EP0101661B1 - Innengekühlte Stütz- und/oder Transportwalze und Verfahren zu ihrer Herstellung - Google Patents

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EP0101661B1
EP0101661B1 EP83730069A EP83730069A EP0101661B1 EP 0101661 B1 EP0101661 B1 EP 0101661B1 EP 83730069 A EP83730069 A EP 83730069A EP 83730069 A EP83730069 A EP 83730069A EP 0101661 B1 EP0101661 B1 EP 0101661B1
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EP
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core
sleeve
cross
cooling medium
internally cooled
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EP83730069A
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Karl-Friedrich Wesemann
Rainer Lenk
Klaus Ing. Grad Kobusch
Manfred Dipl. Ing. Markan
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Vodafone GmbH
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Mannesmann AG
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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22DCASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
    • B22D11/00Continuous casting of metals, i.e. casting in indefinite lengths
    • B22D11/12Accessories for subsequent treating or working cast stock in situ
    • B22D11/128Accessories for subsequent treating or working cast stock in situ for removing
    • B22D11/1287Rolls; Lubricating, cooling or heating rolls while in use
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21BROLLING OF METAL
    • B21B27/00Rolls, roll alloys or roll fabrication; Lubricating, cooling or heating rolls while in use
    • B21B27/06Lubricating, cooling or heating rolls
    • B21B27/08Lubricating, cooling or heating rolls internally
    • B21B2027/083Lubricating, cooling or heating rolls internally cooling internally
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21BROLLING OF METAL
    • B21B39/00Arrangements for moving, supporting, or positioning work, or controlling its movement, combined with or arranged in, or specially adapted for use in connection with, metal-rolling mills
    • B21B39/008Rollers for roller conveyors

Definitions

  • the invention relates to an internally cooled support and / or transport roller according to the preamble of patent claim 1.
  • Internally cooled rolls for supporting and / or transporting hot metal bodies, in particular steel strands produced in continuous casting processes, are known (cf. DE-A-2 408 769 and the generic DE-A-1 583 619). They usually consist of a core, in the surface of which one or more channels are incorporated. The channels merge into radial bores which open into axially directed bores arranged in the bearing journals. The latter are used for coolant supply and removal.
  • the core of the roller is surrounded by a sleeve which is shrunk onto the core and closes the cooling channel or the cooling channels of the core to the outside.
  • the roller When the roller is pressed onto the strand, which is hot up to 1200 ° C, the roller is subjected to considerable mechanical and thermal loads, which lead to deflection and warping. With regard to the sleeve, it can be noted that it partially detaches from the core under the loads mentioned during operation and then the cooling medium is no longer positively guided. The result is reduced cooling at the highly stressed line of contact with the strand. In addition, the mechanical stability is affected by this process.
  • the invention has for its object to eliminate the disadvantages mentioned and to provide a roller which has an improved bending stiffness, is thermally stable, also in relation to the cooling effect to be exerted on the strand, and to specify a method for producing such a roller.
  • Thermally stable is also to be understood as the case that the operability of the roller is not impaired in the event of occasionally increased one-sided heat application.
  • a method according to the invention for producing such a roller includes claim 11.
  • a roller 1 is provided with a helical coolant channel 2, which is connected to concentric bores 3 arranged in the bearing journal 4 as coolant inflow or outflow via radial bores 5.
  • the individual turns of the coolant channel 2 are separated from one another by the web 6, so that there is a positive guide for the cooling medium in the entire roller 1.
  • the forced guidance is achieved, as shown in FIGS. 2 to 6, by a coolant-tight connection of the webs 6 of the core 7 with a sleeve 8 applied to the core 7.
  • the coolant-tight connection and the fixing of the sleeve 8 relative to the core 7 can be achieved in that the web 6 is trapezoidal thread-shaped and engages in a corresponding recess 9 on the inner surface 10 of the sleeve 8.
  • a groove 12 is incorporated in the end face 11 of the web 6, into which a seal 13 of circular cross section is inserted.
  • the sleeve 8 is screwed onto the core 7, the pitch of the thread being self-locking. At the ends, the sleeve 8 is expediently welded to the core 7.
  • the end face 11 of the web 6 itself is provided with a thread which is connected to a corresponding thread in the inner lateral surface 10 of the sleeve 8.
  • the end face 11 of the web 6 is permanently and tightly connected to the inner lateral surface 10 of the sleeve 8 by a pressure welding.
  • Pressure welding is understood to mean resistance welding, such as spot welding or roll seam welding. It is of course also possible to cover the coolant channels 2 with appropriate tapes and to weld the tape edges 14 according to FIG. 5, including the end face 11 of the webs 6.
  • the band forming the sleeve 8 in the welded state for covering the coolant channels 2 is obtained from a tube with the dimensions of the desired sleeve, in which the tube is separated or strips of material from the tube wall in accordance with the course of the webs are cut out in such a way that the remaining cut edges slightly cover the webs 6, leaving a gap for the weld seam which connects the cut edges 14 to the web 6.
  • the coolant channel 2 in such a way that it has a large cross-section with a small cross-sectional area and the side the cross-sectional area with the greatest length extension is formed by the inner lateral surface 10 of the sleeve 8, for example by rectangular design of the cross-sectional area of the coolant channel 2 (FIG. 6) or, as shown in FIG. 7, by a trapezoidal cross section.
  • the inner lateral surface 10 of the sleeve 8 a notch-effective, stress-reducing and surface-increasing shape near the connection points with the web 6, for example, as shown in FIGS. 2 to 5 and 7, by means of semicircular recesses 19.
  • This shape also improves the cooling effect.
  • the ratio of the radius r of the core to the radius of the radius a reduced by the coolant channel 2 is 1: 0.9.
  • This method according to the invention is of course not limited to the example described for the production of an internally cooled roll. It can be used wherever weldable metal parts are only to be connected in parts of their surface, for example in the construction of apparatus or containers. Sub-areas of their surface are understood to mean cases in which flat bodies overlap with their larger surface portion, but only touch in sub-areas, so that inaccessible welding areas arise.
  • a roller is obtained which, for a given outer diameter, has the largest possible core diameter with the smallest sleeve thickness. It therefore has a large section modulus.
  • the thermal load on the roll is reduced to a small part, namely the jacket.
  • the large section modulus of the roller, including the sleeve ensures that the roller remains free of distortion even if the sleeve surface is heated on one side for a long time.
  • the effective cooling system supports the roller in its functions with a low wall thickness of the sleeve, a controlled water flow, a high speed of the cooling medium and a large cooling surface.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine innengekühlte Stütz-und/oder Transportwalze gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
  • Innengekühlte Walzen zum Stützen und/oder Transportieren von heißen Metallkörpern, insbesondere von in kontinuierlichen Gießverfahren erzeugten Stahlsträngen sind bekannt (vgl. DE-A-2 408 769 sowie die gattungsbildende DE-A-1 583 619). 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 Lagerzapfen 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 Kühlkanäle des Kernes nach außen abschließt.
  • Beim Anpressen der Walze zum Zweck der Abstützung an den bis zu 1 200 °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 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 Kühlwirkung 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.
  • Die Aufgabe wird gelöst durch eine Walze, wie durch die Merkmale der Ansprüche 1, 2, 3 dargestellt. Weitere vorteilhafte, die Erfindung weiterbildende Maßnahmen sind in den Unteransprüchen beschrieben. Ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Herstellung einer derartigen Walze beinhaltet Anspruch 11.
  • Die Erfindung soll anhand der schematischen Darstellung in den Zeichnungen beschrieben werden.
  • Es zeigen :
    • Figur 1 eine Walze in perspektivischer Darstellung,
    • Figuren 2 bis 6 ausschnittsweise Vergrößerungen der Verbindungsstelle zwischen Kern und Hülse und
    • Figur7 eine vergrößerte Darstellung eines Kühlmittelkanals einer längsgeschnitten Walze.
  • Gemäß Fig. 1 ist eine 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 5 verbunden ist. Die einzelnen Windungen des Kühlmittelkanals 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 Kernes 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. 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 Hülse8 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 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 ist, 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 kerbwirkungsärme, 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 ist auch, daß das Verhältnis von Radius r des Kernes zum Radius des durch den Kühlmittelkanal 2 verminderten Radius a 1 : 0,9 beträgt.
  • 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 erforderlich, 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.
  • 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.

Claims (11)

1. Innengekühlte Stütz- und/oder Transportwalze, bestehend aus einem Kern (7) mit in seiner Oberfläche unter Bildung eines Steges (6) eingelassenem Kühlmittelkanal (2), der mit in den Lagerzapfen befindlichen axial gerichteten Bohrungen (3) für den Kühlmittelzu- und abfluß durch radial angeordnete Bohrungen (5) verbunden ist und eine den Kern (7) umgebende Hülse (8), die mit dem Kern verbunden ist, wobei der Kühlmittelkanal (2) der Kernes (7) im Querschnitt einen großen Umfang bei kleiner Querschnittsfläche aufweist und die Seite der Querschnittsfläche mit der größen Längenerstreckung (20) von der Innenmantelfläche (10) der Hülse (8) gebildet ist, dadurch gekennzeichnet, daß eine eine axiale Verschiebung der Hülse (8) gegenüber dem Kern (7) verhindernde Befestigung derart vorgesehen ist, daß die Hülse (8) mit dem zwischen den Kühlmittelkanälen (2) verbleibenden Oberflächenteilen des Kernes über die gesamte Länge ihrer gegenseitigen Berührungsfläche durch Schweißen verbunden ist.
2. Innengekühlte Stütz- und/oder Transportwalze, bestehend aus einem Kern (7) mit in seiner Oberfläche unter Bildung eines Steges (6) eingelassenem Kühlmittelkanal (2), der mit in den Lagerzapfen befindlichen axial gerichteten Bohrungen (3) für den Kühlmittelzu- und abfluß durch radial angeordnete Bohrungen (5) verbunden ist und eine den Kern (7) umgebende Hülse (8), die mit dem Kern (7) verbunden ist, wobei der Kühlmittelkanal (2) des Kernes (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, dadurch gekennzeichnet, daß eine eine axiale Verschiebung der Hülse (8) gegenüber dem Kern (7) verhindernde Befestigung derart vorgesehen ist, daß in 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.
3. Innengekühlte Stütz- und/oder Transportwalze, bestehend aus einem Kern (7) mit in seiner Oberfläche unter Bildung eines Steges (6) eingelassenem Kühlmittelkanal (2), der mit in den Lagerzapfen befindlichen axial gerichteten Bohrungen (3) für den Kühlmittelzu- und abfluß durch radial angeordnete Bohrungen (5) verbunden ist und eine den Kern (7) umgebende Hülse (8), die mit dem Kern (7) verbunden ist, wobei der Kühlmittelkanal (2) des Kernes (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, dadurch gekennzeichnet, daß eine eine axiale Verschiebung der Hülse (8) gegenüber dem Kern verhindernde Befestigung derart vorgesehen ist, daß der Steg (6) des Kernes (7) zwischen dem Kühlmantel (2) trapezgewindeförmig ausgebildet ist und mit seiner Stirnfläche (11) mit einer korrespondierenden Ausnehmung (9) in der Innenmantelfläche (10) der Hülse (8) in Verbindung steht, wobei die Stirnfläche (11) des Steges (6) mit einer Ausnehmung (12) versehen ist, in die ein Dichtmaterial (13) mit insbesondere kreisförmigem Querschnitt eingelegt ist.
4. Innengekühlte Stütz- und/oder Transportwalze nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Seitenverhältnis der Querschnittsfläche der Kühlmittelkanäle mindestens 5 : 1, vorzugsweise 8-10 1 beträgt.
5. Innengekühlte Walze nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Kühlmittelkanal (2) in die Oberfläche des Kernes (7) schraubenlinienförmig eingelassen ist.
6. lnnengekühlte Stütz- und/oder Transportwalze nach einem der Ansprüche 1 bis 5, gekennzeichnet durch ein Verhältnis von Radius der Kernes R zum Radius des durch den Kühlmittelkanal verminderten Radius a von 1 : 0,9.
7. Innengekühlte Stütz- und/oder Transportwalze nach einem der Ansprüche 1 bis 6, gekennzeichnet durch eine kerbwirkungsarme, spannungsreduzierende und die Oberfläche vergrößernde Formgebung der Innenmantelfläche (10) der Hülse (8) nahe den Verbindungsstellen mit den Stegen (6).
8. Innengekühlte Stütz- und/oder Transportwalze nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Hülse (8) mit der Stirnfläche (11) des Steges (6) durch Preßschweißen verbunden ist.
9. Innengekühlte Stütz- und/oder Transportwalze nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Hülse (8) in Form eines den Kühlmittelkanal (3) 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.
10. Innengekühlte Stütz- und/oder Transportwalze nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das einen schraubenlinienförmig angeordneten Kühlmittelkanal abdeckende Band aus einem Rohr gebildet ist, das im Steigungsmaß des Kühlmittelkanals (bzw. des Steges) umlaufend getrennt ist.
11. Verfahren zur Herstellung einer innengekühlten Stütz- und/oder Transportwalze nach Anspruch 1, mit einer Hülse (8) und einem Kern (7) die aus elektrisch schweißbaren dickwandigen Stahlteilen bestehen und flächig aufeinanderliegen, wobei sie nur in Teilbereichen ihrer Oberfläche gemeinsame Berührungsflächen besitzen und die mittels des Elektrolichtbogenschweißverfahrens miteinander verbunden werden, dadurch gekennzeichnet, daß in der, der Berührungsfläche gegenüberliegenden Oberfläche eines der Stahlteile eine Nut (15) eingearbeitet wird, die eine geringe Restwanddicke beläßt und daß die Restwand (16) während des Schweißens aufgeschmolzen und zusammen mit dem Elektrodenmaterial zur Bildung einer Schweißlage benutzt wird, derart, daß die Hülse (8) mit dem Kern (7) über die Länge ihrer gemeinsamen Berührungsfläche durch Schweißen verbunden wird.
EP83730069A 1982-08-20 1983-07-06 Innengekühlte Stütz- und/oder Transportwalze und Verfahren zu ihrer Herstellung Expired EP0101661B1 (de)

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