CN103061195A - 导热辊及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种导热辊(1),其具有用于承受负荷的内轴(2)和具有用于处理纤维幅材的表面的外护套部件(4),其中,该外护套部件贴靠地固定在内轴上以形成用于导热介质的流动空间(5)。外护套部件由可淬火的钢制成,其被淬火并在300-350℃的温度下退火,从而使外护套部件的硬度全部为至少450HV。本发明还涉及一种用于制造导热辊(1)的方法。
Description
技术领域
本发明涉及一种导热辊(例如热辊或圆筒),用于在纤维幅材机中处理幅材状的纤维材料,例如对纸张或纸板的挤压、干燥或压光。本发明还涉及导热辊的制造。本发明特别但不唯一地涉及一种具有双护套的热辊,其中,外护套紧紧地围绕构成辊体的内轴固定。
背景技术
在造纸机、纸板机和制浆机中,可以利用导热辊对幅材状的材料进行加热、干燥、压光、湿压和/或冷却。特别是在压光应用中,纤维幅材所需要的热效率由高效的热辊产生,其中,采用耐高温(近乎300℃)的导热油作为导热介质(热载体)。
为了实现所要求的加热及干燥效应,必须在要求高的过程应用中将热辊的表面温度提高至200-250℃甚至更高。从辊获取的热效率公知地与待加热的幅材和辊之间的导热接触以及待加热材料的类型,例如接触时间、单位面积的质量和幅材的湿度相关。高生产速度配合更长的接触时间、更潮湿的幅材和更高的热辊表面温度意味着,要从热辊获取的热效率必然是非常大的。
热辊的热量公知地是通过将起导热介质作用的液体或气体导入在热辊内部构成的流动通道中、特别是导入护套中的穿孔中而产生的,然后热量从穿孔传播到护套中并进一步传播到辊表面上。
在实用新型专利文献FI U8407中描述了一种导热辊,其包括圆柱形内轴、由金属制成的围绕内轴的外层和用于导热介质的流动通道(例如流槽)。在制造这种辊时,将内轴和外层牢固地结合在一起。流动通道由流槽构成,其在装配内轴和外层之前被构造于内轴的外表面上和/或外层的内表面上。
一种公知的导热辊表面结构是由通过焊接形成的硬质管套(Hartbezug)构成的,以获得表面的硬度。这种焊接的劳动强度高并且需要特殊的设备。此外,这种焊接还会带来质量风险,因为在焊接过程中产生的热影响区会使材料弱化。在焊接的材料中可能会留下瑕疵,例如凹洞和夹杂物。出现在辊表面上的凹洞在加工过程中形成可见的孔/凹陷。考虑到焊接缺陷,必须特别谨慎地利用无破坏性的方法对这种焊接的结构进行检测。
通过导热辊表面的表面硬化也可以获得较大的硬度。但是表面硬化可能在辊护套中导致就辊的应力而言不利的(不均匀的)应力分布。
但是,通过焊接和表面硬化仅能在辊表面层中经济地生成有限厚度(例如2-8mm)的硬化层。这种焊接和表面硬化在制造过程中形成附加的工作流程,这将提高制造成本并延长制造时间。如果在对导热辊表面的维护中材料受到磨损,则在较薄的硬质层被耗尽时必须对辊重新进行涂层。
发明内容
根据本发明的第一方面提出一种导热辊,其具有用于承受负荷的内轴和具有用于处理纤维幅材的表面的外护套部件,在此,该外护套部件贴靠地固定在该内轴上以形成用于导热介质的流动空间,并且该外护套部件由可淬火的钢制成,其被淬火并在300-350℃的温度时退火,从而使外护套部件的硬度普遍为至少450HV。
优选外护套部件在高于在导热辊运行期间导热介质的最高运行温度的退火温度下退火。
优选外护套部件由可淬火的机械工程钢制成。
优选外护套部件由调质钢(Vergütungsstahl)制成。
优选外护套部件由锻造的或以其他方式生产的无缝钢管制成。
优选导热辊在内轴和外护套部件之间的界面上具有用于导热介质的流动通道。
优选内轴由与外护套部件相比明显更硬的材料制成,例如由铁素体的铸铁或由结构钢制成。
优选内轴由更经济的材料制成,例如铸铁。
优选导热辊是用于压光机的热辊。
根据本发明的第二方面提出一种制造导热辊的方法,这种导热辊具有用于承受负荷的内轴和具有用于处理纤维幅材的外表面的外护套部件,其中,为了构成用于导热介质的流动通道,将外护套部件牢固、紧贴地固定在内轴上,外护套部件由可淬火的钢制造,其被淬火并在300-350℃的温度下退火,从而使其普遍具有至少450HV的硬度。
优选外护套部件热压装配在内轴上。
优选根据力求达到的外护套部件的硬度将外护套部件的退火温度选择为,还能够保持材料的良好强度特性。
优选外护套部件在高于在导热辊运行期间导热介质的最高运行温度的退火温度下退火。
除了退火温度之外,优选将退火持续时间选择为,使外护套部件的硬度保持在普遍为至少450HV。
优选内轴由与外护套部件相比明显更坚韧的材料制成。
由于外护套层在其整个厚度上都是坚硬的,因此与已知技术相比可以延长导热辊的寿命。在维护辊时,与迄今的技术相比,在导热辊的外护套层必须被更新之前,导热辊的外护套层可以有更多的材料被磨损。对外护套层的更新可以这样的方式实现:将已磨损的外护套层去除,并在原有的、即旧的内轴上涂覆新的外护套层。去除已磨损的、原有的外护套层例如可以通过沿导热辊的纵向方向将外护套层划分为二部分来实现。
外护套层的内应力保持在较低的水平,并且能够避免在现有技术中所发生的内应力峰值。
在此对本发明的不同实施方式仅示例性地与本发明的一个或几个方面相关联地进行了说明。对于本领域的专业人员需要说明的是,本发明的任意方面的任意实施方式在本发明的范围内都可以单独或与其他实施方式相结合地应用。
附图说明
下面根据附图对本发明进行说明,但是本发明并不局限于如图所示的实施方式。
图1示出了根据本发明的实施方式的导热辊的纵截面图。
图2以透视图示出了如图1所示的但没有轴端面部件的导热辊。
具体实施方式
在以下的说明中,对彼此相应的部分用相同的附图标记标出。应当指出的是,附图不是按照实际比例绘制,主要仅用于对本发明的实施例进行说明。
图1和图2示出了可加热和/或可冷却的导热辊1,其具有由钢制成的较薄的外护套部件4和位于该外护套部件中的内轴2。在位于外层和内轴之间的界面上设有流槽5,用于构成导热介质的流动通道。
导热辊1包括用于承受负荷的内轴2和固定在内轴2端部上的端面部件3。导热辊1被设计为双护套结构,在此,内轴2构成内护套部件(例如具有内表面6的中空轴)。外护套部件4通过热压装配或形状配合或其他接合方法(例如端面焊接)固定在内护套部件2上。在内护套部件2上,在其外侧面2a上设置作为用于导热介质的流槽的纵向通道。
外护套部件4具有用于处理纤维幅材的外表面。在作为加热辊的实施方式中,导热介质流动穿过外护套部件进入纤维幅材中,而在作为冷却辊的实施方式中,热量从纤维幅材W中出来穿过外护套部件4传播到导热介质中。优选导热介质由用于较高温度的油构成,但是也可以由水或蒸汽或其他的流体构成。
如果外护套部件4固定在内护套部件2上,则位于内护套部件的外表面上的纵向通道5在这两个护套部件之间构成用于导热介质的流动通道。
导热辊1可以在各种类型的压光机中作为热辊使用,例如在超级压光机、多辊轧光机和软压光机中使用。在压光机中,纤维幅材可以在由热辊和与热辊相接触的配对构件构成的压区中被加热和挤压,在此,该配对构件可以由具有或不具有涂层的辊组成,或由带、特别是金属带组成;或者纤维幅材可以在热辊的表面上被干燥。导热辊1还可以在干燥部中作为热烘缸使用,烘干贴靠在其表面上的纤维幅材。
导热辊的外护套部件4由可淬火的钢制成,对于这种钢在300-350℃的退火温度下可以获得450HV的硬度。这样将不再需要以后单独的表面硬化,并获得在整个材料厚度上足够的硬度。
优选外护套部件由锻钢制成。由锻钢制成的管状坯件可以在市场上购得。锻造钢管优选是无缝的。锻钢可以由普遍使用且容易获得的调质结构钢构成。举例来说,这种钢例如是42CrMo4和36CrNiMo6。通过这种调质结构钢例如可以获得均匀的微结构。
如果外护套部件由调质钢制成,则可以不在较高的温度下(在该较高的温度下硬度保持在低水平上,例如约300HV)进行与调质处理相关联的常规退火,而是在较低的温度下进行最终退火(Endanlassen),并由此使硬度可以达到超过500HV的水平。
外护套部件被硬化到所期望的硬度上,并在较低的温度下退火。对外护套部件的材料的退火优选发生在超过在导热辊1中流动的导热介质的最高运行温度的温度下,优选在300-350℃。对外护套部件的材料在这样低的温度下进行退火,使在硬化中所达到的硬度不会降低到450HV之下。在某些情况下,在这样的温度下对材料的退火可以达到450-500HV或更高的硬度。优选将温度和退火持续时间选择为,能够避免退火脆性。
在对外护套部件4进行硬化以及随后的退火中,可以就材料的冲击韧性(Schlagzaehigkeit)进行折中。与外护套部件相比,导热辊1的内轴2可以由明显更坚韧的材料制成,例如由便宜且容易处理的铁素体铸铁或结构钢制成。尽管如此,根据针对外护套部件的冲击韧性所做的样本,仍然可以制成具有十倍于目前所用的硬模辊(Kokillenwalzen)表面涂层的冲击韧性的冲击韧性的导热辊1的外护套部件。
外护套部件在硬化以及随后的退火中获得在其整个厚度上足够的硬度。因此,可以在不损失表面硬度特性的情况下,对外护套部件进行比已知的导热辊的硬化的表面层更深的处理(例如通过维护磨光)。由此可以提高导热辊的寿命(耐用度),并且能够在为了更新外护套而必须送到生产厂家之前,在造纸厂的车间中对辊进行更长时间的维护。
对于使用可使硬度到达450HV的可淬火的钢公知的偏见在于,人们相信较大的硬度还会导致易脆的结构。在市售锻钢生产商的产品线或生产计划中都没有提出用于较大的管状部件的这样的硬度值。通常锻造钢管供货商的生产计划会对材料提供在明显高于300℃的退火温度下达到的硬度值,在此,硬度保持在较低的水平上。
前面描述了本发明的一些实施方式的举例。本领域的技术人员应当理解的是,本发明并不限于所陈述的细节,而是也可以通过其他等效的方式实现。
所描述的实施方式的某些特征可以在没有其他特征的情况下被使用。以上描述仅是作为对本发明的原理的说明,而不能看作是对本发明的限制。
Claims (13)
1.一种导热辊(1),其具有用于承受负荷的内轴(2)和具有用于处理纤维幅材的表面的外护套部件(4),其中,该外护套部件贴靠地固定在所述内轴上以形成用于导热介质的流动空间(5),其特征在于,所述外护套部件(4)由可淬火的钢制成,其被淬火并在300-350℃的温度时退火,从而使该外护套部件的硬度全部为至少450HV。
2.如权利要求1所述的导热辊,其特征在于,所述外护套部件(4)在高于在所述导热辊(1)运行期间导热介质的最高运行温度的温度下退火。
3.如权利要求1或2所述的导热辊,其特征在于,所述外护套部件(4)由锻造钢管制成。
4.如权利要求1到3中任一项所述的导热辊,其特征在于,所述外护套部件(4)由调质钢制成。
5.如权利要求1到4中任一项所述的导热辊,其特征在于,所述导热辊(1)在所述内轴(2)和所述外护套部件(4)之间的界面上具有用于导热介质的流动通道(5)。
6.如权利要求1到5中任一项所述的导热辊,其特征在于,所述内轴(2)由与所述外护套部件(4)相比明显更硬的材料制成,例如由铁素体铸铁或由结构钢制成。
7.如权利要求1到6中任一项所述的导热辊,其特征在于,所述导热辊(1)是用于压光机的热辊。
8.一种制造导热辊(1)的方法,该导热辊包括用于承受负荷的内轴(2)和具有用于处理纤维幅材的外表面的外护套部件(4),其中,为了构成用于导热介质的流动通道(5),将所述外护套部件贴靠地固定在所述内轴上,其特征在于,所述外护套部件(4)由可淬火的钢制造,其被淬火并在300-350℃的温度下退火,从而使其完全获得至少450HV的硬度。
9.如权利要求8所述的方法,其特征在于,所述外护套部件(4)被热压装配在所述内轴(2)上。
10.如权利要求8或9所述的方法,其特征在于,根据所述外护套部件所要求的硬度目标,将所述外护套部件(4)的退火温度选择为,使材料保持良好的强度特性。
11.如权利要求8到10中任一项所述的方法,其特征在于,将所述外护套部件(4)的退火温度选择为,使其高于在所述导热辊(1)运行期间导热介质的最高运行温度。
12.如权利要求8到11中任一项所述的方法,其特征在于,除了所述退火温度之外,将退火持续时间选择为,使所述外护套部件(4)完全获得至少为450HV的硬度。
13.如权利要求8到12中任一项所述的方法,其特征在于,与所述外护套部件(4)相比,所述内轴(2)由明显更硬的材料制成。
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