen massiven und dicken Bauteilen, in denen sowohl die Kühlkanäle als auch mechanische Verankerungskeile mit dem Kern vorgesehen sein müssen.

Die Herstellung derartiger Teile wirft einige Schwierigkeiten auf; so ist es insbesondere schwierig, beim Gießen derartiger Teile eine ausreichende Homogenität des sie bildenden Metalls zu erzielen. In den verwendeten Kupferlegierungen ist es auch nicht unproblematisch die erforderlichen Bearbeitungsschritte hinsichtlich der Ausbildung der Kühlkanäle und der Verbindungsteile durchzuführen. Obendrein sind diese Materialien teuer.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, die genannten Nachteile zu vermeiden oder stark zu reduzieren, ohne die thermischen und mechanischen Eigenschaften des Rings zu beeinträchtigen.

Ausgehend von einer Walze für eine Anlage zum kontinuierlichen Gießen mittels einer oder zweier derartiger Walzen, die einen äußeren Ring aus einem gut wärmeleitenden Material und einen mittigen Kern aufweist, wird zur Lösung dieser Aufgabe vorgeschlagen, daß der Ring mit einem darunterliegenden zylindrischen Tragteil über seine gesamte Berührungsfläche verbunden ist, wobei die Verbindung eine Diffusionsschweiß-Verbindung ohne Verschmelzung ist.

Entweder kann der Kern selbst das Tragteil sein oder aber das Tragteil ist ein ringförmiges Teil, dessen äußere Oberfläche zylimdrisch ist, und das im Inneren die mechanischen Verankerungsteile mit dem Kern trägt.

Der Ring der notwendigerweise aus einem gut wärmeleitendem Material gefertigt ist, kann nur unzureichend erheblichen mechanischen Belastungen widerstehen. Erfindungsgemäß wird nun ein zusammengesetztes Teil vorgestellt, dessen Oberfläche die erforderlichen thermischen Eigenschaften aufweist und dessen Inneres die erforderlichen mechanischen Eigenschaften aufweist, um den unterschiedlichen mechanischen Beanspruchungen, die während des Gießvorganges auf die Walze einwirken, zu widerstehen.

Die erforderlichen Bearbeitungsschritte zur Verbindung der aus Ring und Tragteil bestehenden Anordnung mit dem Walzenkern sind erheblich leichter durchzuführem, wenn das Tragteil z. B. aus Stahl oder Gußeisen besteht.

Ferner kann die erforderliche Menge an Kupfer oder kupferhaltigen Legierungen zur Herstellung des Rings reduziert werden, wodurch auch die Walzenkosten sinken.

Gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel weist die Walze zwischen dem Ring und dem Tragteil eine dünne Schicht aus einem Metall oder einer Legierung auf, die eine Diffusionsschweiß-Verbindung einerseits mit dem den Ring bildenden Metall und andererseits mit dem das Tragteil bildenden Metall ermöglicht.

Gemäß einem anderen Ausführungsbeispiel sind in dem Ring und parallel zu seiner Achse Kühlkanäle eingelassen, wobei die Zufuhr- und Abfuhrkanäle die Trennschicht zwischen Ring und Tragteil durchsetzen und in diese Zufuhr- und Abfuhrkanäle Rohre auf Höhe der Trennschicht derart eingesetzt sind, daß diese eine dichte Verbindung zwischen dem Ring und dem Tragteil gewährleisten.

Gemäß einem anderen Ausführungsbeispiel weist die Walze auf Höhe der Trennschicht Ring/Tragteil eingearbeitete Nuten auf, wobei in diese Nuten Rohre eingesetzt sind, die an ihren Enden in dichter Weise mit einerseits dem Ring und andererseits dem Tragteil verbunden sind.

Das erfindumgsgemäße Verfahren zur Herstellung einer derartigen Walze besteht im:

• - Bearbeiten des Rings und des Tragteils,
• - Anbringen des Rings auf dem Tragteil und
• - Herstellen der Verbindung Ring/Tragteil mittels heißisostatischen Pressens.

Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel dieses Verfahrens besteht darin, daß

• - vor der Herstellung der Verbindung aus Ring und Tragteil diese beiden Bauteile entlang ihrer die Berührungsflächen begrenzenden Ränder verschweißt werden.
• - die Bearbeitung des Rings die Ausbildung der Nuten auf dessen Innenfläche enthält, wobei vor der Herstellung der Verbindung der Bauteile Ring und Tragteil in diese Nuten Rohre eingesetzt werden, deren Enden in dichter Weise einerseits mit dem Ring und andererseits mit dem Tragteil verbunden werden.

Weitere Eigenheiten und Vorteile der erfindungsgemäßen Walze und ihres Herstellungsverfahrens gehen aus der nachfolgenden Beschreibung im Zusammenhang mit den beigefügten Zeichnungen hervor. Es zeigen

Fig. 1 einen teilweisen Axialschnitt durch eine erfindungsgemäße Walze;

Fig. 2 ein erstes Ausführungsbeispiel einer Einzelheit der Verbindung entlang des Randes von Ring und Tragteil während des Herstellungsverfahrens;

Fig. 3 eine ähnliche Ansicht eines zweiten Ausführungsbeispiels; und

Fig. 4 einen teilweisen Schnitt entlang der Linie IV-IV von Fig. 3.

Die in Fig. 1 dargestellte Walze weist einen Kern 2 und ein ringförmiges Tragteil 3 auf, das mit dem Kern mittels zweier ringförmiger Flansche 4 und Verankerungsteile, deren Achsen mit 5 bezeichnet sind, verbunden ist. Der Außenring 6 ist mit dem Tragteil 3 mittels einer Diffusionsschweiß-Verbindung verbunden, wobei diese Verbindung durch ein heißisostatisches Preßverfahren hergestellt wird, wodurch man ein aus dem Ring und dem Tragteil zusammengesetztes Bauteil erhält, das auch im folgenden so bezeichnet wird.

Die durch das heißisostatische Pressen hergestellte Diffusionsschweiß-Verbindung ermöglicht eine Diffusionsverbindung im festen Zustand. Diese Technik erfordert einen erhöhten Druck und eine Temperatur der miteinander zu verbindenden Teile, die unterhalb der Schmelztemperatur liegt, wie es beim klassischen Verschweißen erforderlich wäre. Der erhöhte Druck der beiden Teile führt zu einer engen Berührung der sich gegenüberliegenden Flächen und damit zur Ausbildung einer metallischen Verbindung ohne Poren durch gegenseitiges Eindiffundieren der Metalle durch die gemeinsame Grenzschicht.

Der Einsatz dieser Technik zur Herstellung des zusammengesetzten Bauteils führt zu einer widerstandsfähigen Verbindung des Rings 6 auf dem Tragteil 3. Dies bedeutet, daß das Tragteil 3 aus einem billigeren Material als der Ring 6 gefertigt werden kann und leichter zu bearbeiten ist.

Das zusammengesetzte Bauteil 3, 6 kann entlang der Grenzschicht zwischen dem Ring 6 und dem Tragteil 3 eine dünne Schicht aus einem Metall oder aus einer Legierung aufweisen, z. B. Nickel, das in der Lage ist, mittels eines heißisostatischen Preßverfahrens die erforderliche Verbindung mit den beiden den Ring und das Tragteil bildenden Metallen herzustellen, wodurch auch solche Metalle miteinander verbunden werden können, deren direkte Verbindung miteinander schwierig ist.

Der Ring 6 besteht aus einem Material sowohl hoher Wärmeleitfähigkeit als auch ausreichender mechanischer Widerstandsfähigkeit gegen relativ hohe Temperaturen, von insbesondere mehr als 400°C, wie z. B. aus einer CuCrZr-Legierung, die sich vorteilhafterweise in einem gehärteten bzw. überhärteten Zustand befindet.

Das Tragteil besteht aus einem Material mit guten mechanischen Eigenschaften bei der Umgebungstemperatur, das leicht zu bearbeiten ist und dessen Ausdehnungskoeffizient vorzugsweise gleich oder größer ist als derjenige des den Ring bildenden Materials, z. B. einem austenitischen Gußmaterial der Bezeichnung GS mit einem Gehalt von 20 bis 22% Ni.

Allgemein gesprochen, weist die Herstellung des zusammengesetzten Bauteils die folgenden Schritte auf:

• - Die Rohlinge für den Ring und das Tragteil werden in üblicher Weise mittels Gießens hergestellt.
• - Die miteinander zu verschweißenden Flächen werden derart bearbeitet, daß der Ring auf das Tragteil mit einem geringen Spiel aufgebracht werden kann; vor dem Zusammenbau werden die Oberflächen vorbereitet, z. B. gereinigt, geätzt oder chemisch oder mechanisch bearbeitet, z. B. mittels einer elektrolytischen Vernickelung, die eine Dicke von 50 bis 100 µm aufweist.
• - Nach dem Zusammenfügen wird eine Verschweißung entlang der Ränder der Grenzschicht 9 zwischen dem Ring 6 und dem Tragteil 3 durchgeführt, um die Grenzschicht abzudichten.
• - Die beiden derartig miteinander verbundenen Bauteile werden anschließend einem heißisostatischen Preßverfahren, z. B. bei 900°C und einem Druck von 100 Mpa während einer Stunde unterworfen, um so die Diffusionsschweiß-Verbindung herzustellen.

Das so erhaltene zusammengesetzte Bauteil kann schließlich einer Endbearbeitung zugeführt werden oder einer bestimmten thermischen Behandlung unterworfen werden, zur Erzielung der für seinen Einsatz erforderlichen metallurgischen Eigenschaften. Dabei kann es vorteilhaft sein, bestimmte Bearbeitungsschritte des Ringes 6 vor dem Zusammenbau mit dem Tragteil 3 vorzunehmen.

Bei dem in Fig. 2 dargestellten Ausführungsbeispiel sind Kühlkanäle 7 in den Ring parallel zu dessen Achse gebohrt sowie Bohrungen 10 vorgesehen, die als Zufuhr­ und Abfuhrkanäle für das Kühlfluid dienen. Entsprechende Bohrungen 10′ sind im Tragteil 3 vorgesehen, wobei in diesem Fall nach dem Aufschieben des Rings auf das Tragteil Rohre 11 in die Bohrungen 10 und 10′ derart eingeschoben werden, daß die Grenzschicht 9 in dichter Weise durchsetzt wird, wobei diese Abdichtung im übrigen auch durch die Schweißnähte 12 entlang der Ränder des Rings erfolgen kann. Die Rohre 11 ermöglichen also einerseits eine Abdichtung der Grenzschicht, die während des heißisostatischen Preßverfahrens erforderlich ist und andererseits einen Druckausgleich im Inneren der Kühlkanäle 7, um so deren Deformation während des Hochdrucks zu vermeiden, der auf dem Umfang des Rings lastet.

Bei dem in den Fig. 3 und 4 dargestellten Ausführungsbeispiel befinden sich Kühlkanäle an der Grenzschicht zwischen Ring und Tragteil, wobei Nuten 13 im Inneren des Rings 6 vor dem Zusammenbau mit dem Tragteil 3 vorgesehen werden. Es sei betont, daß es erheblich einfacher ist, derartige Nuten vorzusehen, anstatt Öffnungen entlang der gesamten Länge zu bohren. Anschließend werden Rohre 14 in diese Nuten eingesetzt und nach dem Aufschieben des Rings auf das Tragteil mit ihren Enden 15 verschweißt. Auch hierbei ist die Abdichtung zur Grenzschicht 9 gewährleistet sowie ein Druckausgleich im Inneren der Rohre 14.

Die Erfindung ist nicht auf die dargestellten Ausführungsbeispiele beschränkt; insbesondere kann das heißisostatische Preßverfahren durch eine Technik ersetzt werden, die darin besteht, die miteinander zu verbindenden Teile durch einen nach außen abgedichteten Behälter zu umgeben, auf den ein entsprechender Druck ausgeübt wird.

Claims (12)

1. Walze für eine Anlage zum kontinuierlichen Gießen mittels einer oder zweier derartiger Walzen, mit einem äußeren Ring (6) aus einem gut wärmeleitenden Material und einem mittigen Kern (2), dadurch gekennzeichnet, daß der Ring mit einem darunterliegenden zylindrischen Tragteil (3) über seine gesamte Berührungsfläche verbunden ist, wobei die Verbindung eine Diffusionsschweiß-Verbindung ohne Verschmelzung ist.

2. Walze nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Tragteil 3 ein ringförmiges Teil ist, dessen äußere Fläche zylindrisch ist und die im Inneren Verankerungsteile mit dem Kern aufweist.

3. Walze nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kern das Tragteil ist.

4. Walze nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Tragteil (3) aus einer Legierung besteht, dessen Ausdehnungskoeffizient gleich oder größer ist als derjenige des Materials des Rings (6).

5. Walze nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Ring aus Kupfer oder aus einer Kupferlegierung besteht.

6. Walze nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Tragteil aus Stahl oder aus Gußeisen besteht.

7. Walze nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie entlang der Grenzschicht (9) zwischen dem Ring und dem Tragteil eine dünne Schicht aus einem Material oder aus einer Legierung aufweist, die in der Lage ist, eine Diffusionsschweiß-Verbindung einerseits mit dem den Ring bildenden Metall und andererseits mit dem das Tragteil bildenden Metall einzugehen.

8. Walze nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Kühlkanäle (7) im Ring parallel zu dessen Achse vorgesehen sind, daß Zufuhr- und Abfuhrkanäle die Grenzschicht zwischen Ring und Tragteil durchsetzen und daß Rohre (11) in diese Zufuhr- und Abfuhrkanäle auf Höhe der Grenzschicht derart eingesetzt sind, daß die Grenzschicht abgedichtet ist und der Ring und das Tragteil in dichter Weise miteinander verbunden werden.

9. Walze nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie Nuten (13) entlang der Grenzschicht Ring/Tragteil aufweist und daß Rohre (14) in diese Nuten eingesetzt sind, deren Enden in dichter Weise einerseits mit dem Ring und andererseits mit dem Tragteil verbunden sind.

10. Verfahren zur Herstellung einer Walze nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch die folgenden Schritte:

• - Bearbeiten des Rings und des Tragteils,
• - Anbringen des Rings auf dem Tragteil und
• - Herstellen der Diffusionsschweiß-Verbindung zwischen Ring und Tragteil mittels heißisostatischen Pressens.

11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß vor der Herstellung der Verbindung zwischen dem Ring und dem Tragteil die beiden Bauteile entlang der Ränder ihrer Berührungsflächen miteinander verschweißt werden.

12. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Bearbeitung des Rings die Herstellung von Nuten entlang seiner inneren Oberfläche umfaßt und daß vor der Herstellung der Verbindung zwischen Ring und Tragteil Rohre in diese Nuten eingesetzt werden, die in dichter Weise deren Enden einerseits mit dem Ring und andererseits mit dem Tragteil verbinden.