DE69328641T2

DE69328641T2 - Vorrichtung zum kontinuierlichen Verzinken und Gleitlagerstruktur dafür

Info

Publication number: DE69328641T2
Application number: DE69328641T
Authority: DE
Inventors: Tamihito Kawahigashi; Takahiko Ookouchi
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1992-02-20
Filing date: 1993-02-18
Publication date: 2001-01-25
Anticipated expiration: 2013-02-19
Also published as: EP0556833A1; US5718519A; JPH05230607A; DE69328641D1; US5538558A; EP0556833B1; JP2638375B2

Description

GEBIET DER ERFINDUNG

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum kontinuierlichen Schmelztauchen und insbesondere eine Walzenlagervorrichtung für ein Bad zum kontinuierlichen Schmelztauchen, die eine ausgezeichnete Korrosionsbeständigkeit gegenüber geschmolzenem Metall und eine ausgezeichnete Abnutzungsbeständigkeit gegenüber einer von einem Walzenschaft ausgeübten Belastung aufweist.

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

Ein Walzenlager für ein Bad zum kontinuierlichen Schmelztauchen wurde im allgemeinen aus Edelstahl, Stahl mit einem hohen Chromanteil, gesintertem Carbid und dergleichen mit einer ausgezeichneten Korrosionsbeständigkeit durch Auftragschweißen oder eine mantelartige Konstruktion hergestellt. Diese Materialien nutzen sich jedoch beispielsweise nach etwa einer Woche des Eintauchens in ein Bad zum Tauchen in geschmolzenes Zink ab und können dabei beschädigt werden. Infolge der Beschädigung tritt zwischen einem Walzenschaft und dem Walzenlager ein Spiel auf, was dazu führt, daß die Walze und die Schmelztauchvorrichtung oszillieren, wodurch der Gesamtvorgang des Plattierens beeinträchtigt wird.
Es wurde herausgefunden, daß es schwierig ist, eine Korrosion eines Metalls durch ein geschmolzenes Metall selbst dann vollständig zu verhindern, wenn ein Metall, das eine ausgezeichnete Korrosionsbeständigkeit aufweist, wie beispielsweise Edelstahl, Stahl mit einem hohen Chromanteil, und gesintertes Carbid, verwendet wird. Folglich tritt beim Gleiten des Walzenlagers eine Korrosionsabnutzung infolge des geschmolzenen Metalls sowie Reibung auf, wodurch die Abnut zungstiefe erhöht wird. Es wurde auch festgestellt, daß in den Gleitflächen des Walzenschafts und des Lagers Korrosionslöcher gebildet werden, wenn die Korrosion ein bestimmtes Stadium erreicht, wodurch eine zusätzliche Abnutzung infolge von Reibung gefördert wird.
Es ist zum Verringern der Abnutzung des Walzenlagers erforderlich, ein Material auszuwählen, das eine ausgezeichnete Korrosionsbeständigkeit gegenüber geschmolzenem Metall aufweist. In diesem Zusammenhang weisen einige Keramiken eine geringe Korrosion infolge von geschmolzenem Metall auf, und diese Keramiken können als das optimale Material für ein Walzenlager für ein Schmelztauchbad angesehen werden.
Beispielsweise ist in JP-A-3-177552 ein Lager für ein kontinuierlich arbeitendes Schmelztauchbad vorgeschlagen, wobei ein gesintertes Keramikstück über ein metallisches Puffermaterial eng an die äußere Umfangsfläche eines Walzenschafts angepaßt ist und ein festes schmierendes Keramikmaterial an einer inneren Umfangsfläche des Lagers bereitgestellt ist. Weitere Rollenlager sind in JP-A-2-153055 und JP-A-1-159359 vorgeschlagen, wobei diese aus einem Keramikmaterial bestehen.
Ein Nachteil bei den oben vorgeschlagenen herkömmlichen Verfahren besteht darin, daß eine spezielle Kombination der Keramik und des erforderlichen festen Schmiermittels während des eigentlichen Betriebs im Bad zum kontinuierlichen Schmelztauchen nicht berücksichtigt wird.
Es wurde mit anderen Worten festgestellt, daß, wenngleich Keramiken eine ausgezeichnete Korrosionsbeständigkeit gegenüber geschmolzenem Metall aufweisen, dadurch ein neues Problem auftritt, daß infolge einer Reaktion zwischen dem geschmolzenen Metall und metallischen Konstruktionselementen, wie einer Walze und einem Lager, die in das geschmolzene Metall eingetaucht werden, Zwischenmetallverbindungen erzeugt werden, wodurch das feste Schmiermittel beeinträchtigt wird.
Im Dokument EP-0-339 338 A1 ist die Verwendung von Walzen mit Gleitlagern vorgeschlagen, von denen zumindest Teile zumindest mit kohlefaserverstärktem Kohlenstoff beschichtet sind. Dieses Material ist in sauerstoffreien Medien korrosionsfrei und erfüllt andere Anforderungen hinsichtlich der Festigkeit, der Temperaturbeständigkeit und des Reibungskoeffizienten. Bei solchen Gleitlagern nutzen sich die Gleitkontaktabschnitte infolge von Walzenschaftschwingungen in radialer Richtung nicht über die ganze Fläche gleichmäßig, sondern nur lokal ab, was zu einer ungleichmäßigen kreisförmigen Bewegung der Walzen führt. Der Plattierungsprozeß wird dadurch beeinträchtigt. Weil die Gleitlager weiterhin in geschmolzenen Metallen verwendet werden, werden die Gleitkontaktabschnitte langfristig durch chemische Verbindungen beschädigt, die durch eine Reaktion des geschmolzenen Metalls mit dem Gleitlagermaterial erzeugt werden.
Das gleiche gilt hinsichtlich der Lehren aus dem Dokument EP 0 346 855 A2, worin ein Gleitlager offenbart ist, dessen Gleitabschnitt aus einem Keramikmaterial besteht. Bei einem solchen Lager treten die bereits erwähnten Nachteile von Gleitlagern auf, und der Reibungskoeffizient kann nicht in ausreichendem Maße verringert werden.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Vorrichtung zum kontinuierlichen Schmelztauchen bereitzustellen, bei der eine Kombination aus einer Keramik und einem festen Schmiermittelstück als eine Gleitlagerstruktur eines Lagers und eines Schafts verwendet wird, um die Korrosionsbeständigkeit und die Abnutzungsbeständigkeit zu erhöhen und damit die Haltbarkeit zu vergrößern.
Diese Aufgabe wird durch eine Schmelztauchvorrichtung nach Anspruch 1 gelöst.
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist eine Vorrichtung zum kontinuierlichen Schmelztauchen vorgesehen, die wenigstens eine durch ein Lager gestützte und in einem Bad geschmolzenen Metalls gedrehte Walze aufweist. Das Lager ist ein Rollenlager in der Art eines Kugellagers oder eines Walzenlagers, wobei sich eine Kontaktfläche eines Schafts der Walze und die Innenfläche des Lagers über Rollenelemente zueinander bewegen und wobei die Kontaktfläche des Walzenschafts und die Innenfläche des Lagers aus einem Graphit/Kohlefaser-Verbundmaterial bestehen, bei dem Kohlefasern in Graphit verteilt sind und bei dem die Rollenelemente aus einem gesinterten Keramikmaterial hergestellt sind.
Eine Walze, beispielsweise eine Führungswalze für eine Vorrichtung zum kontinuierlichen Schmelztauchen gemäß der Erfindung, besteht aus einem wärmebeständigen Stahl, der dem Gewicht nach im wesentlichen aus 0,15 bis 0,30% C, höchstens 2% Si, höchstens 2% Mn, 20 bis 30% Cr, 10 bis 20% Ni und restlichen Stoffen mit mindestens 60% Fe besteht und bei dem ein zylindrisches festes Schmiermittelstück bezüglich eines Lagers eng über den ganzen Umfangsbereich der Kontaktfläche der Walze gepaßt ist.
Eine Hochtemperaturwalze, beispielsweise eine Walze für eine Vorrichtung zum kontinuierlichen Schmelztauchen gemäß der vorliegenden Erfindung beinhaltet einen Walzenkörper und einen integriert ausgebildeten Schaft mit einem zylindrisch geformten festen Schmiermittelstück, das über ein metallisches Puffermaterial eng an den äußeren Umfangsbereich eines am Schaft befestigten zylindrischen Metallsitzes angepaßt ist.
Gemäß der Erfindung wird ein Rollenlager, insbesondere ein Kugellager oder ein Walzenlager vorgeschlagen, bei dem der ganze Umfangsbereich der Innenfläche des von einem metallischen Sitz gestützten Lagers aus einem festen Schmiermittel besteht, wobei mehrere Rollenelemente zwischen der Innenfläche und einem sich im Lager drehenden Schaft bereitgestellt sind. Die Rollenelemente bestehen aus gesinterten Keramikstücken, und Zwischenstücke aus einem festen Schmiermittel sind zwischen die benachbarten Rollenelemente eingefügt.
Bei einem Walzenlager für eine Vorrichtung zum kontinuierlichen Schmelztauchen gemäß der vorliegenden Erfindung wird der ganze äußere Umfangsbereich der Innenfläche des Lagers von einem Sitz getragen, der aus einem wärmebeständigen Stahl hergestellt ist, welcher dem Gewicht nach im wesentlichen aus 0,15 bis 0,3% C, höchstens 2% Si, höchstens 2% Mn, 20 bis 30% Cr, 10 bis 20% Ni und restlichen Stoffen mit mindestens 50% Fe besteht, wobei das Walzenlager aus einem festen Schmiermittelstück besteht. Aus gesinterten Keramikstücken bestehende zylindrische Rollenelemente sind zwischen der Innenfläche des Lagers und einem sich in dem Lager drehenden Schaft bereitgestellt, wobei Zwischenstücke aus einem festen Schmiermittel zwischen die benachbarten Rollenelemente eingefügt sind.
Die Senkwalze oder die Führungswalzen bestehen gemäß der Erfindung vorteilhafterweise aus einer wärmebeständigen Legierung, wobei ein zylindrisches gesintertes Keramikstück, das integriert ausgebildet ist oder in Achsenrichtung in mehrere Abschnitte eingeteilt ist, an die ganze Kontaktfläche eines Walzenschafts der Senkwalze angepaßt und daran befestigt ist. Der Walzenschaft und ein Walzenkörper der Senkwalze bilden eine integrierte Struktur, und ein Teil des Walzenschafts, der mit dem Walzenkörper verbunden ist, weist eine leichte Krümmung und einen größeren Durchmesser auf als ein Teil des Walzenschafts, an den das gesinterte Keramikstück eng angepaßt ist. Zwischen dem zylindrischen gesinterten Keramikstück und dem Walzenkörper ist ein metallischer Ring bereitgestellt.
Die Senkwalze und/oder die Führungswalzen bestehen aus einem Fe-, Ni- oder Co-Legierungssystem, dessen Cr-Anteil dem Gewicht nach mindestens 20% beträgt, und ein aus einem gesinterten Keramikmaterial bestehender Ring, der integriert ausgebildet ist oder in Achsenrichtung in mehrere Abschnitte eingeteilt ist, ist an die ganze Kontaktfläche des Walzenschafts angepaßt und daran befestigt.
Gemäß einem weiteren Merkmal ist der Gleitkontaktabschnitt des Lagers der Senkwalze halbkreisförmig oder kreisförmig ausgebildet, wobei der ganze Umfangsbereich des halbkreisförmigen oder kreisförmigen Abschnitts aus einem gesinterten Keramikstück oder einem festen Schmiermittelstück besteht. Das gesinterte Keramikstück oder das feste Schmiermittelstück ist an einen Metallsockel angepaßt und daran befestigt, und eine Kontaktfläche des Stücks steht von einer Innenfläche des Metallsockels hervor und berührt die Kontaktfläche des Schafts des Walze derart, daß sich die Kontaktfläche des Walzenschafts und die Lagergleit-Kontaktfläche in planarem Kontakt zueinander bewegen.
Eine Senkwalze oder eine Führungswalze für eine Vorrichtung zum kontinuierlichen Schmelztauchen besteht vorteilhafterweise aus einem wärmebeständigen Stahl, der dem Gewicht nach im wesentlichen aus 0,15 bis 0,30% C, höchstens 2% Si, höchstens 2% Mn, 20 bis 30% Cr, 10 bis 20% Ni und restlichen Stoffen mit mindestens 60% Fe besteht, und sie beinhaltet ein zylindrisches gesintertes Keramikstück, das integriert ausgebildet ist oder in Achsenrichtung in mehrere Abschnitte eingeteilt ist und das im ganzen Umfangsbereich des Kontaktabschnitts des Walzenschafts an ein Lager angepaßt und daran befestigt ist.
Vorzugsweise ist die Innenfläche eines metallischen Sockels des Senkwalzenlagers halbkreisförmig oder kreisförmig ausgebildet, wobei ein gesintertes Keramikstück oder ein festes Schmiermittelstück an den ganzen Umfangsbereich der Innenfläche angepaßt und daran befestigt ist. Die Kontaktfläche des Stücks steht von der Innenfläche des metallischen Sockels hervor.
Es ist ein Lager für eine Vorrichtung zum kontinuierlichen Schmelztauchen vorgesehen, wobei die Innenfläche eines metallischen Sockels des Lagers aus einem wärmebeständigen Stahl besteht, der dem Gewicht nach im wesentlichen aus 0,15 bis 0,30% C, höchstens 2% Si, höchstens 2% Mn, 20 bis 30% Cr, 10 bis 20% Ni und restlichen Stoffen mit mindestens 50% Fe besteht, wobei das Lager halbkreisförmig oder kreisförmig ausgebildet ist, wobei ein gesintertes Keramikstück oder ein festes Schmiermittelstück an die Innenfläche angepaßt und daran befestigt ist und wobei die Kontaktfläche des Stücks von der metallischen Innenfläche hervorsteht.
Vorteilhafterweise bestehen ein das Lager und die Walze bildendes Metall und ein das Lager stützendes Metall aus wärmebeständigem Stahl, der dem Gewicht nach im wesentlichen aus 0,15 bis 0,30% C, höchstens 2% Si, höchstens 2% Mn, 20 bis 30% Cr, 10 bis 20% Ni und restlichen Stoffen mit mindestens 50% Fe besteht.
Vorzugsweise ist ein Kohlefasern enthaltendes Graphit- Verbundstück mit einer Biegefestigkeit von mindestens 10 kg/mm² an die Innenfläche des Gleitabschnitts des Lagers oder den Gleitkontaktabschnitt des Walzenschafts angepaßt und daran befestigt.
Gemäß der Erfindung ist eine Gleitlagerstruktur, bei der sich ein gesintertes Keramikstück oder ein Metall und ein festes Schmiermittelstück sich berührend zueinander bewegen, vorteilhaft, wenn das feste Schmiermittelstück aus einem Kohlefasern enthaltenden Graphit-Verbundstück besteht, und die Kohlefasern sind so orientiert, daß die Längsrichtung die Gleitkontaktfläche schneidet.
Bei einer Gleitlagerstruktur für eine durch ein Lager gestützte Walze wird gemäß der Erfindung vorzugsweise eine zylindrische gesinterte Keramik oder ein festes Schmiermittelstück eng an den ganzen Umfangsbereich der Oberfläche des Walzenschafts angepaßt, wobei die Walze eine einen Körper und den Walzenschaft enthaltende integrierte Struktur ist. Ein Teil des mit dem Körper verbundenen Walzenschafts hat eine geringe oder mäßige Krümmung und einen größeren Durchmesser als der Walzenschaft, an den das gesinterte oder feste Schmiermittelstück eng angepaßt ist, und es sind zwischen dem gesinterten oder festen Schmiermittelstück und dem Körper metallische Ringe vorgesehen.
Gemäß der Erfindung ist ein Gleitstück vorgesehen, bei dem Fasern in einer Richtung in einem festen Schmiermittelstück verteilt sind, wobei die Fasern eine höhere Härte oder Festigkeit aufweisen als das feste Schmiermittelstück. Die Längsrichtung der Fasern schneidet vorzugsweise die Gleitkontaktfläche.
Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung kann ein Gleitstück vorgesehen sein, in dem Kohlefasern im Graphit in einer Richtung verteilt sind und vorzugsweise die Längsrichtung der Kohlefasern den Gleitkontakt schneidet.
Der Schaftgleitabschnitt der Walze besteht aus einem Verbundstück mit einem Keramikstück und einem Metallstück, die aneinander angepaßt sind, und ein Spannungspuffer-Zwischenmaterial, das durch eine Kraft, die geringer ist als die Bruchfestigkeit der Keramik, elastoplastisch verformbar ist, ist zwischen das keramische Stück und das metallische Stück eingefügt, so daß eine elastoplastische Verformung des Zwischenmaterials zumindest bei einer Temperatur, bei der es verwendet wird, hervorgerufen wird. Weiterhin wird die elastoplastische Verformung des Spannungspuffer-Zwischenmaterials durch eine Wärmeausdehnungsdifferenz zwischen dem keramischen Stück und dem metallischen Stück hervorgerufen, wobei das Spannungspuffer-Zwischenmaterial mit einem restlichen Zwischenraum versehen ist, in den es sich bei Verformung bewegen kann. Das Keramikstück ist sicher am metallischen Stück befestigt, das der Walzenschaft oder ein metallischer Sockel ist.
Weiterhin besteht der Schaftkontaktabschnitt von der Senkwalze und/oder den Führungswalzen vorzugsweise aus einem Verbundstück, das ein keramisches und ein metallisches Stück aufweist, die zusammengepaßt sind, und ein Zwischenmaterial ist im wesentlichen ebenso, wie oben beschrieben wurde, zwischen diesen zusammengepaßten Stücken vorgesehen, wobei das metallische Stück der Walzenschaft oder ein metallischer Sockel ist. Das Zwischenmaterial ist mit einem restlichen Zwischenraum versehen, in den es elastoplastisch verformt werden kann, wobei es sich infolge einer Wärmeausdehnungsdifferenz zwischen den beiden Stücken wenigstens bei einer Temperatur, bei der es verwendet wird, bewegt, und die beiden Stücke werden danach zusammengepaßt.
Ein Verfahren, bei dem ein Schmelztauchsystem verwendet wird, beinhaltet ein Bewegen eines Stahlstreifens mit hoher Geschwindigkeit, ein kontinuierliches Anlassen des Stahlstreifens, ein Biegen des Stahlstreifens durch eine Senkwalze und ein gerades Führen des Stahlstreifens durch Führungswalzen in einem Bad geschmolzenen Metalls, ein Bilden von Beschichtungen aus dem geschmolzenen Metall auf diesem, ein vertikal nach oben erfolgendes Bewegen des Stahlstreifens, ein mit hoher Geschwindigkeit erfolgendes Einlassen eines Gases zu den Beschichtungen auf dem sich vertikal nach oben bewegenden Stahlstreifen hin, wobei die Dicke der Beschichtung des Stahlstreifens gesteuert und eine gleichmäßige Dicke bereitgestellt wird, und ein kontinuierliches Herstellen plattierter Stahlbleche unter Verwendung von Stahlstreifen des gleichen Typs und unter Verwendung der gleichen Plattierungszusammensetzung. Die Gleitkontaktfläche eines Walzenschafts der Senkwalze und die Gleitkontaktfläche eines Lagers bestehen aus einer Kombination eines festen Schmiermittelstücks und eines gesinterten Keramikstücks, wobei das Schmiermittelstück und das Keramikstück in planarem Kontakt miteinander stehen. Jede der Führungswalzen wird durch Kugellager oder ein Walzenlager gestützt, wobei die Gleitkontaktfläche eines Schafts der Walze und die Gleitkontaktfläche des Lagers aus festen Schmiermittelstücken bestehen, wobei die Führungswalzen im wesentlichen durch die Bewegung des Stahlstreifens selbst gedreht werden, so daß eine Oszillation des sich unmittelbar nach dem Plattieren mit hoher Geschwindigkeit bewegenden Stahlstreifens für wenigstens zwei Tage im wesentlichen beseitigt wird, wobei eine in Bewegungsrichtung des Stahlstreifens einwirkende Spannung auf einem im wesentlichen konstanten Wert gehalten wird und wobei der Gaseinlaß in einem im wesentlichen konstanten Zustand gehalten wird.
Gemäß der Erfindung sind die Gleitkontaktfläche eines Schafts der Walze und die Gleitkontaktfläche eines Lagers so ausgebildet, daß eine Oszillation des sich unmittelbar nach dem Plattieren mit hoher Geschwindigkeit bewegenden Stahl streifens im wesentlichen beseitigt werden kann und die in Bewegungsrichtung des Stahlstreifens ausgeübte Spannung für wenigstens zwei Tage kontinuierlich auf einem im wesentlichen konstanten Wert gehalten werden kann und Schichten mit im wesentlichen gleichmäßiger Dicke während eines kontinuierlichen Vorgangs kontinuierlich auf Stahlbleche plattiert werden können, die Stahlstreifen des gleichen Typs und Beschichtungen mit der gleichen Plattierungszusammensetzung aufweisen.
Weiterhin kann der Gaseinlaß für wenigstens zwei Tage in einem im wesentlichen konstanten Zustand gehalten werden, so daß gleichmäßig Beschichtungen mit einer von 10 bis 50 um reichenden Dicke gebildet werden, und es ist möglich, kontinuierlich plattierte Stahlbleche zu erzeugen, die Stahlstreifen des gleichen Typs und Schichten mit der gleichen Plattierungszusammensetzung aufweisen.
Gemäß der vorliegenden Erfindung werden beim Verarbeiten von Stahlstreifen des gleichen Typs und von Schichten mit der gleichen Plattierungszusammensetzung vorzugsweise ein Walzenschaft und ein Lager im wesentlichen ebenso hergestellt, wie oben beschrieben wurde, so daß eine Abnutzung im wesentlichen verhindert wird, und eine Oszillation des sich unmittelbar nach dem Plattieren mit hoher Geschwindigkeit bewegenden Stahlstreifens zur automatischen Steuerung erfaßt wird, so daß die in Bewegungsrichtung des Stahlstreifens ausgeübte Spannung und die Gaseinlaßbedingung im wesentlichen konstant gehalten werden.
Wenn die Dauer der kontinuierlichen Herstellung erhöht wird, wird die Produktivität höher. Wenn die Dauer der kontinuierlichen Herstellung jedoch erhöht wird, kann sich die Qualität der Produkte allmählich verschlechtern. Es ist bei der vorliegenden Erfindung jedoch möglich, etwa dreißig Tage lang eine kontinuierliche Herstellung zu erreichen.
Mit einer Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung kann ein Schmelztauchen mindestens zwei Tage lang kontinuierlich ausgeführt werden. Es ist möglich, während des kontinuierlichen Betriebs Stahlstreifen zu erhalten, deren Plattie rungsdicke 50 um nicht übersteigt und im wesentlichen gleichmäßig ist, so daß die Abweichung von einer gewünschten Dicke höchstens 5 um beträgt.
Mit einer Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung können Plattierungsschichten mit unterschiedlichen Dicken von 2 bis 10 um, 10 bis 20 um, 20 bis 30 um, 30 bis 40 um und 40 bis 50 um gebildet werden. Eine Kombination von Graphit oder kohlefaserverstärktem Graphit (Verbundgraphit) als eine Gleitkontaktfläche des Kugellagers oder des Walzenlagers und einer hochfesten Keramik, wie Siliciumnitrid und Sialon, die eine ausgezeichnete Abnutzungsbeständigkeit als Rollenelemente aufweisen, weist ausgezeichnete Gleiteigenschaften auf. Insbesondere dann, wenn ein Gleitkontakt in einem nicht geschmierten Zustand auftritt, wird auf der Gleitkontaktfläche ein günstiger Schmiermittelfilm gebildet. Der Reibungskoeffizient ist nicht größer als 0,2 und damit äußerst gering, wenn berücksichtigt wird, daß der Reibungskoeffizient zwischen hochfesten Keramiken mindestens 1,0 beträgt. Weiterhin verschlechtern sich die Gleiteigenschaften der oben erwähnten Materialien nicht bei einer hohen Temperatur von 1000ºC oder darunter, so daß selbst bei einer hohen Temperatur ein ausgezeichnetes Drehverhalten erzielt werden kann.
Weil weiterhin jedes der oben erwähnten Materialien eine ausgezeichnete Korrosionsbeständigkeit aufweist, verschlechtern sich die Dreheigenschaften selbst in einer besonderen Umgebung, wie geschmolzenem Metall und der Reaktionsgasatmosphäre, überhaupt nicht.
Keramiken, die eine ausgezeichnete Korrosionsbeständigkeit gegenüber geschmolzenem Metall aufweisen, werden für Gleitkontaktabschnitte eines Walzenschafts und ein Lager verwendet, so daß eine Erhöhung der Abnutzung infolge von Korrosion verhindert werden kann. Wenn ein Element aus einer Keramik mit hoher Festigkeit und hoher Härte besteht und das andere aus einem Material mit einer Fest-Schmierfähigkeit besteht, kann weiterhin bei einem Gleiten unter planarem Kontakt erreicht werden, daß der Abnutzungskoeffizient ledig lich 0,1 oder weniger beträgt, und der kritische Flächendruck für die Verschleißfestigkeit kann beträchtliche 50 kgf/cm² betragen oder größer sein. Dies ist ein Fest-Schmiereffekt. Mit dieser Funktion kann ein Brechen der Keramik infolge eines Anhaftens, eines Verschleißes und dergleichen verhindert werden. Weiterhin dient bei der oben erwähnten Kombination eine geringe Abnutzung des festen Schmiermittelstücks in einem frühen Stadium dazu, einen teilweisen Kontakt infolge einer bei der Bearbeitung hervorgerufenen Unebenheit und Exzentrizität zu beseitigen. Demgemäß berühren die Gleitkontaktflächen einander gleichmäßig, so daß eine lokale Reibung verhindert werden kann, und es kann ein gut geschmiertes Gleiten bewirkt werden. Weiterhin nutzt sich die Keramik mit hoher Festigkeit und hoher Härte kaum ab, und es kann bei ihr fast permanent eine glatte Gleitkontaktfläche erhalten bleiben. Daher kann die Reibungsabnutzungstiefe des festen Schmiermittels zu 1/10 oder weniger derjenigen einer herkömmlichen Metall-Metall-Kombination gemacht werden.
Durch die Kombination von Materialien ist die Gleitkontaktfläche des Lagers der Senkwalze halbkreisförmig oder kreisförmig ausgebildet, und ihr ganzer Umfangsbereich besteht aus der Keramik oder dem festen Schmiermittelstück. Dadurch kann verhindert werden, daß das feste Schmiermittelstück durch harte Zwischenmetallverbindungen beschädigt wird, die infolge einer Reaktion zwischen dem Metall des wärmebeständigen Stahls und dem geschmolzenen Metall erzeugt werden. Um das Haften dieser Zwischenmetallverbindungen so gering wie möglich zu machen, sind die Gleitkontaktflächen des Walzenschafts und des Lagers so ausgelegt, daß sie in planarem Kontakt gleiten, wodurch die Haltbarkeit erhöht wird.
Wie oben beschrieben wurde, bestehen die Abschnitte der Gleitlagerstruktur, die aufeinander gleiten, aus einer Kombination eines gesinterten Keramikstücks und eines festen Schmiermittelstücks.
Sialon wird als das hochfeste gesinterte Keramikstück bevorzugt. Es können jedoch auch andere Materialien, wie SiC, Si&sub3;N&sub4;, Al&sub2;O&sub3; und ZrO&sub2; verwendet werden. Weil Aluminium und Zink als ein geschmolzenes Metall verwendet werden, sollten vorzugsweise Materialien verwendet werden, die eine Korrosionsbeständigkeit gegenüber diesen geschmolzenen Metallen aufweisen. Es ist jedoch ein Material mit einer Zugfestigkeit von mindestens 20&sub0; MPa und einer Vickers-Härte von mindestens 10 GPa bevorzugt, und es werden ein Carbid, ein Nitrid, ein Oxid, ein Borid, ein Stickstoffmonoxid und ein gesintertes Keramik-Verbundstück, das sie als Primärbestandteile enthält, verwendet.
Wenn ein Walzenschaft aus einem Metall hergestellt wird, wird ein zylindrisches Keramikstück eng an den Walzenschaft angepaßt. Gleichzeitig muß zu diesem Zeitpunkt zwischen den metallischen Walzenschaft und das zylindrische Keramikstück ein metallisches Material mit einer geringen Elastizitätsgrenze eingefügt werden, das durch eine Kraft, die geringer ist als die Bruchfestigkeit der Keramik, elastoplastisch verformt wird. Wenn das gesinterte Keramikstück weiterhin eine hohe Größe aufweist, wird es in Achsenrichtung geteilt, und es werden mehrere Abschnitte der Keramik angebracht, um dadurch die Zuverlässigkeit bezüglich verschiedener Spannungsarten zu verbessern.
Hinsichtlich des die Senkwalze stützenden Lagers sei bemerkt, daß das halbkreisförmige oder kreisförmige Stück dann, wenn die Keramik oder das feste Schmiermittelstück, das an der Walze angebracht ist, eine erhebliche Größe aufweist, in Achsenrichtung geteilt wird und mehrere Abschnitte des Lagers am inneren Umfangsbereich des metallischen Sockels des Lagers befestigt werden. Es ist zum Befestigen beispielsweise wirkungsvoll, die mehreren Abschnitte in Schwalbenschwanzrillen einzufügen, die in der inneren Umfangsfläche des metallischen Sockels des Lagers gebildet sind, und die Abschnitte durch Pressen vom äußeren Umfangsbereich des Metallsockels durch Bolzen sicher in den Schwalbenschwanz rillen zu befestigen. Die mehreren Abschnitte werden vorzugsweise über dünne metallische Platten durch die Bolzen gepreßt.
Das Material mit Fest-Schmiereigenschaften sollte im allgemeinen vorzugsweise ein Nichtmetall sein. Ein gesintertes Stück aus einer Keramik, die 1 bis 70 Volumenprozent eines Materials mit einer ausgezeichneten Fest-Schmiereigenschaft, wie Graphitpulver, Kohlefasern, MoS&sub2;, WS&sub2;, BN oder dergleichen enthält, das im gesinterten Stück verteilt ist, oder speziell ein gesintertes Stück aus Siliciumcarbid, das 1 bis 70 Gewichtsteile (vorzugsweise 15 bis 40 Gewichtsprozent) Graphitpulver mit einer durchschnittlichen Korngröße von 50 um oder weniger oder Kohlefasern mit einem Durchmesser von 150 um oder weniger, die in dem gesinterten Stück verteilt sind, enthält, ein ähnliches gesintertes Stück mit einer Kombination von Siliciumnitrid und BN oder ein aus BN oder Graphit allein bestehendes Stück können auch verwendet werden.
Gemäß der Erfindung ist ein kohlefaserverstärktes Graphit-Verbundmaterial, bei dem Kohlefasern in Graphit verteilt sind, ausgezeichnet, weil es eine hohe Festigkeit aufweist. Insbesondere kann das Material mit einer Dreipunkt- Biegefestigkeit von mindestens 10 kg/mm² in Richtung der Kohlefasern oder bevorzugt ein Material, das eine beträchtliche Festigkeit von 20 bis 60 kg/mm² aufweist, verwendet werden. Wenn die Kohlefasern im wesentlichen in eine Richtung orientiert sind, so daß die Längsrichtung eine Richtung, in der sie die Belastung aufnehmen (oder die Kontaktfläche), schneidet, kann ein besseres Gleitverhalten erzielt werden, wobei diese Anordnung vorteilhaft ist, weil sie dabei eine hohe Belastung aushalten können. Abhängig vom Zweck können Kohlefasern so gerichtet werden, daß die Längsrichtung in die Richtung orientiert ist, in der sie die Belastung oder die Kontaktfläche entgegennehmen. Als Kohlefasern werden lange Fasern mit einem Durchmesser von höchstens 10 um (vorzugsweise 0,1 um bis 10 um) verwendet, und es kann eine Anordnung mit einer Richtung oder eine Gitteranordnung verwendet werden. Der Gehalt an Kohlefasern beträgt 10 bis 80 Volumenprozent oder vorzugsweise 20 bis 60 Volumenprozent. Graphit dient als festes Schmiermittel.
Es ist bevorzugt, das feste Schmiermittelstück über der ganzen halbkreisförmigen oder kreisförmigen Gleitfläche bereitzustellen. Es ist jedoch vom strukturellen Gesichtspunkt her etwas schwierig, es über der ganzen halbkreisförmigen Fläche bereitzustellen, und es ist folglich ein in Achsenrichtung geteiltes halbkreisförmiges Stück vorgesehen.
Wenn die Keramik bei dieser Erfindung am äußeren Umfangsbereich des metallischen Walzenschafts angebracht wird, wird das Puffermaterial, das durch eine Kraft, die geringer ist als die Bruchfestigkeit der Keramik, elastoplastisch verformt werden kann, dann, wenn die Keramik am äußeren Umfangsbereich des metallischen Walzenschafts angebracht wird, zwischen die Keramik und den metallischen Walzenschaft eingefügt, bevor sie eng aneinander angepaßt werden. Selbst dann, wenn der Unterschied bei der Bearbeitung des metallischen Walzenschafts und des Keramikmantels groß ist, wird daher eine infolge eines Unterschieds in der Wärmeausdehnung zwischen diesen zwei Stücken im Bad geschmolzenen Metalls erzeugte Spannung durch elastoplastische Verformung des Puffermaterials absorbiert, so daß die Keramik sicher am metallischen Walzenschaft befestigt werden kann, ohne daß Beschädigungen der Keramik, wie eine Rißbildung, ein Brechen und dergleichen, auftreten. Weil weiterhin die durch das Zusammenpassen hervorgerufene Restspannung der Keramik während des Betriebs nicht die Streckgrenze des Puffermaterials übersteigt, ist der Spielraum für die Belastung während des Betriebs hoch. Es sei bemerkt, daß ähnliche Wirkungen hinsichtlich einer Stoßbelastung von der oben beschriebenen Struktur erwartet werden können und daß sie als eine Struktur zum Anbringen einer Keramik an einem Walzenschaft geeignet ist.
Vorzugsweise ist das Zwischenmaterial zum Absorbieren einer Spannung ein Metall mit einer geringen Elastizitätsgrenze, das durch eine Kraft, die geringer ist als die Bruchfestigkeit der Keramik bei einem Betrag der elastoplastischen Verformung von höchstens 20%, elastoplastisch verformt werden kann, und es werden insbesondere Ti, Au, Ag, Al, Pd, Cu, Ni oder eine eines von ihnen als ein Primärbestandteil enthaltende Legierung verwendet, und es werden auch ein austenitischer Edelstahl und ein ferritischer Edelstahl mit einer Vickers-Härte (Hv) von höchstens 20&sub0; verwendet. Ein solches Puffermaterial wird in die ganzen Flächen eingefügt, in denen der Walzenschaft und die Keramik einander berühren, oder das in längliche Stücke zerteilte Puffermaterial wird teilweise eingefügt, und ein restlicher Zwischenraum, in den hinein das Puffermaterial verformt werden kann, wird in dem Zwischenraum zwischen dem Walzenschaft und der Keramik gebildet. Vorzugsweise weist das Puffermaterial den restlichen Zwischenraum selbst bei einer Verwendungstemperatur auf.
Die Oberfläche des Puffermaterials kann weiterhin durch Rillen oder Löcher so verformt werden, daß sie uneben ist, um die elastoplastische Verformung zu erleichtern. Das Puffermaterial kann ein lineares Material oder ein dünnes Rohr, das spiralförmig auf den äußeren Umfangsbereich des Walzenschafts gewickelt ist, ein gewelltes Plattenmaterial oder ein ebenes Bienenwabenplattenmaterial sein.
Es kann ein mit Rillen versehener Mantel verwendet werden, der in der äußeren Umfangsfläche oder der inneren Umfangsfläche oder in beiden Flächen des Mantels eine große Anzahl von Längsrillen oder seitlichen Rillen aufweist. Bei Verwendung eines dünnen Rohrs mit einem Außendurchmesser von höchstens 5 mm, das aus dem oben erwähnten Edelstahl besteht, kann die elastoplastische Verformung erleichtert werden, und es kann eine große Verformung bewirkt werden. Weil das dünne Rohr überdies noch nach der Verformung eine Elastizität aufweist, kann es sicher in einem günstigen Zustand angebracht werden. In diesem Fall kann ein Rohrmaterial mit einer Festigkeit, die größer ist als diejenige eines festen Materials, als das Puffermaterial verwendet werden.
Weiterhin können an der Außenfläche des Puffermaterials Vorsprünge mit einer Form, die leicht elastoplastisch verformbar ist, gebildet werden, die dem Keramikmantel entgegengesetzt sind. Die Vorsprünge können ringförmig, spiralförmig oder stabförmig ausgebildet sein.
Das Puffermaterial kann an der Oberfläche des Walzenschafts metallisiert werden, und diese Metallisierung kann durch ein Verfahren in der Art eines thermischen Sprühens, Schweißens und Plattierens vorgenommen werden. Die Oberfläche dieser Schicht ist vorzugsweise uneben ausgebildet.
Das zylindrische gesinterte Keramikstück kann gemäß der vorliegenden Erfindung auf den Walzenschaft aufgeschrumpft werden, so daß der Walzenschaft und das gesinterte Keramikstück eng aneinander angepaßt werden, oder das Keramikstück kann durch ein thermisches Sprühverfahren oder ein Verfahren einer chemischen Dampfphasenabscheidung (CVD) über dem gesamten äußeren Umfangsbereich des Walzenschafts gebildet werden.
Das am Walzenschaft angebrachte zylindrische Keramikstück wird vorzugsweise durch metallische Preßplatten und die Federn von der Endfläche des Walzenschafts gepreßt und befestigt, wobei die Federn beispielsweise Schraubenfedern sind, die aus einer wärmebeständigen Legierung, insbesondere Cr- Stahl, Ni-Cr-Stahl, dem Cr-Ni-Co-Legierungssystem oder einem solchen Material, das geeignete Mengen an W, Mo, Ti, Si, Nb und dergleichen enthält und das als die wärmebeständige Legierung verwendet wird, bestehen. Die Keramik wird in Achsenrichtung durch ein die Wärmeausdehnung absorbierendes Material festgehalten, und der Wärmeausdehnungskoeffizient des die Wärmeausdehnung absorbierenden Materials ist größer als derjenige des Walzenschafts.
Bei der Schmelztauchvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung sind die Senkwalze, die Führungswalzen, ihre Lager, der Rahmen zum Halten der Lager und dergleichen metallische Stücke, die in Kontakt mit geschmolzenem Metall stehen, und der oben erwähnte wärmebeständige Stahl mit einem Chromanteil von mindestens 20% oder eine Ni-Legierung oder eine Legierung auf Co-Basis wird für diese Stücke verwendet. Insbesondere ist der wärmebeständige Stahl aus den folgenden Gründen bevorzugt.
Kohlenstoff wird verwendet, um eine erforderliche Festigkeit zu erreichen, und der Anteil beträgt mindestens 0,15% und höchstens 0,3%. Falls der Kohlenstoffanteil geringer als 0,15% ist, kann keine ausreichende Festigkeit erhalten werden, und falls der Kohlenstoffanteil 0,3% übersteigt, können keine vorteilhaften Wirkungen erhalten werden. Si und Mn sind zur Reduktion und zur Entschwefelung unerläßlich, und der Anteil von Si und Mn muß höchstens 2% betragen, um das Herstellen von Gußteilen zu ermöglichen. Der Anteil von Si und Mn liegt vorzugsweise im Bereich von 0,1 bis 1%.
Es ist ein Cr-Anteil von mindestens 20% für eine Reduktionsreaktion mit geschmolzenem Metall und zum Verringern der Bildung harter Zwischenmetallverbindungen erforderlich. Falls der Cr-Anteil jedoch 30% übersteigt, tritt ein Brüchigkeitsproblem auf. Der Anteil wird daher auf höchstens 30% gelegt, und der Cr-Anteil sollte vorzugsweise im Bereich von 22 bis 26% liegen.
Es ist zum Erhöhen der Bearbeitbarkeit bei hoher Temperatur und zum Erhöhen der Zähigkeit ein Ni-Anteil von mindestens 10% erforderlich. Falls der Ni-Anteil jedoch 20% übersteigt, können keine erheblich vorteilhaften Wirkungen erzielt werden. Der Anteil wird daher auf höchstens 20% gelegt, und der Ni-Anteil sollte vorzugsweise im Bereich von 12 bis 18% liegen.
Weiterhin können eines oder mehrere der Elemente Ti, Nb, W, V, Zr und Al hinzugefügt werden, um die Festigkeit zu erhöhen, wobei der Anteil von jedem von ihnen höchstens 1% beträgt.
Wenngleich Schmiedestahl oder Gußstahl als Grundmetalle für die Walze und das Lager verwendet werden können, ist Gußstahl für die Walze bevorzugt. Weiterhin kann Schmiedestahl oder Gußstahl für den Rahmen zum Halten der Walze und des Lagers verwendet werden, Gußstahl ist jedoch vom Gesichtspunkt der Herstellung bevorzugt. Der oben beschriebene Stahl enthält eutektisches Carbid, weist eine vollständig austenitische Struktur auf und hat eine bessere Hochtemperaturfestigkeit.
Weiterhin kann ein ferritischer Stahl, der im wesentlichen aus höchstens 0,15% C, höchstens 1% Si, höchstens 1% Mn, 10 bis 15% Cr, höchstens 6% Ni und restlichem Fe besteht, oder ein niedriglegierter Stahl, der 0,1 bis 0,34% C, höchstens 1% Si, höchstens 1,5% Mn, 0,5 bis 3% Cr und höchstens 2% Ni enthält, verwendet werden.
Gemäß der vorliegenden Erfindung kann das Keramikmaterial mit einer ausgezeichneten Korrosionsbeständigkeit, ausgezeichneten Abnutzungsbeständigkeit und ausgezeichneten Gleiteigenschaften sehr zuverlässig auf dem Kontaktabschnitt des Walzenlagers bereitgestellt werden, so daß das Walzenlager hinsichtlich der Haltbarkeit im Schmelztauchbad eine lange Betriebszeit aufweist und es möglich ist, einen Schmelztauchvorgang zehnmal länger auszuführen als mit einem aus dem herkömmlichen Metall bestehenden Walzenlager. Demgemäß wird gemäß der vorliegenden Erfindung die Häufigkeit des Austauschens des Walzenlagers verringert, die Produktivität durch Ermöglichen eines kontinuierlichen Betriebs über einen größeren Zeitraum verbessert und das Herstellen von fehlerhaften Produkten reduziert.

KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG

Fig. 1 ist eine schematische Ansicht einer Vorrichtung zum kontinuierlichen Tauchen in geschmolzenes Zink gemäß der vorliegenden Erfindung,
Fig. 2 ist eine in vergrößertem Maßstab dargestellte Schnittansicht eines Behälters zum Tauchen in geschmolzenes Zink der Vorrichtung zum Tauchen in geschmolzenes Zink aus Fig. 1, in der die Orte einer Senkwalze und von Führungswalzen dargestellt sind,
Fig. 3 ist eine Schnittansicht eines Teils eines Senkwalzenschafts,
Fig. 4 ist eine Schnittansicht eines Lagers,
Fig. 5 ist eine Schnittansicht eines vom Lager aus Fig. 4 aufgenommenen Walzenschafts,
Fig. 6 ist eine graphische Darstellung der Beziehungen zwischen einer Abnutzungstiefe und einer Zeitdauer in Tagen bei Abnutzungstests,
Fig. 7 ist eine teilweise unterbrochene Draufsicht auf das vordere Ende eines Walzenlagers,
Fig. 8 ist eine teilweise unterbrochene Seitenansicht, in der die Orte eines Walzenlagers und eines Führungswalzenschafts dargestellt sind,
Fig. 9 ist eine perspektivische Ansicht einer Senkwalze und eines Lagers in einem auf einem Rahmen eingerichteten Schmelztauchbad,
Fig. 10 ist eine Schnittansicht einer in einem Lager untergebrachten Führungswalze, und
Fig. 11 ist eine Schnittansicht einer in einem Kugellager angebrachten Führungswalze.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG

Mit Bezug auf die Zeichnung, in der in den verschiedenen Ansichten gleiche Bezugszahlen zum Bezeichnen gleicher Teile verwendet werden, und insbesondere mit Bezug auf Fig. 1 ist dargestellt, daß bei einer ersten Ausführungsform bei einer Vorrichtung zum kontinuierlichen Tauchen in geschmolzenes Zink gemäß der vorliegenden Erfindung ein Stahlstreifen 12, der ein zu plattierendes Material darstellt, auf eine Abspulhaspel 2 gerollt und über einen Einebner 11, eine Schneidemaschine 13 und eine Schweißvorrichtung 14 geführt wird. Der Stahlstreifen 12 wird über einen elektrolytischen Reinigungsbehälter 15, einen Abstreifer 16, einen Spülbehälter 17 und einen Schlingenkanal 23a einem oxidationsfreien Glühofen 3 zugeführt. Nach dem Ausglühen des Stahlstreifens 12 wird er durch einen Reduzierofen 25 und eine Kühlzone 28 geführt und dann in der Schmelztauchvorrichtung 10 plattiert. Der Streifen 12, der tauchbeschichtet wurde, während er durch die Vorrichtung 10 geführt wurde, wird mit hoher Geschwindigkeit vertikal nach oben bewegt und durch eine Oberflächensteuereinrichtung 4 geführt. Der Streifen 12 wird dann durch eine Spannrollenvorrichtung 5, ein Kaltnachwalzwerk 6, eine Spannungsausgleichseinrichtung 7, eine Behandlungsvorrichtung 6 zur chemischen Umwandlung und dergleichen geführt und durch einen Schlingenkanal 23b auf eine Zughaspel 9 gewickelt. Die auf den Streifen 12 ausgeübte Spannung wird durch eine Walzvorrichtung 5 und eine Spannrolle (nicht dargestellt) gesteuert.
Diese Spannung wird so gesteuert, daß sie entsprechend einer durch einen Oszillationsdetektor, der in einer Übertragungsstrecke des Streifens 12 unmittelbar hinter Wischdüsen 21 angeordnet ist, gemessenen Oszillationsamplitude konstant ist. Ein Oszillationsdetektor ist an jeder Behandlungsstufe der Spannrolle bereitgestellt.
Wie in Fig. 2 dargestellt ist, ändert sich die Bewegungsrichtung des über eine Tülle 31 zugeführten Stahlstreifens 12 in einem Schmelztauchbehälter 30 durch eine Senkwalzenvorrichtung 24, und die Bewegung des Streifens 12 wird durch eine Stützwalzenvorrichtung 20 stabilisiert, wobei der Streifen 12 mit einer hohen Geschwindigkeit von 50 bis 100 m/min bewegt wird.
Gas wird mit hoher Geschwindigkeit zum Streifen 12 hin eingelassen, der durch die auf beiden Seiten des Streifens 12 eingerichteten Wischdüsen 27 aus einem Schmelztauchbad 26 gezogen wird. Der Umfang des Plattierens wird durch Steuern des Drucks des Gases und seines Einlaßwinkels gesteuert.
Die Führungswalzenvorrichtung 20, eine Walze 19 der Senkwalzenvorrichtung 24 und ein Walzenlagergehäuse 29, die in dem Schmelztauchbad verwendet werden, werden durch geschmolzenes Metall geschmiert, und das Walzenlagervorrichtungsgehäuse 29 ist daher ein Gleitlager.
Wie beim Betrachten von Fig. 2 ersichtlich ist, treten in einer durch die Pfeile angegebenen Richtung, also in Richtung eines Vektors einer Kraft, die erzeugt wird, wenn der Stahlstreifen 12 durch die Senkwalzenvorrichtung 24 gebogen wird, Abnutzungsbedingungen eines herkömmlichen Senkwalzenlagers auf.
Die Walze 19 der Senkwalzenvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung weist einen Walzenschaft 33 mit Sialon-Keramik auf, die eine ausgezeichnete Korrosionsbeständigkeit gegenüber geschmolzenem Metall und eine hohe Festigkeit sowie eine hohe Härte aufweist, wobei diese zur Bildung einer zylindrischen Keramiklageroberfläche 32 ausgewählt ist, die in vier am Walzenschaft 33 angebrachte Abschnitte eingeteilt ist. Sialon-Keramik ist durch Si6-zAlzOzN8-Z ausgedrückt, wobei Z innerhalb des Bereichs von 0-4,2 veränderlich ist, wobei dies gewöhnlich als β-Sialon bezeichnet wird. Bei der in Fig. 3 dargestellten Ausführungsform wird Sialon-Pulver mit einer Zusammensetzung mit Z = 0,5 verwendet. Nach dem Hinzufügen einer kleinen Menge Bindemittel zum Sialon-Pulver wird das Pulver in Methanol naß geknetet und danach durch ein herkömmliches Sprühtrocknungsverfahren granuliert. Daraufhin wird ein herkömmliches kaltes hydrostatisches Pressen ausgeführt, um die vier zylindrischen Abschnitte mit einem Außendurchmesser von 210 mm, einem Innendurchmesser von 145 mm und einer Länge von 50 mm zu bilden. Die Sintertemperatur beträgt 1750ºC, und das Sintern wird in der Stickstoffatmosphäre ausgeführt. Weiterhin werden die gesinterten zylindrischen Abschnitte so endbearbeitet, daß sie einen Außendurchmesser von 150 mm, einen Innendurchmesser von 118 mm und eine Länge von 40 mm aufweisen. Die Rauhigkeit Rmax der äußeren Gleitfläche beträgt 0,8 um.
Der Walzenschaft 33 und ein Körper 40, die eine zylindrische Walze bilden, bestehen aus Edelstahl, der relativ korrosionsbeständig ist und der so endbearbeitet ist, daß er einen Außendurchmesser von 122,18 mm aufweist. Als ein Zwischenpuffermaterial 34 sind abwechselnd ein Rohr aus JIS- SUS316-Edelstahl, das zuvor einer Anlaßbehandlung unterzogen wurde, und ein Kupferdraht aufgewickelt. In Fig. 3 ist der Zustand dargestellt, in dem der Edelstahl und der Kupferdraht auf den Walzenschaft 33 gewickelt sind. Als nächstes werden die zylindrischen, gesinterten Sialon-Abschnitte 32 auf den Walzenschaft 33 gepaßt, der mit dem Kupferdraht versehen ist, und die keramischen zylindrischen Abschnitte 32 werden, wie in Fig. 3 dargestellt ist, durch ein Preßstück 35, eine Kappe 36, Federn 37 aus einer Inconel-Legierung und Bolzenschrauben 38 mit einer Kraft von etwa 600 kgf in axialer Richtung gepreßt und festgelegt, so daß verhindert wird, daß geschmolzenes Zink zwischen den keramischen zylindrischen Abschnitten 32 und dem Walzenschaft 33 eintritt. Ein naher Endteil des Walzenschafts 33, der mit dem Walzenkörper 40 verbunden ist, weist einen sich allmählich ändernden Durchmesser auf, um eine Spannungskonzentration zu verhindern, und der zylindrische Keramikabschnitt 32 kann folglich nicht eng an den nahen Endteil des Walzenschafts 33 angepaßt werden. Daher ist am nahen Endteil oder einem gebogenen Teil des Walzenschafts 33 ein Zwischenraum 41 ausgebildet, und es ist ein metallischer Ring 39 bereitgestellt, damit der zylindrische Keramikabschnitt 32 bezüglich des Walzenkörpers 40 stabil gehalten wird. Die äußeren schrägen Umfangsteile des zylindrischen Keramikabschnitts 32 sind abgerundet, um ein Abplatzen zu verhindern, und die inneren schrägen Umfangsteile können vorzugsweise ebenso abgerundet sein.
Der zylindrische Walzenkörper 40 besteht aus dem gleichen Material wie der Walzenschaft 33 und ist durch Schweißen mit einem Flansch 33a verbunden, der einen Teil des Walzenkörpers des Walzenschafts 33 bildet. Es ist bei dieser Anordnung möglich, das Gewicht der vom zu rollenden Stahlstreifen 12 gehaltenen Walze zu verringern, wodurch eine Drehung bei verringerter Oszillation und eine schnelle Bewegung des Stahlstreifens 12 möglich ist. In der Oberfläche des Walzen körpers 40 können Vertiefungen ausgebildet sein, um die Reibung zwischen dem Walzenkörper 40 und dem Stahlstreifen 12 zu erhöhen.
Das Rohr aus JIS-SUSI316-Edelstahl mit einem Außendurchmesser von 2,00 mm und einem Innendurchmesser von 1,0 mm ist in Abständen von 4 mm auf den Walzenschaft 33 mit einem Außendurchmesser von 120,0 mm gewickelt, und eine Punktschweißung befestigt beide Enden des Rohrs am Walzenschaft 33. Weiterhin ist der Kupferdraht mit dem gleichen Durchmesser wie das Rohr zwischen angrenzende Segmente des Rohrs gewickelt. Der Außendurchmesser des Walzenschafts 33, auf den das Rohr gewickelt ist, beträgt 124,0 mm, und ein durch die zylindrischen Keramikabschnitte gebildeter Sialon-Mantel hat einen Innendurchmesser von 124,54 mm und einen Außendurchmesser von 165 mm und ist auf den Walzenschaft 33 gepaßt. In diesem Fall hat das aus JIS-SUSI316-Edelstahl bestehende Rohr im Bad geschmolzenen Zinks bei 460ºC einen Betrag der elastoplastischen Verformung von etwa 100 um, und der erzeugte Druck beträgt etwa 1,6 kgf/mm². Weil der erzeugte Druck etwa ein Drittel des zulässigen Drucks Pmax des Sialon-Mantels von 5 kgf/mm² ist, werden Probleme, wie ein Brechen, vermieden. Weiterhin hat das aus JIS-SUSI316-Edelstahl bestehende Rohr bei der normalen Verwendungstemperatur eine hohe Elastizität. Es wurde daher herausgefunden, daß ein stabiler Sitz erhalten werden kann. Der Kupferdraht wird verwendet, um die Wärmeleitfähigkeit zu erhöhen.
Der zylindrische hohle Walzenkörper besteht bei dieser Ausführungsform aus Gußstahl, der dem Gewicht nach im wesentlichen aus 0,17% C, 0,63% Si, 1,55% Mn, 13,45% Ni, 23,63% Cr und restlichem Fe, das eutektisches Carbid enthält und eine vollständig austenitische Struktur aufweist, besteht. Der Schaft 33, das Preßstück 35, die Kappe 36, die Bolzen 38 und der Ring 39 können aus Schmiedestahl aus diesem Material bestehen. Die zylindrische Hohlwalze kann durch eine Borbearbeitung, einen Schleudergießprozeß oder einen Elektroschlacke-Schmelzprozeß hergestellt werden.
Der Lagersockel 29 aus Fig. 4 besteht aus Edelstahl, und ein eine Lagerfläche bildendes halbkreisförmiges Stück 47 besteht aus kohlefaserverstärktem Graphit-Verbundmaterial und weist vier Abschnitte auf. Das halbkreisförmige Stück 47 ist an einer inneren Umfangsfläche des Metallsockels 29 des Lagers angebracht, wobei das halbkreisförmige Stück 47 aus Verbundmaterial ausgezeichnete Fest-Schmiereigenschaften und eine ausgezeichnete Korrosionsbeständigkeit gegenüber geschmolzenem Zink aufweist. Das kohlefaserverstärkte Graphit-Verbundmaterial des Lagerstücks 47 wird durch Sintern des halbkreisförmigen Stücks 47 in Blöcken erhalten. Die Dreipunkt-Biegefestigkeit beträgt etwa 45 kgf/cm². Das Verbundmaterial des halbkreisförmigen Stücks 47 wird so zerteilt, geschliffen und endbearbeitet, daß der zur Umfangsrichtung des Metallsockels 29 senkrechte Querschnitt trapezförmig ist und die Länge einer Seite der inneren Umfangsfläche kleiner ist als die Länge einer Seite der äußeren Umfangsfläche. Die Kohlefasern des gesinterten Graphit- Verbundmaterials des halbkreisförmigen Stücks 47 haben einen Durchmesser von 1 bis 5 um, und dem Gewicht nach 50% der Kohlefasern sind in einer Richtung orientiert und im Graphit verteilt. Von dem Block des gesinterten Graphit-Verbundmaterials werden so mehrere Typen des halbkreisförmigen Stücks ausgeschnitten, daß die Längsrichtungen der Kohlefasern unter den Typen verschieden sind, wobei sich die Richtungen bezüglich der Richtung der auf das Lager wirkenden Belastung von parallel zu senkrecht ändern. Der Lagersockel 29 aus Edelstahlmaterial besteht aus Schmiedestahl, der die gleiche Zusammensetzung aufweist wie die oben beschriebene Walze, und er ist mit Schwalbenschwanzrillen 45 versehen, die den gleichen Querschnitt aufweisen wie das halbkreisförmige Stück, so daß der Graphit-Verbundstoff der halbkreisförmigen Stücke 47 mit Schraublöchern 46 an der inneren Umfangsfläche des Lagersockels 29 angebracht werden kann. Insbesondere werden die halbkreisförmigen Stücke des Graphit-Verbundmaterials 47, wie in Fig. 4 dargestellt ist, in den Schwalbenschwanzrillen 45 angeordnet und von den hinteren Flächen der halbkreisförmigen Stücke 47 durch Befestigungsschrauben aus Edelstahl mit der oben beschriebenen Zusammensetzung gepreßt. Die Endflächen der halbkreisförmigen Stücke 47 werden durch Bolzen 44, die sich durch Preßplatten 43, die im wesentlichen aus dem gleichen Material bestehen, erstrecken, festgehalten. Die halbkreisförmigen Stücke 47 bestehen aus vier in Achsenrichtung des Lagersockels 29 in Reihe angeordneten Teilen. Im Bad geschmolzenen Zinks wurde mit der in Fig. 5 dargestellten Lageranordnung ein Abnutzungstest durchgeführt. Die Temperatur des Zinkbads betrug 450ºC bis 480ºC, und die Preßkraft des Walzenlagers betrug 1300 kgf. Dabei war, wie in Fig. 6 dargestellt ist, die Abnutzung des Walzenlagers nach einer zehn Tage andauernden durchgängigen Drehung nicht größer als 1 mm und so gering, daß die Abnutzung höchstens 1/20 der Abnutzung der herkömmlichen Walzenlagers betrug. Es wurden hinsichtlich herkömmlicher Walzenlager Drehexperimente bei zylindrischen Lagern ausgeführt, die eine andere Konstruktion als bei der oben beschriebenen Ausführungsform aufwiesen, wobei der Walzenschaft einen Durchmesser von 150 mm und eine Länge von 160 mm aufwies. Die Abnutzung des Walzenlagers gemäß der vorliegenden Erfindung änderte sich nach etwa dreißig Tagen nicht, und es wurde experimentell bestätigt, daß das Walzenlager gemäß der vorliegenden Erfindung eine ausgezeichnete Haltbarkeit aufwies. Die Wirkungen der vorliegenden Erfindung waren erheblich verstärkt, wenn die Kohlefasern in einer Richtung orientiert waren und die Gleitkontaktfläche kreisförmig herausgearbeitet war, wobei die Kohlefasern in der Umgebung des Zentrums ihrer Umfangslänge am stärksten senkrecht gerichtet waren.
Für die Legierungstypen für die Senkwalzen und die Stützwalzen wurde die Korrosionstiefe nach dem Eintauchen in das Bad geschmolzenen Zinks bei 450º bis 480ºC für 50 Stunden gemessen und es wurde bestimmt, daß ein Edelstahl mit 12% Cr und Stähle, die etwa 1% Cr enthalten, vorzuziehen sind und daß insbesondere eine 23% Cr und 14% Ni enthaltende Legierung Nr. 8 ausgezeichnete Ergebnisse aufwies.
Die Führungsrollen wurden von beiden Seiten der Stahlplatte 12 her in entgegengesetzten Richtungen gegen diese gepreßt und befinden sich an zueinander versetzten Positionen.
Wie in Fig. 2 dargestellt ist, hat ein Walzenkörper einer unteren Führungswalze 20&sub1; der Führungswalzen im Behälter 30 einen größeren Durchmesser als die obere Führungswalze 20&sub2;, und die Durchmesser der Lager der Führungswalzen 20&sub1;, 20&sub2; sind zu den jeweiligen Durchmessern der Führungswalzen 20&sub1;, 20&sub2; proportional. Die beiden Führungswalzen 20&sub1;, 20&sub2; werden nur durch Bewegen des Stahlstreifens 12 gedreht.
Im in Fig. 8 dargestellten Walzenlager sind ein Innenring 71, ein Außenring 72, ein Schubblock 91 und Halter 73 bereitgestellt, wobei die Ringe 71, 72, der Schubblock 91 und die Halter 73 das Walzenlager bilden und aus dem oben beschriebenen kohlefaserverstärkten Graphit-Verbundmaterial bestehen und wobei die langen Kohlenstofffasern in einer Richtung verteilt sind und sich in eine Richtung erstrecken, die die Dreh- oder Gleitkontaktfläche schneidet. Rollenelemente 74 und eine Schubplatte 92 sind aus den oben beschriebenen gesinterten Sialon-Elementen gebildet. Ein äußerer Ringhalter 97, Seitenplatten 98, ein innerer Ringhalter 99, ein Führungswalzenschaft 88 einer Führungswalze 80 sowie Federn 75 oder einige dieser Bauteile können aus dem gleichen Material bestehen wie die oben beschriebene Senkwalze. Ein Spannungspuffermaterial 93 und Bolzen 76, 76' bestehen aus einem JIS-SUS316-Edelstahlrohr bzw. aus JIS- SUS316-Edelstahl. Wie in Fig. 8 am deutlichsten dargestellt ist, ist der Innenring 71 eng an den Innenringhalter 99 angepaßt und wird durch die Schrauben 76" am Walzenschaft 88 gehalten. In Kontakt mit den Rollenelementen 74 stehende Seitenwände 100 des Rollenlagers sind durch die Bolzen 76' über die Seitenplatten 98 befestigt und werden durch diese sicher gehalten.
Die oben beschriebene Senkwalze und die oben beschriebenen Führungswalzen sind in der Vorrichtung zum kontinuierlichen Tauchen in geschmolzenes Zink angebracht. Wenn ein Stahlstreifen 12 mit einer Dicke von 0,8 mm bei 90 m/min bewegt wird, werden 100 g/m² messende Zinkplattierungsschichten auf beiden Flächen des Stahlstreifens 12 gebildet, wobei der Vorgang während zehn Tagen kontinuierlich ausgeführt wird. Die Führungswalzen 20&sub1;, 20&sub2; wurden in entgegengesetzten Richtungen gegen den Stahlstreifen 12 gepreßt und nur durch Bewegen des Stahlstreifens 12 ohne Ausüben eines Drehmoments auf die Führungswalzen 20&sub1;, 20&sub2; von außen gedreht, um die Oszillation des Stahlstreifens 12 zu verringern.
Fig. 9 zeigt klar den Ort der Senkwalze 19 in der Schmelztauchvorrichtung, eines Rahmens 50 zum Unterstützen eines Lagers 29 und der Führungswalzen 20&sub1;, 20&sub2; zum Führen des Stahlstreifens 12.
In Fig. 9 bestehen die Senkwalze 19 im Schmelztauchbehälter, die Führungswalzen 20&sub1;, 20&sub2;, der Rahmen 50 und die Lager für die Senkwalze 19 sowie die Führungswalzen 20&sub1;, 20&sub2; alle aus dem Edelstahl der Senkwalze 19. Die Führungswalzen 20&sub1;, 20&sub2; bestehen aus Schmiedestahl, und der Rahmen 50 ist ein Gußstück, das eutektisches Carbid enthält und eine vollständig austenitische Struktur aufweist.
Der Umfang der Zinkplattierung war als 40 g/m oder 30 g/m² festgelegt, und die Stahlstreifen 12 wurden für einen Zeitraum einer Woche, von zehn Tagen und von zwanzig Tagen kontinuierlich hergestellt, um in jedem Zeitraum ein neues Produkt herzustellen. Es trat nur eine minimale Abnutzung der Walzenschäfte auf, und der Stahlstreifen 12 oszillierte nur leicht, so daß es möglich war, einen Stahlstreifen 12 zu erhalten, der mit Zinkschichten plattiert war, die eine im wesentlichen gleichmäßige Dicke aufweisen. Die Schwankungen der Spannung des Stahlstreifens 12 zu diesem Zeitpunkt und die Abweichung der Gaseinlaßbedingung waren sehr gering und nicht größer als etwa 10%. Weiterhin lag die Schwankung des Plattierungsumfangs je Einheitsfläche zwischen 3 und 4%.
Mit einem Lager für eine Senkwalze mit einem geringen Walzenschaftdurchmesser von 50 mm und einer Länge des Gleitabschnitts von 70 mm wurde ein dem oben beschriebenen ähnelnder Abnutzungstest ausgeführt. Ein am Außenrand eines Walzenschafts und am Innenrand des Lagers angebrachtes kohlefaserverstärktes Graphit-Verbundmaterial gleichte dem Material bei der ersten beschriebenen Ausführungsform, wobei das Lager den gleichen Aufbau wie bei der ersten beschriebenen Ausführungsform aufwies. Weil die Walze jedoch eine geringe Größe aufweist, kann das in Fig. 3 dargestellte geteilte Lager als ein integriertes zylindrisches Stück ausgebildet sein. Ein Kupferdraht und ein Rohr aus JIS-SUS316-Edelstahl kann als ein Zwischenmaterial verwendet werden und im wesentlichen ebenso wie bei der ersten beschriebenen Ausführungsform angepaßt werden.
Die Ergebnisse des Abnutzungstests glichen im wesentlichen den bei der ersten beschriebenen Ausführungsform erhaltenen. Beim zuletzt beschriebenen Aufbau traten hinsichtlich des Sitzes des Schafts bezüglich dem Lager, dem Brechen des Keramikmaterials usw. keine Probleme auf, und es wurden vorteilhafte Ergebnisse erzielt.
Ein kontinuierliches Plattieren der Führungswalzen 20 mit Zink wurde im wesentlichen ebenso wie bei der ersten beschriebenen Ausführungsform vorgenommen, wobei im wesentlichen die gleichen Ergebnisse erhalten wurden.
Es wurde ein Senkwalzenschaft 33 aus JIS-SUSI316-Edelstahl mit einem Außendurchmesser von 111,5 mm verwendet, der im wesentlichen den gleichen Aufbau aufwies wie bei der ersten beschriebenen Ausführungsform. Ein ein zylindrisches Stück aus JIS-SUSI316-Edelstahl als Puffermaterial aufweisendes Zwischenstück mit einer Dicke von 2 mm und einem etwas größeren Innendurchmesser als 111,5 mm und gebogene Vorsprünge mit einem Spitzenwinkel von 60º und einer Höhe von 1 mm, die an der Außenfläche des zylindrischen Stücks in Umfangsrichtung in Abständen von 6 mm ausgebildet waren, waren um den Walzenschaft herum bereitgestellt, und ein Sialon-Mantel mit einem Außendurchmesser von 150 mm und einem Innendurchmesser von 116 mm waren im wesentlichen ebenso wie bei der ersten beschriebenen Ausführungsform angepaßt. In diesem Fall betrug der Schrumpfpaßgrad bei 460ºC etwa 50 um, wobei die erzeugte Spannung 1 kg/mm² betrug. Daher betrug die zulässige Spannung des Keramikmaterials 1/3 des Pmax von 3 kgf/mm², was ein günstiger Wert war. Hinsichtlich dieses Walzenschafts wurde im wesentlichen wie bei der ersten beschriebenen Ausführungsform ein Drehgleittest ausgeführt. Die Abnutzungstiefe des Schafts war im wesentlichen die gleiche. Das Puffermaterial wies eine geringe Korrosionsbeständigkeit gegenüber geschmolzenem Zn auf, und die letzte beschriebene Ausführungsform war daher hinsichtlich der Beschädigung des Schafts vorteilhafter als die erste beschriebene Ausführungsform. Die Sitzfestigkeit bei hoher Temperatur war hoch. Weiterhin wurde ein aus reinem Kupfer bestehendes Band als ein Zwischenmaterial 34 aufgewickelt. Bei einer Wärmeausdehnungsdifferenz bei der Plattierungstemperatur von geschmolzenem Zink von 450ºC wurde ein 2% des Volumens entsprechender Zwischenraum gebildet, und es wurde ein Keramikstück 32 angepaßt, wobei ein Brechen von diesem auftrat.
Die Führungswalzen wurden im wesentlichen ebenso wie bei der ersten beschriebenen Ausführungsform mit Zink plattiert, und es wurden im wesentlichen die gleichen Ergebnisse erzielt wie bei der ersten beschriebenen Ausführungsform.
Im wesentlichen ebenso wie bei der ersten beschriebenen Ausführungsform wurde ein gesintertes Sialon-Stück für eine Senkwalze verwendet, und es wurden gesinterte SiC-Graphitstücke für einen Mantel und ein Lager verwendet. Diese Ausführungsform unterscheidet sich in der Hinsicht von der ersten beschriebenen Ausführungsform, daß ein Rohr aus JIS- SUS316-Edelstahl und ein Draht aus reinem Kupfer derart abwechselnd über die ganze Fläche dieses Schaftabschnitts des Walzenschafts, wo das Stück aus gesinterter Keramik vorhanden war, gewickelt wurden, daß das Rohr und der Draht in Kontakt miteinander gebracht wurden, und der Keramikmantel wurde danach angepaßt. In diesem Fall befand sich ein Zwischenraum zwischen dem Keramikmantel und dem Außendurchmesser des Walzenschafts teilweise in linearem Kontakt mit dem Kupferdraht. Es wurden jedoch in dem Bad zum kontinuierlichen Tauchen in geschmolzenes Zink bei 450ºC plastische und elastische Verformungen des Kupferdrahts induziert, und es wurde ein planarer Kontakt erhalten. Es wurde auf diese Weise bestätigt, daß ein starker Sitz des Keramikmantels ohne ein Brechen erhalten wurde.
Das Lager unterschied sich von dem oben beschriebenen nur hinsichtlich des Materials, glich diesem jedoch in allen anderen Hinsichten.
Das zuletzt erwähnte Stück aus gesintertem SiC und Graphit-Verbundkeramik wurde durch Hinzufügen von 25 Gewichtsteilen Graphitpulver mit einer durchschnittlichen Korngröße von 10 um zu 100 Gewichtsteilen SiC-Pulver mit einer durchschnittlichen Korngröße von 3 um, Naß-Kneten der Mischung mit einer geringen Menge Bindemittel in Methanol, Trocknen und Granulieren durch einen Mahl- und Mischvorgang gebildet. Nachfolgend wurde das Keramikstück durch eine mechanische Presse gepreßt und zu einer Scheibenform mit einer Dicke von 30 mm und einem Außendurchmesser von mindestens 100 mm geformt und durch ein Warmpreßverfahren im Vakuum bei 2100ºC gesintert. Weiterhin wurde das Stück aus gesinterter Keramik geschliffen, zerteilt und zu vier geteilten halbkreisförmigen Blöcken mit einem trapezförmigen Querschnitt endbearbeitet. Ein Plattieren mit Zn wurde in anderen Hinsichten im wesentlichen ebenso wie bei der ersten beschriebenen Ausführungsform ausgeführt. Wenngleich sie der ersten beschriebenen Ausführungsform etwas unterlegen war, wurden im wesentlichen die gleichen Ergebnisse erzielt.
Der oben beschriebene Mantel aus SiC und Graphit- Verbundmaterial mit der gleichen Größe wurde an Stelle des Sialon-Mantels verwendet, und er wurde entsprechend dem in Zusammenhang mit der ersten Ausführungsform beschriebenen Verfahren eng an einen Senkwalzenschaft aus JIS-SUSI316-Edelstahl gemäß der dritten Ausführungsform angepaßt. Ein halbkreisförmiges gesintertes Sialon-Stück wurde als ein Lager verwendet und im wesentlichen ebenso wie bei der ersten beschriebenen Ausführungsform eng angepaßt. Weiterhin wurden im wesentlichen die gleichen Führungswalzen wie bei der ersten beschriebenen Ausführungsform hergestellt, und es wurde dann im wesentlichen in der oben beschriebenen Weise für zehn Tage kontinuierlich ein Plattieren von geschmolzenem Zn bis zu einer Dicke von etwa 20 um ausgeführt. Es wurde dabei herausgefunden, daß die Abnutzung von jeder der Walzenschäfte und Lager minimal war und daß die Abweichung der Dicke der Zinkplattierung während dieses Vorgangs sehr gering war.
Es wurden eine Senkwalze und Führungswalzen, die die Walzen und die Walzenlager entsprechend der ersten beschriebenen Ausführungsform aufwiesen, verwendet, und es wurde durch Tauchen eines Stahlstreifens in geschmolzenes Aluminium bei 680ºC bei hoher Geschwindigkeit kontinuierlich plattiert. Wenngleich die Abnutzungstiefe der aus dem herkömmlichen Stahl hergestellten Walzenlager nach vier Tagen etwa 15 mm betrug, betrugen die Abnutzungstiefen der Walzen und der Lager gemäß dieser Erfindung etwa 0,25 mm, und die Abnutzung betrug lediglich 1/60 derjenigen bei den herkömmlichen Produkten. Wenn das Walzenlager gemäß der Erfindung weiterhin zwölf Tage lang ohne Austausch verwendet wurde, betrug die Abnutzungstiefe nicht mehr als 1 mm, was die Wirksamkeit dieser Ausführungsform bestätigt.
Zum Bestätigen einer weiteren Wirkung der vorliegenden Erfindung wurde das Walzenlager nach einer Benutzung von zwölf Tagen entfernt, und es wurden die Bereiche von vier Teilen des Graphit-Verbundmaterials, die für den Betrieb verwendet wurden, neu angeordnet. Nach dem Versuch wurde - keine besondere abnorme Abnutzung beobachtet, und die Abnutzungstiefe nach einer Verwendung von zwölf Tagen war nicht größer als 1 mm und so gering wie bei der ersten Verwendung.
Es wurde herausgefunden, daß teure Keramiken wirksam verwendet werden können, weil das identische Kohlefaser-Graphit- Verbundmaterial unter im wesentlichen der gleichen Abnutzungsbedingung wiederholt verwendet werden kann, wenn es in dieser Weise verwendet wird und weil es weiter verwendet werden kann, wenn die Gleitflächen der Keramik nach einem bestimmten Zeitraum geschliffen werden.
Herkömmlich wurden zwei identische Vorrichtungen, die geschmolzenes Zink und geschmolzenes Aluminium enthalten, im wesentlichen einmal in der Woche abwechselnd verwendet, weil sich Senkwalzen in erheblichem Maße abnutzen. Bei dieser Ausführungsform kann der Vorgang jedoch durch eine einzige Vorrichtung ausgeführt werden. Weiterhin ist die Abnutzung der Walze sehr gering, so daß die Zeit bis zum Ersetzen im Vergleich mit herkömmlichen Konstruktionen erheblich vergrößert sein kann und das Ersetzen beispielsweise alle zwanzig Tage oder jeden Monat vorgenommen werden kann. Weiterhin kann der Schlingenkanal 23 fortgelassen werden.
Bei der Ausführungsform aus Fig. 10 hat die Führungswalze 80 einen größeren Durchmesser, wobei eine damit zusammenwirkende Führungswalze (nicht dargestellt) im wesentlichen der Führungswalze der ersten beschriebenen Ausführungsform entspricht. Wie in Fig. 2 dargestellt ist, werden Walzenflächen von Führungswalzen von beiden Seiten her gegen einen Stahlstreifen 12 gepreßt und berühren diesen so, daß ihre Kontaktflächen zueinander versetzt sind. Jedes Lager 87 ist mit vier halbkreisförmigen Teilen aus kohlefaserverstärktem Graphit-Verbundmaterial versehen, wie in Fig. 10 durch Abschnitte dargestellt ist, die durch schräge Linien unterlegt sind, wobei diese im wesentlichen den gleichen Aufbau aufweisen, wie er in Fig. 4 dargestellt ist. Weil keine besondere Kraft auf den entgegengesetzten Halbabschnitt 89 des Lagers 87 ausgeübt wird, besteht er aus dem oben erwähnten Metall. Weiterhin sind zwei Mäntel 81 aus gesinterten Sialon-Stücken, wie oben beschrieben wurde, über ein Rohr aus JIS-SUS316-Edelstahl und einen Kupferdraht im wesentli chen ebenso, wie in Fig. 3 dargestellt ist, eng an einen Führungswalzenschaft 88 angepaßt. Ein Metallring 83 ist zwischen einen Grundabschnitt (oder einen Abschnitt des nahen Endes) des Walzenschafts 88 und einen Körper eingeschoben, und ein Preßstück 84 wird verwendet, um den Schaft über eine Feder durch eine Schraube 86 an einer Kappe 85 zu befestigen, die durch Schweißen sicher angebracht ist. Die Führungswalzen befinden sich unterhalb der Oberfläche des geschmolzenen Metalls, so daß eine Oszillation des Stahlstreifens unterdrückt wird. Gewöhnlich wird das Verfahren zum Ausüben eines Drehmoments auf diese zwei Führungswalzen von außen verwendet, und es kann in gleicher Weise bei dieser Ausführungsform verwendet werden. Weil die Gleitfähigkeit des Schafts jedoch bemerkenswert hoch ist, ist es nicht erforderlich, die Antriebskraft von außen auszuüben. Eine Plattierung mit Zink wurde im wesentlichen ebenso wie bei der ersten beschriebenen Ausführungsform ausgeführt. Sie wurde unter in Bewegungsrichtung des Stahlstreifens im wesentlichen konstanter Spannung und bei im wesentlichen konstantem Einleiten von Gas durch die Gaswischdüsen 21 ausgeführt, und es trat auch eine sehr geringe Oszillation des Stahlstreifens auf, nachdem dieser mit geschmolzenem Zink überzogen war. Weil der Stahlstreifen um etwa 5 m senkrecht nach oben bewegt und abgekühlt wurde, nachdem er in geschmolzenes Zink getaucht wurde, wurde selbst eine geringe Oszillation der Walzenschäfte auf den Stahlstreifen übertragen. Bei dieser Ausführungsform trat die Oszillation des Stahlstreifens während des Vorgangs jedoch nur in geringem Maße auf.
Bei der Ausführungsform aus Fig. 11 ist ein Kugellager an einem Führungswalzenschaft gemäß der vorliegenden Erfindung angebracht, wobei ein Außenring 101 und ein Innenring 103 aus einem kohlefaserverstärktem Kohlenstoff-Verbundmaterial, das im wesentlichen die gleiche Fest-Schmierfähigkeit aufweist wie bei der ersten beschriebenen Ausführungsform, besteht. Das bei dieser Erfindung verwendete kohlefaserverstärkte Kohlenstoff-Verbundmaterial besteht im wesentlichen aus 50 Volumenprozent in eine Richtung orientierter Kohlefasern und einem restlichen als ein Grundmaterial dienendem Pechkohlenstoffsystem, und es wird bei 2000ºC gesintert. Der Verbundstoff hat eine spezifische Dichte von 1,5 g/cm³ oder mehr und eine Biegefestigkeit von 30 MPa oder mehr. Weiterhin wird der Verbundstoff gemahlen und zu einem Block geformt, in dem die Kohlefasern so gerichtet oder orientiert sind, daß sie die Gleitfläche schneiden, und die Laufflächen der Rollenelemente werden dann durch Bearbeiten an einer Drehbank und zylindrisches Schleifen endbearbeitet. Wie in Fig. 8 dargestellt ist, ist der Innenring 103 im wesentlichen ebenso wie bei der ersten beschriebenen Ausführungsform über ein Rohr aus JIS-5U5316-Edelstahl eng an einen Innenringhalter angepaßt und fest am Walzenschaft angebracht. Die Lagerstruktur gleicht im wesentlichen derjenigen bei der ersten beschriebenen Ausführungsform, wobei jedoch die Seitenplatten 98 der ersten beschriebenen Ausführungsform nicht vorgesehen sind.
Rollenelemente 102 bestehen aus Sialon-Keramik, die eine Keramik mit hoher Festigkeit und hoher Härte ist. Sialon- Keramik ist durch Si6-zAlzOzN8-z ausgedrückt, wobei z innerhalb des Bereichs von 0-42 veränderlich ist, wobei dies gewöhnlich als β-Sialon bezeichnet wird. Bei dieser Ausführungsform wird Sialon-Pulver mit einer Zusammensetzung mit Z = 0,5 verwendet. Es wird ein kaltes hydrostatisches Pressen ausgeführt, um sie zu sphärischen, grünen, kompakten Stücken mit einem Durchmesser von 20 mm zu formen, und sie werden bei 1700ºC in einer Stickstoffatmosphäre gesintert. Auf diese Weise wurden sphärische gesinterte Sialon-Stücke mit einem Durchmesser von 16 mm erhalten.
Weiterhin wird ein Werkzeug zur Bearbeitung einer sphärischen Oberfläche nach dem Grobbearbeiten der gesinterten Sialon-Stücke verwendet, um die Rollenelemente 102 aus Sialon mit einem Durchmesser von 15 mm und einer 0,25 um messenden Kugelform herzustellen.
Dieses Kugellager wurde in einer Vorrichtung zum kontinuierlichen Tauchen in geschmolzenes Zink im wesentlichen ebenso wie bei der ersten beschriebenen Ausführungsform für eines der Führungsrollenlager oder für beide verwendet, und es wurde im wesentlichen ebenso wie bei der ersten beschriebenen Ausführungsform kontinuierlich mit geschmolzenem Zink plattiert. Ein Stahlstreifen 12 als ein zu plattierendes Material wird in den Behälter 10 mit geschmolzenem Zink geführt und durch die Senkwalze 19 in eine andere Richtung orientiert. Daraufhin wird die Stahlplatte 12 durch die zwei entgegengesetzten Führungswalzen 20 gepreßt, so daß ihre Richtung festgelegt wird und ein Biegen oder eine Oszillation von ihr verhindert wird. Weiterhin wird überschüssiges anhaftendes Zink durch Gaseinlaß fortgeblasen, während die Stahlplatte 12 zwischen den Gaswischdüsen 21 übertragen wird, nachdem sie den Zinkbehälter 10 verlassen hat, wodurch der Umfang der Plattierung so geregelt wird, daß er einen gewünschten Wert aufweist.
Gemäß dieser Ausführungsform treten Unregelmäßigkeiten beim Drehen infolge von Reibung, eine Drehauslenkung infolge einer Lagerabnutzung und dergleichen, die Probleme bei aus Metall oder Cermet bestehenden herkömmlichen Gleitlagern waren, nicht auf, so daß ein ruhiges Drehen erreicht werden kann. Daher ist es im wesentlichen ebenso wie bei der Ausführungsform aus Fig. 10 unnötig, die Führungswalze von außen anzutreiben. Demgemäß kann eine Oszillation der Walze verhindert werden, und die Abweichung der Dicke des plattierten Films kann auf 1/5 oder weniger des herkömmlichen Werts gesteuert werden. Weiterhin wird bestätigt, daß die Haltbarkeit des Lagers mindestens das zehnfache derjenigen bei herkömmlichen Lagern ist.
Wie beim Lesen des oben Erwähnten verständlich geworden sein wird, kann gemäß der vorliegenden Erfindung selbst in einem Bad geschmolzenen Metalls oder in einer Reaktionsgasatmosphäre, in der das herkömmliche Metallager nicht verwendet werden kann, ein ausgezeichnetes Drehverhalten erzielt werden. Weiterhin weisen die aus hochfester Keramik allein hergestellten Keramiklager bei dieser Erfindung selbst dann keine Nachteile auf, wenn sie sich im nicht geschmierten Zustand oder bei einer hohen Temperatur von 1000ºC oder darunter befinden, bei der die herkömmlichen Lager infolge von Verschleiß und ähnlichem nicht verwendet werden können, so daß ein ausgezeichnetes Drehverhalten erzielt werden kann.
Weiterhin ist gemäß der Erfindung insbesondere bei der Senkwalze die Keramik mit einer ausgezeichneten Korrosionsbeständigkeit, Abnutzungsfestigkeit und ausgezeichneten Gleiteigenschaften am Gleitabschnitt des Walzenschafts vorgesehen und ist das feste Schmiermittelstück am Lager vorgesehen, wodurch der gesamte Außenbereich kreisförmig oder halbkreisförmig gemacht wird. Bei den Führungswalzen werden Kugellager und Walzenlager verwendet, und es wird ebenso eine Kombination aus einer Keramik und einem festen Schmiermittelstück verwendet. Daher ist die Abnutzung des Walzenlagers im Schmelztauchbad minimal und weist das Walzenlager eine lange Haltbarkeit auf. Es ist bei der vorliegenden Erfindung weiterhin möglich, einen Arbeitsprozeß bis zu zehnmal länger auszuführen als mit einem aus dem herkömmlichen Metall bestehenden Walzenlager. Demgemäß weist die vorliegende Erfindung solche Wirkungen, wie eine verringerte Austauschhäufigkeit des Walzenlagers, eine Verbesserung der Produktivität durch einen kontinuierlichen Betrieb, eine Verringerung fehlerhafter Produkte und dergleichen, auf. Weil es weiterhin nicht erforderlich ist, die Führungswalzen von außen anzutreiben, kann eine Walzenoszillation verhindert werden, und es ist möglich, die Abweichung der Plattierungsdicke zu verringern.
Die vorliegende Erfindung kann auch auf Gleitlageranordnungen und Gleitstücke für eine Verwendung bei chemischen Anlagen, Öfen, Heizungen, Weltraumeinrichtungen und dergleichen angewendet werden, bei denen verhindert werden muß, daß eine Hochtemperaturvorrichtung Öl ausgesetzt wird, und es können zahlreiche Langzeitmodifikationen erhalten werden.
Wenngleich mehrere Ausführungsformen gemäß der vorliegenden Erfindung dargestellt und beschrieben wurden, sei bemerkt, daß sie nicht auf diese beschränkt ist, sondern daß an ihr zahlreiche Modifikationen vorgenommen werden können, die für einen Durchschnittsfachmann ersichtlich sind, und sie soll nicht durch die hier dargestellten und beschriebenen Einzelheiten eingeschränkt sein sondern alle Modifikationen, die innerhalb des Schutzumfangs der anliegenden Ansprüche liegen, umfassen.

Claims

1. Vorrichtung (10) zum kontinuierlichen Schmelztauchen mit einer von einem Lager getragenen Walze (80), die in einem geschmolzenen Metall rotiert, wobei das Lager zumindest in Teilen aus einem festen Schmiermittelmaterial hergestellt ist,

dadurch gekennzeichnet, daß

das Lager ein Rollenlager (71, 72, 73, 91; 101, 103) ist, bei dem die Kontaktfläche einer Welle (88) dieser Walze (80) sich relativ zur Kontaktfläche des Rollenlagers mittels Rollenelemente (74; 102) bewegt,

die Kontaktflächen der Walzenwelle (88) und des Lagers (71, 72, 73, 91; 101, 103) aus einem Graphit/Kohlenstofffasern-Verbundmaterial mit in Graphit verteilten Kohlenstoffasern hergestellt sind, und daß

die Rollenelemente (74; 102) aus einem gesinterten keramischen Material hergestellt sind.

2. Vorrichtung (10) zum kontinuierlichen Schmelztauchen nach Anspruch 1, bei der

das Lager (71, 72, 73, 91; 101, 103) einen Innenring (71; 103), einen Außenring (72; 101) sowie zwischen dem Innen- und dem Außenring gelagerte Rollenelemente (74; 102) beinhaltet, wobei der Innen- und der Außenring sich über die Rollenelemente relativ zueinander bewegen, und bei der

die die Rollenelemente berührenden Gleitflächen des Innen- und des Außenrings aus einem Graphit/Kohlenstoffasern- Verbundmaterial mit in Graphit verteilten Kohlenstoffasern hergestellt sind.

3. Vorrichtung (10) zum kontinuierlichen Schmelztauchen nach Anspruch 1 oder 2, bei der Zwischenstücke (73) aus einem festen Schmiermittelmaterial zwischen den Rollenelementen (74) gelagert sind.

4. Vorrichtung (10) zum kontinuierlichen Schmelztauchen nach Anspruch 3, bei der das feste Schmiermittelmaterial ein Graphit/Kohlenstoffasern-Verbundmaterial mit in Graphit verteilten Kohlenstoffasern ist.