EP1760193B1 - Beheizbare Walze - Google Patents

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EP1760193B1
EP1760193B1 EP06111988A EP06111988A EP1760193B1 EP 1760193 B1 EP1760193 B1 EP 1760193B1 EP 06111988 A EP06111988 A EP 06111988A EP 06111988 A EP06111988 A EP 06111988A EP 1760193 B1 EP1760193 B1 EP 1760193B1
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EP
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accordance
roll
welding
approximately
welding layer
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EP06111988A
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EP1760193A2 (de
EP1760193A3 (de
Inventor
Peter Dr. Rer. Nat. Wiemer
Hans-Rolf Conrad
Christian Löffler
Thomas Baumeister
Ralf Beckers
Jochen Autrata
Heiko Linder
Olaf Dries
Andreas Essling
Franz-Josef Michelkens
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Voith Patent GmbH
Original Assignee
Voith Patent GmbH
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Publication date
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    • D—TEXTILES; PAPER
    • D21—PAPER-MAKING; PRODUCTION OF CELLULOSE
    • D21G—CALENDERS; ACCESSORIES FOR PAPER-MAKING MACHINES
    • D21G1/00—Calenders; Smoothing apparatus
    • D21G1/02—Rolls; Their bearings
    • D21G1/0246—Hard rolls
    • D—TEXTILES; PAPER
    • D21—PAPER-MAKING; PRODUCTION OF CELLULOSE
    • D21F—PAPER-MAKING MACHINES; METHODS OF PRODUCING PAPER THEREON
    • D21F5/00—Dryer section of machines for making continuous webs of paper
    • D21F5/02—Drying on cylinders
    • D21F5/021—Construction of the cylinders
    • D—TEXTILES; PAPER
    • D21—PAPER-MAKING; PRODUCTION OF CELLULOSE
    • D21G—CALENDERS; ACCESSORIES FOR PAPER-MAKING MACHINES
    • D21G1/00—Calenders; Smoothing apparatus
    • D21G1/02—Rolls; Their bearings
    • D21G1/0253—Heating or cooling the rolls; Regulating the temperature

Definitions

  • the invention relates to a heatable roller with a smooth, hard surface for the production and / or treatment of a fibrous web, in particular paper, cardboard or tissue web, with a base tube made of weldable steel, on which at least one welding layer is applied, which has a greater hardness as the ground pipe. It further relates to a method for producing such a roller according to the preamble of claim 15. A roller and a method of this kind are known from the WO 03/076714 A2 known.
  • KSTV chrome casting
  • the WO 03/076714 A2 known heatable roll can vary certain properties of the roll surface such as the hardness and the thermal conductivity in the cross machine direction.
  • the invention has for its object to provide an improved roller and an improved method of the type mentioned, in which the aforementioned problems are eliminated.
  • this object is achieved according to the invention in that the hardness of the welding layer increases radially outward from the base tube and the roller has a surface hardness of Vickers ⁇ 600 HV, in particular ⁇ 700 HV, in particular ⁇ 750 HV and preferably of approximately 800 HV , owns.
  • the base tube of the roller can thus be made of a relatively simple weldable steel, while over one or more hard welding layers are applied.
  • the layer to be welded has relatively freely determinable components, the physical and chemical properties of the layer or the various layers of this layer are variably adjustable.
  • the welding layer is produced with a hardness increasing radially outward from the base tube, internal stresses are correspondingly reduced.
  • a basic tube made of simple steel can be used for the heatable rolls of generally relatively thick wall thickness in question, which can be very easily drilled.
  • the welding layer consists of a metal alloy which can be welded to the base tube.
  • all metal alloys come into question, which are welded to the base tube.
  • the welding layer is spirally applied to the base tube.
  • the layer can be welded in a spiral manner when the base tube rotates.
  • the welding layer may be formed by one or by a plurality of welding layers.
  • the thickness of a respective welding layer is preferably about 3 mm.
  • the total thickness of the welding layer after the finishing of the surface is advantageously in a range from about 1 to about 20 mm, preferably in a range from about 3 to about 10 mm.
  • the heatable roll may in particular be a rotating hollow roll with flanged mounted journals.
  • the roller is provided with peripheral, preferably parallel to the roll axis extending heating channels or holes.
  • a preferred wall thickness of the heatable roll is in a range of about 100 to about 200 mm.
  • the base tube of the heatable roller may in particular consist of a forged tube, a seamlessly drawn tube or a turned round steel.
  • a base tube made of simple steel, which can be drilled very easily, can be used for the heatable rolls of generally relatively thick wall thickness in question here.
  • the residual stresses can be significantly reduced.
  • the roller is heated to temperatures in the range of 100 ° to 250 ° C, the sum of residual stresses and external stresses is reduced to a manageable level.
  • a constant hardness layer thickness can be achieved according to the invention, which brings about a significantly better dimensional stability and a better dynamic running behavior of the roll.
  • Another decisive advantage of the heatable roller according to the invention is that it offers improved repair options.
  • the respective repair can be carried out by renewed build-up welding.
  • the abovementioned object according to the invention is correspondingly achieved in that the welding layer is produced with a hardness increasing radially outward from the base tube and with the welding layer a surface hardness of Vickers ⁇ 600 HV, in particular ⁇ 700 HV, in particular ⁇ 750 HV and preferably of about 800 HV.
  • the welding of the welding layer is expediently carried out under powder or under protective gas and by a material addition in the form of at least one band or wire.
  • the welding layer can advantageously be applied spirally when the base body rotates.
  • the final material properties of the coating are adjusted after the welding job by a corresponding heat treatment, which comprises an annealing treatment, wherein the adjustable via the subsequent heat treatment material properties, the toughness, the microstructure, dimensional stability, residual stress, hardness and / or the like.
  • the welding layer is preferably provided in conjunction with a tungsten carbide layer.
  • this is preferably defined by a roughness value Ra in a range from about 0.01 to about 0.2 ⁇ m.

Landscapes

  • Rolls And Other Rotary Bodies (AREA)
  • Reduction Rolling/Reduction Stand/Operation Of Reduction Machine (AREA)
  • Paper (AREA)

Description

  • Die Erfindung betrifft eine beheizbare Walze mit einer glatten, harten Oberfläche zur Herstellung und/oder Behandlung einer Faserstoffbahn, insbesondere Papier-, Karton- oder Tissuebahn, mit einem Grundrohr aus schweißbarem Stahl, auf das zumindest eine Schweißschicht aufgebracht ist, die eine größere Härte besitzt als das Grundrohr. Sie betrifft ferner ein Verfahren zur Herstellung einer solchen Walze gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 15. Eine Walze sowie ein Verfahren dieser Art sind aus der WO 03/076714 A2 bekannt.
  • Bisher werden als beheizbare Walzen mit einer besonders glatten, harten Oberfläche nur Hartgusswalzen oder geschmiedete und induktiv gehärtete Stahlwalzen verwendet. Beide Walzentypen sind teuer und nur in bestimmten, d.h. relativ großen Abmessungen auf dem Markt erhältlich. Zudem sind sie mit großen Eigenspannungsproblemen behaftet. Darüber hinaus wäre auch eine höhere Verschleißfestigkeit erwünscht. Auch bezüglich der Einhaltung einer bestimmten Härteschichtdicke ergeben sich bei den bisher bekannten Walzen erhebliche Probleme, was sich nachteilig insbesondere auf die Formstabilität auswirkt. Bei induktiv gehärteten Schmiedestahlwalzen lässt sich die Härtetiefe zwar relativ genau festlegen, hier kommt es jedoch beim Übergang zwischen gehärteter zu ungehärteter Schicht zu einem Eigenspannungspeak. Hinzu kommt, dass eine Hartgusswalze nach einer jeweiligen Beschädigung nur abgedreht werden kann. Schließlich tritt bei einer Walze aus Hartgussmaterial radial von innen nach außen stets ein zunehmender Härteanstieg auf, wodurch das axiale Bohren von Heizkanälen durch den Walzenmantel beträchtlich erschwert wird.
  • Neben Hartgusswalzen und gehärteten Stahlwalzen ist auch Chromguss (KSTV) im Einsatz.
  • Beispielsweise bei Rädern von Schienenfahrzeugen und bei Stahlwalzwerken ist bereits eine so genannte "Panzerschweißung" bekannt.
  • Bei der aus der WO 03/076714 A2 bekannten beheizbaren Walze können bestimmte Eigenschaften der Walzenoberfläche wie z.B. die Härte und die Wärmeleitfähigkeit in Maschinenquerrichtung variieren.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine verbesserte Walze sowie ein verbessertes Verfahren der eingangs genannten Art zu schaffen, bei denen die zuvor genannten Probleme beseitigt sind.
  • Diese Aufgabe wird bezüglich der beheizbaren Walze erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die Härte der Schweißschicht ausgehend vom Grundrohr radial nach außen zunimmt und dass die Walze eine Oberflächenhärte nach Vickers ≥ 600 HV, insbesondere ≥ 700 HV, insbesondere ≥ 750 HV und vorzugsweise von etwa 800 HV, besitzt.
  • Das Grundrohr der Walze kann also aus einem relativ einfachen schweißbaren Stahl gefertigt werden, während darüber eine oder mehrere harte Schweißschichten aufgebracht werden.
  • Da die zu schweißende Schicht relativ frei bestimmbare Bestandteile besitzt, sind die physikalischen und chemischen Eigenschaften der Schicht bzw. der verschiedenen Lagen dieser Schicht variabel einstellbar. Nachdem erfindungsgemäß die Schweißschicht mit einer ausgehend vom Grundrohr radial nach außen zunehmenden Härte erzeugt wird, werden Eigenspannungen entsprechend reduziert. Zudem kann für die hier in Rede stehenden beheizbaren Walzen von in der Regel relativ dicker Wandstärke ein Grundrohr aus einfachem Stahl verwendet werden, das sehr leicht gebohrt werden kann.
  • Vorteilhafterweise besteht die Schweißschicht aus einer mit dem Grundrohr verschweißbaren Metalllegierung. Dabei kommen grundsätzlich alle Metalllegierungen in Frage, die mit dem Grundrohr verschweißbar sind.
  • Bevorzugt ist die Schweißschicht spiralförmig auf das Grundrohr aufgebracht. Die Schicht kann also beispielsweise bei sich drehendem Grundrohr spiralförmig aufgeschweißt werden.
  • Herkömmliche Hartgusswalzen besitzen Härten von etwa 530 HV. Mit dem erfindungsgemäßen Aufbringen einer Schweißschicht sind ohne weiteres Härten bis beispielsweise etwa 800 HV denkbar.
  • Die Schweißschicht kann durch eine oder auch durch mehrere Schweißlagen gebildet sein. Dabei beträgt die Dicke einer jeweiligen Schweißlage vorzugsweise etwa 3 mm.
  • Die Gesamtdicke der Schweißschicht nach der Endbearbeitung der Oberfläche beispielsweise durch Drehen oder Schleifen liegt vorteilhafterweise in einem Bereich von etwa 1 bis etwa 20 mm, vorzugsweise in einem Bereich von etwa 3 bis etwa 10 mm.
  • Bei der beheizbaren Walze kann es sich insbesondere um eine rotierende Hohlwalze mit angeflanschten gelagerten Zapfen handeln.
  • Vorteilhafterweise ist die Walze mit peripheren, sich vorzugsweise parallel zur Walzenachse erstreckenden Heizkanälen oder -bohrungen versehen.
  • Eine bevorzugte Wandstärke der beheizbaren Walze liegt in einem Bereich von etwa 100 bis etwa 200 mm.
  • Das Grundrohr der beheizbaren Walze kann insbesondere durch ein geschmiedetes Rohr, durch ein nahtlos gezogenes Rohr oder aus einem ausgedrehten Rundstahl bestehen.
  • Wie bereits erwähnt, kann für die hier in Rede stehenden beheizbaren Walzen von in der Regel relativ dicker Wandstärke ein Grundrohr aus einfachem Stahl verwendet werden, das sehr leicht gebohrt werden kann. In der erfindungsgemäßen Walze können zudem die Eigenspannungen deutlich reduziert werden. Beim Aufheizen der Walze auf Temperaturen in einem Bereich von 100° bis 250°C sinkt dadurch die Summe von Eigenspannungen und äußeren Spannungen auf ein gut beherrschbares Niveau. Im Gegensatz zu den herkömmlichen Walzen ist erfindungsgemäß eine konstante Härteschichtdicke erreichbar, die eine deutlich bessere Formstabilität und ein besseres dynamisches Laufverhalten der Walze mit sich bringt.
  • Ein weiterer entscheidender Vorteil der erfindungsgemäßen beheizbaren Walze besteht darin, dass sie verbesserte Reparaturmöglichkeiten bietet. So kann bei der erfindungsgemäßen Walze nach einer jeweiligen Beschädigung die jeweilige Reparatur durch ein erneutes Auftragschweißen erfolgen.
  • Bezüglich des Verfahrens wird die zuvor angegebene Aufgabe nach der Erfindung entsprechend dadurch gelöst, dass die Schweißschicht mit einer ausgehend vom Grundrohr radial nach außen zunehmenden Härte erzeugt wird und dass mit der Schweißschicht eine Oberflächenhärte nach Vickers ≥ 600 HV, insbesondere ≥ 700 HV, insbesondere ≥ 750 HV und vorzugsweise von etwa 800 HV, erzeugt wird.
  • Dabei erfolgt das Aufschweißen der Schweißschicht zweckmäßigerweise unter Pulver oder unter Schutzgas und durch eine Materialzugabe in Form wenigstens eines Bandes oder Drahtes.
  • Wie bereits erwähnt, kann die Schweißschicht vorteilhafterweise bei sich drehendem Grundkörper spiralförmig aufgebracht werden.
  • Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens werden die endgültigen Werkstoffeigenschaften der Beschichtung nach dem Schweißauftrag durch eine entsprechende Wärmebehandlung eingestellt, die eine Glühbehandlung umfaßt, wobei die über die nachträgliche Wärmebehandlung einstellbaren Werkstoffeigenschaften die Zähigkeit, die Gefügestruktur, die Formstabilität, die Eigenspannung, die Härte und/oder dergleichen umfassen.
  • Es ist also eine beheizbare Walze aus einem Stahlgrundrohr mit harter Auftragsschweißschicht herstellbar, bei der die gewünschten Werkstoffeigenschaften, hier beispielsweise die Härte, durch die anschließende Wärmebehandlung in der gewünschten Weise eingestellt werden können.
  • Die Schweißschicht ist bevorzugt in Verbindung mit einer Wolframcarbidschicht vorgesehen.
  • Soweit hier von einer glatten Oberfläche die Rede ist, ist diese bevorzugt durch einen Rauigkeitswert Ra in einem Bereich von etwa 0,01 bis etwa 0,2 µm definiert.

Claims (28)

  1. Beheizbare Walze mit einer glatten, harten Oberfläche zur Herstellung und/oder Behandlung einer Faserstoffbahn, insbesondere Papier-, Karton- oder Tissuebahn, mit einem Grundrohr aus schweißbarem Stahl, auf das zumindest eine Schweißschicht aufgebracht ist, die eine größere Härte besitzt als das Grundrohr,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die Härte der Schweißschicht ausgehend vom Grundrohr radial nach außen zunimmt und dass die Walze eine Oberflächenhärte nach Vickers ≥ 600 HV, insbesondere ≥ 700 HV, insbesondere ≥ 750 und vorzugsweise von etwa 800 HV, besitzt.
  2. Walze nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die Schweißschicht aus einer mit dem Grundrohr verschweißbaren Metalllegierung besteht.
  3. Walze nach Anspruch 1 oder 2,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die Schweißschicht spiralförmig auf das Grundrohr aufgebracht ist.
  4. Walze nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die Schweißschicht kontinuierlich durch eine Umfangsschweißung, anschließend eines Seitenschritt um eine Schweißnahtbreite, anschließend eine weitere Umfangsschweißung, usw. auf das Grundrohr aufgebracht ist.
  5. Walze nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die Schweißschicht durch wenigstens zwei Schweißlagen gebildet ist.
  6. Walze nach Anspruch 5,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die Dicke einer jeweiligen Schweißlage etwa 3 mm beträgt.
  7. Walze nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die Gesamtdicke der Schweißschicht nach der Endbearbeitung in einem Bereich von etwa 1 bis etwa 20 mm, vorzugsweise in einem Bereich von etwa 3 bis etwa 10 mm liegt.
  8. Walze nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass sie mit angeflanschten, gelagerten Zapfen versehen ist.
  9. Walze nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass sie mit peripheren, sich vorzugsweise parallel zur Walzenachse erstreckenden Heizkanälen oder -bohrungen versehen ist.
  10. Walze nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass sie eine Wandstärke in einem Bereich von etwa 100 bis etwa 200 mm besitzt.
  11. Walze nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass das Grundrohr durch ein geschmiedetes Rohr gebildet ist.
  12. Walze nach einem der Ansprüche 1 bis 10,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass das Grundrohr durch ein nahtlos gezogenes Rohr gebildet ist.
  13. Walze nach einem der Ansprüche 1 bis 10,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass das Grundrohr aus einem ausgedrehten Rundstahl gebildet ist.
  14. Walze nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die Schweißschicht in Verbindung mit einer Wolframcarbidschicht vorgesehen ist.
  15. Verfahren zur Herstellung einer mit einer glatten, harten Oberfläche versehenen beheizbare Walze, bei dem auf ein Grundrohr aus schweißbarem Stahl zumindest eine Schweißschicht aufgebracht wird, die eine größere Härte besitzt als das Grundrohr,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die Schweißschicht mit einer ausgehend vom Grundrohr radial nach außen zunehmenden Härte erzeugt wird, und dass mit der Schweißschicht eine Oberflächenhärte nach Vickers ≥ 600 HV, insbesondere ≥ 700 HV, insbesondere ≥ 750 HV und vorzugsweise von etwa 800 HV, erzeugt wird.
  16. Verfahren nach Anspruch 15,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass das Aufschweißen der Schweißschicht unter Pulver oder unter Schutzgas und durch eine Materialzugabe in Form wenigstens eines Bandes oder Drahtes erfolgt.
  17. Verfahren nach Anspruch 15 oder 16,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die Schweißschicht durch eine mit dem Grundrohr verschweißbare Metalllegierung gebildet wird.
  18. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 15 bis 17,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die Schweißschicht bei sich drehendem Grundkörper spiralförmig aufgebracht wird.
  19. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 15 bis 18,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die Schweißschicht kontinuierlich durch eine Umfangsschweißung, anschließend einen Seitenschritt um eine Schweißnahtbreite, anschließend eine weitere Umfangsschweißung, usw. auf das Grundrohr aufgebracht wird.
  20. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 15 bis 19,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die Schweißschicht durch wenigstens zwei Schweißlagen gebildet wird.
  21. Verfahren nach Anspruch 20,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die Dicke einer jeweiligen Schweißlage etwa 3 mm gewählt wird.
  22. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 15 bis 21,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die Gesamtdicke der Schweißschicht nach der Endbearbeitung in einem Bereich von etwa 1 bis etwa 20 mm, vorzugsweise in einem Bereich von etwa 3 bis etwa 10 mm gewählt wird.
  23. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 15 bis 22,
    dadurch gennzeichnet,
    dass die Walze mit einer Wandstärke in einem Bereich von etwa 100 bis etwa 200 mm gefertigt wird.
  24. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 15 bis 23,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass das Grundrohr durch ein geschmiedetes Rohr gebildet wird.
  25. Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 23,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass das Grundrohr durch ein nahtlos gezogenes Rohr gebildet wird.
  26. Verfahren nach einem Ansprüche 15 bis 23,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass das Grundrohr durch einen ausgedrehten Rundstahl gebildet wird.
  27. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 15 bis 26,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die endgültigen Werkstoffeigenschaften der Beschichtung nach dem Schweißauftrag durch eine entsprechende Wärmebehandlung eingestellt werden, die eine Glühbehandlung umfasst, wobei die über die nachträgliche Wärmebehandlung einstellbaren Werkstoffeigenschaften die Zähigkeit, die Gefügestruktur, die Formstabilität, die Eigenspannung, die Härte und/oder dergleichen umfassen.
  28. Verfahren nach Anspruch 27,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die Schweißschicht in Verbindung mit einer Wolframcarbidschicht vorgesehen ist.
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