DE102014226998A1

DE102014226998A1 - Rolle für eine metallurgische Anlage

Info

Publication number: DE102014226998A1
Application number: DE102014226998.9A
Authority: DE
Inventors: Gerald Hohenbichler
Original assignee: Siemens VAI Metals Technologies GmbH Austria
Current assignee: Primetals Technologies Austria GmbH
Priority date: 2014-12-29
Filing date: 2014-12-29
Publication date: 2016-06-30
Also published as: KR20170100655A; US20180001360A1; WO2016107715A1; JP2018500183A; EP3209443A1; CN107107177A

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Rolle (1) für eine metallurgische Anlage. Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, die Rolle (1) so zu verändern, dass deren Balligkeit auf einfache und robuste Art und Weise eingestellt werden kann. Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, dass die Rollenachse (2) mit dem Rollenmantel (3) an einer Stelle, vorzugsweise an zumindest zwei Stellen, über einen Ring (4) verbunden ist und der Ring (4) ein Heizelement (5) aufweist, wobei durch das Erwärmen des Heizelements (5) die Höhe H des Rings (4) um ΔH verändert werden kann.

Description

Gebiet der Technik
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Rolle für eine metallurgische Anlage, wie eine Strangführungsrolle zum Führen eines metallischen Strangs, vorzugsweise aus Stahl, in einer Stranggießmaschine oder eine Führungsrolle zum Führen eines metallischen Bands in einem Warmwalzwerk oder durch ein metallisches Bad, vorzugsweise aus Zink, zum galvanischen Beschichten des Bands, aufweisend:

– eine drehbare Rollenachse; und
– einen Rollenmantel der die Rollenachse umgibt.

Die Erfindung bezieht sich ausdrücklich nicht auf eine Gießwalze zum Bandgießen eines metallischen Bands durch zwei gegenläufig rotierende Gießwalzen. Das Gießen eines metallischen Bands durch zwei Gießwalzen wird als Bandgießen (engl. twin roll casting) bezeichnet. Hierbei bildet sich zwischen zwei angetriebenen Gießwalzen ein Gießspiegel und im engsten Punkt (engl. kissing point) zwischen den Gießwalzen ein durcherstarrtes Band aus, das durch kontinuierlich ausgezogen wird.
Stand der Technik
Aus der WO 2008/061635 A1 ist eine Gießwalze zum Bandgießen bekannt, deren Balligkeit durch hydraulische Druckpolster zwischen der Rollenachse und dem Rollenmantel eingestellt werden kann. Da sich diese Erfindung nicht auf Gießwalzen für das Zweiwalzengießen erstreckt, kann dieses Dokument nicht den nächstliegenden Stand der Technik darstellen.
Zusammenfassung der Erfindung
Die Aufgabe der Erfindung ist es, eine Rolle für eine metallurgische Anlage, wie eine Strangführungsrolle oder einer Führungsrolle in einem Warmwalzwerk, zu finden, deren Balligkeit auf einfache und robuste Art und Weise eingestellt werden kann. Dadurch kann entweder das Profil eines von der Rolle geführten Strangs bzw. eines Bands beeinflusst werden oder es kann das Profil der Rolle selbst beeinflusst werden.
Im einen Fall kann die Qualität des Strangs bzw. des Bands verbessert werden, im anderen Fall kann eine unerwünschte thermische Ausdehnung der Rolle kompensiert bzw. verringert werden.
Diese Aufgabe wird durch eine Rolle nach Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Konkret wird die Aufgabe bei der eingangs genannten Rolle dadurch gelöst, dass die Rollenachse mit dem Rollenmantel an einer Stelle, vorzugsweise an zumindest zwei Stellen, über einen Ring verbunden ist und der Ring ein Heizelement aufweist, wobei durch das Erwärmen des Heizelements die Höhe H des Rings um ΔH verändert werden kann.
Durch das Heizelement kann die Temperatur und in Folge die Höhe des Rings verändert werden. Im Gegensatz zu mechanischen oder hydraulischen Aktuatoren zwischen der Rollenachse und dem Rollenmantel ist ein Ring mit Heizelement sehr einfach und robust und besonders unempfindlich gegen hohe Temperaturen, wie sie in einer Stranggießanlage oder einem Warmwalzwerk typischerweise auftreten. Auch piezoelektrische Aktoren sind aufgrund der hohen Temperaturen wenig geeignet, das Profil einer Rolle einzustellen.
Die Änderung ΔH der Höhe eines Rings ist ΔH = H₀·α·ΔT, wobei H₀ die Höhe des Rings vor der Temperaturänderung, α der lineare Wärmeausdehnungskoeffizient und ΔT die durch das Heizelement verursachte Temperaturänderung. Z.B. beträgt der lineare Wärmeausdehnungskoeffizient bei rostfreiem Stahl α = 17·10^–6 1/°C. Durch die Höhenänderung des Rings / der Ringe kann die Balligkeit der Rolle gezielt eingestellt werden.
Die Höhe des Rings kann besonders einfach eingestellt werden, wenn das Heizelement ein elektrisches Heizelement, z.B. ein Widerstands-Heizdraht, ist.
Die Bauweise der Rolle wird wenig verändert, wenn das Heizelement räumlich zumindest teilweise, bevorzugt vollständig, in den Ring integriert ist.
Insbesondere bei elektrischen Heizelementen ist zweckmäßig, wenn die Rolle einen Schleifring und eine Leitung vom Schleifring zum Heizelement aufweist, sodass elektrischer Strom vom Schleifring über die Leitung zum Heizelement geleitet werden kann.
Die Erfindung ist nicht auf Rollen mit einer durchgehenden Rollenachse beschränkt und kann in gleicher Weise auch für Rollen, bei denen die Rollenachse aus zwei Achsstummeln gebildet wird, angewendet werden.
Hinsichtlich der Anwendung der Erfindung in einer Stranggießanlage oder einem Warmwalzwerk ist es vorteilhaft, wenn die Rolle eine durch ein Kühlmedium innengekühlte Rolle ist. Außerdem ist es möglich, dass die Rolle oder auch der Strang bzw. das Band außerhalb der Rolle durch Kühlmittel gekühlt wird.
Dabei ist es zweckmäßig, wenn die Rollenachse einen, vorzugsweise zentralen, Kanal für ein Kühlmittel aufweist.
Um die Stelle, an der der Ring auf dem Rollenmantel aufliegt, thermisch vom restlichen Rollenmantel zu isolieren, ist es vorteilhaft, wenn zwischen dem Rollenmantel und der Rollenachse ein Wasserleitelement zur Führung des Kühlmittels angeordnet ist, wobei vorzugsweise das Kühlmittel in axialer Richtung, besonders bevorzugt spiralförmig in axialer und radialer Richtung, entlang der Innenfläche des Rollenmantels geführt werden kann.
Vorzugsweise weist die Rolle einen Temperatursensor zum Messen der Ist-Temperatur des Rings und eine Messleitung zum Leiten eines Messsignals vom Temperatursensor zu einem weiteren Schleifring auf. Durch die Temperaturmessung kann die Ist-Höhenänderung des Rings ausreichend genau bestimmt werden.
Dabei ist es vorteilhaft, wenn in die Rolle ein analoger oder digitaler Verstärker zum Verstärken eines Signals des Temperatursensors integriert ist und vorzugsweise der Verstärker durch das Kühlmedium gekühlt wird. Dadurch kann der Signalpegel des Temperatursignals (z.B. der Spannungswert von einem Thermoelement) erhöht werden, sodass das Temperatursignal wenig von externen elektrischen oder magnetischen Feldern gestört wird.
Bei einer zweckmäßigen Anordnung ist die Stelle, an der die Rollenachse mit dem Rollenmantel über einen Ring verbunden ist, in einem Endbereich des Rollenmantels angeordnet. Da meist ein symmetrisches Profil des Strangs bzw. des Bands gewünscht ist, ist es zweckmäßig, wenn die Rollenachse mit dem Rollenmantel über zwei Ringe verbunden sind, die symmetrisch zu einer Mittelebene der Rolle angeordnet sind.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Weitere Vorteile und Merkmale der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung nicht einschränkender Ausführungsbeispiele, wobei die Figuren zeigen:
1: ein Schnitt durch eine erfindungsgemäße Strangführungsrolle mit zwei Lagern ohne Lagerböcke
2: eine schematische Darstellung der Ausdehnung eines Rings durch ein Heizelement
3: ein Ring mit Heizelement
4: ein elektrisches Heizelement mit elektr. Isolierung
5: ein Schnitt durch eine erfindungsgemäße Strangführungsrolle mit einem einzigen Ring
Beschreibung der Ausführungsformen
Die 1 zeigt schematisch die obere Hälfte einer erfindungsgemäßen Rolle 1 in einer Schnittdarstellung, die einen teilerstarrten Strang 30 aus Stahl mit einem flüssigen Kern 31 in einer Stranggießmaschine führt. Die Rolle 1 ist durch zwei Lager 20 – hier Wälzlager – drehbar gelagert, die sich an nicht dargestellten Lagerböcken abstützen. Die drehbare, durchgehende Rollenachse 2 weist einen zentralen Kanal 8 zur Führung eines Kühlmediums 40 wie Wasser auf; der Weg der Kühlmediums durch die innengekühlte Rolle 1 ist durch Pfeile dargestellt. Zwischen der drehbaren Rollenachse 2 und dem zylindrischen Rollenmantel 3 sind vier Ringe 4 angeordnet, in die jeweils ein elektrisches Heizelement 5 integriert ist (siehe auch 3 mit einer Darstellung des gewendelten Heizdrahts 5a im Ring 4). Jeder Ring 4 wird über einen Schleifring 6 und eine Leitung 7 mit elektrischer Energie versorgt, sodass die Temperatur des Rings 4 genau eingestellt werden kann. Über die Temperatur des Rings 4 kann die Höhenänderung ΔH des Rings 4 genau eingestellt werden, sodass z.B. eine unerwünschte Durchbiegungen des Rollenmantels 3 aufgrund des ferrostatischen Drucks des Strangs 30 und der temperaturbedingten Dehnung verringert bzw. kompensiert werden können. Um einen sog. hydraulischen Kurzschluss des Kühlmediums 40 zu vermeiden, sind im Inneren des zentralen Kanals 8 drei Stopfen 9 angeordnet, sodass das Kühlmedium gezwungen wird durch die im Wesentlichen radialen Stichleitungen 10 zum Wassermantel 11 zu strömen um dort eine größtmögliche Wärmemenge vom rotglühenden Strang 30 abzuführen. In der dargestellten Ausführungsform ist der Ring mit der Rollenachse 3 und dem Rollenmantel durch je eine Presspassung verbunden. Alternativ dazu wäre es bei größeren Ausdehnungen ΔR des Rings möglich, ein Dichtelement – bspw. einen O-Ring – in den Dichtfugen zwischen Rollenachse 2 und Ring 4 und Rollenmantel 3 und Ring 4 vorzusehen. Durch das Erwärmen eines Heizelements 5 im Ring 4 wird der Ring erhitzt, sodass sich die Höhe des Rings um ΔH = H₀·α·ΔT vergrößert. Bei einer Höhe des Rings H₀ = 50 mm, einem linearen Wärmeausdehnungskoeffizienten von α = 17·10^–6 1/°C ergibt sich bei einer Temperaturänderung von 100°C eine Änderung des Radius ΔH = 85 μm. Hierbei ist interessant, dass Werkstoffe wie Al oder Mg aufgrund ihres hohes Wärmeausdehnungskoeffizientens als Werkstoffe für den Ring 4 interessant sein können, zumal z.B. Mg einen mehr als doppelt so hohen Wärmeausdehnungskoeffizienten als reines Fe hat.
Die 2 zeigt schematisch die Wärmedehnung eines Rings 4, der bei einer Temperatur T₀ eine Höhe H₀ aufweist, auf einen Ring 4‘, der bei einer Temperatur T = T₀ + ΔT eine Höhe H = H₀ + ΔH, wobei gilt ΔH = H₀·α·ΔT.
In 3 ist schematisch ein Segment eines Rings 4 mit einem integrierten elektrischen Heizelement 5a gezeigt. Das Heizelement 5a ist vollständig in den Ring 4 integriert und gewendelt ausgeführt.
Die 4 zeigt ein elektrisches Heizelement 5a mit einer elektrischen Isolierung 5b.
Schließlich zeigt die 5 die obere Hälfte einer Rolle zum Führen eines Bands durch ein Zinkbad in einer Schnittdarstellung. Im Unterschied zu 1 ist die Rollenachse nur an einer Stelle – nämlich in der Mitte der Rolle 1 – mit dem Rollenmantel 3 über einen Ring 4 mit einem Heizelement 5 verbunden. Durch das Erwärmen des Rings 4 mittels der elektrischen Heizeinrichtung 5 kann wiederum die Höhe des Rings angepasst werden, sodass bspw. die Durchbiegung des Rollenmantels 3 kompensiert bzw. verringert werden kann.
Obwohl die Erfindung im Detail durch die bevorzugten Ausführungsbeispiele näher illustriert und beschrieben wurde, so ist die Erfindung nicht durch die offenbarten Beispiele eingeschränkt und andere Variationen können vom Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen.
Bezugszeichenliste

1: Rolle
2: Rollenachse
3: Rollenmantel
4, 4‘: Ring
5: Heizelement
5a: elektrisches Heizelement
5b: elektrische Isolierung
6: Schleifring
7: Leitung
8: Zentraler Kanal
9: Stopfen
10: Stichleitung
11: Wassermantel
20: Lager
30: Strang
31: flüssiger Kern
40: Kühlmedium
H: Höhe des Rings
ΔH: Höhenänderung des Rings

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

WO 2008/061635 A1 [0003]

Claims

Rolle (1) für eine metallurgische Anlage, wie eine Strangführungsrolle zum Führen eines metallischen Strangs (30), vorzugsweise aus Stahl, in einer Stranggießmaschine oder eine Führungsrolle zum Führen eines metallischen Bands in einem Warmwalzwerk oder durch ein metallisches Bad, vorzugsweise aus Zink, zum galvanischen Beschichten des Bands, ausgenommen eine Gießwalze zum Bandgießen eines metallischen Bands durch zwei gegenläufig rotierende Gießwalzen, aufweisend: – eine drehbare Rollenachse (2); – einen Rollenmantel (3) der die Rollenachse (2) umgibt; dadurch gekennzeichnet, dass die Rollenachse (2) mit dem Rollenmantel (3) an einer Stelle, vorzugsweise an zumindest zwei Stellen, über einen Ring (4) verbunden ist und der Ring (4) ein Heizelement (5) aufweist, wobei durch das Erwärmen des Heizelements (5) die Höhe H des Rings (4) um ΔH verändert werden kann.
Rolle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Heizelement (5) ein elektrisches Heizelement (5a) ist.
Rolle nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Heizelement (5) räumlich zumindest teilweise, bevorzugt vollständig, in den Ring (4) integriert ist.
Rolle nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Rolle (1) einen Schleifring (6) und eine Leitung (7) vom Schleifring (6) zum Heizelement (5) aufweist, sodass elektrischer Strom vom Schleifring (6) über die Leitung (7) zum Heizelement (5) geleitet werden kann.
Rolle nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Rollenachse (2) über die gesamte Länge der Rolle (1) erstreckt.
Rolle nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Rollenachse (2) zwei Achsstummeln aufweist.
Rolle nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Rolle (1) eine durch ein Kühlmedium (40) innengekühlte Rolle ist.
Rolle nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Rollenachse (2) einen, vorzugsweise zentralen, Kanal (8) für ein Kühlmittel (40) aufweist.
Rolle nach einem der Ansprüche 7 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Rollenmantel (3) und der Rollenachse (2) ein Wasserleitelement zur Führung des Kühlmittels angeordnet ist, wobei das Kühlmittel in axialer Richtung, vorzugsweise spiralförmig in axialer und radialer Richtung, entlang der Innenfläche des Rollenmantels geführt werden kann.
Rolle nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Rolle (1) einen Temperatursensor zum Messen der Ist-Temperatur des Rings (4) und eine Messleitung zum Leiten eines Messsignals vom Temperatursensor zu einem weiteren Schleifring aufweist.
Rolle nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass in die Rolle ein analoger oder digitaler Verstärker zum Verstärken eines Signals des Temperatursensors integriert ist und vorzugsweise der Verstärker durch das Kühlmedium gekühlt wird.
Rolle nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Ring (4) thermisch vom Rollenmantel (3) isoliert ist.
Rolle nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Ring (4) in einem Endbereich des Rollenmantels (3) angeordnet ist.
System bestehend aus einer Rolle nach einem der vorhergehenden Ansprüche mit einer Stromquelle und einer Leitung von der Stromquelle zum Schleifring der Rolle.
System nach Anspruch 14 mit einem Temperaturregler, der einen Soll-Temperatureingang und einen Ist-Temperatureingang aufweist, und einer Messleitung vom weiteren Schleifring zum Ist-Temperatureingang, wobei die Stromquelle vom Temperaturregler derart eingestellt wird, dass die Ist-Temperatur der Soll-Temperatur weitestgehend entspricht.