CZ198995A3

CZ198995A3 - Roller for heat treatment furnaces, annealing and tunnel furnaces

Info

Publication number: CZ198995A3
Application number: CZ951989A
Authority: CZ
Inventors: Jorge A Morando
Original assignee: Alphatech
Priority date: 1994-08-09
Filing date: 1995-08-02
Publication date: 1996-02-14
Also published as: HU9502357D0; WO1996005018A1; PL309940A1; AU1083995A; HUT72280A; SK99595A3

Description

Válečky používané v pecích na tepelné zpracování, v žíhacích a tunelových pecích i když jsou navrženy s ohledem ma namáhání, selhávají následkem adheze. Adheze je primární příčina selhání a vyžaduje plynulou údržbu povrchu válečků každotýdennim tažením a po každých dvou měsících obráběním povrchu válečků.

Tažení pece spočívá v klouzání desky maj ící řetězovou mříž na válečcích pece při vysoké teplotě (1037 až 1093°C) v opačném směru než je smysl otáčení válečků (opačný směr než při normálním provozu pece). Tento proces odstraní týdenní nános, který se nahromadil na válečcích. Po několika týdnech, obvykle každý měsíc, se válečky vyjmou a jejich povrchy se obrousí. Na neštěstí jsou tyto způsoby nedostatečné k minimalizaci nejnákladnějšího z důsledků: špatné jakosti pásu. Množství výmětu stoupá.

Jev způsobený adhezí válečků v žíhací peci, kde teplota pásu je nad 1093°C, (a tvrdost pásu je nižší než tvrdost válečků) spočívá v tom, že váleček vytrhává hmotu z pásu. Nahromaděné nánosy poškozují povrch pásu, vytvářenjí pás snížené nebo nepřijatelné jakosti následkem špatné jakosti povrchu. Na druhé straně pece na tepelné zpracování, kde teplota je pod 926°C, a obecně je tvrdost povrchu válečků srovnatelná s tvrdostí pásu, pás vytrhává hmotu z válečku a způsobuje jamky, nepravidelnosti a opotřebení válečků. Tím, že pás

-2má na sobě naneseny částečky hmoty válečků, má povrch nepřij atelné j akosti.

Adheze je jev, který se vyskytuje když dva povrchy se dostanou do dotyku při zcela normálním zatížení. Nicméně vysoké teploty, zejména blízké bodu tání dotýkajících se materiálů, i bez zátěže působí vznik adheze následkem vysoké adhezní energie, viz například Rabinowicz: Friction and vear of materials, 1985.

Normální tažná sila, která musí být vyvinuta k oddělení povrchů, je považována za adhezní sílu. Poznání silného sklonu pevných látek ke přilnutí je nalezeno ve procesu adhezního opotřebení. Tomuto jevu je třeba věnovat pozornost, protože po dlouhá léta byl příčinou poruch válečků žíhacích pecí a pecí na tepelné zpracování.

Adhezní opotřebení vzniká všude, kde pevný kovový materiál je v dotyku s povrchem jiného materiálu. Odpadávání materiálu se děje ve formě malých částeček, které jsou obvykle převáděny z jednoho povrchu na druhý povrch nebo se vyskytují jako volné částečky. Oba případy se vyskytují u válečků pro žíhací pece a pece na tepelné zpracování.

Mechanismus opotřebení je důsledkem sklonu ke přilnutí dotýkajících se povrchů způsobeného přitažlivými silami, které jsou mezi povrchovými atomy obou materiálů, které jsou v dotyku. Když jsou dva materiály uvedeny do dotyku a potom odděleny, tyto přitažlivé síly se snaží vytáhnout materiál z jednoho povrchu na druhý povrch. To je mnohem výraznější, jestliže oba materiály v dotyku jsou navzájem v sobě rozpustné a/nebo je dotyk uskutečněn při vysokých teplotách nebo v blízkosti bodu táni jednoho nebo obou materiálů, které jsou v dotyku, jako je to u válečků žíhacích pecí a pecí na tepelné zpracováni . Kdykoli je materiál odebrán z jeho původního povrchu, tímto způsobem je vytvořen fragment adhezního opotřebení.

Pravidla minimalizace oblasti dotyku

Když jsou dva povrchy pevných kovových materiálů umístě-3ny velmi blízko k sobě, některé oblasti jsou ve velmi těsném dotyku a jiné jsou vice vzdáleny. Je významné vědět, které atomy silně spolupůsobí s atomy druhého povrchu a které ne. Obr.l je schematické znázorněni rozhraní ukazující zdánlivé a reálné oblasti dotyku. Tato interakce je důležitá když provozní teplota je blízká bodu tání obou materiálů. Je známo, že síly mezi atomy jsou ve velmi malé vzdálenosti několika angstromů.

Pro zjednodušení problému předpokládejme, že celá interakce mezi oběma povrchy je pouze tehdy, když je dotyk mezi atomy. Tyto oblasti dotyku jsou v teorii adheze označeny jako svazy. Součet oblastí všech svazů tvoří reálnou oblast dotyku Ar . Celková oblast rozhraní sestává z reálné oblasti dotyku Ar a oblasti, která se jeví v dotyku, kde však vzdálenost mezi povrchy zajišťuje, že tam není dotyk, a bude označena jako zdánlivá oblast dotyku A^.

Ačkoliv místa ve zdánlivé oblasti dotyku mohou být mnohem větší než reálné oblasti dotyku, nemají význam při určení interakce obou povrchů. Velmi slabé síly dlouhého dosahu existují v bodech oddělených vzdálenostmi většími než 10 angstrómů. Abrikosova a Deryagin (1957) ukázali, že jelikož tyto síly jsou velmi malé, jsou co do velikosti zanedbatelné ve srovnání se silami krátkého dosahu. Obr.2 znázorňuje tyto síly vyvij ené v j ednom svazu. Zaj imává j e podobnost s obr.6.

Ar může být vypočteno za předpokladu ideálního plastického přetvoření. Pro výpočet hodnoty Ar je třeba uvážit, že typický svaz dvou povrchů v dotyku bude vypadat jako v obr.2. To ukazuje, že rozhraní je ve stavu trojosého omezeni. Maximální tlakové napětí, které může taková oblast materiálu snést bez plastické změny tvaru je známa jako průniková tvrdost P. Bylo ukázáno, že průniková tvrdost je třikrát až pětkrát větší než pevnost v tlaku kovového materiálu, viz obr.3. Bylo ukázáno, že to platí pro slitiny kovů a mnohé nekovy, viz obr.3. Důkaz byl proveden teoreticky a experimentálně jej provdl Tábor (1951). V důsledku můžeme tedy psát,

-4že reálná oblast dotyku Ar je větší nebo rovna L/P.

Obr.3 srovnává namáháni na mezi trvalého přetvoření a tvrdost pro elementární kovy.

Na základě předešlých úvah hodnotíme význam vytvořeni minimální oblasti dotyku schopné snášet zatížení, v našem případě pro ocelový pás dopravovaný v peci. Obr.4 znázorňuj e adhezní síly vyvíjené když dva shodné kovové materiály se dostanou do dotyku při stálém zatížení. Když se oblast dotyku postupně zvětšuje, adhezní síly se zmenšují až do určité hodnoty a potom se opět zvětšují v rozporu se stavem teorie, podle které když zatíženi jednotky povrchu (L/A) se zmenšuje, adhezivni síly by měly pokračovat ve zmenšování.

Zmenšením zdánlivé oblasti dotyku mimo minimální oblast požadovanou pro nesení uvažované zátěže svazy, které vyvíj ej i adhezi a následuj ici opotřebení a poškození, se nevhodně zvětšují (reálná oblast dotyku se zvětšuje). Následkem toho se celkové adhezní síly zvětšují bez ohledu na to, že měrné zatížení na jednotku plochy se zmenšilo, viz obr.4. Tento úkaz minimalizace oblasti dotyku představuje nejmocnější oporu předloženého vynálezu.

Obr.4 rovněž ukazuje, že záměnou jednoho ze dvou materiálů, které jsou v dotyku, za odlišný materiál se mohou adhezní síly zmenšit. Minimální oblast dotyku však zůstává stejná, protože je funkcí slabšího z obou materiálů, v dané aplikaci je to pás.

Volba materiálu a jeho složení

Adhezní opotřebení nemůže být vysvětleno, aniž by existovaly silné adhezní síly mezi dotýkajícími se pevnými tělesy. Adhezní opotřebení existuje univerzálně. Také v pojednání Rabinowicze na str.28 je uveden význam povrchové energie jako omezovače adheze, ukazující těsnou korelaci mezi povrchovou energií a tvrdostí.

Adheze prostým normálním dotykem je obecně malá. Nej silnějším důvodem je, že je velmi malá hodnota reálné oblasti dotyku, která je dále zmenšena když je normální zátěž odstra-5něna. Jestliže je dotyk mezi dvěma kovovými materiály při velmi vysokých teplotách, adhezní síly by měly být podstatné (i když není zvolen vhodný materiál a oblast minimalizována) a důsledek adhezního opotřebení je poškození typicky nalezené u válečků pro pece.

Je obtížné identifikovat nejvýznamnější parametry, které zvětšují nebo zmenšují adhezí. Je však jasné, že adheze je vysoká, když:

a. Materiály mají vysokou povrchovou energii, protože to znesnadňuje rozrušení svazu.

b. Adheze bude vysoká, jestliže zvolený materiál pro dotyk může uložit malé množství pružné energie, protože toto omezí průžný návrat.

c. Je významné, že adheze je mnohem výraznější s nestejnými dvojicemi kovů, které vytvářejí bezprostřední fáze, než s kovy, které jsou nerozpustné. Důvod spočívá v tom, že nerozpustné dvojice kovů mají menši energii hodnot adheze (Keller, 1963).

Podstata vynálezu

Hlavním úkolem předloženého vynálezu je vytvořit váleček pro žíhací pec mající podstatně delší životnost. V praxi nemůže být zpracovávaný pásový materiál vyměněn, je diktován zákazníkem, Materiály,které jsou v dotyku s ocelovým pásem a které v dalším jsou označeny jako opotřebovací prsteny, obsahují vysoké podíly karbidu chrómu, karbidu wolframu, karbidu vanadu a pod. na svých površích, takže povrch opotřebovacího prstenu má vysokou tvrdost a současně nízkou povrchovou energii, která minimalizuje a za některých okolností vylučuje adhezí. Obr.5 je graf povrchové energie u bodu tání v závislosti na tvrdosti při teplotě místnosti pro některé kovy i nekovy. Přídavně má tento povrch vysokou odolnost proti mikrosváření, protože má vysoký obsah uhlíku v prvcích jej tvořících, což téměř vylučuje jeho rozpustnost v materiálu pásu.

-6Jakýkoli mikrosvár, který by mohl vzniknout mezi opotřebovacím prstenem válečku a povrchem ocelového pásu musí zamezit tvorbu slitin s vlastnostmi vazby kovů (tuhý, ohebný a silný). Vzniknou-li sváry slitin, měly by mít vlastnosti kovalentně vázané slitiny (slabá, křehká a drobivá), takže při následuj ícím otáčení válečku rovina separace bude u vytvářeného sváru, nikoliv uvnitř pásu nebo opotřebovacích prstenů válečku, neboř toto jsou typy poruch, které vytvářejí vytrhávání nebo nánosy na válečkách, jinými slovy, jestliže materiál opotřebovacího prstenu nemá vhodné složení ve skutečné oblasti dotyku mezi opotřebovacím prstenem a ocelovým pásem, vznikne velká adhezní síla nebo mikrosvár. Když je dotyk přerušen, vznikne porucha podél dalšího povrchu vyvíjejícího přenesenou částečku opotřebení.

Pokusy s adhezním opotřebením provedené s kovy, které byly v jiných kovech rozpustné, (a tudíž tvořily mikrosvary) ukázaly význam volby materiálů, které jsou v dotyku, a vedly ke skutečnostem, které jsou použity ve předloženém vynálezu: Při provozu za vysokých teplot má být zamezena vzájemná difúze a rekrystalizace materiálu v blízkosti původního rozhraní povrchových atomů obou kovů jestliže opotřebení a porucha válečků pro pece na tepelné zpracování a žíhací pece j sou správně řízeny.

Adhezní opotřebení se vyskytuje při jakékoli teplotě a atomární vzájemná difúze a rekrystalizace nemusí být přítomny. Nicméně podmínky na rozhraní při adhezním opotřebení jsou identické s podmínkami, které jsou v procesu studeného sváření . Přednostně je záhodno užívat výraz adhezní opotřebeni spíše než svařovací opotřebení.

Obr.8 ukazuje schematicky formu svazu dvou materiálů v dotyku, které jsou namáhány střihem. Je-li střihová pevnost svazu mnohem vyšší než objemová pevnost horního materiálu, střih nastane podél dráhy 2 vytvářející fragmenty stínu. Jestliže síla potřebná pro prolomení rozhraní dvou materiálů, které jsou v dotyku, buď pro pevnost adhezních sil nebo z dů-Ί vodů slitinové směsi vytvářené u rozhraní, viz obr.7, je větší než síla nutná pro prolomení spojitého povrchu uvnitř jednoho z materiálů, lom nastane podél druhého povrchu vytvořením přenesené částice opotřebeni.

Greenwood a Tábor (1957) a Bikerman (1962) ukázali, že je velmi vzácná událost, kdy svaz se zlomí přesně podél jeho původního rozhraní, protože mikrorozpustnost (mikrosvářeni); nastane vždy mezi kovovými materály.

Obr. 7(a) ukazuje typický metalurgický svar. 0br.7(b) ukazuje typický adhezní svaz.

Předchozí vysvětlení uvažuje, že lomy, které nenastanou u rozhraní, nastanou uvnitř měkčího materiálu (neseného ocelového pásu) , který podle definice má nižší mechanickou pevnost než tvrdší materiál opotřebovacích prstenů válečků.

To není obecný případ, ačkoliv obvykle větší počet zlomků měkčího materiálu (ocelového pásu) se připojí k válečku (nános) než naopak.

Přihlašovatel zjistil, že většina případů, kdy nános vznikl na válečcích, důlková koroze byla rovněž přítomná. To vede k úvaze, že i tvrdší materiály mají místní oblasti nižší pevnosti, ve kterých sloučenina vytvořená mezi dvěma materiály, které jsou v dotyku, je pevnější než materál válečku. To vede k myšlence, že ať je materiál válečků jakkoli tvrdý, není možné jeho opotřebení snížit na nulu. Modifikací materiálu opotřebovacího prstenu, který je ve styku s ocelovým pásem, je však možné k dodání velmi vysoké tvrdosti s koncentrovaným podílem pseudokovu jako jsou karbidy kovů, které minimalizují nebo vylučují rozpustnost v dopravovaném ocelovém pásu, snížit a téměř vyloučit u válečků pro pece na tepelné zpracování a žíhací pece závady způsobené adhezním opotřebením (důlková koroze nebo nánosy).

Zatímco materiál tělesa válečku může být jakákoli kovová slitina s vysokou pevností, (slitima s vysokým obsahem niklu a chrómu), opotřebovací prsteny musí mít vysokou tvrdost , vysoký obsah karbidu (nežádoucí v materálu tělesa vá-8lečku z důvodů nízké odolnosti proti nárazům) k podpoře tvorby karbidů a minimální obsah niklu pokud možno srovnatelný s požadavkem oy a co nejvyšší obsah uhlíku (eutektický nebo blízký eutektickému) k podpoře tvorby karbidů a k docílení co nejvyšší povrchové tvrdosti. Přihlašovatel také zjistil, že odstředivé lití těchto slitin zvyšuje také jejich koncentraci a zhuštění karbidových zrn na površích dotyku,tedy další zlepšeni jejich antiadhezního chování a vlastností.

Rozmezí chemického složení opotřebovacích prstenů je toto:

% hmotnostní

Prvek	od	do
Ni	10,0	30,0
Cr	20,0	40,0
C	0,4	1,8
V	2,0	10,0
Mo	0,5	1,5
Co	4,0	30,0
Si	0,8	2,5
Mn	1,0	2,0
V	0,0	10,0

Materiály uvedené výše nebo jejich karbidy mají krajně malé hodnoty součinitele adheze při stlačení (Sykorski, 1963). Přesné složení závisí na maximální teplotě a na chemickém složení zpracovávaného ocelového pásu. Tak například optimální složení materiálu opotřebovacího prstenu při zpracování ocelového pásu s nízkým obsahem uhlíku při provozní teplotě kolem 1204°C za předpokladu volby vhodné oblasti dotyku bude toto:

Prvek	% hmotnostní
Ni	30,0	+	1,5
CR	28,0	+	2,0
C	0,8	+	0,1
V	6,0	+	1,0
Mo	0,6	+	0,1
Co	10,0	+	2,0
Si	1,5	+	0.2
Mn	1,5		0,2
V	stopa
a maximální	provozní	teplota

Jestliže t

1204°C na 982°C, (typické pro pec na s odpovídajÍcím zvýšením tvrdosti pásu při stlačení a poklesu adhezní energie, mohl být snížen podíl kobaltu ve složení a zvýšen podíl železa nebo niklu, aby se získal levnější materiál, který by sloužil stejně dobře vzhledem k méně tvrdým podmínkám. Chemické složení materiálu je uvedeno v souběžné přihlášce vynálezu 08/036,328 stejného přihlašovatele.

Souhrn:

A. Příčina závady (u válečků pro snížena ze tepelné zpracování) pece na tepelné zpracování povrchu válečku a důlková a žíhaci pece) je:ADHEZE.

B. Následek závady je nános na koroze.

C. Následek těchto jevů je

1. Nízká jakost pásu

2. Krátká žvotnost válečků

3. Vysoké náklady na údržbu.

V souběžné přihlášce vynálezu číslo 08/036,328 téhož přihlašovatele se uvádí, že adheze je lineární jev. Jinými slovy, jestliže se při stálé zátěži (P) zvětšuje oblast dotyku, (měrná zátěž klesá), síly adheze se lineárně zmenšují. Zkouškami v laboratoři a v provozu pecí přihlašovatel zjistil, že tato koncepce není správná.

Sily adheze klesají s poklesem měrné zátěže až do určité

-10hodnoty (nazvané přihlašovatelem jako bod optimální oblasti dotyku) a od této hodnoty síly adheze opět vzrůstají. Jnými slovy, adheze není lineární jev, nýbrž kvadratická nebo kubická funkce těchto veličin:

A. Zátěže

B. Oblasti dotyku

C. Teploty

D. Rychlosti válečků

E. Složení materiálů v dotyku

Předložený vynález odhaluje příčinu odstraňuje vysoké náklady na údržbu válečků a pece na tepelné zpracování miinimalizací adheze těmito opatřeními:

A. Optimalizaci oblasti dotyku mezi ocelovým pásem a válečky snížením na optimální požadovanou oblast na základě nelineárního chování jevu adheze

B. Optimalizací materiálu válečků složením

1. Kovových slitin odolných proti opotřebení bohatých na tvrdé kovalentně vázané částečky (Cj^y, Οχ, VC, V^C^, atd.) rozptýlené v matrici pevného roztoku na bázi kobalt-nikl (viz A.F.Underwood Aspects of Rubbing Surfaces, Summer Conference of Fricton and Surface Finish, M.I.T. Cambridge, MA 1940, str.5-12).

2. Mechanickou modifikací dotykové oblasti povrchu válečků s využitím výhod odstředivého lití, které kondenzuje a koncentruje částečky slitin se silnou kovalentni vazbou (karbid chrómu, karbid wolfranu atd.) v dotykové oblasti vnější vrstvy opotřebení válečku a pásu.

3. Využití téměř eutektických nebo hypereutektických slitin.

Někdy se používá vodní chlazení pro snížení adheze, protože adheze je nižší při nižších teplotách. Účinky vodního chlazení jsou tyto:

A. válcovaný ocelový pás obsahuje studené čáry, které se velmi obtížně válcují,

B. válečky (ochlazované při každé otáčce) dotýkající se poruchy a tím pro žíhací pece nebo potlačením

-11horkého pásu vyvíjejí tepelný ráz (žárová trhlina),

C. nelze také přehlédnout značnou ztrátu energie (až 60%) , protože vodní chlazení válečků odvádí teplo z páce a z pásu.

Nicméně vodní chlazení snižuje adhezi a bez ohledu na studené čáry způsobuje vyšší jakost pásu.

Další předměty a výhody předloženého vynálezu budou odborníkovi z oboru zřejmé z dalšího popisu.

Přehled obrázků na výkresech

Vynález je znázorněn na výkresech, kde obr.l až 7(b) vysvětlují teorii předloženého vynálezu, obr.8 znázorňuje ocelový pás vystupuj ící z pece na tepelné zpracováni na válečcích podle přednostního provedení vynálezu, obr,9 je diagram znázorňující vztah mezi adhezními silami na válečku a oblasti dotyku, obr.10 je podélný řez válečkem podle přednostního provedeni vynálezu, obr.11 znázorňuje provádění zkoušky pásu, obr.12 je křivka průnikové tvrdosti.

Příklad provedení vynálezu

Obr.9 výkresů schematicky znázorňuje ocelový pás 10 odváděný z pece 12 na tepelné zpracování na řadě poháněných dopravních válečků 14. Obecný účel je odborníkům známý.

Obr. 10 znázorňuje podélný řez typckého válečku .14. Váleček 14 má trubkové těleso 16., přednostně z oceli NICHROM 72, která je zvolena pro svou pevnost a nejvyšší provozní teplotu. Důvod je ten, že ocelový pás 10 má značnou hmotnost a navíc značnou šířku. Celková délka válečku 14 závisí na šířce neseného pásu rovné od 3,0 m do 3,5 m. Trubkové těleso 16 má vnější válcový povrch 18 mající průměr a tlouštku v závislosti na hmotnosti ocelového pásu 10. (například 26,6 cm). Trubkové těleso 16 má podélnou osu 20 a má u jednoho konce větrací otvor 22 o průměru 9,5 mm. Trubkové těleso 16 má v popisovaném příkladu vnitřní průměr 21 cm.

Dvojice členů 24 a 26 tvaru zvonu je přívařena ke protilehlým koncům trubkového tělesa 16. Každý člen 24.26 má vnit-12řní konec 28 přivařený ke konci trubkového tělesa 16 v délceasi 7,6cm. Každý člen 24,26 má délku asi 41,3 cm včetně válcového úseku 30 o menším průměru a o délce asi 27,3 cm. V kuželovité střední části členu 24 je uložena keramická zátka 32. Člen 24 je vyroben z oceli NICHRON 72 dodávané společností Alphatech, inc. 34210 James J. Pompo Drive, Fraser, MI 48026. Keramická zátka 32 Alphatech ZRS10 je k dispozici ze stej ného pramene.

Ve vnějším konci válcového úseku 30 je uložen konec hřídele 34. Hřídel 34 je přivařen k válcovému úseku 30. Část hřídele 34 o délce asi 8,9 cm je uložena uvnitř válcového úseku 30. Hřídel 34 má střední část 36 o délce asi 21,6 cm uloženou v ložisku a konec 38 s klínovou drážkou.

Člen 26 tvaru zvonu má válcový konec 40 délky 7,6 cm uložený ve druhém konci trubkového tělesa 16. Člen 26 je také přivařen ke trubkovému tělesu 16.. Ve střední kuželové části členu 26 je uložena druhá kermická zátka 27.. Člen 26 má válcový vnější konec 42 o vnitřním průměru 8,9 cm uzpůsobený k uložení v ložisku. Vnější konec 42 nese vnitřní konec hřídele 44, který je souosý s podélnou osou 20 válečku 14 a s osou hřídele 34. Hřídel 44 má klínovou drážku 46 velikosti 17,8 cm. V tomto příkladu je na trubkovém tělese 16 nasazeno pět opotřebovacích prstenů 48. Každý opotřebovací prsten 48 má vnější průměr 30,48 cm a šířku V rovnou 8,25 cm. Opotřebovací prsteny 48 jsou rozmístěny s mezerami 25,4 cm, přičemž střed prostředního prstenu 52 je umístěn ve vzdálenosti 88,9 cm od konce trubkového tělesa 16.. Opotřebovací prsteny 48, jejichž materiál byl zvolen v tomto příkladu s ohledem na jeho malou tvorbu vměstků při dotyku s ocelemi s nízkým obsahem uhlíku, jsou nasazeny na trubkové těleso 16. a v polohách přivařeny. Materiál použitý v tomto příkladu je přednostně slitinová ocel NICO 6-1 nebo alternativně NICO

10. obě tyto oceli dodává společnost Alphatech, inc.. Hřídele 34 a 44 jsou přednostně ze slitnové oceli 304 nebo alternativně ze slitinové oceli 17-4.

-13Materiál je zvolen vzhledem k materiálu ocelového pásu tak, aby oba materiály splňovaly všechny nebo nejvíce ze šesti požadavků, uvedených výše. Přídavně je materiál zvolen pro jeho trvanlivost a jeho vhodné oxidační vlastnosti.

Opotřebovaci prsteny mohou být snadno odstraněny a nahrazeny při zlomku nákladů na nový váleček obvyklého typu. Dále tyto opotřebovaci prsteny minimalizují vyzařované a pře-

nášené teplo z ocelového pásu do zbytku válečku,	takže se
prodlužuje životnost o	týdny připojením	členů tvaru	zvonu ke
trubkovému tělesu.
Chemické složení	opotřebovacich	prstenů j e	pečlivě
řízeno. Nejdůležitější	řízené prvky jsou	tyto:
Prvek	% hmotnostní
Ni	20.0 +	10,0
Cr	30,0 +	10,0
C	1,0 +	0,8
V	8,0 ±	4,0
Mo	1,0 +	0,5
Co	18,0 +	12,0
Si	1,5 ±	0,2
Mn	1,5 +	1,0
V	5,0 ±	5,0

Pokusy provedené přihlašovatelem ukázaly, že vztah mezi výše uvedenými prvky je dán touto empirickou rovnicí:

SÍ+(C(Ni+C0)/4OÍ)³ .W+:T0TCr^+ďo-6S>

1.0+.12 když materiál pásu v dotyku s opotřebovacími prsteny je ocel s nízkým obsahem uhlíku.

Šířka opotřebovaciho prstenu je pečlivě zvolena sledováním vztahu a rozdílu mez zdánlivou oblastí dotyku a reálnou oblastí dotyku mez pásem a opotřebovacim prstenem (vz obr.9) a jeho dopadem na adhezi nebo vlastnosti vměstků mezi válečkem a pásem. Pro příklad odpovídající obr.9 je optimální teoretická oblast opotřebovacího prstenu určena vzorcem:

-14A_r = L/(NxP) kde L je celková zátěž, N je počet prstenů a P je penetrační tvrdost.

Celková síla tření ^{F = T}AU^xAR ukazuje význam minimalizace oblasti dotyku Ar, přičemž T_Au j‘^estřední hodnota smyku.

Součinitel tření f = F/L = (T_AUxA_c)/PxA_r) = (T_AU/P) je nezávslý na oblasti dotyku a ukazuje význam volby materálů v dotyku, celková síla tření však není nezávislá.

Za účelem dosažení optimální šířky opotřebovacích prstenů musí být proveden pokus s použitím vzorku materiálu pásu, který bude dopravován a kovové úseče s poloměrem rovným zvolenému poloměru opotřebovacích prstenů (viz obr.11). Může být provedena tlaková zkouška s materálem pásu ohřátým na provozní teplotu pece a zaznamenána hodnota vniku (hg) (viz obr.11 a 12) v závislosti na síle stlačeni Fg. Jestliže šířka kovové úseče o poloměru R má jednotkovou tlouštku, hodnoty oblasti dotyku mohou být snadno vypočteny z geometrického vztahu. Oblast dotyku Ag na úseku křivky úseče v důsledku velmi malého vniku (hg) bude dostatečně blízko k oblasti - dotyku vypočtené s použitím tětivy (dg), tedy

Ag = dg(in)²

Z obr.12 je možno zjistit, že hodnota, od které deformace (hg) (nebo dg) nejsou více úměrné síle Fg, odpovídá hodnotě Fg = Fq. Čára svírající úhel alfa s osou dg bude protínat křivku závislosti Fg na dg v bodu, kde.

F_c/d_c = P tg(alfa) = P(P.S.I) kde F_c je kritická zátěž úseče, d^ je kritická délka dotyku a P je průniková tvrdost.

Teoreticky při dané teplotě pásu tato hodnota d_c je jediná pro každý materiál zpracovávaného pásu a pro každou

-15zvláštni hodnotu poloměru opotřebovacího prstenu (R). Zkoušky ukázaly, že hodnoty (d_c) jsou přibližně shodné pro většinu materálů z uhlíkaté oceli pracujících při stejné teplotě, tudíž že se zjednoduší výpočet optimální oblasti opotřebovacího prstenu ve většině případů.

Po volbě počtu opotřebovacích prstenů na základě šířky pásu, který má být zpracován, (obvykle postačí tři až šest prstenů) může být celková sila zátěže vyvíjená pásem na jednotlivé opotřebovací prsteny určena takto:

F_r = L/N kde L je celková zátěž a N je počet opotřebovacích prstenů.

Šířka opotřebovacích prstenů může potom být vypočtena takto:

V_r = F_r/(P x d_c)

A protože Fq bylo určeno pro jednotkovou šířku, je

V = F /F ^wr ^rr^z c

Význam získání hodnoty zkouškou spočívá v tom, že obsahuje vlastnosti povrchu dopravovaného materálů. Vlastnosti povrchu materiálu jsou významné, protože během pohybu nastává nějaká změna energie. To je následek přetvoření objemu pásu ve styku s opotřebovacím prstenem způsobený jeho vlastni hmotností. Vezme-li se v úvahu povrchová energie, A^ (reálná oblast dotyku) bude vždy větší než odpovídá vztahu

A_r - L/(NxP)

Tento jev se zvláště projeví, je-li povrchová energie velmi velká nebo drsnost povrchu je malá.

Je tedy zřejmé, že vynález obsahuje váleček pro žíhací pece mající vyměnitelné nahraditelné opotřebovací prsteny. Opotřebovací prsteny jsou z materiálu majícího nízkou svařovací charakteristiku ve srovnání s dopravovaným ocelovým pásem. Kromě toho je navržen tvar opotřebovacího prstenu pro optimalizaci vlastnosti opotřebení v závislosti na nesené zátěži.

Claims

1. Váleček pro přenos plochého ohřátého pásu z první ocelové slitiny ze žíhací pece, vyznačující se tím, že sestává z podlouhlého trubkového tělesa majícího podélnou osu, ze hřídelů připojených ke protilehlým koncům trubkového tělesa pro jeho nesení pro otáčení kolem podélné osy a ze struktury pevně spojené s trubkovým tělesem a tvořící nespojitý povrch pro dotyk a nesení plochého ohřátého pásu na trubkovém tělesu při jeho otáčení, kterážto struktura sestává ze druhé ocelové slitiny, která je relativně nerozpustná vzhledem k první ocelové slitině ohřátého pásu, a kterážto struktura je z materiálu, jehož chemické složení v % hmotnostních je toto:

% hmotnostní

Prvek od do 0H3?, ísnad Ni 10,0 30,0 cv$in Cr 20,0 40,0 C 0,4 1,8 5 6 ; ,20 V Mo 2,0 0,5 10,0 1,5 OISOQ Co 4,0 30,0 6 I i '. í t Si 0,8 2,5 Mn 1,0 2,0 .-.i..· in--,—?. «kiewfan¹' V 0,0 10,0

2. Váleček podle nároku 1, vyznačující se tím, že struktura obsahuje podélně rozmístěné prsteny připevněné k válcovému povrchu trubkového tělesa

3. Váleček podle nároku 2, vyznačující se tím, že šířka a průměr prstenu jsou zvoleny pro minimalizaci adhezních sil mezi každým prstenem a ocelovým pásem.

4. Váleček podle nároku 3, vyznačující se tím, že oblast dotyku mezi ocelovým pásem a válečkem je zvolena podle vzorce L/P kde L je zátěž prstenu od pásu a P je průniková tvrdost materiálu pásu při provozní teplotě pece.

-17ΎΓ

5. Váleček podle nároku 4, vyznačující se tím, že oblast dotyku mezi ocelovým pásem a válečkem je zvolena podle vzorce L/(3ďy), kde L je zátěž prstenu od pásu a dy je mez pevnosti v tlaku materiálu pásu.

6. Váleček podle nároku 2, vyznačující se tím, že prsten je přemístitelně přivařen ke trubkovému tělesu.

7. Váleček podle nároku 1, vyznačující se tím, že oblast dotyku mezi ocelovým pásem a strukturou na válečku je zvolena podle vzorce L/P, kde L je zátěž prstenu od pásu a P je průniková tvrdost materiálu pásu při provozní teplotě pece.

8. Váleček pro přenos plochého ohřátého pásu z první ocelové slitiny ze žíhací pece, vyznačující se tím, že sestává z podlouhlého trubkového tělesa majícího podélnou osu, ze hřídelů připojených ke koncům trubkového tělesa pro jeho neseni pro otáčeni kolem podélné osy a ze struktury z druhé ocelové slitiny tvořící podélně rozmístěné výstupky na trubkovém tělesu pro dotyk a nesení plochého ocelového pásu při otáčeni trubkového tělesa, kteréžto výstupky mají oblast povrchu v dotyku s ocelovým pásem, přičemž povrch je schopný minimalizace odnášení druhé ocelové slitiny ze struktury ohřátým pásem nebo odnášení první ocelové slitiny z ohřátého pásu strukturou.

9. Váleček podle nároku 8, vyznačující se tím, že povrch oblasti výstupků v dotyku s ocelovým pásem je zvolen podle vzorce L/P, kde L je zátěž výstupků od pásu a P je průniková tvrdost materiálu pásu při provozní teplotě pece.

10. Váleček podle nároku 8, vyznačující se tím, že výstupky jsou připevněny ke trubkovému tělesu v blízkosti oblastí dotyku výstupků s ohřátým pásem.

11. Váleček podle nároku 1, vyznačující s tím, že struktura je vyměnitelně připevněna ke trubkovému tělesu.

12. Váleček pro dopravu plochého ohřátého pásu z první ocelové slitiny ze žíhací pece, vyznačující se tím, že sestává z podlouhlého trubkového tělesa majícího podélnou osu a uzpůsobeného k nesení s touto osou ve vodorovné poloze, ze hřídeJ * i os ·' cz Π i

O

X O • C'X az oc

LO cn

bfí-T

-18lů připojených ke koncům trubkového tělesa pro jeho nesení pro otáčení kolem podélné osy a z prstenovítých členů umístěných v podélně vzdálených polohách podél trubkového tělesa a kolem jeho podélné osy, přičemž každý prstenovitý člen má prstenovitý povrch pro dotyk a nesení ohřátého pásu pro vodorovný pohyb a každý prstenovitý člen je připevněšn ke trubkovému tělesu pro zamezení pohybu prstenovitého členu vzhledem ke trubkovému tělesu.

13. Způsob výroby prstenu pro váleček použitý pro přenos plochého ohřátého pásu z ocelové slitiny ze žíhací pece, vyznačující se tím, že obsahuje kroky volby ocelové slitiny pro materiál prstenu, který je poměrně nerozpustný v ocelové slitině materiálu pásu.

14. Způsob podle nároku 13 vyznačující se tím, že prvky v ocelové slitině materiálu prstenu jsou zvoleny, aby během lití vytvářely molekuly s velmi stabilní kovalentní vazbou vysoké hustoty typu Cj^C^, VC, ΫχΟχ, atd., které vyvíjejí vysokou tvrdost a nízkou povrchovou energii v materálu prstenu.

15. Způsob volby materiálu první ocelové slitiny prstenu pro váleček použitý pro přenos plochého ohřátého pásu ze druhé ocelové slitiny ze žíhací pece, vyznačující se tím, že zahrnuje kroky volby slitiny materiálu prstenu podle rozpustnosti materiálu pásu s rozpustností materiálu prstenu.

16. Způsob určení šířky opotřebovacího prstenu použitého na válečku pro odvádění ocelového pásu ze žíhací pece, vyznačující se tím, že obsahuje kroky provedení tlakové zkoušky se vzorkem materiálu pásu ohřátým na provozní teplotu pece a volby délky a šířky prstenu v závislosti na zátěži materiálu pásu na prstenu, a křivky průnikové tvrdosti pro zvláštní materiál pásu.

17. Váleček pro dopravu plochého ohřátého pásu z první ocelové slitiny vyznačující se tím, že sestává z podlouhlého trubkového tělesa majícího podélnou osu, ze hřídelů připojených ke koncům trubkového tělesa pro jeho nesení pro otáčení kolem

-19podélné osy a ze struktury upevněné na trubkovém tělese pro dotyk a nesení plochého ohřátého pásu na trubkovém tělese při jeho otáčení, kterážto struktura sestává ze druhé ocelové slitiny, která je relativně nerozpustná vzhledem k první ocelové slitině ohřátého pásu, a kterážto struktura je z materiálu, jehož chemické složení v % hmotnostních je toto: