DE2421318B2

DE2421318B2 - Verfahren und Vorrichtung zur pulvermetallurgischen Herstellung von Bändern

Info

Publication number: DE2421318B2
Application number: DE2421318A
Authority: DE
Inventors: Terence Wickersley Rotherham Fieldsend; George Sheffield Jackson
Original assignee: BRITISH STEEL CORP LONDON
Current assignee: BRITISH STEEL CORP LONDON
Priority date: 1973-05-03
Filing date: 1974-05-02
Publication date: 1981-02-05
Also published as: DE2421318A1; DD112087A5; NO741581L; FR2227919B1; LU69978A1; CA1013180A; NL178757C; AT334718B; HU173424B; FR2227919A1; IL44686A; IE39215B1; NL7405951A; AR201229Q; CS216904B2; JPS5624683B2; IE39215L; JPS5041705A; AU6855074A; BR7403563D0

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren der im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen Gattung. Derartige Verfahren sind in der DE-OS 15 83 732 und der US-PS 31 22 434 beschrieben. Derartige Verfahren sind aus der Aufgabenstellung heraus entwickelt worden, die bei der üblichen Bandherstellung erforderlichen Kosten für das Gießen, das Warmwalzen und das i^o !twalzer! zu reduzieren die einen erheblichen Energieaufwand bedingen, insbesondere auch deshalb, weil zwischen den einzelnen Walzvorgängen noch Zwischenglühungen erforderlich sind.

Bisher konnte die Erzeugung von Bändern jedoch kommerziell nur für teure oder schwierig zu bearbeitende Metalle und deren Legierungen durchgeführt werden, wobei weniger der Gesichtspunkt der Kostenersparnis sondern die Technologie bei der Herstellung überhaupt im Vordergrund standen, weil derartige

ίο Metalle nach den herkömmlichen Methoden nicht verarbeitet werden konnten und aus diesem Grunde gesintert werden mußten. Aus diesem Grunde spielte bei diesen Produkten der Herstellungspreis keine entscheidende Rolle.

Es ist zwar von verschiedenen Stahlherstellern in der Vergangenheit versuche worden, die pulvermetallurgische Herstellung von Stahlbändern zu realisieren, jedoch haben diese Versuche zu keinem befriedigenden Erfolg geführt Die bisherigen Ergebnisse waren unbefriedigend, weil beim nachfolgenden Kaltwalzen des Rohbandes Risse entstanden, wodurch die Bindung zwischen den einzelnen gesinterten Partikeln gestört wurde. Diese Fehlstellenbildung konnte auch durch die schwimmende Lagerung des Rohbandes durch das Gaskissen beim Durchlaufen des Sinterofens nicht verhindert werden.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein für den Masseneinsatz geeignetes Verfahren und eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens zu schaffen, wodurch qualitativ hochwertige, von Fehlstellen freie Stahlbänder mit einem gegenüber den Kosten herkömmlicher Verfahren wesentlich verminderten Kostenaufwand herstellbar sind. Gelöst wird die gestellte Aufgabe durch die im Kennzeichen des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale. Der Erfindung liegt demgemäß die Erkenntnis zugrunde, daß selbst so kleine Zugspannungen, die durch das Schrumpfen in Längsrichtung zustande kommen, ausreichend sind, um die Qualität des fertigen Bandes schwerwiegend zu beeinträchtigen, und daß diese Fehlerquelle nur dadurch beseitigt werden kann, daß die Fördergeschwindigkeit am Einlauf und Auslauf des Ofens unterschiedlich so gestaltet wird, daß die durch Schrumpfung bewirkte Verkürzung frei erfolgen "kann, ohne zu Rissen im Band zu führen. Nach der Erfindung kann das gesinterte Band frei schrumpfen, weil ein Steuersystem die Relativgeschwindigkeiten der Fördermittel am Ofeneingang und Ofenausgang so anpaßt, daß die Verkürzung möglich ist, ohne daß die Spannung im Band erhöht wird.

so Es ist zwar durch die Literaturstelle »Citron/Gustafsson, Flakt-Papiertrockner, AB Svenska Fläktfabriken (Dezember 1968)« bei der Papiertrocknung bereits bekannt, die Geschwindigkeit der Förderwalzen vor und nach Durchlaufen einer Trockenvorrichtung unterschiedlich einzustellen. Ein solches Trockenverfahren ist jedoch nicht mit einem Sinterverfahren zu vergleichen; denn die Trocknung erfordert relativ geringe Temperaturen mit dem Ziel, überschüssige Flüssigkeit zu entfernen, indem die äußeren Oberflächen einer Bahn einer Wärmequelle ausgesetzt werden, während es sich bei einem Sintervorgang um einen unter sehr hohen Temperaturen durchgeführten Diffusionsprozeß handelt, bei welchem ein Verschweißen zwischen benachbarten Metallpartikeln stattfindet. Außerdem besteht bei der Papiertrocknung die Aufgabe, eine zufällige Orientierung des Faserstoffgehalts der aufgequollenen Papierbahn aufrechtzuerhalten, um die Streckbarkeit und die Zugfestigkeit des getrockneten Papiers zu

verbessern. Dies wird dadurch bewerkstelligt, daß die aufgequollene Papierbahn unter Bedingungen einer vorbestimmten Zugspannung getrocknet wird. Bei dem erfindungsgemäßen Stahlband-HerstelJungsverfahren wird demgegenüber angestrebt, die Zugspannung im Band nach Möglichkeit überhaupt zu vermeiden und jedenfalls so klein wie möglich zu halten.

Weitere zweckmäßige Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens ergeben sich aus den Ansprüchen 2 bis 5; zwei bevorzugte Anwendungen dieses Verfahrens sind in den Ansprüchen 6 und 7 und eine zweckmäßige Ausgestaltung der Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens ist in Anspruch 8 angegeben.

Nachstehend werden Ausführungsbeispiele der Erfin- ι s dung anhand der Zeichnung beschrieben. In der Zeichnung zeigt

F i g. 1 eine schematische Darstellung einer Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens zur pulvermetallurgischen Hestellung von Stahlbändern;

F i g. 2 in größerem Maßstab einen Querschnitt eines Sinterofens, der einen Bestandteil der Vorrichtung nach F i g. 1 bildet;

Fig.3 und 4 jeweils einen Längsschnitt weiterer Ausführungen von Vorrichtungen zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens.

Die in F i g. 1 dargestellte Vorrichtung weist einen Aufgabetrichter 1 auf, der das zu verarbeitende Pulver P enthält, das aus einem eisenhaltigen Material, z. B. *as ferritischem oder austenitischem rostfreiem Stahl besteht Unmittelbar unter dem Auslauf des Aufgabetrichters 1 sind zwei Verdichtungswalzen 2 angeordnet, in deren Walzspalt das Pulver eintritt. Die Verdichtungswalzen werden gegenläufig gedreht und erzeugen « das Rohband S.

Hinter den Verdichtungswalzen 2 sind ein erstes Förderwalzenpaar 4, ein Tisch 5 zum »schwimmenden« Unterstützen des Bandes S, ein Sinterofen 6, ein zweites Förderwalzenpaar 7 und eine Haspel 8 zum Aufwickeln *o des Bandes S zu einer Rolle 9 angeordnet. Gemäß F i g. 1 wird das Rohband S hinter den Verdichtungswalzen 2 über den Flotationstisch 5 geleitet und durch den Sinterofen 6 geführt; zu diesem Zweck wird das Band durch die Förderwalzenpaare 4 und 7 bewegt. Zwischen den Umfangsgeschwindigkeiten der vor dem Sinterofen

6 angeordneten Förderwalzen 4 und der Förderwalzen

7 besteht eine solche Beziehung, daß die Zugspannung, die in dem Rohband zur Wirkung kommt, während es den Sinterofen durchläuft, praktisch den Wert Null annimmt. Bei einem Rohband, das aus pulverisiertem austenitischem rostfreiem Stahl hergestellt ist, würde man die Zugspannung so einstellen, daß sich ein Wert von weniger als 0,07 N/mm² des Querschnitts und bei einem pulverisierten ferritischen Material ein Wert von weniger als 0,05 N/mm² ergibt. Um ein Schrumpfen des Bandes beim Durchlaufen des Sinterofens 6 zu ermöglichen, wird daher die Umfangsgeschwindigkeit der Förderwalzen durch einen Regler 10 so eingestellt, daß die Umfangsgeschwindigkeit der Walzen 4 um einen Betrag niedriger ist, der der zu erwartenden linearen Verkürzung des Bandes entspricht, das beim Durchlaufen des Sinterofens einer Schrumpfung unterliegt.

Die zu erwartende Schrumpfung läßt sich ermitteln, ^b5 wenn man die Zusammensetzung des Rohbandes, die Morphologie des Metallpulvers und die in dem

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aus pulverisiertem rostfreiem Stahl hergestellten Band kann eine lineare Verkürzung um bis zu 5% eintreten. Normalerweise liegt die lineare Verkürzung in der Größenordnung von 1% bis 2%. Bei einem Rohband, das z. B. aus Metalloxiden besteht, kann die lineare Verkürzung Werte zwischen 30% und 40% erreichen. Der Regler 10 kann mit der Hand oder automatisch mit Hilfe einer zur Qualitätssicherung dienenden Rückkopplungsschaltung betätigt werden. Alternativ kann die in dem Band herrschende Zugspannung an einem bestimmten Punkt zwischen den Walzen 4 und 7 festgestellt und ein entsprechendes Signal dem Regler

10 zugeführt werden, der dann die Umfangsgeschwindigkeiten der Walzen so einstellt, daß sich der richtige Unterschied zwischen den Umfangsgeschwindigkeiten der Walzen der beiden Paare ergibt Die Zugspannung wird vorzugsweise innerhalb des Sinterofens 6 gemessen.

Der Flotationstisch 5 hat eine waagerechte Fläche und ist so angeordnet, daß er die Lücke zwischen den Förderwalzen 4 und dem Sinterofen 6 möglichst vollständig ausfüllt Der Tisch 5 weist einen Gaseinlaß

11 und zahlreiche nicht dargestellte kleine Gasauslässe auf, die an der Oberseite des Tisches münden, so daß das Rohband 5 von einem Gaskissen getragen wird, bevor es in den Sinterofen eintritt.

Bei einer abgeänderten Ausführungsform ist der Flotationstisch durch eine Gasaufnahmekammer mit geneigten Seitenwänden ersetzt, welche den Seitenwänden ähneln, die gemäß F i g. 2 in dem Sinterofen 6 vorhanden sind.

Gemäß F i g. 2 weist der Sinterofen 6 eine feuerfeste Auskleidung 12 auf, und er ist gemäß F i g. 1 an seinem Eingang mit einer Dichtung 13 und an seinem Ausgang mit einer Dichtung 14 versehen. Ferner sind Gaseinlässe 15 vorhanden, die über die Unterseite des Ofens in Längsabständen verteilt sind. Alternativ könnten Gaseinlässe vorhanden sein, die längs einer Seite oder beider Seiten des Ofens 6 in Abständen verteilt sind.

In dem Sinterofen 6 sind zusammen mit einem oder mehreren nicht dargestellten Temperaturreglern elektrische Heizelemente angeordnet, und längs der senkrechten Seitenwände des Ofens erstrecken sich zwei Rippen 17, die bei einer abgeänderten Anordnung unter einem kleinen Winkel nach innen und unten geneigt sind.

Beim Verlassen des Sinterofens 6 wird das Band 5 abgekühlt, von den Förderwalzen 7 erfaßt und von der Haspel 8 zu einer Rolle 9 aufgewickelt.

Hierauf wird die Bandrolle 9 in einem Kaltwalzgerüst weiterbearbeitet.

Bei einer abgeänderten Anordnung wird das Band vor dem Abkühlen und Aufwickeln im warmen Zustand gewalzt. In diesem Fall würden die Walzen zum Warmwalzen an die Stelle der Förderwalzen 7 treten, und die Umfangsgeschwindigkeit dieser Walzen würde so geregelt, daß die Zugspannung, die in dem Band beim Durchlaufen des Ofens auftritt, praktisch auf dem Wert Null gehalten wird.

Bei einer evtl. notwendigen Zwischenglühung zwischen Kaltwalzstichen kann das kaltgewalzte Band durc*¹ einen üblichen Durchlaufofen oder erneut durch den Sinterofen 6 nach F i g. 1 und 2 geleitet werden.

Während sich das Band in dem Ofen 6 befindet, wird es von dem Gas getragen, das dem Ofen unter Druck über die Gaseinlässe 15 zugeführt wird. Durch das Gas, das gemäß F i g. 2 zwichen den Längskanten des Bandes

hindurchströmen kann, wie es in F i g. 2 durch die Pfeile 18 angedeutet ist, wird eine Berührung zwischen den Rändern des Bandes und den Rippen 17 an den Seitenwänden des Ofens auf ein Minimum verringert oder vollständig verhindert.

Fig. 3 zeigt eine weitere Möglichkeit, in dem Rohband S praktisch eine Zugspannung mit dem Wert Null aufrechtzuerhalten, während das Band den Sinterofen 6 durchläuft, wobei es von einem Gaskissen getragen wird. Bei dieser abgeänderten Anordnung ist zwischen den Verdichtungswalzen 2 und dem Flotationstisch 5 eine antreibbare Trommel 30 zum Aufbringen von Reibung angeordnet.

Diese motorgetriebene Reibungstrommel ist an ihrer Umfangsfläche mit einem Reibungsbelag 31 versehen, bei dem es sich zweckmäßig um ein zellenförmiges Elastomermaterial, z. B. aufgeschäumtes Polyurethan, handelt. Dieses Material ermöglicht nicht nur die Übertragung von Reibung zwischen seiner Oberfläche und dem darüber hinweglaufenden Rohband, sondern es hält darauf abgelagerte Pulverteilchen nicht fest. Lose Pulverteilchen, die von der Oberfläche des Zellenmaterials 31 aufgenommen werden, während das Band über die Trommel 30 läuft, fallen in die offenen Poren des Materials, aus denen sie unter der Wirkung der Schwerkraft wieder herausfallen, während sich die Trommel 30 dreht und der betreffende Teil des Belages außer Berührung mit dem Band kommt.

Beim Betrieb der Vorrichtung wird das von den Verdichtungswalzen 2 abgegebene Rohband S über einen Teil der äußeren Umfangsfläche des Reibbelages 31 auf der Reibungstrommel 30 geleitet, über den Flotationstisch 5 hinweg bewegt und auf dem Gaskissen durch den Sinterofen 6 geführt, aus dem das Band mit Hilfe sich gegenläufig drehender Förderwalzen 7 abgezogen wird, um der Aufwickeleinrichtung 8 zugeführt zu werden.

Wie erwähnt, ist es wichtig, daß die auf das Band 5 wirkende Zugspannung praktisch auf dem Wert Null gehalten wird. Bei der Anordnung nach F i g. 3 hängt das Rohband S über eine kurze Strecke in Form einer Schleife L mit der Form einer Kettenlinie zwischen den Verdichtungswalzen 2 und der Reibungstrommel 30 herab, doch steht die Umfangsgeschwindigkeit der Reibungstrommel in einer solchen Beziehung zur Umfangsgeschwindigkeit der Verdichtungswalzen 2, der Abzugwalzen 7 und der Aufwickeleinrichtung 8, daß die Zugspannung in dem Rohband praktisch auf dem Wert Null gehalten wird. Dieser Wert der Zugspannung bleibt jenseits der Reibungstrommel 30 erhalten, während sich das Band über den Flotationstisch 5 hinweg und durch den Ofen 6 bewegt.

Beim Betrieb der Vorrichtung nach F i g. 3 wird die Reibungstrommel 30 so angetrieben, daß ihre Umfangsgeschwindigkeit etwas höher ist als die Geschwindig-

^r> keit, mit der das Rohband 5 von den Verdichtungswalzen 2 abgegeben wird. Man kann die nach hinten wirkende Zugspannung, die in dem Band beim Eintreten in den Ofen 6 wirksam ist, dadurch regeln und praktisch auf den Wert Null einstellen, daß man die Höhe der

ίο kettenlinienförmigen Schleife L entsprechend regelt, über die das Band herabhängt. Zu diesem Zweck regelt man die Umfangsgeschwindigkeit der Abzugwalzen 7 und der Aufwickeleinrichtung 8 am Austrittsende des Ofens 6 entsprechend. Diese Regelung der Umfangsgeschwindigkeit kann automatisch in Abhängigkeit von Signalen erfoigen, die durch einen Detektor erzeugt werden und z. B. die Spannung in dem Band anzeigen, die dort herrscht, wo das Band über den Flotationstisch 5 hinwegläuft.

Fig.4 zeigt eine weitere Vorrichtung, bei der es ebenfalls möglich ist, die Zugspannung in dem Rohband

5 praktisch auf dem Wert Null zu halten, während das Band durch den Sinterofen 6 geführt wird.

Bei dieser abgeänderten Vorrichtung ist ein gekrümmter, nach unten geneigter Flotationstisch 35 zwischen den Verdichtungswalzen 2 und dem Eingang des Sinterofens 6 angeordnet. Dem Flotationstisch 35 wird Gas durch eine Rohrleitung 36 zugeführt. Der Ofen

6 ist gegen die Waagerechte unter einem kleinen Winkel Xi geneigt, damit das Band den Ofen unter der Wirkung der Schwerkraft durchlaufen kann. Der Neigungswinkel gegenüber der Waagerechten ist so gewählt, daß der Reibungswiderstand, der auf das Band beim Hindurchlaufen durch den Ofen 6 aufgebracht wird, durch die auf

s^r> das Band wirkende Schwerkraft ausgeglichen wird; der Neigungswinkel kann im Bereich von 0,5° bis 5° liegen. Gemäß F i g. 4 dient ein Detektor 39 zum Ermitteln des Abstandes zwischen dem Flotationstisch 35 und dem Band S.

4(i Das Band wird durch zwei sich gegenläufig drehende Förderwalzen 7 durch den Ofen hindurch transportiert, und die Umfangsgeschwindigkeit dieser Walzen wird durch einen Regler 10 so eingeregelt, daß die auf das Band wirkende Zugspannung praktisch auf dem Wert

·»■'. Null gehalten wird. Zu diesem Zweck erzeugt der Detektor 39 Signale, die der Zugspannung in dem Band entsprechen und dem Regler 10 zugeführt werden. Auf diese Weise ist es möglich, die Zugspannung in dem Band vor dem Ofen auf dem gewünschten Wert zu

>" halten.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur pulvermetallurgischen Herstellung von Bändern, bei dem unter kontinuierlicher Verdichtung des Metallpulvers ein endloses Rohband erzeugt wird, das einem Sinterofen zugeführt wird, in dem es während des Sintervorganges von einem Gaskissen getragen wird und hierbei einem Schrumpfungsprozeß unterworfen ist, wobei das Zuführen und Abführen des Bandes zum bzw. aus dem Ofen durch Förderwalzen bewirkt wird, dadurch gekennzeichnet, daß das aus verpreßtem Stahlpulver bestehende Rohband beim Durchlauf durch den Sinterofen sowie vor und nach dem Sinterofen von schrumpfungsbeoingten Zugspannungen dadurch entlastet wird, daß die Fördergeschwindigkeit der beiden Förderwalzen vor und nach dem Ofen so aufeinander abgestimmt wird, daß die Differenzgeschwindigkeit der linearen Verkürzung des Bandes durch Schrumpfung entspricht.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Rohband vor und nach dem Ofen durch den Walzspalt von Förderwalzenpaaren hindurchgeführt wird, deren Umfangsgeschwindigkeiten in Abhängigkeit von der zwischen den Walzenpaaren im Rohband gemessenen Zugspannung eingestellt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Rohband vor dem Ofen über eine die Einlaufförderwalze bildende Reibungstrommel geführt wird, mit deren Reibungsoberfläche das Rohband reibungsschlüssig in Eingriff gehalten wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Rohband zwischen den das Rohband zuführenden Verdichtungswalzen und dem Ofeneinlauf von einem Gaskissen getragen wird, welches über einem konvex gekrümmten Flotationstisch gebildet wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprache 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Rohband beim Durchlaufen des Sinterofens in Bewegungsrichtung nach unten geführt und einer Zugspannung von weniger als 0,07 N/mm² ausgesetzt wird.

6. Anwendung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 5 auf ein Rohband aus ferritischem rostfreiem Stahlpulver.

7. Anwendung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 5 auf ein Rohband aus austenitischem rostfreiem Stahlpulver.

8. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß Meßfühler (39) zur Messung der Zugspannung des Rohbandes S vorgesehen sind, deren Ausgangssignale einem Regler (10) zugeführt werden, der die Differenzgeschwindigkeit der Förderwalzen (4,7) einstellt.