DE2553402A1 - Verfahren und vorrichtung zur herstellung von verbundwalzen - Google Patents

Description

2553402 SCHIFF ν. FÜNER STREHL SCHÜBEL-HOPF EBBfNGHAUS

MÜNCHEN 9O, MARIAHILFPLATZ 2 & 3 POSTADRESSE: D-8 MÜNCHEN 95, POSTFACH 95 O1 6O

• DIPL. CHEM. DR. OTMAR DITTMANN (f197S)

KARL LUDWIG SCHIFF DIPL. CHEM. DR. ALEXANDER V. FÜNER DIPL. INO. PETER STREHL DIPL. CHEM. DR. URSULA SCHÜBEU-HOPF DIPL. ING. DIETER EBBINGHAUS

TELEFON (OSS) 482Ο3-* TELEX S-33SeS AURO □

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BA/G-K1497 (2724)

DE/bi

27. November 1975

Blaw-Knox Foundry & Mill Machinery, Inc.

Priorität: 29. November 1974, USA, Nr. 528 408

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung von Verbundwalzen für Walzwerke.

Walzwerkswalzen werden oft als sogenannte Verbundwalzen hergestellt, und zwar nach verschiedenen Herstellungsverfahren. Die fertige Verbundwalze weist einen die Arbeitsfläche bildenden Mantel auf, der aus hochlegiertem Material mit hoher Härte und Abriebsbeständigkeit sowie aus einem den Kern und die Halsabschnitte bildenden Teil, der aus einem niedriglegiertem Material mit niedriger Härte,verglichen mit dem des Mantels, besteht. Der Zweck derartiger Verbundwalzen besteht darin, eine Walze mit hoher Härte und Abriebsfestigkeit auf der Oberfläche und gleichzeitig einen zähen, bruchfesten Hals und Kern zu haben.

Der Begriff »Verbundwalze" bezieht sich auf sämtliche Arten von Walzen, die die oben beschriebenen Doppelqualitäten aufweisen. Solche Walzen werden auch als "Duplexwalzen", doppelt

gegossene Walzen, unterschiedlich wärmebehandelte Walzen und dergleichen bezeichnet.

Das am häufigsten angewandte Verfahren zur Herstellung von Verbundwalzen besteht im sogenannten Doppelgußverfahren, das auch als Verdünnungs-, Ersatz- oder Ablaufverfahren bezeichnet wird. Nach diesem Verfahren wird eine mit ihrer Längsachse vertikal aufgestellte Walzenform mit einem hochlegierten harten Metall bis zu einer Ablaufstelle gefüllt. Nach der Verfestigung der gewünschten Mantelstärke wird ein niedriglegiertes geschmolzenes Metall mit niedriger Härte in die Form eingeführt. Die Menge wird so bemessen, daß die Hälse und der Kern des Walzengießlings verdünnt oder ersetzt und der verlorene Kopf der Form oberhalb des den oberen Hals bildenden Formteils gefüllt wird. Der verlorene Kopf wird mit dem gleichen Metall gefüllt, wie es für die Verdünnung verwendet wird, und liefert in dem Maße Metall nach, wie die Schmelze erhärtet und schrumpft. Nach der Aushärtung wird der einen großen zentralen Hohlraum aufweisende verlorene Kopf vom eigentlichen Gußstück entfernt. Das Ergebnis ist eine Verbundwalze mit der richtigen Kombination der Bruchwiderstände des Kerns und der Hälse in Verbindung mit der für die Arbeitsfläche gewünschten Härte*

Bach einem gegenüber dem obigen abgewandelten Verfahren wird der Walzenmantel mit holier Härte in der gleichen Weise gegossen, wie vorstehend beschrieben. Darauf wird, nach ausreichender Aushärtung des Mantels, der restliche mittlere Teil des geschmolzenen Metalls abgezogen und durch niedriglegiertes ffeterial mit geringer Härte ersetzt, indem einfach das zweite Metall in das obere Ende des entleerten Mantels gegossen wird,

Mach anderen Verfahren zur Herstellung von Verbundwalzen ■wird eine spezielle Wärmebehandlung vorgenommen, durch die die aikrostrukturellen Unterschiede in den beiden Bereichen, der Walze hervorgerufen, werden., so daß sicii d,ie gewünschten mechanischen Eigenschaften ergeben. Nach wiederum anderen Verfahren wird im Schleuderguß gearbeitet.

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Die bisher bekannten Verfahren zur Herstellung von Verbundwalzen haben einige bedeutende Nachteile. Diejenigen Verfahren, bei denen statisch gegossen wird, nämlich das Verdünnungs-, das Ablaß-, das Ersatzverfahren und dergleichen, erfordern das Schmelzen beträchtlicher Mengen überschüssigen Metalls, und sie erfordern eine sehr genaue Überwachung und Steuerung, um eine zufriedenstellende Verbundwalze herzustellen. Darüberhinaus muß bei Verbundwalzen mit einem Mantel mit hohem Chromgehalt (13 % oder mehr) sehr viel überschüssiges Fließmaterial vorgesehen werden, und zwar um den Chromgehalt des Metalls zu verringern, der schließlich den Kern und die Hals- oder Zapfenteile bildet. Von vielen Herstellern wird der Chromgehalt des Kernmaterials auf 1 % maximal verringert. Dies erfordert mehr als 180 % Verdünnungsmaterial, was das Ersatzverfahren sehr kostspielig macht.

Auch beim Schleudergußverfahren ist zur Erzielung befriedigender Ergebnisse eine sehr genaue Steuerung und Überwachung erforderlich. Weiter sind Ausrüstungen erforderlich, die in Herstellung und Wartung teuer sind.

Die Herstellung von Verbundwalzen nach komplizierten Differenz-Wärmebehandlungsverfahren ist wegen der hierzu notwendigen speziellen Wärmebehandlungsvorrichtung sehr teuer.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung von Verbundwalzen anzugeben, die möglichst einfach und billig sind.

Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren wird der Mantelteil der Verbundwalze aus hartem und abriebfestem Material vorgegossen. Der vorgegossene Mantel wird dann zwischen die Halstei-Ie der Verbundwalze bildenden oberen und unteren Formabschnitten in eine vertikale Stellung gebracht. Darauf wird eine Elektrode einer Elektroschlacken-Schmelzeinheit in den Mantelteil und die Formabschnitte eingebracht. Derartige Elektroden 'sind auf die gewünschte Größe vorgegossen, und zwar aus einem Material mit der zur Herstellung des Kerns und der Halsteile

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ORIGINAL INSPECTE

der Verbundwalze gewünschten chemischen Zusammensetzung. Die Elektrode wird unter Anwendung normaler Elektroschlacken-Schmelzmethoden kontinuierlich geschmolzen, bis sie nachfolgend den unteren Halsteil des Formabschnittes, den mittleren Teil des vorgegossenen Mantels, der den mittleren Teil der Walzenform bildet, und schließlich den oberen Halsteil des Formabschnittes füllt. Während der Füllung des Mantelteils mit dem geschmolzenen Elektrodenmaterial verbinden sich beide Materialien innig.

Unter Anwendung bekannter Elektroschlacken-Schmelzmethoden kann die Zusammensetzung des Kerns und der Halsteile innerhalb sehr genauer Grenzen gesteuert werden. Außerdem kann auch die Verbindung zwischen dem Kern und dem Mantel der Walze sehr genau gesteuert werden.

Ein wesentlicher Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens ist, daß danach sehr wirtschaftlich Verbundwalzen hergestellt werden können. Außerdem können die gewünschten Eigenschaften der verschiedenen Teile der Verbundwalze genau eingestellt werden. Weiter ist das erfindungsgemäße Verfahren nicht den vielerlei Schwankungen im Ergebnis unterworfen, die beim Verdünnungs-, beim Ablaß- und beim Schleudergußverfahren möglich sind. Ferner ist das erfindungsgemäße Verfahren wesentlich wirtschaftlicher als die bekannten, weil keine großen Mengen an Ausflußmaterial erforderlich sind.

Die Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 die perspektivische Ansicht einer zum Teil aufgeschnittenen Verbundwalze;

Fig. 2 den schematischen Schnitt einer Formanordnung, wie sie

bei der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens -verwendet wird; und

Fig. 3 eine schematische Darstellung der Anordnung während der Durchführung des Verfahrens in einem Zustand, in dem sich die Elektrode während des Schmelzens in der Formanordnung befindet.

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Fig. 1 zeigt eine Verbundwalze 10 mit einem Mantel 12 aus abriebfestem Material und einem Kern 14, der den mittleren Kern und die Halsabschnitte oder Zapfen bildet und aus einem sehr bruchfesten Material besteht (z.B. einem niedriglegierten Material mit niedriger Härte). Die Zusammensetzung eines typischen Materials für den Mantel 12, das die gewünschte hohe Härte und Abriebfestigkeit aufweist, ist folgendermaßen:

C = 2,55 bis 2,65 %

Mn = 1,05 bis 1,15 5*

Si = 0,40 bis 0,50 %

Ni = 0,75 bis 1,25 %

Cr = 12,50 b. 13,50 %

Mo = 0,50 bis 0,60 %

Dieses Material hat nach der Wärmebehandlung eine Härte von 65 bis 67° auf der Shore-Skleroskop-Skala C..

Die Zusammensetzung eines typischen Materials für den Kern mit der gewünschten hohen Bruchfestigkeit ist folgendermaßen:

C = 3,00 bis 3,10 %

Mn = 0,45 bis 0,55 %

Si = 1,00 bis 1,10 %

Ni = 0,70 bis 0,80 %

Cr = 0,95 bis 1,05.%

Mo = 0,10 bis 0,20 %

Dieses Material hat eine Härte von etwa 38° auf der Shore-Skleroskop-Skala C.

Die obigen Materialien dienen der Erläuterung. Es können auch verschiedene andere bekannte Materialien zur Herstellung der Verbundwalzen verwendet werden, beispielsweise die als "Werkzeugstähle" bekannten Materialien.

Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren wird der Mantel 12 inform eines hohlen Zylinders mit den gewünschten Abmessungen des Außendurchmessers und der Stärke vorgegossen. Der gegossene Mantel wird aus einem sehr harten und abriebfesten Ma-

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terial hergestellt, und zwar nach einem "bekannten statischen Verfahren oder im Schleudergußverfahren.

Der nächste Schritt des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, die Formanordnung gemäß Fig. 2 aufzustellen. Die Form enthält einen unteren Formabschnitt 16 zur Ausbildung des unteren Halsteils der Walze, den Mantel 12, der auf dem Formabschnitt 16 angeordnet ist, und einen oberen Formabschnitt 18, der auf dem Mantel 12 angeordnet ist und zur Ausbildung des oberen Halsteils der Walze dient. Jeder Formabschnitt 16 bzw. 18 besteht aus einer wassergekühlten, hohlen zylindrischen Kupferform oder einem anderen geeigneten Aufbau. An der Unterseite des Formabschnitts 16 ist eine wassergekühlte Basisplatte 20 aus Kupfer befestigt, die das untere Ende des Formabschriitts 16 entsprechend herkömmlichen Gießmethoden . verschließt. Der obere Formabschnitt 18 ist gemäß Fig. 2 auf das obere Ende des Mantels 12 aufgesetzt. Die Längsachsen des Mantels 12 und der Formabschnitte 16 und 18 fluchten miteinander längs einer Achse 22 und verlaufen vertikal, wie in Fig. 2 gezeigt. Der Mantel 12 bildet den mittleren der drei in Fig. 2 gezeigten Formabschnitte.

Der nächste Schritt besteht darin, die Form unter Anwendung eines Elektroschlacken-Schmelzverfahrens zu füllen. Hierzu wird eine Elektrode verwendet, die auf Abmessungen vorgegossen wurde, die zur Füllung der drei Formabschnitte notwendig sind. Die Elektrode besteht aus einem Material mit der. erforderlichen chemischen Zusammensetzung, so daß beim nochmaligen Schmelzen und der darauf folgenden nochmaligen Erhärtung ein Kern und Halsteile entstehen, die die oben beschriebenen Eigenschaften haben.

Es sind verschiedene Arten von Elektroschlacken-Schmelzverfahren bekannt, die bei der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Schmelzen der Elektrode angewendet werden können. Das bevorzugte Elektroschlacken-Schmelzverfahren ist in Fig. 3 gezeigt. Dabei fällt grundsätzlich geschmolzenes Metall von der Elektrode durch geschmolzene Schlacke hindurch

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und sammelt sich darunter in einer Pfütze aus veredeltem Metall. Die Schlacke schützt die Oberfläche des geschmolzenen Metalls vor Oxidation.

Bei dem in Fig. 3 gezeigten Elektroschlacken-Schmelzverfahren wird eine vorherbestimmte Menge an Schmelzenvorrat am Boden des Formabschnitts 16 vorgesehen. Zum Abdecken dieses geringen Schmelzenvorrats dient pulverförmige Schlacke. Eine gemäß obiger Beschreibung vorgegossene Elektrode 30 wird in der Formanordnung in eine Stellung gebracht, wie sie in Fig. 2 in strichpunktierten Linien angedeutet ist. Darauf wird dem oberen Ende der Elektrode 30 von einer Spannungsquelle, beispielsweise der Sekundärwicklung eines Transformators, Spannung zugeführt, so daß zwischen der Elektrode 30 und dem Schmelzvorrat ein Lichtbogen gezündet wird und der Schmelzprozeß beginnt. Von der Platte 20 ist eine Erdverbindung vorgesehen. Die Elektrode 30 ist eine sogenannte selbstverbrauchende Elektrode, die beim Schmelzen die Schmelzpfütze speist. In Fig. 3 ist das erhärtete Metall mit 31 und die Schmelzpfütze mit 32 bezeichnet, während die Schlacke und der Lichtbogen mit 34 bzw. 36 bezeichnet sind. Je weiter sich die Elektrode 30 verbraucht, wird sie in Richtung des Pfeils in Fig. 3 nach unten vorgeschoben. Während sie schmilzt, füllt sie fortschreitend und kontinuierlich den Formabschnitt 16, das Innere des Mantels 12 und schließlich den oberen Formabschnitt 18. Während der Innenraum des Mantels 12 mit dem geschmolzenen Material der Elektrode gefüllt wird, bildet sich eine innige Verbindung zwischen dem geschmolzenen Material der Elektrode und der Innenwand des Mantels 12.

Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren können Verbundwalzen sehr wirtschaftlich hergestellt werden. Darüberhinaus können das erfindungsgemäße Verfahren und die Zusammensetzung des Kerns und der Halsabschnitte der Walze sehr genau gesteuert und eingestellt werden. Weiter kann auch die Verbindung zwischen dem mittleren Kern 14 und dem Mantel 12 sehr genau gesteuert werden.

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Claims (7)

P a t__e η t_a_n_s_p__r_ü_c_h_e

1. Verfahren zur Herstellung von Verbundwalzen zur Verwendung als Walzwerks-Walzen, mit einem Mantel aus einem ersten Material hoher Härte und Abriebfestigkeit und einem den Kern der Walze bildenden Kern und Halsabschnitten aus einem zweiten Material, dadurch ge k e η η ζ ei c h net, daß der Mantel inform eines hohlen Zylinders mit vorherbestimmtem Außendurchmesser und vorherbestimmter Stärke vorgegossen wird, daß eine Formanordnung aufgestellt wird, wobei der Mantel auf einem Formabschnitt zur Bildung eines · Halses der ¥alze aufsitzt und die Längsachse des Mantels und des Forinabschnittes in Vertikalrichtung verlaufen, daß eine Elektrode aus einem Elektroschlacken-Schmelzmaterial ins Innere des Mantels und des Halsformabschnitts eingebracht wird, die aus einem Material vorgefertigt ist, dessen chemische Zusammensetzung so gewählt ist, daß hieraus nach Schmelzen und Wiederverfestigung der Kern aus dem zweiten Material besteht, und daß die Elektrode so geschmolzen wird, daß das Innere des Mantels und des Formabschnitts gefüllt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Schmelzen der Elektrode durch Zufuhr von elektrischem Strom zur Elektrode erfolgt, so daß ein Lichtbogen zwischen dem unteren Ende der Elektroden und einer darunter befindlichen Schmelzpfütze entsteht.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichn et, daß die Formanordnung mit einem oberen, auf den Mantelteil aufgesetzten Halsformabschnitt versehen wird. .

4. Verfahren nach Anspruch 3» dadurch gekennzeichnet, daß die Elektrode während des Schmelzens in die

. Formanordnung eingeführt bzw. vorgeschoben wird.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzei chn e t, daß die Elektrode kontinuierlich geschmolzen wird,

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so daß sie fortschreitend den unteren Formatschnitt, das Innere des Mantels und den oberen Formabschnitt füllt.

6. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite Material einen niedrigen Legierungsgehalt und eine verhältnismässig geringe Härte aufweist.

7. Vorrichtung zur Herstellung einer Verbundwalze mit einem Mantel aus einem Material mit hoher Härte und Abriebfestigkeit und einem Kern- und Halsteil aus einem zweiten Material, gekennzeichnet durch eine Form-

' anordnung mit folgenden Bestandteilen: einem vorgegossenen Mantel (12) inform eines hohlen Zylinders mit vorherbestimmten äußeren Abmessungen und vorherbestimmter Stärke, einem unteren hohlen zylindrischen Formabschnitt (16) zur Bildung eines Halses der Walze, einem oberen hohlen zy-.· . lindrischen Formabschnitt (18) zur Bildung des zweiten Halses der Walze (10), wobei die Formanordnung so angeordnet ist, daß sich der Mantel zwischen den Formabschnitten befindet und die Längsachsen des Mantels und der Formabschnitte miteinander fluchten und vertikal verlaufen, und einer Elektroschlacken-Schmelzeinheit mit einer Elektrode (30), die aus einem Material vorgeformt ist, dessen chemische Zusammensetzung so gewählt ist, daß nach Schmelzen und Wiederverfestigung der Kern-Zapfenteil entsteht, und Einrichtungen zum Schmelzen der Elektrode, so daß sie fortschreitend das Innere des unteren Formabschnitts, des Mantels und des oberen Formabschnitts füllt.

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