DE2205694C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Stütz- und Förder­ rolle für Wärmeöfen zum Behandeln von metallischem Band­ material der im Oberbegriff von Anspruch 1 erläuterten Art.

Eine derartige Stütz- und Förderrolle ist aus der DE- AS 11 49 376 bekannt. An den Werkstoff für derartige Stütz- und Förderrollen werden hohe Anforderungen ge­ stellt. Es muß einerseits warmfest und bei den Behand­ lungstemperaturen nicht oxidierend sein. Andererseits sollte er auch die Anlagerung von Zunderteilchen ver­ meiden, die sich auf dem Bandmaterial bilden, da sich diese Ablagerungen wiederum ihrerseits in die Oberfläche des Bandmaterials eindrücken und dort Oberflächenfehler verursachen. Bei der bekannten Stütz- und Förderrolle besteht der Mantel aus Graphit oder amorphem Kohlenstoff. Es wurde festgestellt, daß mit derartigen Graphitmänteln zwar ein gewisser Schutz gegen Ablagerungen von Zunder erreicht werden konnte, die Graphitmäntel jedoch nicht in allen Ofenatmosphären und auch nicht bei höherer Deh­ nungs- bzw. Zugbeanspruchung der zu fördernden Werkstücke zufriedenstellend einsetzbar sind. Es wurde weiterhin festgestellt, daß die Graphitmäntel dazu neigen, partiell zu oxidieren, wodurch sich harte Stellen ergeben, die sich wiederum in die Oberfläche des Bandmaterials ein­ drücken. Schließlich müssen die bekannten Rollen vor dem Auswechseln im Ofen abkühlen, da sie anderenfalls beim Kontakt mit dem Luftsauerstoff sofort verbrennen würden.

Für den angegebenen Verwendungszweck sind außerdem noch eine Reihe anderer Vorschläge gemacht worden. So wurde beispielsweise in der US-PS 34 56 931 vorgeschlagen, eine Förderrolle aus zusammengepreßten und mit Portland­ zement versetzten Asbestscheiben zu fertigen, die da­ nach einer Wärmebehandlung unterworfen wird, wobei sich durch Dehydrierung der Bestandteile des Asbestes und des Portlandzementes eine Keramikschale ausbildet. Durch die­ se Ausbildung wird zwar die Oxidation der Förderrolle selbst verhindert, ob damit jedoch Zunderanlagerungen wirksam vermieden werden können, bleibt dahingestellt. Auf jeden Fall besteht bei dieser Förderrolle die Ge­ fahr, daß die Schale bei größeren und vor allen Dingen örtlich begrenzten Beanspruchungen bricht.

In der US-PS 17 37 117 wird eine Förderrolle vorge­ schlagen, die aus einer Vielzahl von geformten Schamotte­ steinen zusammengesetzt wurde. Auch bei dieser Förder­ rolle wird zwar die Oxidation der Rolle selbst vermie­ den, ob jedoch auch Anlagerungen vermieden werden kön­ nen, ist nicht gesagt. Die vorgeschlagene Rolle ist darüber hinaus kompliziert und teuer in der Herstellung.

Schließlich wird in der US-PS 26 50 889 vorgeschlagen, Stütz- und Förderrollen aus Stahl mit einem Schmiermit­ tel zu schmieren, um damit Zunderanlagerungen zu vermei­ den. Als Schmiermittel wird neben dem bevorzugten Gra­ phit auch Kieselgur vorgeschlagen. Die Schmierung der Rollen ist relativ kompliziert, da das Schmiermaterial immer in Kontakt mit den Rollen bleiben muß. Außerdem wird dadurch die Eigenoxidation des Rollenwerkstoffes nicht verhindert.

Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, eine selbst nichtoxidierende, einfach zu handhabende Stütz- und Förderrolle bereitzustellen, die einen zuver­ lässigen Schutz gegen Oxidansätze und Überhitzungen bietet und im wesentlichen für alle Ofenatmosphären und Beanspruchungen einsetzbar ist.

Die Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Hauptanspruches gelöst.

Die erfindungsgemäße Stütz- und Förderrolle oxidiert selbst nicht und ist für alle Ofenatmosphären einsetz­ bar. Der Sinter-Kieselglasmantel weist eine niedrige Wärmeleitfähigkeit und einen niedrigen Wärmeausdehnungs­ koeffizienten auf. Dadurch ist es möglich, die heißen Rollen ohne Gefahr einer Rißbildung und ohne eine mehr oder weniger lebhafte Oxidation bereits im heißen Zu­ stand aus dem Ofen auszubauen. Sollten sich doch Zun­ derteilchen anlagern, so lösen sie sich beim Abkühlen durch ihre größere Kontraktion infolge ihres größeren Wärmeausdehnungskoeffizienten von selbst.

Die erfindungsgemäße Stütz- und Förderrolle eignet sich aufgrund dieser Eigenschaften besonders zur Wärme­ behandlung von Siliziumstahlbändern, die eine verhält­ nismäßig hohe Glühtemperatur, beispielsweise im Bereich von über etwa 550°C bis über etwa 870°C, erforderlich machen.

Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den Unter­ ansprüchen.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnung näher beschrieben. Es zeigt

Fig. 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 Mantel fest umschlossen ist. In einer bevorzugten Ausführungsform besteht der Mantel aus feinverteilten bzw. kleingemahlenen Kieselglasteilchen, die mit kolloidalem Siliziumdioxid ver­ mischt und zu einem Walzenmantel geformt und gesintert wer­ den, vorzugsweise bei einer Temperatur von etwa 980°C. Der so hergestellte Mantel ist gegen Metallabrieb von dem über den Walzenmantel geführten Bandmaterial widerstandsfähig. Der Sintermantel 6 bildet den Teil der Walze, der am Werkstück angreift und mit seiner äußeren Zylinderfläche 40 durch den Ofen laufendes metallisches Bandmaterial abstützt.

Der Mantel 6 wird aus Kieselglas- Partikel mit kolloidalem Siliziumdioxid- bzw. einem Zement- Bindemittel und nachfolgendem Sintern hergestellt, so daß eine Sinterbindung guter Haltbarkeit entsteht. Zur Herstellung der Partikel werden Quarzteilchen (SiO₂) zu Glas verschmolzen, das anschließend abgeschreckt und pulverisiert wird. Das Glaspulver wird dann mit einem kolloidalen Siliziumdioxid- oder einem Zement-Bindemittel vermischt, zum Mantel 6 geformt und sodann gesintert. Es ergibt sich ein poröser Mantel von guter Festigkeit, der ausgezeichnete Temperaturwechselbeständigkeit hat und ohne Schaden zu nehmen in einen heißen Ofen eingesetzt bzw. aus diesem ausgebaut wer­ den kann.

Ein aus Siliziumdioxid hergestellter Mantel 6 zeigt gegenüber herkömmlichen Siliziumstahl-Einsätzen bzw. Kohlenstoffbeschich­ tungen bzw. Kohlenstoff-Mänteln eine geringe Wärmeleitfähigkeit, d. h. der aus Kieselglas hergestellte Mantel 6 nach der Erfin­ dung überträgt auf den Walzenkörper weniger Wärme, was zu erhöhter Betriebszuverlässigkeit bzw. Stabilität des Walzen­ aufbaues beiträgt. Die Kieselglas-Partikel sind verhältnismäßig billig und bringen daher beträchtliche Kosteneinsparungen. Der daraus her­ gestellte Mantel 6 muß außerdem nicht regelmäßig aus dem Ofen zur Instandsetzung unter Aufbringen einer Mantelkrone ausge­ baut werden.

Das gesinterte Kieselglas-Material des Mantels 6 hat eine Füll- bzw. Schüttdichte von etwa 1760 bis 1920 kg/m³, was praktisch einen Maximalwert für aus Keramikschlicker bzw. gießfähigem Aufschlämmungen hergestelltes Material dar­ stellt. Die geringe Wärmeleitfähigkeit dieses Materials von etwa 0,670 kcal/m h grd bringt Einsparungen in der Be­ heizung des Ofens, da weniger Wärme auf den Stahlkern der Walze übertragen wird. Mit einer Veränderung der Füll- bzw. Schüttdichte des befestigten Walzenmantels ändert sich auch dieser Wert. Das Sinter-Kieselglasmaterial hat einen niedrigen Wärmeausdehnungskoeffizienten, nämlich rund 0,3 · 10^-6 bei einer Temperaturänderung im Bereich von etwa -17,5°C bis 980°C. Dadurch ist es möglich, heiße Walzen ohne Gefahr von Rissebildung am Mantel auszu­ tauschen. Selbst wenn metallische Anlagerungen auftreten, so lösen sich diese von dem Mantel 6 infolge ihrer gegenüber dem Sinter-Kieselglas größeren Zusammenziehung bei der Abkühlung auf Raumtemperatur bzw. bei Temperaturveränderungen während der Ofenbehandlung. Alle derartigen metallischen An­ lagerungen zeigen die Form von überwiegend länglichen Ver­ krustungen, die etwa 1,6 bis 12,7 mm messen. Diese Anlagerungen bilden jedoch keine den Mantel umschließende durchgehende Schicht. Der Wärmeausdehnungskoeffizient liegt vorzugsweise bei etwa 0,3 · 10^-6 bzw. darunter, kann jedoch auch bis zu 0,5 · 10^-6 betragen.

Das Nacharbeiten der Oberfläche an aus gesintertem Kieselglas hergestellten Walzenmänteln nach der Erfindung ist einfacher als bei aus anderen Materialien hergestellten Män­ teln. Sollten am Mantel metallische Verkrustungen bzw. Eisen­ oxid-Anlagerungen vorhanden sein, die sich bei Abkühlen nicht von allein lösen, so ist der Mantel aus Sinter-Kieselglas in einfacher Weise nachschleifbar. In vielen Fällen reicht es schon aus, derartige Metall-Anlagerungen, falls vorhanden, mit feinkörnigem Sandpapier zu entfernen.

Unter normalen Betriebsbedingungen und ohne Abkühlung des Ofens wurden metallische Anlagerungen bei Temperaturen zwischen etwa 1030 und 1070°C in einer Atmosphäre mit hohem Wasser­ dampfanteil durch zur Verflüssigung der Masse führende chemische Reaktion des Siliziumdioxids der Walze mit dem durch die Oxidation 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-Kieselglaspartikeln eindringen kann. Bei anderen für Walzenmäntel verwendeten Oxidkeramiken, bei­ spielsweise bei reinem Aluminiumoxid (Al₂O₃), ergäbe sich ein festes Eisenoxid-Reaktionsprodukt, und die Anlagerung würde größer werden. Jedoch kann eine geringe Menge Al₂O₃ in den Poren des Mantels bzw. des Walzenkörpers das Abstoßen dieser Anlagerungen unterstützen, da begrenzte Mengen Al₂O₃ den Übergang der Reaktion zwischen FeO und Siliziumoxid in die flüssige Phase schon bei niedrigen Temperaturen bewirken.

Dem Kieselglas können Teilchen anderer Oxide, beispielsweise von Schamotte, CaO, MgO, Al₂O₃, ZrSiO₄ und/oder Cr₂O₃ in Anteilen zwischen 0,5 und 20% zugesetzt werden, ohne daß da­ durch eine größere Beeinflussung der günstigen Wärmeausdeh­ nung, Wärmeleitfähigkeit bzw. Temperaturwechselbeständigkeit des Mantels einträte. Jedes dieser Oxide bzw. jede Kombination daraus kann in­ folge der Auswirkung auf die thermischen Eigenschaften des fertigen Körpers nur in beschränktem Maße verwendet werden. Ton, z. B. in Form von calciniertem Kaolin (Al₂Si₂O₇), kann in größeren Mengen zugesetzt werden.

Es ist auch möglich, die chemischen Eigenschaften der Wal­ zenoberfläche durch teilweises bzw. vollständiges Imprägnieren der Oberflächenporen des Mantels mit einem Material zu verändern, das bei Erhitzen zerfällt und chemische Ver­ unreinigungen in den Porenlöchern niederschlägt. Nach dem Erhitzen auf etwa 420°C wird z. B. in die Poren eindringende Chromsäure H₂CrO₄ in Cr₂O₃ umgewandelt. Andere chemische Stoffe, wie z. B. Aluminiumchlorid, sind zur Veränderung der chemischen Beschaffenheit der Walzenoberfläche verwendbar, ohne daß die allgemeinen Eigenschaften der Sinter-Kieselglas- Teilchen im Walzenmantel dadurch beeinflußt würden.

Der Walzenkörper 8 weist zwei kegelige Wellenenden 10 auf. An jedem Ende des Walzenkörpers 8 ist ein dieses umschließender Mitnehmerring 12 sowie eine Abschlußplatte 14 angeordnet.

Jedes Wellenende 10 ist mit Isoliermaterial 16 gefüllt. Der Walzenkörper 8, die Wellenenden 10, die Mitnehmerringe 12 und die Abschlußplatte 14 sind zweckmäßig aus einer belie­ bigen, eisenhaltigen oder eisenfrei, hochtemperaturbeständigen Legierung hergestellt, wie sie gewöhnlich für Ofen-Förder­ elemente Verwendng 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 Sintern der Kieselglaspartikel oder des Gemischs aus ihnen mit anderen Oxiden der Mantel 6 eine ausreichende Porosität erhält. Die Wellenenden 10 weisen innerhalb des Endbereichs des Walzenkörpers 8 zylindrische Abschnitte 22, kegelige Ab­ schnitte 24 sowie zylindrische Endabschnitte 26 und 28 von ver­ hältnismäßig großem bzw. kleinem Durchmesser auf. Die Walze 2 kann in herkömmlicher Weise drehbar in einem Wärme­ ofen 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 Mit­ nehmerringe 12 erst dann am tonnenförmigen Körper aufgesetzt und mit diesem verschweißt, wenn der Mantel 6 auf den Walzen­ körper 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 Walzen­ körper 8 verriegelt, so daß die Walze und Mantel eine Einheit bilden. Die Schlitze 38 können bereits bei der Herstellung bzw. Formung der Mantels 6 geformt oder danach gebohrt werden.

Claims (4)

1. Stütz- und Förderrolle für Wärmeöfen zum Be­ handeln von metallischem Bandmaterial, mit einem Grundkörper und einem auf dem Grundkörper befestigten, porösen Mantel aus miteinander verbundenen Partikeln eines nichtmetalli­ schen Materials, dadurch gekennzeichnet, daß die Partikel gesinterte Kieselglas-Partikel sind.

2. Stütz- und Förderrolle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kieselglas-Partikel mit 0,5 bis 20% Partikel aus Schamotte, CaO, MgO, Al₂O₃, ZrSiO₄ und Cr₂O₃ vermischt sind.

3. Stütz- und Förderrolle nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Partikel mit Hilfe eines Bindemittels aus kolloidalem Silizium­ dioxid miteinander verbunden sind.

4. Stütz- und Förderrolle nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Partikel mit Hilfe eines Zementbindemittels miteinander verbunden sind.