EP4681834A1 - Rollenkühlung - Google Patents

Rollenkühlung

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Publication number
EP4681834A1
EP4681834A1 EP24189086.2A EP24189086A EP4681834A1 EP 4681834 A1 EP4681834 A1 EP 4681834A1 EP 24189086 A EP24189086 A EP 24189086A EP 4681834 A1 EP4681834 A1 EP 4681834A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
roller
coolant
section
shaft
guide
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
EP24189086.2A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Manfred Hackl
Wolfgang Peitl
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Primetals Technologies Austria GmbH
Original Assignee
Primetals Technologies Austria GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Primetals Technologies Austria GmbH filed Critical Primetals Technologies Austria GmbH
Priority to EP24189086.2A priority Critical patent/EP4681834A1/de
Priority to PCT/EP2025/066367 priority patent/WO2026017327A1/de
Publication of EP4681834A1 publication Critical patent/EP4681834A1/de
Pending legal-status Critical Current

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Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21B—ROLLING OF METAL
    • B21B39/00—Arrangements 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
    • B21B39/008—Rollers for roller conveyors
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21B—ROLLING OF METAL
    • B21B2203/00—Auxiliary arrangements, devices or methods in combination with rolling mills or rolling methods
    • B21B2203/18—Rolls or rollers
    • 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 present invention relates to a roller for metal transport, a system for processing metal and a method for cooling a roller for metal transport.
  • metal products such as strands, slabs, billets, strips, and/or the like must be transported, for example, through or between rolling stands or rolling stand groups, descalers, edge heaters, heating devices, cutting devices, and/or the like.
  • the metal product is typically at a high temperature to facilitate or even make processing possible. Consequently, rollers used to transport the hot metal inevitably heat up considerably as well.
  • High temperatures on these rollers can, however, have several disadvantages. For example, high temperatures can reduce the service life of a welded coating applied to the roller surface to reduce wear. Furthermore, the strength of the roller material can be reduced. In unfavorable cases, unwanted deformation of the rollers can also occur.
  • rollers used in such systems are typically cooled to reduce their surface temperature.
  • a bore can be provided along the roller axis through which a coolant flows.
  • an annular gap through which the coolant flows can also be provided beneath the roller shell, i.e., below the roller surface.
  • spiral cooling systems have proven even more effective, in which the coolant is guided in a helical pattern beneath the roller shell from one end of the roller to the other.
  • the roller for metal transport in particular for strand transport, slab transport and/or strip transport, comprises: i) a shaft which is rotatably mounted at the two opposing shaft ends; ii) a coolant guide wound helically around the shaft; and iii) a jacket encompassing the coolant guide completely, such that the coolant guide is arranged, in particular radially, between the shaft and the jacket.
  • the coolant guide is designed such that the flow characteristics of a coolant flow guided by the coolant guide, in particular from one roller end to the opposite roller end, vary across the roller width.
  • a roll width within the meaning of the invention is preferably an axial extent of the roll.
  • the roll width can also be referred to as the roll length.
  • the roll width or roll length can be understood as the length of the roll measured in the axial direction.
  • the roll width or roll length is determined by the outer layer, i.e., the axial extent of the outer layer.
  • a flow characteristic within the meaning of the invention is preferably a parameter characterizing the flow of the coolant.
  • a flow characteristic can, for example, be a coolant pressure, a flow velocity, a degree of turbulence, and/or the like.
  • One aspect of the invention is based on the approach of guiding a coolant non-uniformly through a roller to be cooled, thereby intensifying the removal of heat absorbed by the roller in at least one section of the roller. For example, heat can be selectively removed from a predetermined section of the roller, such as the center of the roller.
  • the coolant flow path around the roller is preferably designed such that the flow characteristics of the coolant vary across the roller width.
  • This varying flow characteristic allows the cooling capacity to be varied across the roller width, i.e., different cooling intensities to be achieved in different sections. For example, more heat per unit of time can be absorbed by the coolant in one roller section than in another.
  • Such cooling can also be referred to as "zone cooling.” This effectively counteracts the deformations of the roller that typically occur due to the inevitable heating of the roller upon contact with the transported metal product, such as freshly rolled metal strip. Depending on the specific design of the coolant flow path, this can, for example, suppress or at least reduce bulging, i.e., a radial, thermally induced widening of the roller in the center.
  • the coolant flow is advantageously designed such that the coolant flow is guided between a shaft and a shell of the roller.
  • the coolant flow can be designed such that the coolant flow is guided helically around the shaft.
  • the coolant flow is advantageously designed in such a way that the flow characteristics of the coolant flow change at least once along its path through the roller, particularly in a predetermined section of the roller.
  • the coolant guide defines a coolant channel.
  • the coolant channel can have an angular, in particular a rectangular, e.g., a square, a round, or another cross-section.
  • the cross-section of this coolant channel varies across the roll width.
  • the coolant channel can therefore narrow or widen, particularly in sections. This allows zones or sections with higher or lower flow velocities to be created.
  • the flow velocity of the coolant can thus be locally controlled. In one or more In predetermined sections, more heat can be removed per unit of time, and consequently the cooling capacity can be increased locally.
  • the pitch of the coolant guide which is helically wound around the shaft, varies across the roll width.
  • the coolant guide can, for example, comprise a web or be formed by a web that helically winds around the shaft. The resulting spiral is advantageously covered by the shell, thus defining a coolant channel between the shaft and the shell.
  • the pitch of this web which is helically wound around the shaft, can vary across the roll width.
  • a pitch within the meaning of the invention is preferably an axial distance, relative to the roller extension, which the coolant guide or the web travels during one turn around the shaft.
  • the pitch can thus define the width, relative to the roller axis, of the area occupied by one turn of the coolant guide or the web around the shaft. Consequently, the pitch can also be understood as the distance between the turns of the coolant guide or the web around the shaft.
  • the cross-section of the coolant channel and/or the slope of the coolant guide, in particular the web is/are smaller in a first roller section than in at least a second section.
  • the first roller section can thus be cooled more effectively than the second roller section.
  • first roller sections in which the cross-section of the coolant channel and/or the pitch of the coolant guide, in particular the web, is/are smaller than in at least one second roller section.
  • several roller sections with different cross-sections and/or different pitches, and consequently different cooling capacities, can also be implemented. In this way, the cooling profile of the roller can be adapted to the respective circumstances or requirements.
  • the cross-section of the coolant channel and/or the pitch of the coolant guide, in particular the web is/are smaller in the region of the roller center than in the region of the opposing roller ends.
  • the first roller section can be provided in the region of the roller center, while two second sections are located in the region of the roller ends.
  • the first roller section can thus be arranged between two second roller sections. This allows more heat to be dissipated from the roller center per unit of time than from the region at the two roller ends. Consequently, the cooling capacity in the roller center can be specifically increased, thus preventing radial heat loss. Bulging of the roller in the center of the roller, where the heat of the transported metal product is concentrated, can be reliably avoided or at least reduced.
  • a roller center within the meaning of the invention is preferably the center of the roller with respect to its axial extent.
  • the coolant channel tapers towards the center of the roller.
  • the coolant guide, especially the rib can be wound more tightly around the shaft in the area of the roller center than at the opposite roller ends.
  • the cross-section of the coolant channel and/or the pitch of the coolant guide, particularly the web is larger in the area of the roller center than in the area of the opposing roller ends.
  • the coolant channel can widen towards the roller center.
  • the coolant guide, particularly the web can be wound more tightly around the shaft in the area of the two opposing roller ends than in the roller center. This makes it possible to cool the roller ends more effectively than the roller center. This can be advantageous in some applications, e.g., when using the roller in the area of an edge heater.
  • a first roller section in which the cross-section of the coolant channel and/or the pitch of the coolant guide, in particular the web, is/are smaller than in at least one second roller section, is substantially 20% to 50% of the total roller width.
  • the first roller section is preferably located in the central region of the roller.
  • the first roller section can therefore be situated between two second roller sections.
  • the width of the first roller section substantially 20% to 50% of the total roller width, makes it possible to selectively dissipate heat from the area of highest heat accumulation.
  • a width of the first roller section of substantially 30% of the total roller width has proven particularly effective in preventing or at least reducing radial bulging in the center of the roller.
  • a transition zone is provided between the first roller section and the second roller section, in which the cross-section of the coolant channel and/or the pitch of the coolant guide, in particular the web, is/are larger than in the first roller section.
  • the cross-section of the coolant channel and/or the pitch of the coolant guide, in particular the web preferably gradually adjusts from the first roller section to the cross-section of the coolant channel and/or the pitch of the coolant guide, in particular the web, preferably continuously.
  • the coolant channel can thus, at least in the transition zone, taper or widen increasingly towards the center of the roller, so that the flow velocity of the coolant continuously increases or decreases. This prevents turbulence, which impedes the coolant flow. This could unintentionally impair the flow, or at least reduce it. Therefore, the transition zone can be beneficial for laminar flow through the roller.
  • the roller sections can be manufactured individually and then joined, particularly connected, for example, for manufacturing reasons. This can also result in an abrupt transition between the two cross-sections of the coolant channel in the first and second roller sections, or between the gradients of the coolant guide in the first and second roller sections.
  • the cross-section of the coolant channel and/or the pitch of the coolant guide, in particular the web is/are substantially 40% to 70% smaller, and more specifically 45% to 60% smaller, in a first roller section than in at least a second roller section.
  • the pitch at the edge of the roller can, for example, be 80 mm, while a pitch of 35 mm to 45 mm is provided in the roller center.
  • the pitch in the region of the roller center (the first roller section) can therefore be approximately twice as large as in the region of the roller ends (the second roller sections). This also makes it possible to double the flow velocity of the coolant.
  • an additional coolant guide is provided, wound helically around the shaft.
  • the coolant guide and the additional coolant guide (which can also be referred to as the first and second coolant guides) are preferably designed, and in particular wound around the shaft, such that coolant can be guided in two separate coolant flows between the jacket and the shaft.
  • the coolant guide and the additional coolant guide can be wound around the shaft in the manner of a double helix. With an additional coolant guide, even more flexible cooling is possible, in particular a flexible cooling profile across the width of the roller. If necessary, the cooling capacity can also be adjusted more precisely.
  • the coolant flow is preferably formed by a web that runs helically around the shaft. This helical web allows for the implementation of a so-called "spiral cooling" system.
  • the web can be formed from a sheet of metal or wire.
  • the web conveniently defines the walls of a coolant channel between the jacket and the shaft. The coolant can thus be guided once around the shaft between two turns of the web.
  • the distance between the walls varies across the roller width. As mentioned above, this can be achieved by varying the pitch of the web across the roller width.
  • the coolant can then flow in a spiral around the shaft and along the jacket in the space between the webs. This allows for extensive cooling of the jacket. In this way, the area over which no coolant flows can be reduced to a minimum, namely to the contact line of the web on the inside of the jacket.
  • a metal processing plant includes a roller according to the first aspect of the invention.
  • the plant for example, a casting and rolling mill, may include one or more rolling stands for rolling slabs and/or pre-rolled metal strips, for example, a roughing mill and a finishing mill.
  • the roller may be used in such a plant as a drive roller (so-called "pinch roll"), as a guide or deflection roller, as a support or transport roller, and/or the like.
  • a drive roller so-called "pinch roll”
  • guide or deflection roller as a support or transport roller, and/or the like.
  • it can prevent unwanted deformations of the metal product caused by thermal deformation of a roller during transport within the plant. Consequently, higher quality end products can be produced in such a plant.
  • a coolant flow is guided from one roller end to the opposite roller end by means of a coolant guide enclosed by a roller shell in a helical fashion around a shaft of the roller, such that the flow characteristics of the coolant flow vary across the roller width.
  • a constant quantity of coolant is guided through the roller per unit of time.
  • the coolant flow through the roller is thus preferably constant. Due to the varying flow characteristics of the coolant flow across the roller width, different sections or zones of the roller can be cooled to varying degrees. In this way, the cooling capacity can be specifically increased in an area exposed to particularly high thermal loads. This makes it possible, in particular, to achieve a uniform temperature across the roller width. Specifically, radial bulging, i.e., thermal expansion, of the roller in the region of the roller center due to heat concentration there can be avoided or at least reduced.
  • the coolant flow is guided by the coolant guide such that the flow velocity of the coolant varies across the roller width.
  • the flow velocity in a first roller section can be increased compared to at least a second roller section. It can be provided, for instance, that the flow velocity in the region of the roller center is increased compared to the regions at the two opposing roller ends. This allows more heat per unit time to be carried away by the coolant in the region of the roller center, and consequently, a higher cooling capacity can be achieved in the roller center.
  • FIG 1 Figure 100 shows a method 100 for cooling a roller 1 for metal transport, shown in cross-section and schematically.
  • the roller 1 has a shaft 2 which is rotatably mounted at its two opposing shaft ends 2a, 2b.
  • the shaft 2 is, at least partially, surrounded by a shell 4, which provides a contact surface for the metal product to be transported on its outer surface 4a, i.e., on the side facing away from the shaft 2.
  • a coolant guide 6 is arranged radially between the shaft 2 and the shell 4 and is wound helically around the shaft 2.
  • the coolant guide 6 is formed by a web 8 which winds up the shaft 2 in an axial direction, i.e., in a direction parallel to a longitudinal axis L of the roller 1, between the two roller ends 1a, 1b (see Figure 100). FIG 2 ).
  • the web 8 forms the walls of a coolant channel 10, through which a coolant flow K can be guided from one roller end 1a to the other roller end 1b.
  • the coolant channel 10 thus formed is accessible via axial bores 12a and 12b in each of the two shaft ends 2a and 2b. Coolant can be introduced through one of the axial bores 12a, which then, after flowing through the coolant channel 10, exits through the other axial bore 12b. In method 100, the coolant flow K can therefore be guided helically from one roller end 1a around the shaft 2 to the other roller end 1b by means of the coolant guide 6.
  • the coolant guide 6, which is wound helically around the shaft 2, is designed such that the flow characteristics of the coolant flow K around the shaft 2 vary over a width B of the roller 1.
  • the pitch of the web 8 wound helically around the shaft 2 in a first roller section 14, which is arranged in the region of the roller center M, is smaller than in a second roller section 16 at each of the two roller ends 1a, 1b.
  • the number of turns per unit length (in the axial direction) is increased there. This results in the coolant channel 10 narrowing in the region of the roller center M, i.e., the cross-section of the coolant channel 10 in the region of the roller center M is smaller than at the two roller ends 1a, 1b. Consequently, the flow velocity of the coolant flowing through the coolant channel 10 increases.
  • roller 1 can be cooled more effectively in the region of the roller center M. This counteracts radial bulging of the roller 1 in the region of the roller center M, which is caused, for example, by increased heat transfer from a metal product transported by the roller 1 to the roller shell 4.
  • FIG 2 shows an example of roller 1 for metal transport from FIG 1 in a three-dimensional representation. Clearly visible are the shaft 2 and the coolant guide 6, which is wound helically around the shaft, at least in sections. The casing of the roller 1 is in FIG 2 not shown so that the view of the coolant guide 6 is unobstructed.
  • the axial extent of the shell (not shown), i.e., its extent in a direction parallel to a longitudinal axis L of the roller 1, defines the roller width B, also referred to as the roll length.
  • the shaft 2 extends axially beyond the shell, i.e., beyond the roller width B.
  • the shaft 2 projects from the end faces 18a, 18b of the roller 1 at the two opposite roller ends 1a, 1b. Beyond the two end faces 18a, 18b, i.e., at The shaft 2 can be mounted so as to be rotatable at the shaft ends 2a, 2b as defined in this way, e.g. by means of appropriate bearings.
  • the coolant guide 6 extends axially between the two end faces 18a, 18b or roller ends 1a, 1b.
  • the coolant guide 6 is helically wound around the shaft 2, so that a coolant flow is ensured over the FIG 2
  • the coolant flowing in and out of the roller end 2a, 2b can be guided in a spiral from one roller end 1a around the shaft 2 to the other roller end 1b via an invisible axial bore in the two shaft ends 2a, 2b.
  • the pitch of the coolant guide 6 around the shaft 2 is not constant. In the example shown, the pitch decreases in the region of the roller center M.
  • the pitch in a first roller section 14, which in this example is located in the region of the roller center M, is smaller than in two second roller sections 16, each of which extends from a roller end 1a, 1b to the first roller section 14. As discussed in connection with FIG 1 As described above, this can increase the cooling performance in the area of the roller center M.
  • the coolant guide 6 in this example has a web 8 that sits on the shaft 2.
  • the web can, for example, be formed by a sheet metal part that is welded or otherwise attached to the shaft 2.
  • the contact line between the web 8 and the shaft 2 forms a helical or spiral line.
  • the contact line between the web 8 and the (not shown) outer shell also forms such a helical or spiral line.
  • the coolant guide 6 could have a tube that is wound helically around the shaft 2. Compared to such a configuration, the web 8 has the advantage that the area exposed to the coolant flow on the inner surface of the outer shell is maximized.
  • FIG 3 Figure 1 shows an example of a flow characteristic C, which characterizes a coolant flow guided by a coolant guide in a roller used for metal transport.
  • the flow characteristic C comprises the flow velocity v of the flowing coolant as a function of a coordinate x on a longitudinal axis of the roller.
  • the flow velocity v is plotted against the coordinate x over a roller width B.
  • the flow characteristic C varies across the roller width B.
  • the flow velocity v in a first roller section 14, located in the region of a roller center M is increased compared to the flow velocity v in two second roller sections 16 in order to ensure increased cooling capacity in the region of the roller center M.
  • Such a sectionally increased flow velocity v can be achieved, for example, by a coolant channel within the roller whose cross-section is reduced section by section.
  • a transition zone 20 can be provided between the first roller section 14 and the two second roller sections 16.
  • the flow velocity v in the first roller section 14 can transition into the flow velocities v in the two second roller sections 16.
  • the flow velocity v with respect to the roller width B therefore only changes within the transition zones 20.
  • the flow velocity v is essentially constant.
  • FIG 4 Figure 1 shows an example of a plant 30 for processing metal strip 32.
  • the plant 30 shown purely as an example, has a rolling mill with two rolling stands 34 and a cooling line 36 to reduce the thickness of the metal strip 32 and subsequently cool it.
  • Passive transport or support rollers 38 are arranged upstream of the rolling mill, between the rolling mill and the cooling line 36, and within the cooling line 36. These rollers transport and support the metal strip 32. For clarity, only some of the transport rollers 38 are labeled.
  • two pinch rollers 1 are arranged in a transport direction T downstream of the cooling line 36. The metal strip 32 is clamped between these rollers, and at least one of them is driven by a motor. The pinch rollers 1 thus allow the metal strip 32 to be actively transported out of the cooling line 36, for example, to a reel.
  • the pressure rollers 1 are preferably as shown in FIG 1 and FIG 2
  • the pressure rollers 1 are preferably zone-cooled rollers 1, such as those shown in FIG 1 or 2 are shown in which the flow characteristics of a coolant flow vary across a roller width.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Rolls And Other Rotary Bodies (AREA)

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Rolle (1) für den Metalltransport, eine Anlage (30) zur Verarbeitung von Metall sowie ein Verfahren (100) zum Kühlen einer Rolle (1) für den Metalltransport. Die Rolle (1) für den Metalltransport weist auf: i) einen Schaft (2), der an den beiden einander gegenüberliegenden Schaftenden (2a, 2b) drehbeweglich lagerbar ist; ii) eine schraubenförmig um den Schaft (2) gewundene Kühlmittelführung (6); und iii) einen die Kühlmittelführung (6) umfänglich umgreifenden Mantel (4), sodass die Kühlmittelführung (6) zwischen dem Schaft (2) und dem Mantel (4) angeordnet ist. Dabei ist die Kühlmittelführung (6) derart ausgestaltet, dass eine Strömungscharakteristik (C) eines von der Kühlmittelführung (6) geführten Kühlmittelstroms (K) über eine Rollenbreite (B) variiert.

Description

    Gebiet der Technik
  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine Rolle für den Metalltransport, eine Anlage zur Verarbeitung von Metall sowie ein Verfahren zum Kühlen einer Rolle für den Metalltransport.
    • Stand der Technik
  • In metallverarbeitenden Anlagen müssen Metallerzeugnisse wie Stränge, Brammen, Knüppel, Bänder und/oder dergleichen transportiert werden, zum Beispiel durch oder zwischen Walzgerüsten oder Walzgerüstgruppen, Entzunderer, Kantenwärmer, Aufheizvorrichtungen, Trennvorrichtung und/oder dergleichen. Dabei hat das Metallerzeugnis üblicherweise eine hohe Temperatur, um die Verarbeitung des Metallerzeugnisses zu erleichtern oder sogar überhaupt erst zu ermöglichen. Rollen, die zum Transport des heißen Metalls eingesetzt werden, erwärmen sich infolgedessen unweigerlich ebenfalls stark.
  • Hohe Temperaturen dieser Rollen können allerdings einige Nachteile mit sich bringen. Beispielsweise können hohe Temperaturen die Standzeit einer Aufschweißschicht, die auf der Rollenoberfläche zum Zwecke der Verschleißminderung aufgebracht ist, verringern. Zudem kann die Festigkeit des Rollenmaterials verringert werden. In ungünstigen Fällen kann es auch zu ungewollten Verformungen der Rollen kommen.
  • Daher werden in solchen Anlagen eingesetzte Rollen üblicherweise gekühlt, sodass sich die Oberflächentemperatur der Rollen reduziert. Hierzu sind verschiedene Ansätze bekannt. Beispielsweise kann eine Bohrung entlang der Rollenachse vorgesehen sein, die mit einem Kühlmittel durchströmt wird. Um die Wärme unmittelbar nach dem Übertrag auf die Rolle abtransportieren zu können, kann auch ein mit dem Kühlmittel durchströmbarer Ringspalt unterhalb des Rollenmantels, also unterhalb der Rollenoberfläche, vorgesehen sein. Als noch effektiver haben sich sogenannte Spiralkühlungen erwiesen, in denen das Kühlmittel schraubenförmig unterhalb des Rollenmantels von einem Rollenende zum anderen Rollenende geführt wird.
  • Aber selbst mit einer solchen Kühlung sind inhomogene Temperaturverteilungen über die Rollenbreite, d. h. entlang der Rollenachse, nicht auszuschließen. Aufgrund von erhöhtem Kontraktdruck im Bereich der Rollenmitte ist dort die Wärmeübertragung vom Metallerzeugnis auf die Rolle oft besser als an den Rollenenden. Dies kann zu höheren Temperaturen in der Rollenmitte führen, was aufgrund der damit einhergehenden stärkeren thermischen Ausdehnung zu radialen Aufweitungen ("Wulsten") in der Rollenmitte führen kann. Diese Aufweitungen können sich in das Metallerzeugnis drücken und somit dessen Kontur nachteilig bzw. ungewollt beeinflussen. Die Einflüsse derartig verformter Rollen z. B. auf ein Metallband können selbst nach einem Walzprozess in einer Fertigstraße an der Bandoberfläche noch messbar sein und somit die Qualität des Bandes nachteilig beeinflussen.
    • Zusammenfassung der Erfindung
  • Vor diesem Hintergrund ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die Rollenkühlung zu verbessern, insbesondere eine Rollenkühlung anzugeben, mit der eine gleichmäßige Temperaturverteilung über die Rollenbreite erreicht und damit lokale Aufweitungen vermieden werden können.
  • Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Rolle für den Metalltransport, eine Anlage zur Verarbeitung von Metall sowie ein Verfahren zum Kühlen einer Rolle für den Metalltransport gemäß den unabhängigen Ansprüchen.
  • Bevorzugte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche sowie der folgenden Beschreibung.
  • Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung weist die Rolle für den Metalltransport, insbesondere für den Strangtransport, den Brammentransport und/oder den Bandtransport, auf: i) einen Schaft, der an den beiden einander gegenüberliegenden Schaftenden drehbeweglich lagerbar ist; ii) eine schraubenförmig um den Schaft gewundene Kühlmittelführung; und iii) einen die Kühlmittelführung umfänglich umgreifenden Mantel, sodass die Kühlmittelführung, insbesondere radial, zwischen dem Schaft und dem Mantel angeordnet ist. Dabei ist die Kühlmittelführung derart ausgestaltet, dass die Strömungscharakteristik eines von der Kühlmittelführung, insbesondere von einem Rollenende zum gegenüberliegenden Rollenende, geführten Kühlmittelstroms über die Rollenbreite variiert.
  • Eine Rollenbreite im Sinne der Erfindung ist vorzugsweise eine axiale Erstreckung der Rolle. Die Rollenbreite kann auch als Ballenlänge bezeichnet werden. Die Rollenbreite bzw. Ballenlänge kann als die in axialer Richtung gemessene Länge der Rolle verstanden werden. Vorzugsweise ist die Rollenbreite bzw. Ballenlänge dabei durch den Mantel, d. h. die axiale Erstreckung des Mantels, bestimmt.
  • Eine Strömungscharakteristik im Sinne der Erfindung ist vorzugsweise eine die Strömung des Kühlmittels charakterisierende Größe. Eine Strömungscharakteristik kann beispielsweise ein Kühlmitteldruck, eine Strömungsgeschwindigkeit, ein Grad an Verwirbelungen und/oder dergleichen sein.
  • Ein Aspekt der Erfindung beruht auf dem Ansatz, ein Kühlmittel ungleichförmig durch eine zu kühlende Rolle zu führen und dadurch den Abtransport von durch die Rolle aufgenommener Wärme in wenigstens einem Abschnitt der Rolle zu intensivieren. So kann beispielsweise gezielt Wärme aus einem vorbestimmten Abschnitt der Rolle, etwa der Rollenmitte, abgeführt werden.
  • Zu diesem Zweck ist eine Kühlmittelführung der Rolle vorzugsweise derart ausgestaltet, dass eine Strömungscharakteristik des Kühlmittelstroms über die Rollenbreite variiert. Durch die variierende Strömungscharakteristik kann auch die Kühlleistung über die Rollenbreite variiert, d. h. abschnittsweise unterschiedlich stark gekühlt werden. In einem Rollenabschnitt kann also zum Beispiel mehr Wärme pro Zeiteinheit vom Kühlmittel aufgenommen werden als in einem anderen Rollenabschnitt. Eine derartige Kühlung kann auch als "Zonenkühlung" bezeichnet werden. Damit lässt sich üblicherweise auftretenden Verformungen der Rolle aufgrund der unweigerlichen Erwärmung der Rolle beim Kontaktieren des transportierten Metallerzeugnisses, zum Beispiel von unmittelbar zuvor gewalztem Metallband, gezielt entgegenwirken. Je nach konkreter Ausgestaltung der Kühlmittelführung kann so zum Beispiel eine Ausbauchung, d. h. eine radiale, thermisch bedingte Aufweitung, der Rolle in der Rollenmitte unterdrückt oder zumindest reduziert werden.
  • Die Kühlmittelführung ist dabei zweckmäßigerweise derart ausgestaltet, dass der Kühlmittelstrom zwischen einem Schaft und einem Mantel der Rolle geführt wird. Beispielsweise kann die Kühlmittelführung derart ausgestaltet sein, dass der Kühlmittelstrom schrauben- oder wendelförmig, d. h. helixartig, um den Schaft herum geführt wird. Die Kühlmittelführung führt das Kühlmittel dabei zweckmäßigerweise in der Weise, dass sich eine Strömungscharakteristik des Kühlmittelstroms auf dem Strömungsweg durch die Rolle wenigstens einmal, insbesondere in einem vorbestimmten Rollenabschnitt, ändert.
  • Im Folgenden werden bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung und deren Weiterbildungen beschrieben. Diese Ausführungsformen und Weiterbildungen können jeweils, soweit dies nicht ausdrücklich ausgeschlossen wird, beliebig miteinander sowie mit den im Weiteren beschriebenen Aspekten der Erfindung kombiniert werden.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform definiert die Kühlmittelführung einen Kühlmittelkanal. Der Kühlmittelkanal kann einen eckigen, insbesondere einen rechteckigen, z. B. einen quadratischen, einen runden oder einen anderen Querschnitt aufweisen. Vorzugsweise variiert der Querschnitt dieses Kühlmittelkanals über die Rollenbreite. Der Kühlmittelkanal kann sich also, insbesondere abschnittsweise, verengen oder ausweiten. Dadurch lassen sich Zonen oder Abschnitte mit höherer bzw. geringerer Strömungsgeschwindigkeit erzeugen. Insbesondere kann so die Strömungsgeschwindigkeit des Kühlmittels lokal beeinflusst werden. In einem oder mehreren vorbestimmten Abschnitten kann so mehr Wärme pro Zeiteinheit abtransportiert und folglich die Kühlleistung lokal erhöht werden.
  • In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform variiert eine Steigung, mit der die Kühlmittelführung schraubenförmig um den Schaft gewunden ist, über die Rollenbreite. Die Kühlmittelführung kann beispielsweise einen Steg umfassen oder von einem Steg gebildet sein, der schraubenförmig um den Schaft verläuft. Die so gebildete Spirale ist zweckmäßigerweise durch den Mantel abgedeckt, sodass ein Kühlmittelkanal zwischen dem Schaft und dem Mantel definiert ist. Die Steigung dieses schraubenförmig um den Schaft gewundenen Stegs kann über die Rollenbreite variieren.
  • Eine Steigung im Sinne der Erfindung ist vorzugsweise eine in Bezug auf die Rollenerstreckung axiale Strecke, welche die Kühlmittelführung bzw. der Steg bei einer Windung um den Schaft zurücklegt. Die Steigung kann also die Breite bezüglich der Rollenachse desjenigen Bereichs kennzeichnen, den eine Windung der Kühlmittelführung bzw. des Stegs um den Schaft beansprucht. Infolgedessen kann die Steigung auch als Abstand zwischen den Windungen der Kühlmittelführung bzw. des Stegs um den Schaft verstanden werden.
  • Vorzugsweise ist/sind der Querschnitt des Kühlmittelkanals und/oder die Steigung der Kühlmittelführung, insbesondere des Stegs, in einem ersten Rollenabschnitt kleiner als in wenigstens einem zweiten Abschnitt. Dadurch lässt sich innerhalb des ersten Rollenabschnitts z. B. die Strömungsgeschwindigkeit des Kühlmittels gezielt erhöhen, wodurch pro Zeiteinheit mehr Wärme aus dem ersten Rollenabschnitt abtransportiert werden kann. Der erste Rollenabschnitt kann so stärker gekühlt werden als der zweite Rollenabschnitt.
  • Es können auch mehrere erste Rollenabschnitte, in denen der Querschnitt des Kühlmittelkanals und/oder die Steigung der Kühlmittelführung, insbesondere des Stegs, kleiner ist/sind als in wenigstens einem zweiten Rollenabschnitt, vorgesehen sein. Insbesondere lassen sich auch mehrere Rollenabschnitte mit jeweils unterschiedlich großem Querschnitt und/oder unterschiedlich großer Steigung und infolgedessen unterschiedlichen Kühlleistungen realisieren. So kann ein Kühlprofil der Rolle an die jeweiligen Umstände bzw. Bedürfnisse angepasst sein.
  • In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist/sind der Querschnitt des Kühlmittelkanals und/oder die Steigung der Kühlmittelführung, insbesondere des Stegs, im Bereich der Rollenmitte kleiner als im Bereich der einander gegenüberliegenden Rollenenden. Hierzu kann der erste Rollenabschnitt im Bereich der Rollenmitte vorgesehen sein, während sich zwei zweite Abschnitte im Bereich der Rollenenden befinden. Der erste Rollenabschnitt kann also zwischen zwei zweiten Rollenabschnitten angeordnet sein. Somit kann aus der Rollenmitte pro Zeiteinheit mehr Wärme abtransportiert werden als aus dem Bereich an den beiden Rollenenden. Infolgedessen lässt sich so die Kühlleistung in der Rollenmitte gezielt erhöhen, sodass eine radiale Ausbauchung der Rolle in der Rollenmitte, wo sich die Wärme des transportierten Metallerzeugnisses konzentriert, besonders zuverlässig vermieden oder zumindest reduziert werden.
  • Eine Rollenmitte im Sinne der Erfindung ist vorzugsweise die Mitte der Rolle in Bezug auf ihre axiale Erstreckung.
  • Zweckmäßigerweise verjüngt sich der Kühlmittelkanal also zur Rollenmitte hin. Die Kühlmittelführung, insbesondere der Steg, kann im Bereich der Rollenmitte enger um den Schaft gewunden sein als an den gegenüberliegenden Rollenenden.
  • Alternativ dazu ist/sind der Querschnitt des Kühlmittelkanals und/oder die Steigung der Kühlmittelführung, insbesondere des Stegs, im Bereich der Rollenmitte größer als im Bereich der einander gegenüberliegenden Rollenenden. Der Kühlmittelkanal kann sich zur Rollenmitte hin aufweiten. Die Kühlmittelführung, insbesondere der Steg, kann im Bereich der beiden einander gegenüberliegenden Rollenenden enger um den Schaft gewunden sein als in der Rollenmitte. Dadurch ist es möglich, die Rollenenden stärker zu kühlen als die Rollenmitte. Dies kann in einigen Anwendungsfällen, z. B. beim Einsatz der Rolle im Bereich eines Kantenwärmers, vorteilhaft sein.
  • In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist ein erster Rollenabschnitt, in dem der Querschnitt des Kühlmittelkanals und/oder die Steigung der Kühlmittelführung, insbesondere des Stegs, kleiner ist/sind als in wenigstens einem zweiten Rollenabschnitt, im Wesentlichen 20 % bis 50 % der gesamten Rollenbreite beträgt. Der erste Rollenabschnitt liegt dabei vorzugsweise im Mittenbereich der Rolle. Der erste Rollenabschnitt kann also zwischen zwei zweiten Rollenabschnitten liegen. Die Breite des ersten Rollenabschnitts von im Wesentlichen 20 % bis 50 % der gesamten Rollenbreite ermöglicht es, gezielt Wärme aus dem Bereich der höchsten Wärmeakkumulation abzuführen. Dabei hat sich eine Breite des ersten Rollenabschnitts von im Wesentlichen 30 % der gesamten Rollenbreite als besonders effektiv herausgestellt, um eine radiale Ausbauchung in der Rollenmitte zu vermeiden oder zumindest zu verringern.
  • In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist zwischen dem ersten Rollenabschnitt und dem zweiten Rollenabschnitt, in dem der Querschnitt des Kühlmittelkanals und/oder die Steigung der Kühlmittelführung, insbesondere des Stegs, größer ist/sind als im ersten Rollenabschnitt, ein Übergangsbereich vorgesehen. Im Übergangsbereich gleicht sich der Querschnitt des Kühlmittelkanals und/oder die Steigung der Kühlmittelführung, insbesondere des Stegs, aus dem ersten Rollenabschnitt vorzugsweise an den Querschnitt des Kühlmittelkanals und/oder die Steigung der Kühlmittelführung, insbesondere des Stegs, insbesondere kontinuierlich, an. Zum Beispiel kann sich der Kühlmittelkanal also, jedenfalls im Übergangsbereich, zur Rollenmitte hin immer stärker verjüngen oder aufweiten, sodass die Strömungsgeschwindigkeit des Kühlmittels kontinuierlich zu- oder abnimmt. Dadurch lassen sich Verwirbelungen, welche den Kühlmittelfluss ungewollt beeinträchtigen könnten, vermeiden oder zumindest verringern. Insofern kann der Übergangsbereich förderlich für eine laminare Strömung durch die Rolle sein.
  • Die Rollenabschnitte können, z. B. aus fertigungstechnischen Gründen, einzeln gefertigt und dann zusammengeführt, insbesondere verbunden, sein. Dadurch kann sich auch ein abrupter Übergang zwischen den zwei Querschnitten des Kühlmittelkanals im ersten und zweiten Rollenabschnitt bzw. den Steigungen der Kühlmittelführung im ersten und zweiten Rollenabschnitt ergeben.
  • In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist/sind der Querschnitt des Kühlmittelkanals und/oder die Steigung der Kühlmittelführung, insbesondere des Stegs, in einem ersten Rollenabschnitt im Wesentlichen um 40 % bis 70 %, insbesondere im Wesentlichen um 45 % bis 60 %, kleiner als in wenigstens einem zweiten Rollenabschnitt. Die Steigung am Rand der Rolle kann beispielsweise 80 mm betragen, während in der Rollenmitte eine Steigung von 35 mm bis 45 mm vorgesehen ist. Die Steigung im Bereich der Rollenmitte (dem ersten Rollenabschnitt) kann also etwa um den Faktor zwei größer sein als im Bereich der Rollenenden (den zweiten Rollenabschnitten). Damit ist auch eine Verdopplung der Strömungsgeschwindigkeit des Kühlmittels möglich. Derartige Querschnittsverminderungen bzw. Verminderungen der Steigung haben sich als besonders vorteilhaft herausgestellt, um einen Wärmeübergangskoeffizienten von etwa 10.000 W/m2K im Bereich der zweiten Rollenabschnitte auf etwa 20.000 W/m2K im Bereich des ersten Rollenabschnitts erhöhen zu können. Dies kann günstig sein im Hinblick auf einen Kompromiss zwischen einer erhöhten Kühlleistung im ersten Rollenabschnitt und dem damit einhergehendem Druckabfall im Kühlmittelstrom, dem durch Pumptechnik Rechnung getragen werden muss.
  • In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist eine weitere schraubenförmig um den Schaft gewundene Kühlmittelführung vorgesehen. Die Kühlmittelführung und die weitere Kühlmittelführung (die auch als erste und zweite Kühlmittelführung bezeichnet werden können), sind vorzugsweise derart ausgestaltet, insbesondere derart um den Schaft gewunden, dass Kühlmittel in zwei separaten Kühlmittelströmen zwischen Mantel und Schaft geführt werden kann. Beispielsweise können die Kühlmittelführung und die weitere Kühlmittelführung in der Art einer Doppelhelix um den Schaft gewunden sein. Mit einer weiteren Kühlmittelführung ist infolgedessen eine noch flexiblere Kühlung, insbesondere ein flexibles Kühlprofil über die Rollenbreite, möglich. Gegebenenfalls kann die Kühlleistung so auch noch präziser eingestellt werden.
  • Wie bereits weiter oben angedeutet ist die Kühlmittelführung vorzugsweise von einem schraubenförmig um den Schaft verlaufenden Steg gebildet. Mithilfe des schraubenförmig um den Schaft gewundenen Stegs kann eine sogenannte "Spiralkühlung" realisiert sein.
  • Der Steg kann von einem Blech oder Draht gebildet sein. Der Steg definiert zweckmäßigerweise die Wände eines Kühlmittelkanals zwischen dem Mantel und dem Schaft. Das Kühlmittel kann so zwischen zwei Windungen des Stegs einmal um den Schaft geführt werden.
  • Vorzugsweise variiert dabei der Abstand der Wände zueinander über die Rollenbreite. Wie weiter oben bereits angedeutet kann dies realisiert werden, indem die Steigung des Stegs über die Rollenbreite variiert. Das Kühlmittel kann in dem Raum zwischen dem Steg in einer Spirale um den Schaft am Mantel entlangströmen. Dadurch lässt sich der Mantel großflächig kühlen. So kann die Fläche, an der kein Kühlmittel entlangströmt, auf ein Minimum reduziert werden, nämlich bis auf die Kontaktlinie des Stegs auf der Mantelinnenseite.
  • Gemäß einem zweiten Aspekt der Erfindung weist eine Anlage zur Verarbeitung von Metall eine Rolle gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung auf. Die Anlage, zum Beispiel eine Gießwalzanlage, kann beispielsweise ein oder mehrere Walzgerüste zum Walzen von Brammen und/oder bereits vorgewalzten Metallbändern, zum Beispiel eine Vorwalzstraße und eine Fertigwalzstra-ße, aufweisen. Die Rolle kann in einer solchen Anlage als Antriebsrolle (sogenannte "pinch roll"), als Führung- bzw. Umlenkrolle, als Stütz- oder Transportrolle und/oder dergleichen eingesetzt sein. In einer solchen Anlage ist ein zuverlässigerer Transport des zu verarbeitenden bzw. des verarbeiteten Metallerzeugnisses möglich. Insbesondere kann verhindert werden, dass beim Transport des Metallerzeugnisses innerhalb der Anlage ungewollte Deformationen des Metallerzeugnisses auftreten, die von thermischen Verformungen einer Rolle verursacht werden. Infolgedessen können in einer derartigen Anlage Endprodukte von höherer Qualität produziert werden.
  • Gemäß einem dritten Aspekt der Erfindung wird beim Verfahren zum Kühlen einer Rolle für den Metalltransport, insbesondere einer Rolle gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung, ein Kühlmittelstrom von einem Rollenende mittels einer von einem Mantel der Rolle umfänglich umgriffenen Kühlmittelführung schraubenförmig um einen Schaft der Rolle derart zum gegenüberliegenden Rollenende geführt, dass die Strömungscharakteristik des Kühlmittelstroms über die Rollenbreite variiert. Dabei wird zweckmäßigerweise eine konstante Menge des Kühlmittels pro Zeiteinheit durch die Rolle geführt. Der Kühlmittelfluss durch die Rolle ist somit vorzugsweise konstant. Durch die variierende Strömungscharakteristik des Kühlmittelstroms über die Rollenbreite können verschiedene Abschnitte bzw. Zonen der Rolle unterschiedlich stark gekühlt werden. So kann insbesondere die Kühlleistung in einem Bereich, der besonders hohen thermischen Belastungen ausgesetzt ist, gezielt erhöht werden. Dadurch lässt sich insbesondere eine gleichmäßige Temperatur über die Rollenbreite erzielen. Insbesondere können so radiale Ausbauchungen, d. h. thermische Aufweitungen, der Rolle im Bereich der Rollenmitte aufgrund von sich hier konzentrierender Wärme vermieden oder zumindest verringert werden.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform wird der Kühlmittelstrom mittels der Kühlmittelführung derart geführt, dass die Strömungsgeschwindigkeit des Kühlmittels über die Rollenbreite variiert. Beispielsweise kann die Strömungsgeschwindigkeit in einem ersten Rollenabschnitt gegenüber wenigstens einem zweiten Rollenabschnitt erhöht werden. Es kann zum Beispiel vorgesehen sein, dass die Strömungsgeschwindigkeit im Bereich der Rollenmitte gegenüber den Bereichen an den beiden einander gegenüberliegenden Rollenenden erhöht wird. Dadurch kann im Bereich der Rollenmitte mehr Wärme pro Zeiteinheit vom Kühlmittel abtransportiert und entsprechend eine höhere Kühlleistung in der Rollenmitte erzielt werden.
    • Kurze Beschreibung der Zeichnungen
  • Die oben beschriebenen Eigenschaften, Merkmale und Vorteile dieser Erfindung sowie die Art und Weise, wie diese erreicht werden, werden klarer und deutlicher verständlich im Zusammenhang mit der folgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels, das im Zusammenhang mit den Zeichnungen näher erläutert wird. Dabei zeigen:
    • Fig 1
    ein Beispiel eines Verfahrens zur Kühlung einer im Querschnitt dargestellten Rolle zum Metalltransport,
    Fig 2
    ein Beispiel einer Rolle zum Metalltransport in einer dreidimensionalen Darstellung,
    Fig 3
    ein Beispiel einer Strömungscharakteristik, und
    Fig 4
    ein Beispiel einer Anlage zur Metallverarbeitung.
  • Soweit zweckdienlich, werden in den Figuren dieselben Bezugszeichen für dieselben oder einander entsprechende Elemente der Erfindung verwendet.
    • Beschreibung der Ausführungsformen
  • FIG 1 zeigt ein Verfahren 100 zur Kühlung einer im Querschnitt und schematisch dargestellten Rolle 1 zum Metalltransport. Die Rolle 1 weist einen Schaft 2 auf, der an seinen beiden einander gegenüberliegenden Schaftenden 2a, 2b drehbeweglich lagerbar ist. Der Schaft 2 ist, zumindest abschnittsweise, von einem Mantel 4 umgeben, der auf seiner Mantelaußenseite 4a, d. h. auf der vom Schaft 2 abgewandten Seite, eine Kontaktfläche für das zu transportierende Metallerzeugnis bereitstellt. Radial zwischen dem Schaft 2 und dem Mantel 4 ist eine Kühlmittelführung 6 angeordnet, die schraubenförmig um den Schaft 2 gewunden ist. Im vorliegenden Beispiel ist die Kühlmittelführung 6 von einem Steg 8 gebildet, der sich in axialer Richtung, d. h. in einer Richtung parallel zu einer Längsachse L der Rolle 1, zwischen den zwei Rollenenden 1a, 1b am Schaft 2 emporwindet (vgl. FIG 2).
  • Der Steg 8 bildet die Wände eines Kühlmittelkanals 10, durch den ein Kühlmittelstrom K vom einen Rollenende 1a zum anderen Rollenende 1b geführt werden kann. Der so gebildete Kühlmittelkanal 10 ist zugänglich über jeweils eine Axialbohrung 12a, 12b in den beiden Schaftenden 2a, 2b. Durch eine der Axialbohrungen 12a kann ein Kühlmittel eingeleitet werden, welches dann, nach dem Durchströmen des Kühlmittelkanals 10, durch die jeweils andere Axialbohrung 12b austritt. Bei dem Verfahren 100 kann der Kühlmittelstrom K mittels der Kühlmittelführung 6 daher von einem Rollenende 1a schraubenförmig um den Schaft 2 bis zum anderen Rollenende 1b geführt werden.
  • Die schraubenförmig um den Schaft 2 gewundene Kühlmittelführung 6 ist derart ausgestaltet, dass dabei eine Strömungscharakteristik des um den Schaft 2 geführten Kühlmittelstroms K über eine Breite B der Rolle 1 variiert. Zu diesem Zweck ist im vorliegenden Beispiel eine Steigung des schraubenförmig um den Schaft 2 gewundenen Stegs 8 in einem ersten Rollenabschnitt 14, der im Bereich der Rollenmitte M angeordnet ist, kleiner als in jeweils einem zweiten Rollenabschnitt 16 an den beiden Rollenenden 1a, 1b.
  • Durch die kleinere Steigung des Stegs 8 im ersten Rollenabschnitt 14 ist dort die Windungszahl pro Länge (in axialer Richtung) erhöht. Dies hat zur Folge, dass sich der Kühlmittelkanal 10 im Bereich der Rollenmitte M verjüngt, d. h. der Querschnitt des Kühlmittelkanals 10 im Bereich der Rollenmitte M kleiner ist als an den beiden Rollenenden 1a, 1b. Folglich steigt die Strömungsgeschwindigkeit des den Kühlmittelkanal 10 durchströmenden Kühlmittels.
  • Infolgedessen kann im ersten Rollenabschnitt 14 in der Rollenmitte M pro Zeiteinheit mehr Wärme abtransportiert werden als in den zweiten Rollenabschnitten 16 an den beiden Rollenenden 1a, 1b. Somit lässt sich die Rolle 1 im Bereich der Rollenmitte M stärker kühlen. Dadurch kann einer radialen Ausbauchung der Rolle 1 im Bereich der Rollenmitte M, die z. B. durch einen verstärkten Wärmeübertrag eines mittels der Rolle 1 transportierten Metallerzeugnisses auf den Rollenmantel 4 verursacht wird, entgegengewirkt werden.
  • FIG 2 zeigt ein Beispiel der Rolle 1 zum Metalltransport aus FIG 1 in einer dreidimensionalen Darstellung. Gut erkennbar sind hierbei der Schaft 2 und die, zumindest abschnittsweise, schraubenförmig um den Schaft gewundene Kühlmittelführung 6. Der Mantel der Rolle 1 ist in FIG 2 nicht dargestellt, damit der Blick auf die Kühlmittelführung 6 unverstellt ist.
  • Die axiale Erstreckung des nicht dargestellten Mantels, d. h. dessen Erstreckung in einer Richtung parallel zu einer Längsachse L der Rolle 1, definiert die auch als Ballenlänge bezeichnete Rollenbreite B. Der Schaft 2 erstreckt sich axial über den Mantel, also über die Rollenbreite B, hinaus. Insbesondere ragt der Schaft 2 an den zwei gegenüberliegenden Rollenenden 1a, 1b aus Stirnseiten 18a, 18b der Rolle 1 heraus. Jenseits der beiden Stirnseiten 18a, 18b, d. h. an den derart definierten Schaftenden 2a, 2b, lässt sich der Schaft 2 z. B. mittels entsprechender Lager drehbeweglich lagern.
  • Die Kühlmittelführung 6 erstreckt sich axial zwischen den beiden Stirnseiten 18a, 18b bzw. Rollenenden 1a, 1b. Die Kühlmittelführung 6 ist dabei schraubenförmig um den Schaft 2 gewunden, sodass ein über die in FIG 2 nicht sichtbare Axialbohrung in den beiden Schaftenden 2a, 2b ein- und ausströmendes Kühlmittel in einer Spirale von einem Rollenende 1a um den Schaft 2 herum zum anderen Rollenende 1b geführt werden kann. Die Steigung, mit der die Kühlmittelführung 6 um den Schaft 2 gewunden ist, ist nicht konstant. Im gezeigten Beispiel nimmt die Steigung im Bereich der Rollenmitte M ab. Insbesondere ist die Steigung in einem ersten Rollenabschnitt 14, der im vorliegenden Beispiel im Bereich der Rollmittel M angeordnet ist, kleiner als in zwei zweiten Rollenabschnitten 16, die sich jeweils von einem Rollenende 1a, 1b bis an den ersten Rollenabschnitt 14 heran erstrecken. Wie im Zusammenhang mit FIG 1 weiter oben bereits beschrieben wurde, kann dadurch die Kühlleistung im Bereich der Rollenmitte M erhöht werden.
  • Wie in FIG 2 gut sichtbar ist, weist die Kühlmittelführung 6 im vorliegenden Beispiel einen Steg 8 auf, der auf dem Schaft 2 sitzt. Der Steg kann zum Beispiel von einem Blech gebildet sein, welches auf den Schaft 2 aufgeschweißt oder anderweitig daran angebracht ist. Die Kontaktlinie zwischen dem Steg 8 und dem Schaft 2 bildet eine Schrauben- oder Spirallinie. Analog bildet auch die Kontaktlinie zwischen dem Steg 8 und dem nicht dargestellten Mantel eine solche Schrauben- oder Spirallinie. Grundsätzlich ist aber auch eine andere Ausgestaltung der Kühlmittelführung 6 denkbar. Zum Beispiel kann die Kühlmittelführung ein Rohr aufweisen, welches schraubenförmig um den Schaft 2 gewunden ist. Gegenüber einer solchen Ausgestaltung hat der Steg 8 jedoch den Vorteil, dass die vom Kühlmittel angeströmte Fläche auf der Mantelinnenseite maximiert wird.
  • FIG 3 zeigt ein Beispiel einer Strömungscharakteristik C, welche einen von einer Kühlmittelführung geführten Kühlmittelstrom in einer Rolle zum Metalltransport charakterisiert. Die Strömungscharakteristik C umfasst vorliegend eine Strömungsgeschwindigkeit v des strömenden Kühlmittels in Abhängigkeit einer Koordinate x auf einer Längsachse der Rolle. Die Strömungsgeschwindigkeit v ist dabei über eine Rollenbreite B gegen die Koordinate x aufgetragen.
  • Wie FIG 3 zu entnehmen ist, variiert die Strömungscharakteristik C über die Rollenbreite B. Im vorliegenden Beispiel ist die Strömungsgeschwindigkeit v in einem ersten Rollenabschnitt 14, der sich im Bereich einer Rollenmittel M befindet, gegenüber der Strömungsgeschwindigkeit v in zwei zweiten Rollenabschnitten 16 erhöht, um einen erhöhte Kühlleistung im Bereich der Rollenmitte M gewährleisten zu können. Eine solche abschnittsweise erhöhte Strömungsgeschwindigkeit v kann zum Beispiel durch einen Kühlmittelkanal innerhalb der Rolle erreicht werden, dessen Querschnitt abschnittsweise verkleinert ist.
  • Zwischen dem ersten Rollenabschnitt 14 und den beiden zweiten Rollenabschnitten 16 kann jeweils ein Übergangsbereich 20 vorgesehen sein. In den Übergangsbereichen 20 kann die Strömungsgeschwindigkeit v im ersten Rollenabschnitt 14 in die Strömungsgeschwindigkeiten v in den beiden zweiten Rollenabschnitten 16 übergehen. Im vorliegenden Beispiel ändert sich die Strömungsgeschwindigkeit v in Bezug auf die Rollenbreite B folglich lediglich innerhalb der Übergangsbereiche 20. Im ersten Rollenabschnitt 14 und den beiden zweiten Rollenabschnitten 16 ist die Strömungsgeschwindigkeit v dagegen im Wesentlichen konstant.
  • FIG 4 zeigt ein Beispiel einer Anlage 30 zur Verarbeitung von Metallband 32. Die gezeigte Anlage 30 verfügt rein beispielhaft über eine Walzstraße mit zwei Walzgerüsten 34 und eine Kühlstraße 36, um die Dicke des Metallbands 32 reduzieren und das Metallband 32 anschließend kühlen zu können. Vor der Walzstraße, zwischen der Walzstraße und der Kühlstraße 36 sowie innerhalb der Kühlstraße 36 sind passive Transport- oder Stützrollen 38 angeordnet, die dem Transport des Metallbands 32 dienen und das Metallband 32 stützen. Aus Gründen der Übersichtlichkeit sind nur einige der Transportrollen 38 mit einem Bezugszeichen versehen. In einer Transportrichtung T stromabwärts der Kühlstraße 36 sind zwei Anpressrollen 1, sog. "pinch rolls", angeordnet, zwischen denen das Metallband 32 eingeklemmt ist und von denen zumindest eine motorisch angetrieben ist. Mittels der Anpressrollen 1 kann das Metallband 32 infolgedessen aktiv aus Kühlstraße 36 heraus, etwa zu einem Haspel, transportiert werden.
  • Die Anpressrollen 1 sind vorzugsweise wie in FIG 1 und FIG 2 dargestellt ausgebildet. Bei den Anpressrollen 1 handelt es sich bevorzugt um zonengekühlte Rollen 1, etwa wie sie in FIG 1 oder 2 dargestellt sind, in denen die Strömungscharakteristik eines Kühlmittelstroms über eine Rollenbreite variiert.
  • Obwohl die Erfindung im Detail durch die bevorzugten Ausführungsbeispiele näher illustriert und beschrieben wurde, so ist die Erfindung nicht durch die offenbarten Beispiele eingeschränkt und andere Variationen können vom Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen.
    • Bezugszeichenliste
    • 1
    Rolle
    1a, 1b
    Rollenende
    2
    Schaft
    2a, 2b
    Schaftende
    4
    Mantel
    4a
    Mantelaußenseite
    6
    Kühlmittelführung
    8
    Steg
    10
    Kühlmittelkanal
    12a, 12b
    Axialbohrung
    14
    erster Rollenabschnitt
    16
    zweiter Rollenabschnitt
    18a, 18b
    Stirnseite
    20
    Übergangsbereich
    30
    Anlage
    32
    Metallband
    34
    Walzgerüst
    36
    Kühlstraße
    38
    Transportrolle
    100
    Verfahren
    B
    Rollenbreite
    M
    Rollenmitte
    K
    Kühlmittelstrom
    C
    Strömungscharakteristik
    v
    Strömungsgeschwindigkeit
    x
    Koordinate
    L
    Längsachse
    T
    Transportrichtung

Claims (13)

  1. Rolle (1) für den Metalltransport, aufweisend
    - einen Schaft (2), der an den beiden einander gegenüberliegenden Schaftenden (2a, 2b) drehbeweglich lagerbar ist,
    - eine schraubenförmig um den Schaft (2) gewundene Kühlmittelführung (6),
    - einen die Kühlmittelführung (6) umfänglich umgreifenden Mantel (4), sodass die Kühlmittelführung (6) zwischen dem Schaft (2) und dem Mantel (4) angeordnet ist,
    wobei die Kühlmittelführung (6) derart ausgestaltet ist, dass eine Strömungscharakteristik (C) eines von der Kühlmittelführung (6) geführten Kühlmittelstroms (K) über eine Rollenbreite (B) variiert.
  2. Rolle (1) nach Anspruch 1, wobei die Kühlmittelführung (6) einen Kühlmittelkanal (10) definiert, dessen Querschnitt über die Rollenbreite (B) variiert.
  3. Rolle (1) nach Anspruch 1 oder 2, wobei eine Steigung, mit der die Kühlmittelführung (6) schraubenförmig um den Schaft (2) gewunden ist, über die Rollenbreite (B) variiert.
  4. Rolle (1) nach einem der Ansprüche 2 oder 3, wobei der Querschnitt des Kühlmittelkanals (10) und/oder die Steigung der Kühlmittelführung (6) im Bereich einer Rollenmitte (M) kleiner ist/sind als im Bereich von einander gegenüberliegenden Rollenenden (1a, 1b).
  5. Rolle (1) nach einem der Ansprüche 2 oder 3, wobei der Querschnitt des Kühlmittelkanals (10) und/oder die Steigung der Kühlmittelführung (6) im Bereich der Rollenmitte (M) größer ist/sind als im Bereich der einnander gegenüberliegenden Rollenenden (1a, 1b).
  6. Rolle (1) nach einem der Ansprüche 2 bis 5, wobei ein erster Rollenabschnitt (14), in dem der Querschnitt des Kühlmittelkanals (10) und/oder die Steigung der Kühlmittelführung (6) kleiner ist/sind als in wenigstens einem zweiten Rollenabschnitt (16), im Wesentlichen 20 % bis 50 %, vorzugsweise etwa 30 %, der gesamten Rollenbreite (B) beträgt.
  7. Rolle (1) nach einem der Ansprüche 2 bis 6, wobei zwischen einem ersten Rollenabschnitt (14) und einem zweiten Rollenabschnitt (16), in dem der Querschnitt des Kühlmittelkanals (10) und/oder die Steigung der Kühlmittelführung (6) größer ist/sind als im ersten Rollenabschnitt (14), ein Übergangsbereich (20) vorgesehen ist, in dem sich der Querschnitt des Kühlmittelkanals (10) und/oder die Steigung der Kühlmittelführung (6) aus dem ersten Rollenabschnitt (14) an den Querschnitt des Kühlmittelkanals (10) und/oder die Steigung der Kühlmittelführung (6) angleicht.
  8. Rolle (1) nach einem der Ansprüche 2 bis 7, wobei der Querschnitt des Kühlmittelkanals (10) und/oder die Steigung der Kühlmittelführung (6) in einem ersten Rollenabschnitt (14) im Wesentlichen um 40 % bis 70 %, insbesondere im Wesentlichen um 45 % bis 60 %, kleiner ist/sind als in wenigstens einem zweiten Rollenabschnitt (16).
  9. Rolle (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, mit einer weiteren schraubenförmig um den Schaft gewundenen Kühlmittelführung, wobei die Kühlmittelführung (6) und die weitere Kühlmittelführung derart ausgestaltet sind, dass Kühlmittel in zwei separaten Kühlmittelströmen (K) zwischen Mantel (4) und Schaft (2) geführt werden kann.
  10. Rolle (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Kühlmittelführung (6) von einem schraubenförmig um den Schaft (2) verlaufenden Steg (8) gebildet ist, der die Wände eines Kühlmittelkanals (10) zwischen dem Mantel (4) und dem Schaft (2) definiert, wobei der Abstand der Wände zueinander über die Rollenbreite (B) variiert.
  11. Anlage (30) zur Verarbeitung von Metall, mit einer Rolle (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche.
  12. Verfahren (100) zum Kühlen einer Rolle (1) für den Metalltransport, insbesondere einer Rolle (1) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei ein Kühlmittelstrom (K) von einem Rollenende (1a) mittels einer Kühlmittelführung (6) schraubenförmig um einen Schaft (2) der Rolle (1) derart zum gegenüberliegenden Rollenende (1b) geführt wird, dass eine Strömungscharakteristik (C) des Kühlmittelstroms (K) über die Rollenbreite (B) variiert.
  13. Verfahren (100) nach Anspruch 12, wobei der Kühlmittelstrom (K) mittels der Kühlmittelführung (6) derart geführt wird, dass die Strömungsgeschwindigkeit (v) des Kühlmittels über die Rollenbreite (B) variiert.
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