DE3231433A1

DE3231433A1 - Innengekuehlte stuetz- und/oder transportwalze und verfahren zu ihrer herstellung

Info

Publication number: DE3231433A1
Application number: DE19823231433
Authority: DE
Inventors: Klaus Ing.(grad.) 4150 Krefeld Kobusch; Rainer 4100 Duisburg Lenk; Manfred Dipl.-Ing. 4156 Willich Markan; Karl-Friedrich 4330 Mülheim Wesemann
Original assignee: Mannesmann AG
Current assignee: Vodafone GmbH
Priority date: 1982-08-20
Filing date: 1982-08-20
Publication date: 1984-02-23
Also published as: ATE26078T1; ZA835876B; US4631792A; JPS5950963A; CA1232848A; ES8404942A1; ES525040A0; EP0101661B1; EP0101661A1; DE3231433C2

Description

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FaIl-Nr. 22 130

"Innengekühlte Stütz- und/oder Transportwalze und Verfahren zu ihrer Her-' stellung"

Die Erfindung betrifft eine innengekühl.te Walze zum Stützen und/oder Transportieren von heißen Metallkörpern, insbesondere von in kontinuierlichen Gießverfahren erzeugten Stahl strängen.

Innengekühlte Walzen zum Stützen und/oder Transportieren von heißen Metallkörpern, insbesondere von in kontinuierlichen Gießverfahren erzeugten Stahl strängen sind bekannt. Sie bestehen üblicherweise aus einem Kern, in dessen Oberfläche ein oder mehrere Kanäle eingearbeitet sind. Die Kanäle gehen in radiale Bohrungen über, die in axial gerichteten, in den Lager-

LO zapfen angeordneten Bohrungen münden. Letztere dienen der Kühlmittelzu- bzw. -abfuhr. Der Kern der Walze ist von einer Hülse umgeben, die auf den Kern aufgeschrumpft ist und den Kühlkanal bzw. die Kühl kanale des Kernes nach außen abschließt.

•5 Beim Anpressen der Walze zum Zweck der Abstützung an den bis zu 1200 *C heißen Strang wird die Walze erheblichen mechanischen und thermischen Belastungen unterworfen, die zur Durchbiegung und zum Verzug führen. Hinsichtlich der Hülse ist zu verzeichnen, daß diese sich unter den genannten Belastungen während des Betriebes vom Kern teilweise löst und dann eine

O Zwangsführung des Kühlmediums nicht mehr gegeben ist. Das Ergebnis ist eine verminderte Kühlung an der hochbelasteten Kontaktlinie zum Strang. Außerdem wir die mechanische Stabilität durch diesen Vorgang beeinträchtigt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die genannten Nachteile zu beseitigen und eine Walze zu schaffen, die eine verbesserte Biegesteifigkeit aufweist, thermisch stabil ist, auch in bezug auf die auf den Strang auszuübenden. Kühl wirkung sowie ein Verfahren zur Herstellung einer derartigen Walze anzugeben. Unter thermisch stabil wird auch der Fall verstanden, daß bei zeitweiser verstärkter einseitiger Wärmebeaufschlagung die Betriebsfähigkeit der Walze nicht beeinträchtigt wird.

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Die Aufgabe wird gelöst durch eine Walze, wie erfindungs gemäß in Anspruch 1 dargestellt. Weitere vorteilhafte, die Erfindung weiterbildende Maßnahmen sind in den Unteransprüchen beschrieben. Erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung einer derartigen Walze beinhalten die Ansprüche 15 bis 18.

Die Erfindung soll anhand der schematischen Darstellung in den Zeichnungen beschrieben werden.

Es zeigen
Fig. 1 eine Walze in perspektivischer Darstellung,

Fig. 2 bis 6 ausschnittsweise Vergrößerungen der Verbindungsstelle zwischen Kern und Hülse und

Fig. 7 eine vergrößerte Darstellung eines Kühlmittelkanals einer längsgeschnitten

Walze.

Fig. 8 und 9 Beispiele für die Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens beim Schweißen von Blechen.

Gemäß Fig. 1 ist die Walze 1 mit einem schraubenlinienförmigen Kühlmittelkanal 2 versehen, der mit in den Lagerzapfen 4 angeordneten konzentrischen Bohrungen 3 als Kühlmittelzu- oder -abfluß über radiale Bohrungen verbünden ist. Die einzelnen Windungen des Kühlmittel-

25' ' kanals 2 sind durch den Steg 6 voneinander getrennt, . so daß in der gesamten Walze 1 eine Zwangsführung für das Kühlmedium besteht. Die Zwangsführung wird erreicht, wie in den Fig. 2 bis 6 dargestellt, durch eine kühlmitteldichte Verbindung der Stege 6 des Walzenkernes 7 mit einer auf den Kern 7 aufgebrachten Hülse 8.

Gemäß der Erfindung kann die kühlmitteldichte Verbindung und die Fixierung der Hülse 8 gegenüber dem Kern 7 dadurch erzielt werden, daß gemäß Fig. 2 der Steg 6 trapezgewindeförmig ausgebildet ist und in entsprechender Ausnehmung 9 auf der Innenmantelfläche 10 der Hülse 8 eingreift. In der Stirnfläche 11 des Steges 6 ist eine Nut 12 eingearbeitet, in die eine Dichtung 13 von kreisrundem Querschnitt eingelegt ist. Die Hülse 8 wird auf den Kern 7 aufgeschraubt, wobei das Steigungsmaß des Gewindeganges selbsthemmend ist. An den Enden ist die Hülse 8 mit dem Kern 7 zweckmäßig verschweißt.

Gemäß Fig. 3 ist die Stirnfläche 11 des Steges 6 selbst mit einem Gewinde versehen, das mit einem entsprechenden Gewinde in der Innenmantelfläche 10 der Hülse 8 in Verbindung steht.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung wird, wie in Fig. 4 dargestellt, durch eine Preßschweißung die Stirnfläche 11 des Steges 6 mit der Innenmantelfläche 10 der Hülse 8 dauerhaft und dicht verbunden. Unter Preßschweißung wird wird dabei eine Widerstandsschweißung, wie die Punkt- oder Rollnahtschweißung, verstanden. Es ist natürlich auch möglich, die Kühlmittelkanäle 2 durch entsprechende Bänder abzudecken und die Bandkanten 14 nach Fig. 5 unter Einbeziehung der Stirnfläche 11 der Stege 6 miteinander zu verschweißen.

Ein weiteres erfindungsgemäßes Merkmal besteht darin, daß das im verschweißten Zustand die Hülse 8 bildende Band zur Abdeckung der Kühlmittelkanäle 2 aus einem Rohr mit den Maßen der gewünschten Hülse gewonnen wird, in dem das Rohr derart getrennt oder aus der Rohrwand Materialstreifen entsprechend dem Verlauf der Stege, derart herausgeschnitten werden» daß die verbleibenden Schnittkanten die Stege 6 geringfügig überdecken unter Belassung eines Spaltes für die Schweißnaht, die die Schnittkanten 14 mit dem Steg 6 verbinden.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist es zur Erhöhung der Kühlwirkung des Kühlmediums sowohl auf die Hülse 8 als auch der Walze 1 auf den Strang von Vorteil, den Kühlmittelkanal 2 derart zu gestalten, daß er im Querschnitt einen großen Umfang bei kleiner Querschnittsfläche aufweist und die Seite der Querschnittsfläche mit der größten Längenerstreckung von der Innenmantelfläche 10 der Hülse 8 gebildet 1st, beispielsweise durch rechteckige Gestaltung der Querschnittsfläche des Kühlmittelkanals 2 (Fig. 6) oder, wie in Fig. 7 dargestellt, durch einen trapezförmigen Querschnitt. Ebenso ist es von Vorteil, der Innenmantelfläche 10 der Hülse 8 nahe den Verbindungsstellen mit dem Steg 6 eine kerbwirkungsarme, spannungsreduzierende "und die Oberfläche vergrößernde" Form zu geben, beispielsweise wie in den Fig. 2 bis 5 und 7 dargestellt, durch halbkreisförmige Ausnehmungen 19. Durch diese Formgebung wird gleichzeitig eine Verbesserung der Kühlwirkung erzielt. Wesentlich für die Biegesteifigkeit der Walze 1st auch, daß das Verhältnis von Radius r des Kernes zum Radius des durch den Kühlmittelkanal 2 verminderten Radius a 1:0,9 beträgt.

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Von besonderem Vorteil ist jedoch ein Verfahren, bei dem das die Hülse 8 bildende Rohr entsprechend dem Verlauf der Stege nicht vollständig getrennt wird, sondern, wie in Fig. 6 dargestellt, in die Außenoberfläche des Rohres ■ 8 eine Nut 15 eingearbeitet wird, die einen dünnwandigen Restzylinder 16 als Projektion der Stegstirnflächen 11 bestehen läßt. Dieser Restzylinder 16 hält das Rohr 8 während des Aufbringens auf den Kern 7 und während des Schweißens mechnisch stabil. Der Restzylinder 16 wird beim Aufbringen der ersten Schweißlage 17 aufgeschmolzen und verbindet damit die Stirnfläche 11 des Steges 6.mit dem die Hülse 8 bildenden Rohrwandteil. Falls erforderlieh, wird die Nut 15 mit nachfolgenden Schweißlagen 18 aufgefüllt.

Dieses· erfindungsgemäße Verfahren ist natürlich nicht auf das geschilderte Beispiel der Herstellung einer innengekühlten Walze beschränkt. Es bietet sich überall dort an, wo schweißbare Metallteile nur in Teilbereichen ihrer Oberfläche verbunden werden sollen, beispielsweise im Apparate- bzw. Behälterbau. Unter Teilbereichen ihrer Oberfläche werden dabei solche Fälle verstanden, bei denen flächige Körper sich mit ihren größeren Oberflächenanteil überdecken, jedoch nur in Teilbereichen berühren, so daß unzugängliche Schweißbereiche entstehen. Aber auch solche Fälle, bei denen der-

20artige Körper oder auch dickwandige Bleche mit ihren Kanten aneinander grenzen, beispielsweise wie in den Fig. 8 und 9 schematisch dargestellt.

Gemäß Fig. 8 wird dabei der Kantenbereich der Bleche 21, 22 derart durch spanende Formgebung bearbeitet, daß eine geringe Restwanddicke in Form des

25vorsprunges 23 als auch des die Nut 24 begrenzenden Materialsteils 25 verbleibt. Beim Schweißvorgang wird hier der Material anteil 25 zum Teil aufgeschmolzen und bildet mit dem Elektrodenmaterial die erste Schweißlage, die die Bleche 21, 22 über den Vorsprung 23 miteinander verbindet. Bei der Außenschweißung von Behältern verhindert der Vorsprung 23 zugleich ein

^Durchfließen der Schweißschmelze in das Behälterinnere. Das Maß des Aufschmelzens kann beispielsweise über die benutzte Stromstärke reguliert werden.

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Fig. 9 zeigt eine Darstellung für den Fall, daß zwei sich im Kantenbereich überlappende Bleche 26, 27 verschweißt werden sollen. Hier kann in das außen liegende Blech 26 eine Nut 28 eingearbeitet werden. Die verbleibende • Restwanddicke 29 wird mit der ersten Schweißlage aufgeschmolzen und mit dem Blech 27 verbunden. Die Kanten 30, 31 der Blech 26, 27 werden dann anschließend mit dem jeweils anderen Blech verschweißt. Die entsprechenden Schweißlagen sind mit 32, 33 bezeichnet.

Durch die erfindungsgemäßen Maßnahmen erhält man eine Walze, die bei vorgegebenem Außendurchmesser einen möglichst großen Kerndurchmesser bei geringster Hülsendicke aufweist. Sie besitzt damit ein großes Widerstandsmoment. Die thermische Belastung der Rolle wird auf einen kleinen Teil, nämlich den Mantel reduziert. Daraus leitet sich ab, daß die Funktion der Rolle, nämlich Stützen und Kühlen, getrennt sind. Das große Widerstandsmoment der Walze unter Einbeziehung der Hülse stellt sicher, daß auch bei längerer einseitiger Erwärmung der Hülsenoberfläche die Walze frei von Verzug bleibt. Das wirkungsvolle Kühlsystem unterstützt die Walze in ihren Funktionen durch eine geringe Wanddicke der Hülse, eine kontrollierte Wasserführung, eine hohe Geschwindigkeit des Kühlmediums und eine große Kühlfläche.

Zusammenfassung

Claims

323U33 Mannesmann Aktiengesellschaft, Düsseldorf .* FaIl-Nr. 22 130 "Innengekühlte Stütz- und/oder Transportwalze und Verfahren zu ihrer Herstellung" Patentansprüche

1. Innengekühlte Stütz- und/oder Transportwalze, bestehend aus einem Kern mit in seiner Oberfläche eingelassenem Kühlmittelkanal, der mit in den Lagerzapfen befindlichen axial gerichteten Bohrungen für den Kühl mittelzu- und -abfluß durch radial angeordnete Bohrungen verbunden ist und eine den Kern umgebende Hülse,
gekennzeichnet durch

eine auch unter einseitiger Beaufschlagung durch Druck und hohe Wärme kühlmittel dichte und eine Verschiebung zwischen dem Steg (6) des Kerns (7) und Hülse (8)"verhindernde Verbindung.

2. Walze nach Anspruch 1,

dadurch gekennzeichnet,

daß der Kühlmittel kanal (2) des Kerns (7) im Querschnitt einen großen Umfang bei kleiner Querschnittsfläche aufweist und die Seite der Querschnittsfläche mit der größten Längenerstreckung (20) von der Innenmantelfläche (10) der Hülse (8) gebildet ist.

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3. Walze nach Anspruch. 2, dadurch gekennzeichnet,

daß das Seitenverhältnis mindestens 5:1, vorzugsweise 8 bis 10:1 5- beträgt.

4. Walze nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Kühlmittel kanal (2) in die Oberfläche des Kernes (7) schraubenlinienförmig eingelassen ist.

5. Walze nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch ein Verhältnis von Radius des Kernes (r) zum Radius des durch den Kühlmittel kanal verminderten Radius (a) von 1:0,9.

6. Walze nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Steg (6) des Kernes (7) zwischen dem Kühl mittel kanal (2) trapezgewindeförmig ausgebildet ist.

7. Walze nach einem öderen mehreren der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Stirnfläche (11) des Steges (6) mit einer Ausnehmung (12) versehen ist, in die ein Dichtmaterial (13) mit insbesondere kreisförmigem Querschnitt eingelegt ist.

8. Walze nach einem .öderen mehreren der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der trapezgewindeförmige Steg (6) mit einer korrespondierenden Ausnehmung (9) in der Innenmantelfläche (10) der Hülse (8) steht.

9. Walze nach Anspruch 1 und 6, dadurch gekennzeichnet, daß 1n die Stirnfläche (11) des Steges (6) ein Gewindegang eingeschnitten ist, der mit einem entsprechenden Gewinde in der Innenmantelfläche (10) der Hülse (8) in Verbindung steht.

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10. Walze nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 9, gekennzeichnet durch eine kerbwirkungsarme, Spannungsreduzierende und die Oberfläche vergrößernde Formgebung der Innenmantelfläche (10) der Hülse (8) nahe den Verbindungsstellen mit den Stegen (6).

11. Walze nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Hülse (8) mit der Stirnfläche (11) des Steges (6) durch Schweißen verbunden ist.

12. Walze nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Hülse (8) mit der Stirnfläche (11) des Steges (6) durch Preßschweißen verbunden ist.

13. Walze nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Hülse (8) in Form eines den Kühl mittel kanal (2) abdeckenden Bandes auf den Kern (7) aufgebracht ist und die Bandkanten (14) mit der Stirnfläche (11) unter Auffüllen des Spaltes zwischen den Bandkanten (14) mittels Elektrolichtbogenschweißens verbunden ist.

14. Walze nach Anspruch 11 und 13, dadurch gekennzeichnet, daß das einen schraubenlinienförmig angeordneten Kühlmittel kanal (2) abdeckende Band aus einem Rohr gebildet 1st, das im Steigungsmaß des Kühlmittel kanal es (bzw. des Steges) umlaufend getrennt ist.

15. Verfahren zum Verbinden zweier elektrisch schweißbarer Metallteile mittels des El ektroHchtbogenschweißverf ahrens, insbesondere zur Herstellung einer Walze nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei Metallteilen, die nur in Teilbereichen ihrer Oberfläche verbunden werden sollen, mindestens eines der Material teile an der zu verbindenden Stelle ein mindestens teilweises Durchschmelzen des Materials gestattende, verringerte Wanddicke aufweist.

16. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß zum Verschweißen von Randbereichen von Materialteilen die Wanddicke mindestens eines Materialteiles mittels spanabhebender Formgebung entweder als Vorsprung oder in Form von Ausnehmungen gebildet wird.

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17. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet,

daß bei flächig aufeinanderliegenden dickwandigen Stahlteilen, die nur in Teilbereichen ihrer Oberfläche gemeinsame Berührungsflächen besitzen, in der der Berührungsfläche gegenüberliegenden Oberfläche eines der Stahlteile eine Nut eingearbeitet wird, die eine geringe Restwanddicke beläßt und daß die Rest- *·* wand während des Schweißens aufgeschmolzen und zusammen mit dem Elektrodenmaterial zur Bildung einer Schweißlage benutzt wird.