LU87990A1

LU87990A1 - INTERNALLY COOLED ROLE OF A CONTINUOUS CASTING PLANT AND METHOD FOR THEIR PRODUCTION

Info

Publication number: LU87990A1
Application number: LU87990A
Authority: LU
Inventors: Harald Luedorff; Karl-Heinz Wippermann
Original assignee: Mannesmann Ag
Priority date: 1990-08-24
Filing date: 1991-08-14
Publication date: 1992-03-03
Also published as: FI913972A; SE9102359L; NL9101428A; NO913021D0; ZA916554B; BE1004340A5; DK150091D0; NO913021L; CA2049794A1; DE4027225A1; KR920004048A; SE9102359D0; DE4027225C2; DK150091A; FI913972A0

Description

REVENDICATION DE LA PRIORITE de la demande de brevetREVENDICATION DE LA PRIORITE de la demande de brevet

En AllemagneEn Allemagne

Du 24 août 1990You 24 août 1990

No P 40 27 225.7-24 Mémoire Descriptif déposé à l'appui d'une demande deNo P 40 27 225.7-24 Mémoire Descriptif déposé à l'appui d'une demande de

BREVET D'INVENTION auBREVET D'INVENTION au

Luxembourg au nom de : mannesmann aktiengesellschaftLuxembourg au nom de: mannesmann corporation

Manne smannufer, 2 D-4000 Düsseldorf 1 pour: "Innengekühlte Rolle einer Stranggiessanlage undManne smannufer, 2 D-4000 Düsseldorf 1 pour: "Internally cooled roll of a continuous caster and

Verfahren zu ihrer Herstellung"Process for their preparation "

Innengekühlte Roile einer Stranggießanlage und Verfahren zu ihrer Herstel!ungInternally cooled roile of a continuous caster and process for its manufacture

Die Erfîndung betrifft eine innengekühlte Roi le einer Stranggießanlage, insbesondere Stütz- und Führungsrolle, mit einem einen Kern aus Eisenwerkstoff umgebenden und mit dem Kern verbundenen Mantel aus Kupfer Oder einer Kupferlegierung und mit einem den Mante! umgebenden Verschleißschutz sowie ein Verfahren zu ihrer Herstellung.The invention relates to an internally cooled roller of a continuous casting installation, in particular a support and guide roller, with a jacket of copper or a copper alloy surrounding a core made of iron material and connected to the core, and with a jacket! surrounding wear protection and a process for their manufacture.

In Stranggießanlagen sind die Rollen, insbesondere die angetriebenen und die unmittelbar an die Kokille anschließenden Rollen, einem hohen Verschleiß durch den heißen Strang ausgesetzt. Daher sind im Laufe der Zeit viele Versuche unternommen worden, die Verschleißfestigkeit der Rollen zu optimieren.In continuous casting plants, the rollers, in particular the driven rollers and the rollers directly adjoining the mold, are subject to high wear from the hot strand. Therefore, many attempts have been made over the years to optimize the wear resistance of the rollers.

Aus der japanischen Schrift Sho-52-40608 ist eine innengekühlte Stranggußrolle mit einem Kern, einem den Kern umgebenden Mantel und einem weiteren den Mantel umschließenden Verschleißschutzmantel bekannt. Der Mantel urn den Kern ist aus Kupfer, einer Kupfer-Nickel-Legierung, einer Kupfer-Aluminium-Legierung oder Aluminium hergestellt.From Japanese publication Sho-52-40608, an internally cooled continuous cast roll with a core, a jacket surrounding the core and a further wear protection jacket surrounding the jacket is known. The jacket around the core is made of copper, a copper-nickel alloy, a copper-aluminum alloy or aluminum.

Der Verschleißschutzmantel 1st aus Stahl Oder Gußeisen und mit dem inneren Mantel liber insbesondere eine Schrumpfpassung verbunden.The wear protection jacket is made of steel or cast iron and is especially connected to the inner jacket via a shrink fit.

Aus dieser Schrift ist zwar der grundsatzliche Aufbau, einen Kern einer Stranggießrolle mit einem Mantel aus Kupfer zu umgeben und diesen liber einen weiteren Mantel vor Verschleiß zu schlitzen, bekannt, jedoch wird die Wärmeleitung durch den Stahl- Oder Gußmantel mit geringerer Wärmeleitfähigkeit als Kupfer vermindert. Zusätzlich wirkt sich die aus Festigkeitsgründen benötigte Wanddicke zum Aufschrumpfen des Stahl- Oder Gußmantels negativ auf die Wärmeleitung aus.From this document the basic structure is known to surround a core of a continuous casting roll with a jacket made of copper and to slit this over another jacket before wear, but the heat conduction is reduced by the steel or cast jacket with a lower thermal conductivity than copper. In addition, the wall thickness required for strength reasons to shrink on the steel or cast iron jacket has a negative effect on the heat conduction.

Die deutsche Offenlegungsschrift DE 26 36 199 Al beschreibt ein Verfahren zur Herstellung von vergüteten Rollen von Stranggießanlagen mit einer Schutzschicht. Die Schutzschicht aus einer Cr-Ni-Legierung wird durch Aufspritzen aufgebracht und danach gesintert. Anschließend wird die Schutzschicht auf ein Endmaß von mindestens 1 mm mechanisch endbearbeitet.The German published patent application DE 26 36 199 A1 describes a method for producing tempered rolls of continuous casting plants with a protective layer. The protective layer made of a Cr-Ni alloy is applied by spraying and then sintered. The protective layer is then mechanically finished to a final dimension of at least 1 mm.

Der Nachteil von aufgespritzten Schutzschichten liegt in ihrer geringen Haftfà'higkeit, da diese mit der aufgerauhten Oberfläche des Grundwerkstoffes nur mechanisch verklammert sind. Außerdem lassen sich diese Schichten nicht in gleicher Wandstärke aufbringen, so daß eine Nachbearbeitung erforderlich ist.The disadvantage of sprayed-on protective layers is their low adhesion, since these are only mechanically clamped to the roughened surface of the base material. In addition, these layers cannot be applied with the same wall thickness, so that post-processing is required.

Aus einer neueren Patentschrift DE 37 35 884 Cl ist eine innengekühlte Walze mit einer durch Auftragsschweißen aufgebrachten Verschleißschicht bekannt. Die Verschleißschicht ist auf einem Mantel aus Rundeisen und dazwischenliegenden Schweißwerkstoffüllungen angeordnet, wobei die Rundeisen in einen Kern eingearbeitete offene KUhlkanäle abdecken. Die Verschleißschicht wird ggf. mehrlagig aufgebracht und anschließend endbearbeitet.An internally cooled roll with a wear layer applied by cladding is known from a more recent patent specification DE 37 35 884 Cl. The wear layer is arranged on a jacket made of round bars and welding material fillings in between, the round bars covering open cooling channels integrated into a core. If necessary, the wear layer is applied in several layers and then finished.

Erfahrungsgemäß werden zwei Lagen mit einer Gesamtdicke von etwa 5-8 mm aufgebracht, urn einerseits eine Aufmischung des Schweißwerkstoffes mit dem Mantel zu vermeiden und andererseits .eine erforderliche Endbearbeitungszugabe von 2 mm zu erhalten.Experience has shown that two layers with a total thickness of approximately 5-8 mm are applied in order to avoid mixing of the welding material with the jacket on the one hand and to obtain a required finishing allowance of 2 mm on the other.

Alle vorgenannten Vorschläge haben den gemeinsamen Nachteil, daß die Warmeleitung vom Strang in Richtung Kiihlmittel durch die Dickeund schlechte Wärmeleitfähigkeit der Verschleißschutzschicht vermindert -wird.All of the above proposals have the common disadvantage that the heat conduction from the strand towards the coolant is reduced by the thickness and poor thermal conductivity of the wear protection layer.

Die Aufgabe der Erfindung ist es eine innengekühlte, formstabile Rolle einer Stranggießanlage mit hoher Verschleißfestigkeit und gleichzeitig hoher Wärmeleitfähigkeit zu schaffen und ein Verfahren zu ihrer Herstel!ung anzugeben.The object of the invention is to provide an internally cooled, dimensionally stable roll of a continuous casting plant with high wear resistance and at the same time high thermal conductivity and to specify a process for its production.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß bei einer innengekühlten Rolle gemäß Gattungsbegriff des Anspruchs 1 mit den Merkmalen des kennzeichnenden Teils des Anspruchs 1 gelost. Vorteilhafte weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.The object is achieved with an internally cooled roll according to the preamble of claim 1 with the features of the characterizing part of claim 1. Advantageous further developments of the invention are specified in the subclaims.

Die Erfindung gibt gleichermaßen ein Verfahren zum Herstellen einer innengekühlten Rolle nach den Ansprüchen 1 - 7 an. Das Verfahren zeichnet sich dadurch aus, daß auf den Mantel aus Kupfer oder einer Kupferlegierung eine Zwischenschicht galvanisch aufgebracht wird und auf die Zwischenschicht mindestens eine Deckschicht über eine Widerstandsrollennaht-Auftragsschweißung aufgeschweißt wird.The invention likewise specifies a method for producing an internally cooled roll according to claims 1-7. The method is distinguished by the fact that an intermediate layer is applied galvanically to the copper or copper alloy sheath and at least one cover layer is welded onto the intermediate layer by means of a resistance roller seam cladding.

Erfindungsgemäß ermöglicht die Zwischenschicht, insbesondere aus einer galvanisch aufgebrachten Nickelschicht, den Kupfermantel mit einer auftragsgeschweißten Deckschicht zu versehen. Die Nickelschicht hat Maße von 0,3 - 1 mm ,und eine geringere Wèirmeleitfähigkeit als der Kupfermantel. Diese Schicht vermindert beim Schweißen die Abflihrung der Wärme durch den Kupfermantel und ermöglicht somit ein vollständiges Aufschmelzen des Schweißwerkstoffes und Verschweißen mit der Zwischenschicht. Die Verv/endung eines Widerstandsrollennaht-Auftragsschweißverfahrens· liefert Deckschichten insbesondere aus Ni-Cr-B-Legierungen als Verschleißschutz mit einer hohen Haftfähigkeit auf dem Grundwerkstoff und Dicken von weniger als 1 mm. Bei diesem Verfahren ist auch eine Einlagerung von Hartstoffen, insbesondere Wolframcarbid, in den Schweißwerkstoff zur Erhöhung der Verschleißfestigkeit der Schicht möglich.According to the invention, the intermediate layer, in particular made of a galvanically applied nickel layer, enables the copper jacket to be provided with an overlay welded covering layer. The nickel layer has dimensions of 0.3 - 1 mm, and a lower thermal conductivity than the copper jacket. During welding, this layer reduces the dissipation of heat through the copper jacket and thus enables the welding material to be completely melted and welded to the intermediate layer. The use of a resistance roller seam build-up welding process · provides cover layers, in particular made of Ni-Cr-B alloys, as wear protection with a high adhesion to the base material and thicknesses of less than 1 mm. With this method it is also possible to incorporate hard materials, in particular tungsten carbide, into the welding material to increase the wear resistance of the layer.

Die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellte Rolle zeichnet sich insgesamt durch eine hohe Wärmeleitfähigkeit und Unempfindlichkeit gegen Thermoschocks durch die geringen Schichtdicken der Nickel- und Verschleißschutzschicht, eine hervorragende Verschleißfestigkeit durch die auftragsgeschweißte Schicht und eine große Formstabiütät durch den Kern aus Eisenwerkstoff aus.The roll produced by the process according to the invention is characterized overall by a high thermal conductivity and insensitivity to thermal shocks by the small layer thicknesses of the nickel and wear protection layer, excellent wear resistance by the welded layer and a large dimensional stability by the core made of iron material.

Aus der Patentschrift DD 225 334 A1 ist zwar ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Widerstandsrollennaht-AuftragsschweiBen mit Zusatzwerkstoffen, insbesondere Metallpulvern (z.B. Nickel-Chrom-Bor-< Silizium-Legierungen), zur Panzerung Oder Armierung von Bauteilen (z.B. Stahlzylinder) bekannt. Jedoch ist eine direkte Beschichtung von NE-Metallen, insbesondere Kupfer Oder Kupfer-Legierungen, weder beschrieben noch möglich. Außerdem enthält die Schrift keine Hinweise auf die erreichbaren Schichtdicken von kleiner 1 mm.From the patent specification DD 225 334 A1, a method and a device for resistance roller seam cladding with filler metals, in particular metal powders (e.g. nickel-chromium-boron <silicon alloys), for armoring or reinforcing components (e.g. steel cylinders) is known. However, direct coating of non-ferrous metals, in particular copper or copper alloys, is neither described nor possible. In addition, the document contains no information on the achievable layer thicknesses of less than 1 mm.

Nachfolgend vrird die Erfindung anhand der Zeichnung erl'autert.The invention is explained below with reference to the drawing.

Die Figur 1 zeigt einen Längsschnitt einer Rol le mit wendeIförmigem Klihlmittelkanal. Die Rolle besteht im wesentlichen aus einem Kern 1 aus Eisenwerkstoff, einem den Kern 1 umgebenden Mantel 2 aus Kupfer Oder einer Kupferlegierung und aus einem den Mantel 2 umgebenden Verschleißschutz. Der Yerschleißschutz ist aus einer insbesondere galvanisch auf den Mantel 2 aufgebrachten Zwischenschicht 3 aus Nickel und einer auftragsgeschweißten Deckschicht 4 aufgebaut. Der Mantel 2 steht iiber Paßsitz, insbesondere iiber eine Schrumpfverbindung mit dem Kern 1 in Verbindung. Außerdem ist der Mantel 2 mindestens an einem Rand 5 iiber eine Schweißver.bindung 6 an dem Kern 1 befestigt. In die . Oberfl'ache des Kerns 1 ist ein Klihlmittelkanal 7 in Form einer zur Längsrichtung L des Kerns 1 ein- oder mehrgängigen wendelförmigen Nut eingearbeitet. Der Klihlmittelkanal 7 wird von dem rohrförmigen Mantel 2 abgedeckt. In dem Bereich der Ränder 5 des Mantels 2 ist der Klihlmittelkanal 5 liber radial verlaufende Bohrungen 8 mit Kiihlmittelanschlüssen 9 verbunden. Die Klihlmittelanschliisse 9 sind konzentrisch an dem Kern 1 und sich daran anschließenden Lagerzapfen angeordnet.FIG. 1 shows a longitudinal section of a roll with a spiral-shaped coolant channel. The roller essentially consists of a core 1 made of iron material, a jacket 2 of copper or a copper alloy surrounding the core 1 and a wear protection surrounding the jacket 2. The wear protection is made up of an intermediate layer 3 made of nickel, which is applied, in particular, galvanically to the jacket 2, and an overlay layer 4 which is welded on. The jacket 2 is connected to the core 1 via a snug fit, in particular via a shrink connection. In addition, the jacket 2 is fastened to the core 1 at least at an edge 5 via a welded connection 6. In the . A coolant channel 7 in the form of a helical groove which is single or multiple to the longitudinal direction L of the core 1 is incorporated into the surface of the core 1. The Klihlmittelkanal 7 is covered by the tubular jacket 2. In the area of the edges 5 of the jacket 2, the coolant channel 5 is connected to coolant connections 9 via radially extending bores 8. The Klihlmittelanschliisse 9 are arranged concentrically on the core 1 and adjoining bearing pins.

Die Erfindung ist zwar anhand einer Rolle mit einer einlagigen Deckschicht 4 beschrieben, jedoch läßt sich durch die durch das Widerstandsrollennaht-Auftragsschweißen aufgebrachte Deckschicht auch mehrlagig bei gleichzeitig geringer Gesamtdicke ausführen. Da die erfindungsgemäße Lehre sich auf die Beschichtung des Kupfermantels bezieht ist ihre Verwirklichung auch bei Vollrollen aus Kupfer ohne Kern möglich.Although the invention is described on the basis of a roll with a single-layer cover layer 4, the cover layer applied by the resistance roller seam cladding can also be implemented in multiple layers with a small overall thickness. Since the teaching according to the invention relates to the coating of the copper cladding, it can also be implemented in the case of full rolls of copper without a core.

Positions liste 1 Kern 2 Mantel 3 Zwischenschicht 4 Deckschicht 5 Rand des Mantels 6 Schweißverbindung 7 KUhlmittelkanal 8 Bohrung 9 Kühlmittelanschluß 10 Lagerzapfen L Längsrichtung des Kerns 1Position list 1 core 2 jacket 3 intermediate layer 4 cover layer 5 edge of the jacket 6 welded joint 7 coolant channel 8 bore 9 coolant connection 10 bearing pin L longitudinal direction of the core 1

Claims

Internally cooled roll of a continuous caster and process for its manufacture!

1. Internally cooled roll of a continuous caster, in particular a supporting and guiding roll, with a jacket made of iron material and connected to the core made of copper or alloys and with a wear protection surrounding the jacket, characterized in that the wear protection is applied to the jacket from the jacket There is an intermediate layer with a low thermal conductivity than copper and at least one cover layer welded onto the intermediate layer.

2. Internally cooled roll according to claim 1, characterized in that the intermediate layer made of nickel and is applied galvanically.

3. Internally cooled roll according to claim 1 or 2, characterized in that the thickness of the intermediate layer is 0.3 - 1 mm.

4. Internally cooled roll according to one of claims 1 to 3, characterized in that the covering layer applied by resistance roll seam build-up welding has a thickness of at most 1 mm, in particular 0.2-0.5 mm.

5. Internally cooled roll according to one of claims 1 to 4, characterized in that the cover layer consists of a Ni-Cr-B alloy.

6. Internally cooled roll according to one of claims 1 to 5, characterized in that hard materials are embedded in the cover layer.

7. Internally cooled roll according to one of claims 1 to 6, characterized in that the cover layer is designed in multiple layers.

8. A method for producing an internally cooled roll according to claims 1 to 7, characterized in that an intermediate layer is applied galvanically to the jacket made of copper or a copper alloy and at least one cover layer is welded onto the intermediate layer via a resistance roll seam weld.