DE2408769A1

DE2408769A1 - Support roll for steel casting with internal cooling - with permitted axial displacement of roll barrel wrt the core after thermal expansion

Info

Publication number: DE2408769A1
Application number: DE19742408769
Authority: DE
Inventors: Johannes Jansen; Hans-Hermann Dipl Ing Oehler
Original assignee: Fried Krupp Huettenwerke AG
Current assignee: Fried Krupp Huettenwerke AG
Priority date: 1974-02-23
Filing date: 1974-02-23
Publication date: 1975-08-28
Also published as: DE2408769B2

Abstract

Support rolls with internal cooling, esp. for the sec. cooling zone in the continuous casting of steel, where on the periphery of the roll, between the roll-barrel and the core, at least one helical cooling channel is provided. The roll-barrel is welded to the core in such a manner that an axial displacement of the roll-barrel w.r.t. the core is possible as a result of thermal expansion. The outer surface of the roll-barrel is pref. provided with a criss-cross of very small grooves and deep annular grooves in the bore at one or both ends of the barrel, the outer rim of the groove being welded to the core of the roll. The roll will withstand high alternating thermal stresses.

Description

Stützwalze mit Innenkühlung, insbesondere für den Stahlstrangu und Verfahren zu ihrer Herstellung.Back-up roll with internal cooling, especially for the steel strand and Process for their manufacture.

Die Erfindung bezieht sich auf eine Stützwalze mit Innenfrühlung, insbesondere für die Sekundärkühlzone beim Stahlstrangguß, welche auf ihrem Umfang zwischen dem Walzenmantel und dem Walzenkern mindestens einen schraubenlinienförmigen Kühlkanal aufweist, sowie auf ein Verfahren zur Herstellung der Stützwalze.The invention relates to a back-up roll with internal cooling, especially for the secondary cooling zone in steel continuous casting, which on its circumference between the roll shell and the roll core at least one helical Has cooling channel, as well as a method for producing the support roller.

Stützwalzen sind ein wesentlicher Bestandteil einer Stahlstranggußanlage. Ihre Aufgabe besteht darin, den aus der Kokille austretenden Strang zu führen, gegebenenfalls zu kühlen, umzulenken und wieder zu richten. Bei der kontinuierlichen Herstellung von Platinen, Brammen oder Knüppeln in den Stranggußanlagen werden die Stützwalzen in einem hohen Maße belastet. So steht z.B. für die unmittelbar im Anshluß an die Kokille angeordneten Stützwalzen die Temperaturbelastung mit im Vordergrund. Bei den beim Vergießen von Stahl auftretenden hohen Abstichtemperaturen und den heute üblichen hohen Gießgeschwindigkeiten ist die Stützwalze besonderen thermischen Belastungen ausgesetzt. Die linienförmige und axial ausgerichtete Kontaktfläche zwischen Stützwalze und Strang führt zu einer orientierten Aufheizung, wobei an der Walzenoberfl äche laufend starke Temperaturveränderungen auftreten. DIese ständigen Temperaturwechseljorga're und die damit verbundenen Spannungsumkehrungen können im laufe der Zeit eine Ennüdung des Werkstoffs nach sien ziehen und zu Rissen in der Walzenoberfläche führen. Diese Risse können sich ins Innere der Walze fortsetzen und schließlich zu einem völligen Ausfall führen. Ur.1 diesen Schwierigkeiten zu begegnen, hat man in der DT-AS 1 508 974 vorgeschlagen, auf der Walzenoberfläche Rillen in Form von Dehnfugen auszubilöen, wobei die zwischen den Dehnfugen verbleibenden Oberllächenbe reiche breiter als die Dehnfugen sein sollen.Back-up rolls are an essential part of a steel continuous casting plant. Your task is to guide the strand emerging from the mold, if necessary to cool, redirect and redirect. In continuous production The back-up rolls are used for blanks, slabs or billets in the continuous casting plants burdened to a high degree. For example, stands for the immediately following the Back-up rolls arranged in the mold, the temperature load with in the foreground. at the high tapping temperatures that occur when pouring steel and today Usually high casting speeds, the backup roll is exposed to particular thermal loads exposed. The linear and axially aligned contact surface between the back-up roll and strand leads to an oriented heating, whereby on the roll surface continually strong temperature changes appear. This permanent Temperaturwechseljorga're and the associated voltage reversals can Over the course of time, the material will wear out and cause cracks the roller surface. These cracks can continue inside the roller and eventually lead to total failure. Ur.1 to these difficulties encounter, it has been proposed in DT-AS 1 508 974, on the roller surface Grooves in the form of expansion joints, the remaining ones between the expansion joints Surface areas are wider than the expansion joints should be.

Gemäß einem anderen Vorschlag (DT-OS 1 758 o29) oll die Walzenoberfläche mit einem Walzpanzer niedriger Wärmeleitfähigkeit umgeben werden, um dadurch die schädliche Aufheizung des eigentlichen Walzenmantels zu vermeiden. Als Walzpanzer wird ein keramischer, metalloxydischer oder pulvermetallurgischer Überzug vorgeschlagen.According to another proposal (DT-OS 1 758 029) the roller surface should be be surrounded by a rolled armor with a low thermal conductivity, in order to achieve the to avoid harmful heating of the actual roll shell. As rolled armor a ceramic, metal oxide or powder metallurgical coating is proposed.

Die vorgenannten lösungsvorschläge berücksichtigen nicht, daß eine gute Wärmeabfuhr durch die Stützwalze durchaus gewünscht ist. Aus diesem Grunde sind Stützwalzen mit Innenkühlung im Einsatz. Die Schwierigkeiten bei der Konstruktion dieser gekühlsten Stützwalzen bestehen in der gleichzeitigen Forderung, daß einerseits für eine gute Wärme abfuhr nur ein dünner Walzenmantel gewünscht ist, andererseits die hohen thermischen und mechanischen Belastungen, z.B. die Biegebelastung, einen dicken Walzenmantel wünschenswert erscheinen lassen. Ein älterer Vorschlag geht dahin, schraubenlinienförmige Kühlkanäle zwischen dem Walzmantel und dem Walzkern anzuordnen (DT-OS 1 535 619).The aforementioned proposed solutions do not take into account that a good heat dissipation through the backup roller is quite desirable. For this reason back-up rolls with internal cooling are in use. The difficulties in construction these cooled backup rolls consist in the simultaneous requirement that on the one hand on the other hand, only a thin roll jacket is required for good heat dissipation the high thermal and mechanical loads, e.g. the bending load, one make thick roll jacket appear desirable. An older suggestion works there, helical cooling channels between the roll shell and the roll core to be arranged (DT-OS 1 535 619).

Ausgehend von diesem Stand der Technik hat sich die Erfindung die Aufgabe gestellt, Merkmale für eine Stützwalze anzugeben, die einmal eine hohe thermische Wechselbelastung des Walzmantels zuläßt und zum anderen in der Lage ist, selbst bei dünner Ausbildung der Manteloberfläche eine hinreichende Stützwirkung auf den Strang auszuüben. Es soll eine gekühlte Stützwalze kqnstrert werden, die aufgrund thermischer Belastung hohe Spannungen im Mantelqueschnitt aushält und außerdem der statischen Belastung gewachsen ist.Based on this prior art, the invention has the Task set to specify features for a backup roll that once a high thermal Alternating loading of the roll shell allows and on the other hand is able to itself at thinner Formation of the jacket surface has a sufficient supportive effect exercise on the strand. A cooled back-up roll is to be kqnstrert, which withstands high stresses in the jacket cross-section due to thermal stress and also can cope with the static load.

Erfindungsgemäß wird der Mantel / derart mit dem Kern verschweißt, daß eine Axialverschiebung des Mantelsinfolge Wärmeausdehnung relativ zum Kern möglich ist. Die Konstruktion des Walzmantels wird so gewählt und die Schweißung so vorgenommen; daß der Walzmantel besser in der Lage ist, der axialen Ausdehnung infolge Aufheizung zu folgen. Dieses Lösungsprinzip erfüllt z.B. eine Stützwalze, deren Mantel an seinem einen oder beiden Enden mehrere tiefe Ringnuten aufweist und wobei der Mantel lediglich mit dem am äußeren Ende verbleibenden Steg mit dem Kern verschweißt ist. Zweckmäßigerweise besteht der Mantel aus einem kemperaturwechselbeständigem Stahl. Eine derartige Konstruktion kann bei einem relativ starren Walzenkern mit dem Mantel elastisch auf die auftretenden Axialverschiebungen reagieren. Der Mantel kann dünn ausgebildet werden und hat trotzdem eine hinreichende Stützwirkung, da die wischen den schraubenlinienförmigen Kanälen verbleibenden Flächen den Mantel hinreichend abstützen.According to the invention, the jacket / is welded to the core in such a way that that an axial displacement of the jacket as a result of thermal expansion relative to the core is possible is. The construction of the roll shell is chosen and the welding carried out in this way; that the roll shell is better able to withstand the axial expansion as a result of heating to follow. This solution principle is fulfilled, for example, by a back-up roll, the jacket of which is attached to its one or both ends has several deep annular grooves and wherein the jacket only is welded to the core with the web remaining at the outer end. Appropriately the jacket consists of a steel that is resistant to temperature changes. Such a one In the case of a relatively rigid roll core, construction can be elastic with the jacket react to the axial displacements that occur. The jacket can be made thin and still has a sufficient supporting effect, since the wipe the helical Channels remaining surfaces adequately support the jacket.

In einer abgewandelten Ausführungsform besteht der Kern aus zwei ineinandergescliobenen, axial zueinander verschieblichen Teilen, die jeweils mit einem Ende des Mantels verschweißt sind. Bei dieser Konstruktion steht die axiale Verschieblichkeit im Vordergrund.In a modified embodiment, the core consists of two interlocked, axially displaceable parts, each with one end of the jacket are welded. With this construction, the axial displaceability is in Foreground.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform sind die Kanäle für die Kühlflüssigkeit durch auf den-Kern aufgeschobene, flanschförmige Ringe/ gegeben, die zur Bildung des Mantels mit Schweil3-gut überzogen sind. Als Deckschweißung wird zweckmäßigerweise ein temperaturwechselbeständiger Stahl aufgebracht. Die einzelnen Ringe weisen an einer Stelle ihres Umfangs versetzt einen Durchgang auf, so daß das Kühlmittel schraubenförmig umlaufen kann. Die einzelnen Ringe sind über einen hochplastischen Werkstoff mit dem Kern verschweißt. Gegen den überstehenden Flansch des einen äußeren Rings ist mit dem gleichen Schweißgut eine Abdeckung geschweißt. Gegen diese Abdeckung und am anderen Ende der Walze angeordneten äußeren Ring liegt je ein Abschlußring an, der nur mit dem Mantelschweißgut verschweißt ist. Diese Konstruktion ist besonders einfach herstellbar, in einem hohen Maße thermischen Belastungen gewachsen und kann außerdem den auftretenden statischen Belastungen widerstehen.According to a preferred embodiment, the channels are for the cooling liquid by being pushed onto the core, flange-shaped rings / given to the formation of the coat are coated with Schweil3-gut. As a cover weld is expediently a temperature change resistant steel applied. The single ones Rings have a passage offset at one point on their circumference, so that the coolant can rotate helically. The individual rings are about a highly plastic Material welded to the core. Against the protruding flange of the one outer A cover is welded to the ring with the same weld metal. Against this cover and at the other end of the roller arranged outer ring is an end ring which is only welded to the shell weld metal. This construction is special easy to manufacture, and can withstand high thermal loads also withstand the static loads that occur.

Als besonders vorteilhaft hat sich ein Verfahren zur Herstellung einer Stützwalze erwiesen, bei welchem in den Walzballen über seine Länge verteilt zunächst die Nuten eingebracht werden und diese anschließend zur Bildung der Kanäle durch Überwalzen geschlossen werden, worauf auf die Oberfläche zunächst ein hoch plastischer metallischer Werkstoff und auf diesen eine Deckschweißung aus temperaturwechselbeständigem Stahl aufgeschweißt wird. Vorzugsweise werden in den Walzballen abwechselnd erste und zweite Nuten eingebracht und zur Bildung der Kanäle durch Walzen in den zweiten Nuten die Stege über den ersten Nuten geschlossen. Zweckmäßirweise ist die erste Nut tief und die zweite Nut weniger tief. Es wird in der weniger tiefen Nut gewalzt. Ein weiterer Vorteil ergibt sich, wenn die Tiefe der ersten Nut vom Ballenrand zur Ballenmitte hin abnimmt. Bei dieser Konstruktion ergibt sich ein beschleunigter Kühlmittelfluß in Walzenmitte, wodurch eine bessere Kühlwirkung erzielt wird.A method for producing a has been found to be particularly advantageous Back-up roll proved in which initially distributed in the roll barrel over its length the grooves are introduced and then through them to form the channels Rolling over are closed, whereupon the surface is first a highly plastic metallic material and on this a cover weld made of temperature change resistant Steel is welded on. Preferably, first alternating in the roll barrel and second grooves introduced and for forming the channels by rolling in the second Grooves the ridges closed over the first grooves. The first is expedient Groove deep and the second groove less deep. It is rolled in the less deep groove. Another advantage arises when the depth of the first groove from the ball edge to Decreases towards the center of the bale. This construction results in an accelerated one Coolant flow in the middle of the roll, which results in a better cooling effect.

Die nach dem vorbeschriebenen Verfahren hergestellte Stützwalze wird der erfindungsgemäßen Aufgabenstellung in einem hohen Maße gerecht, da sie sowohl hohe statische als auch thermische Belastungen aufnehmen kann. Die zwischen Walzkern und Walzmantel liegende Schweißschicht aus hoch plastischem metallischem Werkstoff dient als Puffer und fängt die Axialverschiebungen des Mantels gegenüber dem Walzkern auf. Diese Stützwalze hat eine lange Haltbarkeit und übt eine hinreichende Kühlwirkung auf den Strang aus.The back-up roll produced by the method described above is the task according to the invention to a high degree, since they both high static and thermal loads can accommodate. The weld layer between the roll core and roll shell is made of highly plastic metallic material serves as a buffer and catches the axial displacements of the jacket opposite the roll core. This backup roller has a long durability and exercises a sufficient cooling effect on the strand.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen: Fig. 1 bis 12 im Längsschnitt unterschiedliche Ausführungsformen der Stützwalze und Fig. 15 und 14 im Ausschnitt einen Längsschnitt und eine Draufsicht auf. die Manteloberfläche.The invention is explained in more detail below with the aid of exemplary embodiments explained. 1 to 12 show different embodiments in longitudinal section of the support roller and FIGS. 15 and 14, in detail, a longitudinal section and a plan view on. the mantle surface.

Bei der in Fig. 1 und 2 gezeigten Ausführungsform ist der Mantel 2 nur an seinen beiden Enden über eine Schweißnaht 3 mit dem Kern 1 verbunden. Als SchweiBe 5 dient ein hoch plastischer Werkstoff. Mantel 2 und Kern 1 weisen im Bereich des Endes Ringnuten 4 bzw. 5 auf, die die Axialverschieburig des Mantels 2 gegenüber dem Kern 1 ermöglichen. Unterhalb des recht dünnen Mantels 2 befindet sich auf der Oberfläche des Kerns 1 der schraubenförmige Kühlkanal la. Der Kühlmitteleintritt ist mit 6 und der Kühlmittelvaustritt mit 7 bezeichnet.In the embodiment shown in FIGS. 1 and 2, the jacket 2 is connected to the core 1 only at both of its ends via a weld 3. as Weld 5 is a highly plastic material. Shell 2 and core 1 point in the area the end of the annular grooves 4 and 5, which the Axialverschieburig of the shell 2 opposite enable the core 1. Below the rather thin jacket 2 is located on the Surface of the core 1 of the helical cooling channel la. The coolant inlet is designated with 6 and the coolant outlet with 7.

Gemäß Fig. 3 besteht der Kern l aus zwei Teilen, wobei der eine Teil in den anderen Teil hineinragt. Diese Konstruktion läßt eine starke Axialverschiebung des Mantels 2 gegenüber dem Kern 1 zu. Allerdings sind der statischen Belastung dieser Stützwalze Grenzen gesetzt, Bei der alternativen Ausführungsform gemäß Fig. 5 und 6 sind die Nuten 4, 4a am Ende des Walzmantels 2 wechselweise ange ordnet, wodurch sich eine hohe Elastizität bei auftretenden Axialverschiebungen ergibt.According to FIG. 3, the core l consists of two parts, one part protrudes into the other part. This construction allows a strong axial displacement of the jacket 2 with respect to the core 1 to. However, the static load This back-up roll is limited, In the alternative embodiment according to Fig. 5 and 6, the grooves 4, 4a at the end of the roll shell 2 are alternately arranged, which results in high elasticity when axial displacements occur.

Eine völlig andere Konstruktion zeigen die Fig. Y und Auf den Kern werden zur Bildung von Ringkammern Ringe 6 aufgeschoben. An einer Stelle ihres Umfangs weisen die Ringe 6 versetzt einen Durchgang auf, so daß das Kühlmittel schraubenförmig umlaufen kann. Die Ringe 6 sind mit einem hoch plastischen Werkstoff 11 mit dem Kern verschweißt. Gegen den Flansch des linken äußeren Rings 6 liegt eine scheibenförmige Abdeckung 6b an, die einerseits mit dem Flansch und andererseits mit dem Kern 1 verscheißt ist. Gegen diese Abdeckung und gegen den am rechten Rand angeordneten äußeren Ring 6 liegen Abschlußringe 7 an, die nur mit dem Mantel 2 verschweißt sind. Der Mantel 2 selbst besteht aus einer Deckschweißung aus temperaturwechselbeständigem Stahl. Diese Konstruktion ist sowohl hohen thermischen Belastungen als auch statischen Belastungen gewachsen, da der Mantel 2 durch die Ringe 6 in einem hinreichenden Maße gestützt wird. Die Elastizität der Konstruktion gegenüber thermischen Beanspruchungen ist durch die aus vielen Ringen bestehende Kühlkanalzone gewährleistet.A completely different construction is shown in FIGS. Y and On the core rings 6 are pushed on to form annular chambers. At one point of its scope the rings 6 have a passage offset so that the coolant is helical can circulate. The rings 6 are with a highly plastic material 11 with the Welded core. Against the flange of the left outer ring 6 is a disk-shaped one Cover 6b, on the one hand with the flange and on the other hand with the core 1 is fucked up. Against this cover and against the one arranged on the right edge the outer ring 6 rests against end rings 7 which are only welded to the jacket 2. The jacket 2 itself consists of a cover weld made of temperature change resistant Stole. This construction is both high thermal loads and static Loads grown, since the jacket 2 by the rings 6 in a sufficient Dimensions is supported. The elasticity of the construction against thermal loads is guaranteed by the cooling channel zone consisting of many rings.

Bei dem in Fig. 9 und lo erläuterten Herstellungsverfahren werden in den Kern der Walze zunächst abwechselnd erste tiefe Nuten 8 und zweite weniger tiefe Nuten eingebracht. Anschließend wird in die weniger tiefe und schmale Nut 9 eine profilierte Druckrolle lo gesetzt. Mit Hilfe dieser Rolle wird der Nutenrand der Nute 9 seitlich verdrängt. Durch mehrmaliges Abfahren schließt-sich die breite und tiefere Nut 8 völlig. Auf die nun vorliegende Oberfläche wird eine Auftragsschweißung 11 aufgetragen, die aus einem hoch plastischem Werkstoff besteht. Als Abschluß wird die Deckschweißung 12 aufgebracht, für die ein temperaturwechselbeständiger Stahl zum Einsatz kommt. Die so hergestellten Stützwalzen zeichnen sich in der Praxis insbesondere durch lange Einsatzzeiten aus. Die Stütz- und die Kühlwirkung sind gut. Eine weitere Verbesserung der Kühlwirkung ergibt sich, wenn die Tiefe der Nuten vom Walzenrand zur Walzenmitte hin abnimmt (Fig. 11). Bei dieser Konstruktion ist die Strömungsgeschwindigkeit des Kühlmittels in der Walzenmitte am höchsten. Fig. 12 zeigt, daß der gewünschte schraubenlinienförmige Fluß des Kühlmittels auch Konstruktionen umfassen soll, bei welcher die einzelnen Umfangsnuten durch Querfräsungen 12 miteinander verbunden sind. Auf eine ähnliche Konstruktion war bereits in Fig. 7 hingewiesen worden.In the manufacturing method explained in FIGS. 9 and 10, in the core of the roller first alternating first deep grooves 8 and the second less deep grooves introduced. Then it is in the less deep and narrow groove 9 a profiled pressure roller lo set. With the help of this role, the edge of the groove the groove 9 displaced laterally. By driving down several times, the wide one closes and deeper groove 8 entirely. A build-up weld is applied to the surface that is now present 11 applied, which consists of a highly plastic material. As a conclusion the cover weld 12 is applied, for which a temperature change-resistant steel is used. The back-up rolls produced in this way stand out in practice especially due to long periods of use. The supporting and cooling effects are Well. A further improvement in the cooling effect results when the depth of the grooves from the edge of the roller to the center of the roller decreases towards (Fig. 11). At this Construction is the flow rate of the coolant in the middle of the roll the highest. Figure 12 shows that the desired helical flow of coolant should also include constructions in which the individual circumferential grooves through Cross millings 12 are connected to one another. Was on a similar construction has already been pointed out in FIG.

Gemäß Fig. 15 und 14 ist der Mantel 2 zusätzlich mit einem atmungsfähigen Rißnetz 16 versehen. Hierzu werden in die Manteloberfläche in geringer Tiefe und kreuzweise Nuten 14 eingefräst, diese z.B. mit einer Rolle 15 geschlossen. Das so entstandene Rißnetz 16 ist atmungsfähig und dadurch besser in der Lage den Wechselbeanspruchungen Stand zu halten. Außerdem dient das Rißnetz als Vorratskammer für Kühlwasser, wodurch die Kühlwirkung der Stützwalze weiter verbessert wird.According to FIGS. 15 and 14, the jacket 2 is additionally provided with a breathable one Tear network 16 provided. For this purpose, in the mantle surface at a shallow depth and Grooves 14 milled crosswise, these closed e.g. with a roller 15. That so The resulting crack network 16 is breathable and therefore better able to withstand alternating stresses To keep standing. In addition, the crack network serves as a storage chamber for cooling water, whereby the cooling effect of the backup roll is further improved.

Claims

Expectations

1. Back-up roll with internal cooling> especially for the secondary cooling zone in the case of continuous steel casting, at least on their circumference between the roll shell and roll core has a helical cooling channel, characterized in that the jacket (2) is welded to the core (1) in such a way that an axial displacement of the jacket ~ (2) due to thermal expansion relative to the core (1) is possible.

2.- support roller according to claim 1, characterized in that the jacket surface is provided with a finely oriented heat crack network (16).

5. Support roll according to claim 1 or 2, characterized in that the jacket (2) has one or more deep annular grooves at one or both ends (4, 4a) and only the web (2a) remaining at the outer end with the Roller core (1) is welded.

4. Support roll according to one of claims 1 to 3, characterized in that that the core (1) consists of two nested, axially displaceable to one another Parts (11, 12) are made, each welded to one end of the jacket (2) are.

5. Support roll according to one of claims 1 to 4, characterized in that that the channels (la) for the cooling liquid are pushed onto the core (l), flange-shaped rings (6) are given to form the shell (2) with weld metal are coated.

6. Support roll according to claim 5, characterized in that the protruding Flange (6a) of one outer ring (6) with a cover (6b) and this with the core (1) is welded, and that against the cover (6b) and the other outer ring There are sealing rings (7) which are only welded to the shell weld metal (2b).

7. A method for producing a backup roll, in particular according to claim 1 or 2, characterized in that a or in the surface of the roller core several helical grooves (8, 9) are introduced, which are then used to form the channels are closed by rolling over, whereupon the surface first a highly plastic metallic material (11) and a cover weld on this (12) is welded on from steel that is resistant to temperature changes.

8. The method according to claim 7, characterized in that in the core (1) alternately first and second grooves (8, 9) are introduced and for formation of the channels the ridges between the grooves by rolling in the second grooves respectively be closed over the first grooves.

9. The method according to claim 8, characterized in that the first Groove (8) deep and the second groove (9) is less deep.

lo. Method according to claim 9, characterized in that the depth the first groove (8) decreases from the edge of the bale to the center of the bale.