DE102012218013A1 - Heat transfer roll i.e. thermal roll, for e.g. supercalender utilized in paper manufacturing machine for heating paper, has outer casing part comprising curable steel that is cured and annealed in specific temperature range - Google Patents
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Abstract
Description
Technisches GebietTechnical area
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Wärmübertragungswalze, wie zum Beispiel eine Thermowalze oder einen Zylinder, die bzw. der in Faserbahnmaschinen zur Behandlung bahnförmigen Fasermaterials, wie etwa zum Pressen, Trocknen oder Kalandrieren von Papier oder Karton eingesetzt werden kann. Weiter betrifft die Erfindung die Herstellung einer Wärmübertragungswalze. Speziell, aber nicht ausschließlich, betrifft die Erfindung eine Thermowalze mit Doppelmantel, bei der der Außenmantel straffsitzend um die den Walzenkörper bildende Innenachse herum befestigt ist.The present invention relates to a heat transfer roll, such as a thermo roll or a cylinder, which can be used in fibrous web machines for treating web-shaped fibrous material, such as for pressing, drying or calendering paper or paperboard. Furthermore, the invention relates to the production of a heat transfer roller. Specifically, but not exclusively, the invention relates to a double-jacket thermo roll in which the outer jacket is tightly fixed around the inner axis forming the roll body.
Stand der TechnikState of the art
In Papier-, Karton- und Zellstoffmaschinen kann das bahnförmige Material mit Wärmeübertragungswalzen erwärmt, getrocknet, kalandriert, nassgepresst und/oder gekühlt werden. Besonders bei Kalandrieranwendungen wird die von der Faserbahn benötigte Wärmeleistung mit leistungsfähigen Thermowalzen erzeugt, in denen als Wärmeübertragungsmedium (Wärmeträger) hohe Temperaturen (fast 300°C) vertragendes Wärmeübertragungsöl eingesetzt wird.In paper, board and pulp machines, the sheet material can be heated, dried, calendered, wet pressed and / or cooled with heat transfer rolls. Particularly in calendering applications, the heat output required by the fibrous web is generated by powerful thermo rolls, in which heat transfer oil is used as the heat transfer medium (heat transfer medium) for high temperatures (almost 300 ° C).
Zur Erzielung der geforderten Heiz- und Trockenwirkung müssen in anspruchsvollen Prozessanwendungen die Oberflächentemperaturen der Thermowalzen auf 200–250°C und sogar darüber angehoben werden. Die der Walze zu entnehmende Wärmeleistung ist bekanntlich von dem Wärmeübertragungskontakt zwischen der zu erwärmenden Bahn und der Walze und der Art des zu erwärmenden Materials, wie der Kontaktdauer, der flächenbezogenen Masse und der Feuchtigkeit der Bahn abhängig. Hohe Produktionsgeschwindigkeit kombiniert mit langer Kontaktdauer, feuchter Bahn und hoher Thermowalzen-Oberflächentemperatur bedeutet, dass die der Thermowalze zu entnehmende Wärmeleistung sehr groß sein muss.In demanding process applications, to achieve the required heating and drying performance, the surface temperatures of the thermo rolls must be raised to 200-250 ° C and even higher. The heat output to be taken from the roll is known to depend on the heat transfer contact between the web to be heated and the roll and the nature of the material to be heated, such as contact duration, basis weight and moisture of the web. High production speed combined with long contact time, wet web and high thermo roll surface temperature means that the thermal output of the thermo roll has to be very high.
Wie bekannt, wird die Wärme der Thermowalze erzeugt durch Einleiten von Flüssigkeit oder Gas, die bzw. das als Wärmeübertragungsmedium fungiert, in die im Inneren der Thermowalze ausgebildeten Strömungskanäle und besonders in die im Mantel vorhandenen Bohrungen, aus denen die Wärme dann in den Mantel und weiter an die Walzenoberfläche übergeht.As is known, the heat of the thermo roll is generated by introducing liquid or gas, which acts as a heat transfer medium, into the flow channels formed in the interior of the thermo roll and in particular in the jacket existing holes, from which the heat then in the shell and continues to the roll surface passes.
In der Gebrauchsmusterschrift
Eine bekannte Wärmeübertragungswalzen-Oberflächenkonstruktion besteht, um Härte der Oberfläche zu erzielen, aus einem durch Schweißen gebildeten Hartbezug. Das Schweißen ist arbeitsaufwendig und erfordert Spezialgerät. Außerdem ist das Schweißen mit einem Qualitätsrisiko verbunden, denn die beim Schweißen entstehende Wärmeeinflusszone schwächt den Werkstoff. In dem geschweißten Werkstoff können Fehler zurückbleiben, wie zum Beispiel Hohlräume und Einschlüsse. Die an der Walzenoberfläche zutage tretenden Hohlräume bilden bei der Bearbeitung sichtbare Löcher bzw. Vertiefungen. Die geschweißten Konstruktionen müssen im Hinblick auf Schweißfehler besonders sorgfältig mittels zerstörungsfreien Methoden geprüft werden.A known heat transfer roller surface construction consists of a hardcover formed by welding to achieve hardness of the surface. Welding is laborious and requires special equipment. In addition, welding involves a risk of quality because the heat affected zone created during welding weakens the material. Defects such as voids and inclusions may remain in the welded material. The exposed on the roll surface cavities form during processing visible holes or depressions. The welded constructions must be checked very carefully with regard to welding defects by non-destructive methods.
Auch durch Oberflächenhärten der Oberfläche der Wärmeübertragungswalze lassen sich große Härten erzielen. Oberflächenhärten kann jedoch im Walzenmantel eine in Bezug auf die Beanspruchung der Walze unvorteilhafte (ungleichmäßige) Spannungsverteilung bewirken.Even by surface hardening the surface of the heat transfer roller, large hardnesses can be achieved. However, surface hardening can cause a disadvantageous (uneven) stress distribution in the roll shell with respect to the stress of the roll.
Durch Schweißen und Oberflächenhärten lässt sich jedoch in der Walzenoberflächenschicht wirtschaftlich nur eine begrenzt dicke harte Schicht, zum Beispiel 2–8 mm, erzeugen. Das Schweißen und Oberflächenhärten bilden bei der Fertigung einen zusätzlichen Arbeitsgang, der die Herstellungskosten und die Herstellungszeit erhöht. Wird in Verbindung mit der Instandhaltung von der Oberfläche der Wärmeübertragungswalze Werkstoff abgetragen, muss die Walze, wenn die dünne harte Schicht aufgebraucht ist, erneut beschichtet werden.However, by welding and surface hardening, only a limited thickness hard layer, for example 2-8 mm, can be economically produced in the roll surface layer. Welding and surface hardening in manufacturing create an additional operation that increases manufacturing costs and manufacturing time. If material is removed from the surface of the heat transfer roller in connection with the maintenance, the roller must be recoated when the thin hard layer is used up.
Zusammenfassung der ErfindungSummary of the invention
Gemäß einem ersten Gesichtspunkt der Erfindung wird eine Wärmeübertragungswalze bereitgestellt, die eine Innenachse zur Aufnahme der Last und ein äußeres Walzenteil, das eine Oberfläche zur Behandlung der Faserbahn hat, aufweist, wobei das äußere Walzenteil zur Bildung eines Strömungsraums für das Wärmeübertragungsmedium an der Innenachse anliegend befestigt ist, und das äußere Mantelteil aus härtbarem Stahl besteht, der gehärtet und bei einer Temperatur von 300–350°C so angelassen ist, dass die Härte des äußeren Mantelteils durchgängig wenigstens 450 HV beträgt.According to a first aspect of the invention, there is provided a heat transfer roller having an inner axle for receiving the load and an outer roller member having a surface for treating the fibrous web, the outer roller member being attached to the inner axle to form a flow space for the heat transfer medium is, and the outer shell part made of hardenable steel, which is hardened and tempered at a temperature of 300-350 ° C so that the hardness of the outer shell part consistently at least 450 HV.
Bevorzugt ist das äußere Mantelteil bei einer Anlasstemperatur angelassen, die höher ist als die höchste Betriebstemperatur des Wärmeübertragungsmediums während des Betriebs der Wärmeübertragungswalze.Preferably, the outer shell part is tempered at a tempering temperature higher than the highest operating temperature of the heat transfer medium during operation of the heat transfer roller.
Bevorzugt ist das äußere Mantelteil aus härtbarem Maschinenbaustahl gefertigt.Preferably, the outer shell part is made of hardenable engineering steel.
Bevorzugt ist das äußere Mantelteil aus Vergütungsstahl gefertigt.Preferably, the outer shell part is made of tempered steel.
Bevorzugt ist das äußere Mantelteil aus geschmiedetem oder auf sonstige Weise hergestelltem nahtlosen Stahlrohr gefertigt.Preferably, the outer shell part is made of forged or otherwise prepared seamless steel pipe.
Bevorzugt hat die Wärmeübertragungswalze an der Grenzfläche zwischen der Innenachse und dem äußeren Mantelteil Strömungskanäle für das Wärmeübertragungsmedium.Preferably, the heat transfer roller at the interface between the inner axis and the outer shell part flow channels for the heat transfer medium.
Bevorzugt ist die Innenachse im Vergleich zum äußeren Mantelteil aus wesentlich zäherem Werkstoff, etwa aus ferritischem Gusseisen oder aus Baustahl, gefertigt.Preferably, the inner axis compared to the outer shell part of much tougher material, such as ferritic cast iron or mild steel, made.
Bevorzugt ist die Innenachse aus einem wirtschaftlich vorteilhaften Werkstoff wie Gusseisen gefertigt.Preferably, the inner axis is made of an economically advantageous material such as cast iron.
Bevorzugt ist die Wärmeübertragungswalze eine Thermowalze für einen Kalander.Preferably, the heat transfer roller is a thermo roll for a calender.
Gemäß einem zweiten Gesichtspunkt der Erfindung wird ein Verfahren zur Herstellung einer Wärmeübertragungswalze bereitgestellt, die eine Innenachse zur Lastaufnahme und ein äußeres Mantelteil mit einer Außenfläche zur Behandlung der Faserbahn umfasst, wobei zur Bildung eines Strömungsraums für das Wärmeübertragungsmedium das äußere Mantelteil an der Innenachse fest anliegend befestigt wird und das äußere Mantelteil aus härtbarem Stahl gefertigt, gehärtet und bei einer Temperatur von 300–350°C so angelassen wird, dass es durchgängig eine Härte von wenigstens 450 HV erhält.According to a second aspect of the invention, there is provided a method of manufacturing a heat transfer roll comprising an inner axle for load bearing and an outer skirt member having an outer surface for treating the fibrous web, the outer jacket member being fixedly secured to the inner axle to form a flow space for the heat transfer medium and the outer shell part is made of hardenable steel, hardened and annealed at a temperature of 300-350 ° C so that it consistently receives a hardness of at least 450 HV.
Bevorzugt wird das äußere Mantelteil auf die Innenachse thermisch aufgeschrumpft.Preferably, the outer shell part is thermally shrunk onto the inner axis.
Bevorzugt wird die Anlasstemperatur des äußeren Mantelteils auf Grund der angestrebten Härte des äußeren Mantelteils so gewählt, dass auch die guten Festigkeitseigenschaften des Werkstoffs erhalten bleiben.Preferably, the tempering temperature of the outer shell part is chosen based on the desired hardness of the outer shell part so that the good strength properties of the material are retained.
Bevorzugt wird das äußere Mantelteil bei einer Anlasstemperatur angelassen, die höher ist als die maximale Betriebstemperatur des Wärmeübertragungsmediums während des Betriebs der Wärmeübertragungswalze.Preferably, the outer shell portion is tempered at a tempering temperature higher than the maximum operating temperature of the heat transfer medium during operation of the heat transfer roll.
Bevorzugt wird neben der Anlasstemperatur die Anlassdauer so gewählt, dass das äußere Mantelteil durchgängig eine Härte von wenigstens 450 HV erhält.Preferably, in addition to the tempering temperature, the tempering time is selected so that the outer shell part consistently receives a hardness of at least 450 HV.
Bevorzugt wird die Innenachse aus wesentlich zäherem Werkstoff als das äußere Mantelteil gefertigt.Preferably, the inner axis is made of much tougher material than the outer shell part.
Da die äußere Mantelschicht über ihre gesamte Dicke hart ist, kann die Lebensdauer der Wärmeübertragungswalze im Vergleich zur bekannten Technik verlängert werden. Bei der Instandhaltung der Walze kann mehr Material abgetragen werden als bisher, bevor die äußere Mantelschicht der Wärmeübertragungswalze erneuert werden muss. Die Erneuerung der äußeren Mantelschicht kann in der Form erfolgen, dass die abgenutzte äußere Mantelschicht entfernt und auf die ursprüngliche, d. h. alte Innenachse eine neue äußere Mantelschicht aufgebracht wird. Das Entfernen der abgenutzten ursprünglichen äußeren Mantelschicht kann zum Beispiel durch Zweiteilung dieser äußeren Mantelschicht in Längsrichtung der Wärmeübertragungswalze geschehen.Since the outer cladding layer is hard over its entire thickness, the life of the heat transfer roller can be prolonged as compared with the prior art. In the maintenance of the roller more material can be removed than before, before the outer sheath layer of the heat transfer roller must be renewed. The renewal of the outer cladding layer may be in the form that the worn out outer cladding layer is removed and restored to the original, d. H. old inner axle is applied a new outer cladding layer. The removal of the worn original outer cladding layer can be done, for example, by splitting this outer cladding layer in the longitudinal direction of the heat transfer roller.
Die Eigenspannungen der äußeren Mantelschicht lassen sich auf einem niedrigen Niveau halten, und beim Stand der Technik auftretende Eigenspannungsspitzen können vermieden werden.The residual stresses of the outer cladding layer can be maintained at a low level, and inherent voltage spikes occurring in the prior art can be avoided.
Verschiedene Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden beziehungsweise sind lediglich in Verbindung mit einem oder einigen Gesichtspunkten der Erfindung beschrieben. Für den Fachmann versteht sich, dass eine beliebige Ausführungsform irgendeines Gesichtspunktes der Erfindung unter dem gleichen Gesichtspunkt oder unter anderen Gesichtspunkten der Erfindung allein oder in Kombination mit anderen Ausführungsformen angewendet werden kann.Various embodiments of the present invention are described only in conjunction with one or more aspects of the invention. It will be understood by those skilled in the art that any embodiment of any aspect of the invention may be practiced by the same or different aspects of the invention alone or in combination with other embodiments.
Im Folgenden wird die Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten schematischen Zeichnungen, jedoch ohne Begrenzung der Erfindung ausschließlich auf das in den Zeichnungen Dargestellte, beschrieben.In the following, the invention will be described with reference to the accompanying diagrammatic drawings, but without limiting the invention exclusively to that shown in the drawings.
Kurzbeschreibung der ZeichnungenBrief description of the drawings
Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen Description of preferred embodiments
In der folgenden Beschreibung sind einander entsprechende Teile mit den gleichen Bezugszeichen belegt. Zu beachten ist, dass die Zeichnungen nicht in ihrer Gesamtheit maßstabsgetreu sind und hauptsächlich nur zur Veranschaulichung von Ausführungsformen der Erfindung dienen.In the following description, corresponding parts are assigned the same reference numerals. It should be understood that the drawings are not to scale in their entirety and are intended primarily to illustrate embodiments of the invention.
Die Wärmeübertragungswalze
Das äußere Mantelteil
Ist das äußere Mantelteil
Die Wärmeübertragungswalze
Das äußere Mantelteil
Bevorzugt wird das äußere Mantelteil aus Schmiedestahl gebildet. Aus Schmiedestahl hergestellte Rohrrohlinge sind im Handel erhältlich. Das geschmiedete Stahlrohr ist bevorzugt nahtlos. Der Schmiedestahl kann aus allgemein eingesetztem vergütetem Konstruktionsstahl, der gut erhältlich ist, bestehen. Als Beispiele für solche Stähle seien 42CrMo4 und 36CrNiMo6 genannt. Zum Beispiel mit solchen vergüteten Konstruktionsstählen lässt sich eine gleichmäßige Mikrostruktur erzielen.Preferably, the outer shell part is formed of forged steel. Forged steel tube blanks are commercially available. The forged steel pipe is preferably seamless. The forged steel may consist of commonly used tempered construction steel, which is readily available. Examples of such steels are 42CrMo4 and 36CrNiMo6. For example, such tempered structural steels can achieve a uniform microstructure.
Wird das äußere Mantelteil aus Vergütungsstahl gefertigt, so erfolgt kein mit dem Vergüten verbundenes normales Anlassen bei hoher Temperatur, bei dem die Harte auf einem niedrigerem Niveau (zum Beispiel ca. 300 HV) bliebe, sondern das Endanlassen geschieht bei niedriger Temperatur, und die Härte kann dann ein Niveau von über 500 HV erreichen.If the outer shell part is made of tempered steel, there is no normal tempering at high temperature associated with tempering, where the hardness remains at a lower level (for example, about 300 HV), but final tempering occurs at low temperature and hardness can then reach a level of over 500 HV.
Das äußere Mantelteil wird auf die gewünschte Härte gehärtet und bei niedriger Temperatur angelassen. Das Anlassen des Werkstoffs des äußeren Mantelteils geschieht bevorzugt bei einer über der maximalen Betriebstemperatur des in der Wärmeübertragungswalze
Beim Härten des äußeren Mantelteils
Das äußere Mantelteil erhält beim Härten und dem darauf folgenden Anlassen eine über seine gesamte Dicke reichende Härte. Somit kann die äußere Mantelschicht ahne Verlust an Härteeigenschaften der Oberfläche tiefer als die harten Oberflächenschichten der bekannten Wärmeübertragungswalzen bearbeitet (z. B. durch Instandhaltungsschleifen) werden. Dadurch wird die Lebensdauer (Standzeit) der Wärmeübertragungswalze erhöht und eine längere Instandhaltung der Walze in der Werkstatt der Papierfabrik ermöglicht, bevor die Walze zur Erneuerung des Außenmantels ins Herstellerwerk geschickt werden muss.The outer shell part receives during hardening and the subsequent tempering reaching over its entire thickness hardness. Thus, without loss of hardness properties of the surface, the outer cladding layer can be processed deeper (e.g., by maintenance grinding) than the hard surface layers of the known heat transfer rolls. This increases the service life of the heat transfer roller and allows for longer maintenance of the roller in the mill factory, before the roller must be returned to the factory to renew the outer shell.
Bekannt sind die Vorurteile gegen den Einsatz von härtbarem Stahl, mit dem eine Härte von 450 HV erreicht werden kann, weil man glaubt, dass große Härte auch zu einer spröden Struktur führt. Im Sortiment oder im Fertigungsprogramm der Hersteller von handelsüblichen Schmiedestählen sind keine solchen Härtewerte für große rohrförmige Teile aufgeführt. Gewöhnlich bietet das Fertigungsprogramm der Lieferanten von geschmiedeten Stahlrohren für die Werkstoffe Härtewerte, die bei bedeutend höherer Anlasstemperatur als 300°C erreicht wurden, wobei die Härte auf einem vergleichsweise niedrigen Niveau bleibt.Known are the prejudices against the use of hardenable steel, with a hardness of 450 HV can be achieved because it is believed that high hardness leads to a brittle structure. In the range or in the production program of the manufacturer of commercial forged steels no such hardness values are listed for large tubular parts. Usually, the forged steel tube suppliers' production schedule for the materials provides hardness values achieved at significantly higher tempering temperatures than 300 ° C, with the hardness remaining at a comparatively low level.
Vorangehend wurden Beispiele einiger Ausführungsformen der Erfindung beschrieben. Für den Fachmann versteht sich, dass die Erfindung nicht auf die dargelegten Details beschränkt ist, sondern auch auf andere äquivalente Weise verwirklicht werden kann.In the foregoing, examples of some embodiments of the invention have been described. It will be understood by those skilled in the art that the invention is not limited to the details set forth but may be practiced otherwise.
Gewisse Merkmale der beschriebenen Ausführungsformen können ohne die anderen Merkmale genutzt werden. Die obige Beschreibung ist als solche nur als eine Prinzipien der Erfindung darstellende Beschreibung und nicht als Beschränkung der Erfindung zu betrachten.Certain features of the described embodiments may be used without the other features. As such, the above description is only to be taken as a description of principles of the invention and not as a limitation of the invention.
Der Schutzbereich der Erfindung wird somit lediglich durch die beigefügten Patentansprüche begrenzt.The scope of the invention is thus limited only by the appended claims.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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R081 | Change of applicant/patentee |
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R082 | Change of representative |
Representative=s name: LORENZ & KOLLEGEN PATENTANWAELTE PARTNERSCHAFT, DE Effective date: 20140606 |
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