CH692183A5 - Mantelring für eine Giessrolle einer Bandgiessmaschine. - Google Patents

Description

  



  Die Erfindung betrifft ein Mantelring für eine Giessrolle einer Bandgiessmaschine, welcher beidseitig je eine Stirnfläche bildet, die dazu dient, dass an diese je eine Seitenabdichtung der Bandgiessmaschine anstellbar ist, wobei der Mantelring aus einem aus Metall enthaltenden Basismaterial hergestellt ist. 



  Eine gattungsmässige Giessrolle nach der Druckschrift DE-A-4 141 484 ist mit einer Kühlfläche ausgebildet, welche sich aus einem gut wärmeleitenden Grundmetall und einem auf diesem aufgebrachten Metall zu sammensetzt, 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 bezüglich ihrer Verschleissfestigkeit erzielt.

   Insbesondere ist auch bei den seitlichen Stirnflächen keine ausreichende Verschleissfestigkeit vorhanden, da diese Stirnflächen während des Abgiessens mit den Seitenabdichtungen in Kontakt stehen. 



  Ausgehend von dieser bekannten Lösung wurde der Erfindung die Aufgabe zu Grunde gelegt, einen Mantelring für eine Giessrolle nach der eingangs erwähnten Gattung zu schaffen, mittels welchem insbesondere bei seinen Stirnflächen, die während des Abgiessens von den Seitenabdichtungen ggf. mit einem Anpressdruck beaufschlagt sind, eine höhere Verschleissfestigkeit erzielt werden soll. Hierbei soll mit diesem Mantelring ein optimaler Wärmefluss von dem mit der Metallschmelze in Berührung gelangenden Endbereich der Giessrolle zu der im Mantelring enthaltenden Wasserkühlung ermöglicht werden. 



  Die Aufgabe ist erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass bei diesen Stirnflächen das Basismaterial oder eine auf dieses aufgetragene Materialschicht mit einer zusätzlichen Materialschicht versehen ist, welche zumindest teilweise aus Keramikpartikeln besteht. 



  Sehr vorteilhaft verfügt die zusätzliche Materialschicht bei der Stirnfläche über eine hohe Verschleissfestigkeit, vorzugsweise mit einer Härte zwischen 2000 und 5000 daN/mm<2>, und über einen niedrigen Reibungskoeffizienten, vorzugsweise zwischen 0,1 und 0,01. 



  Mit dieser erfindungsgemässen Ausbildung des Mantelringes der Giessrolle wird eine erhebliche Verbesserung bezüglich der Verschleissfestigkeit bei seinen Stirnflächen und damit eine Haltbarkeitssteigerung der Giessrolle insgesamt erreicht. Zudem ist durch diese erfindungsgemässe Ausbildung der Stirnseiten eine reduzierte Wärmeleitfähigkeit im Endbereich der Giessrollen geschaffen worden. Dies führt zu zwei weiteren Vorteilen: 



  Zum einen erfolgt bei der Rollenoberfläche gegen die Kanten hin eine verzögerte Erstarrung der Schmelze nahe bei den entstehenden Bandkanten. Dadurch kann eine zusätzliche Abnützung bei den Seitenabdichtungen durch andernfalls entstehende Bärte (Finnen) verhindert werden. 



  Als zweiter Vorteil wird der Wärmefluss gegen den Stirnbereich der Giessrolle reduziert, ansonsten parasitäre Erstarrungen bei den Dichtflächen gefördert würden, da Wärme über die Seitenabdichtungen zurück in die Rolle fliessen könnte. 



  Die Erfindung sowie weitere Vorteile derselben ist durch Ausführungsbeispiele nachfolgend anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt: 
 
   Fig. 1 zeigt 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 vergrösserten 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 Bandgiessmaschine insbesondere zur Herstellung von Stahlbändern verwendet. Es sind hierbei zwei zueinander beabstandete Giessrollen 10, 11 mit jeweils einer horizontalen Drehachse und mit den Stirnflächen 25 der Giessrollen 10, 11 in Berührung oder in angestellter Position stehende Seitenabdichtungen 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 jeweils 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 bei diesen Stirnflächen 25 das Basismaterial A oder eine auf dieses Basismaterial A aufgetragene Materialschicht B mit einer zusätzlichen Materialschicht CSt versehen, welche zumindest teilweise aus Keramikpartikeln besteht. 



  Diese zusätzliche Materialschicht CSt bei der Stirnfläche 25 ist aus solchen Materialien aufgetragen, welche über eine hohe Verschleissfestigkeit, vorzugsweise mit einer Härte zwischen 2000 und 5000 daN/mm<2>, und einen niedrigen Reibungskoeffizienten, vorzugsweise zwischen 0,1 und 0,01, verfügen. Hierzu eignet sich als Keramikpartikel für die Materialschicht CSt insbesondere ein Material auf Zirkonbasis, zum Beispiel PSZrO2, und/oder ein Material CAH auf der Basis eines amorphen Kohlenwasserstoffes. 



  Diese Materialschicht B und/oder die Materialschicht C weisen bei den Stirnflächen 25 jeweils eine sehr niedrige Wärmeleitfähigkeit je nach Material von weniger als 40, vorzugsweise von weniger als 10 W/m DEG K auf. Für diese sind hierbei derartige Materialien gewählt und Schichtdicken aufgetragen, dass in diesem Endbereich eine niedrigere Wärmeleitfähigkeit als bei der Ringmantelfläche 10 min  im übrigen zylindrischen Bereich entsteht. 



  Das Basismaterial A an der Ringmantelfläche 10 min  ist ebenfalls mit einem Auftrag einer Materialschicht B und einer zusätzlichen Materialschicht C versehen. Bei den endseitigen Stirnkanten 61 des Mantelringes 20 von der Ringmantelfläche 10 min  auf die jeweilige Stirnfläche 25 ist ein durchgehender Übergang der Materialschicht B und der zusätzlichen Materialschicht C aufgetragen. 



  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 insbesondere Al2O3, SiAl2O2, PSZrO2, Si3N4, SiAlON, SiAlYON und/oder SiC verwendbar. 



  Die zylindrische Manteloberfläche ist glatt ausgebildet, mit einer Oberflächenrauheit von weniger als 6, vorzugsweise weniger als 1 Mikrometer, und demgemäss durch Drehen, Schleifen oder Polieren fein bearbeitet ist. 



  Die Materialschicht B und die Materialschicht C sind im Rahmen der Erfindung durch Plasmaspritzen, Flammspritzen, elektrolytisch oder durch ein andere Beschichtungsmethode 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. 



  Der sich bildende Gasfilm G zwischen der Schicht C und der Bandhaut D der Metallschmelze 18 bewirkt je nach verwendetem Gas den unterschiedlichen Wärmedurchgang  phi . 



  Fig. 6 zeigt in vergrösserter Darstellung den bei der Stirnkante 61 des Mantelringes 10 vorgesehenen Übergang der Materialschicht C von der Ringoberfläche 10 min  auf die Stirnfläche 25, 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 25 kann im Prinzip das gleiche oder ein anderes Keramikmaterial als auf der Ringoberfläche 10 min  vorgesehen sein. 



  Im vorliegenden Beispiel kann mit einer Plasmapistole eine Materialschicht C auf der gesamten Ringoberfläche 10 min auf Zirkonbasis, z.B. PSZrO2, bis ca. ein paar Millimeter vor der Ringkante 61 aufgebracht werden. Im nachfolgenden Bereich der Stirnkante 61 ist ein sich änderndes Mischverhältnis der Materialschichten C min , C min  min  von dem einen zum anderen Keramikmaterial erzeugt. Ausgehend von 100% dieses Zirkonmaterials ist vor der Stirnkante 61 ein anderes Keramikmaterial zugemischt, bspw. noch 60% des Zirkonmateriales und 40% eines Materiales aus einer anderen Keramikfamilie, beispielsweise SiC. Der Anteil des Zirkon-Materials reduziert sich dann bei der Schicht C min  min  bis 0%, wie dies durch die gegen die Rollenecke hin verlaufende schräge Linie 62 angedeutet ist.

   Bei der Stirnfläche 25 ist eine Keramikschicht CSt vorgesehen, die z.B. aus zwei Keramikmaterialien PSZrO2 + CAH (Carbone Amorphe Hydrogéné) bestehen kann. Diese Schicht CSt schliesst unmittelbar an die Mischung bzw. an die Schicht mit SiC an. Damit ist ein homogener Übergang bei der Rollenkante 61 geschaffen, mittels der dieser Mantelring 10 über eine erhöhte Standzeit verfügt. 



  Bei Verwendung von CAH auf der Basis von Kohlenwasserstoff, das mit einer Härte zwischen 2000 und 5000 daN/mm<2> sehr hart ist, aber einen sehr niedrigen Reibungskoeffizienten hat, ca. 0,02, wird dieses mittels einem kathodischen Sprühverfahren bei 100 bis 250 DEG C auf das Keramikmaterial, z.B. PSZrO2, aufgebracht. 



  Zur Erzielung des niedrigen Reibungskoeffizienten an der Stirnfläche 25 kann diesem Keramikmaterial PSZrO2 auch ein Kohlegraphit beigemischt sein. Dieses Gemisch wird wiederum mit einer Plasmapistole aufgetragen. Dieses Kohlegraphit-Material hat zwar eine hohe Wärmeleitfähigkeit, bewirkt aber insgesamt durch seinen geringen Anteil eine vernachlässigbare Verschlechterung der angestrebten tiefen Wärmeleitfähigkeit. 



  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. 



  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.

Claims (13)

1. Mantelring für eine Giessrolle einer Bandgiessmaschine, welcher beidseitig je eine Stirnfläche (25) bildet, die dazu dient, dass an diese je eine Seitenabdichtung (16) der Bandgiessmaschine anstellbar ist, wobei der Mantelring (20) aus einem Metall enthaltenden Basismaterial (A) hergestellt ist, dadurch gekennzeichnet, dass bei diesen Stirnflächen (25) das Basismaterial (A) oder eine auf dieses Basismaterial aufgetragene Materialschicht (B) mit einer zusätzlichen Materialschicht (CSt) versehen ist, welche zumindest teilweise aus Keramikpartikeln besteht.

2. Mantelring nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die zusätzliche Materialschicht (CSt) bei der Stirnfläche (25) über eine hohe Verschleissfestigkeit, vorzugsweise mit einer Härte zwischen 2000 und 5000 daN/mm<2>, und einen niedrigen Reibungskoeffizienten, vorzugsweise zwischen 0,1 und 0,01, verfügt.

3.

Mantelring nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Keramikpartikel für die zusätzliche Materialschicht (CSt) ein Material auf Zirkonbasis, zum Beispiel PSZrO2, und/oder ein Material auf der Basis von amorphem Kohlenwasserstoff (C.A.H.) verwendbar ist.

4. Mantelring nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die aufgetragene Materialschicht (B) und/oder die zusätzliche Materialschicht (C) bei den Stirnflächen (25) jeweils eine sehr niedrige Wärmeleitfähigkeit von weniger als 40, vorzugsweise von weniger als 10 W/m DEG K aufweisen.

5.

Mantelring nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Basismaterial (A) an der Ringmantelfläche (10 min ) ebenfalls mit einem Auftrag einer Materialschicht (B) und/oder einer zusätzlichen Materialschicht (C) versehen ist, dass bei den Stirnkanten (16) des Mantelringes (20) von der Ringmantelfläche (10 min ) auf die jeweilige Stirnfläche (25) ein durchgehender Übergang der Materialschicht (B) und/oder der zusätzlichen Materialschicht (C) aufgetragen ist.

6.

Mantelring nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass für die Materialschicht (B) und/oder die zusätzliche Materialschicht (C) im Endbereich bei den Stirnkanten (16) derartige Materialien gewählt und Schichtdicken aufgetragen sind, dass in diesem Endbereich eine niedrigere Wärmeleitfähigkeit als bei der Ringmantelfläche (10 min ) im übrigen zylindrischen Bereich vorliegt.

7. Mantelring nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass bei den Stirnflächen (25) ein gleiches oder ein unterschiedliches Keramikmaterial als bei der Ringmantelfläche (10 min ) verwendbar ist.

8. Mantelring nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass bei dem bei den Stirnkanten (16) entstehenden Übergang von der Ringmantelfläche (10 min ) auf die Stirnfläche (25) ein sich änderndes Mischverhältnis von dem einen zum anderen Keramikmaterial aufgetragen ist.

9.

Mantelring nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass beim Übergang ein andersartiges Keramikmaterial, z.B. auf der Basis von Siliziumkarbid, als bei der Ringmantelfläche (10 min ) bzw. bei der Stirnfläche (25) enthalten ist.

10. Mantelring nach einem der vorhergehenden Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die zusätzliche Materialschicht (C) aus mindestens zwei unterschiedlichen Keramikmaterialien (C1, C2) besteht, die mit einer Zufallsverteilung auf die gesamte Ringmantelfläche (10 min ) aufgetragen sind.

11. Mantelring nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Keramikpartikel der Materialschicht (C) Al2O3, SiAl2O2, PSZrO2, Si3N4, SiAlON, SiAlYON und/oder SiC verwendbar sind.

12.

Mantelring nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die aufgetragene Materialschicht (B) und/oder die zusätzliche Materialschicht (C, CSt) durch Plasmaspritzen, Flammspritzen oder elektrolytisch aufgetragen ist.

13. Mantelring nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die aufgetragene Materialschicht (B) und die aus den Keramikpartikeln bestehende zusätzliche Materialschicht (C) gleichzeitig auftragbar sind.