FI94783C - Menetelmä telan valmistamiseksi - Google Patents

Description

5 94783

Menetelmä telan valmistamiseksi Förfarande för framställning av en vals (erotettu jakamalla kantahakemuksesta nro 911360)

Keksinnön kohteena on menetelmä telan valmistamiseksi, erityisesti paperikoneen kalanteritelan valmistamiseksi, jossa menetelmässä telan vaippa valetaan tai valetaan ja lämpökäsitellään siten, että syntyy pallografiittivalurautaa ja seuraavassa vaiheessa telavaipalle suorite-10 taan koneistus, jossa menetelmässä valurautaisen telavaipan pintakerros karkaistaan ja telavaipalle suoritetaan viimeistelytyöstö.

Paperikoneen telojen, erityisesti kalanteritelojen, telavaippoina on perinteisesti käytetty kokillivalurautatelavaippoja, jotka valmistetaan 15 valamalla harmaata valurautaa tai sen seoksia kokilliin, jolloin valu-kappaleen ulkopinta kokillin vaikutuksesta jäähtyy nopeasti muodostuen grafiitittomaksi valkoiseksi valuraudaksi. Valkoisen valuraudan rakenne koostuu kovista rautakarbideista sekä perliitistä. Valkeat valuraudat ovat kovia, hyvin kulutusta kestäviä ja vaikeasti koneistettavia.

20

Kokillivalurautatelojen vaippojen epäkohtana on materiaalista johtuva iskuhauraus sekä herkkyys äkillisille lämpötilan muutoksille, minkä vuoksi niiden käyttöä sovelluksissa, joissa lämpötilat muuttuvat on jouduttu rajoittamaan. Lisäksi valmistusmenetelmästä ts. kokillivalusta 25 johtuen muodostuu kovasta valkoisesta kerroksesta epätasainen, mikä aiheuttaa telan muotovirhettä ja pinnan epätasaisen lämpötilajakauman käyttölämpötilan noustessa. Pintakerroksen karbidisesta mikrorakenteesta johtuen telan pinnan kuluminen on epätasaista, mikä on havaittavissa paperissa ja myös aiheuttaa telan uudelleen hionnan n. 6 kuukauden 30 välein.

Lisäksi valussa käytettävien kokillien kestoikä on rajoitettu ja niiden valmistuskustannukset ovat korkeat. Koska kokilleja lisäksi tarvitaan useita erilaisia, sitoutuu niihin suuret pääomat.

35

Lisäksi kokillivalurautatelojen vaippojen koneistus valkoisen valuraudan suuren kovuuden vuoksi on hyvin vaikeata ja näin telojen valmistuskustannukset muodostuvat suuriksi.

94783 2

Kokillivalurautatelojen vaippoja on tunnetusti pyritty korvaamaan te-rästelavaipoilla, joilla ei esiinny kokillivalurautatelojen lämpötila-rajoituksia. Kokillivalurautavaippoja ei voida käyttää korkeissa, n. 250°C:n lämpötiloissa ja lisäksi niitä käytettäessä on jäähdytyksel-5 le/lämmitykselle asetettu tarkat nopeusrajat esim. 0,5-2°C/min eikä telan sisä- ja ulkopinnan lämpötilaero saa olla missään vaiheessa suurempi kuin 30-50°C. Mikäli edellä esitettyjä rajoituksia ei noudateta aiheutuu lämpöshokista kokillivalurautateloihin vaurioita. Käytettäessä teräsvaippoja ei näitä lämpötilarajoituksia esiinny, mutta esim. kaava-10 rointi aiheuttaa ongelmia, koska kaavarointi on huomattavasti tarkempaa ja kaavari kuluu voimakkaasti käytettäessä teräsvaippoja. Lisäksi terästelan vaippa kiillottuu käytön aikana ja paperin ja telan adheesio kasvaa, minkä seurauksena rainan päänvienti aiheuttaa ongelmia. Lisäksi teräksellä on värähtelyjen vaimennuskyky huonompi kuin valuraudoilla.

15

Tekniikan tasosta tunnetaan myös sellaisia ratkaisuja telojen vaipoiksi, joissa valurautaisen talavaipan pinta on uudelleen sulatettu ja näin saatu pintakerroksen valkoista valurautaa eli pyrkimyksenä on ollut aikaansaada kokillivalun korvaava menetelmä, jolla aikaansaadaan 20 kokillivalurautatelavaippojen kanssa samanlainen mikrorakenne.

Eräs tällainen menetelmä on esitetty US-patenttijulkaisussa 4,452,647, jossa on esitetty menetelmä ja laite kovapintaisten, valurautaisten kappaleiden, etenkin telojen, kuten terästeollisuuden valssien tai .· 25 paperin kalanteroimistelojen valmistuksessa sekä menetelmällä valmis tettu tela, valssi tai vastaava. Tässä tunnetussa ratkaisussa on katsottu uudeksi se, että valukappaleet kuten telat ja valssit valetaan hiekkaan tai vastaavasti niin, että niihin syntyy jähmettymisen yhteydessä pääasiassa harmaan valuraudan kiderakenne ja että tämän vaiheen 30 jälkeen suoritetaan elektronisuihkua tai -suihkuja käyttäen uudelleen-sulatuskäsittely pintakovan valun aikaansaamiseksi. Tässä tunnetussa ratkaisussa on siis käytetty pinnan uudelleensulatuskäsittelyä, joka on suoritettu sen jälkeen, kun työkappale on koneistettu lähelle lopullisia mittoja ja pintakäsittelymenetelmänä on käytetty elektronisuihkua 35 tai -suihkuja, jotta saadaan tarkasti ohjailtava ja koneistettava kuu-mennusvaikutus.

• · < 3 94783

Eräs toinen tunnettu ratkaisu, jossa pintaa käsitellään elektronisuih-kusulatusmenetelmällä karkaistun sementiittikarbidi-pintakerroksen aikaansaamiseksi on esitetty US-patenttijulkaisussa 4000011.

5 Eräs tunnettu pinnan uudelleensulatukseen perustuva ratkaisu on esitetty myös DE-patenttijulkaisussa 3640131, jossa on esitetty kovan vaippa-pinnan omaava tela ja menetelmä kovan vaippapinnan omaavan telan valmistamiseksi erityisesti paperikoneita varten, joka tela on valurautaa, joka on valettu hiekkamuotissa ja telalle nopean jäähdyttämisen jälkeen 10 aikaansaadaan ulompi karbinen kerros samoin kuin harmaa ydinvyöhyke.

Tässä tunnetussa ratkaisussa valettu tela esilämmitetään 400-600° lämpötiloihin ja esilämmitetty pintakerros nopeasti kuumennetaan likvidus-lämpötilan yli asteettain kunnes saavutetaan haluttu paikallinen sula-kerros ja tämä sula kerros nopeasti jäähdytetään karbidisen vyöhykkeen 15 aikaansaamiseksi ja lopuksi koko tela jäähdytetään ympäristön lämpötilaan.

Kaikissa edellä esitetyissä tunnetuissa ratkaisuissa on telavaipan pintakerrokseen pyritty saamaan karbidinen mikrorakenne, jossa esiintyy 20 rautakarbidihiukkasia eli sementiittiä. Nämä rautakarbidit ovat erittäin kovia ja telaa käytettäessä vaipan pinta kuluu karbidien ympärillä ja karbidit jäävät ulospäin työntyviksi huipuiksi pintaan. Näiden huippujen aiheuttama virhe on myös havaittavissa valmistettavissa papereissa .

25

Tunnetuissa ratkaisuissa on lämmitettävien telojen yhteydessä ongelmia aiheuttanut myös telavaipan muotovaihtelut lämpötilan muuttuessa. Erityisesti telavaipan rakenteen muodostuessa kahdesta eri materiaalista, esim. sisemmän osan ollessa suomugrafiittivalurautaa ja vaippapinnan 30 ollessa kokilliin valun jälkeen valkoista valurautaa aiheutuu lämpöti-lamuutosten seurauksena ongelmia, koska näiden eri kerrosten lämpölaa-jenemis- ja lämmönjohtamisominaisuudet ovat erilaisia ja lisäksi kerroksen paksuus vaihtelee. Erityisesti telavaipan muoto- ja mittavaihtelut ovat ongelmallisia, koska paperin laatu kärsii.

35 > · · 4 94783

Keksinnön päämääränä on aikaansaada menetelmä telan valmistamiseksi, jossa ei esiinny ennestään tunnettujen valmistusmenetelmien ongelmia ja haittoja ja jolla aikaansaadaan ominaisuuksiltaan tunnettuja teloja parempi tela, erityisesti sellainen tela, joka soveltuu käytettäväksi 5 korkeammissa lämpötiloissa ilman erityisiä käyttörajoituksia ja joka on valmistukseltaan helpompi ja yksinkertaisempi ja siten myös kustannuksia säästävä paperikonesovelluksia, erityisesti kalanterointia varten.

Edellä esitettyjen ja myöhemmin esille tulevien päämäärien saavuttami-10 seksi on keksinnön mukaiselle menetelmälle pääasiallisesti tunnusomaista se, että telavaipan mikrorakenne saatetaan ainakin 60 %:sti perliit-tiseksi pallografiittivaluraudaksi mainitussa valu- tai valu- ja lämpö-käsittelyvaiheessa ja että telavaippa pintakarkaistaan ja päästetään siten, että telavaipan pintakerrokseen aikaansaadaan päästömartensiit-15 tinen rakenne.

Käyttämällä lujempaa ja sitkeämpää pallografiittivalurautaa ja pinta-karkaisemalla esim. liekki- tai induktiokarkaisemalla telan vaipan pinta saavutetaan tunnettua kokillivalurautatelavaippaa kovempi päästö-20 martensiittinen rakenne, jonka kulumiskestävyys on parempi ja kuluminen edullisen mikrorakenteen ansiosta tasaisempaa, joten telan hiontaväli kasvaa olennaisesti. Sitkeämmästä ja lujemmasta perusmateriaalista johtuen keksinnön mukainen tela ei ole herkkä suurillekaan lämpötilan muutoksille eikä telaan synny muodonmuutoksia korkeissakaan käyttöläm-25 pötiloissa, sillä pintakarkaisulla saavutetaan erittäin tasainen kar-kaisukerros telan vaippaan. Lisäksi työkappale voidaan koneistaa lopullisiin mittoihin ennen karkaisua, joten telan koneistuskustannukset pienenevät merkittävästi.

30 Eräs keksinnön mukaisen menetelmän etu on myös telan vaipan uudelleen-karkaisun mahdollisuus, kun kova kerros on hiottu pois.

Keksinnön mukaisella menetelmällä aikaansaadaan tela, jossa on kovapintainen telavaippa, joka on valettu karkaisun kannalta sopivasti seoste-35 tusta valuraudasta ja jonka pinta on koneistuksen jälkeen karkaistu, 'I IKI Kiiti II 11Γ» ' t 5 94783 jolloin pintaan muodostuu päästömartensiittinen mikrorakenne, on hienon raerakenteensa vuoksi edullinen paperin kalanteroinnissa.

Keksinnön mukaisella menetelmällä aikaasaatujen telojen hiontavälit 5 muodostuvat pidemmiksi kuin tunnetuilla teloilla johtuen pinnan suuremmasta kovuudesta ja paremmasta kulumiskestävyydestä verrattuna esim. kokillivalurautateloihin.

Keksinnön mukaisella menetelmällä aikaansaadussa telassa eivät korkeat 10 käyttölämpötilat aiheuta muodonmuutoksia, koska telavaippa on periaatteessa muodostettu yhdestä samasta materiaalista. Keksinnön mukaisen telan pintarakenne eli päästömartensiittinen mikrorakenne kuluu tasaisesti eikä siihen jää kulumisen seurauksena pinnasta erottuvia huippukohtia, jolloin saavutettava paperin laatu on parempi.

15

Keksinnön mukaisella menetelmällä aikaansaadussa telassa käytetty pal-lografiittivalurauta on lujuusarvoltaan, jäykkyydeltään ja sitkeydeltään materiaalina parempi kuin yleensä kokilliin valussa käytetyn suomu- grafiittivaluraudan ominaisuudet.

20

Keksinnön mukaisella menetelmällä aikaansaadun telan etuna tunnettuihin teräsvaippaan perustuviin ratkaisuihin on telan vaipassa päästöraarten-siitin seassa olevan grafiitin voiteleva vaikutus, joten kaavarin kuluminen ei ole suurta kuten teräsvaipoilla.

25

Keksinnön mukaisella menetelmällä aikaansaadun telan, jossa on valu-rautainen vaippa, tärkeimmät edut verrattuna kokillivalurautatelavaip-paan ovat: 30 - hieno ja tasainen mikrorakenne . I - tasainen, kova pintakerros - homogeeninen materiaali ja siten pienemmät muodonmuutokset ja tasaisempi pintalämpötila korkeissa, yli 100°C lämpötiloissa - ei herkkä lämpötilan muutoksille 35 - parempi kulumiskestävyys - suurempi vetomurtolujuus • · 1 6 94783 - parempi iskusitkeys - suurempi jäykkyys

Seuraavassa keksintöä selostetaan yksityiskohtaisemmin viittaamalla 5 oheisen piirustuksen kuvioihin, joissa kuviossa 1 on esitetty kaaviollisesti tela, kuviossa 2 on esitetty kaaviollisesti leikkaus A-A kuviosta 1, 10 kuviossa 3 on esitetty tekniikan tasosta tunnetun kokillivaletun tela-vaipan pinnan mikrorakenne 200-kertaisena suurennoksena kuviossa 4 on esitetty martensiittinen mikrorakenne 500-kertaisena 15 suurennoksena ja kuviossa 5 on esitetty 200-kertaisena suurennoksena mikrorakenne, jossa on martensiittipohjalla grafiittipalloja.

20 Kuviossa 1 kaaviollisesti esitettyä telaa on merkitty viitenumerolla 10. Tela 10 käsittää telavaipan 11 ja akselitapit 13. Telavaipan 11 pintaa on merkitty viitenumerolla 12. Kuviossa 1 esitetty tela 10 on vain yksinkertainen sovellusesimerkki. Keksinnön mukainen telavaippa 11 soveltuu luonnollisesti käytettäväksi myös huomattavastikin monimutkai-_· 25 semmissa teloissa.

Kuviossa 2 on leikkaus A-A kuviosta 1. Telavaippa 11 on ulkopinnaltaan 12 kova johtuen pintakarkaistusta kerroksesta 15. Vaipan 11 sisäosaa on merkitty viitenumerolla 16.

30 * < .! Keksinnön mukaisessa menetelmässä ensin telan vaippa 11 valetaan si ten, että aikaansaadaan täysin perliittinen tai ferriittisperliittinen mikrorakenne, joka on ainakin 60-prosenttisesti perliittinen. Materiaalia on seostettu esim. siten, että C 3,0-3,8 %, Si 1,5-3,0 %, 35 Mn 0,5-0,9 %, P alle 0,05 % ja S alle 0,02 %. Lisäseosaineina käytetään Cr, Ni, Cu, Mg, Mo, Sn ja/tai AI. Tämän jälkeen valetulle telavaippa-

• · I

il I ΙΜΊ mill i i t iti i 7 94783 aihiolle 11 suoritetaan koneistus. Koneistettu telavaippa 11 pintakar-kaistaan ja ennen pintakarkaisua suoritetaan tarvittaessa esilämmitys. Pintakarkaisu suoritetaan sopivimmin induktio- tai liekkikarkaisuna.

Tämän jälkeen telavaippa 11 päästetään, jotta pinnalle saadaan pääs-5 tömartensiittinen rakenne. Telavaipan sisäosa 16 on rakenteeltaan per-liittinen tai ferriittisperliittinen. Päästölämpötila valitaan telan 10 tulevan käyttölämpötilan mukaan. Tämän jälkeen suoritetaan tarvittava viimeistelyhionta.

10 Telavaippa 11 voidaan valmistaa myös siten, että valun jälkeen suoritetaan mahdollisesti lämpökäsittely perliittisen rakenteen aikaansaamiseksi. Tämän jälkeen suoritetaan jännityksenpoistohehkutus. Koneistuksen ja pintakarkaisun sopivimmin induktio- tai liekkikarkaisun jälkeen telavaippa 11 on viimeistelytyöstöä vaille valmis.

15

Keksinnön mukaisessa menetelmässä pintakarkaisu suoritetaan sopivimmin induktio- tai liekkikarkaisuna. Molemmat ovat termisiä pintakarkaisu-menetelmiä eli lämpövaikutukseen perustuvia menetelmiä, joissa pinta kuumennetaan nopeasti lyhyeksi ajaksi ja usein paikallisesti austeniit-20 tialueelle sopivaan karkaisulämpötilaan, minkä jälkeen se sammutetaan ennen kuin sisus on ennättänyt muuttua austeniitiksi. Liekkikarkaisussa pinta kuumennetaan kaasuliekillä ja sammutus tapahtuu tavallisesti liekkiä seuraavalla vesisuihkulla. Induktiokarkaisussa sähköisen induk-tiokentän, joka aikaansaadaan induktiokelalla, vaikutussyvyydellä te-’· 25 räksessä tai valuraudassa syntyy pyörrevirtoja, jotka kuumentavat si säisesti kappaletta. Kuumennuksen jälkeen suoritetaan sammutus esim. vesisuihkulla.

Kuviossa 3 on esitetty tekniikan tasosta tunnetun kokillivaletun tela-30 vaipan pinnan mikrorakenne 200-kertaisena suurennoksena. Kuviossa näkyy sementiittiä perliittipohjalla. Sementiittiä on merkitty viitemerkin-nällä S ja perliittiä viitemerkinnällä P. Sementiitti S eli rautakarbi-dit Fe3C ovat kovia ja telan pinnan kuluessa käytön aikana perliitin P alueilta jäävät sementiitit S ulokkeiksi pintaan. Tällaisen kokilliva-35 letun telanvaipan valkoista valurautaa olevan pintakerroksen kovuus on n. 550-630 HV. Pintakerroksen paksuusvaihtelu on 5-25 mm.

8 94783

Kuviossa 4 on esitetty päästömartensiittinen rakenne, 500-kertaisena suurennoksena, joka muodostuu linssimäisistä tai neulasmaisista kiteistä. Kuviossa 4 näkyy myös grafiittipallo G.

5 Kuviossa 5 on esitetty karkaistu pinta, jossa on grafiittipalloja martens iittipohj alla, jollainen on keksinnön mukaisessa telassa. Marten-siittiä on merkitty viitemerkinnällä M. Martensiitissa M ei näy raerajoja tms. Grafiittipalloja on merkitty viitemerkinnällä G. Kuvion 3 suurennus on 200-kertainen. Erityisesti on huomattava martensiittira-10 kenteen tasaisuus. Tällaisen päästömartensiittisen rakenteen kovuus on n. 680-720 HV ja pintakarkaistun kerroksen paksuusvaihtelu alle 0,5 mm.

Seuraavassa taulukossa on vertailtu tekniikan tasosta tunnetun kokilli-valurautaisen telavaipan ja keksinnön mukaisella menetelmällä aikaan-15 saadun pintakarkaistun telan tässä induktiokarkaistun pallografiittiva-lurautatelan vaipan ominaisuuksia.

» i • · •I IN I Nil II IMS· 9 94783

TAULUKKO

KOKILLIVALURAUTA INDUKTIOKARKAISTU

5 PINTA/SISUS PALLOGRAFIITTI-

VALURAUTA

PINNAN KOVUUS (HV) 550-630 680-720 10 KOVA KERROS (mm) 6-15 8-10

KOVAN KERROKSEN

PAKSUUSVAIHTELU (mm) <25 <0,5 15 TIHEYS (kg/dm3) 7,7/7,1 7,3

LÄMMÖNJOHTOKYKY

(W/m °C) 20-28/55-62 30 20 LÄMPÖLAAJ ENEMIS- KERROIN (1/°C 10'6) 8,4/10,5 10

KIMMOKERROIN

(kN/mm2) 175/100 175 25

MURTOLUJUUS

(N/mm2) 120-200/100-140 650 MURTOVENYMÄ (%) 0 1 30 ISKUSITKEYS (J/cm2) 2 7 - 94783 10

Telan vaipan 11 materiaali on pääasiallisesti yhtä, samaa materiaalia, valurautaa, esim. pallografiittivalurautaa. Telan pintakerros 15 on päästömartensiittinen pintakarkaisun jälkeen ja sisäosa 16 ainakin 60 %:sti perliittinen. Pintakerroksen 15 paksuus on 5-30 mm, sopivimmin 5 n. 8-10 mm. Telavaipan 11 pintakerroksen 15 kovuus on n. 680-720 HV ja sisäosan kovuus n. 200-300 HB. Tela 10 soveltuu käytettäväksi 250°C lämpötiloissa ilman erityisiä käyttörajoituksia.

Keksintöä on edellä selostettu vain eräisiin sen edullisiin sovellus-10 esimerkkeihin viitaten, joiden yksityiskohtiin keksintöä ei ole kuitenkaan tarkoitus mitenkään ahtaasti rajoittaa. Monet muunnokset ja muun nelmat ovat mahdollisia seuraavien patenttivaatimuksien määrittelemän ajatuksen puitteissa.

il i · sK > »Mi I I I SI i • ·

Claims (3)

1. 94783 * 1. Menetelmä telan valmistamiseksi, erityisesti paperikoneen kalanteri- telan valmistamiseksi, jossa menetelmässä telan (10) vaippa (11) vale-5 taan tai valetaan ja lämpökäsitellään siten, että syntyy pallografiit-tivalurautaa ja seuraavassa vaiheessa telavaipalle (11) suoritetaan koneistus, jossa menetelmässä valurautaisen telavaipan (11) pintakerros (15) karkaistaan ja telavaipalle (11) suoritetaan viimeistelytyöstö, tunnettu siitä, että telavaipan (11) mikrorakenne saatetaan 10 ainakin 60 %:sti perliittiseksi pallografiittivaluraudaksi mainitussa valu- tai valu- ja lämpökäsittelyvaiheessa ja että telavaippa (11) pintakarkaistaan ja päästetään siten, että telavaipan (11) pintakerrokseen (15) aikaansaadaan päästömartensiittinen rakenne.
2. 2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että menetelmässä telavaippa (11) tarvittaessa esilämmitetään ennen karkaisua.
3. 3. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen menetelmä, tunnettu 20 siitä, että menetelmässä pintakarkaisu suoritetaan induktio- tai liek-kikarkaisuna. 94783