铸辊设备.pdf

本发明涉及一种铝带连铸用的设备，它按传统的结构方式具有两个反向旋转的铸辊(1、2)，铸辊之间构成铸造间隙(4)。按本发明，第一铸辊(1)至少在其圆周侧的边缘区由一种铜质材料制成，而另一个第二铸辊(2)至少在其圆周侧的边缘区由一种钢质材料制成。铜质材料的热导率λk应为230至260W/m·K，而钢质材料的热导率λs应为30至40W/m·K。现有的观念是为了保证均匀的晶体生长只能用同类的铸辊材料浇注，与之相悖，按本发明采用由钢和铜组成的铸辊对。为保证优质的铸造组织，铸辊热导率的差别不超过5至9倍。业已证实，铜质材料的热导率λk与钢质材料的热导率λs之比特别有利的是6∶1至8∶1。

1.  金属带尤其铝带连铸用的铸辊设备，它具有两个反向旋转的铸辊(1、2；7、8；14、15)，铸辊之间构成铸造间隙(4、11)，其特征为：一个第一铸辊(1；7；14)至少在其圆周侧的边缘区由一种铜质材料制成，而另一个第二铸辊(2；8；15)至少在其圆周侧的边缘区由一种钢质材料制成。

2.  按照权利要求1所述的铸辊设备，其特征为：每个铸辊(7、8；14、15)具有一个钢质材料的圆柱芯(9、10；16、18)和一个与之连接的形式上为外套(12、13；17、19)的边缘区，其中，第一铸辊(7；14)的外套(12；17)由铜质材料制成，而第二铸辊(8；15)的外套(13；19)由钢质材料制成。

3.  按照权利要求1或2所述的铸辊设备，其特征为：铜质材料的热导率λ_k为200-370W/m·K，尤其230-260W/m·K，而钢质材料的热导率λ_s为25-50W/m·K，尤其30-40W/m·K。

4.  按照权利要求1至3之一所述的铸辊设备，其特征为：铜质材料的热导率λ_k与钢质材料的热导率λ_s互相成一比值为5∶1至9∶1，优选地为6∶1至8∶1。

5.  按照权利要求1至4之一所述的铸辊设备，其特征为：第一铸辊(1；7；14)设在第二铸辊(2；8；15)下方。

6.  按照权利要求1至5之一所述的铸辊设备，其特征为：铸辊(1、2；7、8；14、15)外表面(21-26)表面粗糙度R_a为0.2-0.8μm。

7.  按照权利要求1至6之一所述的铸辊设备，其特征为：第一铸辊(14)具有一个镀层(20)，它由一种热导率λ_B比铜质材料低的材料组成。

8.  按照权利要求6所述的铸辊设备，其特征为：镀层(20)的热导率λ_B小于100W/m·K，优选地为60-80W/m·K。

9.  按照权利要求6或7所述的铸辊设备，其特征为：镀层(20)的层厚在0.5-2.0mm之间，尤其是1.0mm。

10.  按照权利要求6至8之一所述的铸辊设备，其特征为：镀层(20)的硬度为180-420HB，优选地在220-380HB之间。

11.  按照权利要求6至9之一所述的铸辊设备，其特征为：镀层(20)由镍或一种镍合金组成。

12.  按照权利要求6至9之一所述的铸辊设备，其特征为：镀层(20)由一种陶瓷或金属喷镀层组成。

13.  按照权利要求6至9之一所述的铸辊设备，其特征为：镀层(20)由MCrAlY组成。

14.  按照权利要求1至13之一所述的铸辊设备，其特征为：铸辊(1、2；7、8；14、15)的外表面(21-26)是有成型结构的。

铸辊设备
技术领域
本发明涉及一种金属带尤其铝带连铸用的铸辊设备，它有两个反向旋转的铸辊，铸辊之间构成铸造间隙。
背景技术
在此铸辊设备中，液态的金属熔体在两个水平、垂直或成一个角度排列的反向旋转的铸辊之间浇铸。带材在两个铸辊之间凝固和在过程中连续地进一步导引。
铝带的所谓二辊带式浇铸是若干年以来使用的方法。采用这种方法制成的带厚通常在1mm至10mm的范围内。这种方法的特征在于有两个通常垂直地上下排列的铸辊，铸辊之间按期望的带厚造成铸造间隙。
传统结构方式的铸辊有一个通常用钢制成的圆柱芯，它被利用来导引冷却水，以及有一个与圆柱芯连接的外套。对于钢的铸辊，外套的材料通常使用热导率高的材料，如铜或铜合金。为了浇铸非铁金属，通常采用钢外套。
作为制造钢外套的材料使用合金元素C、Mn、Ni、Cr、Mo、V的高强度钢，它们在室温下的强度在800MPa与1200MPa之间。这种材料的缺点在于其有限的热导率，它通常处于25至50W/m·K范围内。
由于钢外套小的热导率，所以也限制了可达到的铸造速度。当今取决于合金的浇铸生产率达到0.7至1.2t/m/h的范围。按此平均的浇铸速度设计铸辊设备的辅助机组，如熔炼和浇铸炉以及卷取设备。
对于铜或铜合金的外套，主要采用热导率在200至370W/m·K范围内的铜质材料。尤其采用以铜、钴和铍为基的特种合金，可以在这些生产条件下用铜铸辊制造铝带。
由于铜合金高达十倍地热导率，可以从熔体导出大得多的热量，所以在铸辊设备中可以达到非常高的浇铸生产率。在试验中迄今达到的浇铸生产率为2.5t/m/h至2.8t/m/h。
除了高的强度和屈服点(R_p0.2≥450MPa)，适用于铸辊的铜合金还必须有高的延伸值A5。
使用有铜外套的铸辊时存在的缺点是铸辊成本比较高，它们只在浇铸生产率比较高的情况下分摊成本(amortisieren)，然而情况并不始终如此。
发明内容
从先有技术出发，本发明的目的是提高尤其用于连铸铝带的铸辊设备的生产率并降低其成本。
按本发明为达到此目的采用按权利要求1特征的铸辊设备。
本发明的核心是在两个铸辊与金属连续铸坯接触的边缘区内使用不同材料的铸辊对。按本发明，两个铸辊之一至少在边缘区用铜质材料制造，而另一个第二铸辊至少在边缘区用钢质材料制造。
与迄今在专业界内的观点相悖，按本发明将两个由热导率不同的材料制成的铸辊组合在一起。以此方式，铸辊设备可以在一个对于熔体准备和供给、浇铸生产率和卷取机为最佳的工作点下运行，从而导致提高为生产率。此外，可以组合地利用钢制铸辊成本低和铜辊高浇铸生产率的优点，由此可降低设备成本。
本发明基本思想有利的设计和进一步的发展是从属权利要求2至14的内容。
原则上，两个铸辊可以由实心材料构成。这指的是第一铸辊全部由铜质材料制成，以及另一个第二铸辊完全由钢质材料制成。
然而有利的是每个铸辊有一个钢质材料的圆柱芯和一个与之连接形式上为外套的边缘区，其中第一铸辊的外套由铜质材料制成，以及第二铸辊的外套由钢质材料制成。
人们迄今认为，为了造成可加工的铝带铸造组织，必须在铸辊设备的铸造间隙内进行尽可能均匀的散热。因此只能用同类铸辊材料加工，以保证均匀的晶体生长。
与之不同，现在建议将一个铜铸轴与一个降低了热导率的钢铸辊组合。在这里铜质材料的热导率λ_k应为200至370W/m·K，尤其230W/m·K至260W/m·K，以及钢质材料的热导率λ_s应为25至50W/m·K，尤其30W/m·K至40W/m·K。上述铜质材料的热导率λ_k与所要求的高的强度R_p0.2≥500MPa相结合，尤其由CuCoBe-(铜，钴，铍)或CuNiBe-(铜，镍，铍)或CuNiSi-(铜，镍，硅)合金达到。
尽管在由钢和铜构成的铸辊对的情况下导致从铸造间隙差别巨大的散热，但可通过这种铸辊对造成优质的铸造组织。之所以可能做到这一点主要由于铸辊热导率的差别不超过5至9倍。业已证明特别有利的是，铜质材料的热导率λ_k与钢质材料的热导率λ_s之比为6∶1至8∶1。
当铸辊热导率之比在5∶1至9∶1的范围内，保证在铸造的带材内不会导致不利地形成偏析带，它对铸造带材的质量带来负面的影响。晶体在其中从两侧向内生长的偏析带基本上留在铸造带材的中央。沿带材横截面合金元素的过度析出在实际研究中同样没有观察到。具有上述参数的辊对中还避免了组织中晶体的柱状形成。
按本发明的铸辊设备一项特别有利的设计规定，第一铸辊，亦即铜铸辊用作下辊，因为在下方的铸辊必须散出更多的热量。
同样有利的是，铸辊外表面的表面粗糙度R_A为0.2μm至0.8μm。由此可以产生高表面质量的铝带。
业已证明，通过使用有上述热导率比值的铸辊，在铝合金带材浇铸时的铸造生产率可以提高到值为1.5t/m/h至2.5t/m/h。
按另一项有利的设计，第一铸辊有一镀层，它由一种热导率比铜质材料低的材料组成。优选地，镀层由镍或镍合金组成。由此可以减小通过铸辊导出过程中的热，从而也能使用热导率更大的母体材料。镀层的热导率λ_B应小于100W/m·K。镀层的热导率λ_B为60W/m·K至80W/m·K认为是特别有利的。
此外，镀层的厚度应在0.5mm与2.0mm之间，尤其1.0mm。
镀层，尤其镍层的硬度应在180HB与420HB之间。实际上认为特别有利的是镀层硬度在220HB与380HB之间。
除镍或镍合金镀层外，也可以采用陶瓷材料组成的镀层或作为喷镀层的金属材料镀层，例如MCrAlY。在MCrAlY中，“M”指金属，例如铁(Fe)、镍(Ni)或钴(Co)或这些元素与铬、铝和钇的一种组合(Fe/Ni/CoCrAlY)。
原则上还可以设想，为了降低第一铸辊的热导率和提高其硬度，将多个层互相组合在一起，其中外表面应有最高的硬度。
作为替换或与一个镀层结合，铸辊外表面可以设有一种结构。这种结构可例如通过机械的影响，如喷砂或类似方式造成。由于铸辊的结构化的表面结构，可以影响从熔体到铸辊的传热。
为减小铸造带材的中心加厚缺陷，在按本发明的铸辊设备中，铸辊优选地不同成型。为了补偿铸辊设备的弹回率，两个铸辊设有凸的型面，其中，在铸辊中央的直径增大约为0.05mm至1.0mm。第二铸辊(钢铸辊)的型面增大由于其更大的刚度因而比第一铸辊(铜铸辊)的型面增大小。
附图说明
下面借助附图表示的实施例详细说明本发明。其中：
图1简化表示按本发明的铸辊设备的铸辊布置；
图2同样示意地表示第二种实施形式的两个铸辊；以及
图3第三种实施形式的铸辊。
图1在技术上大大简化地表示用于连铸或带式浇铸铝带的铸辊设备的两个铸辊1、2和配属的熔炼和浇铸炉3。两个铸辊1、2上下排列，在两个铸辊1、2之间形成一个铸造间隙4，它对应于期望的带厚。
储存在熔炼炉3内的液态铝熔体经装置5导向铸辊1、2并到达反向旋转的铸辊1、2之间。铝带6在两个铸辊1、2之间凝固，然后连续地在过程中进一步被导引。
在按图1的结构中，下方的第一铸辊1由铜质材料成，反之，第二铸辊2由钢质材料制成。
由铜质材料制成的第一铸辊1按本发明其热导率λ_k为230至260W/m·K。第二铸辊2的钢质材料热导率λ_s为30至40W/m·K。
在图2表示的铸辊设备的铸辊7.8中，每个铸辊7、8有一个圆柱形的钢质材料芯9、10。在铸辊7、8之间仍构成一个与期望的带厚对应的铸造间隙11。每个铸辊7、8圆周侧的边缘区分别由一个外套12、13构成。外套12、13通常热压配合在芯上。但原则上也可以采用其他接合技术，例如通过卷包(Hippen)或机械地夹紧。
在下方的第一铸辊7的外套12用铜质材料制成，而上部的第二铸辊8的外套13用钢质材料制成。在此实施形式中，铜质材料的热导率也是230至260W/m·K，以及钢质材料的热导率也为30至40W/m·K。实际上铜质材料的热导率λ_k与钢质材料的热导率λ_s互相的比值应为5∶1至9∶1，优选地为6∶1至8∶1。
在图3中表示的两个铸辊14、15与上面已说明的基本结构一致。下方的第一铸辊14有钢质材料的圆柱芯16和铜质材料的外套17，反之，上部的第二铸辊15不仅芯18而且外套19均由钢质材料制成。在热导率的参数方面适用按本发明已提及的说明。
第一铸辊14设有镀层20，它由一种与外套17的铜质材料相比热导率λ_B低的材料组成。实际上镀层20的热导率λ_B应小于100W/m·K，优选地为60至80W/m·K。作为镀层的材料使用镍或镍合金。也可以是有金属或陶瓷喷镀层的镀层。对于由金属材料组成的镀层尤其可想到MCrAlY镀层。
镀层20的层厚应在0.5至2.0mm之间，层厚为1.0mm实际上认为是特别有利的。此外，镀层20若其设计为电镀的镍或镍合金层，则硬度应为180至420HB，优选地在220至380HB之间，由此达到有效的磨损防护，这对铸辊14的寿命是有利的。
为了制成有高表面质量的铝带，原则上在上述所有的三种实施形式中铸辊1、2；7、8；14、15外表面21-26的表面粗糙度在R_a0.2至0.8mm范围内。
此外可以采取措施影响铝熔体向铸辊1、2；7、8；14、15的传热，即，铸辊1、2；7、8；14、15的外表面21-26结构化。在这里，铸辊1、2；7、8；14、15的外表面21-26有一种与期望的传热协调一致的表面结构(Topografie)。
                  附图标记
1-铸辊
2-铸辊
3-熔炼和浇铸炉
4-铸造间隙
5-供给装置
6-铝带
7-铸辊
8-铸辊
9-芯
10-芯
11-铸造间隙
12-外套
13-外套
14-铸辊
15-铸辊
16-芯
17-外套
18-芯
19-外套
20-镀层
21-外表面
22-外表面
23-外表面
24-外表面
25-外表面
26-外表面