DE1583729A1

DE1583729A1 - Verfahren zur kontinuierlichen Hartbelagbildung auf Walzen

Info

Publication number: DE1583729A1
Application number: DE19671583729
Authority: DE
Inventors: Hidesuke Yamamoto
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1967-03-08
Filing date: 1967-11-24
Publication date: 1970-10-15
Also published as: US3455372A; GB1212689A; SE327058B

Description

PATENTANWÄLTE DR. DIETER THOMSEN - DIPL INQ. HARRO TIEDTKE

lot» MÖNCHEN 2 24.November 1967 Tal 33

POS-12 584 YamamotO · Telefon: 081l/226894 Telegrammadresse: Thopatent

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Hidesuke Yamamoto Kitakyushu-shi (Japan)

Verfahren zur kontinuierlichen Hartbelagbildung

auf V/alzen

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren für das kontinuierliche Belegen oder Überziehen der Oberfläche einer Walze, die nach längerer Benutzungsperiode durch übermäßig Verringerung ihres Durchmessers infolge Abnutzung des auf ihrer Oberfläche gebildeten harten Belags unbrauchbar geworden ist oder das Belegen der Oberfläche eines für die Hersteilung neuer Walzen bestimmten Kernmaterials als einen gewünschten Durchmesser, und zwar unter Verwendung von Hochfrequenzstrom und unter gleichzeitigem Bilden eines harten Belags gewünschter Tie.fe auf der Oberfläche.

Herkömmliche Überzugsverfahren hatten die Nachteile, daß

der durch einen Überzugsvorgang gebildete Belag nicht gleich-

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försig in seiner Härte ist ^y^o. daß die Oberfläcae des harten Belags rauh ist und eine Bndbearbeitung durch Beschleifen des harten Belags erfordert, so daß die Dicke des harten Belags nach der Endbearbeitung so klein ist, daß die fertige V/alze nicht für eine lage Zeitspanne einsetzbar ist.

Aufgabe der Erfindung ist ein verbessertes überzugsverfahren, das die vorgenannten 2iachteile des herkömmlichen Ver-" · fahrens beseitigt und nit großes V/irkungsgrad durchführbar ist.

Das erfinaungsgesäSe Verfahren eignet sich für das Überziehen oder Belegen der Oberfläche einer V/alze, aia infoige Abnutzung nicht sehr einsatzfähig ist, oder der Oberfläche eines zylindrischen Xerrmaterials, das speziall für die I-Ierstellung neuer V/alsen erzeugt worden ist. Zur Durchführung des Verfahrens wird ein Porssatz aus mehreren aufeinander gssteckten rorsen verwendet, v/obei der ?orssatz einen Innendurchmesser besitzt, der us die Sicke des auf aezi Ke material zu bildenden Überzugs oder Belags größer als der Aussendurchrnesser des Xernsaterials ist. Der ?orssatz setzt sich s^sassen aus einer hohlen, wassergekühlten Xühlfors, die aus Tupfer gesacht ist oder die is Falle der Verwendung von Gußeisen als Überzugssaterial aus Schmiedeeisen gebildet sein kann, aus einer Stütz- oder Pufferfora, die aus eines 3-raphitsystes-Katerial gesacht ist und auf die Oberseite der Sühlforin gesetzt ist und aus einer Heizform, die aus einen feuer-

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festen. Material, wie "beispielsweise Magnesia gebildet ist und auf die Oberseite der Pufferform gesetzt ist, wobei in die Heizform eine hohle, wassergekühlte Hochfrequenzspule eingebettet ist. Die vorgenannten Forcen sind in ihrer gegenseitigen Lage geichert und es wird durch die Hochfrequenspule der Heizform ein Hochfrequenzstrom hindurchgeführt. Als erstes wird ein Kerniaaterial in dem Formsatz vertikal auf- und abbewegt, ua seine Oberfläche vorzuwärmen und dann in eine vorbestimrate Stellung, d.h. die Startstellung zurückgeführt. Anschließend wird das Kernmaterial-abwärts bewegt und gleichzeitig in den Spalt zwischen dem Kernmaterial und der Heizforr. eine Schmelze aus Überzugsmaterial vorbestimmter Zusammensetzung eingegossen, die zuvor gesondert bereitet worden ist und in der Hauptsache aus Gußeisen oder Gußstahl besteht. Die eingegpssene Schmelze wird innerhalb der Heizform durch die Kitze, die durch den Hochfrequenzstrom erzeugt wird, welcher durch die in die Keizform eingebettete Hochfrequenz spule fließt, durch Anschmelzen mit der Oberfläche des Kernmateriais verbunden. Das Kernmaterial wird langsam weiter nach unten bewegt und dabei die an das Kernmaterial angeschmolzene Schmelze beim Durchgang durch die Pufferform gekühlt und fortschreitend ve. der Peripherie aus verfestigt, da die graphitische Stützicr.^ eine höhere «ärmeleitfähigkeit als die gewöhnliche feuerfc^-- Form besitzt und die Wärme der Schmelze absorbiert. Dadurch zieht sich die Schmelze um ein gewissen Kaß zusammen und v.-iri. der unverfestigte innere Teil der Schmelze äusserlich zusa^en-

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gepreßt. Dann wandert das mit der darauf befindlichen Schmelze versehene Kernmaterial weiter in'die wassergekühlte Kupferkühlform, in der die Schmelze durch diese Kühlform schnell abgekühlt und dabei in dem durch den Aussendruck verdichteten Zustand, der keine Bildung von Kavitäten erlaubt, zur Bildung des Überzugsbelags verfestigt. .Der auf diese Weise auf der Oberfläche des Kernmaterials gebildete Überzugsbelag oder überzug wird unmittelbar darauf, nach Erfordernis in ein in ψ einem Tank enthaltenes Verzögerungsmaterial getaucht, um es · darin langsam abzukühlen. Das erfindungegemäße Verfahren ist durch die kontinuierliche Durchführung der oben genannten Schritte gekennzeichnet.

Die Erfindung wird im folgenden anhand schematischer Zeichnungen an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert. Es zeigen:

. Pig. 1 in einem Vertikalschnitt, eine Ausführungsform

der Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen kontinuierlichen Überzugsverfahrens unter Verwendung von Hochfrequenzstrom;

Pig. 2 eine Draufsicht auf die in Pig. 1 gezeigte Vorrichtung;

Pig. 3A und 33 Horizontalschnitte von hohlen, wassergekühlten Spulen zur Durchleitung eines Hochfrequenz Stroms, die eine an der rechten bzw. linken Seite

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vorgesehene Einlaß-und Auslaßöffnung haben und Pig. 3C in einem Horizontalschnitt die Spulen der Pig. 3A und 3B in Kombination miteinander.

Gemäß den Figuren ist an die einander entgegengesetzten Enden eines zylinderisohen Kernmaterials 1 ein Stahlring 2 und an die Unterkante des unteren Ringes 2 eine aus Stahl bestehende ringförmige Auffangplatte 3 angeschmolzen, deren Breite derjenigen des zu bildenden Belags entspricht, Eine hohle, wassergekühlte Kupferkühlform 4 besitzt einen Innendurchmesser, der um die Breite des zu bildenden. Belags größer als der Aussendurchmesser des Kernmaterials 1 ist, wobei die innere Höhlung dieser Form mit einem Wasserzulaufrohr 11 verbunden ist, in welchem sich ein Steuerventil 12 befindet. Sofern Gußeisen für das Überziehen verwendet wird, kann diese Kühlform aus Schmiedeeisen gebildet sein. Auf die Oberseite der Kühlform ist eine Pufferform 5 aufgesetzt, die durch Zusammenpressen eines Graphitsystem-r Materials unter einem Druck von 5 bis 20 kg/cm erzeug~u worden ist. Auf der Pufferform 5 liegt eine dünne ringförmige Kupferplatte 25, auf welcher eine Heizform 6 sitzt, die durch Stampfen oder Stanzen eines feuerfesten Materials, wie Magnesiaklinker gebildet worden ist;',in diese Form sind in symmetrischer Zuordnung Hochfrequenzkupferspulen · 13 und 15 eingebettet, in denen ein Wasserkanal 14 bzw, 16 ausgebildet ist. Der Innendurchmesser der Ringplatte ist gleich demjenigen der Heizform 6. Diese Formen sind unter Bildung eines Form- oder Formensatzes jeweils in feststehender

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Lage festgehalten. ' "

Das Kernmaterial 1 wird zusammen mit dem Stahlring 2 und der Auffangplatte 5»die in der oben beschriebenen V/eise angebracht wurden, von oben in den Formsatz eingehängt oder vertikal auf einem Ständer gehalten. Auf Durchführen eines Hochfrequenzstroms durch die Hochfrequenzspulen 13 und wird das Kernmaterial 1 in dem Formsatz langsam auf- und abbewegt, bis die Oberfläche des Kernmaterials bis etwa 600 C erwärmt ist. !fach Beendung des Vorheizens wird das iCernmaterial 1 in der Lage festgehalten, die in der Pig. 1 durch die punktierte Linie 24 angedeutet ist, wobei sich die Auffangplatte 3 in Höhe des unteren Endes der Heizform 6 befindet.

Von dieser Lage aus wird das Kernmaterial 1 langsam kontinuierlich nach unten bewegt und dabei in den Spalt 8 zwischen dem Kernmaterial und der Heizform 6 eine Gußeisen- oder Gußstahl system- Schmelze 19 vorgeschriebener Zusammensetzung eingegossen, die zuvor gesondert bereitet worden ist. Ia Folie einer Schmelze aus Gußeisensystem braucht keine Schlacke auf der Schmelze gebildet zu werden. Ist jedoch die Schmelze aus einem Stahl systea , wird von Zeit zu Zeit während des Gießvorgaages ein geeigneter Zusatz auf die Schmelze gestreut, um auf der Schmelze eine Schlackenphase mit einer Basität in der Größenordnung von 1,0 zu bilden.

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In. der Heizform 6 werden die Schmelze 19 und die Oberfläche des Kernmaterials 1 durch die Induktionshitze des Hochfrequenzstroms erhitzt und aneinander angeschmolzen, wobei . gleichzeitig die Schlacke und andere Verunreinigungen infolge Konvektion zur ■ Oberfläche der Schmelze schmwimnieh. In diesem Falle werden die erzeugten Gase an die "Ungebungsluft abgegeben und zusätzlich: als Folge von Konvektion ein Druck auf die untere Lage der Schmelze ausgeübt, wodurch der Steigereffekt herbeigeführt wird.

Gelangt die Schmelze 19 von dem Hochfrequenzerhitzungsbereich in die Pufferform 5, wird die Hitze der Schmelze durch diese Pufferform absorbiert, da diese Pufferfora aus einem Graphit sys tem-Jiat er ial gebildet ist und daher eine höhere Wärmeleitfähigkeit besitzt als die Heizform, die aus einem feuerfesten Material gebildet ist. Dementsprechend wird der Teil der Schmelze, der sich in Berührung mit der inneren Wandflache der Pufferform befindet, zu einem halbfesten Zustand abgekühlt, wie es bei 20 angedeutet ist.

Die Pufferform 5 ist unter einer Druckkraft von 5 bis 20 kg/cm hergestellt worden, wie es zuvor angegeben wurde, so daß sie in der Lage ist, die darin befindliche Schmelze in ihrer Form zu halten, ohne Bruch unterworfen zu sein, und kühlt

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die Schmelze fortschreitend zu einem solchen Grad, daß die Schmelze in der darunter befindlichen nachfolgenden Kühlform vollständig erhärtet werden kann. An dieser Stelle ist hervor zu heben, daß die durch den Hochfrequenzstrom, welcher durch die Hochfrequenzwicklung oder-s pule der Heizform strömt, erzeugte V/ärme keinen Einfluß auf die Kühlfunktion der Kühlform, hat, da zwischen der Pufferform 5 und der Heizform 6 die dünne ringförmige Kupferplatte 25 eingelegt ist.

In der Kühlform 4 wird die halbverfestigte oder halberhärtete Schmelze aus der Pufferform 5 unter bildung eines Überzugsbelags 21 schnell vollkommen erhärtet. Die Temperatur der Kühlform 4 kann durch Regulierung der Strömungsgeschwindigkeit des Kühlwassers durch Betätigen des im Wasserzuführungsrohr vorgesehenen Regulierventils 12 kontrolliert werden. Dementsprechend ist es möglich, die durch die Kühlform absorbierte '«värmemenge der Schmelze 19 einzustellen. Als das durch das Zuführungsrohr 11 zugeführte Kühlmittel kann nicht nur "wasser, sondern auch Luft, Gase oder ein anderes Kühlmittel verwendet werden. t

Die Schmelze, deren Oberflächentemperatur in der Pufferform 5 beträchtlich erniedrigt worden ist,' wird in dieser Kühlform schnell abgekühlt und erhärtet. Die Dipke des auf diese

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Weise geformten harten Belags kann dadurch etwas erhöht werden, daß man in geeigneter V/eise die Kühlgeschwindigkeit und die Absenkgeschwindigkeit des Kernmaterials wählt.

Das Kernmaterial mit dem darauf gebildeten Belag wird weiter in einen doppelwandigen Tank 7 abgesenkt, der mit einem Verzögerungsmaterial 17 gefüllt ist, welches beispielsweise aus einem Pulver aus gebranntem Kalk besteht . Die Aussenkammer des doppelwandigen Tanks 7 ist vor dem Eintritt des mit 3elag versehenen Kernmaterials in den Tank leer und kann daher das beim Eintauchen des Kernmaterials in diesen Tank überflißende Verzögerungs- oder Isoliermaterial ' . aufnehmen, wie es\ durch denPfeil.18 angedeutet ist. Dieser Verzögerungstank kann durch geeignete Wahl der Kühlgeschwindigkeit des Belags' in der Kühlzone und der Geschwindigkeit, mit der das mit Belag versehene Kernmaterial in diese Zone nach unten bewegt wird, weggelassen werden.

Wie es oben beschrieben wurde, sind erfindungsgemäß die Heizform, die Pufferform und die Kühlform übereinander angeordnet und wird das Kernmaterial nacheinander durch diesen Satz von Formen nach unten bewegt, während.gleichzeitig die Schmelze in den Spalt dazwischen gegossen wird, wobei der auf dem Kernmaterial gebildete Belag erst langsam und dann schnell gekühlt v.'ird.. Daher wird die Oberfläche des Belags äusserst glatt hergestellt, wobei sich keine Rauhigkeit ergibt, die im Falle der

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Direktkü'nlung durch innere .Schmelzbrüche infolge . in der erhärteten Oberflächenschicht durch abrupte Zusammenziehung dieser Schicht gebildeterpehlstellen verursacht würde .. Da ferner die Heizform und die Kühlform durch die Pufferforni voneinander getrennt sind, damit die Punktionen dieser Formen nicht gegenseitig aufgehoben werden und die Schmelze auf eine gewisse Tiefe erhärtet werden kann, ist es möglich, in einem kontinuierlichen Vorgang eine walze herzustellen, die eine ™ große Karte mit keine Unregelmäßigkeit besitzt.

Bei der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens kann das Heizen der Schmelze 19 und der Oberfläche des Kernmaterials ein durch einen Lichtbogen zwischen Kohleelektroden 10 und dem Kernmaterial beschleunigt v/erden, wobei dann das Kernmaterial durch eine Erde 23 geerdet wird.

Im folgenden wird ein 3eispiel der Erfindung beschrieben.

A) Kernmaterial

Als Kernmaterial wurde ein Stahlrohr verwendet, das eine V/andstärke von 10 min, einen Aussendurchmesser von 14c απ;, eine Länge von 535 mm besaß und dessenInnenraum mit Sand ge-

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füllt war.

B) Formsatz

Der Pormsatz besaß einen Innendurchmesser von 190 sun, einen

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Aussendurchmesser von 374 mm, eine Länge von (20 + 50 +285) ram und bestand aus drei aufeinander gestapelten Formen der unten beschriebenen Art.

1) Heizform (20 mm lang) aus Magnesitklinker

In diese Form war eine hohle, wassergekühlte Hochfrequenzkupfer-spule eingebettet. Diese Kupferspule hatte Rechteckquersch.-iitt und war 3 mm dick, hütte, eine innere seitliche Länge von 11 mm, eine innere Vertikallänge von 1. am % und einen inneren Spulenaurchmesser von 170 mm.

2) Pufferform (50 mm lang) aus einem Graphitsystein-.-Iaterial Diese Form wurde durch Pressen eines 50fa Graphit ent-

haltenden Materials unter einer Druckkraft von IG kg/cm gepreßt und auf seiner Oberseite mit einer dünnen ringförmigen Kupferplatte versehen, die eine Dicke von 0,3 ms **- ■"*„/und einen Inndurchmesser von 170 mn besaß.

3)Kohle, wassergekühlte Kupferkühlform (285 mm Länge) Die Innenwand dieser Form verjüngte sich auf der Gesamtlänge von 285 mm um 3 mm; der Innendurchmesser am oberen Ende betrug 234 mm.

Es wurde ein Gehäuse mit einer oberen '.vanddicke vcr. 35 mm, einer Innenwanddicke von 20 mm, einer Aussenv.'anddicke vor. 10 mm und einer Bodenwanddicke von "iO mm auf 5OG⁰C vcr-

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geheizt und gleichzeitig mit dem Beginn des Überzugsvorgangs mit Hilfe eines 30 HP Luftkompressors vom Boden Druckluft in den Behälter geblasen und auf dessen Oberseite abgelassen. (HP = englische Pferdestärke)

C) Der verwendete Hochfrequenzgenerator Hersteller: ACSC

1) Elektromotor

Leistung 106 K?//

Wirkungsgrad bei Vollast 92,555

Leistungsfaktor bei Vollast 91,0% 2) Hochfrequenzgenerator

Leistung 90 KV/

Frequenz 9 600 Zyklen

Wirkungsgrad bei Vollast 85»5% Leistungsfaktor (mit Kondensator) 100%

D) ÜberzugsVorgang

) Das das Kemamterial bildende Stahlrohr wurde zur Vorheizu.ig seiner Oberfläche auf 300° bis 400⁰C zweimal in dem Pornisatz auf- und abbewegt und auf eine vorbestimmte Lage zurückgeführt. Anschließend wurde das Stahlrohr nach unten durch den ?orir.satz bewegt und dabei gleichzeitig eine Schmelze aus Überzugs- oder Belagsmaterial in den

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Spalt zwischen dem Stahlrohr und dem ?ormsatz gegeossen, wobei eine Gußeisenbelaggschicht von 22 mm Dicke und 435 mm Länge gebildet wurde;, die Schmelze aus Belagmaterial war vorher vorbereitet und besaß die folgende Zusammensetzung.

G = 2

Mn = 0,656

M = 0,9$

P = O,O5/o

Si = 2,4$

Cr = 1,9#

Mo = 0,3$.

s = 0,019a

2) Überzugszeit

Absenkgeschwindigkeit des Kernmaterials

Temperaturanstieg der Kupferform 11 Minuten und 10 Sekunden

39 mm/min

500⁰C (am Beginn d_es Arbeitsvorgangs) auf'650 G (am Ende des Arbeitsvorgangs)

E) Ergebnisse

1) Dimensionen der erzeugten Walze

Äusserer Durchmesser des oberen Endes (Ende des Arbeitsvorgangs)

Äusserer Durchmesser des unteren Endes (Beginn des Arbeitsvorgangs) 23β,5 mm 234,8 mm

Der Unterschied von 1,7 mm ist durch die Ausdehnung der Kupferform bedingt.

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2) Härte des Belags

Das mit Selag versehene Bohr wurde in Umfangsrichtung in' vier gleiche Teile geteilt und dann axial .in sieben Ab^ schnitte. Die Shore-Kärte der jeweiligen Atrschnitte des Belags war wie folgt:

A S G-D Durchschnitt

3nde des	Arbeitsvorgangs	65	65	68	65	67
	•	65-	66	66	65	66
		65	68	67	67	67
		64	67	65	65	65
		67	66	66	64	66
		64	65	64	65	65
Beginn d	. Arbeitsvorgangs	67	65	67	64	66

Durchschnitt 66 66 66 p5 66

3) Hiß : keiner

P) Im oben beschriebenen Beispiel wurde zur Peststellung der Temperaturänderung der Kupferfora Kaltluft durch die Xupferforin geschickt. Das Stahlrohr wurde als Kernmaterial verwendet, um die durch das Kernmaterial zu absorbierende Wärme auf ein Minimum zu reduzieren und dadurch die Kupferform soviel

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Kitze der Schmelze auszusetzen, wie möglich ist. Obwohl die angegebenen Bedingungen die für die Ausführung der Erfindung schlechtesten Bedingungen waren, kann der Arbeitsvorgang wirkungsvoll mit ausgezeichneten Ergebnissen ausgeführt und dabei cit geringen Kosten eine Walze erzeugt werden.

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Claims

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Patentanspruch

Verfahren zum kontinuierlichen Belegen oder Überziehen eines Kernmaterials in Form' einer abgenutzten Walze oder in Form eines zylindrischen Körpers zur Herstellung einer neuen './alze auf die gewünschte Dicke unter Verwendung eines Hochfrequenzstroms, dadurch gekennzeichnet, daß man einen Formsatz mit einer feuerfesten Heizform mit einer darin eingebetteten hohlen, wassergekühlten Kupferspule , eine darunter unter Zwischenschaltung einer im wesentlichen den gleichen Innendurchmesser wie die Heizform aufweisendendünnenringförmigen.Kupferplatte angeordnete Graphitsystem-Pufferform und eine unterhalb dieser Pufferform angeordnete hohle, wassergekühlte Kühlform aus Kupfer oder Schmiedeeisen verwendet, daß man die Oberfläche des Kernmaterials durch vertikales Auf- und Abbewegen innerhalb des Fornsatzes durch die Kitze vorwärmt, die durch den durch die Spule fließenden Hochfrequenzstrom erzeugt wird, daß man anschließend das Kernmaterial kontinuierlich durch den Fortsatz nach unten bewegt und gleichzeitig kontinuierlich eine die gewünschte Zusammensetzung aufweisende Schmelze des Überzugsmaterials in den Spalt zwischen dem Kern- · material una der Innenwand des Formsatzes eingießt, wobei die Schmelze unter der durch den Hochfrec;uenzstrom erzeugten '//arme an die Oberfläche des Kernmaterials angeschmolzen wird und wobei dei Schmelze bis zu einem gewissen Grad durch die Puffer-

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form gekurh.lt und darauf die Schmelze zur Verfestigung und Erhäruntg schnell durch die Kühlform abgekühlt wird.

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