DE1583338C3 - Verfahren und Vorrichtung zum Härten der Außenschale einer mit einer Bohrung versehenen Stahlwalze - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Härten der Außenschale einer mit einer Bohrung versehenen Stahlwalze, bei dem die Außenoberfläche der Walze während der Zufuhr eines Kühlmittels zur Innenoberfläche austenitisiert wird und anschließend die erhitzte Außenoberfläche abgeschreckt wird. Ferner befaßt sich die Erfindung mit einer Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens.

Ein Verfahren und eine Vorrichtung der beschriebenen Art sind aus der US-PS 26 19 439 bekannt. Damit beim Härten der Außenoberfläche der Stahlwalze der Walzenkern zäh bleibt, wird bei dieser bekannten Anordnung während einer gleichförmigen Erhitzung der gesamten Außenoberfläche der Walze in einem Ofen auf eine kritische Temperatur die Walzenbohrung mit einem Kühlgasstrom angeblasen, der die Oberfläche der Walzenbohrung nahe bei der kritischen Temperatur, jedoch stets unterhalb dieser Temperatur hält. Nach dem gleichförmigen Erhitzen der gesamten Außenoberfläche der während der gesamten Wärmebehandlung waagrecht angeordneten Walze wird die gesamte Walze gleichzeitig abgeschreckt. Beim Abschrecken findet in der über die kritische Temperatur erhitzten Oberflächenschicht der Stahlwalze eine Umwandlung des Feingefüges in Martensit statt. An der Bohrungsoberfläche tritt hingegen keine Gefügeumwandlung bzw. Martensitbildung auf, da die Temperatur an der Walzenbohrung geringfügig unterhalb des Umwandlungspunktes gehalten wurde.

Da das Volumen des Martensit von dem Volumen des nicht gehärteten Feingefüges der Walze verschieden ist, werden durch das Abschrecken Spannungen in der Walze hervorgerufen. Wenn diese Spannungen ungünstig verlaufen, kann die Walze vorzeitig untauglich werden.

Außer den in einer gehärteten Walze auftretenden Spannungen, die auf die Umwandlung von Austenit in Martensit, also auf Änderungen im Feingefüge und Volumenänderungen zurückzuführen sind, treten aber auch Spannungen auf, die durch Temperaturänderungen im Walzenkörper während der Wärmebehandlung hervorgerufen worden sind. Diese Wärmespannungen sind im Vergleich zu den Gefügeumwandlungsspannungen gering, jedoch keineswegs unbeachtlich. Sie können nämlich ebenfalls zu einem vorzeitigen Ausfall der Walze führen und für ein unerwartetes Zersplittern oder Platzen der Walze bzw. eine »Walzenexplosion« verantwortlich sein. Die Kühlung der Bohrungszone auf eine dicht unter dem Umwandlungspunkt liegende Temperatur während des Erhitzens der Walzenaußenoberfläche verhindert zwar im Bereich der Innenboh-

rung eine Gefügeumwandlung und die damit verbunde_: nen Spannungszustände, reicht jedoch nicht aus, um die Ausbildung von schädlichen Wärmespannungen im Bereich der Bohrung zu vermeiden.

Aus der OE-PS 193 418 ist es bekannt, senkrecht ausgerichtete Stahlwalzen im Vorschubverfahren induktiv zu härten. In diesem Zusammenhang wird es bei Kaltwalzen ohne Innenbohrung als wesentlich erachtet, daß eine bestimmte, verhältnismäßig große Einhärtetiefe erreicht, andererseits aber der Kern von Erwärmun- ι ο gen freigehalten wird, weil Temperaturerhöhungen in ihm zur Ausbildung von Kernzugspannungen Anlaß geben, die so gefährliche Ausmaße annehmen können, daß die Walze platzt. Besondere Maßnahmen zur Kühlung des Kerns der bohrungslosen Walzen sind nicht vorgesehen.

Bei einem bekannten Verfahren zum induktiven Oberflächenhärten von Stahlwerkstücken nach der DT-PS 9 65 816 wird die Rückseite der Werkstücke gekühlt, um die Tiefe der Härtung zu steuern. Die Kühlung wird daher nicht zur Vermeidung von Wärmespannungen vorgenommen, sondern hängt von anderen Gesichtspunkten ab.

Zum Stand der Technik wird noch auf die DT-PS 8 06 140 verwiesen, aus der es bekannt ist, zum Beseitigen von Spannungen in der Außenzone von Schleudergußrohren die Außenoberfläche der Rohre stoßweise kurzfristig zu erhitzen, und zwar derart, daß in der Rohrinnenzone keine wesentliche Veränderung des Gefüges auftritt. Gegebenenfalls wird zu diesem Zweck die Innenzone des Rohres bei der Enthärtung der Außenzone gekühlt. Die Kühlung stellt keine unbedingt notwendige Maßnahme dar und wird lediglich in einer solchen Weise vorgenommen, daß in der Innenzone keine metallurgischen Gefügeänderungen auftreten, beispielsweise eine Umwandlung von Perlit in Martensit.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, beim Härten der Außenschale einer mit einer Bohrung versehenen Stahlwalze nicht nur einen zähen und geschmeidigen Walzenkern beizubehalten, sondern darüber hinaus in der gehärteten Walze günstige Spannungszustände zu schaffen, insbesondere übermäßige mechanische Spannungen in den an die Bohrung angrenzenden Metallbereichen der Walze zu vermeiden.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist das eingangs beschriebene Verfahren nach der Erfindung dadurch gekennzeichnet, daß die Erhitzung und anschließende Abschreckung der Außenoberfläche während des Vorschiebens der Walze entlang ihrer senkrecht ausgerichteten Längsachse vorgenommen werden und daß das Kühlmittel sowohl während der Erhitzungs- als auch während der Abschreckungsvorgänge mit einer solchen Durchflußmenge und einem derart niedrigen Temperaturbereich durch die Innenbohrung der Walze geleitet wird, daß während des Härtens der Außenschale die Temperaturänderung in den an die Bohrung angrenzenden Metallbereichen so gering wie möglich ist

Die Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens ist nach der Erfindung gekennzeichnet durch die Walze senkrecht haltende, in die Bohrung der Walze unten und oben eingreifende, längsdurchbohrte Zapfen, durch eine Kühlmittelzu- und -abfuhr, die an die Walze angeschlossen sind, durch eine ringförmige Heizeinrichtung und eine unter dieser angeordnete ringförmige Abschreckbrause, welche die Walze umfassen, und einen senkrecht gegenüber der Heiz- und Abschreckeinrichtung verschiebbaren Schlitten. Mit dieser Vorrichtung ist es möglich, aufeinanderfolgende ringförmige Zonen der Walzen kontinuierlich zu erhitzen und unmittelbar danach abzuschrecken.

Durch die beanspruchten Maßnahmen werden die Dehnungs- und Zugspannungen in den an die Bohrung angrenzenden Metallbereichen der Walze so klein wie möglich gehalten. Dies ist darauf zurückzuführen, daß im Bereich der Bohrung keine Temperaturänderungen zugelassen werden, die zu schädlichen Spannungen führen könnten. In diesem Zusammenhang kommen dem fortschreitenden Erhitzen der Außenoberfläche der Walze bei gleichzeitiger Kühlung der Bohrung und dem Beibehalten der Kühlung der Bohrung während des Abschreckens der fortschreitend erhitzten Außenoberfläche eine große Bedeutung zu. Falls die Bohrung nicht sowohl während des fortschreitenden Erhitzens als auch des fortschreitenden Abschreckens der gerade erhitzten Außenoberfläche der Walze gekühlt wird, kann der Temperaturanstieg an der Innenoberfläche der Walze zu groß werden und zu schädlichen Wärmespannungen führen, die später eine plötzliche und unerwartete Zerstörung der Walze bewirken können. Eine ununterbrochene und vollständige Kühlung der Walzenbohrung während der gesamten Wärmebehandlung der Walze, einschließlich des Abschreckens, verhindert die Entstehung von Wärmespannungen, denen man bisher keine allzu große Bedeutung beigemessen hat. Durch die beanspruchten Maßnahmen wird der Spannungszustand in der gesamten Walze auf einem minimalen Wert gehalten, und es werden in der Walze günstig verlaufende Spannungsmuster erzeugt, die zu einer vorzeitigen Zerstörung der Walze nicht beitragen. Durch die senkrechte Anordnung der Walze wird die fortschreitende Wärmebehandlung in einfacher Weise ermöglicht und eine nachfolgende Kühlung der abgeschreckten Walzenteile erleichtert.

Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind in Unteransprüchen gekennzeichnet.

Im folgenden soll an Hand von Figuren ein Ausführungsbeispiel der Erfindung beschrieben werden.

F i g. 1 und 2 zeigen die Vorder- bzw. Seitenansicht einer erfindungsgemäßen Vorrichtung.

F i g. 3 und 4 sind Querschnitte längs der Linie 3-3 bzw. längs der Linie 4-4 von F i g. 1.

F i g. 5 zeigt in vergrößertem Maßstab einen Teil der in F i g. 1 dargestellten Vorderansicht.

F i g. 6 und 7 sind Querschnitte längs der Linien 6-6 bzw. 7-7 von F i g. 5.

Fig. 8 ist eine Draufsicht und zeigt weitere Einzelheiten der Vorrichtung.

Fig.9 zeigt in vergrößertem Maßstab die Vorrichtung zur Halterung der Walze.

Fig. 10 ist eine teilweise geschnittene Ansicht längs der Linie 12-12 von F i g. 9.

F i g. 11 zeigt ein Diagramm, in dem idealisierte Spannungsverläufe von wärmebehandelten Walzen mit und ohne Kühlung der Walzenbohrung dargestellt sind.

Wie man insbesondere aus den F i g. 1 und 2 sieht, ist ein Traggerüst 10 über einer Kammer oder einem Behälter 12 angeordnet, der mit einem Kühlmittel 14, beispielsweise Wasser gefüllt ist. Das Traggerüst 10 enthält mehrere Stützen 16, deren obere Enden mit Längsträgern 24 und Querträgern 28 verbunden sind.

Wie F i g. 3 zeigt, befinden sich zwischen den Querträgern 28 mehrere quer verlaufende Tragschienen 34,36,38,40,42 und 44. Auf den Tragschienen 38 und 40

ist eine horizontale Platte 46 angebracht, auf der ein Antriebsmotor 48, eine Bremsvorrichtung 50 und ein Kegelgetriebe 52 befestigt sind. Das Kegelgetriebe 52 ist über Wellen und Kupplungen mit weiteren Kegelgetrieben 54 und 56 verbunden. Das Getriebe 54 s ist auf einer Platte 58 befestigt, die auf den Tragschienen 34 und 36 angeordnet ist. Das Getriebe 56 ist auf einer Platte 60 befestigt, die auf den Tragsehienen 42 und 44 angeordnet ist.

An dem vorderen Längsträger 24 sind Tragplatten 62 und 64 befestigt, auf denen Getriebeuntersetzerstufen 66 bzw. 68 angeordnet sind. Die Untersetzerstufen 66 und 68 sind über geeignete Wellen und Kupplungen mit den Kegelradgetrieben 54 bzw. 56 verbunden. Über die Untersetzerstufen werden Schraubenspindeln 70 bzw. 72 angetrieben. Bei eingeschaltetem Motor 48 drehen sich die beiden Schraubenspindeln 70 und 72 synchron.

Über dem Behälter 12 sind senkrechte Führungsschienen 74 und 76 angeordnet. Ähnliche Führungsschienen 78 und 80 verlaufen im Behälter 12 in senkrechter Richtung. Auf den Führungsschienen 74 und 78 befinden sich abgeschrägte oder konische Laufflächen 82. Die Führungsschienen 76 und 80 haben hingegen flache Laufflächen 84. Am Fuß der Führungsschiene 74 und 76 sind Halterungen 86 für Lager 88 angeordnet. In den Lagern 88 laufen die unteren Enden der Schraubenspindeln 70 und 72.

Ein Schlitten 90 kann sich in senkrechter Richtung längs des Traggerüstes 10 bewegen. Der Schlitten 90 enthält mehrere vertikale Träger 92, einen oberen Querkopf 94, einen unteren Querkopf 96 und mehrere Streben,die nicht gezeigt sind. Wie Fig.4 im einzelnen zeigt, sind am oberen Querkopf 94 zwei feststehende Kugelmuttern 100 angeordnet, die jeweils in eine Schraubenspindel 70 und 72 eingreifen. An den beiden Enden des oberen Querkopfes 94 sind Lager 102 angebracht, die auf den Laufflächen 82 und 84 entlanggleiten.

Auf dem unteren Querkopf % ist eine Tragvorrichtung 104 befestigt, die eine senkrecht angeordnete Walze 106 unterstützt. Die Tragvorrichtung 104 enthält ein Gehäuse 108, in dem ein Motor (nicht gezeigt) angeordnet ist. Der Motor kann einen zentrischen Tragzapfen 112 im Gehäuse 108 antreiben.

Dieser untere zentrische Zapfen 112 hat eine Bohrung und ein konisch zulaufendes Oberteil, das gas- und flüssigkeitsdicht in das untere Ende einer Bohrung 116 in der Walze 106 eingesetzt werden kann. Das untere Ende der Bohrung ist ebenfalls konisch ausgebildet. Der Tragzapfen 112 hat mehrere öffnungen 118, die unterhalb des Flüssigkeitsspiegels des Kühlmittels 14 angeordnet sind. Durch diese öffnungen kann das Kühlmittel in die Bohrung im Tragzapfen 112 einströmen. An den Enden des unteren Querkopfes 96 sind Lager 117 angeordnet, die auf den Laufflächen 82 und 84 entlanggleiten. Zwischen dem unteren und dem oberen Querkopf 94 und 96 befindet sich ein Querkopf 120, der zur Längseinstellung dient (F i g. 1).

Wie in den F i g. 5 bis 7 im einzelnen gezeigt, enthält der Querkopf 120 einen waagrechten Tragrahmen 122, an dem ein Motor 124 befestigt ist. Der Motor 124 ist über geeignete Wellen und Kupplungen sowie Getriebe mit zwei drehbaren Kugelmuttern 126 verbunden, die auf dem Querkopf 120 angeordnet sind. Die Kugelmuttern 126 greifen in die Schraubenspindeln 70 und 72 ein. An den beiden Enden des Querkopfes 120 sind Lager 128 angebracht, die auf den Laufflächen 82 und 84 entlanggleiten. Bei eingeschaltetem Motor 124 bewegt sich der Querkopf 120 in senkrechter Richtung in bezug auf den Schlitten 90.

Auf dem Querkopf 120 ist eine Klemmeinrichtung 132 zum Festhalten des oberen Endes der senkrecht angeordneten Walze vorgesehen. Die Klemmeinrichtung 132 enthält ein nach vorn ragendes Gehäuse 130, an das ein Arm mittels Gelenkbuchsen 134, die auf einem Gelenkzapfen 136 laufen, angelenkt ist. An dem Arm sind Stützplatten 138 befestigt, an die eine Stange 140 mittels eines Gelenkzapfens 141 angelenkt ist. Die Stange 140 ist mit dem Kolben eines hydraulisch betriebenen Zylinders 142 verbunden, der an dem Gehäuse 130 mittels einer Stützplatte 144 und einem Gelenkzapfen 145 verbunden ist. Nahe bei dem unteren Ende des Armes ist eine Platte 146 mit einer öffnung 148 (F i g. 7) befestigt. Auf der Rückseite des Querkopfes 120 ist eine hydraulisch betriebene Sperrvorrichtung 150 (F i g. 2 und 7) befestigt, die den Arm der Klemmeinrichtung 132 in seiner angehobenen Lage hält, und zwar für den Fall, daß der hydraulisch betriebene Zylinder 142 versagt.

Am unteren Ende des Armes der Klemmeinrichtung 132 sind Klemmbacken 154 und 156 angebracht (F i g. 5 und 6). Der Klemmbacken 154 ist mit dem Arm fest verbunden. Der Klemmbacken 156 hingegen kann sich um einen feststehenden Gelenkzapfen 158 drehen. Der Klemmbacken 156 ist über Verbindungsglieder 164 und 166 mit der Kolbenstange 160 verbunden. Die Kolbenstange 160 ist an dem Kolben eines hydraulisch betriebenen Zylinders 162 befestigt. Der Zylinder 162 kann sich um einen Zapfen 168 drehen.

Wie es aus F i g. 5 hervorgeht, ist auf dem Querkopf 120 eine Vorrichtung befestigt, die in das obere Ende der Bohrung 116 in der Walze 106 eingreift. Diese Vorrichtung enthält ein Befestigungselement 170, das einen hydraulisch betriebenen Zylinder 172 trägt. Eine Kolbenstange 174 verbindet den Kolben des Zylinders 172 mit einem Tragteil 176. Das Tragteil 176 weist eine Platte mit einer Bohrung 182 auf. Auf der Rückseite des Querkopfes 120 ist eine hydraulisch betriebene Sperrvorrichtung 184 (F i g. 2) angeordnet, die mit einer Stange 186 in die Bohrung 182 eingreifen kann, wenn das Tragteil 176 auf die Walze 106 ausgerichtet ist.

An dem Tragteil 176 ist ein zylindrisches Gehäuse 188 befestigt. Innerhalb des Gehäuses ist ein Zylinder 190 verschiebbar angeordnet. Am unteren Ende des Zylinders 190 befindet sich ein weiterer Zylinder 192. Ein rohrförmiges Bauteil 194 erstreckt sich axial durch die Zylinder 190 und 192 und ist mit einem zum Einspannen der Walze dienenden, längsdurchbohrten Zapfen 1% verbunden, dessen Ende in Form eines Kegelstumpfes ausgebildet ist und der gas- und flüssigkeitsdicht in das obere Ende der Bohrung 116 der Walze 106 eingreifen kann. Das obere Ende der Walzenbohrung ist ebenfalls konisch ausgebildet. Der Zapfen 196 ist mit einem Tragkörper 198 verbunden, der in dem Zylinder 192 drehbar gelagert ist.

Auf der Vorderseite des zylindrischen Gehäuses 188 sind Stützplatten 200 angeordnet, mit denen ein hydraulisch betriebener Zylinder 202 mittels eine; Zapfens 203 verbunden ist. Eine Kolbenstange 2C verbindet den Kolben des Zylinders 202 mit einen Befestigungsarm 206, der an einer Platte 208 befestig ist, die an dem Zylinder 190 angebracht ist. Eii Führungsstab 210 ist an der Platte 208 befestigt um erstreckt sich durch ein Lager 212 in dem Tragteil 176 Der Zylinder 202 wird derart betrieben, daß de konische Zapfen 196 einen konstanten Druck auf di

Walze 106 während der Wärmebehandlung ausübt.

Das rohrförmige Bauteil 194 erstreckt sich durch die Platte 208 sowie durch den Befestigungsarm 206 und ist mit einem drehbaren Gelenk 214 verbunden, an dem ein Schlauch 216 angeschlossen ist. Der Schlauch 216 ist mit einer Saugpumpe (nicht gezeigt) verbunden.

Wie man in F i g. 8 sieht, ist über dem Kühlmittel 14 eine Vorrichtung angeordnet, die gleichzeitig einen ersten ringförmigen Umfangsbereich der Walze 106 erhitzt und einen zweiten daran angrenzenden ringförmigen Umfangsbereich der Walze abschreckt. Diese Vorrichtung enthält eine ringförmige Heizeinrichtung 218, beispielsweise eine Induktionsspule, die über einer ringförmigen Abschreckeinrichtung 220 angeordnet ist. Die Heiz- und Abschreckeinrichtung sind koaxial zu der Walze mit Hilfe von Stützen 221 befestigt.

In Einschnitten in der einen Wand des Behälters 12 sind Tragplatten 222 befestigt, auf denen jeweils das eine Ende einer Innenschiene 224 und einer Außenschiene 226 angeordnet ist. Die anderen Enden der Schienen sind auf Tragplatten 227 in Einschnitten in def gegenüberliegenden Behälterwand befestigt. Die Schienen 224 und 226 verlaufen zwischen zwei waagrechten Schienenabschnitten in schräger Richtung.

Ein Schlitten 228 kann längs der Schienen 224 und 226 in den Behälter 12 und aus dem Behälter bewegt werden. Der Schlitten 228 läuft mit seinen Vorderrädern 230 auf den Außenschienen 226 und mit seinen Hinterrädern 232 auf den Innenschienen 224. Die Innenschienen sind gegenüber den Außenschienen versetzt, so daß der Schlitten 228 stets in einer waagrechten Lage bleibt, und zwar unabhängig von der Stelle längs den Schienen. Eine Kolbenstange 234 verbindet das hintere Ende des Schlittens 228 mit dem Kolben eines hydraulisch betriebenen Zylinders 236.

Der Schlitten 228 enthält ein Tragglied 238, das eine Manschette 240 erfassen kann, die über den Hals der Walze 106 geschoben ist. Wie man in den F i g. 9 und 10 sieht, unterstützt die Manschette 240 einen Flansch 241 am Hals der Walze 106. Die Manschette 240 enthält einen Ring 242 mit einer öffnung 244, durch die der Walzenhals hindurchgeht. Der untere Teil des Ringes 242 weist einen nach innen gerichteten Flansch 246 auf. Auf diesen nach innen gerichteten Flansch 246 kann der Walzenflansch 241 aufgesetzt werden. Die als Kupplungsglied dienende Manschette 240 hat einen weiteren Flansch 250, auf dem zwei Augenbolzen 252 befestigt sind. Im Flansch 250 ist ein federvorgespannter Stift 254 angeordnet, der die öffnung 244 blockiert, sobald der Flansch 241 der Walze auf dem nach innen gerichteten Flansch der Manschette 240 ordnungsgemäß aufsitzt. Wie in Fig. 10 gezeigt, enthält das Tragglied 238 eine Platte 256 mit einem Einschnitt 258, der derart ausgebildet ist, daß er die Manschette 240 aufnehmen kann. Die Auflagestelle 260 in der Platte 256 weist eine Schulter auf, auf die sich der Flansch 250 aufsetzen kann. Die Platte 256 ist an einem Stützteil 262 befestigt, das sich unterhalb der Schienen 224 erstreckt.

Im folgenden soll die Betriebsweise der beschriebenen Vorrichtung erläutert werden. Vor dem Einbringen einer Walze 106 in die erfindungsgemäße Vorrichtung wird der Schlitten 90 in eine Stellung gebracht, die ein wenig unterhalb seiner obersten Stellung liegt. Der entsprechend der Länge der Walze einstellbare Querkopf 120 wird im Schlitten 90 in eine vorbestimmte Lage gebracht, die von der Länge der Walze 106 abhängt. Das Tragteil 176 wird in seine zurückgezogene Stellung gebracht und der Zylinder 190 in sein zylindrisches Gehäuse 188 zurückgezogen. Die Sperrvorrichtung 150 hält die schwenkbare Klemmeinrichtung 132 in ihrer angehobenen Stellung, und der Klemmbacken 156 wird infolge des zurückgezogenen Kolbens des hydraulisch betätigten Zylinders 162 offen gehalten. Der Schlitten 228 befindet sich in seiner äußersten seitlichen Stellung.

Die Walze 106 wird mit Hilfe eines Kranes zur erfindungsgemäßen Vorrichtung gebracht. Der Kran greift dabei an den Augenbolzen 252 der Manschette 240 an, die über den Walzenhals geschoben ist. Der Kran hält die Walze freischwebend in einem geringen Abstand über dem zentrischen Tragzapfen 112.

Der Hauptantriebsmotor 48 wird eingeschaltet und fährt den Schlitten 90 so weit nach oben, bis der untere Tragzapfen 112 an dem unteren Ende der Bohrung 116 in der Walze 106 flüssigkeits- und luftdicht anliegt. Danach wird die Sperrvorrichtung 150 freigegeben und die Klemmeinrichtung 132 um ihre horizontale Achse geschwenkt, bis der Klemmbacken 154 die Manschette 240 berührt. Der Klemmbacken 156 wird dann mittels des hydraulisch angetriebenen Zylinders 162 verstellt, bis er an der gegenüberliegenden Seite der Manschette 240 anliegt.

Nachdem die Walze von dem zentrischen Tragzapfen 112 gestützt wird und von den Klemmbacken 154 und 156 in ihrer senkrechten Lage gehalten wird, kann der Kran aus den Augenbolzen 252 ausgehängt werden. Der Tragteil 176 wird dann in waagrechter Richtung verstellt, bis der konisch zulaufende Zapfen 1% mit der Walze 106 axial ausgerichtet ist. Die Sperrvorrichtung 184 wird dann ausgelöst, so daß sich die Stange 186 in die öffnung 182 in der Platte 180 schiebt, wodurch das Tragteil 176 in seiner Lage gehalten wird.

Der Zylinder 190 wird dann innerhalb seines Gehäuses 188 nach unten ausgefahren, bis sich der Zapfen 1% flüssigkeits- und gasdicht auf das obere Ende der Walzenbohrung 116 anlegt. Nachdem die Walze fest zwischen den unteren Tragzapfen 112 und den konischen Zapfen 196 eingespannt ist, können die Klemmbacken gelöst und zurückgezogen werden. Dies wird dadurch erreicht, daß der Klemmbacken 156 geöffnet wird und daß anschließend die schwenkbare Klemmeinrichtung 132 in ihre horizontale Lage gebracht und mittels der Sperrvorrichtung 150 dort gehalten wird.

Der Schlitten 90 wird dann so weit nach unten gefahren, bis sich der unterste Teil der Walze in dem Wirkungsbereich der Heizeinrichtung 218 befindet. Als nächstes wird der (nicht gezeigte) Motor in dem Gehäuse 108 eingeschaltet, so daß sich der zentrische Tragzapfen 112 und damit auch die Walze 106 dreht. Dann wird die Ansaugpumpe eingeschaltet, um das Kühlmittel 14 durch die öffnungen 118 in die Bohrung des zentrischen Tragzapfens 112 und von dort durch die Bohrung 116 in der Walze sowie durch den hohlen Zapfen 196, das rohrförmige Bauteil 194, das drehbare Gelenk 214 und den Schlauch 216 anzusaugen. Die Temperatur des Kühlmittels 14 wird mit Hilfe einer Kühlvorrichtung (nicht gezeigt) etwa zwischen 4,4° C und 8,3°C gehalten. Während des Erhitzens und Abschreckens wird das Kühlmittel 14 durch die gesamte Länge der Bohrung geschickt. Die Temperatur und die Durchflußgeschwindigkeit des Kühlmittels werden auf solchen Werten gehalten, daß die Temperatur der an die Bohrung angrenzenden Metallteile der Walze unterhalb der Siedetemperatur des Kühlmittels gehalten werden. Die Temperatur dieser Metallteile kann beispielsweise

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37,8°C betragen. In den an die Bohrung angrenzenden Metallteilen treten daher keine großen Temperaturunterschiede auf, so daß in diesen Teilen auch keine großen Wärmespannungen erzeugt werden.

Anschließend wird der Heizeinrichtung 218 ein Wechselstrom mit einer Frequenz von beispielsweise 60 Hz zugeführt, und zwar so lange, bis die Randschicht der Walze die zum Härten geeignete Temperatur erreicht hat, die oberhalb der oberen kritischen Temperatur liegt. Die dazu benötigte Zeit kann beispielsweise 3 bis 6 Minuten betragen. Diese Zeiten hängen von dem Umfang der Walze und dem Aufbau der als Heizeinrichtung benutzten Induktionsspule ab.

Der Schlitten 90 wird dann mit einer Geschwindigkeit zwischen 3,8 bis 11,4 cm pro Minute nach unten gefahren. Gleichzeitig wird die Abschreckeinrichtung 220 in Betrieb gesetzt, um ein Abschreckmittel auf den vorher erhitzten Teil der Walze zu richten. Während des Abschreckens dieses Walzenteils wird eine daran angrenzende ringförmige Umfangszone der Walze von der Induktionsspule erhitzt.

Nachdem der letzte oberste Abschnitt der Walze abgeschreckt worden ist, wird die Drehzahl des Motors 48 erhöht, so daß der Schlitten 90 schnell nach unten fährt und die Walze 106 vollkommen in das Kühlmittel eintaucht. Der Schlitten 90 nimmt in dem Kühlmittel eine derartige Stellung ein, daß die Manschette 240 mit dem Tragglied 238 des Schlittens 228 ausgerichtet ist.

Als nächstes wird der (nicht gezeigte) Motor in dem Gehäuse 108 abgeschaltet, so daß die Drehbewegung des unteren Tragzapfens 112 und der Walze 106 aufhört. Ferner wird die Ansaugpumpe abgeschaltet, um den Durchfluß des Kühlmittels 14 durch die Bohrung 116 zu unterbinden.

Die Walze 106 wird anschließend vom Schlitten 90 freigegeben und in seitlicher Richtung vom Schlitten wegbewegt. Die Walze bleibt im Kühlmittel 14, bis die Temperatur des gesamten Walzenkörpers auf einen Wert abgesunken ist, bei dem eine Wärmenachbehandlung oder das Anlassen stattfindet. Vorzugsweise wird die Walze bis auf Raumtemperatur gekühlt. Zum Aushängen der Walze wird zunächst der hydraulisch betriebene Zylinder 236 betätigt, um den Schlitzen 228 auf den Schienen 224 und 226 nach unten zu fahren, bis sich das Tragglied 238 unterhalb des Flansches 241 der Manschette 240 befindet. Die richtige Stellung kann man mittels Endlageschalter auf den Schienen 224 und 226 sicherstellen. Als nächstes wird der Schlitten 90 ein kurzes Stück nach unten gefahren, beispielsweise um 25 cm. Dabei wird der zentrische Tragzapfen 112 aus der Bohrung 116 der Walze herausgenommen. Gleichzeitig wird der Zylinder 190 in seinem Gehäuse 188 nach oben verschoben. Der Zylinder 190 wird dann weiter nach oben gefahren, um den konischen Zapfen 196 aus der Bohrung 116 herauszunehmen und ihn über die Manschette 240 hinaus nach oben zu verschieben. Der Schlitten 228 wird dann durch Zurückziehen der Kolbenstange 234 des hydraulisch betriebenen Zylinders 236 nach außen gefahren, und die Walze in die »Nachkühlstellung« gebracht. Die Walze wird nun von

ίο der Manschette 240 getragen und ist immer noch vollkommen im Kühlmittel eingetaucht.

Nachdem die Temperatur der Walze 106 auf Raumtemperatur gefallen ist, was 10 bis 60 Minuten dauern kann, wird der Kran in die Augenbolzen 252 der Manschette 240 eingehängt und die Walze um ein kleines Stück angehoben, beispielsweise um 1,25 cm um den Flansch 250 von dem Tragglied 238 abzuheben. Der Schlitten 228 wird dann in seine äußerste seitliche Stellung gefahren, und die Walze aus dem Kühlmittel 14 herausgezogen.

Die nach dem beschriebenen Verfahren und mit der beschriebenen Vorrichtung wärmebehandelten Walzen haben günstige Spannungsverläufe. Die Fig. 11 zeigt drei Spannungsverläufe, die in drei verschiedenen Walzen infolge von Wärmebehandlungen erzeugt wurden. Dabei ist die Zug- bzw. Druckspannung in der Walze über dem Abstand zwischen dem Walzenrand und der Walzenbohrung aufgetragen. Die Kurve A zeigt den Spannungsverlauf in einer Walze, die vollkommen austenitisiert und dann in ihrer Gesamtheit abgeschreckt wurde, einschließlich der Bohrung. Die Kurve B zeigt den Spannungsverlauf in einer Walze, die entweder vollständig austenitisiert und anschließend abgeschreckt wurde, jedoch ausschließlich der Bohrung, oder deren Oberflächenschicht austenitisiert und abgeschreckt wurde, ausschließlich der Bohrung. Die Kurve C zeigt den Spannungsverlauf in einer Walze, deren Oberflächenschicht austenitisiert und abgeschreckt wurde und deren Bohrung während der gesamten Wärmebehandlung gekühlt wurde.

Wie man aus dem Diagramm sieht, liegt das Maximum für die Zug- oder Dehnungsspannung der Kurve C niedriger als das Maximum der Kurve A. Weiterhin ist der Spannungswert der Kurve Cin den an die Bohrung angrenzenden Metallteilen niedriger als bei der Kurve B. Die Wahrscheinlichkeit einer vorzeitigen Unbrauchbarkeit einer Walze, die den in Kurve C gezeigten Spannungsverlauf aufweist, ist wesentlich geringer als für wärmebehandelte Walzen, die die in den Kurven A oder B gezeigten Spannungsverläufe haben.

Hierzu 6 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Härten der Außenschale einer mit einer Bohrung versehenen Stahlwalze, bei dem ■■ die Außenoberfläche der Walze während der Zufuhr eines Kühlmittels zur Innenoberfläche austenitisiert wird und anschließend die erhitzte Außenoberfläche abgeschreckt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Erhitzung und anschließende Abschreckung der Außenoberfläche während des Vorschiebens der Walze entlang ihrer senkrecht ausgerichteten Längsachse vorgenommen werden und daß das Kühlmittel sowohl während der Erhitzungs- als auch während der Abschreckungsvorgänge mit einer solchen Durchflußmenge und einem derart niedrigen Temperaturbereich durch die Innenbohrung der Walze geleitet wird, daß während des Härtens der Außenschale die Temperaturänderung in den an die Bohrung angrenzenden ιυ Metallbereichen so gering wie möglich ist. ·

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die abgeschreckte Außenoberfläche fortschreitend in ein Kühlmittel eingetaucht wird und darin bleibt, bis die Temperatur in dem gesamten Walzenkörper auf weniger als die Anlaßtemperatur gefallen ist.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperatur in den an die Bohrung angrenzenden Metallbereichen der Walze stets unterhalb der Siedetemperatur des Kühlmittels gehalten wird. .

5. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1,3 oder 4, gekennzeichnet durch die Walze (106) senkrecht haltende, in die Bohrung (116) der Walze (106) unten und oben eingreifende, längsdurchbohrte Zapfen (112 und 1%), durch eine Kühlmittelzu- und -abfuhr (118, 194, 216), die an die Walze (106) angeschlossen sind, durch eine ringförmige Heizeinrichtung (218) und eine unter dieser angeordnete ringförmige Abschreckbrause (220), welche die Walze (106) umfassen, und einen senkrecht gegenüber der Heiz- und Abschreckeinrichtung (218,220) verschiebbaren Schlitten (90).

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühlmittelzu- und -abfuhr (118, 194, 216) derart ausgebildet ist, daß eine Flüssigken von unten nach oben durch die Zapfen (112,1%) und die Walzenbohrung (116) getrieben wird.

7. Vorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß eine mit der Walze (106) in und außer Eingriff bewegbare Klemmeinrichtung (132) zum Festhalten der auf dem unteren Zapfen (112) abgestützten Walze (106) vorgesehen ist.

8. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 2, 3 oder 4, nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß in der Bahn des Schlittens (90) ein kühlmittelenthaltender Behälter (12) angeordnet ist.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 8, (<o dadurch gekennzeichnet, daß eine Manschette (240) mit einer axialen Bohrung am oberen Ende der Walze (106) abnehmbar befestigt ist.

10. Vorrichtung nach Anspruch 7 und 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Klemmeinrichtung (132) an ⁽>5 der Manschette (240) angreift.

11. Vorrichtung nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß ein Tragglied (238) vorgesehen ist, das zum Erfassen der Manschette (240) bei in das Kühlmittel (14) untergetauchter Walze und zur Seitwärtsbewegung der Walze (106) dient.

12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Tragglied (238) an einem in waagrechter Richtung verschiebbar angeordneten Schlitten (228) befestigt ist.

13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß der die Walze (106) tragende untere Zapfen (112) zum Drehen der Walze (106) motorisch antreibbar ist.

4. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß als Kühlmittel Wasser verwendet wird.