EP0312744B1 - Innengekühlte Walze und Verfahren zu ihrer Herstellung - Google Patents

Innengekühlte Walze und Verfahren zu ihrer Herstellung Download PDF

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EP0312744B1
EP0312744B1 EP88114237A EP88114237A EP0312744B1 EP 0312744 B1 EP0312744 B1 EP 0312744B1 EP 88114237 A EP88114237 A EP 88114237A EP 88114237 A EP88114237 A EP 88114237A EP 0312744 B1 EP0312744 B1 EP 0312744B1
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coolant
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internally cooled
core
sectional element
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EP0312744A2 (de
EP0312744A3 (en
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Werner Dipl.-Ing. Hänel
Heinz Dipl.-Ing. Walpersdorf
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Krupp Hoesch Stahl AG
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Krupp Stahl AG
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22D—CASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
    • B22D11/00—Continuous casting of metals, i.e. casting in indefinite lengths
    • B22D11/12—Accessories for subsequent treating or working cast stock in situ
    • B22D11/128—Accessories for subsequent treating or working cast stock in situ for removing
    • B22D11/1287—Rolls; Lubricating, cooling or heating rolls while in use

Definitions

  • the invention relates to an internally cooled roller, consisting of a core, with at least one helically running coolant channel embedded in its surface, which is connected via radially directed bores to axially directed central channels for the coolant inflow and outflow, and from a cover layer, the cover layer is composed of a profile element covering the coolant channel, which is welded to the core, and of a welding material filling, with which the gap between adjacent side surfaces of the profile element is filled.
  • the invention further includes a method of making an internally cooled roll.
  • Such a roller is known from PS 32 31 433.
  • the coolant channel which is wider than it is deep, is covered by a sleeve welded to the core, the sleeve being applied to the core in the form of a tape covering the coolant channel and the tape edges being filled with the end face while filling the gap between the Band edges are connected by means of electric arc welding.
  • Such internally cooled rolls are used as support and / or transport rolls in continuous casting plants, where they are subjected to considerable mechanical loads for the purpose of supporting the strand, which is heated up to 1,200 ° C.
  • the object of the invention is to optimize the internally cooled roll according to the type of the invention with regard to its thermal stability and its cooling effect on the strand and to ensure that the thermal stability and the cooling effect are retained over a longer operating period.
  • the depth of the coolant channel is greater than its width
  • that the profile element, seen in cross section has the shape of a circular surface from which a segment is cut
  • that the profile element has a radius in the circular surface part that is greater than half the width of the coolant channel and that the profile element is arranged such that its - in the axial direction - its straight outer surface is parallel to the jacket of the core and that the profile element and the filler material are coated with a wear layer that forms the outer jacket of the roller.
  • the advantage associated with the creation results from the interaction of the individual features. Due to the relatively large depth of the coolant channel, a sufficient cross section is available for the passage of the coolant, and a characteristic in the heat gradient in the jacket area of the roll that has a favorable influence on the life of the roll is provided.
  • the flattening in the profile element brings the cooling effect sufficiently close to the wear layer forming the outer jacket, which can be produced from material which is particularly wear-resistant under thermal stresses.
  • inexpensive material combinations can be selected which are adapted to the respective requirements.
  • roller according to the invention even when subjected to heat from one side, as in a temporary standstill during casting, maintains its thermal stability and is not impaired in its operability.
  • the further object of the invention to find an advantageous method for producing an internally cooled roller, which is designed according to one of claims 1 to 5, is achieved by the features of claim 6 in that the cooling channel is first of all with a round bar, the radius of which Radius of the profile element corresponds, is covered, the round bar is welded to the core on both sides of the cooling channel, a filler material is introduced into the gap between adjacent sections of the round bar, the roll blank thus formed is subjected to machining to produce the cross-sectional profile of the profile element, by cladding the wear layer is applied and finally a smooth roller surface is produced by mechanical processing of the wear layer.
  • the method according to the invention has the advantage in terms of production technology that it can follow the helical course well by using a round bar, ie a thick wire, to cover the coolant channel.
  • a twisting of the round iron, due to the slope of the helix, has no influence on the production.
  • the flattening of the round bar to produce the final cross section of the profile element is only produced when the roller blank is finished after the welding material filling has been inserted between the round bars.
  • the filler material is not introduced up to the upper edge of the gap, but only as far as is to be turned later.
  • the internally cooled roller shown in Fig. 1 has a core 1 with a recessed in its surface helically extending coolant channel 2 and a further, helically extending coolant channel 2 ', which together form a two-start spiral.
  • the coolant channels 2, 2 ' are connected via radially directed bores 3, 3' to a first axially directed central channel 4 for the coolant supply.
  • the coolant channels 2, 2 ' are each covered by a profile element 7, 7', wherein the profile element 7, 7 'seen in cross section has the shape of a circular area from which a segment is cut off.
  • a filler material 8 is provided between adjacent sections of the profile elements 7, 7 '.
  • the profile elements 7, 7 'and the welding material filling 8 are covered with a wear layer 9 which forms the outer jacket of the roller.
  • Flow arrows 10 and 11 are intended to indicate the coolant circuit.
  • the coolant flows in via the first axially directed central channel 4, is distributed over the two radially directed bores 3, 3 'to the two coolant channels 2, 2', comes back into the central region of the core 1 and finally exits again via the second axial central channel 5 .
  • An annular cylindrical sealing plug 12 separates the inlet and outlet area in the coolant circuit.
  • FIG. 2 shows, on an enlarged scale, the section A from FIG. 1 outlined in dash-dot lines.
  • the profile element 7 has a radius r that is greater than half the width b of the coolant channel 2.
  • the profile element 7 and correspondingly the adjacent profile element 7 ' is arranged so that its - viewed in the axial direction - straight outer surface 14 is parallel to the shell of the core 1.
  • the radial thickness d of the profile element 7 corresponds approximately to 0.7 times its width e.
  • the rolled blank thus formed is subjected to machining, the outer segment being removed from the circular cross section of the round bars, which ultimately creates the final profile of the profile elements.
  • Part of the welding material fill is removed again, and finally there is a smooth outer surface to which the wear layer is applied by possibly multi-layer deposition welding.
  • a smooth outer jacket of the internally cooled roller can then be produced in a machining finish.

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  • Devices That Are Associated With Refrigeration Equipment (AREA)

Description

  • Die Erfindung betrifft eine innengekühlte Walze, bestehend aus einem Kern, mit mindestens einem in seiner Oberfläche eingelassenen wendelförmig verlaufenden Kühlmittelkanal, der über radial gerichtete Bohrungen mit axial gerichteten Zentralkanälen für den Kühlmittelzu- und -abfluß verbunden ist, und aus einer Deckschicht, wobei die Deckschicht aus einem den Kühlmittelkanal abdeckenden Profilelement, das mit dem Kern verschweißt ist, und aus einer Schweißwerkstoffüllung, mit dem der Spalt zwischen benachbarten Seitenflächen des Profilelementes abgefüllt ist, zusammengesetzt ist.
  • Die Erfindung beinhaltet ferner ein Verfahren zur Herstellung einer innengekühlten Walze.
  • Eine derartige Walze ist aus der PS 32 31 433 bekannt. Bei der bekannten Walze ist der Kühlmittelkanal, der breiter ist als tief, über eine mit dem Kern verschweißte Hülse abgedeckt, wobei die Hülse in Form eines den Kühlmittelkanal abdeckenden Bandes auf den Kern aufgebracht ist und die Bandkanten mit der Stirnfläche unter Auffüllen des Spaltes zwischen den Bandkanten mittels Elekrolichtbogenschweißens verbunden sind.
  • Derartige innengekühlte Walzen finden als Stütz- und/oder Transportwalzen in Stranggießanlagen Verwendung, wo sie zum Zweck der Abstützung des bis zu 1.200 °C heißen Stranges erheblichen mechanischen Belastungen unterworfen sind.
  • Aufgabe der Erfindung ist es, die innengekühlte Walze gemäß der Gattung der Erfindung bezüglich ihrer thermischen Stabilität und ihrer Kühlwirkung auf den Strang zu optimieren und dafür zu sorgen, daß die thermische Stabilität und die Kühlwirkung über einen längeren Betriebszeitraum erhalten bleiben.
  • Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Tiefe des Kühlmittelkanals größer ist als seine Breite, daß das Profilelement im Querschnitt gesehen die Form einer Kreisfläche, von der ein Segment abgeschnitten ist, hat, daß das Profilelement im Kreisflächenteil einen Radius hat, der größer ist als die halbe Breite des Kühlmittelkanals und daß das Profilelement so angeordnet ist, daß seine - in Achsrichtung betrachtet - gerade Außenfläche parallel zum Mantel des Kernes liegt und daß das Profilelement und die Schweißwerkstoffüllung mit einer Verschleißschicht überzogen sind, die den Außenmantel der Walze bildet.
  • Der mit der Erfingung verbundene Vorteil ergibt sich aus dem Zusammenwirken der einzelnen Merkmale. Durch die relativ große Tiefe des Kühlmittelkanals steht ein ausreichender Querschnitt für die Durchleitung des Kühlmittels zur Verfügung, und es wird für eine die Lebensdauer der Walze günstig beeinflussende Charakteristik im Wärmegefälle im Mantelbereich der Walze gesorgt. Die Abplattung im Profilelement bringt die Kühlwwirkung hinreichend nah an die den Außenmantel bildende Verschleißschicht, die aus bei den thermischen Beanspruchungen besonders verschleißfestem Werkstoff hergestellt werden kann. Insgesamt lassen sich bezüglich des Kernes, des Profilelements, der Schweißwerkstofffüllung und Verschleißschicht günstige, den jeweiligen Erfordernissen angepaßte Werkstoffkombinationen wählen.
  • Versuchseinsätze haben zusätzlich ergeben, daß die erfindungsgemäße Walze auch bei einseitiger Wärmebeaufschlagung, wie sie bei einem vorübergehenden Stillstand während des Gießens auftreten kann, ihre thermische Stabilität behält und in ihrer Betriebsfähigkeit nicht beeinträchtigt ist.
  • Auf Ausgestaltungen der Erfindung gemäß den unter Ansprüchen 2 bis 5 wird verwiesen.
  • Die weitere Aufgabe der Erfindung, ein zum Herstellen einer innengekühltn Walze, die nach einem der Ansprüche 1 bis 5 gestaltet ist, vorteilhaftes Verfahren zu finden, wird durch die Merkmale des Patentanspruches 6 dadurch gelöst, daß der Kühlkanal zunächst mit einem Rundeisen, dessen Radius dem Radius des Profilelementes entspricht, abgedeckt wird, das Rundeisen beidseits des Kühlkanals mit dem Kern verschweißt wird, in den Spalt zwischen benachbarten Abschnitten des Rundeisens eine Schweißwerkstoffüllung eingebracht wird, der so gebildete Walzenrohling einer spanabhebenden Bearbeitung zum Herstellen des Querschnittprofils des Profilelementes unterzogen wird, durch Auftragsschweißen die Verschleißschicht aufgebracht wird und schließlich durch mechanisches Bearbeiten der Verschleißschicht eine glatten Walzenoberfläche hergestellt wird.
  • Gegenüber einer gattungsgemäßen Walze, bei der ein Band zum Abdecken des Kühlmittelkanals verwendet wird, hat das erfindungsgemäße Verfahren den herstellungstechnisch bedeutenden Vorteil, durch die Verwendung eines Rundeisens, d.h. eines dicken Drahtes, zum Abdecken des Kühlmittelkanales dem wendelförmigen Verlauf gut folgen zu können. Ein Verdrillen des Rundeisens, bedingt durch die Steigung der wendel, hat keinen Einfluß auf die Fertigung. So wird die Abplattung des Rundeisens zur Herstellung des endgültigen Querschnittes des Profilelementes auch erst dann hergestellt, wenn der Walzenrohling nach Einbringen der Schweißwerkstoffüllung zwischen die Rundeisen fertig ist.
  • Dabei wird, um unnötigen Materialaufwand und unnötige Schweißarbeit zu vermeiden, die Schweißwerkstoffüllung nicht bis zur Oberkante des Spaltes eingebracht, sondern nur gut soweit, wie später abgedreht werden soll.
  • Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der beigefügten Figuren beschrieben. Es zeigt
    • Fig. 1
    eine innengekühlte Walze teilweise im Schnitt
    Fig. 2
    einen Ausschnitt A aus Fig. 1 in vergrößerter Darstellung.
  • Die in Fig. 1 dargestellte innengekühlte Walze hat einen Kern 1 mit einem in seiner Oberfläche eingelassenen wendelförmig verlaufenden Kühlmittelkanal 2 und einem weiteren, wendelförmig verlaufenden Kühlmittelkanal 2′, die zusammen eine zweigängige Wendel bilden. Die Kühlmittelkanäle 2, 2′ sind über radial gerichtete Bohrungen 3, 3′ mit einem ersten axialgerichteten Zentralkanal 4 für die Kühlmittelzufuhr verbunden.
  • Im nicht geschnitten gezeichneten Teil der Walze liegende, nicht sichtbare weitere radiale Bohrungen verbinden die Kühlmittelkanäle 2, 2′ schließlich mit einem zweiten axialgerichteten Zentralkanal 5. Die Zentralkanäle 4 und 5 liegen in einem Lagerzapfen 6 der Walze.
  • Die Kühlmittelkanäle 2, 2′ sind jeweils über ein Profilelement 7, 7′ abgedeckt, wobei das Profilelement 7, 7′ im Querschnitt gesehen die Form einer Kreisfläche, von der ein Segment abgeschnitten ist, hat.
  • Zwischen benachbarten Abschnitten der Profilelemente 7, 7′ ist eine Schweißwerkstoffüllung 8 vorgesehen.
  • Die Profilelemente 7, 7′ und die Schweißwerkstoffüllung 8 sind mit einer Verschleißschicht 9 überzogen, die den Außenmantel der Walze bildet.
  • Strömungspfeile 10 und 11 sollen den Kühlmittelkreislauf andeuten. Das Kühlmittel fließt über dem ersten axialgerichteten Zentralkanal 4 ein, verteilt sich über die beiden radialgerichteten Bohrungen 3, 3′ auf die beiden Kühlmittelkanäle 2, 2′, gelangt zurück in den Zentralbereich des Kerns 1 und tritt schließlich über den zweiten axialen Zentralkanal 5 wieder aus. Ein ringzylindrischer Dichtungsstopfen 12 trennt den Ein- und Auslaßbereich im Kühlmittelkreislauf.
  • Fig. 2 zeigt in vergrößertem Maßstab den strichpunktiert umrissenen Ausschnitt A aus Fig. 1.
  • Der zwischen benachbarten Abschnitten der Kühlmittelkanäle 2, 2′ verbleibende Teil des Kernes 1 bildet Stege 13, mit denen die Schweißwerkstoffüllung 8, ebenso wie mit den Profilelementen 7, 7′ durch Schweißung verbunden ist.
  • Aus Fig. 2 ist auch zu ersehen, daß die Tiefe a des Kühlmittelkanals 2 größer ist als seine Breite b und daß die Breite c des Steges 13 zwischen benachbarten Abschnitten der Kühlmittelkanäle 2, 2′ größer ist als die Breite b des Kühlmittelkanals 2.
  • Im Kreisflächenteil hat das Profilelement 7 einen Radius r, der größer ist als die halbe Breite b des Kühlmittelkanals 2.
  • Das Profilelement 7 und entsprechend das benachbarte Profilelement 7′ ist so angeordnet, daß seine - in Achsrichtung betrachtet - gerade Außenfläche 14 parallel zum Mantel des Kernes 1 liegt.
  • Die radiale Dicke d des Profilelements 7 entspricht etwa dem o,7fachen seiner Breite e.
  • Für eine innengekühlte Walze mit etwa 320 mm Außendurchmesser können folgende Maße gewählt werden:
    a = 25 mm
    b = 16 mm
    c = 24 mm
    d = 16 mm
    e = 2 r = 21 mm
  • Bei der Herstellung einer innengekühlten Walze gemäß Fig. 1 werden zunächst die Kühlmittelkanäle 2, 2′ in den Kern 1 eingeschnitten und die Bohrungen 3, 3′, sowie entsprechende Kühlmittelrückführungsbohrungen hergestellt. Nun werden die beiden Kühlmittelkanäle 2, 2′ mit entsprechenden Rundeisen abgedeckt und die Rundeisen jeweils beidseits mit dem dazwischen liegenden Steg 13 über Kehlnähte verschweißt. Während die Rundeisen der Steigung der beiden Wendel folgen verdrillen sie sich etwas; doch hat dieses Verdrillen auf den Kreisquerschnitt der Rundeisen keine Wirkung.
  • Nun werden die Spalte zwischen benachbarten Abschnitten des Rundeisens mit einer Schweißwerkstoffüllung weitgehend gefüllt.
  • Der so gebildete Walzrohling wird einer spanabhebenden Bearbeitung unterzogen wobei vom Kreisquerschnitt der Rundeisen das äussere Segment abgenommen wird, wodurch schließlich das endgültige Profil der Profilelemente entsteht. Dabei wird auch ein Teil der Schweißwerkstoffüllung wieder abgetragen, und es liegt schließlich eine glatte Außenfläche vor, auf die die Verschleißschicht durch ggf. mehrlagiges Auftragsschweißen aufgebracht wird.
  • In einer spanabhebenden Endbearbeitung kann dann ein glatter Außenmantel der innengekühlten Walze erzeugt werden.

Claims (6)

  1. Innengekühlte Walze, bestehend aus einem Kern (1) mit mindestens einem in seiner Oberfläche eingelassenen wendelförmig verlaufenden Kühlmittelkanal (2,2'), der über radial gerichtete Bohrungen (3) mit axial gerichteten Zenralkanälen (4,5) für den Kühlmittelzu- und -abfluß verbunden ist, und aus einer Deckschicht (7,8), wobei die Deckschicht (7,8) aus einem den Kühlmittelkanal (2,2') abdeckenden Profilelement (7), das mit dem Kern (1) verschweißt ist, und aus einer Schweißwerkstoffüllung (8), mit dem der Spalt zwischen benachbarten Seitenflächen des Profilelementes (2) aufgefüllt ist, zusammengesetzt ist
    gekennzeichnet durch
    die Kombination folgender Merkmale
    - die Tiefe (a) des Kühlmittelkanals (2) ist größer als seine Breite (b),
    - das Profilelement (7) hat im Querschnitt gesehen die Form einer Kreisfläche, von der ein Segment abgeschnitten ist,
    - das Profilelement (7) hat im Kreisflächenteil einen Radius (r) , der größer ist als die halbe Breite (b) des Kühlmittelkanals (2), und ist so angeordnet, daß seine - in Achsrichtung betrachtet - gerade Außenfläche (14) parallel zum Mantel des Kernes (1) liegt,
    - das Profilelement (7) und die Schweißwerkstoffüllung (8) sind mit einer Verschleißschicht (9) überzogen, die den Außenmantel der Walze bildet.
  2. Innengekühlte Walze nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß der Radius (r) des Profilelements (7) 20 bis 40 % größer ist als die halbe Breite (b) des Kühlmittelkanals (2).
  3. Innengekühlte Walze nach einem der Ansprüche 1 und 2,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß mehrere Kühlmittelkanäle (2, 2′) gleicher Breite (b) vorgesehen sind und eine mehrgängige Wendel bilden.
  4. Innengekühlte Walze nach einem der Aussprüche 1 bis 3,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß - in Achsrichtung gesehen - die Breite (c) des benachbarte Abschnitte des Kühlmittelkanals (2) bzw. der Kühlmittelkanäle (2, 2′) trennenden Steges (13) des Kernes (1) um 10 bis 40 % größer ist, als die Breite (b) des Kühlmittelkanals (2) bzw. der Kühlmittelkanäle 2, 2′).
  5. Innengekühlte Walze nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß die radiale Dicke (d) des Profilelements (7) etwa dem 0,5 bis 0,75-fachen seiner Breite (e) entspricht.
  6. Verfahren zum Herstellen einer innengekühlten Walze, die nach einem der Ansprüche 1 bis 5 gestaltet ist,
    dadurch gekennzeichnet,
    - daß der Kühlmittelkanal (2,2') mit einem Rundeisen, dessen Radius dem Radius (r) des Profilelementes (7) entspricht, abgedeckt wird,
    - das Rundeisen beidseits des Kühlmittelkanals (2,2') mit dem Kern (1) verschweißt wird,
    - in den Spalt zwischen benachbarten Abschnitten des Rundeisens eine Schweißwerkstoffüllung (8) eingebracht wird,
    - der so gebildete Walzenrohling einer spanabhebenden Bearbeitung zum Herstellen des Querschnittprofils des Profilelements unterzogen wird,
    - durch Auftragsschweißen die Verschleißschicht (9) aufgetragen wird,
    - und schließlich durch mechanisches Bearbeiten der Verschleißschicht (9) eine glatte Walzenoberfläche hergestellt wird.
EP88114237A 1987-10-23 1988-09-01 Innengekühlte Walze und Verfahren zu ihrer Herstellung Expired - Lifetime EP0312744B1 (de)

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DE3735884 1987-10-23

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EP0312744A2 EP0312744A2 (de) 1989-04-26
EP0312744A3 EP0312744A3 (en) 1989-12-06
EP0312744B1 true EP0312744B1 (de) 1992-01-29

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