DE19830033C1 - Walzwerk - Google Patents
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Description
Die Erfindung betrifft ein Walzwerk, insbesondere ein Warmflachwalzwerk mit
paarweisen Arbeitswalzen, die sich gegebenenfalls unmittelbar oder über
Zwischenwalzen an ebenfalls paarweisen Stützwalzen abstützen, wobei mindestens
die Walzen eines der Walzenpaare gegeneinander axial verschiebbar sind.
Ein gattungsgemäßes Walzwerk ist beispielsweise aus der europäischen Patentschrift
0 049 798 bekannt. Die Walzen eines Walzenpaares dieses bekannten Walzwerkes
sind mit gekrümmten Konturen versehen, die über die gesamte Ballenlänge beider
Walzen verlaufen und eine Gestalt haben, bei welcher sich die beiden Ballenkonturen
ausschließlich in einer bestimmten relativen Axialstellung dieser Walzen
komplementär ergänzen. In einer bevorzugten Ausführung beim Stand der Technik
gemäß dieser Druckschrift sind beide Walzen eines Walzenpaares identisch S-förmig
geschliffen und in ihrer Einbaulage zueinander um 180° gewendet angeordnet.
Mit einem solchen Walzwerk soll beim Walzen von Warmbändern über die Breite des
zu walzenden Gutes auftretenden Dickenfehlern entgegengewirkt werden, die die
Erzeugung planer Bänder mit vorgegebenem Bandprofil erschweren. Derartige
Dickenfehler entstehen einerseits dadurch, daß sich die Walzen unter Walzlast über
ihre Länge durchbiegen und andererseits durch Ausdehnungen der Walzen beim
Kontakt mit dem Warmband, die sich durch eine zunehmende Balligkeit (thermal
crown) bemerkbar machen. In beiden Fällen verändert sich das Walzspaltprofil und es
treten - nach dem Gesetz des konstanten durchgesetzten Volumens pro Zeiteinheit
unterschiedliche Bandlängungen über die Breite des Walzgutes auf, die sich in
Welligkeit oder Säbelbildung des Bandes zeigen.
Die gattungsgemäße Lösung löst dieses Problem mit Hilfe der konturierten Walzen.
Durch gegensinnige axiale Verschiebung der Walzen wird es bei entsprechendem
Walzballenschliff möglich, unterschiedliche Walzspaltquerschnitte einzustellen und
damit auch die Veränderungen des Walzballens zu kompensieren. So ermöglicht
beispielsweise ein S-förmiger Konturschliff der Walzen und die um 180° gedrehte
Einbaulage der gegenüberliegenden Walze beim Stand der Technik durch axiales
gegensinniges Verschieben der Walzen die Einstellung sowohl eines äquidistanten
als auch konvexen oder konkaven Walzspaltprofils.
Mit der bekannten Lösung wurde ein deutlicher Vorteil gegenüber den bisher
üblicherweise bombierten Arbeitswalzen erzielt, deren Krümmungsradius so gewählt
wurde, daß die Durchbiegung der Walzen unter Walzkraft durch diese konvexe
Bombierung kompensiert wurde, so daß im Idealfall ein planes Band entstand.
Nachteil dieser Lösung war, daß die aufgeschliffene Bombierung stets nur für eine
bestimmte Walzkraft und Walzgutbreite zutraf; änderte sich die Walzkraft oder die
Walzgutbreite, mußten andere ballig geschliffene Walzen eingesetzt werden. Die
thermische Bombierung der Walzen ließ sich mit dieser Bombierung nicht
beeinflussen.
Die beschriebene Lösung mit S-förmig konturierten Walzen ermöglicht zwar eine
gewisse Kompensation der sich unter Last- und Temperatureinflüssen einstellenden
Veränderungen des Walzballens, hat aber den Nachteil, daß die sich durch
thermische Einflüsse und durch Verschleiß verändernden, mit einem gekrümmten
Schliff versehen Walzballen schwierig herzustellen sind, weil die bezogen auf die
Walzenmitte unsymmetrischen Krümmungen bei im wesentlichen symmetrischer
Durchbiegung der Walzen und symmetrischem Band zuzüglich zu der thermischen
Ausdehnung einen unsymmetrischen Verschleiß hervorrufen, der nicht durch
Verschieben der Walzen kompensiert werden kann.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Warmflachwalzwerk mit zylindrisch
oder symmetrisch geschliffenen Walzen vorzuschlagen, das eine weitgehende
Beeinflussung und Kompensation der infolge der thermischen Bombierung und unter
Last erfolgenden Durchbiegung der Walzen und der dadurch entstehenden
Walzspaltveränderungen ermöglicht und somit eine optimale Profil- und
Planheitsregelung dieses Walzwerkes gestattet.
Zur Lösung der Aufgabe wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, daß mindestens jede
Walze des verschiebbaren Walzenpaares als Hohlwalze ausgebildet ist, deren
Hohlräume bezogen auf die Walzenlängsachse drehsymmetrisch und bezogen auf
eine gedachte, die Walzenlängsachse in der Walzballenmitte schneidende
Querebene unsymmetrisch ausgebildet sind und beide Walzen des verschiebbaren
Walzenpaares mit identisch ausgebildeten Hohlräumen um 180° zueinander
gewendet eingebaut sind.
Hohlwalzen sind im Zusammenhang mit Warmwalzwerken seit langem bekannt und
werden beispielsweise in der deutschen Patentschrift 5 33 685 beschrieben. Dort
wurde erkannt, daß beim Heißwalzen von Blechen im Kontakt mit dem zu walzenden
Gut und infolge der Reibungswärme eine stärkere Erhitzung des Walzballens in der
Mitte als am Walzenrand auftritt, die zur Ungleichmäßigkeit der Wärmeverteilung in
der Walze führt. Dadurch entstehen ungleichmäßige Ausdehnungen bzw.
Zusammenziehungen der Walze, die die Walzenoberfläche entsprechend verändern.
Um dies zu verhindern, schlägt die genannte Patentschrift vor, die zylindrische Walze
mit einem kurvenförmigen Hohlraumprofil zu versehen, bei dem der Durchmesser der
Höhlung in der Mitte größer ist als am Rand der Höhlung, wobei die Kurve des
Hohlraumprofils vorzugsweise durch einen Kreisbogen gebildet wird, dessen
Mittelpunkt der Schnittpunkt der Walzenmittellinie mit der Mittelsenkrechten ist, die der
Walzenachse entspricht.
In der noch älteren deutschen Patentschrift 2 00 734 wird ebenfalls eine Hohlwalze für
Warmwalzwerke mit zylindrischer Lauffläche beschrieben, die einer thermischen
Bombierung der Walze durch eine symmetrisch zur Walzenmitte verlaufende
Aushöhlung entgegenwirkt.
Bei beiden vorbekannten Lösungen ist an eine Kompensation der Durchbiegung
infolge veränderlicher Walzkräfte nicht gedacht. Diese Durchbiegung läßt sich aber
durch die erfindungsgemäß vorgeschlagene Walze in einfacher Weise ebenso lösen
wie thermische Veränderungen des Walzballens. In Abkehr von der bekannten
symmetrischen Hohlraumausbildung schlägt die Erfindung vor, den sich mindestens
unter einem Teil der wirksamen Walzballenlänge jeder Walze erstreckenden
Hohlraum der erfindungsgemäßen Walze unsymmetrisch bezogen auf die Walze und
spiegelbildlich bezogen auf die andere Walze des Walzenpaares anzuordnen und
gleichzeitig eine Verschiebung der Walzen gegeneinander vorzusehen. Bei
Durchbiegung der Walzen unter Last bewirken die unsymmetrischen Hohlräume der
Walzen in ihrer besonderen Einbaulage eine über die Länge der Walzballen
unsymmetrische Biegelinie, die bei entsprechender Hohlraumgestaltung S-förmig
verläuft. Ähnlich, wie dies beim gattungsbildenden Stand der Technik vorgeschlagen
wurde, können die sich am wirksamen Walzballen einstellenden punktsymmetrischen
Bombierungen beim Verschieben der Walzen gegeneinander dazu verwendet
werden, den Walzspaltquerschnitt beliebig zu verändern und ein Walzspaltprofil
zwischen plan, konvex und konkav einzustellen. Dabei ist aber das in bezug auf die
Walzballenmitte unsymmetrisch gewählte Hohlraumprofil nicht dem Verschleiß der
arbeitenden Walzen unterworfen, wie dies beim gattungsbildenden Stand der Technik
der Fall ist; denn der Mantel der Walze ist zylindrisch geschliffen.
Die Begrenzung des Hohlraumprofils einer erfindungsgemäßen Walze kann durch
einen Polygonzug von Geraden erfolgen, günstigerweise sind jedoch
erfindungsgemäß gekrümmte Konturen zu verwenden, durch die der Walze ein über
ihre Länge unterschiedlich dicker Walzmantel erteilt wird. Dadurch ergibt sich das
gewünschte Durchbiegungsverhalten der Walze sowohl unter Walzlast als auch unter
thermischen Bedingungen entsprechend der gewählten Krümmung bzw. des sich
daraus ergebenden Walzenmanteldurchmessers.
In einer bevorzugten Ausführung ist vorgesehen, die gekrümmte Kontur aus einem
konvexen und einem konkaven Abschnitt zusammenzusetzen. Diese beiden
Abschnitte des Hohlraumprofils ermöglichen bei um 180° gedrehter Einbaulage der
beiden Walzen besonders einfach durch gegensinniges Verschieben der Walzen ein
Walzballenprofil einzustellen, bei dem sich in einer Verschiebestellung der Walzballen
die Walzballenkonturen komplementär ergänzen und in anderen
Verschiebestellungen den Walzspalt von konkav nach konvex verändern.
Im Rahmen der Erfindung ist es aber auch denkbar, daß die gekrümmte Kontur über
einen Teilabschnitt einer im übrigen zylindrischen Walze verläuft. Somit können sich
sowohl konkave als auch konvexe Abschnitte auf beispielsweise einer oder dem Teil
einer Walzenhälfte mit zylindrischen Abschnitten der anderen Walzenhälfte
abwechseln.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn die gekrümmte Hohlraumkontur durch ein Polynom
mit ungeradem Exponenten, vorzugsweise mit einem Polynom dritten Grades gebildet
wird. Das Polynom dritten Grades hat die Eigenschaft, sich unter symmetrischer
Durchbiegung der Walzen hinsichtlich der Punktsymmetrie nicht zu verändern.
In einer anderen günstigen Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß das
Hohlraumprofil im Bereich der wirksamen Ballenlänge durch eine gestufte Kontur
begrenzt wird. Gestufte Konturen lassen sich leichter herstellen und erfüllen
gleichsam den gewünschten Zweck, wie eine gekrümmte Kontur.
In einer besonders günstigen Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß die
gestufte Kontur durch koaxial zur Mittelachse der Walzen in einem zylindrischen
Mantelkörper eingesetzte Ringe mit gleichen Außen- und unterschiedlichen
Innendurchmessern gebildet wird. Diese Ringe lassen sich in einen im Inneren
zylinderförmigen Mantel einschieben und können gegebenenfalls zwecks
Veränderung des Hohlraumprofils durch andere Ringe ersetzt werden.
Des weiteren ist denkbar, daß Mantelkörper und Ringe aus unterschiedlichen
Werkstoffen gebildet sind, so daß beispielsweise der Mantelkörper aus einem
besonders verschleißfesten Material und die Ringe aus einem elastischen Material
gefertigt sein können.
Auch ist es nach einem anderen Merkmal der Erfindung denkbar, den Hohlraum der
Walze mit einem Material anderer Festigkeit und/oder anderer Wärmeleitfähigkeit
auszufüllen. Es ist denkbar, daß bereits beim Herstellen, d. h. beim Gießen der Walze,
ein Mantelkörper aus einem Walzenwerkstoff mit einem warmfesten Kern anderen
Materials gepaart wird, der den Erfordernissen der thermischen und mechanischen
Biegung gerecht wird. Auch ist es in einer Ausgestaltung der Erfindung denkbar,
Kühlmittel in den vorhandenen Hohlraum der Walze einzuleiten, um damit zusätzlich
die thermischen Veränderungen der Walze beim Walzvorgang zu beeinflussen.
Bei der Lösung, bei der der Mantel der Walze und das den Hohlraum begrenzende
Innenteil separat ausgebildet sind, bietet es sich an, den Mantel als auswechselbaren
Verschleißkörper auszubilden.
Obgleich der besondere Vorteil der vorliegenden Erfindung in der Verwendung eines
zylindrischen Walzballens liegt, der im Verschleißfall leicht nachgeschliffen oder
ausgewechselt werden kann, ist es auch denkbar, den zylindrischen Walzballen mit
einer bekannten symmetrischen Bombierung zu versehen, mit der ein Teil der
Durchbiegung der Walzen kompensierbar ist. Das Nachschleifen einer symmetrisch
bombierten Walze ist einfacher als das einer verschlissenen S-förmig konturierten
Walzballenoberfläche, so daß auch dort die Vorteile der Erfindung voll zum Tragen
kommen.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird
nachfolgend beschrieben.
In den Fig. 1 bis 10 sind verschiedene Varianten der erfindungsgemäßen
Hohlwalzen dargestellt, die nachfolgend beschrieben werden:
In Fig. 1 ist ein Walzenpaar mit der oberen Walze 1 und der unteren Walze 2 dargestellt,
die wie die Pfeile 3 andeuten, in entgegengesetzten Richtungen gegeneinander
verschiebbar sind. Beide Walzen 1 und 2 des Walzenpaares sind als Hohlwalzen
ausgebildet, deren Hohlräume 4 und 5 bezogen auf die Walzenlängsachse 6 jeder
Walze 1, 2 drehsymmetrisch und bezogen auf eine gedachte, die Walzenlängsachse 6
in der Walzballenmitte schneidende Querebene 7 unsymmetrisch ausgebildet sind.
Die Walzen 1, 2 sind so eingebaut, daß die identisch ausgebildeten Hohlräume 4 und
5 um 180° zueinander gewendet eingebaut sind, so daß sich beim Walzvorgang eine
gewollte unsymmetrische Verformung der Walzen 1 und 2 ergibt, die zusammen mit
der Verschiebung der Walzen 1 und 2 in Richtung 3 einen veränderbaren Walzspalt
ergeben.
Die Hohlräume 4 und 5 der Walzen 1 und 2 können sich, wie in Fig. 1 dargestellt,
nur über einen Teil der wirksamen Walzballenlänge erstrecken, die sich durch den
Bereich der Berührung mit dem Walzgut 8 ergibt, oder aber auch über die gesamte
wirksame Walzballenlänge.
Es sind die unterschiedlichsten Formen der Hohlräume 4, 5 der Walzen 1, 2 denkbar,
die beispielsweise in den Fig. 2 bis 10 angegeben sind. Dabei ist darauf
hinzuweisen, daß aus Gründen der Vereinfachung in den Fig. 2 bis 10 jeweils nur
eine Walze 1 bzw. 2 des Walzenpaares dargestellt ist; die jeweils andere Walze 1
oder 2 ist, wie dies nur in Fig. 1 dargestellt ist, um jeweils 180° gewendet eingebaut
und mit der dargestellten Walze gepaart.
In Fig. 2 ist der Hohlraum 4 oder 5 der Walze 1 oder 2 aus geraden Abschnitten
zusammengesetzt, die das als Rotationskörper gebildete Hohlraumprofil begrenzen.
Der Hohlraum setzt sich praktisch aus drei Kegelstümpfen zusammen, von denen
zwei Kegelstümpfe mit ihren Grundflächen und der dritte Kegelstumpf mit seiner
Deckfläche mit der Deckfläche des benachbarten Kegelstumpfes korrespondieren.
Es ist aber ebensogut denkbar, den Hohlraum 4, 5 der Walzen 1, 2, wie in Fig. 3
gezeigt, durch eine gekrümmte Kontur 15 zu begrenzen, die den Bedingungen des
Hauptanspruches entspricht. Die gekrümmte Kontur 15 ist beliebig wählbar und kann der
Abschnitt einer Kreisfunktion, eines Polynomes oder auch einer Spirale sein.
Günstige Verhältnisse ergeben sich, wenn, wie in Fig. 4 dargestellt, die gekrümmte
Kontur 15 aus einem konvexen und einem konkaven Abschnitt zusammengesetzt ist,
von denen jeder Abschnitt durch einen Kreisradius bestimmbar ist. Günstig ist es
ebenfalls, wenn, wie in Fig. 5 dargestellt, die gekrümmte Kontur 15 durch ein
Polynom mit ungradem Exponenten, vorzugsweise ein Polynom dritten Grades, wie
bei 9 angedeutet dargestellt, gebildet wird.
Eine andere Möglichkeit der Ausbildung des Hohlraumes der erfindungsgemäßen
Walzen besteht darin, die Hohlräume im Bereich der wirksamen Walzballenlänge
durch gestufte Konturen zu begrenzen, wie dies in Fig. 6 dargestellt ist. Diese
gestuften Konturen, die mit 10 bezeichnet sind, lassen sich durch Hinterdrehungen
herstellen.
Ein einfacheres Herstellen der gestuften Konturen wird dadurch ermöglicht, daß, wie
in Fig. 7 dargestellt, ein zylindrischer Mantelkörper 11 verwendet wird, in den Ringe
12 mit gleichem Außen- und unterschiedlichem Innendurchmesser eingesetzt sind.
Diese Variante hat zudem den Vorteil, daß der zylindrische Mantelkörper
auswechselbar ist, während die Ringe 12 wieder verwendet werden können.
In Fig. 8 ist angedeutet, daß die Hohlräume 4, 5 der Walzen 1, 2 mit einem Material
13 anderer Festigkeit und/oder Wärmeleitfähigkeit ausgefüllt sind. Auch hier kann wie
bei den anderen Hohlwalzen vorgesehen sein, diese mit einem als auswechselbaren
Verschleißkörper dienenden Mantel 14 zu versehen. Dieses Beispiel ist in Fig. 9
schematisch dargestellt.
Fig. 10 zeigt auf, daß die mit den Hohlräumen gemäß Anspruch 1 ausgestatteten
Walzen 1, 2 oder deren Walzenmäntel 11 oder 14 symmetrische Bombierungen
aufweisen, die dem Hohlraumprofil überlagerbar sind.
Mit allen beanspruchten und dargestellten Walzenformen ist eine unsymmetrische
Biegelinie erreichbar, die bei der gewählten Hohlraumgestaltung S-förmig verläuft.
Durch Verschieben der Walzen 1, 2 in Richtung 3 gegeneinander lassen sich
unter Walzfast auftretende Durchbiegungen der Walzen dadurch kompensieren, daß
die Walzen 1, 2 gegeneinander verschoben werden, wodurch sich das Walzspaltprofil
verändert. Das Hohlraumprofil selbst verändert sich nicht durch Verschleiß der
Walzen, so daß das Nachschleifen der unbelasteten Walze mit einfachen Mitteln
leicht durchgeführt werden kann. Darüber hinaus kann der Verschleiß des
Walzballens durch Auswechseln der erfindungsgemäß vorgeschlagenen
Walzenmäntel berücksichtigt werden.
Claims (13)
1. Walzwerk, insbesondere Warmflachwalzwerk mit paarweisen Arbeitswalzen,
die sich ggf. unmittelbar oder über Zwischenwalzen an ebenfalls paarweisen
Stützwalzen abstützen, wobei mindestens die Walzen eines der Walzenpaare
gegeneinander axial verschiebbar sind,
dadurch gekennzeichnet,
daß mindestens jede Walze (1, 2) des verschiebbaren Walzenpaares als
Hohlwalze ausgebildet ist, deren Hohlräume (4, 5) bezogen auf die
Walzenlängsachse (6) drehsymmetrisch und bezogen auf eine gedachte, die
Walzenlängsachse (6) in der Walzballenmitte schneidende Querebene (7)
unsymmetrisch ausgebildet sind und beide Walzen (1, 2) des verschiebbaren
Walzenpaares mit identisch ausgebildeten Hohlräumen (4, 5) um 180°
zueinander gewendet eingebaut sind.
2. Walzwerk nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Hohlräume (4, 5) sich mindestens unter einem Teil der wirksamen
Walzballenlänge jeder Walze (1, 2) erstrecken.
3. Walzwerk nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Hohlräume (4, 5) im Bereich der wirksamen Walzballenlänge durch
eine gekrümmte Kontur (15) begrenzt werden.
4. Walzwerk nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet,
daß die gekrümmte Kontur (15) aus einem konvexen und einem konkaven
Abschnitt zusammengesetzt ist.
5. Walzwerk nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet,
daß die gekrümmte Kontur über einen Teilabschnitt einer im übrigen
zylindrischen Walze (1, 2) verläuft.
6. Walzwerk nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet,
daß die gekrümmte Kontur (15) durch ein Polynom mit ungeradem
Exponenten, vorzugsweise ein Polynom dritten Grades gebildet wird.
7. Walzwerk nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Hohlräume (4, 5) im Bereich der wirksamen Walzballenlänge durch
gestufte Konturen (10) begrenzt werden.
8. Walzwerk nach Anspruch 7,
dadurch gekennzeichnet,
daß die gestufte Kontur (10) durch koaxial zur Mittelachse (6) der Walze (1, 2)
in einen zylindrischen Walzenmantel (11) eingesetzte Ringe (12) mit gleichen
Außen- und unterschiedlichen Innendurchmessern gebildet wird.
9. Walzwerk nach Anspruch 8,
dadurch gekennzeichnet,
daß Mantelkörper (11) und Ringe (12) aus unterschiedlichen Werkstoffen
gebildet sind.
10. Walzwerk nach einem der Ansprüche 1 bis 9,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Hohlräume (4, 5) mit einem Material (13) anderer Festigkeit und/oder
Wärmeleitfähigkeit als der der Walze (1, 2) ausgefüllt sind.
11. Walzwerk nach einem der Ansprüche 1 bis 10,
dadurch gekennzeichnet,
daß in die Hohlräume (4, 5) der Walze (1, 2) Kühlmittel einleitbar ist.
12. Walzwerk nach einem der Ansprüche 1 bis 11,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Hohlwalzen mit als auswechselbare Verschleißkörper dienenden
Walzenmänteln (11, 14) versehen sind.
13. Walzwerk nach einem der Ansprüche 1 bis 12,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Walzen (1, 2) oder die Walzenmäntel (11, 14) der Walzen (1, 2) symmetrische
Bombierungen aufweisen.
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