Walzwerkswalzen: Typen, Materialien und Auswahlhilfe

Walzwerkswalzen sind die Kernarbeitskomponenten jedes Walzwerks. Sie formen Metall direkt, indem sie Druckkräfte anwenden, während das Material zwischen ihnen hindurchläuft. Die Auswahl des richtigen Walzenmaterials, der richtigen Härte und des richtigen Profils ist eine der wichtigsten Entscheidungen, die sich auf die Produktqualität, die Mühleneffizienz und die Betriebskosten auswirken. Ganz gleich, ob Sie Stahlbrammen, Aluminiumbleche oder Kupferstäbe verarbeiten, die Walzenleistung bestimmt alles von der Oberflächenbeschaffenheit bis zur Maßgenauigkeit.

Was sind Walzwerkswalzen?

Walzwerkswalzen sind zylindrische Werkzeuge, die paarweise oder satzweise in einem Walzgerüst montiert sind. Wenn Metallwerkstücke zwischen rotierenden Walzen durchlaufen, verringert der Spalt zwischen ihnen – der sogenannte Walzdurchgang – die Dicke des Materials oder formt seinen Querschnitt. Walzen müssen gleichzeitig enormer Druckbeanspruchung, Temperaturwechsel und abrasivem Verschleiß standhalten.

Eine Standardrolle besteht aus drei Hauptabschnitten: dem Fass (die Arbeitsfläche, die das Metall berührt), die Hals (die Lagerkontaktzone) und die Wobbler oder Antriebsende (wo Drehmoment übertragen wird). Die Walzenabmessungen variieren enorm – von kleinen Cluster-Walzwalzen mit einem Durchmesser von weniger als 50 mm bis hin zu großen Zerkleinerungswalzen mit einem Durchmesser von mehr als 1.500 mm, die in Warmbandwalzwerken verwendet werden.

Haupttypen von Walzwerkswalzen

Walzen werden nach ihrer Position in der Mühle, ihrer Funktion und dem von ihnen verarbeiteten Produkt klassifiziert. Das Verständnis dieser Kategorien hilft bei der Auswahl der richtigen Rolle für jede Anwendung.

Nach Mühlenposition

• Arbeitsrollen: Kontaktieren Sie direkt das Metall. Erfordern eine hohe Oberflächenhärte, typischerweise 65–85 Shore C (HSC), und eine glatte Oberflächenbeschaffenheit.
• Backup-Rollen: Stützen Sie die Arbeitswalzen und verhindern Sie ein Durchbiegen unter rollender Last. Größerer Durchmesser, Zähigkeit vor Härte priorisieren.
• Zwischenrollen: Wird in 6-Rollen- oder 20-Rollen-Clusterwalzwerken zwischen Arbeits- und Stützwalzen verwendet, um Kraft zu übertragen und die Ebenheit des Bandes zu kontrollieren.

Durch Rollverfahren

• Warmwalzrollen: Betrieb bei Bandtemperaturen von 900–1.200 °C. Muss Thermoschock und Oxidationsablagerungen widerstehen.
• Kaltwalzrollen: Erfordern extrem glatte Trommeloberflächen (Ra ≤ 0,1 µm für Dressiermühlen) und eine gleichmäßige Härte, um die Messgenauigkeit aufrechtzuerhalten.
• Profil- und Stabwalzwalzen: Verfügen über gerillte Zylinderprofile zum Formen von Stangen, Walzdraht, Schienen oder Strukturabschnitten.

Rollenmaterialien und ihre Leistungsmerkmale

Die Materialauswahl für Walzwerkswalzen hat direkten Einfluss auf die Verschleißlebensdauer, die Oberflächenqualität des Produkts und die Beständigkeit gegen thermische und mechanische Ermüdung. Nachfolgend sind die gängigsten Rollenmaterialien zusammengefasst.

Walzen aus Schnellarbeitsstahl sind zur vorherrschenden Wahl für Fertiggerüste in Warmbandwalzwerken geworden weil sie im Vergleich zu herkömmlichen ICCI-Walzen bis zu drei- bis fünfmal mehr Tonnage pro Kampagne walzen können, was die Häufigkeit des Walzenwechsels und die Ausfallzeiten der Mühle deutlich reduziert.

Schlüsselfaktoren, die zu Walzenverschleiß und -ausfall führen

Eine Verschlechterung der Walze ist unvermeidlich, aber Geschwindigkeit und Art des Verschleißes können kontrolliert werden. Zu den wesentlichen Verschleißmechanismen bei Walzwerkswalzen gehören:

• Abrasiver Verschleiß: Verursacht durch im Walzgut eingelagerte harte Zunderpartikel. Häufig beim Warmwalzen, wo Walzzunder eine Härte von 1.200 HV erreichen kann.
• Thermische Ermüdung (Brandrissbildung): Durch wiederholtes Erhitzen und Abkühlen der Walzenoberfläche entstehen feine Oberflächenrisse, die schließlich zu Abplatzungen führen. Ein unzureichender Kühlwasserfluss ist eine der Hauptursachen.
• Mechanische Ermüdung: Hohe zyklische Kontaktbeanspruchung, insbesondere in Stützwalzen, führt zur Rissausbreitung unter der Oberfläche. Die Kontaktspannungen in den Stützwalzen großer Warmbandwalzwerke können 800 MPa überschreiten unter voller Rolllast.
• Adhäsiver Verschleiß (Abholung): Material vom Walzgut haftet an der Walzenoberfläche und verschlechtert die Oberflächenqualität. Besonders problematisch beim Kaltwalzen von Aluminium.
• Abplatzungen: Plötzlicher Verlust großer Oberflächenfragmente, oft die Folge von Defekten unter der Oberfläche, unsachgemäßem Schleifen oder dem Betrieb einer Walze über ihre sichere Verschleißgrenze hinaus.

Branchendaten deuten darauf hin Walzenbedingte Ausfälle sind für 15–25 % der ungeplanten Ausfallzeiten in Warmwalzwerken verantwortlich Dies macht die Überwachung des Walzenzustands und ein diszipliniertes Walzenmanagement für die Produktivität der Mühle unerlässlich.

Walzenschleifen: Oberflächenqualität und Profil erhalten

Zwischen den Walzkampagnen werden verschlissene Walzen in einer Walzenschleiferei nachgeschliffen, um die Oberflächenqualität wiederherzustellen und das Walzenprofil zu korrigieren. Dies ist einer der wichtigsten Wartungsarbeiten in jedem Walzwerk.

Schleifzugabe und Walzenlebensdauer

Jede Rolle hat einen definierten sicheren Mindestdurchmesser. Für eine typische Arbeitswalze eines Warmbandwalzwerks mit einem Anfangsdurchmesser von 750 mm kann die nutzbare Schleifzugabe 75–100 mm betragen, was 30–50 Schleifzyklen ermöglicht, bevor die Walze verschrottet wird. Die Minimierung des Materialabtrags pro Schleifvorgang – bei gleichzeitiger vollständiger Entfernung aller Oberflächenschäden – verlängert direkt die Gesamtlebensdauer der Walzen und senkt die Kosten pro gewalzter Tonne.

Kronen- und Profilkontrolle

Das Walzenballenprofil (Krone) wird gezielt in Arbeits- und Stützwalzen eingeschliffen, um die elastische Durchbiegung und Wärmeausdehnung beim Walzen auszugleichen. Eine typische Arbeitswalze eines Warmbandwalzwerks kann mit einer positiven Balligkeit von 0,1–0,3 mm geschliffen werden, um eine gleichmäßige Bandebenheit über die gesamte Breite sicherzustellen. Falsches Ballenschleifen ist eine der Hauptursachen für Bandplanheitsfehler und Kantenwellen.

So wählen Sie die richtige Rolle für Ihre Anwendung aus

Die Rollenauswahl sollte auf einer strukturierten Bewertung mehrerer Betriebsvariablen basieren. Die folgenden Kriterien sind am entscheidendsten:

1. Walztemperatur: Warmwalzen über 700 °C erfordert Materialien mit hoher Temperaturwechselbeständigkeit (z. B. ICCI, HSS). Kaltwalzen erfordert maximale Härte und Oberflächengüte.
2. Walzgut: Harter Edelstahl erfordert härtere Rollen als weiches Aluminium. Schleifmittel mit Oberflächenbelag erfordern höhere Verschleißfestigkeit.
3. Walzlast und Mühlentyp: Hochbelastete Tandemwalzwerke benötigen Walzen mit hoher Dauerfestigkeit. Clustermühlen verwenden Walzen mit kleinem Durchmesser, die eine extreme Härte aufweisen müssen, um einer Durchbiegung standzuhalten.
4. Erforderliche Oberflächenbeschaffenheit des Produkts: Dressier- und Temperwalzwerke benötigen für blanke Endprodukte Walzen mit Ra-Werten unter 0,1 µm. Strukturierte Walzen (EDT oder Kugelstrahlen) werden für Automobilbleche verwendet, die eine bestimmte Rauheit für die Lackhaftung erfordern.
5. Kampagnenlänge und Rollenwechselhäufigkeit: Wenn für die Produktivität lange Kampagnen erforderlich sind, werden HSS- oder Hochchromwalzen trotz höherer Anschaffungskosten bevorzugt, da ihre Gesamtkosten pro Tonne niedriger sind.

Ein nützlicher Benchmark: In Warmbandwalzwerken reduziert der Wechsel von ICCI- auf HSS-Arbeitswalzen den Walzenverbrauch typischerweise um 40–60 % und verbessert die Oberflächenqualität des fertigen Bandes, was die Investition bei Großserienbetrieben äußerst kosteneffektiv macht.

Best Practices für das Rollenmanagement

Selbst die besten Rollen werden ohne ein diszipliniertes Rollenmanagementsystem schlechter abschneiden. Zu den wichtigsten Praktiken, die führende Mühlen befolgen, gehören:

• Elektronische Verfolgung des Walzenverlaufs – Aufzeichnung aller Kampagnen-, Schleif- und Inspektionsergebnisse, um Verschleißmuster zu identifizieren und Schleifzyklen zu optimieren.
• Mithilfe von Ultraschallprüfungen (UT) und Wirbelstromprüfungen können Risse unter der Oberfläche erkannt werden, bevor es zu Abplatzungen kommt.
• Einhaltung strenger Kühlwasserdurchflussraten und -qualität – verunreinigtes oder unzureichendes Kühlwasser ist eine Hauptursache für thermische Ermüdungsrisse beim Warmwalzen.
• Festlegen maximal zulässiger Verschleißgrenzen pro Kampagne und deren Durchsetzung – der Betrieb einer Arbeitswalze über ihre sichere Verschleißgrenze hinaus erhöht das Risiko von Abplatzungen exponentiell.
• Rollen richtig koppeln: Arbeitsrollen mit passendem Durchmesser und gleicher Härte sollten gepaart werden, um eine ungleichmäßige Lastverteilung und einseitigen Verschleiß zu vermeiden.

Mühlen, die strukturierte Walzenmanagementprogramme implementieren, berichten in der Regel Reduzierung der Rollenverbrauchskosten um 10–20 % und messbare Verbesserungen der Produktoberflächenqualität ohne Kapitalinvestitionen in neue Geräte.

Fazit

Walzwerkswalzen sind Präzisionswerkzeuge und keine einfachen Verbrauchsmaterialien. Die richtige Kombination aus Walzenmaterial, Härteprofil, Schleifverfahren und Betriebsführung bestimmt sowohl die Produktqualität als auch die Walzkosten mehr als fast jede andere Variable im Mühlenbetrieb. HSS und Eisen mit hohem Chromgehalt dominieren moderne anspruchsvolle Anwendungen aufgrund ihrer überlegenen Verschleißlebensdauer, während geschmiedeter Stahl dort unersetzlich bleibt, wo es auf Zähigkeit ankommt. Die Investition in die richtige Walzenspezifikation, diszipliniertes Schleifen und systematische Walzenverfolgung zahlt sich schnell aus – in der Regel innerhalb von Monaten bei Großserienbetrieben.