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Verfahren und Linrichtung zum Kühlen von Transpert-bzw. Stütz- oder
Arbeitswalzen in Stranggisßanlagen Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine
besonders günstige Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens zum Kühlen von Transport-
bzw. stütz- oder Arbeitswalzen in Stranggichanlagen, die längere Zeit mit dem aus
der Gießhitze stammenden Strang in Bertlhrung stehen unt deren Mantel innen von
kühlmittel bespült wird.
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Nach dem Stand der Technik wird beim Kiihlen derartiger Walzen in
Stranggießanlagen folgendermaßen vorgegangen: Die Walzen sind innen hohl und durch
ihre feststehenden Achsen leitet man das Kühlwasser ein bzw.
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aus. Die Kühlwassererwärmung kann bei entsprechendem Druck und Strömungsquerschnitten
gering gehalten werden. Diese Methode läßt einige Gesichtspunkte unbeberücksichtigt,
so daB naoh wie vor an den Walzen Risse Im Mantel entstehen, die die Walzen nach
knrzer Zeit unbrauchbar machen, so daß neue Walzen eingebaut werden müssen.
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Die Umfangsgeschwindigkeit der Walzen entspricht der Bewegungsgeschwindigkeit
des Gießstranges. Ein der Betrachtung zugrunde liegender Punkt an der Augen; fläche
des Walzenmantels nähert sich nunmehr langsam dem heißen Strang, bis er mit dem
Strang linienförmig auf die Länge der Walze gesehen in Berührung kommt.
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Der Weg, auf den man praktisch angesichts der vorhandenen Wärmestrahlung
oder aber der gegebenen Wärmeleitung von Wärmeübertragung auf die Walze sprechen
kann, wird Kontaktstreche genannt. Die Konstsktstrecke
ist also
Jene LAnge des Weges den der Strang zurUcklegt, solange er auf einen Teilumfang
der Walze durch Wärmestrahlung bzw. Wärmeleitung einzuwirken imstande ist. Diese
Kontaktierung zwischen Walze und Strang verursacht Wärmespannungen in der Außenhaut
des Walzenmantels, wobei Wärmedehnung die Folge ist. Anders dagegen sind die Verhältnisse
im selben Bereich des Walzenmantels im Innern der Walze. Dort herrscht wegen des
beständig durchfließenden kühlwassers immer dieselbe Temperatur, weil Wärme abgeführt
wird, die durch den Walzenmantel aufgrund der Wrme3eltung in das Innere der Walze
fließt. Die örtliche Erhitzung der bewußten Außenzone des Walzenmantels führt daher
zu Prandrissen, zu einer Walzenbeanspruchung, die den Bruch des Walzenmantels verursacht.
Die besondere Schwierigkeit einer derartig im Innern beständig auf eine Normaltemperatur
gebrachten Walze liegt in dem Umstand, daß nach Weiterwandern der Kontaktzone diese
die innerllalb der Kontaktstrecke aufgenommene Wärme nunmehr nach und nach im Verlaaf
der nächsten Walzenumdrehung in das Innere ableitet und dort an das Kühlwasser Übergibt.
Dadurch fällt die Temperatur an der Außenhaut des Walzenmantels solange ab, bis
die genannte Stelle erneut in die Kontakt*.trecke eintritt.
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Ab diesem Zeitpunkt erfolgt eine erneute Aufheizung, so daß Erwärmen
und Abkühlen intensiv im Takt pro Walzenumdrehung ablaufen. Es versteht sich, daß
eine derartig gekühlte Walze einer enormen Wärmebeanspruchung unterworfen ist, woraus
für die Erfindung die Aufgabe abzuleiten ist, hier Abhilfe zu schaffen, d. h. ein
Kühlverfahren und die hierzu erforderliche Einrichtung aufzuzeigen, aufgrund deren
die Walzenbeanspruchung vermindert werden kann.
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Die Lösung. wie nunmehr die Beanspruchung des Walzenmantels bedeutend
herabgesetzt werden kann, so daß ein Erhöhen der Anpreßkrflfte ermöglicht wird und
die Lebensdauer der Walze eine erhebliche Steigerung erfährt.
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gePt davon aus, den Takt des Aufheizens und Abkühlens restlos zu vermeiden.
Erfindungsgemäß wird hierzu vorgeschlagen, daE nur die im Bereich cer Berührungsstelle
durch Strahlung und/oder Leistung einfließende Wärmemenge eben dort alufend abgeführt
wird, während anfänglich ein Teil der Wärme dazu benutzt wird, dlen gesamten Mantel
der Walze auf ein Temperaturnivean zu bringen. das dem Mantelwerkstoff ohne Schaden
zugemutet werden kann.
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bie gäugigen Mantelwerkstoffe eignen sich ohne Schwierigdiet dazu,
innerhalb einer erhöbten Temperatur zu arbeiten, ohne daß die zulässige Peanspruchung
deshlab herabgesotzt zu werden braucht. Die Ausnutzung dieses Vorteils führt zu
einelr Vergleichmäßigung der gegehenen Werkstoffspannunglen zwischen den Grenzen
der Aufenhaut und der inneren gokühlten Fläche. Der verkleinerte Tomperatursprung
von inhen nach außen oder umgekehrt bringt dabei ein geringeres Temperaturgefälle
mit sich, so daß ohnehin geringere Wärmemengen fließen, also pro Walzenumdrehung
ein geringerer Austausch von Wärmemenge zwischen der Walze und zur Etthlmittel stattfindet.
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Das erfindungsgemäße Verfahren kann im Grenzfall so weit getrieben
werden, daß die Temperatur des Kühlmittels an der Strangberührungsstelle unterhalb
des Verdampfunglspunktes gehelten wird, dagegen am übriglen Mantelumflang eine Erhöhung
bis zum Zustand hochgespannten Dampfes erfolgt.
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Es liegt ein Vorzug dieser zusätzlichen Erfindungsmaßnahme in der
isolierenden Wirkung eines verdampften Kühlmittels, so daß die einmal erreichte
Walzenmantel-Temperatur erhalten bleibt und die gefürchtete Temperatur-Wechselbeanspruchung
unterbleibt.
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Die Einrichtung dur Durchführung des Verfahrens gestaltet sich nach
der weiteren Erfindung derart, daß innerhalb des sich drehenden Walzenmantels ein
undrehbarer hörper angeordnet ist, der einen der Strangberührungsstelle gegenüberliegenden
Ausschnitt zur Aufnahme beständig zu- und abfließenden K2hlmittels aufweist und
im Übrigen zwischen Mantel und körper auf dem Umfang ein enger Spalt gebildet ist.
Der Ausschnitt am unarenbaren Rörper kann nun derart eng gehalten sein, daß er als
zur Kontaktstrecke gehörend zu bezeichnen ist.
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Die geringe Menge des Kühlmittels, das sich im Spalt zwischen Körper
und Walzenmantel auf üent übrigen Umfang aufhält, erfährt eine ungleich stärkere
Aufheizung, so daß es dort zur Dampfbildung kommt, die die bereits erwähnte Isolation
verursacht. Die dauernde Berührung des Walzenmantels mit dem Dampf bewirkt dementsprechend
eine Vergleichmäßigung der Temperatur an ein und derselben Stelle gemessen über
einen Walzenumlauf, zumindest außerhalb des Bereiches der Kontaktstrecke, Zweifellos
stellt sich innernalb ties Ausschnittes am undrehbaren Körper eine Mischung aus
verdampftem und flüssigem Rühlmittel ein, es genügt jedoch, diese Mischung umzuwälzen
und die unerwünscht große Wärmemenge bei Wärmeleitung zwischen Walzenmantel und
Strang abzuführen.
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Das Prinzip der Erfindung gestattet nunmehr einen besonderen Vorteil,
nämlich den des Dampfdruckes auszunutzen. Die Erfindung eignelt sich deshalb im
weiteren vorzüglich dazu, daß der undrehbare Körper zur die jeweils in Bogen-Stranggießanlagen
sich andernde Richtung der Tangente mittels in Lagergehäusen festspannbaren Achsen
zur Berührungsstelle mit dem Strang einstellbar ist. Ein und derselbe Körper mit
dem bewußten Ausschnitt an seinem Umfang zur Aufnahme beständig zu- und abfließenden
Kühlmittels braucht lediglich auf die entsprechende
Stellung am
Gleßstrang in der Senkrechten, in Bogen- oder in der Waagerechtlen gebracht zu werden,
um den Ausschnitt mit dem Kühlmittel an die Strangberührungsstelle Felangen zu lassen.
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Die oretreste Anordnung von Achsen, mittels deren der undrehbare Körper
für die jeweilige Stranglage einstellbar ist, eignet sich nach einem weiteren MerI'n'al
der Erfindung dazu. eine sich günstig in die Grundkonzeption einfügende Kühlmittelzu-
bzw. Abfuhr vorzuschlagen: In einet Achsenpaar eines solchen Körpers verlaufen innerhalb
des Walzenmantels Zu- und Abfuhrleitungen für das Kühlmittel, deren Öffnunglen in
den Ausschnitt reichen. Die K2hlungsintensität ist also weiterhin derart steuerbar,
daß mittels geringerem oder hdherem Druck mehr oder wenigen Kühlmittel eingepumpt
bzw.
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abgesogen werden kann.
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Da der Walzenmantel bei einer derartiglen Walzenkonstruktion um den
feststbhenden undrehbaren Körper umläuft, ergibt sich nicht nur ein Radialspalt
am Umfang der Walze zwischen dem bewußten körper und dem Walzenmantel, sondern auch
ein Axialspalt. Die Errundung vermeidet ein Austreten von Kühlmittel bzw.
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Kühlmitteldampf durch eine den Seitenspalt zwischen Walzon-Stirnseitle
und Innenkörper abdichtende Stopfbuchsen-Packung, die aur der Achse gleitet.
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Die erfindungsgemäße Einrichtung berücksichtigt im folgenden auch
eine günstige Anordnung der vor der Hitze zu schützenden Wälzlager, in dem eine
jeweils an der Walzen-Stirnseite innen liegende Stopfbuchsen-Packung und ein außenliegendes
Wälzlager vorgesehen ist, dessen Innenring auf der Achse gebohrt ist und dessen
Außenring in einem Deckel liegt, der die Stirnseite der Walze bildet. Das außenliegende
Wälzlager
bietet eine gute Zugänglichkeit. und befindet sich weiniger
der Temperaturbelastung ausgestat. Ebenso verhindert die innen liegende Stopfbuchsen-Dichtung
ein Ausströmen des Dampfes und höher erwärmten Kühlmittels in flüssiger Form, so
daß das Lager einer unzuläesigen Erwärmung ausgesetzt wäre. Trotz dieser Anordnung
ist das Wälzlager ausreichend von innen her gekühlt. nämlich durch die durch die
starre Achse geführte gühlmittelleitung.
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Diese günstige Anordnung ist sich nach der weiteren Erfindung dahingehend
verbessern, daß zwiächen Wälzlager und Stopfouchsen-Packung ein hohlraum zur Unterbringung
der Stopfbuchsen-Nachstellelemente besteht.
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DEr größere Abstand der Wllzlager von dem Teil des llalzenmantels,
der stämdig mit der heißen Strang in Berührung steht, läßt sich danach noch vergrößern
und das Wälzlager noch sicherer unterbringen, indlem es an beidlen Stirnseitlen
nicht mit wärmeleitenden Fetallteilen in Verbindung steht. ias derartig angeordnete
Wälzlager unterliegt insgesamt hetrachtet einer geringeren Beanspruchung als bisher.
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Ohne die Wälzlager beim Nachstellen der Stopfbuchsen-Dichtung entfernen
zu müssen,kann das Nachstellen durchgeführt werden. Dazu ist erfindungsgemäß vorgeschen,
daß in den Wälzlagerdeckel Öffnungen zur Einfuhr eines Nachstellwerkzeuges für die
Stopfbuchslen-Packung eingearbeitet sind. Außerhalb des Strangbetriebes braucht
deshalb die Walze nur in die mit den Nachstell-Elementen fluchtende Stellung gebracht
zu werden damit die Arbeit des Nachstellens der Stopfbuchsen-Packung durchgeführt
werden kann. Solche Öffnungen weinen überdies den Vorteil aut, Kühlluft, d. h. Umgebungsluft
in das Innere der Walzengelangen zu lassen, so daß auch von dieser Seite her eine
unterstützende Kühlwirkung für die teuren Wälzlager zu verzeichnen ist
Die
erfindungsgemäße Einrichtung gestattet nummehr bei der richtigen Anwendungsweise
ein einmaliges Erwärmen der Walze beim Anfahrlen der stranggießanlage und ein einmaliges
Abkahlen nach Beendigung des ttranggießvorganges. Die Erfindung beinhaltet deahalb
zusätzli¢h ein Verfahren zum Betreiben der Kühlmittelzu-und -abfuhr für die Einrichtung,
nach dem vorgesehen ist, daß beim Anfahren der Stranggießanlage bis zum Erreichen
einer höheren Dampspannungs-Temperatur im Spalt zwischen Walzenmantel und Innenkörper
nur wenig K2hlmittel pro Zeiteinheit dadurch die Walze gepumpt wird, jedoch nach
Einstellen der gewünschten Manteltlemperatur ein Intensivieren der Kühlwirkung an
der Strangberührungsstelle erfolgt. Ein solches Vorgehen trägt also dazu bei, den
gewänschten Wärmezustand der Walze vorsichtig zu erreichen, um such beim Anfahren
des Abgießvorganges, d.h. bei der Tabetriebnahme der Walze eine allzu hohe Beznspraehung
zu vermeiden.
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In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen
Einrichtung dargestellt und im folgendlen naher erläutert: Figur 1 stellt eine Seitenansicht
des durch Gieden in eine Durchlaufkokille gebildeten Stranges und mehrerer erfindungsgemmäßer
Walzen von der Seite betrachtet dar.
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Figur 2 ist ein Querschnitt durlch eine einzelne Walze, wie sie in
mchreren Stellen der Figur 1 vorgeschen ist, wobei der Oueschnet als Achsenquerschnitt
gezeichnet ist.
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Am Gie@strang 1 befeinden sich mehrere, als Transport-, Stäts- oder
aber als Verformungswalzen arbeitende Walzen 2, deren Walzenmantel 3 mit einem Spalt
4 um einen feststehenden inneren Körper 5 umläuft. Der Innenkörper 5
besitzt
einen Ausschnitt 6 zur Aufnahme beständig zu-und abfließenden Kühlmittels.
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Wie in Figur 1 gezeigt, befindet sich der Ausschnitt 6 jeweils einer
Strangberührungsstelle 7 gegenüber, gleichgültig, ob wie in der Stellung bei S ersichtlich
das Küllmittel 9 nach oben oder unten gedrängt werden muß. Ein Einfließen des Kühlmittels
9 in den Spalt 4 wird durch den im Spalt 4 befindlichen Dampfdruck verhindert. Nachfließendes
Kühlmittel verwandelt sich ebenfalls nach Rurzer zeit in Dampf, so daß lediglich
im Ausschnitt 6 flÜssiges Kühlmittel 9 vorhanden ist.
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In Figur 2 ist nunmehr die spezielle Ausführung einer solchen Einrichtung
naher gezeigt, wobei die Stellung des Körpers 5 etwa derjeniglen der crsten Unterwalze
in Stranglauirichtung bezeichnet, entspricht. Der Körper 5 befindet sich in Verbindung
mit beidoeitigen Achsen 1C, die in ortsfesten Lagergehäusen 11 gestgespannt sind.
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Nach dieser durch die Klemmung festgelegten Stellung entspricht die
Lage des Ausschnittes G einer der gezeichneten Lagen in Figur 1. Die Achsen 10 sind
glelchzeitig Trager der undrehbar auf diese aufgeschobenen Innenringe 12, die zusammen
mit den Außenrigen 13 und einer Anzahl Kugeln 14 Wälzlager bilden. Der Außenring
13 eines solchen Wälzlagers läuft mit dem Walzenmantel 14 um, in dessen Inneren
ein Hohlraum tg zut Suftahme des Körpers 5 gebildet ist. Im Ausführungsbeispiel
befindet sich der Außenring: 13 jedes dieser beidseitig des Körpers 5 vorgesehenen
Wälzlager innerhalb eines Fortsatzes 16, der den Durchmesser des Walzenmantels 14
besitzt. Der Fortsatz 16 kann beispielsweise durch Schrauben auf den Walzenmantel
14 aufgesetzt sein. Er ist also abnehmbar gestaltet, so daß bei Montage eine den
stirnseitigen Spalt 17 abdichtende Stop£buchsen-cI:ung 18 eingesetzt werden kann.
Zu diesen Zweck dient eine Brücke 19, die mitels Einstellschraublen 20 gegen die
Stopfbuhnaen-
Packung 18 gepreßt wird, wobei im Fortsatz 16 Öffnunglen
21 vorgesehen sind, durch die das Schraubwerkzeug für die Schrauben 20 eingeführt
werden kann.
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Die starren Achsen 10 dienen auch zur Aufnahme der Zu- und Abfuhrleitungen
für das Kühlmittel, wobei an der einen Seite der Walze die Achso 10 von der Zufuhrleitung
22 durchdrungen ist und an der anderen Seite von der Abfuhrleitung 23. Reiden Leitungen
ist gemein-Sam, einen abgebogenen Teil 24 aufzuweisen, der Jeweils mit einem Ausstoß-
bzw. Ansaugstück 25 in den Ausschnitt 6 des Körpers 5 ragt. Wie in Figur 2 mit Pfellen
angedeutet, gelangt das Kühlmittel über die Zufuhrleitung 22 und das, Ausstoßstück
25 in den Ausschnitt 6 und wird Je nach dem Druck der angeschlossenen Pumpen durch
das Ausaugstück 25 wieder abgesogen.
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Das Nachstellen der Stopfbuchslen-Packung 18 erfolgt ohne Ausbau der
Wälzlager. so daß lediglich ein zusätzlicher Deckel 26 erforderlich ist, um das
Walze lager ton atißen, an der Stirnseite gegen Schmutz zu schützen. Der Deckel
26 ist Jeweils leicht entfernbar durch Verschraubungen oder dergleichen am Portsatz
16 gehalten,