DE4439660A1

DE4439660A1 - Walzenunterstützungsvorrichtung in Metallschmelze-Tauchbad

Info

Publication number: DE4439660A1
Application number: DE4439660A
Authority: DE
Inventors: Akio Aoki; Yukio Sato; Shin Niizeki; Takao Hashimoto; Katsuhiro Nojima; Toshihiro Mori; Koji Ando; Atsuhisa Yakawa
Original assignee: NSK Ltd; Sumitomo Metal Industries Ltd
Current assignee: NSK Ltd
Priority date: 1993-11-05
Filing date: 1994-11-07
Publication date: 1995-07-06
Anticipated expiration: 2014-11-08
Also published as: KR0166108B1; KR950014350A; JP3110629B2; JPH07173593A; DE4439660C2

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Walzenunterstützungsvorrich tung in einem Metallschmelze-Tauchbad einer Metalloberflächenbe handlungsvorrichtung, die nacheinander Oberflächenbehandlungen mit verschiedenen Metallen, insbesondere die Bildung von Überzügen aus verschiedenen Metallen wie etwa geschmolzenem Zink und dergleichen auf der Oberfläche einer Metallplatte wie etwa einer langen Stahlplatte oder dergleichen ausführt, wobei die Walzenunterstützungsvorrichtung eine Walze zum Führen der Metallplatte drehbar unterstützt.

Wenn ein Metall auf seiner Oberfläche mit einer Schicht eines zweiten Metalls überzogen wird, werden nicht nur elektrochemische Oberflä chenbehandlungsverfahren, sondern in großem Umfang auch Oberflä chenbehandlungsverfahren verwendet, die ein sogenanntes Schmelze- Tauchbad verwenden, bei denen ein als Kernelement dienendes Metall in ein Tauchbad, in dem das zweite Metall geschmolzen ist, eingetaucht wird. Wenn aus einem Metall einer unterschiedlichen Art wie etwa Zink oder dergleichen auf der Oberfläche einer Metallplatte wie etwa einer langen Stahlplatte oder dergleichen unter Verwendung des oben erwähnten Schmelze-Tauchbades ein Überzug erzeugt wird, wie dies beispielsweise aus der ungeprüften japanischen Gebrauchsmusteran meldung Nr. 61-90852-A oder aus der ungeprüften japanischen Patent anmeldung Nr. 5-187445-A bekannt ist, wird eine Vorrichtung ver wendet, wie sie in den Fig. 4 und 5 gezeigt ist.

Eine als Kernelement dienende lange Metallplatte 1 wie etwa eine Stahlplatte oder dergleichen, die von einer (nicht gezeigten) Abwick lungsvorrichtung zugeführt wird, wird durch eine geeignete Ausgabe walze 2 geführt, bewegt sich durch einen Durchlaufofen 3 und ein Mundstück und wird dann in einen Tauchbadbehälter 6 eingeführt, in dem geschmolzenes Metall enthalten ist. Anschließend wird die Me tallplatte 1 mittels einer Sinkwalze 7 nach oben gewendet und durch den Tauchbadbehälter 6 geführt, wobei das als Überzugschicht dienen de geschmolzene Metall 5 an der Oberfläche der Metallplatte 1 anhaf tet. Danach wird mittels Unterstützungswalzen 8 ein Verziehen in der Metallplatte 1 korrigiert, wodurch die Metallplatte 1 in Form einer kontinuierlichen Platte stabilisiert wird, mit dem Ergebnis, daß die Metallplatte 1 aus dem Tauchbadbehälter 6 als überzogene Metallplatte 1a entnommen wird. In Fig. 4 bezeichnen die Bezugszeichen 9 jeweils Düsen, die für die Einstellung des Anhaftungsgrades des geschmolze nen Metalls verwendet werden. Wenn die überzogene Metallplatte 1a durch die Düsen 9 bewegt wird, wird das an der Oberfläche der über zogenen Metallplatte 1a anhaftende Metall gekühlt und verfestigt, bevor die überzogene Metallplatte 1a auf eine (nicht gezeigte) Aufwicklungs vorrichtung gewickelt wird.

Wie oben beschrieben, führen die Sinkwalze 7 und die Unterstüt zungswalzen 8 die Metallplatte 1 bzw. korrigieren ein Verziehen in der Metallplatte 1, während die Metallplatte 1 in die eine hohe Temperatur aufweisende Metallschmelze 5 eingetaucht ist. Die jeweiligen Enden der Sinkwalze 7 und der Unterstützungswalzen 8, welche beispielswei se in Fig. 5 gezeigt sind, sind an den Endabschnitten zweier Unterstüt zungsarme 10 mittels Wälzlager 11 drehbar unterstützt. D.h., daß in den jeweiligen Endabschnitten der Unterstützungsarme 10 kreisförmige Bohrungen 12 ausgebildet sind. Ferner sind die obenerwähnten Wälz lager 11 zwischen die inneren Umfangsflächen der kreisförmigen Boh rungen 12 und die äußeren Umfangsflächen von Wellen 13 eingefügt, welche jeweils von den beiden Stirnflächen der Unterstützungswalze 8 vorstehen, so daß sich die Unterstützungswalze 8 frei drehen kann. Eine Unterstützungsvorrichtung für die Sinkwalze 7 ist auf ähnliche Weise konstruiert.

Da die Wälzlager 11 einen hohen Wärmewiderstand besitzen müssen, sind sie aus Keramik oder dergleichen hergestellt. Daher enthalten die Wälzlager 11 jeweils äußere Laufringe 14, innere Laufringe 15 sowie mehrere Wälzelemente 16, die sämtlich aus Keramiken wie etwa Silici umnitrid (Si₃N₄) oder dergleichen gebildet sind. Die mehreren Wälz elemente 16 werden von einem Käfig 26 (wie er z. B. in den Fig. 1 und 2 gezeigt ist) drehbar in der Weise gehalten, daß einander gegenüber liegende Wälzelemente 16 um eine vorgegebene Strecke voneinander beabstandet sind.

Daher sind beispielsweise die äußeren Laufringe 14, die ein Paar von Wälzlagern 11 für die Unterstützung der beiden Endabschnitte der Unterstützungswalze 8 bilden, jeweils mit Ausrichtringen 17 kombi niert, um eine äußere Laufringeinheit zu bilden. D.h., daß die jeweili gen äußeren Laufringe 14 in die Ausrichtringe 17 schwenkbar einge paßt sind und dadurch ein automatisch selbstausrichtendes Lager bil den, das eine Fehlausrichtung zwischen den Achsen der äußeren Lauf ringe 14 und den Achsen der Ausrichtringe 17 ausgleichen kann. Die beiden Ausrichtringe 17 sind in den kreisförmigen Bohrungen 12 durch Lagerkörper 18a bzw. 18b unterstützt. Ferner ist ein Ausrichtring (der rechte Ring in Fig. 5) der beiden Ausrichtringe 17 im Lagerkörper 18a in der Weise unterstützt, daß er in axialer Richtung (in Fig. 5 nach rechts und nach links) nicht verschoben werden kann. Andererseits ist der andere Ausrichtring 17 (der linke Ring in Fig. 5) im Lagerkörper 18b in der Weise unterstützt, daß er in axialer Richtung (in Fig. 5 nach rechts und nach links) beliebig verschoben werden kann.

Wie oben beschrieben, besteht der Grund, weshalb der Ausrichtring 17 in der kreisförmigen Bohrung 12 über das Lager 18b in axialer Rich tung beliebig verschiebbar unterstützt ist, darin, daß die Wärmeexpan sion und -kontraktion der Unterstützungswalze 8 wegen Temperaturän derungen zu absorbieren ist. Wenn nämlich die Oberflächenbehand lungsvorrichtung in Gebrauch ist, steigt die Temperatur der Unterstüt zungswalze 8 auf einen Wert in der Größenordnung von 450°C an, der gleich dem Temperaturwert des geschmolzenen Metalls 5 im Tauch badbehälter 6 ist; wenn andererseits die Unterstützungswalze 8 aus dem Tauchbadbehälter 6 zu Wartungszwecken, Prüfzwecken oder derglei chen entnommen wird, fällt ihre Temperatur auf Raumtemperatur ab. Daher ändert sich die gesamte Länge der Unterstützungswalze 8 zwi schen einen Zeitpunkt, in dem die Oberflächenbehandlungsvorrichtung in Gebrauch ist, und einem Zeitpunkt, in dem die Oberflächenbehand lungsvorrichtung gewartet oder geprüft wird, in erheblichem Maß ent sprechend ihrer Wärmeexpansion bzw. -kontraktion. Daher sind Mittel erforderlich, die die Veränderung der Gesamtlänge der Unterstüt zungswalze 8 absorbieren. Wie oben beschrieben, ist deshalb ein Aus richtring 17 im Lagerkörper 18b in der Weise unterstützt, daß er in axialer Richtung beliebig verschiebbar ist, so daß die Änderung der Gesamtlänge der Unterstützungswalze 8 absorbiert werden kann.

Falls die in die Metallschmelze 5 eingetauchte Unterstützungswalze 8 aus dem Tauchbadbehälter 6 zu Wartungs- oder Prüfzwecken oder aus anderen Gründen entnommen wird, wird der andere Ausrichtring 17 in Fig. 5 nach rechts verschoben, wenn die Gesamtlänge der Unterstüt zungswalze 8 entsprechend ihres Temperaturabfalls abnimmt, so daß diese Kontraktion absorbiert werden kann. In der obenerwähnten her kömmlichen Walzenunterstützungsvorrichtung in einem Metallschmel ze-Tauchbad bestehen jedoch noch immer Probleme, die im folgenden beschrieben werden und die gelöst werden müssen. Falls nämlich die Unterstützungswalze 8, die in die Metallschmelze 5 eingetaucht ist, zu Wartungs- oder Prüfzwecken oder aus anderen Gründen aus dieser Metallschmelze 5 entnommen und der Luft ausgesetzt wird, haftet un vermeidlich ein Teil des geschmolzenen Metalls an der inneren Um fangsfläche des Lagerkörpers 18b an. Außerdem wird das an der inne ren Umfangsfläche des Lagerkörpers 18b anhaftende geschmolzene Metall abgekühlt und verfestigt, bevor die Temperatur der Unterstüt zungswalze 8 ausreichend weit abgefallen ist und die Gesamtlänge der Unterstützungswalze 8 vollständig kontrahiert ist.

Wenn das auf diese Weise abgekühlte und verfestigte Metall weiterhin an der inneren Umfangsfläche des Lagerkörpers 18b anhaftet, verhin dert das anhaftende Metall, daß sich der Ausrichtring 17 in axialer Richtung im Lagerkörper 18b verschieben kann. Im Ergebnis werden, wenn die Unterstützungswalze 8 kontrahiert, auf die beiden Wälzlager 11 in Schubrichtung übermäßige Kräfte ausgeübt, so daß die Wälzlager 11 brechen können.

Wenn daher die Walzenunterstützungsvorrichtung in der Metallschmel ze während eines langen Zeitintervalls wie oben beschrieben verwendet wird, werden die Walzen wie etwa die Unterstützungswalze 8 und dergleichen sowie die Lager der Endabschnitte der Walzen zu War tungs- und Prüfzwecken aus dem Metallschmelze-Tauchbad entnommen und der Luft ausgesetzt. Ferner wird ein solches Eintauchen der Wal zen in das Metallschmelze-Tauchbad und das Herausnehmen der Wal zen aus dem Metallschmelze-Tauchbad wiederholt ausgeführt, so daß die Unterstützungswalze 8 jedesmal expandiert und kontrahiert, wenn sie in das Metallschmelze-Tauchbad eingetaucht bzw. aus ihm ent nommen wird. Deshalb ist eines der beiden Wälzlager 11 für die Un terstützung der beiden Enden der Unterstützungswalze 8 fest (d. h. in axialer Richtung unbeweglich), während gleichzeitig das andere Wälz lager 11 in der Weise unterstützt ist, daß es in axialer Richtung ver schiebbar ist.

Wenn jedoch geschmolzenes Metall am Gleitabschnitt des anderen Wälzlagers 11 anhaftet und verfestigt wird, hindert dieses anhaftende und verfestigte Metall das andere Wälzlager 11 daran, sich in axialer Richtung zu verschieben, so daß bei einer Expansion oder einer Kon traktion der Unterstützungswalze 8 nicht nur auf das andere Wälzlager 11, sondern auch auf das erste Wälzlager 11 eine große Schubkraft ausgeübt wird. Wenn diese Schubkraft übermäßig groß wird, können die beiden Wälzlager 11, die die beiden Enden der Unterstützungswal zen 8, den Ausrichtring 17 und die Lagerkörper 18a, 18b tragen, oder aber die Unterstützungsarme 10, die ihrerseits die Wälzlager 11 tragen, brechen.

Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine verbesserte Walzenunterstützungsvorrichtung in einem Metallschmelze-Tauchbad zu schaffen, bei der die obenerwähnten Nachteile in herkömmlichen derartigen Walzenunterstützungsvorrichtungen beseitigt sind.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine Walzenunter stützungsvorrichtung in einem Metallschmelze-Tauchbad, die die im Anspruch angegebenen Merkmale besitzt.

Wenn in der erfindungsgemäßen Walzenunterstützungsvorrichtung ein Ausrichtring verwendet wird, ist die äußere Umfangsfläche der äußeren Laufringeinheit mit der äußeren Umfangsfläche des Ausrichtrings iden tisch. Da das Wälzlager ein automatisch selbstausrichtendes Wälzlager ist, bildet außerdem beispielsweise dann, wenn kein Ausrichtring ver wendet wird, die äußere Umfangsfläche des Laufrings selbst die äußere Laufringeinheit.

Sowohl die obenerwähnte innere Umfangsfläche als auch die obener wähnte äußere Umfangsfläche, die ineinandergeschoben sind, können vorzugsweise mit einem Material mit geringer Benetzbarkeit in bezug auf das geschmolzene Metall überzogen sein. Wenn nur eine von ihnen mit einem Material mit geringer Benetzbarkeit überzogen ist, ist vor zugsweise nur die weitere Umfangsfläche mit diesem Material überzo gen.

Das obenerwähnte gering benetzbare Material wird entsprechend der Art der geschmolzenen Metalle gewählt. Wenn das geschmolzene Me tall beispielsweise Zink, Aluminium, eine Zinklegierung oder eine Aluminiumlegierung ist, wird vorzugsweise eines der folgenden Mate rialien (1) bis (6) verwendet:

(1) reines Tantal (Ta) oder eine Legierung, die hauptsächlich aus Tantal besteht
(2) Graphit
(3) C/C-Verbundwerkstoff (Kohlenstoff + Kohlenstoffaser)
(4) Siliciumkarbid (SiC)
(5) reines Molybdän (Mo) oder Molybdändisulfid (MoS₂)
(6) Zirkoniumoxid (ZrO₂).

Hierbei steht als numerischer Wert, der den Grad der Benetzbarkeit objektiv repräsentiert, ein Kontaktwinkel θ (Benetzungswinkel) zur Verfügung, der zwischen einem Flüssigkeitstropfen (des geschmolze nen Metalls) und einer Festkörperoberfläche (der obenerwähnten einen Umfangsfläche) gebildet wird: d. h., je größer der Kontaktwinkel θ, desto geringer ist die Benetzbarkeit. In der vorliegenden Beschreibung wird als Material mit geringer Benetzbarkeit ein Material verwendet, das für das geschmolzene Metall einen Kontaktwinkel θ von 90° oder mehr (θ 90°), vorzugsweise 100° oder mehr (θ 100°) zuläßt. Wenn ein Material verwendet wird, das für das geschmolzene Metall einen Kontaktwinkel von weniger als 90° zuläßt, kann das geschmolzene Metall an der Oberfläche des Materials leicht anhaften. Daher wird ein Material verwendet, das den obigen Kontaktwinkel von 90° oder mehr erlaubt. Wenn ein Material verwendet wird, das einen Kontaktwinkel von 100° oder mehr erlaubt, kann die Anhaftung des geschmolzenen Metalls an der Oberfläche des Materials wirksamer verhindert werden.

Wenn es ferner notwendig ist, eine Anhaftungsschutzwirkung zu erhal ten, die für ein langes Zeitintervall stabil ist, wird vorzugsweise ein Material mit einer Benetzbarkeitsverringerungsrate K von 40% oder weniger verwendet, wobei diese Rate durch die folgende Gleichung ausgedrückt werden kann:

wobei θ₀ einem Anfangswert des Kontaktwinkels (einem Kontaktwinkel direkt nach dem Kontakt des Flüssigkeitstropfens mit einer Festkörper oberfläche) entspricht und θ₁₂₀ einem Kontaktwinkel nach Ablauf von 120 Sekunden entspricht. Wenn die Benetzbarkeitsverringerungsrate K, die durch die obige Gleichung ausgedrückt wird, auf 40% oder weniger begrenzt ist, ist es möglich, ein Brechen des Wälzlagers selbst dann zu verhindern, wenn es wiederholt für ein langes Zeitintervall verwendet wird. Wenn andererseits die Verringerungsrate K 20% übersteigt, kann das geschmolzene Metall wegen des wiederholten Gebrauchs während eines langen Zeitintervalls allmählich leicht anhaften, wodurch es unsi cher ist, ob ein Bruch des Wälzlagers wirksam verhindert werden kann. Die obenerwähnten Materialien (1) bis (6) erfüllen jedoch die obenerwähnten Bedingungen.

In der erfindungsgemäßen Walzenunterstützungsvorrichtung in einem Metallschmelze-Tauchbad, die auf die obenbeschriebene Weise aufge baut ist, kann das geschmolzene Metall am Einpaßabschnitt zwischen der inneren Umfangsfläche wenigstens eines der Lagerkörper und der äußeren Umfangsfläche der äußeren Laufringeinheit, die ineinanderge schoben sind, nur schwer anhaften, wobei selbst dann, wenn das ge schmolzene Metall anhaftet und anschließend abgekühlt und verfestigt wird, dieses anhaftende Metall mit geringer Kraft entfernt werden kann. Deshalb stellt das Metall, das am Einpaßabschnitt anhaftet und dann verfestigt wird, keinen großen Widerstand gegenüber einer Ver schiebebewegung in axialer Richtung des Wälzlagers dar, so daß ver hindert wird, daß auf die beiden die Walzenunterstützungsvorrichtung bildenden Wälzlager in Schubrichtung eine große Kraft ausgeübt wird. Dadurch kann ein Bruch der Wälzlager wirksam verhindert werden.

Weitere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der Erfindung werden deutlich beim Lesen der folgenden Beschreibung bevorzugter Ausfüh rungsformen, die auf die Zeichnungen Bezug nimmt; es zeigen

Fig. 1 eine Längsschnittansicht der Hauptabschnitte einer Walzenun terstützungsvorrichtung in einem Metallschmelze-Tauchbad gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfin dung;

Fig. 2 eine Längsschnittansicht der Hauptabschnitte einer Walzenun terstützungsvorrichtung in einem Metallschmelze-Tauchbad gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Er findung;

Fig. 3 eine Schnittansicht einer Versuchsvorrichtung, die zum Mes sen der auf ein Wälzlager ausgeübten Schublast verwendet wird, um die Wirkungen der vorliegenden Erfindung zu be stätigen;

Fig. 4 die bereits erwähnte Längsschnittansicht einer herkömmli chen Metalloberflächen-Behandlungsvorrichtung, die eine Metallschmelze verwendet; und

Fig. 5 die bereits erwähnte vergrößerte Schnittansicht längs der Linie V-V in Fig. 4.

In Fig. 1 ist eine erste Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Walzenunterstützungsvorrichtung gezeigt. Eine Welle 13, die vom Mittelabschnitt der Stirnfläche einer Unterstützungswalze 8 vorsteht, enthält einen Abschnitt 19 mit großem Durchmesser, der sich näher am Basis-Endabschnitt befindet, einen Abschnitt 20 mit kleinem Durch messer, der sich näher am Ende befindet, und einen gestuften Abschnitt 21, der den Abschnitt 19 mit großem Durchmesser und den Abschnitt 20 mit kleinem Durchmesser miteinander verbindet. Ein innerer Lauf ring 15, der einen Teil eines Wälzlagers 11 bildet, ist über die Außen seite des Abschnitts 20 mit kleinem Durchmesser geschoben. Ferner ist über die Außenseite des Endabschnitts des Abschnitts 20 mit kleinem Durchmesser eine Kappe 22 geschoben und mittels eines Schraubbol zens 27 befestigt. Der innere Laufring 15 wird zwischen der Endkante der Kappe 22 und dem gestuften Abschnitt 21 gehalten und dadurch befestigt.

Andererseits ist in die Innenseite eines kreisförmigen Lochs 12, das im Endabschnitt (im unteren Endabschnitt) eines Tragarms 10 ausgebildet ist, ein ringförmiger Lagerkörper 18b aus SUS 304 (JIS G 4310) einge schoben und darin befestigt. Eine Buchse 23, die aus einem Plattenele ment aus Tantal hergestellt ist und eine zylindrische Form besitzt, ist in die innere Umfangsfläche des Lagerkörpers 18b eingeschoben, wo durch die innere Umfangsfläche mit Tantal überzogen ist. In der dar gestellten Ausführungsform stößt eine Endkante (in Fig. 1 die rechte Endkante) der Buchse 23 gegen einen Flanschabschnitt 24, der in einer in einem Ende des Lagerkörpers 18b ausgebildeten Öffnung vorgesehen ist, während die andere Endkante mittels eines Halterings 25 befestigt ist, der an einer weiteren Öffnung verschraubt ist, die im anderen Ende des Lagerkörpers 18b ausgebildet ist. Ferner kann der Lagerkörper 18b nicht nur aus SUS 304, sondern aus einem weiteren Stahl wie etwa reinem Eisen oder dergleichen hergestellt sein, der für die Verwendung in einem Metallschmelze-Tauchbad geeignet ist.

Wenn sich die Gesamtlänge der Unterstützungswalze 8 verändert, wenn diese sich entsprechend einer Temperaturänderung ausdehnt oder zu sammenzieht, wenn die Unterstützungswalze 8 in einen Tauchbadbe hälter eingeschoben bzw. aus diesem entnommenen wird (siehe Fig. 4 und 5), in welchem sich geschmolzenes Metall 5 befindet, gleitet ein Ausrichtring 17, der auf die Außenseite eines das Wälzlager 11 bilden den äußeren Laufrings 14 geschoben ist, in der Buchse 23 in axialer Richtung (in Fig. 1 nach rechts und nach links), um auf diese Weise die Änderung der Gesamtlänge der Unterstützungswalze 8 zu absorbieren. Der Ausrichtring 17 kann ähnlich wie die Buchse 23 vorzugsweise aus einem Material gebildet sein, das eine geringe Benetzbarkeit in bezug auf das geschmolzenes Metall besitzt, etwa Tantal, Graphit, ein C/C-Verbundwerkstoff oder dergleichen. Im Hinblick auf die geringe Be netzbarkeit in bezug auf das geschmolzenes Metall kann der Ausrich tring 17 jedoch aus einem Stahl wie etwa Lagerstahl, z. B. SUJ 2 (JIS G 4805), einer Kupferlegierung oder dergleichen hergestellt sein, deren Benetzbarkeit im Vergleich zu Tantal, Graphit und einem C/C-Ver bundwerkstoff nicht gering ist.

Insbesondere kann in der erfindungsgemäßen Walzenunterstützungs vorrichtung in einem Metallschmelze-Tauchbad das geschmolzene Metall nur schwer an der inneren Umfangsfläche der aus Tantal gebil deten Buchse 23 anhaften, wobei das geschmolzene Metall selbst dann, wenn es an der inneren Umfangsfläche anhaftet und gekühlt und ver festigt wird, durch Ausüben einer geringen Kraft einfach entfernt wer den kann. Das bedeutet, daß das verfestigte Metall nicht an der inneren Umfangsfläche der Buchse 23 in der Weise anhaftet, daß das Metall eine Verschiebung des Ausrichtrings 17 in axialer Richtung verhindert. Insbesondere stellt das Metall, das an der inneren Umfangsfläche des Lagerkörpers 18b anhaftet, keinen großen Widerstand gegen eine axia le Verschiebung des im Ausrichtring 17 vorhandenen Wälzlagers 11 dar.

Im Ergebnis kann selbst dann, wenn die Unterstützungswalze 8 aus der Metallschmelze 5 (siehe Fig. 4) herausgezogen wird und außerhalb des Tauchbadbehälters 6 abgekühlt wird, eine gleichmäßige Schubbewe gung des Wälzlagers 11 im Lagerkörper 18b erzielt werden, wodurch verhindert wird, daß auf die beiden die Walzenunterstützungsvorrich tung bildenden Wälzlager 11 (siehe Fig. 5) in Schubrichtung eine große Kraft ausgeübt wird.

In Fig. 2 ist eine zweite Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Walzenunterstützungsvorrichtung gezeigt. In dieser Ausführungsform wird für die die innere Umfangsfläche des Lagerkörpers 18b abdecken de Buchse 23a eine Buchse aus Graphit oder aus einem C/C-Ver bundwerkstoff verwendet. Die Buchse 23a, die aus Graphit oder einem C/C-Verbundwerkstoff gebildet ist, ist zerbrechlicher als eine Buchse aus Tantal und besitzt daher eine Dicke, die größer als diejenige der aus reinem Tantal gebildeten Buchse 23 ist. Der übrige Aufbau und der übrige Betrieb der zweiten Ausführungsform ist der obenerwähnten ersten Ausführungsform ähnlich, weshalb äquivalente Teile die glei chen Bezugszeichen besitzen und eine Beschreibung hiervon weggelas sen wird. In der dargestellten Ausführungsform ist der Lagerkörper 18b getrennt vom Tragarm 10 ausgebildet, wobei der getrennt ausge bildete Lagerkörper 18b von hinten am Tragarm 10 befestigt ist. Der Lagerkörper 18b kann jedoch auch einteilig mit dem Tragarm 10 aus gebildet sein, falls dies notwendig ist.

Obwohl nicht gezeigt, kann anstelle der aus Tantal gebildeten Buchse 23 (Fig. 1) oder der aus Graphit oder einem C/C-Verbundwerkstoff gebildeten Buchse 23a (Fig. 2) für den Überzug der inneren Umfangs fläche des Lagerkörpers 18b eine Überzugschicht aus Siliciumkarbid auf der inneren Umfangsfläche des Lagerkörpers 18b ausgebildet wer den. Da Siliciumkarbid eine geringe Benetzbarkeit in bezug auf das geschmolzene Metall selbst dann besitzt, wenn die Buchse 23 oder 23a weggelassen ist, kann eine Verschiebung des Wälzlagers 11, die durch Kontraktion nach einer Wärmeexpansion bewirkt wird, ebenso gleich mäßig oder sogar gleichmäßiger als mit der Buchse 23 oder 23a erzielt werden. Eine solche Siliciumkarbid-Überzugschicht kann mittels einer Sprühbehandlung einfach gebildet werden. Vorzugsweise wird die Überzugschicht nicht nur an der inneren Umfangsfläche des Lagerkör pers 18b, sondern auch an der äußeren Umfangsfläche des Ausricht rings 17 geschaffen, um die obige gleichmäßigere Verschiebung zu erzielen.

Falls die oben erwähnte Siliciumkarbid-Überzugschicht auf der inneren Umfangsfläche des Ausrichtrings 17 und/oder auf der äußeren Um fangsfläche des äußeren Laufrings 14 ausgebildet ist, kann eine gleich mäßigere Schwenkung des äußeren Laufrings 14 im Ausrichtring 17 erzielt werden, so daß die Ausrichtung des äußeren Laufrings 14 ver bessert werden kann. Diese Technik kann außerdem mit der ersten Ausführungsform oder mit der zweiten Ausführungsform der vorlie genden Erfindung, die in den Fig. 1 bzw. 2 gezeigt sind, kombiniert werden. Ferner kann für das Material der Buchsen 23 und 23a außer den obenerwähnten Materialien, die Tantal, Graphit, einen C/C-Ver bundwerkstoff und Siliciumkarbid umfassen, auch eine Legierung ver wendet werden, die hauptsächlich aus Tantal, Molybdän oder Molyb dändisulfid oder aus Zirkoniumoxid besteht.

Im folgenden wird das Experiment beschrieben, das für die Bestätigung der Wirkungen der vorliegenden Erfindung ausgeführt wurde. In dem Experiment wurde, wie in Fig. 3 gezeigt, eine Baueinheit, die aus einer Blindwelle 13a, einer Kappe 22, einem Lagerkörper 18b, einem aus einem C/C-Verbundwerkstoff gebildeten Ausrichtring 17 und einem aus Siliciumnitrid gebildeten Wälzlager 11 bestand, in eine Metall schmelze eingetaucht. Dann wurde die Baueinheit aus der Metall schmelze in der Weise entnommen, daß die axiale Richtung der Bau einheit horizontal orientiert war. Wie in Fig. 3 gezeigt, besaß eine Grundfläche 28 eine Bohrung, die etwas größer als der Innendurchmes ser einer Buchse war. Nachdem die Metallschmelze an der Baueinheit anhaftete, abgekühlt und verfestigt war, wurde die Baueinheit an der Grundfläche 28 so angebracht, daß sich die innere Umfangsfläche der Buchse 23 in der Bohrung befand. Wie oben beschrieben, wurde bei festgehaltener Stirnfläche des Lagerkörpers 18b auf eine an der Innen seite des inneren Laufrings 15 des Wälzlagers 11 befestigte Welle 13a sowie auf eine Kappe 22 eine nach unten gerichtete Schubbelastung wie in Fig. 3 gezeigt ausgeübt (wobei die Schubbelastung allmählich erhöht wurde), um zu bestätigen, ob der Ausrichtring 17 und das Wälzlager 11 aus dem Lagerkörper 18b herausgezogen werden können oder nicht. Das Herauszieh-Experiment wurde mehrere Male wiederholt. D.h., daß das Prüfstück, das ein Herausziehen des Ausrichtrings 17 aus dem Lagerkörper 18b ermöglichte, durch erneutes Einschieben des Aus richtrings 17 in den Lagerkörper 18b zusammengebaut wurde, nach erneutem Eintauchen in die Metallschmelze für ein vorgegebenes Zeit intervall aus dieser Metallschmelze entnommen wurde und anschlie ßend erneut dem Herauszieh-Experiment unterzogen wurde. Wenn das Prüfstück jedoch an irgendeinem seiner Teile einen Bruch aufwies, wurden die folgenden Experimente nicht mehr ausgeführt. Die den jeweiligen Experimenten gemeinsamen Bedingungen waren die folgen den:

Innendurchmesser R₁₁ des Wälzlagers 11: 80 mm
Außendurchmesser D₁₁ des Wälzlagers 11: 191 mm
Breite W₁₁ des Wälzlagers 11: 45 mm
Außendurchmesser D_18b des Lagerkörpers 18b: 276 mm
Breite W₁₈b des Lagerkörpers 18b: 80 mm

Das Experiment wurde oftmals wiederholt, wobei das Material der in der inneren Umfangsfläche des Lagerkörpers 18b befestigten Buchse 23 oder das Material der an der inneren Umfangsfläche des Lagerkör pers 18b auszubildenden Überzugschicht sowie Art und Temperatur des geschmolzenen Metalls verändert wurden. Die in den Experimenten erhaltenen Ergebnisse sind in den Tabellen 1 bis 11 gezeigt, die später beschrieben werden. Von den in den Prüfergebnis-Spalten der jeweili gen Tabellen verwendeten Legierungen bedeutet ○, daß der Ausricht ring 17 aus dem Lagerkörper 18b herausgezogen werden konnte, ohne daß irgendein Teil des Prüfstücks gebrochen ist. Das Zeichen × bringt zum Ausdruck, daß irgendein Teil des Prüfstücks während des Her ausziehens des Ausrichtrings 17 zerbrochen ist, wobei das zerbrochene Teil hinter dem × angegeben ist. Die in den jeweiligen Tabellen ver wendete Schmelztemperatur ist die Temperatur des geschmolzenen Metalls, in das die Prüfstücke eingetaucht wurden.

Ferner sind in den jeweiligen Tabellen die Bedeutungen der Markie rungen, die die Art des Tauchbades repräsentieren, im folgenden ange geben. Unvermeidliche Fremdstoffe, die auf die experimentellen Er gebnisse keinen Einfluß haben, sind jedoch in den Tabellen nicht ange geben.

A: Zn-Legierung, die 0,15 Gew.-% Al enthält
B: Zn-Legierung, die 4,1 Gew.-% Al und 0,09 Gew.-% Mg enthält
C: Zn-Al-Legierung, die 55 Gew.-% Al und 1,5 Gew.-% Si enthält, wobei der Rest aus Zn besteht
D: Al-Legierung, die 9 Gew.-% Si enthält.

In dem Metallschmelze-Tauchbad verändert sich die Zusammensetzung der Metallschmelze wegen des Schmelzens eines Kernelements oder dergleichen in geringem Maß. Selbst wenn sich jedoch die Zusammen setzung der obenerwähnten Materialien A bis D in gewissem Maß ver ändert, hat eine solche Veränderung nur einen geringen Einfluß auf die Benetzbarkeit zwischen der Oberfläche der Buchse 23 und dem ge schmolzenem Metall, die ihrerseits ein Merkmal der vorliegenden Er findung ist.

Beispielsweise wird in einem A-Bad enthaltenes Al im Bereich von 0,01 bis 0,3 Gew.-% gewählt. In einem B-Bad enthaltenes Mg wird in einem Bereich von nicht mehr als 0,2 Gew.-% gewählt. In einem C-Bad enthaltenes Si wird in einem Bereich von 0,5 bis 3 Gew.-% ge wählt. In einem D-Bad enthaltenes Si wird in einem Bereich von 5 bis 15 Gew.-% gewählt. Ferner wird hinsichtlich der Temperatur der ein zelnen Tauchbäder für das A-Bad eine Temperatur im Bereich von 430° bis 520°C gewählt. Für das B-Bad wird eine Temperatur im Be reich von 430° bis 520°C gewählt. Für das C-Bad wird eine Tempe ratur im Bereich von 580° bis 650°C gewählt. Für das D-Bad wird eine Temperatur im Bereich von 680° bis 730°C gewählt.

Ein erstes Experiment wurde unter Verwendung einer aus reinem Tantal hergestellten und als Beispiel 1 der vorliegenden Erfindung dienenden Buchse ausgeführt. Die Ergebnisse dieses ersten Experi ments sind in Tabelle 1 gezeigt:

Tabelle 1

Ein zweites Experiment wurde unter Verwendung einer aus einer Tan tallegierung mit 10 Gew.-% Wolfram (W) hergestellten und als Bei spiel 2 der vorliegenden Erfindung dienenden Buchse ausgeführt. Die Ergebnisse des zweiten Experiments sind in Tabelle 2 gezeigt:

Tabelle 2

Ein drittes Experiment wurde unter Verwendung einer aus Graphit hergestellten und als Beispiel 3 der vorliegenden Erfindung dienenden Buchse ausgeführt. Die Ergebnisse des Experiments sind in Tabelle 3 gezeigt:

Tabelle 3

Ein viertes Experiment wurde unter Verwendung einer aus einem C/C-Verbundwerkstoff hergestellten und als Beispiel 4 der vorliegenden Erfindung dienenden Buchse ausgeführt. Die Ergebnisse des vierten Experiments sind in Tabelle 4 gezeigt:

Tabelle 4

Ein fünftes Experiment wurde unter Verwendung einer Siliciumkarbid- Überzugschicht, die auf der inneren Umfangsfläche des Lagerkörpers 18b ausgebildet war und ein Beispiel 5 der vorliegenden Erfindung bildet, ausgeführt. Die Ergebnisse des fünften Experiments sind in Ta belle 5 gezeigt:

Tabelle 5

Ein sechstes Experiment wurde unter Verwendung einer aus Molybdän gebildeten und als Beispiel 6 der der vorliegenden Erfindung dienenden Buchse ausgeführt. Die Ergebnisse des sechsten Experiments sind in Tabelle 6 gezeigt:

Tabelle 6

Ein siebtes Experiment wurde unter Verwendung einer aus Zirkoni umoxid gebildeten und als Beispiel 7 der vorliegenden Erfindung die nenden Buchse ausgeführt. Die Ergebnisse des siebten Experiments sind in Tabelle 7 gezeigt:

Tabelle 7

Ein achtes Experiment wurde unter Verwendung einer aus SUS 304 (JIS G 4310) hergestellten und als Vergleichsbeispiel 1 außerhalb der vorliegenden Erfindung dienenden Buchse ausgeführt. Die Ergebnisse des achten Experiments sind in Tabelle 8 gezeigt.

Tabelle 8

Ein neuntes Experiment wurde unter Verwendung einer aus SUS 316 (JIS G 4310) hergestellten und als Vergleichsbeispiel 2 außerhalb der vorliegenden Erfindung dienenden Buchse ausgeführt. Die Ergebnisse des neunten Experiments sind in Tabelle 9 gezeigt:

Tabelle 9

Ein zehntes Experiment wurde unter Verwendung einer aus SUS 316L (JIS G 4310) hergestellten und als Vergleichsbeispiel 3 außerhalb der vorliegenden Erfindung dienenden Buchse ausgeführt. Die Ergebnisse des zehnten Experiments sind in Tabelle 10 gezeigt.

Tabelle 10

Ein elftes Experiment wurde unter Verwendung einer aus Inconel her gestellten und als Vergleichsbeispiel 4 außerhalb der vorliegenden Erfindung dienenden Buchse ausgeführt. Die Ergebnisse des elften Experiments sind in Tabelle 11 gezeigt.

Tabelle 11

Ein Vergleich der Inhalte der Tabellen 1 bis 7, die die Experimente gemäß der vorliegenden Erfindung angeben, mit den Inhalten der Ta bellen 8 bis 11, die die Ergebnisse der nicht zur vorliegenden Erfin dung gehörenden Experimente angeben, ergibt, daß bei einer Walzen unterstützungsvorrichtung in einem Metallschmelze-Tauchbad gemäß der vorliegenden Erfindung das Wälzlager 11, das den Ausrichtring 17 enthält, aus dem Lagerkörper 18b herausgezogen werden kann, ohne daß der Herausziehvorgang durch das anhaftende geschmolzene Metall behindert wird. Wie außerdem aus den Tabellen 1 und 2 hervorgeht, kann die aus Tantal mit 0 bis 10 Gew.-% Wolfram gebildete Legierung ähnlich wie Tantal und die aus Tantal und 10 Gew.-% Wolfram gebil dete Tantallegierung das schlechte Herausziehverhalten des Wälzlagers 11 wegen des anhaftenden geschmolzenen Metalls verhindern.

Zur Verstärkung der Walzenunterstützungsvorrichtung in einem Me tallschmelze-Tauchbad gemäß der vorliegenden Erfindung kann vor zugsweise ein Käfig 26, der zu einem Wälzlager 11 zum Halten mehre rer Wälzelemente 16 ähnlich den Buchsen 23 und 23a zusammengefügt ist, aus einem Material gebildet werden, das in bezug auf das ge schmolzene Metall eine geringe Benetzbarkeit besitzt. In diesem Fall wird der Käfig 26 vorzugsweise aus reinem Tantal oder aus einer hauptsächlich aus Tantal bestehenden Legierung gebildet. Wenn der Käfig aus reinem Tantal oder aus einer hauptsächlich aus Tantal beste henden Legierung gebildet ist, kann dadurch selbst dann, wenn das geschmolzene Metall am Käfig 26 anhaftet und sich dann an diesem verfestigt, dieses anhaftende Metall bei einer Wartung oder Prüfung einfach entfernt werden, so daß die Wartungs- und Prüfungsvorgänge einfach ausgeführt werden können. Mit anderen Worten, die Menge der Waschlösung wie etwa Chlorwasserstoffsäure HCl oder derglei chen, die verwendet wird, wenn das Wälzlager 11 mit Säure gewa schen wird, wird reduziert, wodurch Arbeit und Zeit für die Entsor gung verschwendeten Fluids eingespart wird. Da die aus reinem Tantal gebildete Legierung oder die hauptsächlich aus Tantal bestehende Le gierung säurebeständig ist, ist es nicht möglich, daß der Käfig 26 durch den Säurewaschvorgang, der für die Wartung und die Prüfung ausge führt werden muß, beschädigt werden kann.

Die im folgenden angeführten Tabellen 12 bis 15 zeigen das Experi ment, das zur Bestätigung der Wirkungen in dem Fall ausgeführt wurde, in dem der Käfig 26 aus einem Material mit geringer Benetz barkeit in bezug auf das geschmolzene Metall hatte. Das Experiment wurde mit der gleichen Baueinheit ausgeführt, die zur Bestätigung der Wirkungen der vorliegenden Wirkung wie in Fig. 3 gezeigt verwendet wurde. Die Buchse war aus reinem Tantal gebildet. Der Ausrichtring war aus einem C/C-Verbundwerkstoff gebildet. Nachdem die Walze in dem Zustand, in dem der Lagerkörper 18b, der Ausrichtring 17 und das Wälzlager 11 in die Metallschmelze eingetaucht waren, für 24 Stunden gedreht worden war, wurde die Baueinheit aus der Metall schmelze entnommen. Nachdem dann die Baueinheit auf Raumtempera tur abgekühlt worden war, wurde sie für das gleiche Herauszieh-Expe riment wie in den Tabellen 1 bis 11 gezeigt verwendet.

In diesem Experiment waren die jeweiligen Käfige 26 aus reinem Tan tal (Beispiel 8), aus einer Tantallegierung (Beispiel 9) mit 10 Gew.-% Wolfram (W) aus SUS 304 (Vergleichsbeispiel 5), oder aus Graphit (Vergleichsbeispiel 6) gebildet. Jedes der Wälzlager 11 in diesen vier Arten von Käfigen 26 waren mit den inneren und äußeren Laufringen 15 bzw. 14 konstruiert, ferner waren die Wälzelemente 16 wie in Fig. 3 gezeigt montiert. Auf diese Weise wurden in einer Gruppe der Bei spiele 8 und 9 und der Vergleichsbeispiele 5 und 6 mehrere Heraus zieh-Experimente ausgeführt, wobei die Art der Metallschmelze und die Temperatur des Tauchbades verändert wurden. Die Ergebnisse sind in den Tabellen 12 bis 15 gezeigt. Was die in den Prüfergebnisspalten der jeweiligen Tabellen verwendeten Markierungen betrifft, so drückt ○ aus, daß der Ausrichtring 17 und das Wälzlager 11 aus der inneren Umfangsfläche der Buchse 23 herausgezogen werden konnte, ohne daß irgendein Teil irgendeines Prüfstücks brach. Außerdem drückt × aus, daß irgendein Teil des Ausrichtrings 17 und des Wälzlagers beim Her ausziehvorgang zerbrach, wobei der zerbrochene Teil in Klammern hinter dem × angegeben ist. Weiterhin ist die in den jeweiligen Tabel len verwendete Schmelztemperatur die Temperatur der Metallschmel ze. Ferner ist die Bedeutung der Markierungen, die die Art der Metall schmelze angeben, ähnlich derjenigen des Experiments, das für die Bestätigung der Wirkungen der vorliegenden Erfindung ausgeführt wurde.

Tabelle 12

Tabelle 13

Tabelle 14

Tabelle 15

In dem Vergleichsbeispiel 5 in den Tabellen 12 bis 14 konnte das Ex periment nicht mehr fortgesetzt werden, weil der Käfig 26 wegen der Korrosion schmolz, wenn er zum zweiten Mal in die Metallschmelze eingetaucht wurde. Daher wurde das weitere Experiment nach dem zweiten Mal nicht mehr ausgeführt. In dem Vergleichsbeispiel 5 in Tabelle 15 konnte das Experiment nach dem ersten Mal nicht mehr fortgesetzt werden, weil der Käfig 26 wegen der Korrosion beim ersten Eintauchen schmolz. Ferner war in dem Vergleichsbeispiel 6 in den Tabellen 12 bis 15 nach der Entnahme der Baueinheit aus dem Metall schmelzebad der Käfig 26 zerbrochen, da das im unteren Abschnitt im Lager angesammelte Metall bei der extremen Abkühlung kontrahierte. Daher wurde das Experiment beendet, bevor die Herausziehprüfung zum ersten Mal (Tabellen 14 und 15) oder zum zweiten Mal (Tabellen 12 und 13) ausgeführt wurde.

Wenn in dem Fall, in dem nur eine der Umfangsflächen mit einem Material mit geringer Benetzbarkeit überzogen ist, um einen Bruch des Wälzlagers 11, des Ausrichtrings 17 oder des Tragarms 10 aufgrund der Expansion und der Kontraktion der Unterstützungswalze 8 zu ver hindern, nur die weitere Umfangsfläche überzogen werden kann, kann die obengenannte Aufgabe selbst dann gelöst werden, wenn die engere Umfangsfläche nicht überzogen ist. Wenn andererseits nur die engere Umfangsfläche mit dem Material mit geringer Benetzbarkeit überzogen ist, wird das geschmolzene Metall, das an dem von der engen Um fangsfläche vorstehenden Abschnitt der weiten Umfangsfläche anhaftet, hier verfestigt, so daß es möglich ist, daß eine Verschiebung des Wälzlagers in axialer Richtung verhindert wird. Beispielsweise kann in den in den Fig. 1 bzw. 2 gezeigten Ausführungsformen eine ausrei chende Wirkung einfach durch Überziehen nur der inneren Umfangs fläche des weiten Lagerkörpers 18b mit dem Material mit geringer Benetzbarkeit erhalten werden. Wenn andererseits nur die äußere Um fangsfläche des engen Ausrichtrings 17 mit einem Material mit gerin ger Benetzbarkeit überzogen ist, besteht die Möglichkeit, daß die Ver schiebung des Ausrichtrings 17 in bezug auf den Lagerköper 18b beein trächtigt wird, wenn das geschmolzene Metall, das an dem vom Aus richtring 17 vorstehenden Abschnitt der inneren Umfangsfläche des Lagerkörpers 18b anhaftet, verfestigt wird.

Weiterhin ist die Walzenunterstützungsvorrichtung in einem Metall schmelze-Tauchbad gemäß der vorliegenden Erfindung nicht auf die Walzenunterstützungsvorrichtung 8 wie in den dargestellten Ausfüh rungsformen beschränkt, sondern kann außerdem in anderen Walzen unterstützungsabschnitten zur Anwendung kommen, welche andere Walzen wie etwa die Sinkwalze 7 und dergleichen unterstützen, vor ausgesetzt, daß die Walze in einem Zustand verwendet wird, in dem sie in das geschmolzene Metall 5 eingetaucht ist.

Wenn die Walzenunterstützungsvorrichtung in einem Metallschmelze- Tauchbad gemäß der vorliegenden Erfindung angewandt wird, können vorzugsweise der äußere Laufring 14, der innere Laufring 15 und die Wälzelemente 16, die das Wälzlager 11 bilden, aus Siliciumnitrid ge bildet sein, das in einem isostatischen Heizpreßprozeß (HIP) gesintert wird und 0,1 bis 2,0 Gew.-% Magnesiumoxid (MgO), 0,2 bis 3,5 Gew.-% Ceriumoxid (CeO₂) sowie 0,1 bis 2,0 Gew.-% Strontiumoxid, insgesamt 1,5 bis 5,0 Gew.-% enthält. Wenn der äußere Laufring 14, der innere Laufring 15 und die Wälzelemente 16, die oben erwähnt worden sind und das Wälzlager 11 bilden, aus Siliciumnitrid unter Hinzufügung der obigen Materialien als Bindemittel gebildet sind, kann die Lebensdauer des sich ergebenden Wälzlagers 11 sichergestellt wer den. Ferner wird in dem Wälzlager 11, das in dem Experiment ver wendet wird, dessen Ergebnisse in den Tabellen 1 bis 15 wie oben beschrieben gezeigt sind, für sämtliche Materialien des äußeren Lauf rings 14, des inneren Laufrings 15 und der Wälzelemente 16, die das Wälzlager 11 bilden, Siliciumnitrid verwendet, das durch den isostati schen Heißpreßprozeß (HIP) gesintert wurde und dem als Binder ein Material hinzugefügt wurde, das 1,1 Gew.-% MgO, 1,9 Gew.-% CeO₂ und 0,6 Gew.-% SrO enthält.

Der Grund, weshalb die Lebensdauer des aus Keramik hergestellten Wälzlagers 11 auf diese Weise sichergestellt werden muß, ist der fol gende: Das Wälzlager, das eine Walze in einem Metallschmelze- Tauchbad unterstützt, dreht sich in einem Zustand, in dem die Metall schmelze auf der Umfangsfläche des Lagers vorhanden ist. Außerdem wird das Wälzlager 11, das zu Wartungs- und Prüfzwecken aus der Metallschmelze entnommen und der Luft ausgesetzt wird, mittels einer 10%-igen HCl-Lösung (wenn die Metallschmelze Zink ist) säuregewa schen, um das an ihm anhaftende geschmolzene Metall zu beseitigen. Eine solche Säurewaschung wird jedesmal ausgeführt, wenn das Wälz lager aus der Metallschmelze entnommen wird. Um daher die Lebens dauer des Wälzlagers 11 sicherzustellen, muß das Material, das das Wälzlager bildet, nicht nur in bezug auf das geschmolzene Metall, sondern auch in bezug auf die Säure, die für die Säurewaschung ver wendet wird, korrosionsbeständig sein. Das aus Keramik gebildete Wälzlager, das die obige Bedingung erfüllt, ist unter den obenerwähn ten Umgebungsbedingungen nur in geringem Maß korrosionsanfällig und kann somit eine ausreichende Lebensdauer schaffen.

Die Gründe, weshalb zu dem Siliciumkarbid MgO, CeO₂ und SrO hinzugefügt werden, um die Lebensdauer des aus Keramik gebildeten Wälzlagers sicherzustellen, und die Gründe, weshalb die Mengen der hinzugefügten Materialien auf die obenerwähnten Bereiche beschränkt sind, sind die folgenden: MgO reagiert mit SiO₂, das auf der Oberflä che von Siliciumnitrid vorhanden ist, bei einer verhältnismäßig niedri gen Temperatur in der Größenordnung von 1600°C, weshalb das MgO bei der Ausbildung einer als glasige Grenzphase bei der Korngrenze von Siliciumkarbid dienenden flüssigen Phase das Sintern des Silicium karbids erleichtert. Es wird angenommen, daß während der obigen Reaktion von MgO mit SiO₂ eine Glasphase eines sauren Nitridsystems mit hoher Korrosionsbeständigkeit gebildet wird. Die Zusam mensetzung einer solchen Glasphase eines sauren Nitridsystems ist un zureichend, wenn die Menge des hinzugefügten MgO weniger als 0,1 Gew.-% beträgt, so daß das erhaltene gesinterte Material (Siliciumnitrid) eine unzureichende Festigkeit besitzt. Wenn anderer seits die Menge des hinzugefügten MgO, das eine geringe Korrosions beständigkeit besitzt, wenn es allein verwendet wird, größer als 2,0 Gew.-% ist, ist die Lebensdauer des erhaltenen gesinterten Materials unzureichend. Aus diesem Grund ist die Menge des hinzugefügten MgO auf den Bereich von 0,1 bis 2,0 Gew.-% beschränkt.

Der Grund, weshalb CeO₂ hinzugefügt wird, besteht darin, daß CeO₂ für die obenerwähnte Glasphase eines sauren Nitridsystems eine hohe Affinität besitzt und in die Korngrenzen schnell diffundiert, wodurch die Gleichmäßigkeit der Glasphase des sauren Nitridsystems nicht nur hinsichtlich der Korrosionsbeständigkeit, sondern auch hinsichtlich der Festigkeit des gesinterten Siliciumnitrids verbessert werden. Wenn die Menge des hinzugefügten CeO₂ weniger als 0,2 Gew.-% beträgt, ist es als in die Korngrenzen zu diffundierende Menge unzureichend, was eine unzureichende Gleichmäßigkeit der Glasphase des sauren Nitrid systems zur Folge hat. Wenn andererseits die Menge des hinzugefügten CeO₂, das eine geringe Korrosionsbeständigkeit besitzt, wenn es allein verwendet wird, mehr als 3,5 Gew.-% beträgt, ist die Lebensdauer des erhaltenen gesinterten Materials unzureichend. Deshalb ist die Menge des hinzugefügten CeO₂ auf den Bereich von 0,2 bis 3,5 Gew.-% be schränkt.

Aus dem gleichen Grund wie oben im Zusammenhang mit MgO wird angenommen, daß SrO eine Glasphase eines sauren Nitridsystems mit ausgezeichneter Korrosionsbeständigkeit bildet. Wenn SrO zusammen mit MgO vorhanden ist, wird das Sintern des Siliciumnitrids weiter erleichtert. Deshalb wird SrO hinzugefügt. Die Zusammensetzung der auf diese Weise erhaltenen Glasphase eines sauren Nitridsystems ist unzureichend, wenn die Menge des hinzugefügten SrO weniger als 0,1 Gew.-% beträgt, so daß das erhaltene gesinterte Material (Siliciumnitrid) eine unzureichende Festigkeit besitzt. Wenn anderer seits die Menge des hinzugefügten SrO, das für sich allein eine geringe Korrosionsbeständigkeit bietet, mehr als 2,0 Gew.-% beträgt, ist die Lebensdauer des erhaltenen gesinterten Materials unzureichend. Des halb ist die Menge des hinzugefügten SrO auf den Bereich von 0,1 bis 2,0 Gew.-% beschränkt.

Selbst wenn die jeweiligen Hinzufügungsmengen von MgO, CeO₂ und SrO die obenerwähnten Bedingungen erfüllen, jedoch die Gesamtmenge der Hinzufügungen weniger als 1,5 Gew.-% beträgt, ist die Bildung der obigen Glasphase des sauren Nitridsystems unzureichend, so daß eine ausreichende Festigkeit nicht erhalten werden kann. Wenn andererseits die Gesamtmenge der Hinzufügungen mehr als 5,0 Gew.-% beträgt, wird selbst dann, wenn die jeweiligen Hinzufügungsmengen die obigen Bedingungen erfüllen, eine übermäßige Glasphase erzeugt, die verhin dert, daß eine ausreichende Korrosionsbeständigkeit erhalten wird. Deshalb ist die Gesamtmenge der Hinzufügungen von MgO, CeO₂ und SrO auf den Bereich von 1,5 bis 5,0 Gew.-% beschränkt.

Im folgenden werden Experimente beschrieben, die zur Bestätigung der Wirkungen ausgeführt wurden, welche erhalten wurden, wenn der äu ßere Laufring 14, der innere Laufring 15 und die Wälzelemente 16, die das Wälzlager 11 bilden, aus den obigen Materialien gebildet wurden. In den Experimenten wurde, wie anhand der Beispiele 10 bis 17 und der Vergleichsbeispiele 10 bis 20 in den Tabellen 16 und 17 gezeigt, Siliciumnitrid, dem mit den in den Tabellen 16 und 18 gezeigten jewei ligen Raten MgO, CeO₂ und SrO hinzugefügt war, in einem isostati schen Heißpreßprozeß (HIP) gesintert, um ein Prüfstück mit einer Länge von 40 mm, einer Breite von 4 mm und einer Dicke von 3 mm herzustellen, wobei die Biegefestigkeit des Prüfstücks gemessen wurde. Das Biegefestigkeits-Prüfverfahren basierte auf einer Dreipunkt-Biege festigkeit, die in JIS R 1601 veröffentlicht ist.

In den Spalten der obigen Tabelle 16, in denen die Biegefestigkeiten angegeben sind, drückt der Anfangswert (Einheit: MPa) der Biege festigkeit den Wert der Biegefestigkeit vor dem Eintauchen des Prüf stücks in das geschmolzene Metall aus, während der Biegefestigkeit (MPa) nach 10 Verarbeitungszyklen den Wert ausdrückt, der erhalten wurde, wenn das Prüfstück zehnmal dem Zyklus der Wiederherstellung des Gebrauchszustands des Wälzlagers 11 im geschmolzenen Metall unterworfen wurde. Beispielsweise wird in einem A-Tauchbad das Prüfstück in ein geschmolzenes Metall mit einer Temperatur von 460°C für 24 Stunden eingetaucht, woraufhin das Prüfstück der Luft ausgesetzt wird, und in 10%-ige HCl bei Raumtemperatur für 8 Stun den eingetaucht (d. h. säuregewaschen) wird, wobei diese Operationen als ein Zyklus betrachtet werden. Die Verringerungsrate der Biegefe stigkeit drückt das Verhältnis der Biegefestigkeit nach 10 Verarbei tungszyklen gegenüber dem Anfangswert der Biegefestigkeit aus. Fer ner sind die Bedeutungen der Bezugszeichen A bis D, die die Arten der geschmolzenen Metalle ausdrücken, die gleichen wie in der obener wähnten Herauszieh-Prüfung. Was das Material für den äußeren Laufring 14, den inneren Laufring 15 und die Wälzelemente 16, die das in der Walzenunterstützungsvorrichtung in einem Metallschmelze- Tauchbad verwendete Wälzlager 11 bilden, betrifft, beträgt der An fangswert der Biegefestigkeit vorzugsweise 900 MPa oder mehr, wäh rend die Verringerungsrate der Biegefestigkeit 90% oder mehr beträgt. Wenn das Material diese beiden Bedingungen (d. h. 900 MPa bzw. 90% oder mehr) erfüllt, kann das aus dem Material gebildete Wälzlager für lange Zeit verwendet werden.

Unter Berücksichtigung dieser Bedingungen kann bei Prüfung der Aus sagen von Tabelle 16 festgestellt werden, daß die Materialien der Bei spiele 10 bis 17 der vorliegenden Erfindung sämtlich für die Herstel lung des Wälzlagers verwendet werden können, wenn dieses für lange Zeit in Gebrauch genommen werden soll. Andererseits kann festgestellt werden, daß, da die Materialien der Vergleichsbeispiele 10, 12, 14 und 16 jeweils zu geringe Hinzufügungsmengen von MgO, CeO₂ bzw. SrO aufweisen (im Vergleichsbeispiel 16 ist außerdem die Gesamthinzufü gungsmenge von MgO, CeO₂ und SrO gering), keiner der Biegefestig keit-Anfangswerte 900 MPa erreichen kann, weshalb sie für den Ge brauch nicht geeignet sind. Außerdem zeigt Tabelle 16, daß in den Materialien der Vergleichsbeispiele 11, 13, 15 und 17 die Menge der Hinzufügungen von MgO, CeO₂ oder SrO zu groß ist (im Beispiel 17 ist außerdem die Gesamthinzufügungsmenge von MgO, CeO₂ und SrO groß) und daß daher die Biegefestigkeits-Anfangswerte ausreichend groß sind, jedoch die Verringerungsraten zu gering sind, so daß die Materialien der Vergleichsbeispiele 11, 13, 15 und 17 ebenfalls nicht für den Gebrauch geeignet sind.

Um andererseits die Einflüsse der Sinterungsverfahren auf die Festig keit der Prüfstücke zu untersuchen, wurden Prüfstücke aus Silicium nitrid gemäß einem Sinterungsverfahren in der Atmosphäre gebildet, denen MgO, CeO₂ und SrO mit den in Tabelle 17 gezeigten Raten hinzugefügt wurden, wobei die Biegefestigkeiten der jeweiligen Prüf stücke ähnlich wie in der obigen Tabelle 16 gemessen wurden. In Ta belle 17 wurden die Prüfungen jedoch unter ausschließlicher Verwen dung des A-Tauchbades ausgeführt. Die Prüfungen in den B-, C- und D-Tauchbädern wurden weggelassen, weil sie eine gleiche oder höhere Temperatur als das A-Tauchbad besitzen und somit die jeweiligen Verringerungsraten viel größer als diejenige des A-Tauchbades ist (was anhand der Tendenz des A-Tauchbades in ausreichendem Maß beurteilt werden kann).

Wie aus Tabelle 17 deutlich hervorgeht, ist selbst dann, wenn dem Si liciumnitrid mit den die obigen Bedingungen erfüllenden Raten MgO, CeO₂ und SrO hinzugefügt werden, der Anfangswert der Biegefestig keit des Siliciumnitrids zu gering, falls das Siliciumnitrid gemäß einem vom isostatischen Heißpreßprozeß verschiedenen Sinterungsprozeß gesintert wird.

In der folgenden Tabelle 18 sind die Ergebnisse eines Experiments gezeigt, das ausgeführt wurde, um die Einflüsse der Arten von Additi ven des Siliciumnitrids auf die Festigkeit des gesinterten Materials zu prüfen. Das Experiment, dessen Ergebnisse in Tabelle 18 gezeigt sind, wurde ebenfalls ausschließlich unter Verwendung des A-Tauchbades ausgeführt. In Tabelle 18 sind Vergleichsbeispiele 21 bis 25 gezeigt. In den Vergleichsbeispielen 21 bis 24 wurden anstelle von CeO₂ und SrO Y₂O₃ und Al₂O₃ hinzugefügt, ferner wurde in dem Vergleichsbeispiel 25 anstelle von CeO₂ und SrO Y₂O₃ und ZrO₂ hinzugefügt. Die Aussa gen von Tabelle 18 ergeben, daß in den Beispielen, in denen andere Materialien als MgO, CeO₂ und SrO verwendet wurden, die Anfangs werte der Biegefestigkeit hoch sind, jedoch die Verringerungsraten der Biegefestigkeit so groß sind, daß derartige Siliciumnitride für den Ge brauch nicht geeignet sind.

Die obenbeschriebenen Beispiele werden auf der Grundlage einer Struktur erläutert, bei der die innere Umfangsfläche des Lagerkörpers 18b in die äußere Umfangsfläche der äußeren Laufringeinheit über ein Material eingepaßt ist, das in bezug auf die Metallschmelze eine ge ringe Benetzbarkeit besitzt. Wenn jedoch nur die Welle 13 und ein die Welle 13 unterstützendes Element in axialer Richtung frei zueinander verschoben werden, können die Wärmeexpansion und -kontraktion aufgrund von Temperaturänderungen absorbiert werden. Wenn daher die Kappe 22 weggelassen wird und die innere Umfangsfläche des das Wälzlager 11 bildenden inneren Laufrings 15 in die äußere Umfangs fläche der Welle 13 über das Material eingepaßt wird, das in bezug auf die Metallschmelze eine geringe Benetzbarkkeit besitzt, können der innere Laufring 15 und die Welle 13 so vereinigt werden, daß sie in axialer Richtung frei zueinander verschoben werden können.

Wenn die Walzenunterstützungsvorrichtung in einem Metallschmelze- Tauchbad gemäß der vorliegenden Erfindung wie oben erwähnt aufge baut und gebraucht wird, wird verhindert, daß auf das Schmelzlager eine große Schublast ausgeübt wird, so daß erfindungsgemäß gewähr leistet werden kann, daß ein Bruch des Wälzlagers verhindert wird.

Claims

1. Walzenunterstützungsvorrichtung in einem Metallschmelze- Tauchbad, mit
einer Walze (7, 8), die in dem Metallschmelze-Tauchbad (5) angeordnet ist,
einer Welle (13), die von einem Mittelabschnitt einer Stirn fläche der Walze (7, 8) vorsteht und sich konzentrisch zur Walze (7, 8) erstreckt,
einem Tragarm (10), der einen Endabschnitt aufweist, der in das Metallschmelze-Tauchbad (5) eingetaucht ist,
einem Lagerkörper (18a, 18b), der am Endabschnitt des Tragarms (10) angeordnet ist, und
einem Wälzlager (11), das zwischen einer inneren Umfangs fläche des Lagerkörpers (18a, 18b) und einer äußeren Umfangsfläche der Welle (13) angeordnet ist und eine äußere Laufringeinheit (14) enthält, die durch den Lagerkörper (18a, 18b) axial verschiebbar un terstützt ist, dadurch gekennzeichnet, daß die innere Umfangsfläche des Lagerkörpers (18a, 18b) an einer äußeren Umfangsfläche der äußeren Laufringeinheit (14) ange bracht ist, die im Lagerkörper (18a, 18b) über ein Material gehalten wird, das eine in bezug auf die Metallschmelze (5) geringe Benetzbar keit besitzt.

2. Walzenunterstützungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Wälzlager (11) einen äußeren Laufring (14), einen inne ren Laufring (15) sowie mehrere Wälzelemente (16) aufweist, wovon jedes aus einem Material gebildet ist, das mittels eines isostatischen Heißpreßprozesses gesintertes Siliciumnitrid enthält und 0,1 bis 2,0 Gew.-% MgO, 0,2 bis 3,5 Gew.-% CeO₂ und 0,1 bis 2,0 Gew.-% SrO und hiervon insgesamt 1,5 bis 5,0 Gew.-% enthält.

3. Walzenunterstützungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Wälzlager (11) einen Käfig (26) enthält, der aus dem Material mit der in bezug auf die Metallschmelze (5) geringen Benetz barkeit gebildet ist.

4. Walzenunterstützungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die äußere Laufringeinheit des Wälzlagers (11) einen Aus richtring (17) und einen in den Ausrichtring (17) eingepaßten äußeren Laufring (14) enthält.

5. Walzenunterstützungsvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Wälzlager (11) einen Käfig (26) enthält, der aus dem Material mit der in bezug auf die Metallschmelze (5) geringen Benetz barkeit gebildet ist.