DE4027224C1 - Internally cooled support and guide roll - comprises core of iron-base material with copper (alloy) jacket having helical groove(s) on core surface for cooling channel - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine innengekühlte Rolle einer Stranggießanlage, insbesondere Stütz- und Führungsrolle, mit einem einen Kern aus Eisenwerkstoff umgebenen Mantel, der mit dem Kern verbunden ist.

In der Stranggießtechnik ist es ein seit langem verfolgtes Ziel, neben der Erhöhung der Gießleistung auf eine Sekundärkühlung des austretenden Stranges mit Spritzwasser und den damit verbundenen Nachteilen, wie z. B. Kantenrisse zu verzichten. Ein in diese Richtung gehender Vorschlag ist aus der älteren Patentschrift DE-PS 12 20 972 bekannt. Diese Schrift betrifft eine Vorrichtung zum indirekten Kühlen des aus einer Stranggießform austretenden Stranges. Der Strang wird über federnd angepreßte und von Kühlmittel benetzten Gleitschuhen und Führungswalzen gekühlt und geführt. Die Gleitschuhe und Führungswalzen sind in Stranggießrichtung abwechselnd hintereinander angeordnet. Die Führungswalzen haben die Aufgabe, die Strangoberfläche nach Durchlaufen der Zone mit den Gleitschuhen wieder zu egalisieren. Die damit verbundene Verformung der Strangschale führt insbesondere beim Gießen von Brammenformaten zu Seigerungen und Innenrissen.

Aus einer weiteren Patentschrift DE 32 31 433 C2 ist eine innengekühlte Stütz- und/oder Transportwalze bekannt. Die Transportwalze besteht aus einem Stahlkern und einer den Kern umgebenden Hülse aus Stahl, die mit dem Kern verbunden ist. In der Oberfläche des Kerns ist ein Kühlmittelkanal eingelassen, der mit in Lagerzapfen des Kerns befindlichen Kühlmittelanschlüssen verbunden ist. Die Hülse ist mit den zwischen den Kühlmittelkanälen verbleibenden Stegen des Kerns über die gesamte Länge ihrer gegenseitigen Berührungsfläche verschweißt. Das Verschweißen von Hülse und Kern auf ihrer gesamten Berührungsfläche miteinander ergibt eine formstabile Walze. Daher kann der Walzendurchmesser und somit gleichzeitig der Abstand der einzelnen Walzen hintereinander verringert werden. Ein Ausbauchen des Stranges kann verringert werden. Jedoch mit der Verringerung des Durchmessers verkleinert sich auch die nutbare Wärmeaustauschfläche der in Linienberührung mit dem Strang stehenden Walze. Daraus resultiert in Verbindung mit der geringen Wärmeleitfähigkeit der Hülse aus Stahl, daß bei einem Verzicht auf Sekundärkühlung die Gießleistung herabgesetzt wird.

Da die Rollen außerdem einem hohen Verschleiß durch den Strang ausgesetzt sind, gleichgültig, ob der Strang zwischen den Rollen hindurchgezogen wird oder von angetriebenen Rollen gefördert wird, war man bestrebt, möglichst verschleißfeste Werkstoffe für den Rollenmantel zu verwenden. Der Stand der Technik (Stahl und Eisen 105 (85) Nr. 22 Seite 1173) zeigt, daß als besonders vorteilhafte Werkstoffe für Stranggießrollen z. B. 21 Cr Mo V 5 11 für den Kern und Edelstahl mit 12-15% Chrom für eine verschleißfeste und korrosionsbeständige Beschichtung angesehen werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine formstabile Rolle mit Innenkühlung und hoher Wärmeleitfähigkeit zu schaffen, die gleichzeitig eine einfache Bauweise aufweist.

Die Aufgabe wird bei einer innengekühlten Rolle einer Stranggießanlage dadurch gelöst, daß der Mantel aus Kupfer oder einer Kupferlegierung besteht.

Erfindungsgemäß erzielt die Verwendung von Kupfer oder Kupferlegierungen für den Mantel als Wärmeaustauscherwandung zwischen Kühlmittel und Strang eine Rolle mit hoher Wärmeleitfähigkeit. Durch die hohe Wärmeleitfähigkeit des Kupfermantels wird die vom Strang abzuführende Wärme auf den Umfang des Mantels verteilt. Das radiale Temperaturprofil im Mantel ist gleichmäßig und daher sind die Wärmedehnungsspannungen und somit die Wärmewechselspannung pro Umdrehung im Gegensatz zu einem Mantel aus Stahl mit niedriger Wärmeleitfähigkeit gering. Aufgrund der geringeren Wärmespannung erweist sich die Rolle trotz geringerer Festigkeitswerte des Mantels als formstabil. Hierdurch wird der Strang keinen nachteiligen Verformungen durch unrund laufende Rolle infolge Verzugs beim Betrieb unterworfen. Außerdem kann durch die Formstabilität die Rolle mit relativ kleinem Durchmesser hergestellt werden. Durch den kleinen Durchmesser ist eine Abstandsverringerung der Rollen in Stranglaufrichtung hintereinander möglich und somit eine Optimierung der Strangführung. Obwohl durch die Durchmesserverringerung die Wärmeaustauschfläche zwischen Rolle und Strang verkleinert wird, kann bei der erfindungsgemäßen Rolle wegen der hohen Wärmeleitfähigkeit des Mantels aus Kupfer oder einer Kupferlegierung auf die Sekundärkühlung auch bei Brammenformaten verzichtet werden. Rollen nach der zweitgenannten Schrift erreichen einen Erstarrungsfaktor von etwa 24,6 mm/min^0,5 ohne Spritzwasser und 26,4 mm/min^0,5 mit Spritzwasser. Mit der erfindungsgemäßen Rolle werden diese Werte auf mindestens 26,0 mm/min^0,5 ohne und 28,0 mm/min^0,5 mit Spritzwasser erhöht. Dies führt über mögliche höhere Gießgeschwindigkeiten zu einer Erhöhung der Anlagenkapazität.

Außerdem erwärmt sich die erfindungsgemäße Rolle durch ihre hohe Wärmeleitfähigkeit nicht so stark wie Rollen mit einem Stahlmantel. Dies führt zu einer Verminderung der Anfälligkeit gegen Brandrisse, einer Erhöhung der Verschleißfestigkeit und einer Verminderung der Gefahr des Verschweißens des Rollenmantels mit Schmelze bei einem Strangdurchbruch. Desweiteren erweist sich die Rolle, insbesondere im Bereich der Fußrolle und der direkt anschließenden Stütz- und Führungsrollen, wo aggressive Gießschlacken in Verbindung mit Spritzwasser auftreten, als besonders korrosionsbeständig.

Die als Paßsitz, insbesondere als Schrumpfverbindung ausgebildete Verbindung zwischen Kern und Mantel stellt eine konstruktiv einfache Lösung dar. Ein Abheben des Mantels vom Kern durch die thermische Ausdehnung während des Betriebes ist aufgrund der hohen Wärmeleitfähigkeit des Mantels vorteilhafterweise nicht gegeben. Dadurch ist eine zuverlässige Führung des Kühlmittels in den Kanälen ohne Leckagen gegeben. Außerdem erlaubt die Verbindung Mantel/Kern, den Mantel nur an einem Rand mit dem Kern insbesondere über eine Schweißverbindung zu fixieren. Es ist selbstverständlich auch möglich, den Mantel an beiden Rändern mit dem Kern zu verschweißen.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand der Zeichnung erläutert:

Die Fig. 1 zeigt einen Längsschnitt einer Rolle mit wendelförmigem Kühlmittelkanal. Die Rolle besteht im wesentlichen aus einem Kern 1 aus Eisenwerkstoff und einem den Kern 1 umgebenden Mantel 2 aus Kupfer oder einer Kupferlegierung. Der Mantel 2 steht über einem Paßsitz, insbesondere über eine Schrumpfverbindung mit dem Kern 1 in Verbindung. Außerdem ist der Mantel 2 mindestens an einem Rand 3 über eine Schweißverbindung 4 an dem Kern 1 befestigt. Selbstverständlich sind auch andere Befestigungsarten z. B. über verschraubte Anschläge möglich. In die Oberfläche des Kerns 1 ist ein ein- oder mehrgängiger Kühlmittelkanal 5 in Form einer zur Längsrichtung L des Kerns 1 wendelförmigen Nut eingearbeitet. Der Kühlmittelkanal 5 wird von dem rohrförmigen Mantel 2 abgedeckt. In dem Bereich der Ränder 3 des Mantels 2 ist der Kühlmittelkanal 5 über radial verlaufende Bohrungen 6 mit Kühlmittelanschlüssen 7 verbunden. Die Kühlmittelanschlüsse 7 sind konzentrisch in dem Kern 1 und sich daran anschließenden Lagerzapfen 8 angeordnet. Der Durchmesser der Rolle ist mit dem Maß D bezeichnet und liegt im Bereich von etwa 80-400 mm. Die Wanddicke des Mantels d beträgt mindestens 5 mm und steigt bei Rollen mit großem Durchmesser bis auf etwa 70 mm an.

Die Erfindung ist zwar anhand einer Rolle mit wendelförmigem Kühlmittelkanal beschrieben, jedoch läßt sie sich auch bei Rollen mit einer beliebigen Ausgestaltung der Kühlmittelkanäle (z. B. radial oder axial verlaufende Kanäle, Kanäle als Nuten im Mantel oder teilweise in Mantel und Kern eingearbeitet) anwenden.

Positionsliste

1 Kern
2 Mantel
3 Rand des Mantels
4 Schweißverbindung
5 Kühlmittelkanal
6 Bohrung
7 Kühlmittelanschluß
8 Lagerzapfen
L Längsrichtung des Kerns 1
D Durchmesser der Rolle
d Dicke des Mantels

Claims (5)

1. Innengekühlte Rolle einer Stranggießanlage, insbesondere Stütz- und Führungsrolle, mit einem einen Kern aus Eisenwerkstoff umgebenen Mantel, der mit dem Kern verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Mantel aus Kupfer oder einer Kupferlegierung besteht.

2. Innengekühlte Rolle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Mantel mit dem Kern über einen Paßsitz in Verbindung steht und mindestens mit einem Rand an dem Kern befestigt ist.

3. Innengekühlte Rolle nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Befestigung zwischen dem Rand des Mantels und dem Kern eine Schweißverbindung ist.

4. Innengekühlte Rolle nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Innenkühlung mindestens aus einem Kühlmittelkanal mit Kühlmittelanschlüssen besteht und der Kühlmittelkanal in Form einer offenen Nut in die Oberfläche des Kerns eingearbeitet und von der Innenfläche des Mantels begrenzt ist.

5. Innengekühlte Rolle nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Kühlmittelkanal wendelförmig um die Längsachse des Kerns angeordnet und mit Kühlmittelanschlüssen verbunden ist, die in an den Kern anschließenden Lagerzapfen angeordnet sind.