DE2713741A1

DE2713741A1 - Guide roller suitable for use in high temp. furnaces - where water cooled roller body has refractory sheath

Info

Publication number: DE2713741A1
Application number: DE19772713741
Authority: DE
Inventors: Hans Dr Rer Nat Preisendanz
Original assignee: Thyssen Edelstahlwerke AG
Current assignee: Thyssen Stahl AG
Priority date: 1977-03-29
Filing date: 1977-03-29
Publication date: 1978-10-05

Abstract

Guide roller which is shield from radiant heat, where the roller body(a) has a refractory sheath(b) sepd. from body (a) by distance pieces(c) such as ribs or bulges so only line contact exists between the two parts(a, b). Sheath(b) is pref. made of Si3N4; SiC; Al2O3; AlN or MgO; and several sheaths may be used and made of different refractory materials. The roller body(a) pref. has internal cooling, esp. water cooling. Spacers(c) may be monolithic with the bore of the sheath; and an air gap pref. exists between the body(a) and the sheath(b). Used to protect the roller body and possibly its bearings from heat radiated e.g. by the walls of furnaces in which the rollers are located. The furnace temp. may be 1000-1500 degrees C. The roller is efficient, but inexpensive w.r.t. materials and mfg. cost.

Description

Führunt,-srolle mit Wärmestrahlungsschutz. Guide roll with thermal radiation protection.

Die Erfindung bezieht sich auf eine Führungsrolle mit Wärmestahlungsschutz, Unter dem hier verwendeten Ausdruck Rolle sind solche gemeint, die ein- oder beidseitig gelagert sind, wobei auch Rollen mit längerer Axialerstreckung, also Walzen, mit umfaßt sein sollen.The invention relates to a guide roller with heat radiation protection, The term role used here means those that are unilateral or bilateral are stored, with rollers with a longer axial extension, ie rollers, with should be included.

Ziel der vorliegenden Erfindung ist die Schaffung eines geeigneten Schutzes von Führungsrollen gegen Wärmestrahlung bei Temperaturen oberhalb 1000°C, Es ist bekannt, solche Rollen mit einem Überzug aus keramischem Material, z.B. Aluminiumoxyd (Al2O3), z.B. durch Spritzen, zu besctlichten. Hierdurch wird zwar eine ausrachende Hitzebeständigkeit erreicht, jedoch sind solche Überzüge nicht thermoschockbeständig.The aim of the present invention is to provide a suitable one Protection of guide rollers against thermal radiation at temperatures above 1000 ° C, It is known to have such rollers with a coating of ceramic material, for example aluminum oxide (Al2O3), e.g. by spraying. This is indeed an outrageous Heat resistance achieved, but such coatings are not thermal shock resistant.

es Bei wechselnden 71emperaturen kommteszu Abplatzungen der Überzugsschicht, da die Wärmeausdehnungskoeffizienten der Keramik und die des Grundmaterials der Rolle zu unterschiedlich sind. The coating layer flakes off at changing temperatures, because the coefficient of thermal expansion of the ceramic and that of the base material of the Role are too different.

Weiterhin ist bekannt, solche Rollen komplett aus ein und demselben hochhitzebeständigen Werkstoff herzustellen, jedoch ist dies mit fertigungstechnischen Schwierigkeiten verbunden und außerdem sehr teuer, Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es nun, einen Wärmestrahlungsschutz zu finden, der wirksam und hinsichtlich Materialeinsatz und Fertigung auch preiswert ist.It is also known that such roles are completely made of one and the same Manufacture highly heat-resistant material, but this is with manufacturing technology Difficult and also very expensive, the object of the present invention it is now to find a thermal radiation protection that is effective and with regard to Use of materials and production is also inexpensive.

Hierzu wird gemäß der Erfindung eine Führungsrolle vorgeschlagen, die dadurch gekeiinzcichnet ist, daß im Abstand um den der Wärsiteso zahlung ausgesetzten Teil der Rolle, mit dieser nur über wenige durch Abstandsstücke, wie Rippen, Noppen oder dergleichen, gebildete kleinere Stützflächen bzw. punkt oder linienförmig in Berührung stehend, einen Mantel aus hochhitzebeständigem Material angeordnet ist. Tn dem Zwischenraum zwischen Rolle und Mantel befindet sich vorzugsweise Luft als Wärmeisolator.For this purpose, a guide role is proposed according to the invention, which is thereby gekeiinzcichnet that at a distance around the exposed to the heat bonus payment Part of the role, with this only a few by spacers, such as ribs, knobs or the like, formed smaller support surfaces or point or linear in Standing contact, a jacket made of highly heat-resistant material is arranged. In the space between the roller and the jacket there is preferably air as Heat insulator.

Als Materialien kommt insbesondere Siliziumnitrid in Betracht, das gegenüber anderen hochhitz beständigen Materialien, Wie Aluminiumoxyd, Aluminiumnitrid, Siliziumkarbid und Magnesiumoxyd den Vorteil einer leichten spanabhebenden Bearbeitbarkeit aufweist.Particularly suitable materials are silicon nitride, which to other highly heat-resistant materials, such as aluminum oxide, aluminum nitride, Silicon carbide and magnesium oxide have the advantage of being easy to machine having.

Die Führungsrolle kann zusätzlich mit einer Innenkühlung, insbesondere mittels Wasser, versehen sein. Auch ist es gemäß einer vorteilhaftten Ausgestaltung der Erfindung möglich, die Rolle durch mehrere jeweils im Abstand zueinander radial übereinandergeschobene Mäntel zu schützen, Dabei können die Mäntel jeweils aus unterschiedlichen hochhitzebeständigen Werkstoffen bestehen, z. B. ein Mantel aus hitzebcständigem Stahl und ein Mantel aus Keramik.The guide roller can also have internal cooling, in particular by means of water. It is also according to an advantageous embodiment the invention possible, the role by several each at a distance from one another radially Coats pushed one on top of the other to protect, the coats can each consist of different high heat-resistant materials exist, z. B. a coat of heat-sensitive Steel and a ceramic jacket.

Die Abstandsstücke, die den oder die Mäntel gegen die Rolle abstützen, sollen vorteilhafterweise an der Innenumfangsfläche des Mantels einstückig angeformt sein. Da der Mantelwerkstoff eine sclllechtere Wärmeleitfähigkeit hat als der Werkstoff, aus dem die Rolle besteht, z. B. Stahl oder Kupfer, wird der Wärmeübergang durch diese Maßnahme in wünschenswerter Weise verschlechtert.The spacers that support the jacket (s) against the roller, should advantageously be formed in one piece on the inner circumferential surface of the jacket be. Since the jacket material has a worse thermal conductivity than the material, from which the role consists, e.g. B. steel or copper, the heat transfer is through this measure desirably deteriorates.

Den durch die Erfindung erzielbaren Voiteil verdeutlichen die Bilder 1 bis 4. Bild 1 zeigt den Wärmeübergang vom Ofenraum zum wassergekühlten Tragrohr einer mit einem Mantel aus Siliziumnitrid ohne Zwischenraum beschichteten Führungsrolle bei drei verschiedenen Ofentemperaturen, nämlich 10000C, 12500C und 15000C. Auffällig ist der steile Temperaturgradient in dem Mantel. Ein solch starkes Wärmegefälle macht kaum einer der hoch.i ii tzebeständigen Werkstoffe mit, ohne im Laufe der Zeit zu erntüden und durch Rißbildung oder Abplatzungen auszufallen, Bei der in erfindungsgemäßer Weise mit einem im Abstand zu dem wassergekühlten Tragrohr angeordneten Mantel aus Siliziumnitrid, zwischen dem und der Oberfläche des Tragrohrs ein Luftspalt gebildet ist, geschützten Führungsrolle stellt sich der Wärnleübergang gemäß Bild 2 wesentlich anders dar. Hier ist der Temperaturgradient in dem Mantel wesentlich flacher und dementsprechend die thermische Belastung des Mantelwerkstoffs wesentlich geringer. Im Luftspalt zwischen Mantel und Tragrohroberfläche ist der Temperaturgradient dann sehr steil, was an der wärmeisolierenden Wirkung der Luft -Zwiscljenschicht liegt. Im Tragrolir selbst ist der Temperatur gradient dann wieder sehr flach, Ein ähnliches Bild ergibt sich, wenn das wassergekülilte Tragrohr der Führungsrolle durch zwei radial übereinandergeschobene Mäntel gegen Wärmestrahlung geschützt wird0 Bild 3 zeigt den Wärmeüber gang bei der Kombination eines Mantels aus Stahl mit einem aus Siliziumnitrid und Bild 4 den Verlauf bei zwei Mänteln aus Siliziumnitrid, die jeweils mit Abstand übereinander und auf das wasserge kühlte Tragrohr geschoben worden sind.The advantages that can be achieved by the invention are illustrated by the pictures 1 to 4. Figure 1 shows the heat transfer from the furnace chamber to the water-cooled support tube a guide roller coated with a jacket made of silicon nitride without a gap at three different oven temperatures, namely 10000C, 12500C and 15000C. Noticeable is the steep temperature gradient in the mantle. Such a strong heat gradient Hardly any of the highly corrosion-resistant materials can withstand without in the course of the Time to harvest and fail due to cracking or flaking according to the invention with a spaced apart from the water-cooled support tube Silicon nitride jacket with an air gap between and the surface of the support tube is formed, protected leadership role is the heat transition as shown in the picture 2 is significantly different. Here, the temperature gradient in the jacket is essential flatter and, accordingly, the thermal load on the jacket material is significant less. The temperature gradient is in the air gap between the jacket and the surface of the support tube then very steep, which is due to the heat-insulating effect of the air-intermediate layer lies. In the turret itself, the temperature gradient is then very flat again, A A similar picture emerges when the water-cooled support tube of the guide roller is protected against heat radiation by two jackets pushed radially on top of each other0 Figure 3 shows the heat transfer when a steel jacket is combined with one made of silicon nitride and Figure 4 shows the curve for two sheaths made of silicon nitride, each with a distance one above the other and pushed onto the water-cooled support tube have been.

Ein Beispiel für die Anordnung eines Wärmestrahlungsschtzes auf einer Führungsrolle ist in der Zeichnung dargestellt, wobei Fig. 1 einen Längsschnitt und Fig. 2 einen Querschnitt der Führungsrolle zeigt.An example of the arrangement of a thermal radiation shield on a Guide roller is shown in the drawing, FIG. 1 being a longitudinal section and Fig. 2 shows a cross section of the guide roller.

Auf den z.B. wassergekühlten Grundkörper der Führungsrolle 1 ist ein aus zwei Schichten 2', 2" bestehender Mantel 2 konzentrisch aufgezogen und zwar derart, daß sowohl zwischen der Umfangsnäche des Grundkörpers der Führungsrolle 1 und dem ersten Mantel 2' als auch zwischen den beiden Mänteln 2', 2" mit Luft gefüllte Hohlräume 4 verbleiben" Der Mantel 2" stützt sich auf dem Mantel 2' und letzterer auf der Oberfläche des Grundkörpers der Führungsrolle 1 über Abstands stücke 3 ab, die jeweils nur kleine Berührungsflächen bilden und vor -zugsweise eine punkt- oder linienförmige Berührung haben. Dadurch wird sichergestellt, daß die Wärmeübertragung durch Ävärmeleitung zwischen den beiden Mänteln 2', 2" und zwischen dem Mantel 2' und dem Grundkörper 1' der Führungsrolle 1 gering ist. Durch die luftgefüllten Zwischenräume 4 werden wärmeisolierende Barrieren geschaffen, die bewirken, daß der Temperaturgrdient in den Mänteln 2',2" und in der Wand des Grundkörpers 1' der Führungsrolle 1 verhältnismäßig flach verläuft und die Thermoschockanfälligkeit jeweils gering ist.On the e.g. water-cooled base body of the guide roller 1 is a from two layers 2 ', 2 "existing jacket 2 drawn concentrically and that such that both between the peripheral surface of the base body of the guide roller 1 and the first jacket 2 'as well as between the two jackets 2', 2 "with air filled cavities 4 remain "The jacket 2" is supported on the jacket 2 'and the latter on the surface of the base body of the guide roller 1 over distance pieces 3 from, which each form only small contact surfaces and preferably have point or line contact. This ensures that the heat transfer through thermal conduction between the two jackets 2 ', 2 "and between the jacket 2 'and the base body 1' of the guide roller 1 is low. By the air-filled spaces 4 are created heat-insulating barriers, which cause the temperature gradient in the jackets 2 ', 2 "and in the wall of the The base body 1 'of the guide roller 1 is relatively flat and is susceptible to thermal shock each is low.

Die Mäntel 2', 2" können untereinander und mit dem Grundkörper 1' der Führungsrolle 1 über Zentrierstifte 5 oder dergleichen miteinander verbunden sein.The jackets 2 ', 2 "can be with each other and with the base body 1' the guide roller 1 connected to one another via centering pins 5 or the like be.

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Claims

Claims S Guide roller with thermal radiation protection, characterized that at a distance around the part of the roller (1) exposed to the Vänyje radiation, with this only a few small ones formed by spacers (3) such as ribs, knobs or the like Support surfaces or

standing in point or line form in contact, a jacket (2) from heat-resistant material is arranged.

2. Guide roller according to claim 1, characterized in that the Highly heat-resistant material is silicon nitride (Si3N4).

3. Guide roller according to claim 1, characterized in that the The highly heat-resistant material is silicon carbide (SiC).

4. Guide roller according to claim 1, characterized in that the The heat-resistant material is aluminum oxide (A1203).

5. Guide roller according to claim 1, characterized in that the Highly heat-resistant material is aluminum nitride (A1N).

6. Guide roller according to claim 1, characterized in that the The highly heat-resistant material is magnesium oxide (MgO).

7. Guide roller according to one of claims 1 to 6, characterized in that that it has internal cooling, in particular water cooling.

8. Guide roller according to eiiiem of claims 1 to 7, characterized in that that they are pushed one above the other radially by several each at a distance from one another Coats (2 ', 2 "...) is protected.

9. Guide roller according to claim 8, characterized in that the Sheaths are made of different highly heat-resistant materials.

10. Guide roller according to one of claims 1 to 9, characterized shows that the spacers (3) between the jacket (2) and roller (1) in one piece are formed on the inner circumferential surface of the jacket (2).

left Guide roller according to one of Claims 1 to 10, characterized in that that there is air in the space (4) between roller (1) and jacket (2).