Korea Ever-Power · Application Engineering Guide
Worm en wormwiel voor het walsen en verwerken van staal in staalfabrieken
Een stalen plaat van 25 ton met een temperatuur van 1150 graden Celsius rolt over een tafel met 120 aangedreven rollen. Elke rolaandrijving – een wormwieloverbrenging – absorbeert de stralingswarmte van de gloeiende plaat 300 mm erboven, leidt een regen van ijzeroxideschilfers af die van het plaatoppervlak vallen en is bestand tegen ontkalkingswater onder hoge druk van 180 bar. Het product zelf vormt de vijandige omgeving – en het passeert deze elke 90 seconden.
Neem contact op met een aandrijftechnicus van een staalfabriek →
Staalfabrieken gebruiken wormwieloverbrengingen voor de aandrijving van rollenbanen, de aandrijving van de oproldoorn, de overdracht van koelbedden en de schroefmechanismen voor de walsopening. Al deze onderdelen werken in de nabijheid van staalproducten met temperaturen tussen de 200 en 1200 graden Celsius. De matrix voor de verwerking van staal bij hoge temperaturen classificeert aandrijvingen op basis van de producttemperatuurzone die ze bedienen (heet, warm, koud) en koppelt elke zone aan de omgevingstemperatuur bij de aandrijving, de vereiste koelmethode, de afdichtingsbescherming tegen ijzeroxideaanslag en de materiaalspecificatie. In tegenstelling tot bakkerijen of cementfabrieken, waar de warmtebron statisch is (oven, smeltoven), is de warmte in staalfabrieken vluchtig. Een plak staal van 1150 graden Celsius passeert gedurende 2 tot 5 seconden per doorgang over een rollenbaanaandrijving, waardoor thermische schokcycli ontstaan die niet worden gedekt door standaard specificaties voor wormwieloverbrengingen bij continue blootstelling. Afschilfering (ijzeroxide Fe₃O₄-deeltjes bij temperaturen boven de 800 graden) die van het product afkomt, is tegelijkertijd een schurend middel bij hoge temperaturen en een chemische verontreiniging. Dit vereist afgeschermde labyrinten die in geen enkele andere industrie op het gebied van stofbescherming te vinden zijn.
Waar staalfabrieken wormwielaandrijvingen gebruiken
Een walserij voor staal bevat honderden individueel aangedreven walsen die heet staal transporteren en positioneren tussen walsstanden, door ontkalkingsstations, over koelbedden en naar oprolmachines. Elke wals heeft een wormwielaandrijving nodig die de motorsnelheid (doorgaans 1450 tpm) omzet in walssnelheid (10 tot 200 tpm, afhankelijk van het walsgedeelte). Wormwielparen vervullen deze snelheidsreductiefunctie op walstafels, uitlooptafels, aandrijvingen van koelbedharken en schroefmechanismen, waar de 90-graden motororiëntatie past binnen de nauwe walsafstand (300 tot 600 mm tussen de walscentra).
De belangrijkste aandrijvingen van de walsinstallaties maken gebruik van krachtige schroef- of planetaire tandwielkasten in plaats van wormwieloverbrengingen, vanwege het extreem hoge vermogen van schroef- of planetaire tandwielkasten (500 tot 5000 kW) – te groot voor wormwieloverbrengingen. De 50 tot 200 afzonderlijke wormwieloverbrengingen per walserij op de walstafels en hulpapparatuur vertegenwoordigen echter een groter totaal aantal eenheden dan elke andere afzonderlijke toepassing in deze reeks van 30 artikelen.
Matrix voor de verwerking van staal bij hoge temperaturen — productzone voor het bepalen van de specificaties
Het cruciale verschil tussen de hitte in een staalfabriek en andere toepassingen met hoge temperaturen (bakkerij A14, cementfabriek A25) is dat de hitte in een staalfabriek productgebonden en vluchtig is. Een plak van 1150 graden Celsius beweegt gedurende 2 tot 5 seconden over een wormwieloverbrenging van een rollenbaan, waarna de volgende plak 60 tot 120 seconden later arriveert. De temperatuur van de aandrijfbehuizing schommelt bij elke plakpassage – deze stijgt met 5 tot 15 graden Celsius per passage en koelt vervolgens af tussen de passages. Deze thermische cycli zijn veel schadelijker voor de afdichtingen en de olie van de wormwielen dan de constant hoge temperatuur in bakkerijen of cementfabrieken.
De matrix laat een kostenverschil van 3 tot 5 keer zien tussen specificaties voor de koude zone en de warme zone. Dit verschil wordt voornamelijk veroorzaakt door het koelsysteem (watermantel of oliecirculatie kost 1.500 tot 4.000 USD extra per aandrijving) en de bescherming tegen kalkaanslag (waterdoorspoelring kost 200 tot 500 USD extra ten opzichte van een eenvoudig labyrint). Een walserij met 120 rollenbaanaandrijvingen kan er 30 in de warme zone, 40 in de hete zone en 50 in de koude zone hebben. Het specificeren van alle 120 wormwielaandrijvingen op het niveau van de warme zone leidt tot een verspilling van ongeveer 120.000 USD aan onnodige koelapparatuur voor de aandrijvingen in de koude zone.
IJzeroxideaanslag en hogedrukontkalking met water
Kalkaanslag als unieke verontreiniging. Wanneer heet staal in contact komt met lucht, oxideert het oppervlak en vormt zich een ijzeroxidehuid (Fe₃O₄) – een harde, broze laag die van het staaloppervlak afschilfert tijdens het walsen. Schilfers van 2 tot 10 mm vallen van het product, dat een temperatuur heeft van 600 tot 1000 graden Celsius, op de aandrijvingen van de walstafel. Deze hete huid is tegelijkertijd een projectiel met hoge temperatuur (het kan standaard rubberen afdichtingen bij contact doen smelten), een schuurmiddel (hardheid Mohs 6, harder dan cementstof) en een chemische verontreiniging (het lost op in koelwater en vormt een zure ijzerhydroxidesuspensie met een pH van 3 tot 5). Geen enkele andere industrie produceert een verontreiniging die al deze drie schademechanismen combineert.
Bescherming tegen kalkaanslag voor wormwieloverbrengingbehuizingen. Aandrijvingen in hete zones vereisen een stalen afschermingsschild boven de behuizing dat neervallende kalkaanslag opvangt voordat deze de afdichtingen raakt. Het schild moet vervangbaar zijn (het slijt door herhaalde impact van hete kalkaanslag) en onder een hoek geplaatst zijn om de kalkaanslag weg te leiden van het inlaatpunt van de as. Achter het schild spoelt een waterspoelring continu kalkdeeltjes weg van de labyrintafdichting, waardoor ophoping die de contactoppervlakken van de afdichting zou kunnen beschadigen, wordt voorkomen.
Ontkalking door middel van waterinteractie. Hogedrukspuiten met een druk van 150 tot 200 bar verwijderen de kalkaanslag van het stalen oppervlak vóór het walsen. Hierbij ontstaat een nevel van heet water, stoom en gefragmenteerde kalkdeeltjes die de aandrijvingen van de walstafel omhult. De behuizing van het wormwielpaar moet deze omgeving continu kunnen weerstaan; standaard verfsystemen falen binnen 6 tot 12 maanden. Behuizingen voor de hete zone zijn gemaakt van onbewerkt gietijzer of hebben een zinkgemetalliseerde coating (geen verf, want verf bladdert af door temperatuurschommelingen), waarbij een corrosiemarge in de wanddikte is ingebouwd.
Een Koreaanse warmwalserij met een productiecapaciteit van 3 miljoen ton per jaar schreef wormwieloverbrengingen voor voor 80 aandrijvingen van de afrolrollen tussen de afwerkingsstand en de oprolmachine. De afrolrol bediende de warme zone (producttemperatuur 600 tot 850 graden Celsius bij de uitgang van de afwerkingsstand, afkoelend tot 500 tot 650 graden Celsius bij de oprolmachine). De omgevingstemperatuur van de aandrijvingen lag tussen 80 en 110 graden Celsius. De oorspronkelijke specificatie maakte gebruik van minerale EP-olie (ISO VG 320, geschikt voor temperaturen tot 90 graden Celsius) met standaard FKM-lipafdichtingen en zonder kalkafscherming – de kosteneffectieve optie voor 420 USD per aandrijving. Binnen 18 maanden waren 22 van de 80 aandrijvingen defect geraakt – de minerale olie was geoxideerd door de thermische cycli, de lipafdichtingen waren aangetast door kalkdeeltjes en er was kalkslurry in de behuizingen terechtgekomen. De vervangende specificatie omvatte afschermingen tegen kalkaanslag (180 USD per stuk), waterdoorspoelringen (250 USD per stuk), labyrintafdichtingen (ter vervanging van lipafdichtingen, 85 USD extra per stuk) en synthetische PAG-olie (45 USD extra per vulling). Totale upgrade per aandrijving: 560 USD – waardoor de kosten per eenheid stegen van 420 USD naar 980 USD. Inspectie na de upgrade in jaar 3: nul storingen bij alle 80 aandrijvingen. De upgrade van 560 USD op 80 aandrijvingen (totaal 44.800 USD) voorkwam de 22 voortijdige storingen die ongeveer 35.000 USD aan vervangende aandrijvingen en 180.000 USD aan productievertragingen door stilstand van de rollentafelsectie hadden gekost. Les: de minimale thermische zonespecificatie uit de verwerkingsmatrix moet bescherming tegen kalkaanslag omvatten – het selecteren van de juiste olie en koeling zonder de toegangsweg voor kalkaanslag aan te pakken, leidt tot hetzelfde storingspercentage als het onderdimensioneren van het thermisch beheer alleen.
Specificatiegevallen voor drie wormwieloverbrengingparen van staalmolens
Casus 1 — Koreaanse warmwalserij: 80 uitlooptafelaandrijvingen, warme zone, schilferbeveiliging
Een Koreaanse warmwalserij (zie bovenstaande technische toelichting) heeft 80 wormwielaandrijvingen gespecificeerd voor de uitlooptafel tussen de afwerkingsstand en de oprolmachine. Rolsnelheid: 60 tot 180 tpm (variabel met de bandsnelheid). Motor: 5,5 kW, 1450 tpm. Overbrengingsverhouding: 10:1 (2-start – zelfvergrendeling niet nodig op rollentafels; rollen draaien vrij wanneer de motor stopt). Uitgangskoppel: 120 N·m per rol. Gecorrigeerde specificatie: 2-start, module 3, hartafstand 80 mm. Materiaal: wormwiel van gehard gelegeerd staal, wiel van fosforbrons. Schaalbescherming + waterdoorvoerring + labyrintafdichting. Olie: synthetische PAG ISO VG 320, oliecirculatie met externe koeler, gedeeld door groepen van 10 aandrijvingen. Kosten per aandrijving (compleet met bescherming): 980 USD. Totaal voor 80 aandrijvingen: 78.400 USD. De fabriek produceerde stroken voor 90 dollar per ton in de groothandel. Elk uur stilstand van de afvoertafel kostte ongeveer 27.000 dollar aan verloren productie.
Casus 2 — Japanse walserij voor walsdraad: aandrijving van de oproldoorn, hete zone, watergekoelde behuizing
Een Japanse walserij voor walsdraad specificeerde wormwieloverbrengingen voor 4 aandrijvingen van de oproldoornen. De oprolmachine wikkelde hete walsdraad (5,5 tot 16 mm diameter) tot spoelen aan de uitgang van het afwerkingsblok. De draadtemperatuur bij de oprolmachine lag tussen de 900 en 1050 graden Celsius. De aandrijving van de doorn bevond zich direct onder het oprolpunt – de omgevingstemperatuur werd tijdens het oprollen gemeten tussen de 160 en 190 graden Celsius (de heetste omgeving voor een wormwieloverbrenging in deze serie van 30 artikelen). Wormwieloverbrenging: enkelvoudige start (zelfvergrendeling nodig om de spoelspanning tijdens het oprollen te behouden), module 5, hartafstand 125 mm, overbrengingsverhouding 30:1. Uitgangskoppel: 650 N·m (draadspanning × doornradius). Koeling: watergekoelde behuizing met continue circulatie van koelwater (behuizing op 85 graden Celsius gehouden ondanks een omgevingstemperatuur van 180 graden). Olie: PFPE-perfluorether (geschikt voor temperaturen tot 250 graden Celsius – biedt een ruime marge voor eventuele onderbrekingen in het koelsysteem). Bescherming tegen aanslag: volledig stalen behuizing die de aandrijving omsluit, met een waternevelgordijn bij de opening van de behuizing. Kosten per wormwielpaar met watermantel: 4.200 USD. PFPE-olievulling: 380 USD. Bekijken industriële wormwielreductor Opties voor rollentafels en oprolmachines in staalfabrieken.
Casus 3 — Vietnamese wapeningsstaalfabriek: aandrijving van de koelbedhark, koude zone, standaardspecificatie
Een Vietnamese walserij voor wapeningsstaal specificeerde wormwieloverbrengingen voor 8 aandrijvingen van de harken in de koelbed. Het koelbed ontving afgewerkt wapeningsstaal met een temperatuur van 600 tot 800 graden Celsius en transporteerde dit zijdelings over het bed met behulp van heen-en-weer bewegende harken totdat het wapeningsstaal was afgekoeld tot onder de 100 graden Celsius voor het bundelen. De aandrijvingen van de harken bevonden zich onder het rooster van het koelbed en ontvingen daardoor restwarmte, maar kwamen niet direct in contact met het product. De omgevingstemperatuur bij de aandrijving van de harken lag tussen de 45 en 65 graden Celsius (koude zone – het wapeningsstaal was al afgekoeld door de warme zone voordat het de harken bereikte). Wormwieloverbrenging: enkelvoudige start, module 4, hartafstand 100 mm, overbrengingsverhouding 40:1. Uitgangskoppel: 800 N·m (harkmassa × wrijving). Koeling: natuurlijke convectie (voldoende bij een omgevingstemperatuur van 65 graden Celsius). Bescherming tegen aanslag: labyrintafdichting met luchtspoeling (losse aanslagdeeltjes vallen door het rooster van het koelbed op de aandrijvingen). Olie: minerale EP ISO VG 320. Kosten per paar: 480 USD. Totaal voor 8 aandrijvingen: 3.840 USD. Deze casus laat zien dat niet alle aandrijvingen in staalfabrieken een hot-zone specificatie nodig hebben — de cold-zone van het koelbed werkt onder omstandigheden die vergelijkbaar zijn met standaard industriële omgevingen, met als extra voordeel de bescherming tegen kalkaanslag.
Veelgestelde vragen
V: Waarom gebruiken de aandrijvingen van de rollentafels in staalfabrieken wormwieloverbrengingen met twee windingen?
Aandrijvingen van rollentafels hoeven niet zelfvergrendelend te zijn, omdat de rollen veilig vrij kunnen draaien wanneer de motor stopt – de hete stalen plaat glijdt dan zonder schade over de vrij draaiende rollen. De specificatie met twee starts verhoogt de efficiëntie van 40 tot 48 procent (enkele start) naar 65 tot 72 procent (twee starts), waardoor de motor minder warm wordt en de levensduur van de olie in de toch al hete omgeving wordt verlengd. Bij 80 tot 120 rollentafelaandrijvingen per fabriek levert de efficiëntiewinst een besparing op van 50 tot 150 kW aan totaal vermogen – een aanzienlijke verlaging van de bedrijfskosten bij meer dan 6.000 uur per jaar. De uitzondering hierop: aandrijvingen van de oproldoorn en schroefmechanismen moeten enkelvoudig gestart zijn voor respectievelijk zelfvergrendelende spanningsvasthouding en positievasthouding.
V: Hoe verschilt thermische schokcyclus van een constante hoge temperatuur?
Bij een constante hoge temperatuur (bakkerij, cementfabriek) bereikt de gehele wormwieloverbrenging een thermisch evenwicht, waardoor alle componenten gelijkmatig uitzetten. Door thermische schokken (bijvoorbeeld bij het passeren van platen in een staalfabriek) wordt het bovenoppervlak van de behuizing snel verwarmd, terwijl de onderkant koeler blijft. Dit creëert een temperatuurgradiënt in de behuizing die leidt tot differentiële thermische uitzetting. Deze differentiële uitzetting belast de contactoppervlakken van de afdichting bij elke cyclus anders (de warme zijde zet uit en comprimeert de afdichting, de koude zijde blijft statisch). Bij duizenden plaatpassages per dag veroorzaakt de cyclische compressie van de afdichting versnelde vermoeidheid in standaard rubberen afdichtingsmaterialen. Daarom zijn de wormwieloverbrengingen in staalfabrieken labyrintafdichtingen (contactloos, geen vermoeidheid) in plaats van lipafdichtingen (contact, gevoelig voor vermoeidheid).
V: Kan kalkaanslag worden voorkomen zonder een waterdoorlatende ring?
In de warme en koude zones is persluchtspoeling (0,3 tot 0,5 bar) doorgaans voldoende om kalkaanslag bij de labyrintafdichting te voorkomen. In de hete zone is luchtspoeling alleen onvoldoende, omdat hete kalkdeeltjes (600 tot 1000 graden Celsius) in de labyrintkanalen kunnen smelten en stollen tot een harde korst die de luchtstroom blokkeert. De waterspoelring koelt de kalkdeeltjes af tot onder hun smeltpunt en spoelt ze weg voordat ze zich kunnen ophopen. De waterstroom is laag – 2 tot 5 liter per minuut per aandrijving – en het water wordt afgevoerd via dezelfde kalkopvangkanalen onder de rollenbaan.
V: Welk olieverversingsinterval is van toepassing op wormwielaandrijvingen in staalfabrieken?
Hete zone: elke 3 tot 6 maanden (thermische cycli versnellen de oxidatie van de olie, ondanks synthetische olie). Warme zone: elke 6 tot 12 maanden. Koude zone: elke 12 tot 18 maanden. Deze intervallen zijn gebaseerd op monitoring van de olieanalyse — onmiddellijk verversen als het zuurgetal hoger is dan 2,0 mgKOH/g, het watergehalte hoger is dan 0,5 procent (door indringing van ontkalkingswater) of het ijzergehalte hoger is dan 100 ppm (wat wijst op kalkaanslag of versnelde slijtage van de tandwielen). Staalfabrieken met gecentraliseerde wormwieloliecirculatiesystemen (één koeler voor 10 tot 20 aandrijvingen) kunnen de intervallen met 30 tot 50 procent verlengen, omdat het grote olievolume verontreinigingen langzamer verdunt.
V: Wat is de gemiddelde levensduur van een wormwieloverbrenging in een staalfabriek?
Met de juiste specificatie van de temperatuurzones en kalkbescherming: hete zone 3 tot 5 jaar, warme zone 5 tot 8 jaar, koude zone 8 tot 12 jaar. Levensduur van de stalen worm: 6 tot 15 jaar in alle zones (de worm is harder en corrosiebestendiger dan het bronzen wiel). De beperkende factor voor de levensduur van wormwieloverbrengingen in hete zones is thermische cyclusvermoeidheid van het bronzen wiel – het herhaaldelijk verwarmen en afkoelen veroorzaakt microscheurtjes in de tandflanken na 15.000 tot 30.000 thermische cycli. In warme en koude zones is de beperkende factor slijtage door kalkaanslag – dit wordt beheerd door onderhoud van de labyrintafdichting en de spoelring.
Wormwieloverbrengingen in staalfabrieken worden blootgesteld aan de meest extreme combinatie van thermische schokken, schurende verontreiniging en chemische invloeden in elke industriële toepassing. De hogetemperatuurverwerkingsmatrix brengt de producttemperatuurzones (heet, warm, koud) in kaart ten opzichte van de omgevingstemperatuur bij de aandrijving, de koelmethode, de kalkbescherming en de smeermiddelspecificatie. Dit maakt optimalisatie per zone mogelijk, waardoor zowel onderspecificatie (voortijdige uitval in de hete zone) als overspecificatie (onnodige kosten in de koude zone) worden voorkomen. Kalkafzetting – de unieke verontreiniging in staalfabrieken – vereist afgeschermde labyrinten met waterspoeling in de hete zone, een bescherming die door geen enkele andere industrie tegen stof of deeltjes kan worden vervangen. De tijdelijke thermische schok van het passerende hete product veroorzaakt afdichtingsvermoeidheid die niet wordt aangepakt door specificaties voor de stationaire temperatuur. Labyrintafdichtingen vervangen daarom lipafdichtingen als de verplichte wormwielconfiguratie voor alle wormwieloverbrengingen in staalfabrieken.
Voor leveranciers van staalfabrieksuitrusting en installatietechnici classificeert onze engineeringdesk de producttemperatuurzone en adviseert over de complete aandrijfspecificatie. Standaardcatalogus zware wormwielsets Geschikt voor staalmolens met een hartafstand van 63 tot 200 mm, inclusief opties voor bescherming tegen kalkaanslag. Dien een aanvraag in. specificaties voor aandrijving in staalfabriek met producttemperatuur, molensectie, aandrijfpositie en mate van blootstelling aan walshuid.
Het specificeren van wormwieloverbrengingen voor walsentafels of verwerkingsapparatuur in een staalfabriek?
Geef de producttemperatuur, het molengedeelte, het aantal aandrijvingen, het snelheidsbereik van de rollen en de mate van blootstelling aan aanslag door. Wij classificeren de temperatuurzone en adviseren het koel-, afdichtings- en aanslagbeschermingspakket voor elke aandrijfpositie.
Vraag een specificatie aan voor een aandrijving in een staalfabriek →
Redacteur: Cxm
