EP1840261A1 - Verfahren zur Herstellung einer Walze - Google Patents

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EP1840261A1
EP1840261A1 EP07013737A EP07013737A EP1840261A1 EP 1840261 A1 EP1840261 A1 EP 1840261A1 EP 07013737 A EP07013737 A EP 07013737A EP 07013737 A EP07013737 A EP 07013737A EP 1840261 A1 EP1840261 A1 EP 1840261A1
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EP
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welding
welding layer
layer
hardness
base tube
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EP07013737A
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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
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Voith Patent GmbH
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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, board or tissue web. It further relates to a process for producing such a roll.
  • KSTV chrome casting
  • 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.
  • the roller comprises a base tube made of weldable steel, to which at least one welding layer is applied, which has a greater hardness than the base tube.
  • 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 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 roll preferably has a surface hardness of Vickers ⁇ 450 HV.
  • surface hardnesses are above a value of about 450 HV without problems reachable.
  • Conventional chill rolls have hardnesses of about 530 HV.
  • curing up to, for example, about 800 HV is conceivable without further ado.
  • this has a surface hardness according to Vickers> 530 HV.
  • it has a surface hardness of Vickers ⁇ 600, in particular ⁇ 700, in particular ⁇ 750 and preferably of about 800 HV.
  • the surface hardness according to Vickers can therefore in particular be in a range of about 450 to about 800 HV and preferably in a range of about 530 to about 800 HV.
  • 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 layer or metal alloy to be welded has relatively freely determinable constituents, the physical and chemical properties of the layer or the various layers of this layer can be variably adjusted.
  • the hardness of the welding layer, starting from the base tube increases radially outward, as a result of which internal stresses are correspondingly reduced.
  • 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 object stated above according to the invention is achieved accordingly by applying to a base tube made of weldable steel at least one welding layer which has a greater hardness than the base tube.
  • 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 invention moreover relates generally to a process for producing a roll for use in papermaking, which is thus applicable not only for the production of heating rolls but also for the production of other rolls serving for the papermaking or treatment.
  • this method is characterized in that at least one welding layer is applied to a base tube made of weldable steel and that the final material properties of the coating after the welding application are set by a corresponding heat treatment.
  • the heat treatment may in particular comprise an annealing treatment.
  • the material properties which can be set via the subsequent heat treatment include the toughness, the microstructure, the dimensional stability, the residual stress, the hardness and / or the like.
  • a heatable roller made of a steel base tube with a hard hardfacing layer can also be produced again.
  • the desired material properties, here, for example, the hardness, can be adjusted by the subsequent heat treatment in the desired manner.
  • At least one welding layer is applied to the base tube made of weldable steel, which has a greater hardness than the base tube.
  • 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.

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

Es wird ein Verfahren zur Herstellung einer Walze für den Einsatz bei der Papierherstellung angegeben, bei dem auf ein Grundrohr aus schweißbarem Stahl zumindest eine Schweißschicht aufgebracht wird und die endgültigen Werkstoffeigenschaften der Beschichtung nach dem Schweißauftrag durch eine entsprechende Wärmebehandlung eingestellt werden.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine beheizbare Walze mit einer glatten, harten Oberfläche zur Herstellung und/oder Behandlung einer Faserstoffbahn, insbesondere Papier-, Karton- oder Tissuebahn. Sie betrifft ferner ein Verfahren zur Herstellung einer solchen Walze.
  • 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.
  • 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 Walze ein Grundrohr aus schweißbarem Stahl umfasst, auf das zumindest eine Schweißschicht aufgebracht ist, die eine größere Härte besitzt als das Grundrohr.
  • Das Grundrohr der Walze kann also aus einem relativ einfachen schweißbaren Stahl gefertigt werden, während darüber eine oder mehrere harte Schweißschichten aufgebracht werden.
  • 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.
  • Bevorzugt besitzt die Walze eine Oberflächenhärte nach Vickers ≥ 450 HV. Mit dem erfindungsgemäßen Aufbringen einer Schweißschicht sind problemlos Oberflächenhärten oberhalb eines solchen Wertes von etwa 450 HV erreichbar. Herkömmliche Hartgusswalzen besitzen Härten von etwa 530 HV. Mit dem erfindungsgemäßen Aufbringen einer Schweißschicht sind ohne weiteres Härten bis beispielsweise etwa 800 HV denkbar.
  • Gemäß einer bevorzugten praktischen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Walze besitzt diese eine Oberflächenhärte nach Vickers > 530 HV. Vorteilhafterweise besitzt sie eine Oberflächenhärte nach Vickers ≥ 600, insbesondere ≥ 700, insbesondere ≥ 750 und vorzugsweise von etwa 800 HV. Die Oberflächenhärte nach Vickers kann also insbesondere in einem Bereich von etwa 450 bis etwa 800 HV und vorzugsweise in einem Bereich von etwa 530 bis etwa 800 HV liegen.
  • 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.
  • Da die zu schweißende Schicht bzw. Metalllegierung relativ frei bestimmbare Bestandteile besitzt, sind die physikalischen und chemischen Eigenschaften der Schicht bzw. der verschiedenen Lagen dieser Schicht variabel einstellbar. So nimmt gemäß einer zweckmäßigen praktischen Ausführungsform die Härte der Schweißschicht ausgehend vom Grundrohr radial nach außen zu, wodurch Eigenspannungen entsprechend reduziert werden.
  • 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 auf ein Grundrohr aus schweißbarem Stahl zumindest eine Schweißschicht aufgebracht wird, die eine größere Härte besitzt als das Grundrohr.
  • 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.
  • Die Erfindung betrifft überdies allgemein ein Verfahren zu Herstellung einer Walze für den Einsatz bei der Papierherstellung, das also nicht nur zur Herstellung von Heizwalzen, sondern auch zur Herstellung anderer der Papierherstellung oder -behandlung dienender Walzen anwendbar ist. Dieses Verfahren zeichnet sich erfindungsgemäß dadurch aus, dass auf ein Grundrohr aus schweißbarem Stahl zumindest eine Schweißschicht aufgebracht wird und dass die endgültigen Werkstoffeigenschaften der Beschichtung nach dem Schweißauftrag durch eine entsprechende Wärmebehandlung eingestellt werden.
  • Dabei kann die Wärmebehandlung insbesondere eine Glühbehandlung umfassen.
  • Gemäß einer bevorzugten praktischen Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens umfassen die über die nachträgliche Wärmebehandlung einstellbaren Werkstoffeigenschaften die Zähigkeit, die Gefügestruktur, die Formstabilität, die Eigenspannung, die Härte und/oder dergleichen.
  • Mit diesem Verfahren ist also insbesondere auch wieder eine beheizbare Walze aus einem Stahlgrundrohr mit harter Auftragsschweißschicht herstellbar. Die gewünschten Werkstoffeigenschaften, hier beispielsweise die Härte, können durch die anschließende Wärmebehandlung in der gewünschten Weise eingestellt werden.
  • Bevorzugt wird auf das Grundrohr aus schweißbarem Stahl wieder zumindest eine Schweißschicht aufgebracht, die eine größere Härte besitzt als das Grundrohr.
  • 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 (23)

  1. Verfahren zur Herstellung einer Walze für den Einsatz bei der Papierherstellung,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass auf ein Grundrohr aus schweißbarem Stahl zumindest eine Schweißschicht aufgebracht wird und dass die endgültigen Werkstoffeigenschaften der Beschichtung nach dem Schweißauftrag durch eine entsprechende Wärmebehandlung eingestellt werden.
  2. Verfahren nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die Wärmebehandlung eine Glühbehandlung umfasst.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die über die nachträgliche Wärmebehandlung einstellbaren Werkstoffeigenschaften die Zähigkeit, die Gefügestruktur, die Formstabilität, die Eigenspannung, die Härte und/oder dergleichen umfassen.
  4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass auf das Grundrohr aus schweißbarem Stahl zumindest eine Schweißschicht aufgebracht wird, die eine größere Härte besitzt als das Grundrohr.
  5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die Schweißschicht in Verbindung mit einer Wolframcarbidschicht vorgesehen ist.
  6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass zur Herstellung einer mit einer glatten, harten Oberfläche versehenen beheizbaren Walze auf das Grundrohr aus schweißbarem Stahl zumindest eine Schweißschicht aufgebracht wird, die eine größere Härte besitzt als das Grundrohr.
  7. Verfahren nach Anspruch 6,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass das Aufschweißen der Schweißschicht unter Pulver oder unter Schutzgas und durch eine Materialzugabe in Form wenigstens eines Bandes oder Drahtes erfolgt.
  8. Verfahren nach Anspruch 6 oder 7,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die Schweißschicht durch eine mit dem Grundrohr verschweißbare Metalllegierung gebildet wird.
  9. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 8,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die Schweißschicht bei sich drehendem Grundkörper spiralförmig aufgebracht wird.
  10. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 9,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die Schweißschicht kontinuierlich durch eine Umfangsschwei-βung, anschließend einen Seitenschritt um eine Schweißnahtbreite, anschließend eine weitere Umfangsschweißung, usw. auf das Grundrohr aufgebracht wird.
  11. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 10,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass mit der Schweißschicht eine Oberflächenhärte nach Vickers ≥ 450 HV erzeugt wird.
  12. Verfahren nach Anspruch 11,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass mit der Schweißschicht eine Oberflächenhärte nach Vickers > 530 HV erzeugt wird.
  13. Verfahren nach Anspruch 12,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass mit der Schweißschicht eine Oberflächenhärte nach Vickers ≥ 600, insbesondere ≥ 700, insbesondere ≥ 750 und vorzugsweise von etwa 800 HV erzeugt wird.
  14. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 13,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass mit der Schweißschicht eine Oberflächenhärte nach Vickers in einem Bereich von etwa 450 bis etwa 800 HV erzeugt wird.
  15. Verfahren nach Anspruch 14,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass mit der Schweißschicht eine Oberflächenhärte nach Vickers in einem Bereich von etwa 530 bis etwa 800 HV erzeugt wird.
  16. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 15,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die Schweißschicht durch wenigstens zwei Schweißlagen gebildet wird.
  17. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 16,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die Dicke einer jeweiligen Schweißlage etwa 3 mm gewählt wird.
  18. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 17,
    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.
  19. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 18,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die Schweißschicht mit einer ausgehend vom Grundrohr radial nach außen zunehmenden Härte erzeugt wird.
  20. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 19,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass sie mit einer Wandstärke in einem Bereich von etwa 100 bis etwa 200 mm gefertigt wird.
  21. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 20,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass das Grundrohr durch ein geschmiedetes Rohr gebildet wird.
  22. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 21,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass das Grundrohr durch ein nahtlos gezogenes Rohr gebildet wird.
  23. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 21,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass das Grundrohr durch einen ausgedrehten Rundstahl gebildet wird.
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