DE202014009037U1

DE202014009037U1 - Segmentrolle mit gehärteter Oberfläche für Strang- oder Bandgießanlagen

Info

Publication number: DE202014009037U1
Application number: DE202014009037.8U
Authority: DE
Original assignee: SMS Siemag AG
Current assignee: SMS Group GmbH
Priority date: 2014-11-11
Filing date: 2014-11-11
Publication date: 2014-11-21
Anticipated expiration: 2024-11-12
Also published as: WO2016074665A1

Abstract

Segmentrolle umfassend einen Grundkörper mit einer gehärteten Oberfläche als Tragschicht zum Transportieren und Stützen und Führen von Strängen und Bändern aus Metall, insbesondere aus Stahl in einer Strang- oder Bandgießanlage, dadurch gekennzeichnet, dass der Grundkörper (11) der Segmentrolle (10) aus einem Grundwerkstoff hergestellt ist und die Tragschicht (14) der Oberfläche (13) des Grundkörpers (11) durch einen Elektronenschweißstrahl gehärtet ist und zusammen mit dem Grundkörper (11) einstückig ausgebildet ist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Segmentrolle umfassend einen Grundkörper mit einer gehärteten Oberfläche als Tragschicht zum Transportieren und Stützen und Führen von Strängen und Bändern aus Metall, insbesondere aus Stahl in einer Strang- oder Bandgießanlage.
Die Segmentrollen von Strangießanlagen unterliegen einer besonderen thermischen Belastung und werden zur Standzeitverlängerung unter anderem deswegen wassergekühlt. Auch werden derartig stark belastete Segmentrollen aus Stahllegierungen hergestellt, die für besonders hohe Betriebstemperaturen geeignet sind.

Dabei werden folgende Legierungen bevorzugt verwendet:

S355J2G	1.0570	DIN EN 10250-2
13CrMo4-5 V	1.7335	DIN EN 10222-2
16CrMo4-5 V	1.7337	SEW 550-57
21CrMoV 5 11 V	1.8070	SEW 550-57
23CrNiMo7-4-7 V	1.6749	SEW 555
X5NiCrTi2615	1.4980	DIN RN 10302
24CrM05 + QT	1.7258	SEW 550-76

Als zusätzlicher Korrosionsschutz werden beispielsweise Cr/Ni-Stähle oder Nickelbasis-Werkstoffe auf legierten Baustähle aufgeschweißt. So können durch Auftragschweißen Lagersitze und/oder Laufbuchsen aus Legierungen hergestellt werden, die besonders gute Schmier- und Notlaufeigenschaften aufweisen sollen.
Auch die Oberflächen der Segmentrollen selbst werden mit einer Auftragsschweißung versehen, wie dies aus EP 2 428 301 B1 bekannt ist. Des Weiteren offenbart die EP 2 268 443 B1 auch ein Auftragsschweißen. Aus der DE 40 27 225 C2 ist zudem ein mehrschichtiger, aus unterschiedlichen Materialien bestehender Aufbau für eine Stütz- und Führungsrolle einer Stranggießanlage bekannt, die ebenfalls eine durch Auftragsschweißen aufgetragene Deckschicht aufweist.
Für das Auftragsschweißen oder dem sogenannte Cladding der Oberfflächen von Segmentrollen hat sich in der Vergangenheit als Schweißgut ein Weichmartensit, der wie folgt spezifiziert ist:
C ,05–0,008%; Cr 13–15%; Mo 0,7–1,2%; Ni 3,5–4,5%
bewährt.
Für das Cladding kommen hauptsächlich drei Schweißverfahren zur Anwendung. Neben dem hocheffizienten ESW-Verfahren (Electroslag Welding, sprich Elektro-Schlacke-Schweißen) werden neben dem WIG-Verfahren (Wolfram-Inertgas-Schweißen) das MAG-Schweißen (Metall-Aktivgas-Schweißen) eingesetzt.
Um die Effektivität dieser Schweißverfahren zu erhöhen wurde das Schweißen mit Heißdraht eingeführt. Mit dem Heißdraht konnte die Menge an abschweißbaren Schweißmittel (Schweißdraht) erhöht werden. Eine zusätzliche Steigerung kann durch einen Doppeldrahtantrieb, der mit einem Vorschubmotor gekoppelt wird, erreicht werden. Hierdurch können zwei Schweißdrähte parallel gefördert werden. Zur weiteren Steigerung kann zudem die Fördergeschwindigkeit des Schweißdrahts angehoben werden.
Insbesondere bei einer erhöhten Drahtförder- und Schweißgeschwindigkeit ist eine exakte Drahtführung erforderlich. Eine schlecht eingestellte Drahtförderung kann zu einem fehlerhaften Schweißbild und damit zum Totalverlust des zu bearbeitenden Werkstücks führen. Aus diesem Grund ist die Neupositionierung der Drahtführung nach einem Werkstückwechsel bzw. bei einer Änderung der Geometrie des Werkstücks und damit die Einstellung des Schweißwinkels besondere Aufmerksamkeit zu widmen. Das ist mit einem erheblichen zeitlichen und damit finanziellen Mehraufwand verbunden.
Zudem müssen die Segmentrollen nach dem Cladding einem Glühprozess unterzogen werden, um sie auf eine Oberflächenhärte von mindestens 37 bis 42 HRC (Rockwell) einzustellen.
Auch müssen die Segmentrollen anschließend nachbearbeitet werden. Durch die Nachbearbeitung beispielsweise durch Abschleifen und anderen abrasiven Bearbeitungsprozessen, wie Abdrehen oder Fräsen, werden die durch das Cladding aufgetragenen Schichten meist auf eine Stärke von 1,5 bis 3,0 mm aber auch auf eine Stärke von bis auf 5,0 mm eingestellt.
Für die Bearbeitung derartiger Segmentrollen bedarf es folglich mindestens vier Arbeitsschritte, nämlich Vordrehen, Härten der Oberfläche durch Cladding, Glühen zum Einstellen der geforderten Härte und die Endbearbeitung. Derartige Segmentrollen haben sich zwar bewährt, sind aber mit dem Nachteil verbunden, dass das Cladding zeit- und kostenintensiv ist, da die Claddingschicht immer mindestens 2 mm dicker aufgebracht werden sollte als die geforderte Enddicke der Härteschicht.
Auch besteht die Gefahr, das Lunker und andere Fehlstellen in der Claddingschicht vorkommen. Daraus folgt auch, dass die Qualitätssicherung für die ausgeführten Arbeiten mit einem erheblichen zeitlichen Mehraufwand verbunden sind. Zudem müssen die Glühparameter für jeden Segmentrollentyp individuell ermittelt werden, das ist umso schwieriger, wenn das Know-how für das Glühen selbst nicht in einem Betrieb vereint ist. Die Endbearbeitung der aufgeschweißten Schichten, beispielsweise durch Abdrehen, erzeugt einen hohen Werkzeugverschleiß aufgrund der großen Härte.
Insbesondere bei größeren Auftragsschweißarbeiten in der Serienproduktion ist dies nachteilig, da das Einstellen der Schweißparameter und das Durchführen der einzelnen Bearbeitungsschritte energie-, material-, zeit- und damit kostenintensiv sind, und zu den Arbeitskosten kommen die eigentlichen Werkzeugkosten und die erheblichen Kosten für die Stillstandszeiten hinzu, während denen beispielsweise die Bearbeitungsmaschinen des erhöhten Werkzeugwechsels nicht produzieren können.
Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Segmentrolle für eine Stranggießanlage zur Verfügung zu stellen, mit denen die oben genannten Nachteile überwunden werden können und insbesondere die Stillstandszeiten bei der Herstellung gesenkt, die Herstellungskosten reduziert und die Fertigungskapazitäten erhöht werden können.
Diese Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 angegebenen Merkmale gelöst, insbesondere dadurch, dass der Grundkörper der Segmentrolle aus einem Grundwerkstoff hergestellt ist und die Oberfläche des Grundkörpers durch einen Elektronenschweißstrahl gehärtet ist und zusammen mit dem Grundkörper einstückig ausgebildet und der Grundkörper der Segmentrolle in den für die Stranggieß- oder Bandgießanlage erforderlichen Einbaumaßen ausgebildet ist. Die Segmentrolle ist für den Einbau als Stütz- und Führungsrolle, sowie als Antriebs- und Fussrolle in einer Stranggußanlage vorgesehen.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Segmentrolle, ist die Tragschicht der Oberfläche des Grundkörpers der Segmentrolle bis in einer Eindringtiefe des Elektronenschweißstrahls von 1,2 bis 2,9 mm gehärtet.
In einer weiteren Ausführungsform kann die Oberfläche des Grundkörpers der Segmentrolle bis einer Eindringtiefe des Elektronenschweißstrahls von 3,0 bis 3,5 mm gehärtet sein, wobei die Tragschicht der Oberfläche radial außen Umschmelzmarken aufweisen kann. In einem solchen Fall kann es erforderlich sein, die Tragschicht nachzuarbeiten. Dies kann mittels mechanischer Bearbeitungsverfahren erfolgen, bei denen die Segmentrolle in das gewünschte Abmaß gebracht wird, indem überstehendes Material abgetragen wird.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Segmentrolle, soll die Oberfläche der Tragschicht des Grundkörpers nach der Bestrahlung mit dem Elektronenschweißstrahl einen Härtegrad von 37 bis 42 HRC (Härte nach Rockwell) aufweisen. Durch die Behandlung mit dem Elektronenschweißstrahl kann in vorteilhafter Weise der Härtegrad der Tragschicht eingestellt werden.
Vorzugsweise ist es dabei vorgesehen, dass das Elektronenschweißstrahlen so auszuführen ist, dass auf eine anschließende Wärmebehandlung der Segmentrollen verzichtet werden kann. Hierdurch soll eine quasi online Produktion von vorkonfektionierten Segmentrollen für eine Stranggießanlage ermöglicht werden. Hierzu werden die Segmentrollen aus einem Grundwerkstoff als Grundkörper auf die jeweiligen geometrischen und mechanischen Parameter mit den entsprechenden Endabmessungen vorkonfektioniert hergestellt. Die Härtung der Oberfläche der Segmentrolle, der sogenannten Tragschicht, kann sodann wie oben beschrieben in einem online Arbeitsgang erfolgen. Die so erzeugten Segmentrollen erlauben idealerweise den direkten Einbau in eine entsprechende Strang- oder Bandgießanlage.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der erfindungsgemäßen Segmentrolle, weist die Oberfläche des Grundkörpers, sprich die Tragschicht, nach der Bearbeitung mit dem Elektronenschweißstrahl dieselbe chemische Zusammensetzung auf, wie zuvor der unbehandelte Grundwerkstoff des Grundkörpers der Segmentrolle. Es ist aber auch denkbar, dass über den Elektronenschweißstrahl gezielt Fremdatome, bzw. Ionen in die Kristallgitterstruktur der Tragschicht des Grundkörpers eingebracht werden können, um gezielt die physikalischen und chemischen Eigenschaften der gehärteten Tragschicht weiter einstellen zu können.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand einer beispielhaften Ausführungsform unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnungen näher erläutert. Die Figuren zeigen:
1 die schematische Schnittdarstellung der erfindungsgemäßen Segmentrolle in einer Aufsicht in deren Querrichtung;
2 die isometrische Darstellung der erfindungsgemäßen Segmentrolle entlang des Schnittes A-A' nach 1.

Die in der 1 und der 2 dargestellte erfindungsgemäße Segmentrolle 10 zum Transportieren und Stützen von Strängen und Bändern aus Metall in einer Strang- oder Bandgießanlage, besteht im wesentlichen aus einem Grundkörper 11 der aus einem Grundwerkstoff – hier eine aus einer Legierung – besteht. Vorzugsweise kann der Grundkörper 11 aus den folgenden Legierungen bestehen:

In dieser Ausführungsform weist die erfindungsgemäße Segmentrolle eine zentrale Öffnung 12 auf. Die zentrale Öffnung 12 dient der Aufnahme von Lagermitteln, um eine entsprechende Rotation in der Strang- oder Bandgießanlage in Einbaulage um eine Längsachse zu ermöglichen.
Es ist aber auch denkbar, dass der Segmentrolle Rollenzapfen oder eine Kombination aus Rollenzapfen und Öffnungen zugeordnet sind, die der Aufnahme von Lagermitteln dienen.
Radial außen befindet sich die Oberfläche 13. Die Oberfläche 13 bildet die Tragschicht 14 aus. Die Tragschicht 14 ist der Bereich, der durch den Elektronenschweißstrahl soweit beeinflusst worden ist, dass diese eine höhere Härte aufweist als der Grundwerkstoff des Grundkörpers 11. Die Tragschicht 14 ist dabei einstückig mit dem Grundkörper 11 ausgebildet und kann dabei eine scharf begrenzte metallurgische Trennlinie zum unbehandelten Grundwerkstoff des Grundkörpers 11 ausbilden.
Bezugszeichenliste

10: Segmentrolle
11: Grundkörper
12: zentrale Öffnung
13: Oberfläche
14: Tragschicht

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

EP 2428301 B1 [0005]
EP 2268443 B1 [0005]
DE 4027225 C2 [0005]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

DIN EN 10250-2 [0003]
DIN EN 10222-2 [0003]
DIN RN 10302 [0003]
DIN EN 10250-2 [0025]
DIN EN 10222-2 [0025]
DIN RN 10302 [0025]

Claims

Segmentrolle umfassend einen Grundkörper mit einer gehärteten Oberfläche als Tragschicht zum Transportieren und Stützen und Führen von Strängen und Bändern aus Metall, insbesondere aus Stahl in einer Strang- oder Bandgießanlage, dadurch gekennzeichnet, dass der Grundkörper (11) der Segmentrolle (10) aus einem Grundwerkstoff hergestellt ist und die Tragschicht (14) der Oberfläche (13) des Grundkörpers (11) durch einen Elektronenschweißstrahl gehärtet ist und zusammen mit dem Grundkörper (11) einstückig ausgebildet ist.
Segmentrolle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Grundkörper (11) der Segmentrolle (10) in den für eine Stranggieß- oder Bandgießanlage erforderlichen Einbaumaßen ausgebildet ist.
Segmentrolle nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Tragschicht (14) der Oberfläche (13) des Grundkörpers (11) der Segmentrolle (10) bis in einer Eindringtiefe des Elektronenschweißstrahls von 1,2 bis 2,9 mm gehärtet ist.
Segmentrolle nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberfläche (13) des Grundkörpers (11) der Segmentrolle (10) bis einer Eindringtiefe des Elektronenschweißstrahls von 3,0 bis 3,5 mm gehärtet ist, wobei die Oberfläche (13) radial außen Umschmelzmarken aufweist.
Segmentrolle nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberfläche (13) der Tragschicht (14) des Grundkörpers (11) der Segmentrolle (10) nach der Bestrahlung mit dem Elektronenschweißstrahl einen Härtegrad von 37 bis 42 HRC (Härte nach Rockwell) aufweist.
Segmentrolle nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberfläche (13) des Grundkörpers (11) der Segmentrolle (10) nach der Bestrahlung mit dem Elektronenschweißstrahl dieselbe chemische Zusammensetzung aufweist, wie der unbehandelte Grundwerkstoff des Grundkörpers (11) der Segmentrolle (10) vor der Bestrahlung.
Segmentrolle nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass über den Elektronenschweißstrahl gezielt Fremdatome, bzw. Ionen in die Kristallgitterstruktur der Tragschicht des Grundkörpers eingebracht werden, die gezielt die physikalischen und chemischen Eigenschaften der gehärteten Tragschicht weiter einstellen.
Strang- oder Bandgießanlage, gekennzeichnet durch eine Vielzahl von Segmentrollen (10) gemäß einem oder mehreren der Ansprüchen 1 bis 7.