DD251160A1 - CASTING MATERIAL FOR SURFACE ROLLERS AND ROLLERS IN PROCESSING MACHINES - Google Patents

CASTING MATERIAL FOR SURFACE ROLLERS AND ROLLERS IN PROCESSING MACHINES Download PDF

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Klaus Mueller
Holger Lau
Wolfgang Moeller
Eduard Hecht
Henry Krause
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Thaelmann Schwermaschbau Veb
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Abstract

Die Erfindung betrifft den Einsatz von Gusswerkstoffen fuer Laufringe und -rollen bei Verarbeitungsmaschinen, insbesondere Drehrohroefen, Trockentrommeln und -muehlen der Zementindustrie. Ziel der Erfindung ist es, durch eine wesentliche Erhoehung der Funktionssicherheit dieser massiven, zylindrischen Formgussteile mit Wanddicken im Bereich von 80...250 mm, den Reparatur- und Wartungsaufwand zu senken, um die Leistungsfaehigkeit der Zementanlagen zu erhoehen. Erfindungsgemaess wird diese Aufgabe durch legiertes Gusseisen mit Kugelgraphit geloest, dass bei einem CE-Wert von 4,0...4,5% die Legierungsbestandteile in der Kombination Ni/Cu, Cu/Mo oder Ni/Cu/Mo bzw. dass die Anteile an Ni, Cu und Mo einzeln oder gemeinsam, teilweise oder vollstaendig durch Sn substituiert werden. Durch die spezielle Kombination der Legierungsbestandteile bildet sich im Gusszustand nach einer Waermebehandlung ein homogenes, feinstreifig-perlitisches Gefuege, so dass dieser Gusswerkstoff hohe Ansprueche an Festigkeit, Haerte, Verschleissverhalten, Notlaufeigenschaften, Daempfungsvermoegen und Temperaturbelastbarkeit sowie Widerstandsfaehigkeit gegenueber aggressiven Gasen und Staeuben erfuellt.The invention relates to the use of cast materials for races and rollers in processing machines, in particular Drehrohroefen, drying drums and -muehlen the cement industry. The aim of the invention is, by a substantial increase in the reliability of these solid, cylindrical castings with wall thicknesses in the range of 80 ... 250 mm, to reduce the repair and maintenance effort to increase the efficiency of the cement plants. According to the invention, this object is achieved by alloyed spheroidal graphite cast iron, that at a CE value of 4.0 to 4.5%, the alloying components in the combination Ni / Cu, Cu / Mo or Ni / Cu / Mo or Shares of Ni, Cu and Mo individually or jointly, partially or completely substituted by Sn. As a result of the special combination of the alloy constituents, a homogeneous, finely-grained pearlitic structure is formed in the cast state after heat treatment, so that this cast material fulfills high demands on strength, hardness, wear behavior, emergency running properties, damping properties and temperature resistance as well as resistance to aggressive gases and dust.

Description

Anwendungsgebiet der ErfindungField of application of the invention

Die Erfindung betrifft einen Gußwerkstoff für mechanisch hochbeanspruchte, thermisch belastbare und aggressiven Gasen und Stäuben ausgesetzte zylindrisch geformte Laufrollen und -ringe, vorzugsweise mit einer Wandstärke von 80 bis 250 mm, für Drehrohrofen, Trockentrommeln und-mühlen der ZementindustrieThe invention relates to a cast material for mechanically highly stressed, thermally stable and aggressive gases and dusts exposed cylindrically shaped rollers and rings, preferably with a wall thickness of 80 to 250 mm, for rotary kiln, drying drums and mills the cement industry

Weiterhin ist diese Erfindung in den Bereichen der chemischen Industrie sowie bei Großanlagen zur Erzaufbereitung anwendbar. Furthermore, this invention is applicable in the fields of the chemical industry and in large-scale systems for ore processing.

Charakteristik der bekannten technischen LösungenCharacteristic of the known technical solutions

Laufrollen und -ringe werden zur Lagerung von langgestreckten, um ihre Längsachse rotierenden Großanlagen, wie beispielsweise Drehrohrofen, Trockentrommeln und -mühlen, verwendet.Casters and rings are used for the storage of elongate large plants rotating about their longitudinal axis, such as rotary kilns, drying drums and mills.

Beim Abwälzvorgang nehmen diese massiven, zylindrisch geformten Bauteile das Gewicht der gesamten Anlage, einschließlich des Füllgutes, auf. Die Laufringe haben zudem eine Stützfunktion für den Trommelmantel gegen die Wirkung der Querkraftbeanspruchung zu erfüllen. Die größere Hertzsche Pressung und die um ein vielfaches höhere Umdrehungszahl der Laufrolle im Vergleich zum Laufring führen naturgemäß zu einem schnelleren Verschleiß der Rolle. An der Lauffläche kommt es durch Kaltverfestigung zur Pittingbildung und zur Versprödung der Oberflächenpartien. Die speziellen Einsatzbedingungen stellen an den Werkstoff höchste Anforderungen bezüglich der Festigkeit, Härte, Verschleißverhalten, Notlaufeigenschaften, Dämpfungsvermögen und Temperaturbelastbbarkeit sowie Widerstandsfähigkeit gegen aggressive Stäube und Gase. Bei bekannten Konstruktionsausführungen kommen als Werkstoffe Gußeisen mit Lamellen- oder Kugelgraphit, aber auch Stahlgußwerkstoffe, wie z. B. GS 28 Mn 6, GS42 Cr Mo4, GS-60, GS-50, zur Anwendung. Die größeren Dimensionen moderner Drehrohrofen machten es notwendig, anstelle von Gußeisen mit Lamellengraphit andere Gußwerkstoffe und Verfahrenstechniken anzuwenden. Aus der britischen Patentschrift 1417435 ist ein legierter Gußeisenwerkstoff mit Kugelgraphit bekannt, der für dickwandige Formgußteile anwendbar ist. Bei diesem Werkstoff sind die Legierungsanteile Kohlenstoff, Silizium, Phosphor, Schwefel in an sich bekannten Bereichen sowieDuring the rolling process, these massive, cylindrically shaped components take on the weight of the entire system, including the contents. The races also have a support function for the drum shell against the effect of the transverse force stress to meet. The larger Hertzian pressure and the much higher number of revolutions of the roller compared to the race naturally lead to a faster wear of the roller. At the tread it comes through strain hardening for pitting and embrittlement of the surface parts. The special operating conditions place the highest demands on the material in terms of strength, hardness, wear behavior, emergency running properties, damping capacity and temperature resistance as well as resistance to aggressive dusts and gases. In known construction designs come as materials cast iron with lamellar or nodular graphite, but also cast steel materials such. GS 28 Mn 6, GS42 Cr Mo4, GS-60, GS-50. The larger dimensions of modern rotary kilns made it necessary to use other cast materials and processing techniques instead of cast iron with lamellar graphite. From British patent specification 1417435 an alloyed cast iron material with nodular graphite is known, which is applicable for thick-walled castings. In this material, the alloying shares carbon, silicon, phosphorus, sulfur in known per se and

Mg 0,3...1,4%Mg 0.3 ... 1.4%

Ni 0,5...2,5%Ni 0.5 ... 2.5%

Cu 0,3...1,0%Cu 0.3 ... 1.0%

Mo 0,1 ...0,26%Mo 0.1 ... 0.26%

Sn 0,03...0,2% enthalten.Sn contains 0.03 ... 0.2%.

Dieser Gußwerkstoff ist verwendbar für dickwandigen Guß (50-100 mm Wanddicke). Für die speziellen Anforderungen, die an den Werkstoff von Laufrollen und-ringen gestellt werden, ist dieser Gußwerkstoff wegen unzureichender mechanischer Kennwerte nicht geeignet.This casting material can be used for thick-walled castings (50-100 mm wall thickness). For the special requirements that are placed on the material of rollers and rings, this casting material is not suitable because of insufficient mechanical properties.

Aus der Fachzeitschrift „Gießerei-Praxis" Nr.21/1975, Seite 350 bis 357, sind Untersuchungen bekannt, die an Gußeisen mit Kugelgraphit im Wanddickenbereich von 25 bis 150mm vorgenommen worden sind. Dabei wurde die Abhängigkeit der Wanddicke auf die Ausbildung eines perlitischen Gefüges und die mechanischen Kennwerte wärmebehandelter Gußproben untersucht. Diese ausgewiesenen Ergebnisse treffen nicht genau inhaltlich auf praktische Belange zu.From the journal "Foundry Practice" No.21 / 1975, pages 350 to 357, investigations are known that have been made on cast iron with nodular graphite in the wall thickness range of 25 to 150mm., The dependence of the wall thickness was on the formation of a pearlitic structure and the mechanical characteristics of heat-treated cast samples are being investigated, and these reported results are not accurate in terms of content to practical issues.

Ziel der ErfindungObject of the invention

Ziel der Erfindung ist es, durch eine wesentliche Erhöhung der Funktionssicherheit der Lauf ringe und -rollen den Reparatur- und Wartungsaufwand von Drehrohrofen, Trockentrommeln und -mühlen zu reduzieren, um die Leistungsfähigkeit dieser Zementanlagen zu steigern.The aim of the invention is to reduce the repair and maintenance of rotary kiln, drying drums and mills by a significant increase in the reliability of the running rings and rollers to increase the performance of these cement plants.

-2- 251160 Darlegung des Wesens der Erfindung-2- 251160 Presentation of the Essence of the Invention

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Gußwerkstoff für Laufrollen und -ringe von Drehrohrofen, Trockentrommeln und -mühlen der Zementindustrie zu entwickeln, der unter den speziellen Einsatz- und Umweltbedingungen, unter denen diese Zementanlagen betrieben werden, höchste Anforderungen an Festigkeit, Härte, Verschleißverhalten, Notlaufeigenschaften, Dämpfungsvermögen und Temperaturbelastbarkeit sowie Widerstandsfähigkeit gegenüber aggressiven staub- und schadgashaltigen Atmosphären erfüllt.The invention has for its object to develop a casting material for rollers and rings of rotary kiln, drying drums and mills of the cement industry, the highest demands on strength, hardness, wear behavior under the special conditions of use and environmental conditions under which these cement plants are operated , Runflat properties, damping capacity and temperature resistance as well as resistance to aggressive atmospheres containing dust and harmful gases.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß die Legierungsbestandteile Kohlenstoff mit 3,0...4,0% und Silizium mit 1,5...3,0% unter Einhaltung eines Kohlenstoffäquivalents im Bereich von 4,0...4,5% sowie Nickel in den Grenzen von 0,8... 1,5%, Kupfer mit 0,5... 1,3% und die Störelemente Mangan, Phosphor, Schwefel und Chrom in der Legierung nur in geringen Teilen, vorzugsweise unterhalb der Grenzen 0,2% bei Mangan, 0,06% bei Phosphor, 0,008% bei Schwefel und 0,2% bei Chrom enthalten sind, und das schmelzflüssige Gußeisen mit Magnesium im Anteil von 0,04...0,08% oder anderen Sphärolithenbildnern modifiziert ist.According to the invention, this object is achieved in that the alloying constituents carbon with 3.0 ... 4.0% and silicon with 1.5 ... 3.0% while maintaining a carbon equivalent in the range of 4.0 ... 4, 5% and nickel in the limits of 0.8 ... 1.5%, copper with 0.5 ... 1.3% and the interference elements manganese, phosphorus, sulfur and chromium in the alloy only in small parts, preferably below the limits 0.2% for manganese, 0.06% for phosphorus, 0.008% for sulfur and 0.2% for chromium, and the molten cast iron with magnesium in the proportion of 0.04 ... 0.08% or other Sphärolithenbildnern is modified.

Zur Erfindung gehört weiterhin, daß dem schmelzflüssigen Gußeisen zusätzlich oder anstelle von Nickel Molybdän im Anteil zwischen 0,2...0,8% zugesetzt ist, und daß Zinn im Anteil von 0,02...0,5% die Legierungsbestandteile Nickel, Kupfer und Molybdän einzeln oder gemeinsam, teilweise oder vollständig substituiert.The invention further includes that the molten cast iron in addition to or instead of nickel molybdenum in the proportion between 0.2 added to 0.8%, and that tin in the proportion of 0.02 to 0.5%, the alloying constituents nickel , Copper and molybdenum singly or together, partially or fully substituted.

Ausführungsbeispielembodiment

Die Erfindung soll anhand eines Beispieles näher erläutert werden.The invention will be explained in more detail with reference to an example.

Die Laufrolle eines Drehrohrofens weist folgende Abmessungen auf:The roller of a rotary kiln has the following dimensions:

Rollendurchmesser 1400 mmRoll diameter 1400 mm

Nabendurchmesser 500 mmHub diameter 500 mm

Rollenhöhe 900 mmRoller height 900 mm

Wanddicke (Kranz) 120 mmWall thickness (wreath) 120 mm

Wanddicke (Nabe) 120 mmWall thickness (hub) 120 mm

Für dieses Gußteil wird legiertes Gußeisen mit Kugelgraphit mit der Bezeichnung GGG 350 Ni Cu 5.9For this casting is alloyed cast iron with nodular graphite GGG 350 Ni Cu 5.9

eingesetzt.used.

Der Werkstoff hat folgende chemische Zusammensetzung:The material has the following chemical composition:

Kohlenstoff 3,5%)Carbon 3.5%)

Silizium 2,1%)CE-4'2% Silicon 2.1%) CE - 4 ' 2%

Nickel 1,25%Nickel 1.25%

Kupfer 1,0%Copper 1.0%

Dieser Werkstoff wird mit 0,05% Magnesium modifiziert. Die Anteile an den Begleitelementen Schwefel, Phosphor, Mangan und Chrom wurden wie folgt ermittelt:This material is modified with 0.05% magnesium. The proportions of the accompanying elements sulfur, phosphorus, manganese and chromium were determined as follows:

Mangan 0,2%Manganese 0.2%

Chrom 0,15%Chrome 0.15%

Phosphor 0,06%Phosphorus 0.06%

Schwefel 0,008%Sulfur 0.008%

Die Form- und Kernherstellung erfolgt nach bekannten Verfahren unter Verwendung üblicher Modelleinrichtungen. Nach dem Gießen und Verputzen des Formgußteils wird folgende Wärmebehandlungstechnologie angewandt:The molding and core fabrication is done by known methods using standard patterning equipment. After casting and plastering the casting, the following heat treatment technology is used:

— Austenitisieren bei 870 bis 9000C, wobei kontinuierlich mit ca. 60 K/h erwärmt wird, anschließend Halten auf Austenitisierungstemperaturca. 6h; Abkühlung an der Luft,- Austenitizing at 870 to 900 0 C, wherein continuously heated at about 60 K / h, then holding austenitizing temperaturca. 6h; Cooling in the air,

— Spannungsarmglühen bei 520bis500°C, bei 4h Haltezeit, Abkühlung im Ofen bis auf 300°C, dann an der Luft auf Raumtemperatur abgekühlt.- Stress relief annealing at 520 to 500 ° C, at 4h holding time, cooling in the oven to 300 ° C, then cooled in air to room temperature.

Nach dieser Wärmebehandlung weist dieser Gußwerkstoff folgende Eigenschaften auf:After this heat treatment, this casting material has the following properties:

Zugfestigkeit 850 M PaTensile strength 850 M Pa

0,2%-Drehgrenze 640MPa0.2% rotation limit 640MPa

Bruchdehnung 3%Elongation at break 3%

Brinellhärte 280HBBrinell hardness 280HB

Die sich anschließende spanabhebende Bearbeitung ist für diesen Gußwerkstoff Unproblematisch.The subsequent machining is unproblematic for this casting material.

Claims (3)

Erfindungsanspruch:Invention claim: 1. Gußwerkstoff für Laufringe und -rollen bei Verarbeitungsmaschinen, insbesondere Drehrohrofen der Zementindustrie, vorzugsweise für Wanddicken zwischen 80...250mm, bestehend aus legiertem Gußeisen mit Kugelgraphit, dessen Gefügestruktur sich im Gußzustand nach einer Wärmebehandlung unter Einhaltung der Abkühlungsbedingungen homogen, feinstreifig-perlitisch ausbildet, dadurch gekennzeichnet, daß die Legierungsbestandteile Kohlenstoff mit 3,0... 4,0% und Silizium mit 1,5...3,0% unter Einhaltung eines Kohlenstoffäquivalents im Bereich von 4,0...4,5% sowie Nickel in den Grenzen von 0,8... 1,5%, Kupfer mit 0,5... 1,3% und die Störelemente Mangan, Phosphor, Schwefel und Chrom in der Legierung nur in geringen Teilen, vorzugsweise unterhalb der Grenzen 0,2% bei Mangan, 0,06% bei Phosphor, 0,008% bei Schwefel und 0,2% bei Chrom enthalten sind, und das schmelzflüssige Gußeisen mit Magnesium im Anteil von 0,04... 0,08% oder anderen Sphärolithenbildnern modifiziert ist.1. Casting material for races and rollers in processing machines, especially rotary kiln in the cement industry, preferably for wall thicknesses between 80 ... 250mm, consisting of alloyed cast iron with nodular graphite, the microstructure in the cast state after heat treatment in compliance with the cooling conditions homogeneous, finely striated perlitic characterized in that the alloying constituents comprise carbon with 3.0 to 4.0% and silicon with 1.5 to 3.0% while maintaining a carbon equivalent in the range from 4.0 to 4.5% and nickel in the limits of 0.8 to 1.5%, copper with 0.5 to 1.3% and the interference elements manganese, phosphorus, sulfur and chromium in the alloy only in small parts, preferably below the Limits 0.2% for manganese, 0.06% for phosphorus, 0.008% for sulfur and 0.2% for chromium, and the molten cast iron with magnesium in the proportion of 0.04 to 0.08% or others Sphärolithenbildnern is modified. 2. Gußwerkstoff nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß dem schmelzflüssigen Gußeisen zusätzlich oder anstelle von Nickel Molybdän im Anteil zwischen 0,2...0,8% zugesetzt ist.2. casting material according to claim 1, characterized in that the molten cast iron in addition to or instead of nickel molybdenum in a proportion of 0.2 to 0.8% is added. 3. Gußwerkstoff nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß Zinn im Anteil von 0,02... 0,5% die Legierungsbestandteile Nickel, Kupfer und Molybdän einzeln oder gemeinsam, teilweise oder vollständig substituiert.3. casting material according to claim 1 and 2, characterized in that tin in the proportion of 0.02 to 0.5%, the alloy components nickel, copper and molybdenum individually or jointly, partially or completely substituted.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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DE102008050152A1 (en) * 2008-10-01 2010-04-08 Claas Guss Gmbh Preparing ductile and highly solid cast iron comprises e.g. completely melting and heating a precursor at specific temperature, overheating, deslagging, adjusting tapping temperature, subjecting to magnesium treatment, casting and molding

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102008050152A1 (en) * 2008-10-01 2010-04-08 Claas Guss Gmbh Preparing ductile and highly solid cast iron comprises e.g. completely melting and heating a precursor at specific temperature, overheating, deslagging, adjusting tapping temperature, subjecting to magnesium treatment, casting and molding
DE102008050152B4 (en) * 2008-10-01 2013-05-23 Claas Guss Gmbh High-strength, ductile cast iron alloy with nodular graphite and process for its production

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