DE2205694A1 - Verfahren zur Wärmebehandlung von metallischem Flachmaterial sowie Stützwalze hierfür - Google Patents
Verfahren zur Wärmebehandlung von metallischem Flachmaterial sowie Stützwalze hierfürInfo
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Description
Verfahren zur Wärmebehandlung von metallischem Flachmaterial sowie
Stützwalze hierfür
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Hochtemperaturbehandlung
von metallischem Flach- bzw. Streifenmaterial,
beispielsweise aus Siliziumstahl, sowie auf eine Stützwalze hierfür zur Verwendung bei hohen Temperaturen, mit einem
Walzenkörper.
Die Erfindung eignet sich allgemein für die die Wärmebehandlung von metallischem Flach- oder Streifenmaterial bei
verhältnismäßig hohen Temperaturen in Wärmebehandlungsöfcn,
in welchen' das Streifenmaterial über Stützrollen laufb.
442 VJ
- 2 —
In Durchlauf-Glühöfen für Flachmaterial hat man bisher
Förderrollen bzw. Förderwalzen verwendet, an denen sich aus dem Streifen Material anlagerte, so daß der anschließend
über bzw. um die Walzen herumgeführte Streifen Eindrücke erhielt bzw. in anderer Weise beschädigt wurde. Diesen Schwiesigkeiten
kam besonders Bedeutung bei der Wärmebehandlung von Siliziumstählen und anderen Stählen zu, die eine verhältnismäßig
hohe Glühtemperatur, beispielsweise im Bereich von über etwa 55O0C bis über etwa 87O0C1 erforderlich machen.
Derartige Anlagerungen ergeben sich aus einem komplizierten Vorgang, der außerdem beeinflußt wird durch die Dehnung des
um die Rollen herumgeführten Streifens bzw. Blechs, durch dessen chemische Zusammensetzung sowie durch die Zusammensetzung
und die Temperatur der Ofenatmosphäre und schließlich durch die Eigenschaften der Walzenoberfläche. Gerade der letztgenannte
Faktor hat für die Erfindung besondere Bedeutung.
An Ofen-Förderelementen hat man bereits feuerbeständige bzw. hitzbeständige Einsätze, beispielsweise Siliziumkarbid, verwendet,
an denen sich das durch den Ofen laufende Flach- bzw. Streifenmaterial abstützte. Derartige Elemente sind in der
US-Patentschrift 1 951 766 beschrieben. Zwar bildet sich an Siliziumkarbid-Einsätzen keine Oxidschicht, so daß damit,
ausgestattete Walzen beim Glühen von Flachmaterial zufriedenstellende Leistungen brachten. Bei Verwendung in Durchlauf-Glühöfen
für Streifenmaterial, in denen sich dieses unter Dehnung um die Walzen wickelt, und insbesondere beim Glühen
von Flachmaterial aus Siliziumstahl traten jedoch Anlagerungen an den Siliziumkarbid-Einsätzen auf. Außerdem war die Bereitstellung
und Anbringung der feuerfesten Einsätze arbeite- und kostenmäßig sehr aufwendig. Zur Verhütung von Anlagerungen an
den Lagerflächen für das Streifenmaterial beim Glühen unter hoher Temperatur hat man auch vorgeschlagen,' eine Walze mit
einem wegnehmbaren Mantel aus Kohlenstoff zu versehen. Dan in der US-Patentschrift 2 603 578 angegebene Verfahren zur
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Wärmebehandlung von Siliziumstahl bediente sich entweder mit Graphit oder mit amorpher Kohle beschichteter Walzen.
Die mit solchen Walzen erzielten Ergebnisse waren jedoch nicht für alle Atmosphären und auch nicht bei höherer Dehnungs- - >·
bzw. Zugbeanspruchung des Flach- oder Streifenmaterials zufriedenstellend.
In der US-Patentschrift 2 778 872 ist vorgesehen, Walzenmantel
zu verwenden, die im wesentlichen aus zusammengebackenen Graphitteilchen und einem Bindemittel bestehen.
Obgleich derartige Kohelnstoff-Walzenmäntel mit mäßigem
Erfolg eingesetzt wurden, ergaben sich Schwierigkeiten durch die ungleichmäßige Oxydation des Kohlenstoffmantels. An der
Walze entstanden nämlich "harte Stellen", die an dem anschließend über die Walze geführten Streifenmaterial Vertiefungen
verursachten, so daß die Walzen ausgebaut und die Walzenmäntel nachgearbeitet werden mußten. Ein weiterer Nachteil
bestand bei diesen mit Kohlenstoffmäntein ausgerüsteten
Walzen darin, daß die Walzen nicht ohne vorherige Abkühlung aus dem Ofen entnommen werden konnten, denn wenn die Walzen
bei hohen Temperaturen ausgebaut wurden, so verbrannten die Mäntel an der Luft.
"ZT-^s ist daher ein wichtiges Ziel der Erfindung, unter
Vermeidung der Nachteile des Standes der Technik die einfache und ^irtschaftlicbä Wärmebehandlung von metallischem
Flach- oder Streifenmaterial zu ermöglichen, ohne es schädlichen Einflüssen auszusetzen.
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Das erfindungsgemäße Verfahren zeichnet sich dadurch aus, daß das Streifenmaterial während der Wärmebehandlung an einer
Fläche abgestützt wird, die aus einem Werkstoff besteht, der Sinter-Qtfarzglas bzw. Siliziumdioxid und/oder Schamotte-Sintergranulat
enthält, vorzugsweise Sintern-Quax'zglas mit einem Anteil von bis zu 20% an Schamotte, CaO, MgO,
ZrSiO^ und/oder Cr2O,..
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Eine Walze bzw. Stützrolle zur Verwendung bei hohen Temperaturen ist nach der Erfindung so ausgebildet, daß der Walzenkörper
von einem porösen Mantel umschlossen ist, der aus Sinter-Quarzglas und/oder Schamotte-Sintergranulat besteht,
vorzugsweise aus Sinter-Quarzglas mit einem Anteil bis zu 20% an Schamotte, CaO, MgO, Al3O,, ZrSiO^ und/oder Cr2O5.
Die Stützfläche für die Hochtemperaturbehandlung nach der
Erfindung hat mithin einen metallischen Walzenkörper und einen Walzenmantel aus einem nichtoxydierenden Werkstoff, nämlich
beispielsweise aus gesintertem Quarzglas-Grus, aus Quarzglas-Teilchen im Gemisch mit Teilchen anderer, mit kolloidalem
Quarz bzw. Zement versinterten Oxiden bzw. aus Schamotte-Sintergranulaten. Der so erzeugte Mantel erfährt bei Temperaturänderungen
ein Geringstmaß an Ausdehnung bzwi- Zusammenziehung,
so daß die damit ausgestalteten Wärmeöfen-Förderrollen bzw. -Förderwalzen sich zum Abstützen von metallischen
Flach- bzw. Streifenmaterial in Durchlauf-, beispielsweise Glühofen, eignen, in denen das Material auf verhältnismäßig
hohe Temperatur gebracht wird, ohne daß es schädliche Einflüssen unterworfen ist.
Nach einer Weiterbildung der Erfindung besteht der den Walzenkörper
aus Metall umschließende Walzenmantel aus einem nichtoxydierenden Material, das aus Quarzglas-Grus hergestellt ist,
dem zwischen 0,5 und 20,0% mit kolloidalem Quarz und/oder Zement bzw. anderen kalthärtenden Bindemitteln versinterte
Oxide zugemischt sind.
Weitere Merkmale, Einzelheiten und Vorteile der Erfindung' ergeben sich aus der folgenden Beschreibung eines Ausführungcbeispiels
anhand der Zeichnung. Darin zeigt:
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* — 5 —
Pig. 1 eine Seitenansicht, teilweise im Schnitt, einer Walze
nach der Erfindung und
Fig. 2 eine Stirnansicht der Walze nach Fig. 1
In der Zeichnung ist mit 2 die Gesamtheit einer Walze in erfindungsgemäßer Ausbildung bezeichnet. Die Walze 2 besitzt
einen hohlen, tonnenförmigen Walzenkörper 8 aus Metall, der
von einem porösen Keramikmantel fest umschlossen ist. In einer bevorzugten Ausführungsform besteht der Keramikmantel
im wesentlichen aus feinverteilten bzw. kleingemahlenen SiOp-Glasteilchen, die mit kolloidalem Siliziumdioxid vermischt
und zu einem Walzenmantel geformt und gebrannt werden, vorzugsweise bei einer Temperatur von etwa 980 ° C, so
daß sich ein Mantel aus Sintern-Quarzglas ergibt, der gegen Metallabrieb von dem über den Walzenmantel geführten Streifen
widerstandsfähig ist. Der Sintermantel 6 bildet den Teil der Walze, der am Werkstück angreift und mit*seiner
äußeren Zylinderfläche 40 durch den Ofen laufendes metallisches Flach- bzw. Streifenmaterial abstützt·
Vorzugsweise ist der Mantel 6 durch Formgießen aus Quarzglas-Grus mit einem kolloidalen Siliziumdioxid, baw. einem Zementbindemittel
und nachfolgendes Brennen hergestellt, so daß eine Sinterbindung guter Haltbarkeit entsteht. Zur Darstellung
des Gruses werden Quarzteilen (SiO2) zu Glas verschmolzen, das
anschließend abgeschreckt und pulverisiert. Das Glaspulver wird dann mit einem kolloidalen Quarz bzw. Siliziumdioxid und/
oder einem Zementbindemittel in Form und Größe dem Mantel 6 entsprechend vergossen und sodann gesintert. Es ergibt sich
ein poröser Mantel von guter Festigkeit, der ausgezeichnete Temperaturwechselbestandigkeit hat und ohne Schaden zu nehmen
in einen heißen Ofen eingesetzt bzw. aus diesem ausgebaut werden kann."
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Ein aus Siliziumdioxid hergestellter Mantel 6 zeigt gegenüber herkömmlichen Siliziumstahl-Einsätzen bzw. Kohlenstoffbeschicli—
tungen bzw. Kohlenstoff-Mänteln eine geringe Wärmeleitfähigkeit,
d.h. der aus Quarzglas hergestellte Mantel 6 nach der Erfindung überträgt auf den Walzenkörper weniger Wärme, was zu
erhöhter Betriebszuverlässigkeit bzw. Stabilität des Walzen-' aufbaues beiträgt. Quarzglas-Grus ist verhältnismäßig billig und
bringt daher beträchtliche Kosteneinsparungen. Der daraus hergestellte Mantel 6 muß außerdem nicht regelmäßig aus dem Ofen
zur Instandsetzung unter Aufbringen einer Mantelkrone ausge-
■β *■
baut werden. Ferner rekristallisiert bzw. entglast-die Oberfläche
eines ^^g^as-l/älzenkÖEper-Mantels 6 bei Temperaturen
im Bereich von etwa 980 0C, so daß Walzenmantel aus diesem
Werkstoff auch in Wärmebehandlungsöfen senkrechter Bauart verwendbar sind, wie sie Pig. 1 der US-Patentschrift 2 603
darstellt.
Das gesinterte Quarzglas-Material des Mantels "6 -hat eine
Füll- bzw. Schüttdichte von etwa 1760 bis 1920 kg/m^,\was
praktisch einen Maximalwert für aus Keramikschlicker bzw.
gießfähigen Aufschlammungen hergestelltes Material darstellt. Pie geringe Wärmeleitfähigkeit dieses Materials
von etwa 0,670 kcal/m h grd bringt Einsparungen in der Be-Jtißizung
des Ofens, da weniger Wärme auf den Stahlkern der Walze übertragen wird. Mit einer Veränderung des Füll- bzw.
Schüttdichte des befestigten Walzenmantels ändert sich auch dieser Wert. Das Sinter-Quarzglasmaterial hat einen niedrigen
Wärmeausdehnungskoeffizienten, nämlich rund 0,3.10 bei einer
Temperaturänderung im Bereich von etwa -17>5°C bis 980 0C
(entsprechend 0 bis 1800 0F). Dadurch ist es möglich, heiße
Walzen ohne Gefahr von Rissebildung am Keramikmantel auszutauschen. Selbst wenn metallische Zubrände bzw. Anlagerungen
auftreten, so lösen sich diese von dem Mantel 6 infolge ihrer gegenüber dem Sinter-Quarzglas größeren Zusammenziehung bei der
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Abkühlung auf Raumtemperatur bzw. bei Temperaturveränderungen während der Ofenbehandlung. Alle derartigen metallischen Anlagerungen
zeigen die Form von überwiegend länglichen Verkrustungen, die etwa 1,6 bis 12,7 rom messen. Diese Zubrände/"
bilden jedoch keine den Mantel umschließende durchgehende Schicht. Der Wärmeausdehnungskoeffizient liegt vorzugsweise
bei etwa O,3·10 bzw. darunter, kann jedoch auch bis zu
0,5·10" betragen.
Das Nacharbeiten der Oberfläche an aus gesintertem Siliziumdioxid
hergestellten Walzenmänteln nach der Erfindung isb einfacher als bei aus anderen Materialien hergestellten Mänteln.
Sollten am Mantel metallische Verkrustungen bzw. Eisen- · oxid-Anlagerungen vorhanden sein, die sich beim Abkühlen nicht
von allein lösen, so ist der Mantel aus Sinter-Quarzglas in einfacher Weise nachschleifbar. In vielen Fällen reicht es
schon aus, derartige Matall-Anlagerungen, falls vorhanden, mit feinkörnigem Sandpapier zu entfernen.
Unter normalen Betriebsbedingungen undohne Abkühlung des Ofens wurden metallische Anlagerungen' bei Temperaturen zwischen
etwa 1030 und 1070 0C in einer Atmosphäre mit hohem Wasser- *·■
dampfanteil durch zur Verflüssigung der Masse führende chemische Reaktion des Siliziumdioxids der Walze mit dem durch
die Oxydation des Eisens in der Anlagerung gebildeten FeO entfernt. Die sich ergebende Flüssigkeit ist verhältnismäßig
dünnflüssig; das flüssige Oxid verläuft über die Oberfläche während der Drehung der Walze, so daß das Oxid selbst in
die Poren zwischen den Sinter-Quarzteilchen eindringen kann. Bei anderen für Walzenmäntel verwendeten Oxidkeramiken, beispielsweise
bei reinem Aluminiumoxid (Al^O,), ergäbe sich ein festes Eijsenoxid-Reaktionsprodukt und die Anlagerung würde f
größer werden. Jedoch kann eine geringe Merge AIpO7 in den
Poren des Mantels bzw. des Walzenkörpers das Abstoßen dieser
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Anlagerungen unterstützen, da begrenzte Mengen Al^O, den
Übergang der Reaktion zwischen PeO und Siliziumoxid in die flüssige Phase schon bei niedrigen Temperaturen bewirken.
Dem Quarzglas können Teilchen anderer Oxide, beispielsweise
von Schamotte, CaO, MgO, AIpO,, ZrSiO^ und/oder Cr2O, in
Anteilen zwischen 0,5 und 20% zugesetzt werden, ohne daß dadurch eine größere Beeinflussung der günstigen Wärmeausdehnung,
Wärmeleitfähigkeit bzw. Temperaturwechselheständigkeit
des aus ähnlichen Sinterquarz hergestellten Mantels einträte.. Jedes dieser Oxide bzw. jede Kombination daraus kann infolge
der Auswirkung auf die thermischen Eigenschaften des fertigen Körpers nur in beschränktem Maße verwendet werden.
Ton, z.B. in Form von calciniertem Kaolin (AlpSipO,-,), kann
in größten Mengen zugesetzt werden.
Es ist auch möglich, die chemischen Eigenschaften 'der WaI-zenobeifläche
durch teilweises bzw. vollständiges Imprägnieren der Oberflächenporen des Quarzglas-Mantels mit einem Material
zu verändern, das bei Erhitzen zerfällt und chemische Verunreinigungen in den Porenlöchern niederschlägt. Nach dem
Erhitzen auf etwa 420 ?C wird z.B. in die Poren eindringepde Chromsäure HpCrO^ in CrpO, umgewandelt. Andere chemische
Stoffe, wie z.B. Aluminiumchlorid, sind zur Veränderung der chemischen Beschaffenheit der Walzenoberfläche verwendbar,
ohne daß die allgemeinen Eigenschaften der Sinter-Quarzglas-Teilchen im Walzenmantel dadurch beeinflußt würden.
Bei Bedarf ist zum Formen des Mantels 6 eine abgewandelte Zusammensetzung verwendbar, beispielsweise mit Zement bzw.
anderen kalthärtenden Bindemitteln versintertes Schamottegranulat.
Der Walzenkörper 8 weist zwei kegelige V/ellenenden· 10 auf.
An jedem Ende des Walzenkörpers 8 ist ein dieses umschließender Mitnehmerring 12 sowie eine Abschlußplatte 14 angeordnet.
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• φ
Jedes Wellenende 10 ist mit Isoliermaterial 16 gefüllt.
Der Walzenkörper 8, die Wellenenden 10, die Mitnohmerringe 12
und die Abschlußplatten 14 sind zweckmäßig aus einer beliebigen, eisenhaltigen oder eisenfrei, hpchtemperatuffbeständigen
Legierung hergestellt, wie sie gewöhnlich für Ofen-För&erelemente
Verwendung findet.
Am Walzenkörper 8 dienen als Auflage bzw. Abstützung für den Mantel 6 im axialen Abstand voneinander angeordnete, aus
dem Umfang heraustretende Vorsprünge bzw. Stege .18. Für
den Walzenkörper 8 ist keine Belüftung erforderlich, da durch das zur Herstellung des Mantels 6 Sintern des .Quarz-Gruses oder
des Gemische aus Quarzglas-Grus und anderen Oxiden bzw. des Schamottegranulats der Mantel 6 eine ausreichende 'Porosität
erhält. Die Wellenden 10 weisen innerhalb des Endbereichs des Walzenkörper 8 zylindrische Abschnitte 22, kegelige Abschnitte
24 sowie zylindrische Endabschnitte 26 und 28 von verhältnismäßig großem bzw. kleinem Durchmesser auf. Die V/alze 2
kann in herkömmlicher Weise drehbar in einem Wärmebehandlungsofen angeordnet werden.
Es ist zweckmäßig, die Endstücke des Walzenkörpers 8 mittels Schweißverbindungen 30 und die Abschlußplatten 14 mittels ·
Schweißverbindungen 32 an die Wellenenden 10 anzuschließen.
Die Mitnehmerringe 12 sind zweckmäßig am Walzenkörper 8 durch Schweißverbindungen 34 befestigt. Jedoch wird einer der Mitnehmerringe
12 erst dann am tonnenförmigen Körper aufgesetzt und mit diesem verschweißt, wenn der Mantel 6 auf den' Walzenkörper
8 aufgezogen ist. Jeder Mitnehmerring 12 besitzt eine Anzahl längs des Umfanges im Abstand voneinander angeordneter,
radial und axial gerichteter Vorsprünge 36* deren jeder in einen
zu diesem Zweck an einem der Enden des Mantels 6 vorgesehenen Schlitz 38 eingreift und dadurch den Mantel mit dem Walzenkörper
8 verriegelt, so daß V/alze und Mantel eine Einheit
bilden. Die Schlitze 38 können bereits bei der Herstellung bzw.
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Formung des Mantels 6 geformt oder nach dem Gießen und
Einbrennen des Mantels gebohrt werden.
Sämtliche aus den Ansprüchen, der Beschreibung und der Zeichnung hervorgehenden Merkmale und Vorteile der Erfindung,
einschließlich konstruktiver Einzelheiten,
räumlicher Anordnungen und Verfahrensschritten, können sowohl für sich als auch in beliebiger Kombipation erfindungswesntlich sein.
räumlicher Anordnungen und Verfahrensschritten, können sowohl für sich als auch in beliebiger Kombipation erfindungswesntlich sein.
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Claims (10)
1. Verfahren zur Hochtempera tur/behandlung von metallischen
Flach- bzw. Streifenmaterial» beispielsweise aus Siliziua.-stahl,
dadurch gekennzeichnet, daß das Streifenmaterial während der Wärmebehandlimg an einer Fläche abgestützt
wird, die aus einem Werkstoff besteht, der Sinter-Quarzglas bzw. Siliziumdiöxid und/oder Schamotte-Sintergranulat
enthält, so daß an der Stützfläche„keine Anlagerungen
entstehen.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,' daß zur Wärmebehandlung bei Temperaturen über etwa
550 0C das Sinter-Quarzglas bis zu 20% an Schamotte, CaO, MgO, Al2O5, ZrSiO^ und/oder Cr3O5 enthält.
3- Stützwalze zur Verwendung bei hohen Temperaturen, mit
einem Walzenkörper, dadurch gekennz eichnet, daß der Walzenkörper (8) von einem porösen Mantel (6) umschlossen
ist, der aus einem Werkstoff hergestellt ist, der Sinter-Quarzglas und/oder Schamotte- Sintergranulat
enthält.
4. Walze nach Anspruch 3» dadurch gekennzeichnet,
daß das Sinter -Quarzglas bis zu 20% an Schamotte, CaO, MgO, Al2O5, ZrSiO^ und/oder Cr3O5 enthält.
5· Walze nach Anspruch 3 oder 4-, dadurch gekennzeichnet,
daß der Mantel (6) einen größten Wärmeausdehnungskoeffizienten von etwa 0,5.10 :
etwa -17,5°C bis 980 0C besitzt.
etwa -17,5°C bis 980 0C besitzt.
koeffizienten von etwa 0,5.10 im Temperaturbereich von
6. Walze" nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet,
daß der Kantel (6) einen größten Wärme ausdehnur.£i.-r
koeffizienten von etwa 0,3·10" im Temperaturbereich von
etwa -17,5°C bis 980 0C besitzt.
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7. Walze nach wenigstens einem der Ansprüche 3 "bis 6, dadurch
gekenn ζ e i chn e t, daß der Mantel (6) im wesentlichen aus Sintern-QuarzglaG-Gruü mit einem !colloidalcn
Siliziumdioxid-Bindemittel bestellt.
8. V/alze nach wenigstens einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch
gekennzeichnet, daß der Mantel (6) im weeentliehen
aus Sinter-Quarzglas-Gruö mit einem Zementbindemittel
besteht.
9. Walze wenigstens nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch
gekennzeichnet, daß der Mantel (6) im wesentlichen aus einem Gemisch aus SJnter-Quarzflas-Grus und bis
zu 20% an Schamotte, CaO, MgO, Al5O5 , ZrSiO4 und/oder
Cr0O2 besteht und daß das Gemisch mit einem kolloidalen
έ 3
Quarz-Bindemittel gesintert ist.
10. Walze wenigstens nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennz eich.net, daß der Mantel (6) im wesentlichen
aus einem Gemisch von Quarz-Grus und bis zu 20% an
Schamotte, CaO, MgO, Al2O5, ZrSiO^ und/oder Cr2O5 besteht
und daß das Gemisch mit einem Zementbindemittel gesintert ist.
209835/1108 bad ORDINAL
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