DE2231223C3 - Gleitschiene für Stoßofen - Google Patents

Description

eingreifen. Krafteinleitungen über Vorsprünge, die an das gekühlte Rohr angeschweißt sind, haben sich wegen der Anfälligkeit der Schweißstellen für Daueranrisse ebenso nicht bewährt.

Um rißanfällige Schweißungen zwischen den gekühlten Profilrohren und den Gleitschienen zu vermeiden, wurden bereits lose Gleitbahnstücke, sogenannte Reiter, aus hochwarmfestem Material vorgeschlagen, die auf gekühlte Profilrohre aufgesetzt werden. Bei gekühlten Profilrohren mit aufsetzbaren Reitern müssen die beim Vorstoß der Brammen auftretenden Kräfte von den Reitern aufgenommen werden, die deshalb mit einer Ausnehmung versehen sind und in einen entsprechend ausgebildeten Steg des gekühlten Profilrohres eingreifen. Die Reiter sind dadurch gegen Verrutschen verankert.

Die der bekannten Gleitschienenausführung anhaftenden Eigenschaften führen dazu, daß im praktischen Betrieb erfahrungsgemäß schon nach kurzer Zeit einerseits infolge der auf das gekühlte Rohr einwirkenden Zugkraft, insbesondere an den Übergängen des Rohres, zerstörende Risse auftreten und andererseits die Reiter infolge der hohen Pressung an der relativ kleinen mit dem Rohr bzw. dem Steg des Rohres im Eingriff befindlichen Fläche bis zur Unbrauchbarkeit deformiert werden. Diese zerstörende Wirkung wird außerdem bei gegossenen Reitern durch unzureichende Passungen erhöht, und zwar deshalb, weil Gußteile ohnehin nicht ohne Nachbearbeitung mit einer exakten Passung herstellbar sind und dadurch eine gleichmäßige Verteilung der Schubkräfte an den vorgesehenen Scherflächen in Frage gestellt ist. Infolgedessen ist nur ein unzureichender Oberflächenkontakt zwischen Reiter und tragendem Steg eines gekühlten Profilrohres zu erreichen. Dadurch kommt der angestrebte Wärmeübergang von Reiter zum gekühlten Profilrohr nicht oder nur unvollkommen zustande mit der Folge, daß sich die erhöhten Betriebstemperaturen auf die mechanischen Eigenschaften der Reiter negativ auswirken; insbesondere nimmt die Festigkeit der Reiter erheblich ab, so daß es zum vorzeitigen Verschleiß bzw. zur Zerstörung der Reiter kommt. Gleichwohl ist eine bestimmte Betriebstemperatur an der Reiteroberseite einzuhalten, da bekannterweise Gleitschienen ;nit Kühlwirkung Ursache für Schattenbildungen an den Auflagestellen des Wärmgutes sind, die sich bei der späteren Weiterverarbeitung im Walzwerk ungünstig auf das Material, und zwar insbesondere durch Abweichungen der vorgegebenen Banddicke, auswirken.

Vorschläge für die Ausbildung von Rohren dieser Gattung sind der Literaturstelle »Stahl und Eisen«, 85 (1965), Nr. 9, vom 6. Mai, S. 550 bis 555, zu entnehmen. Dort werden metallische Gleitschienen mit aus Sonderstahl bestehenden Verschleißstücken beschrieben. Nach einer Ausführung überträgt der massive Reiter die Druckbeanspruchung unmittelbar auf die Tragkonstruktion. Nach einer weiteren Ausbildung, die aus einem gekühlten Rohr, einem Reitergehäuse, Füllsteiflen UBd Gleitstück besteht, wird die durch das Wärmgut entstehende Druckbelastung von feuer- und druckfesten Steinen aufgenommen, die in den Hohlräumen des Reitergehäuses untergebracht sind. Die Belastung erfolgt unmittelbar über das verschleißfeste Materiai. Als Vorteil wird angeführt, daß keine metallische Verbindung zwischen Wärmgut und gekühltem Rohr vorhanden ist. Durch diese konstruktive Ausgestaltung sollen unterkühlte Stellen an der Wärmgutunterseite vermieden und die Tragfähigkeit des gekühlten Rohres verbessert werden.

Mit einer Gleitschiene dieser Art ist eine Verbesserung des dynamischen Verhaltens und damit die S Herabsetzung der Dauerrißanfälligkeit nicht zu erreichen.

Ausgehend von dem Stand der Technik bestand die Aufgabenstellung darin, Gleitschienen dieser Art konstruktiv so zu verbessern, daß die an den Übergangen des Rohres zum Tragsteg im Bereich der Ausnehmungen durch Spannungsanhäufung auftretenden zerstörenden Risse vermieden werden.

Gelöst wird diese Aufgabe dadurch, daß der Tragsteg je Reiter mit mehreren quer zur Stoßrichtung verlaufenden Ausnehmungen versehen ist und die Unterseite des Reiters mehrere Wülste aufweist, wobei für die Bemessung der Ausnehmungen folgende Kriterien gelten:

<0,5;

a + t

Dabei bedeuten: t = Kerbtiefe der Ausnehmungen, a = Restdicke des Tragsteges, r — Kerbradius der Ausnehmungen, s — Länge der Tragflächen zwischen den Ausnehmungen.

Es hat sich gezeigt, daß zur Lösung der erfindungsgemäßen Aufgabe einerseits zur Entschärfung der Spannungsanhäufungen im Tragsteg Kerbradius und Kerbtiefe bei gegebener Steghöhe so aufeinander abgestimmt werden müssen, daß sowohl die Formzahl α als auch die Nennspannung a_a zur Erzielung einer ausreichenden Lebensdauer genügend niedrig sein müssen, und daß andererseits die Verankerung gegen Verrutschen der Reiter nicht auf eine einzige Stelle je Reiter beschränkt bleiben darf, weil sonst die kritische Flächenpressung überschritten wird. Die üblicherweise verwendeten bekannten Profilrohre weisen keinen ausreichenden Querschnitt für eine betriebssichere Ausbildungsform auf. Der die Reiter aufnehmende Steg muß mit mehreren quer zur Stoßrichtung verlaufenden Ausnehmungen versehen sein, so daß sowohl der Widerstand gegen die auf die Eingriffsflächc zwischen Steg und Reiter einwirkende Zugkraft gewährleistet wird, als auch die Abscherkräfte, die auf Steg und Reiter einwirken, in Grenzen gehalten werden.

Die erfindungsgemäße Maßnahme bewirkt einmal eine Vergrößerung der gesamten Scherfläche für die aufzunehmenden Kräfte im Reiter und zum anderen schafft sie durch die Vergrößerung der Auflagefläche in einfacher Weise einen für die Haltbarkeit einer Gleitschiene notwendigen und ausreichenden Wärmeübergang zwischen Reiter und Tragsteg des gekühlten Profilrohres.

Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung

ist darin zu sehen, daß die Restdicke im Bereich der Grenzwerte 0,5 Hs 0,75 d, die Kerbtiefe im Bereich von 0,25 bis 0,5 d und der Kerbradius im Bereich von 0,25 bis 0,5 d liegen.

Für die Verbesserung der Rißanfäliigkeit und zur Steigerung der Haltbarkeit von Gleitschienen, insbesondere an den Übergängen vom Rohr zum Tragsteg des Rohres, macht die Erfindung von der Über^f5 legung Gebrauch, daß austenitische Werkstoffe bei hohen örtlichen Flächenpressungen im heißen Zustand durch plastisches Fließen Spannungen abzubauen in der Laee sind. Überraschenderweise hat es

sich gezeigt, daß bei Einhaltung gewisser Toleranzen, entsprechend den Merkmalen des Gegenstandes der Erfindung, auch bei Betriebstemperaturen, wie sie in Stoßofen herrschen, eine einwandfreie Passung und — was von besonderer Bedeutung ist — eine schlüssige Kraftübertragung zwischen Reiter und Gleitrohr hergestellt wird.

Ein Vorteil dieser Ausbildungsform gegenüber den bekannten artgleichcn Schienen ist der, daß trotz einer erhöhten Betriebstemperatur und der damit verbundencn Streckgrenzenminderung des Rohrmatcrials. eine Herabsetzung der Beanspruchung der erfindungsgemiißen Gleitschiene auf etwa 40 bis 50"/» zu erreichen ist.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung sind die Reiter an ihren E^:.nden mit Abschrägungen versehen.

strecken.

Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung be- ao steht darin, daß die Höhe der Abschrägung der Höhe der maximalen Verschleißgrenze entspricht. Auf diese Weise ist der Zustand der erfindungsgemäßen Gleitschiene leicht zu überwachen, so daß gegebenenfalls verschlissene Reiter rechtzeitig ausgetauscht werden können.

Im foleendcn wird die Erfindung an Hand eines Ausführungsbeispielcs zeichnerisch erläutert. Es zeigen in schematischer Darstellung Ziffer 1 ein gekühltes Rohr mit Tragsteg 2. auf dem Gleitbahnstücke, sogenannte Reiter3 — in der Zeichnung teilgeschnitten dargestellt — aufgesetzt werden. Tragsteg 2 ist, auf die Länge des Reiters 3 bezogen, mit menreren Ausnehmungen 4 versehen, die eine maximale Oberfläche und einen optimalen Scherwiderstand gewährleisten und dessen Größenverhältnisse durch die Werte a, I, r, s, b, d, I, h und //, bestimmt werden.
Es bedeuten:

a = Restdicke des Tragsteges 2,
1 = Kerbtiefe der Ausnehmungen 4,
r —■ Kerbradius der Ausnehmungen 4,
s = Länge der Tragflächen zwischen den Ausnehmungen 4,

b --= Breite des Tragsteges 2,
d = Gesamthöhe des Tragsteges 2,
/ = Länge der Abschrägung 7 am Ende des Reiters 3,

/1 = Höhe der tragenden Reiterfläche und
/1¹ = Höhe der Verschleißfläche 6 des Reiters 3.

Die optimale Passung zwischen den Wulsten 5 und den Ausnehmungen 4 der erfindungsgemäßen Gleitschiene wird dadurch erreicht, daß sich die erfinderische Erkenntnis den Umstand zunutze macht, daß der austenitische Reiterwerkstoff etwa noch vorhandene Maßabweichungen bei der in Stoßofen herrschenden Betriebstemperatur durch plastisches Fließen auszugleichen in der Lage ist.

Die Vcschleißoberfläche 6 des Reiters 3 ist an den Enden 7 nach unten abgeschrägt, um ein Abwerfen der Reiter 3 vom Profilrohr 1 zu verhindern. Die Länge / der Abschrägung 7 sollte zweckmäßig mindestens I-4- r betragen. Die Verschleißschicht 6 des Reiters 3 entspricht zweckmäßig der abgeschrägten Höhe/i'.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Gleitschiene für Stoßofen, bestehend aus einem gekühlten Rohr mit Tragsteg und darauf formschlüssig aufgesetzten hohlen U-förmigen Reitern, deren Schenkel den Tragsteg umgreifen, wobei der Formschluß über eine im Tragsteg befindliche Ausnehmung und einen auf der Unterseite des Reiters befindlichen Wulst erfolgt, dadurch gekennzeichnet, daß die Reiter (3) aus einem austenitischen Material bestehen, und der Tragsteg (2) je Reiter (3) mit mehreren quer zur Stoßrichtung verlaufenden Ausnehmungen (4) versehen ist und die Unterseite der Reiter (3) mehrere Wülste aufweist, wobei für die Bemessung der Ausnehmungen (4) folgende Kriterien gelten:

<o,5

r>a/2

Dabei bedeuten:

* = Kerbtiefe der Ausnehmungen (4),
α = Restdicke des Tragsteges (2),
r = Kerbradius der Ausnehmungen (4),
s = Länge der Tragflächen zwischen den Ausnehmungen (4).

2. Gleitschiene nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die RestdicLe (α) im Bereich der Grenzwerte 0,5 bis 0,75 d, die Kerbtiefe (/) im Bereich von 0,25 bis 0,5 d und der Kerbradius (r) im Bereich von 0,25 bis 0,5 d liegen, dabei bedeutet d = Gesamthöhe des Tragsteges (2).

3. Gleitschiene nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Reiter (3) an ihren Enden mit Abschrägungen (7) versehen sind, die sich auf eine Länge (Q von mindestens

-=■ + r erstrecken.

4. Gleitschiene nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Höhe der Abschrägung (A¹) der Höhe der maximalen Verschleißgrenze entspricht.

Die Erfindung betrifft eine Gleitschiene für Stoßöfen, bestehend aus einem gekühlten Rohr mit Tragsteg und darauf formschlüssig aufgesetzten hohlen U-förmigen Reitern, deren Schenkel den Tragsteg umgreifen, wobei der Formschluß über eine im Tragsteg befindliche Ausnehmung und einen auf der Unterseite des Reiters befindlichen Wulst erfolgt.

Gleitschienen leistungsstarker Stoßofen, insbesondere solcher zum Anwärmen schwerer Vorbrammen, z. B. in Walzwerken für Warmbreitband, stellen wegen ihrer Störanfälligkeit ein ernstes Problem dar.

Bei einem in Hinsicht auf seine Tragfähigkeit guten Unterbau sind Gleitschienen bekanntlich außer einer Verschleißbeanspruchung auch einer Zugschwellbeanspruchung ausgesetzt (Zugkraft = Brammengewicht • Reibungskoeffizient). Wegen der angestrebten Walztemperatur, die in der Regel um 1250° C Hegt, kann sowohl der Verschleiß als auch die Zugschwellbeanspruchuiig nicht ohne besondere Vorkehrungen in erträglichen Grenzen gehalten werden.

Obwohl es an brauchbaren technischem Lösungen zur Verbesserung der Verschleißbeanspruchung bei Gleitschienen nicht fehlt, ist deren Haltbarkeit wegen

ίο der Zugschwellbeanspruchung noch unbefriedigend. Es ist bekannt, als Gleitschienen Rohre diverser Querschnittsformen zu verwenden, die von einem Kühlmittel durchflossen und mit einer verschleißfesten Auflage als Gleitbahn versehen sind. Die Rohre bestehen aus unlegiertem oder niedriglegiertem wannfesten Stahl. Zur Kühlung werden die Rohre von Wasser durchflossen bzw. bei einer Verdampfungskühlung von Sattdampf durchströmt.
Als verschleißfeste Auflage werden bekanntlich

*> austenitische Legierungen, vorwiegend 50°/e kobalthaltige hochwarmverschleißfeste Werkstoffe, verwendet Diese werden auf der Oberseite der Stahlrohre z. B. als Steg aufgeschweißt und gegebenenfalls als Verschleißmaterial bei Reitern verwendet.

Bekannt ist aus dem DE-Gbm 1815 870 eine geschweißte Ausführung einer Gleitschiene für Walzwerksöfen, bei der ein gewalztes Profil auf einer Kühlmittelführung, z. B. Rohr aufgesetzt ist. Die Oberseite des Walzprofils besteht aus verschleiß- und warmfestem Material. Zwischen Kühlmittelführung und Walzprofil befindet sich eine wärmedämmende Schicht Kühlmittelführung und Walzprofil sind an den Randpartien seitlich miteinander durch Schweißen verbunden. An Stelle des als Kühlmittelführung gewählten Rohres kann entsprechend der offenbarten Lehre dieser Schrift ein U-förmig ausgebildetes Walzprofil mit einer Abschlußplatte derart verbunden werden, daß zwischen die Schenkel des Walzprofils (Reiters) eine Platte eingeschweißt wird. Der dadurch gebildete Hohlraum dient dann als Kühlmittelführung. Auf diese Weise lassen sich, wie auch beabsichtigt, die unterkühlten Stellen an den Unterseiten der einen Ofen passierenden Brammen vermindern; die an geschweißten Gleitschienen auftretenden Risse lassen sich jedoch infolge von Zugschwellbeanspruchungen nicht vermeiden.

Erfahrungsgemäß treten bei geschweißten Gleitschienenausführungen durch unterschiedliche Wärmeausdehnung Austenit/Ferrit bereits nach unbefriedigender Betriebsdauer Anrisse auf, die auf unvermeidbare Schweißfehler zurückzuführen sind und bis zum Jndichtwerden der Rohre führen. Solche Gleitschienen sind lediglich für leichtes bis mittelschweres Wärmgut zu verwenden. Gleitschienen dieser Art sind für die Verwendung in Stoßöfen für schwere Brammen nicht geeignet.

Fernerhin ist aus der DE-AS 1094 778 eine Gleitschiene bekannt, die aus einem wassergekühlten, mit einem Steg versehenen Rohr besteht. Als Reiter ist ein dem Profil des Rohres angepaßtes und abnehmbar ausgebildetes Aufsatzstück vorgesehen. Die Verankerung zwischen Aufsatzstück und wassergekühltem Rohr, die Krafteinleitung also, erfolgt über am Rohr beidseitig angeschweißte leistenförmige Vor-Sprünge aus hitzebeständigem Material, die in entsprechende Ausnehmungen an den dem wassergekühlten Rohr zugekehrten Innenseiten der Reiter