KR100229977B1 - A cooling roll - Google Patents

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KR100229977B1 KR1019930702018A KR930702018A KR100229977B1 KR 100229977 B1 KR100229977 B1 KR 100229977B1 KR 1019930702018 A KR1019930702018 A KR 1019930702018A KR 930702018 A KR930702018 A KR 930702018A KR 100229977 B1 KR100229977 B1 KR 100229977B1
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Abstract

A cooling roll comprises a rotatable arbor (1) with an annular sleeve (7) shrunk onto it. There are internal passages (25) in the sleeve for the flow of liquid coolant there along. The internal passages are in communication with ducts (19, 21) in the arbor and the liquid coolant passed along the passages from the ducts forms a thermal barrier in the sleeve between the outer periphery and the interface.

Description

냉각 롤Cooling roll

본 발명은 롤 및 그것과 접촉하는 물질 사이의 열을 전달하는데 적합한 롤에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 2개의 롤 스트립 캐스터에 사용되기에 적합한 롤에 적용된다.The present invention relates to a roll suitable for transferring heat between the roll and the material in contact with it. In particular, the invention applies to rolls suitable for use in two roll strip casters.

통상, 스트립 캐스터는 그 수평 회전축에 병렬 위치되고 이들사이에 간극을 제공하도록 이격된, 한쌍의 롤로 구성된다. 롤의 상측부상에 있는 롤 배럴(barrel)의 단부에는 용융 금속이 부어지는 롤 간극상에 공간을 형성하도록 댐(dam)이 제공될 수 있다. 롤은 이들과 접촉하여 롤 회전시 두꺼워진 고형화된 외피를 형성하는 용융 금속으로부터 열을 흡수하도록 액체 냉각된다. 롤이 회전될 때, 롤은 연속 금속 스트립을 형성하도록 롤 사이의 간극을 통해 그리고 이와 함께 금속의 고형화된 외피를 가압한다.Typically, the strip caster consists of a pair of rolls, positioned parallel to their horizontal axis of rotation and spaced apart to provide a gap therebetween. At the end of the roll barrel on the upper side of the roll, a dam may be provided to form a space on the roll gap through which molten metal is poured. The rolls are liquid cooled to absorb heat from the molten metal that contacts them and forms a solidified shell that thickens upon roll rotation. When the roll is rotated, the roll presses the solidified shell of metal through and with the gap between the rolls to form a continuous metal strip.

주물 생산을 증가시키는데 있어서, 롤의 회전속도를 증가시키는 것이 바림직하지만, 롤은 총두께가 최종 제품보다 큰 2개의 고형화된 외피를 형성하도록 이들과 접촉하여 금속으로부터 충분한 열을 흡수한다.In increasing casting production, it is desirable to increase the rotational speed of the rolls, but the rolls absorb sufficient heat from the metal in contact with them to form two solidified shells with a total thickness greater than the final product.

본 발명의 목적은 안정된 롤 디자인과 함께 보다 큰 원료 처리량을 허용하고 그 사용 말기에 쉽게 대체할 수 있는 향상된 롤 구조를 제공하는 것이다.It is an object of the present invention to provide an improved roll structure with a stable roll design that allows for greater raw material throughput and can easily be replaced at the end of its use.

DE-3838110A에 개시된 냉각 롤은 축의 외주면과 환형 슬리브 구조물의 내부면 사이에 수축 끼워맞춤 접촉면이 구비된 축상에 장착된 환형 슬리브 구조물이 구비된 회전가능한 축을 포함한다. 환형 슬리브 구조물은 그들 사이에 수축 끼워맞춤 접촉면이 구비된 내부 환형 슬리브 상에 장착된 외부 환형 슬리브가 구비된 내부 환형 슬리브를 포함한다. 작동시에는, 슬리브 구조물은 접촉면에 열 장벽을 형성하기 위하여 내부 및 외부 슬리브 사이의 접촉면에 액체 냉각제가 공급된다.The cooling roll disclosed in DE-3838110A includes a rotatable shaft having an annular sleeve structure mounted on the shaft with a shrink fit contact surface between the outer circumferential surface of the shaft and the inner surface of the annular sleeve structure. The annular sleeve structure includes an inner annular sleeve with an outer annular sleeve mounted on an inner annular sleeve with a shrink fit contact surface therebetween. In operation, the sleeve structure is supplied with a liquid coolant on the contact surface between the inner and outer sleeves to form a thermal barrier on the contact surface.

본 발명에 따르면, 냉각 롤은 원주면을 갖는 회전가능한 축; 축의 원주면과 환형 슬리브 구조물의 내부면 사이에 수축 끼워맞춤 접촉면이 구비된 축상에 장착된 환형 슬리브 구조물; 접촉면에 형성된 채널 수단을 포함하며; 상기 축은 그안에서 롤의 외부와 상기 채널 수단과 교류하는 도관들을 가지며; 상기 슬리브 구조물은 액체 냉각제의 흐름을 위한 내부 통로들을 가지며, 상기 통로들은 채널 수단과 교류하며; 상기 도관들, 채널 수단 및, 통로들은 작동시에는 액체 냉각제가 슬리브 구조물 안에 열 장벽을 형성하기 위하여 채널 수단과 도관들 방식에 의해 롤의 외부와 통로들 사이로 흐르도록 배치되며; 상기 슬리브 구조물은 단일의 환형 부재를 포함하며 상기 열 장벽은 슬리브 구조물의 외주면과 접촉면 사이에 위치된 것을 특징으로 한다.According to the present invention, a cooling roll comprises: a rotatable shaft having a circumferential surface; An annular sleeve structure mounted on the shaft having a shrink fit contact surface between the circumferential surface of the shaft and the inner surface of the annular sleeve structure; A channel means formed in the contact surface; The shaft has conduits therein in communication with the outside of the roll and with the channel means; The sleeve structure has internal passages for the flow of liquid coolant, the passages in communication with the channel means; The conduits, channel means and passages are arranged such that in operation liquid coolant flows between the passageway and the passageway by way of channel means and conduits to form a thermal barrier in the sleeve structure; The sleeve structure comprises a single annular member and the thermal barrier is located between the outer circumferential surface and the contact surface of the sleeve structure.

슬리브 구조물 안의 내부 통로들은 축의 종축선에 평행하게 편리하게 확장된다. 이들 통로들은 그것의 종축선에 평행하게 슬리브를 통해 구멍들을 보링함으로써 형성될 수 있다. 통로들은 슬리브 구조물의 단부 면들의 각각 안에 있는 2개의 환형 채널들에 연결된다.The inner passages in the sleeve structure conveniently extend parallel to the longitudinal axis of the axis. These passages can be formed by boring holes through the sleeve parallel to its longitudinal axis. The passages are connected to two annular channels in each of the end faces of the sleeve structure.

용융 물질로부터 가능한 많은 열을 흡수하도록, 용융 물질이 강제, 구리 또는 그 합금과 같은 고전도성 금속과 접촉하는 롤 부분에 필요하다.To absorb as much heat as possible from the molten material, the molten material is needed in the roll portion in contact with the highly conductive metal, such as steel, copper or alloys thereof.

고전도성 금속 표면은 보호 표면층으로 덮여 있고, 보호 표면층은 예를 들면 양호한 열 피로성을 가진 스테인레스 강 또는, 니켈 또는 니켈/크롬 층 또는, 텅스텐 탄화물/코발트 합금 또는 크롬 탄화물/니켈-크롬 화합물과 같은 금속 매트릭스 복합물층이다.The highly conductive metal surface is covered with a protective surface layer, the protective surface layer being for example a metal such as stainless steel or a nickel or nickel / chromium layer or a tungsten carbide / cobalt alloy or chromium carbide / nickel-chromium compound with good thermal fatigue Matrix composite layer.

그 사용 수명의 종말에는, 슬리브가 외부 가열에 의해 축으로부터 제거되어 모든 냉각이 생략되는 동안에 슬리브는 팽창된다.At the end of its service life, the sleeve is inflated while the sleeve is removed from the shaft by external heating so that all cooling is omitted.

다음에, 슬리브는 재조립에 앞서 재설비된다.The sleeve is then refitted prior to reassembly.

슬리브는 롤 배럴로서 역할을 하고, 외부 힘은 그 위에 발휘되므로, 슬리브와 축 사이에 적합한 수축으로 슬리브가 축 둘레를 회전하는 것이 방지된다.The sleeve acts as a roll barrel and the external force is exerted thereon, preventing the sleeve from rotating around the shaft with a suitable contraction between the sleeve and the shaft.

사용시, 축의 온도에 대한 슬리브의 온도는 이들간에 접촉면 조인트를 제거하도록 축과 슬리브 사이에 차등 팽창이 일어나지 않게 주의깊게 취한다. 슬리브와 축 사이에 계면과 슬리브의 외부표면 사이에 열 배럴의 배치로, 슬리브의 외부 표면에 적용되는 한정된 최소량의 열이 슬리브와 축간의 접촉면을 투과한다. 동시에, 액체 냉각된 슬리브는 슬리브 구조물의 외부표면으로부터 열을 효과적으로 제거하여 그와 접촉하는 물질의 빠른 냉각을 허용한다.In use, the temperature of the sleeve relative to the temperature of the shaft is carefully taken so that there is no differential expansion between the shaft and the sleeve to remove contact surface joints between them. With the arrangement of the heat barrel between the interface and the outer surface of the sleeve between the sleeve and the shaft, a finite minimum amount of heat applied to the outer surface of the sleeve passes through the contact surface between the sleeve and the shaft. At the same time, the liquid cooled sleeve effectively removes heat from the outer surface of the sleeve structure and allows for rapid cooling of the material in contact with it.

슬리브와 축 사이에 적절한 접촉면은, 열적으로 저하된 압축 응력을 무효화하는 것을 도와주는 슬리브 내의 인장 응력을 제공한다.Appropriate contact surfaces between the sleeve and the shaft provide tensile stress in the sleeve to help negate the thermally degraded compressive stress.

본원 발명이 보다 용이하게 이해될 수 있도록 첨부된 도면을 참고로하여 이하에 실시예들을 기술하겠다.Embodiments will be described below with reference to the accompanying drawings so that the present invention may be more readily understood.

제1도는 본 발명에 따른 냉각 롤의 부분 단면도.1 is a partial cross-sectional view of a cooling roll according to the present invention.

제2도는 제1도의 파단선 내부에 있는 롤의 일부분을 확대한 도면.FIG. 2 is an enlarged view of a portion of the roll inside the break line of FIG. 1. FIG.

금속 캐스터 내부에 적합하게 사용되는 롤은 베어링 조립체(도시되지 않음)를 수용하는 각 단부에 인접한 원통형부(3)를 구비한 장축(1)을 포함한다. 상기 축의 중심으로 환형의 동합금구조물이 수축되는 원통형 면(5)이 있다. 상기 면(5)의 한단부에는 축과 일체가되는 환형 리브(9)가 있다. 환형 오목부(10)는 슬리브의 인접 단부벽(11)내에 형성되고 복수의 결합 볼트(도시되지 않음)가 축상의 슬리브에 추가의 보증을 제공하도록 리브를 통해 슬리브 구조물로 연장한다. 상기 오목부(10)는 복수의 볼트(13)에 의해 리브(9)에 고정되는 환형 링(12)에 의해 채워진다.The roll suitably used inside the metal caster includes a long axis 1 having cylindrical portions 3 adjacent each end for receiving a bearing assembly (not shown). At the center of the axis there is a cylindrical face 5 in which the annular copper alloy structure is retracted. At one end of the face 5 there is an annular rib 9 which is integral with the shaft. An annular recess 10 is formed in the adjacent end wall 11 of the sleeve and extends through the rib to the sleeve structure such that a plurality of engaging bolts (not shown) provide additional assurance to the axial sleeve. The recess 10 is filled by an annular ring 12 which is fixed to the rib 9 by a plurality of bolts 13.

축방향 보어(15)는 부동 단부(16)로부터 축(1) 내부로 연장한다. 한쌍의 채널(17A, 17B)은 슬리브(7) 하부에 있는 축의 표면(5)에 형성된다. 복수의 방사상 보어(19)는 채널 (17A)로부터 보어(15)로, 유사하게 복수의 방사상 보어(21)는 채널(17B)로부터 보어(15)로 연장하고 있다. 슬리브(7)의 단부면에는 환형 채널(22)이 있고 유사한 채널(23)이 슬리브 대향 단부의 내부에 형성되어 있다. 두 개의 채널(22, 23)은 축(1)의 종방향 축과 실제로 평행한 방향에서 채널 사이로 연장한 다중 통로(25)에 의해 결합된다. 통로(25)는 전체 환형 슬리브 둘레에서 멀리 이격된다. 또한, 채널(22)은 슬리브내에서 보어(27)에 의해 채널(17B)에 결합되며, 유사하게 채널(23)은 내부 보어(28)에 의해 채널(17A)에 결합된다. 채널(22, 23)은 슬리브(7)와 동일한 재료로 될 수 있는 커버판(29)에 의해 밀폐되며 라인(30)이 용접과 같은 편리한 수단에 의해 그 위치에 고정된다.An axial bore 15 extends from the floating end 16 into the shaft 1. A pair of channels 17A, 17B are formed on the axial surface 5 under the sleeve 7. A plurality of radial bores 19 extend from channel 17A to bore 15 and similarly a plurality of radial bores 21 extend from channel 17B to bore 15. At the end face of the sleeve 7 there is an annular channel 22 and a similar channel 23 is formed inside the sleeve opposite end. The two channels 22, 23 are joined by multiple passages 25 extending between the channels in a direction substantially parallel to the longitudinal axis of the axis 1. The passage 25 is spaced far around the entire annular sleeve. In addition, channel 22 is coupled to channel 17B by bore 27 in the sleeve, and channel 23 is similarly coupled to channel 17A by inner bore 28. The channels 22, 23 are sealed by a cover plate 29 which can be of the same material as the sleeve 7 and the line 30 is fixed in place by convenient means such as welding.

중심의 확대된 외부 직경과 시일(35)을 포함하는 튜브(34)는 보어(15)내에 위치되며 두 개의 환형 영역(17A, 17B)사이에 배럴이 제공되며, 환형 영역중 하나는 반경 방향 보어(19)와 연통되며, 다른 하나의 유체 냉각제의 입출입을 위해 방사상 보어(21)와 연통된다.A tube 34 comprising a centered enlarged outer diameter and seal 35 is located in bore 15 and provided with a barrel between two annular regions 17A, 17B, one of which is a radial bore. In communication with (19), it is in communication with the radial bore 21 for the entry and exit of the other fluid coolant.

사용시, 통상 물인 유체 냉각제는 튜브(34)와 보어(15) 사이의 공간을 따라 냉각제가 슬리브와 축사이의 접촉면에서 채널(17A)로 유동하는 각각의 보어(19)내로 통과한다. 다음에, 물은 슬리브의 인접 단부면 둘레로 연장하는 채널(23)로 보어(28)를 따라 유동한다.In use, fluid coolant, typically water, passes along the space between the tube 34 and the bore 15 into each bore 19 through which coolant flows into the channel 17A at the contact surface between the sleeve and the shaft. Water then flows along the bore 28 to a channel 23 extending around the adjacent end face of the sleeve.

이 채널로부터, 물은 슬리브의 단부벽(11)에서 채널(22)로 다중 보어(25)를 통해 유동한다.From this channel, water flows through the multiple bores 25 from the end wall 11 of the sleeve to the channel 22.

통로(25)를 통해 흐르는 물은 슬리브의 인접 부품을 냉각하고, 결과적으로 냉각되는 구역이 통로 근처의 슬리브 주위에 퍼지게 된다. 상기 냉각 구역은 슬리브와 축사이의 슬리브 외부 표면에서 접촉면으로의 열의 이동을 줄이는 배럴로 작용하여, 축과 접촉하는 근처의 슬리브 온도가 슬리브와 축 사이의 수축 끼워맞춤 접촉면을 파괴하는 수준으로 상승하는 것을 막아준다. 냉각 구역은 슬리브의 외부 표면을 냉각하는데 작용하여 금속이 표면과 접촉 응고하도록 하여 준다.Water flowing through the passage 25 cools adjacent parts of the sleeve, and consequently the zone to be cooled spreads around the sleeve near the passage. The cooling zone acts as a barrel which reduces the transfer of heat from the sleeve outer surface between the sleeve and the shaft to the contact surface such that the near sleeve temperature in contact with the shaft rises to a level that destroys the shrink-fit contact surface between the sleeve and the shaft. Prevent it. The cooling zone acts to cool the outer surface of the sleeve to allow the metal to solidify in contact with the surface.

물은 채널(22)에서 보어(27)를 따라 환영 채널(17B)로, 다시 보어(21)를 통해 시일(35)의 대향 보어 (15)와 파이프로 형성된 고리로 흐르고 튜브(34)를 통과한다. 냉각제는 전술하였던 방향과 반대로 흐르도록 형성된다. 한쌍의 로터리 커플링(도시되지 않음)은 축의 단부(16)에 결합되어 롤이 회전하듯이 냉각제가 롤을 통해 회전하도록 허용한다.Water flows from channel 22 along bore 27 to phantom channel 17B, again through bore 21 to a ring formed of pipe 35 and opposite bore 15 of seal 35 and passing through tube 34. do. The coolant is formed to flow in the direction opposite to that described above. A pair of rotary couplings (not shown) are coupled to the end 16 of the shaft to allow the coolant to rotate through the roll as the roll rotates.

환형 시일(33)은 축과 슬리브 사이로부터 냉각제의 유출을 막기 위하여 축과 슬리브 사이의 단부 및 사이에 위치된다. 상기 시일은 고장의 경우 보수를 지원하는 슬리브의 조립후에 적합할 뿐아니라 축(1)상에 슬리브(7)의 수축 끼워맞춤에 앞서 시일을 조립할 필요성을 없게 한다.An annular seal 33 is positioned between and at the end between the shaft and the sleeve to prevent leakage of coolant from between the shaft and the sleeve. The seal is suitable not only after assembly of the sleeve to support repair in the event of a failure, but also eliminates the need to assemble the seal prior to the shrink fit of the sleeve 7 on the shaft 1.

슬리브는 외부 주변에 경질의 접촉층을 가질 수 있다. 상기 층은 니켈상의 크롬이나 스텐레스 강제 또는 텅스텐 탄화물/코발트 합금이나 금속 매트릭스 복합물로 구성될 수 있다. 슬리브(7)의 원통형 단부는 또한 유사한 경질의 접촉층(32)을 가질 수 있다.The sleeve may have a hard contact layer around the outside. The layer may consist of chromium or stainless steel or nickel tungsten carbide / cobalt alloy or metal matrix composite on nickel. The cylindrical end of the sleeve 7 may also have a similar hard contact layer 32.

Claims (9)

원주면을 갖는 회전가능한 축(1) ; 축의 원주면과 환형 슬리브 구조물의 내부면 사이에 수축 끼워맞춤 접촉면이 구비된 축상에 장착된 환형 슬리브 구조물(7) 및 ; 접촉면에 형성된 채널 수단(17a, 17b)을 포함하는 냉각 롤에 있어서 ; 상기 축은 그 안에서 롤의 외부와 상기 채널 수단과 교류하는 도관들(15, 19, 21)을 가지며 ; 상기 슬리브 구조물은 액체 냉각제의 흐름을 위한 내부 통로들(25)을 가지며, 상기 통로들은 채널 수단과 교류하며 ; 상기 도관들, 채널 수단 및, 통로들은 사용할 때에 액체 냉각제가 슬리브 구조물 안에 열 장벽을 형성하기 위하여 채널 수단과 도관들 방식에 의해 롤의 외부와 통로들 사이로 흐르도록 배치되며 ; 상기 슬리브 구존물은 단일의 환형 부재(7)를 포함하며 상기 열 장벽은 슬리브 구조물의 외주면과 접촉면 사이에 위치된 것을 특징으로 하는 냉각 롤.A rotatable shaft 1 having a circumferential surface; An annular sleeve structure (7) mounted on the shaft provided with a shrink fit contact surface between the circumferential surface of the shaft and the inner surface of the annular sleeve structure; In a cooling roll comprising channel means (17a, 17b) formed on a contact surface; The shaft has conduits (15, 19, 21) therein in communication with the outside of the roll and with the channel means; The sleeve structure has internal passages 25 for the flow of liquid coolant, the passages in communication with the channel means; The conduits, channel means and passages are arranged such that, in use, liquid coolant flows between the passage and the outside of the roll by way of channel means and conduits to form a thermal barrier in the sleeve structure; The sleeve receptacle comprises a single annular member (7) and the thermal barrier is located between the outer circumferential surface and the contact surface of the sleeve structure. 제1항에 있어서, 상기 통로들은 축의 종축선에 실제적으로 평행한 방향으로 확장되며, 슬리브 구조물의 단부 면들의 각각 안에 있는 2개의 환형 채널들(22)에 연결된 것을 특징으로 하는 냉각 롤.2. The cooling roll of claim 1 wherein the passages extend in a direction substantially parallel to the longitudinal axis of the shaft and are connected to two annular channels (22) in each of the end faces of the sleeve structure. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 슬리브 구조물은 강(steel)인 것을 특징으로 하는 냉각 롤.3. The cooling roll of claim 1 or 2 wherein the sleeve structure is steel. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 슬리브 구조물은 구리 또는 구리 합금인 것을 특징으로 하는 냉각 롤.The cooling roll of claim 1 or 2, wherein the sleeve structure is copper or a copper alloy. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 슬리브 구조물의 원주면은 슬리브 구조물보다 단단한 열적으로 강인한 재료에 의해 보호되는 것을 특징으로 하는 냉각 롤.3. The cooling roll of claim 1 or 2 wherein the circumferential surface of the sleeve structure is protected by a material that is thermally stronger than the sleeve structure. 제5항 있어서, 상기 슬리브 구조물은 스테인레스강 층에 의해 보호되는 것을 특징으로 하는 냉각 롤.6. The cooling roll of claim 5 wherein the sleeve structure is protected by a stainless steel layer. 제5항에 있어서, 상기 슬리브 구조물은 니켈/크롬 층에 의해 보호되는 것을 특징으로 하는 냉각 롤.6. The cooling roll of claim 5 wherein said sleeve structure is protected by a nickel / chromium layer. 제5항에 있어서, 상기 슬리브 구조물은 크롬 탄화물/니켈-크롬과 같은 금속 매트릭스 복합층에 의해 보호되는 것을 특징으로 하는 냉각 롤.6. The cooling roll of claim 5 wherein the sleeve structure is protected by a metal matrix composite layer, such as chromium carbide / nickel-chromium. 제5항에 있어서, 상기 슬리브 구조물은 텅스텐 탄화물/코발트 층에 의해 보호되는 것을 특징으로 하는 냉각 롤.6. The cooling roll of claim 5 wherein said sleeve structure is protected by a tungsten carbide / cobalt layer.
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