DE102011051270A1 - Rolle für einen Rollenofen sowie Rollenofen und Verfahren zur Herstellung einer Rolle für einen Rollenofen - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Rolle für einen Rollenofen sowie einen Rollenofen und Verfahren zur Herstellung einer Rolle für einen Rollenofen. Eine erfindungsgemäße Rolle weist einen keramischen Rollengrundkörper auf. Der Rollengrundkörper ist mit einer oxidischen Tragflächenbeschichtung versehen. Die Tragflächenbeschichtung kann als thermische Spritzschicht ausgeführt sein oder aus einer auf den Rollengrundkörper aufgetragenen und gebrannten Suspension gebildet sein.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Rolle für einen Rollenofen sowie einen Rollenofen und Verfahren zur Herstellung einer Rolle für einen Rollenofen.
  • Zur Wärmebehandlung von dünnem Gut, wie Stahlblechen, gelangen Rollenöfen zum Einsatz. Diese gehören zur Gruppe der Durchlauföfen. In einem Rollenofen wird das Gut über ortsfeste, rotierende Rollen transportiert, wobei es sich während des Transports auf den Rollen erwärmt. Das Gut läuft hierbei direkt auf den Rollen. Im Rollenofen hat das Gut intensiv Kontakt mit der Ofenatmosphäre. Aus diesem Grund sind die Wärmeübertragungsbedingungen sehr gut für eine schnelle Erwärmung geeignet.
  • In Rollenöfen werden überwiegend keramische Rollen eingesetzt, die bei hohen Temperaturen stabil arbeiten. Als Werkstoff für die Rollen werden häufig Siliziumcarbid (SiC) oder Aluminiumoxid (Al2O3) verwendet. Auch Rollen aus hochlegiertem hitzebeständigem Edelstahl, beispielsweise einem Stahl mit der Werkstoffnummer 1.4841 kommen zum Einsatz. Die Rollen aus den vorgenannten Werkstoffen sind relativ teuer. Die Entscheidung, welcher Werkstoff für die Transportrollen zum Einsatz gelangt, hängt im Wesentlichen von der Einsatztemperatur des Prozesses ab und ist auch durch das Gewicht des zu erwärmenden Gutes bestimmt.
  • Ein besonderes Problem tritt auf, wenn beschichtete Stahlbleche, insbesondere Stahlbleche mit einer Beschichtung aus AlSi10, in einem Rollenofen erwärmt werden. Die Erwärmung wird zur Vorbereitung einer Warmumformung der Stahlbleche durchgeführt. Hierbei werden die beschichteten Stahlbleche auf Temperaturen von bis zu 950°C erwärmt und anschließend umgeformt. Bei der Erwärmung findet gleichzeitig eine Durchlegierung der Beschichtung mit dem Stahlgrundwerkstoff statt. Beim Transport der beschichteten Stahlbleche durch den Rollenofen gelangen die Tragflächen der Rollen in direkten Kontakt mit dem aufgeschmolzenen Beschichtungsmaterial. Hierbei können sich Ablagerungen bzw. Anhaftungen des Beschichtungswerkstoffs auf den Rollen bilden. In Folge dessen kommt es häufig zu einem erhöhten Verschleiß der Rollen. Diese Verschleißerscheinungen beruhen im Wesentlichen auf einer Diffusion des Beschichtungsmaterials in die Rollen hinein und/oder Teile der Beschichtung reagieren mit dem Grundmaterial der Rollen. Dies kann zu einem Ausfall der Rollen bis hin zu einem Rollenbruch führen.
  • Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine anwendungstechnisch verbesserte Rolle für einen Rollenofen zu schaffen, die insbesondere beim Einsatz in einem Rollenofen für die Erwärmung von beschichteten Stahlblechen eine höhere Lebenserwartung hat sowie einen verbesserten Rollenofen für die Erwärmung von beschichteten Stahlblechen bereitzustellen und ein Verfahren zur Herstellung einer solchen Rolle aufzuzeigen.
  • Die Lösung dieser Aufgabe besteht nach der Erfindung in einer Rolle mit den Merkmalen von Anspruch 1, einem Rollenofen gemäß Anspruch 8 sowie in einem Verfahren gemäß den Ansprüchen 9 und 10.
  • Eine erfindungsgemäße Rolle weist einen keramischen Rollengrundkörper auf. Ein für die Praxis besonders gut geeigneter kermamischer Werkstoff für den Rollengrundkörper ist Mullit. Hierbei handelt es sich um ein Silikat. Selbstverständlich können auch andere keramische Werkstoffe zum Einsatz gelangen, wie Siliziumkarbid oder Aluminiumoxid oder Quarzgut. Die Tragfläche des Rollengrundkörpers ist mit einer oxidischen Tragflächenbeschichtung versehen. Die Tragflächenbeschichtung auf Basis von Oxid verringert die Benetzbarkeit der Rollen gegenüber Metallschmelzen, also insbesondere einem Beschichtungswerkstoff von beschichteten Stahlblechen, wie einer Aluminium-Siliziumlegierung. Der Werkstoff der Tragflächenbeschichtung geht idealerweise keine Reaktion mit dem Beschichtungswerkstoff der Stahlbleche ein und fungiert als dichte Schutzschicht für den keramischen Rollengrundkörper. Insbesondere ist die Oberfläche bzw. die Tragfläche der Rollen durch die Tragflächenbeschichtung sehr glatt und wenig porös. Oberflächenunebenheiten und Porösitäten des Rollengrundkörpers werden durch die Tragflächenbeschichtung ausgefüllt bzw. ausgeglichen.
  • Die erfindungsgemäße Rolle für einen Rollenofen zeichnet sich durch eine hohe Lebensdauer bei geringer Reparaturanfälligkeit aus. Die Transporteigenschaften der erfindungsgemäßen Rollen und eines Rollenofens mit einer Rollenbahn aus solchen Rollen sind verbessert. Zudem wird eine Qualitätssteigerung bzw. -optimierung erreicht, da nachteilige Beeinflussungen der Beschichtung eines Stahlblechs durch die Tragflächen der Rollen verringert werden.
  • Vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Rolle sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche 2 bis 7.
  • Besonders bevorzugt enthält die Tragflächenbeschichtung zumindest ein Oxid, ausgewählt aus der Gruppe Aluminiumoxid (Al2O3), Zirkonium(IV)-oxid (ZrO2), Chrom(III)-oxid (Cr2O3), Yttriumoxid (Y2O3), Siliziumdioxid (SiO2), Calziumoxid (CaO), Magnesiumoxid (MgO), Kaliumoxid (K2O), Titan(IV)-oxid (TiO2) und/oder Eisen(II)-oxid (FeO) und zwar in einem Anteil von mindestens 50 Gew.-%. (Gewichtsprozent). Insbesondere liegt der Anteil des Oxids in der Tragflächenbeschichtung zwischen 80 Gew.-% und 95 Gew.-%.
  • Eine besonders vorteilhafte Ausgestaltung sieht vor, dass die Tragflächenbeschichtung als thermische Spritzschicht ausgeführt ist. Dies ist besonders effizient und gewährleistet eine hochqualitative Tragflächenbeschichtung. Insbesondere ist die Tragflächenbeschichtung durch ein atmosphärisches Gleichstromplasmaspritzen auf den Rollengrundkörper aufgetragen. In diesem Fall kommen hochschmelzende Oxide zur Anwendung, wie z. B. Aluminiumoxid (Al2O3), Zirkonium(IV)-oxid (ZrO2), Chrom(III)-oxid (Cr2O3), Yttriumoxid (Y2O3). Diese werden als Pulver bereitgestellt und mittels eines Plasmastrahls an- bzw. geschmolzen und auf den keramischen Rollengrundkörper aufgespritzt. Hierdurch werden dichte, festhaftende Tragflächenbeschichtungen mit einer Dicke zwischen 10 μm und 1000 μm, vorzugsweise von 200 μm bis 400 μm, insbesondere mit einer Schichtdicke von circa 300 μm erzeugt. Qualitätsmerkmale einer solchen Tragflächenbeschichtung sind geringe Porösität, gute Anbindung an das Material des Rollengrundkörpers sowie Rissfreiheit und homogene Mikrostruktur. Solche Tragflächenbeschichtungen sind kaum bzw. wenig von Aluminium-Silizium-Schmelzen benetzbar und zeigen auch nur eine geringe bzw. kein Reaktionsvermögen mit einer solchen Schmelze. Zum Auftrag der Tragflächenbeschichtung können die Rollen rotierend bewegt werden, wohingegen die Plasmadüse zum Auftrag der Beschichtung mittels einer Linearführung bewegt wird.
  • Die Tragflächenbeschichtung kann aus einem Oxid oder aus einer Mischung von Oxiden bestehen. Dabei wird die Mischung so eingestellt, dass die angestrebten positiven Effekte hinsichtlich geringer Porösität und Dauerfestigkeit der Tragflächenbeschichtung erzeugt werden. So kann beispielsweise Zirkonium(IV)-oxid (ZrO2) mittels Yttrium stabilisiert werden.
  • Eine alternative vorteilhafte Ausgestaltung sieht vor, dass die Tragflächenbeschichtung aus einer auf den Rollengrundkörper aufgetragenen und anschließend gebrannten Suspension gebildet ist. Bei dieser Auftragstechnologie wird ein pulverförmiges Oxid oder eine pulverförmige Oxidmischung aus z. B. Siliziumdioxid (SiO2), Aluminiumoxid (Al2O3), Calziumoxid (CaO), Magnesiumoxid (MgO), Kaliumoxid (K2O), Titan(IV)-oxid (TiO2) oder Eisen(II)-oxid (FeO) in Wasser suspendiert und auf den keramischen Rollengrundkörper aufgetragen. Dies kann beispielsweise sprühtechnisch oder mittels Streichauftrag sowie durch ein Tauchverfahren erfolgen. Die schlickartige Suspension wird dann auf dem Rollengrundkörper getrocknet und anschließend eingebrannt. Auch diese Tragflächenbeschichtung ist wenig oder kaum von einer Aluminium-Silizium-Schmelze benetzbar. Die aus der Suspension gebildete Tragflächenbeschichtung weist eine Dicke zwischen 10 μm und 1000 μm, vorzugsweise von 200 μm bis 400 μm, insbesondere von circa 300 μm auf.
  • Nach einer bestimmten Einsatzzeit bzw. nach Auftreten von unvermeidbaren Anhaftungen lassen sich diese gut entfernen. Beim Entfernen kann gleichzeitig die Tragflächenbeschichtung entfernt werden. Der Rollengrundkörper kann anschließend neu beschichtet und wieder eingesetzt werden.
  • Besonders bevorzugt wird die Suspension gebildet aus einem pulverförmigen Oxid bzw. einer Oxidmischung aus Wasser, wobei das Verhältnis von Oxidpulver zu Wasser zwischen 1:1 und 1:3 betragen kann. Die Korngröße des pulverförmigen Oxids liegt bei kleiner gleich (≤) 250 μm. Die Suspension hat eine flüssig-breiige, schlickerartige Konsistenz.
  • Der Auftrag der Tragflächenbeschichtung durch die Suspension kann auch mehrlagig und/oder mehrstufig erfolgen. Bei einem mehrstufigen Beschichtungsauftrag erfolgt dies vorzugsweise mit einer Zwischentrocknung zwischen den einzelnen Stufen. Die Trocknung erfolgt üblicherweise zuerst an Luft. Nach dieser An- bzw. Vortrocknung kann die mit der angetrockneten Suspension versehene Rolle in den Rollenofen gebracht werden und wird dort durch die Prozesstemperatur auf den Rollengrundkörper eingebrannt.
  • Bei einer zweilagigen Tragflächenbeschichtung besteht diese aus einer Grundschicht (Grundschlicker) und einer Deckschicht (Deckschlicker). Die Dicke der Grundschicht beträgt bevorzugt zwischen 200 μm bis 300 μm. Die Dicke der Deckschicht beträgt bevorzugt 400 μm bis 600 μm. Die Gesamtdicke der Tragflächenbeschichtung liegt dann bei 600 μm bis 900 μm. Das Mischungsverhältnis von Oxidpulver zu Wasser beträgt beim Grundschlicker 1:1,3, beim Deckschlicker 1:1,1.
  • Erfindungsgemäß können günstige keramische Rollengrundkörper eingesetzt werden, die mit einer erfindungsgemäßen Tragflächenbeschichtung versehen werden. Die Tragflächenbeschichtung erhöht die Beständigkeit, sowohl gegenüber den hohen Prozesstemperaturen, insbesondere aber gegenüber nachteiligen Einflüssen aus bzw. von dem zu transportierenden Gut. Insbesondere können die nachteiligen Einflüsse verringert werden, die aus dem Kontakt mit den beschichteten Stahlblechen, bei deren Durchgang durch den Rolleofen stammen. Insgesamt ist zu erwarten, dass die erfindungsgemäßen Rollen eine deutlich größere Lebensdauer besitzen, als unbeschichtete Rollen. Aufgrund der hohen Standzeit der Rollen ergibt sich auch eine höhere Effizienz und Auslastbarkeit eines erfindungsgemäßen Rollenofens.

Claims (10)

  1. Rolle für einen Rollenofen, welche einen keramischen Rollengrundkörper aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass der Rollengrundkörper mit einer oxidischen Tragflächenbeschichtung versehen ist.
  2. Rolle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Tragflächenbeschichtung zumindest ein Oxid, ausgewählt aus der Gruppe Aluminiumoxid (Al2O3), Zirkonium(IV)-oxid (ZrO2), Chrom(III)-oxid (Cr2O3), Yttriumoxid (Y2O3), Siliziumdioxid (SiO2), Calziumoxid (CaO), Magnesiumoxid (MgO), Kaliumoxid (K2O), Titan(IV)-oxid (TiO2) und/oder Eisen(II)-oxid (FeO) in einem Anteil von mindestens 50 Gew.-% enthält.
  3. Rolle nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Anteil des Oxids zwischen 80 Gew.-% und 95 Gew.-% liegt.
  4. Rolle nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Tragflächenbeschichtung als thermische Spritzschicht ausgeführt ist.
  5. Rolle nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Tragflächenbeschichtung aus einer auf den Rollengrundkörper aufgetragenen und anschließend eingebrannten Suspension gebildet ist.
  6. Rolle nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Suspension auf Basis eines oder mehrerer Oxide in pulverförmiger Form und Wasser gebildet ist.
  7. Rolle nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Tragflächenbeschichtung eine Dicke zwischen 10 μm und 1000 μm, vorzugsweise von 200 μm bis 400 μm, insbesondere ca. 300 μm, besitzt.
  8. Rollenofen mit einer Rolle gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7.
  9. Verfahren zur Herstellung einer Rolle für einen Rollenofen, dadurch gekennzeichnet, dass ein Rollengrundkörper aus einem keramischen Werkstoff bereitgestellt wird und der Rollengrundkörper mit einer durch thermisches Spritzen aufgetragenen Tragflächenbeschichtung versehen wird.
  10. Verfahren zur Herstellung einer Rolle für einen Rollenofen, dadurch gekennzeichnet, dass ein Rollengrundkörper aus einem keramischen Werkstoff bereitgestellt wird und der Rollengrundkörper mit einer Tragflächenbeschichtung versehen wird, wozu eine Suspension aus einem oder mehrerer Oxide und Wasser auf den Rollengrundkörper aufgetragen und gebrannt wird.
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