KR20010024234A - 고온에서 이용하기 위한 롤 조립체 및 그 제조 방법 - Google Patents
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Abstract
롤 몸체(22), 및 그 양 단부(24) 상에 놓여진 트러니온(30)을 포함하고 있으며 고온 분야에서 이용하기 위한 롤 조립체가 기술되어 있다. 롤 몸체 및 지지 트러니온은 상이한 선형 열 팽창 계수를 갖는 합금으로 구성된다. 소정의 작동 온도에서 감소되거나 또는 밀착되는 소정의 간극(40)이 실온에서 존재하도록 트리니온이 롤 몸체에 부착된다. 간극은 롤 몸체와 트리니온 사이의 상이한 열 팽창으로 인해 감소된다. 임의의 실시예에서, 롤 조립체 보전 및 하중 전달을 위해 간극의 거리는 트러니온과 롤 몸체 사이에 미리지정된 억지 끼워맞춤이 존재하도록 결정된다. 다른 실시예에서, 롤 조립체가 보전되고 롤 몸체와 트러니온 사이에 하중 전달을 제공하기 위해 간극의 거리는 다수의 기계식 접속기(44)가 롤 몸체와 트러니온 사이에서 연장하도록 결정된다.
Description
롤 조립체에 대해 상이한 재료를 이용하는 것이 바람직하다 하더라도, 유사하지 않은 재료는 상이한 선형 열 팽창 계수를 가질 수 있다. 상이한 재료는 소정의 작동 온도로 가열될 때 상이한 양을 팽창시킨다. 그 결과, 유사하지 않은 열 팽창으로부터의 응력은 상당한 설계 응력을 초래하여, 그 결과 롤 조립체의 손상을 초래한다. 롤 몸체는 고가의 니켈 알루미나이드 합금 등의 고 내열성 합금으로 제조되고, 트러니온은 이와 상이한, 보다 경제적인 재료로 제조되는 것이 특히 바람직하다.
니켈 알루미나이드 합금은 단조 다이(forging dies) 및 열처리 로 고정물 등의 상업상 고온 분야에 맞게 개선되어진 니켈 알루미늄(Ni3Al) 금속간 합금이다.(시카(Sikka), 브이의 '96 ASM 인터내셔날 1996 pp 361-375 로부터 "니켈 및 아이론 알루미나이드 국제 심포지엄, 니켈 및 아이론 알루미나이드의 상업화" 참조) 니켈 알루미나이드 로의 롤은 표준 내열성 금속으로부터 제조된 롤과 비교하여 개선점을 갖는다. 니켈 알루미나이드 로 롤은 "블리스터(blister)"로 불려지는 결함이 나타나지 않으며, 작동중에 뒤틀리지 않으며, 롤의 상부를 통과하는 스틸 슬래브를 긁지 않으며, 스틸 슬래브 상에 산화물 픽업(pick-up)을 초래하지 않는다. 그 결과, 니켈 알루미나이드 롤은 제품의 질을 개선시키며, 로 생산율을 증가시키며, 유지 비가동 시간(maintenance downtime)을 감소시키고, 그리고 유지 비용을 감소시킨다. 일부 니켈 알루미나이드 합금, 및 종래의 내열성 크롬-니켈-철 합금의 적절한 화학 조성에 대한 비교는 하기의 도표 I에 도시되어 있다.
도표 I(중량% 수치)
| Al | Cr | Mo | Zr | B | Ni | Fe | |
| IC-396M(니켈알루미나이드) | 8.0 | 7.7 | 1.4 | 1.7 | 0.005 | 81 | --- |
| IC-221M(니켈알루미나이드) | 8.0 | 7.7 | 3.0 | 0.8 | 0.005 | 81 | --- |
| HK(종래 합금) | --- | 26 | --- | --- | --- | 20 | 잔여물 |
| HP(종래 합금) | --- | 26 | --- | --- | --- | 35 | 잔여물 |
다양한 종래 기술의 롤 조립체는 롤 몸체의 단부에 용접된 트러니온을 갖추고 있다. 종래에는, 용접 가공은 경제적인 조립체를 제조하기 위해 필요하다고 여겨진다. 하나의 종래기술에서, 롤 조립체, IC-396M 니켈 알루미나이드 롤 몸체는 니켈 알루미나이드 트러니온에 용접되어 있다. 그러나, 1개월의 수용되지 않는 단시간 후에 용접물이 파쇄되고 롤 조립체는 작동이 중단되었다. 결국, 니켈 알루미나이드 합금이 용접 가공에 적합하지 않음이 결론지어졌다.
그러나, 당업자는 상업상 가공의 바람직한 방법으로 용접을 인지하고 있으므로, 고가의 용접 개선 작업은 IC-396M 합금 보다는 보다 용접가능한 합금인 니켈 알루미나이드 합금 IC-221M 을 개선시키기 위해 수행되어졌다. 가스 텅스텐 아크 용접 기술은 IC-221M 합금의 롤 몸체 및 트러니온을 조립하기 위해 개선되어졌다. (산텔라, 엠의 '96 ASM 인터내셔날 1996 pp 321-327 로부터 " Ni3Al 및 Fe3Al 합금의 용접 개요" 참조) 그러나, 니켈 알루미나이드 롤 및 트러니온용 가스 텅스켄 아크 용접 기술을 이용하여 조성된 5개의 롤 중 세개의 롤이 1 내지 14일의 단 주기 중에 용접 크래킹으로 인해 손상되어졌다. 장기간의 용접된 니켈 알루미나이드 가공은 신뢰성이 없는 것으로 여겨진다.
이러한 산업은 니켈 알루미나이드 합금 성분이 장기간의 작동으로 연속적으로 용접 가공된다 하더라도 니켈 알루미나이드 롤 조립체의 비용은 종래의 내열성 합금과 비교하여 상당히 고가이다. 니켈 알루미나이드 롤 조립체는 종래의 롤 보다 2.5배 내지 3배 더 고가이다. 그러나, 산업상 니켈 알루미나이드 롤 몸체가 열 처리 로에서 필료로 하는 우수한 성능을 제공함으로 인해 니켈 알루미나이드 롤 몸체를 이용하기 위한 방법을 찾으려 했다.
상기 산업은 제 1 합금으로 제조된 롤 몸체로 구성된 롤 조립체가 제 2 합금으로 제조된 트러니온에 용접될 수 없음을 단정하였다. 상이한 선형 팽창 계수를 갖는 합금 사이의 용접은 롤 몸체 및 트러니온의 상이한 열 팽창으로 인해 발생하는 응력을 용이하게 수용할 수 없다. 상기 용접은 롤 조립체 내의 열 구배에 의해 발생된 응력을 수용할 수 없다.
니켈 알루미나이드 롤 몸체에 저 비용의 종래의 합금 트러니온을 용접하기 위한 시도가 행해졌다. 그러나, 종래의 합금 및 니켈 알루미나이드 합금 사이에 존재하는 선형 열 팽창의 차이는 로 작동의 온도에서 용접 지점에 280 MPa(40,000 psi)정도의 상당한 폰 미제스 유효 응력(Von Mises effective stress)을 산출한다. 이러한 방식에서 제조된 두개의 롤 중의 하나는 허용되지 않은 4달 동안의 단주기 이후에 용접 접합부 내에서 손상된다.
유사한 선형 팽창을 갖는 합금으로부터 제조된 롤 몸체 및 트러니온으로 구성된 롤 조립체에서, 용접 필러 금속은 롤 조립체 내에서 응력을 수용하지 못한다. 예를 들어, 니켈 알루미나이드 용접물은 600 내지 1000℃ (1100 내지 1830。F)의 범위 내에서 단주기의 고온 항장 시험(tensile test) 내에서 측정된 5% 이하의 신장의 매우 낮은 연성을 갖는다. 니켈 알루미나이드 용접물 필러 금속은 깨지기 쉬우며 용접 필러 금속은 장기간의 성능에 만족스럽지 못하다.
개선된 롤 조립체를 생성하기 위한 종래의 시도에 근거하여, 용접 가공 및 상이한 합금에 요구되는 상업상 롤 조립체는 롤 조립체를 형성하기 위해 접촉하여 함께 가공할 수 없음을 단정했다.
롤 조립체는 열 처리 로(heat treatment furnace)를 통해 스틸 슬래브를 이동시키기 위해 이용되는 제강로 등을 포함한 강 제조 등에서와 같이, 다양한 고온 분야에서 이용된다. 롤 조립체는 전체적으로 원통형의 롤 몸체, 및 롤 몸체의 양단부에 위치된 헤드 또는 트러니온을 포함한다. 트러니온은 용접 가공 또는 표준 기계식 방법에 의해 롤 몸체에 단단하게 부착되어 있다. 도 1은 종래 기술에 의해 용접된 롤 조립체(10)를 개략적으로 도시하고 있다. 롤 몸체(12)는 용접물(18)에 의해 롤 몸체(12)에 부착된 트러니온(14,16)을 갖추고 있다. 롤 몸체(12)는 롤 몸체(12)로부터 지지 롤 샤프트까지 변형 형상으로 작동하는 트러니온(14,16)에 의해 지지되고 회전된다. 트러니온 부착물은 경질이며 고 강도의 접속부로 의도된다. 일반적으로, 트러니온 및 롤 몸체는 동일한 재료로 구성된다. 그러나, 소정의 기술적인 요구 조건을 충족시키는 동시에 경제적인 롤 조립체를 유지시키기 위해 요구되는 위치에 적절한 재료를 위치시키기 위해 트러니온과 상이한 재료로 제조된 롤 몸체를 갖는 것이 바람직하다.
도 1은 종래 기술인 롤 조립체를 개략적으로 도시한 도면.
도 2는 본 발명의 롤 조립체의 횡단면 부분을 개략적으로 도시한 도면.
도 3은 본 발명의 롤 조립체의 일부분의 단부를 개략적으로 도시한 도면.
도 4는 본 발명의 롤 조립체의 일부분의 단면을 개략적으로 도시한 도면.
도 5는 도 4의 선 5-5를 따라 취한 도면.
도 6은 도 4에 도시된 영역의 확대도.
본 발명은 롤 조립체 및 그 제조 방법에 관한 것이다. 롤 조립체는 일반적으로 원통형의 롤 몸체, 및 롤 몸체의 양 단부를 각각 결합시키는 제 1 및 제 2 헤드 또는 트러니온을 포함한다. 롤 몸체의 단부는 제 1 직경을 갖는다. 각각의 트러니온의 단부는 트러니온의 단부가 롤 몸체의 단부와 결합하도록 제 2 또는 외부 직경을 갖는다. 본 발명의 영역 내에서, 일실시예에서는, 롤 몸체의 단부는 트러니온의 내부와 끼워맞춤되며, 다른 실시예에서는 각 트러니온의 단부가 롤 몸체의 단부 내부로 끼워맞춤됨이 예상된다.
롤 몸체의 직경과 트러니온의 직경 사이에 정확하게 측정되거나 제어된 간극이 존재한다. 롤 몸체는 제 1 선형 열 팽창 계수를 갖는 제 1 재료로 제조되고 트러니온은 제 2 선형 열 팽창 계수를 갖는 재 2 재료로 제조된다.
제 1 재료인 롤 몸체와 제 2 재료인 트러니온 재료 사이의 선형 열 팽창 차이는 상이한 실시예에서 수용된다. 제 1 실시예에서, 실온에서 제어된 간극이 충분히 커서 롤 조립체가 소정의 작동 온도에 달하고 작동 온도에서 소형 간극이 유지됨에 따라 간극의 크기가 감소된다. 따라서, 트러니온의 팽창으로부터 롤 몸체 내에 응력이 유입되지 않는다.
제 2 실시예에서, 실온에서 제어된 간극이 존재하여, 롤 조립체가 소정의 작동 온도에 도달함에 따라 간극은 밀착되어 롤 몸체에 트러니온이 꼭 밀착되게 된다. 이러한 실시예에서, 롤 몸체와 트러니온 사이의 작동온도에서 제어된 억지 끼워맞춤(interference fit)이 발생되며, 롤 조립체의 이용가능한 작동 수명중에 롤 조립체의 보전에 대한 본 미제스 유효 응력이 유지된다.
두 실시예에서, 롤 조립체가 고온 작동 조건에 놓여있지 않을 때 롤 몸체 및 트러니온은 기계식으로 함께 접속된다. 기계식 접속은 가열시 롤 몸체 및 트러니온 재료의 팽창을 제한하지 않고 롤 조립체가 보다 저온 상태에서 분리되지 않도록 한다. 높은 작동 온도에서 간극이 의도적으로 유지되는 상기 실시예에서, 기계식 접속은 롤 몸체 상의 하중을 트러니온에 전달하기 위한 수단을 제공한다. 작동 온도에서 제어된 억지 끼워맞춤이 전개되는 실시예에서는, 억지 끼워간섭 맞춤이 하중을 전달하고 기계식 연결에 대한 신뢰가 크게 낮아진다.
본 발명은 고온 상태에서 이용하기 위한 개선되고 경제적으로 가공된 롤 조립체를 제공하는 것이다. 본 발명의 일실시예에서, 니켈 알루미나이드 열 처리 로 롤 몸체는 저가의 합금으로 제조된 트러니온에 부착된다. 트러니온과 롤 몸체 사이에 제어된 간극은 실온 상태에서 제조된다. 핀 등의 기계식 접속기가 실온에서 롤 몸체 및 트러니온을 연결하기 위해 이용된다. 소정의 작동 온도에서 트러니온은 롤 몸체보다 더 팽창한다. 열 팽창의 차이는 상이한 실시예에서 적용된다. 일실시예에서, 작동온도에서 간극이 유지되며, 기계식 접속기는 모든 하중을 전달하기 위해 이용된다. 다른 실시예에서, 하중을 전달하기 위해 롤 몸체와 트러니온 사이에 억지 끼워맞춤이 발생된다. 그러나, 임의의 실시예에서, 억지 끼워맞춤이 이용될 때. 기계식 접속기는 롤 몸체와 트러니온 사이에 상이한 응력을 수용하기 위해 부가의 안정 측정기를 갖는 롤 조립체를 제공한다. 더욱이, 소정의 작동 온도에서, 기계식 접속기는 상이한 열 팽창이 자유롭게 발생될 수 있도록 무리없이 해제된다.
본 발명은 보다 낮은 열 팽창 재료가 롤 몸체 대신에 트러니온으로 이용되는 경우와 서로 상이한 고온 재료인 경우에 또한 유용하게 이용될 수 있다.
롤 몸체 및 트러니온에 대한 상이한 선형 열 팽창은 실온에서 롤 몸체와 트러니온 사이에 제어된 간극을 갖추고 있음으로써 달성된다. 기계식 접속기는 롤 몸체에 트러니온을 연결시키고 롤 몸체를 실온에서 보존하도록 이용된다. 기계식 접속기는 열 팽창의 차이가 자유롭게 발생되도록 충분하게 헐겁다. 제어된 간극은 롤 몸체 및 트러니온 내에 허용할 수 없이 높은 본 미제스 응력을 발생시키지 않고 소정의 작동 온도에서 롤 조립체의 가열중에 감소되거나 차단된다. 임의의 실시예에서, 간극이 제조되어, 소형 간극이 유지되고 기계식 접속기는 모든 서비스 하중을 전달한다. 다른 실시예에서, 간극은 제조되어 가열중에, 간극은 차단되며 롤 몸체와 트러니온 사이에 꼭 끼는 억지끼워맞춤이 전개된다. 억지 끼워맞춤은 서비스 하중을 전달하는 동시에 기계식 접속기는 하중 전달의 보조 수단으로 작동한다. 롤 몸체 및 트러니온을 포함하는 재료의 조성은 산업 서비스 요구량을 충족시키고 경제적인 롤 가공을 제공하기 위해 선택된다. 본 발명의 실시예들은 대략 840 내지 1010 ℃(1550 내지 1850。F)에서 작동되는 열 처리 로의 롤이 제공된다. 그러나, 본 발명은 상기 주어진 실시예들로만 제한된 것은 아니며, 이러한 실시예들은 본 발명을 특정 고온 분야에만 제한하지 않는다.
공칭 363.6 mm (14.313 inch) 의 외경 및 322.2mm(12.688 inch)의 내경을 갖는 IC-221M 니켈 알루미나이드 롤 몸체가 HK 합금 트러니온에 단단하게 부착될 때, 본 미제스 유효 응력은 도표 II에 도시된 HK 및 IC-221M의 선형 열 팽창 계수를 이용하여 계산된다.
도표 II
| 실온으로부터 900℃까지의선형 열 팽창 계수10-6/℃(10-6/。F) | |
| IC-221M 롤 몸체 | 15.8(8.8) |
| HK 트러니온 | 18.1(10.0) |
HK 합금 트러니온 및 니켈 알루미나이드 합금 롤 몸체 사이의 팽창의 차이는 각각 치밀하게 제조되었다면, 대략 0.64mm(0.025inch)이다. 또한, 작동 온도에서 탄성율에서의 차이를 고려하면, IC-221M에 의한 HK 의 제한된 팽창으로부터 본 미제스 유효 응력은 대략 280 MPa(40,000 psi)이다. 이는 안정한 설계 강도 레벨을 초과하고 허용되지 않는다.
도 2는 롤 몸체(22) 및 트러니온(30)을 포함하는 본 발명의 롤 조립체(20)의 일단을 개략적으로 도시하고 있다. 롤 조립체(20)는 일반적으로 롤 몸체(22)의 각 단부에 트러니온(30)을 포함하고 있는 것으로 이해된다. 보다 용이하게 이해하도록, 하나의 트러니온(30) 만이 도시되어 있으나, 본 발명은 롤 몸체의 각 단부에서 트러니온의 이용을 고려하고 있다. 롤 몸체(22)는 일반적으로 원통형상이며 양 단부(24)를 갖는다. 보다 쉽게 나타내기 위해, 롤 몸체의 한 단부(24) 만이 도시되어 있다. 그러나, 롤 몸체(22)의 (도시되지 않은)반대 단부는 롤 조립체에 대한 단부 이용 요구량에 따라 실질적으로 동일하거나 또는 상이한 형상을 갖는다. 롤 몸체(22)의 단부(24)는 소정의 내부 직경(26)으로 카운터보어되어 있다.
트러니온(30)는 소정의 외부 직경(36)으로 기계가공된 제 1 단부(34)를 갖추고 있다. 트러니온(30)의 제 1 단부(34)는 롤 몸체(22)의 카운터보어 내경(26) 내에 끼워맞춤되거나, 또는 축선으로 위치된다. 도면에 도시된 실시예에서, 트러니온(30)의 제 1 단부(34)는 롤 몸체(22)의 제 1 단부(24) 내에 축선으로 위치되며 롤 몸체(22)의 단부(24)의 내경(26)은 트러니온(30)의 제 1 단부(34)의 외경(36)보다 더 크다. 그러나, 본 발명의 영역 내에서 롤 몸체의 제 1 단부의 외부에 축선으로 위치된 트러니온의 제 1 단부 및 롤 몸체의 단부의 외경은 트러니온의 제 1 단부의 내경보다 더 작은 또 다른 실시예가 있음을 인지할 것이다.
도 3을 참조하면, 트러니온(30)이 냉온 또는 실온에서 롤 몸체(22)의 단부(24) 상에 위치될 때, 롤 몸체(22)의 내경(26)과 트러니온(30)의 외경(36) 사이에 소정의 간극(40)이 존재한다. 간극(40)의 길이는 롤 몸체(24)의 직경(26) 및 트러니온(30)의 직경(36) 사이의 차이로 결정된다 일실시예에서, IC-221M 니켈 알루미나이드 합금으로 제조된 롤 몸체(22)의 롤 몸체 단부(24)는 327.36 mm(12.888inch)의 내경으로 카운터보어링된다. HK 트러니온(30)의 외경(36)은 326.90 mm(12.87 inch)의 소직경으로 기계가공된다. 트러니온(30)이 롤 몸체(22) 내에 동축으로 위치되고 냉온 또는 실온 환경에서 조립될 때, 트러니온(30)의 외경(36) 및 롤 몸체(22)의 내경(24) 사이에 0.46 mm(0.018 inch)의 간격이 발생된다. 소정의 작동 온도에 노출됨에 따라, 롤 몸체(22) 및 트러니온(30)은 상이한 속도에서 팽창한다. 본 미제스 유효 하중은 안전 설계 응력 이내인 70 MPa(10,000psi)이하이다. 0.46 mm(0.018 inch)의 팽창 거리는 간극(40)의 길이를 팽창시키거나 감소시킴으로써 트러니온(30)에 의해 적용된다. 잔여 0.18 mm(0.007 inch) 의 팽창 차이는 작동 온도에서 제어된 밀착 억지끼워 맞춤을 제공하기 위해 계산된다.
또 다른 실시예에서, 롤 몸체(22) 및 트러니온(30)은 HK 합금 트러니온(30)과 니켈 알루미나이드 합금 롤 몸체(22) 사이의 팽창의 차이가 대략 0.64 mm(0.025 inch)일 때와 같이 억지끼워 맞춤 없이 함께 연결된다. 실온에서 간극(40)이 최소 0.64 mm(0.025 inch)로 제조될 때, 작동 온도에서 억지 끼워맞춤은 전개되지 않을 것이다.
임의의 실시예에서, 실온에서 트러니온(30)은 도 4 및 도 5에 도시되어진 바와 같이 핀 등의 다수의 기계식 접속기(44)에 의해 롤 몸체(20)에 체결된다. 롤 몸체(22)의 단부(24)는 이를 통해 연장하는 다수의 방사상으로 연장하는 개구(28)를 갖는다. 트러니온(30)의 단부(34)는 다수의 방사상으로 연장하는 보어(38)를 갖는다. 기계식 접속기(44)는 롤 몸체(22)의 단부(24) 내의 방사상으로 연장하는 개구(28)를 통해 위치된다. 각각의 개구(28)는 트러니온(30)의 단부(34) 내에 대응하는 방사상으로 연장하는 보어(38) 와 방사상 정열 관계에 놓여져 있다. 보어(38)는 원심 단부(39)에서 종결되어질 것이다. 기계식 접속기(44)는 롤 몸체(22)의 개구(28) 및 트러니온(30)의 보어(38) 내에 위치된다. 기계식 접속기(44)는 보어(38)의 원심 단부(39)와 접촉하는 원심 단부(46)를 갖는다. 본 발명의 영역 내에서, 보어(38)는 트러니온(30)의 단부(34)르 통해 연장될 수 있다. 기계식 접속기(44)는 트러니온(30) 너머로 연장할 수있으며, 스냅식 링(도시되지 않음) 또는 다른 잠금 장치로 체결될 수 있다.
기계식 접속기(44)는 로의 가열 및 냉각 주기 중에 의도된 열 팽창의 임의의 제한 요소가 방지되도록 실온에서 롤 몸체(26) 및 트러니온(30) 내에서 온당하게 헐거워진 맞춤을 제공하기 위해 소정의 직경을 갖는다. 기계식 접속기(44)는 롤 조립체(20)가 실온에 놓여있을 때 개구(28) 및 보어(38) 내에 위치된다. 실온에서 롤 몸체(22)와 트러니온(30) 사이에는 억지 끼워맞춤이 존재하지 않는다. 더욱이, 기계식 접속기(44)는 롤 몸체(22)를 트러니온(30)에 헐겁게 연결시킨다. 롤 몸체(22) 및 트러니온(30)이 가열됨에 따라, 롤 몸체(22) 및 트러니온(30)의 팽창될 여지가 있다.
기계식 접속기(44)는 트러니온(30)과 롤 몸체(22)의 정열을 유지시키며 실온에서 존재할 수 있는 임의의 응력들을 지지한다. 개구(28) 및 보어(38) 내의 기계식 접속기(44)는 롤 조립체(20)가 실온에 놓여 있을 때 롤 몸체 트러니온 조인트에 지지부를 제공한다. 또한, 기계식 접속기(44)는 롤 몸체(22)와 트러니온(30) 사이의 억지 끼워맞춤에 의해 설명될 수 없는 임의의 차등 응력을 수용할 수 있다. 그러나, 본 발명의 영역 내에서 실온에서 롤 몸체(22)를 트러니온(30)에 기계식으로 부착시키기 위한 다른 방법이 또한 가능하다.
기계식 접속기(44)는 롤 조립체(30)에 의해 경험된 모든 기계식 하중을 견디도록 설계되어 있다. 기계식 접속기(44)는 합금 트러니온(30)과 니켈 알루미나이드 롤 몸체(22) 사이의 열 팽창의 차이를 하용하여 제한 요소없이 발생토록 한다.
임의의 실시예에서, 억지 끼워맞춤을 방지하는 잇점은 제어된 간극의 제조 공차가 보다 커져서 조립하기 이전의 기계가공 공정을 간단하게 하며, 장시간의 억지 끼워맞춤에 대한 관심은 없어진다. 롤 몸체에 트러니온을 결합시키기 위해 이용되는 억지 끼워맞춤이 없는 상기 실시예에서, 기계식 접속기의 조성 및 크기는 트러니온 및 롤 몸테의 조성 및 크기와 양립하도록 선택되며, 본 발명의 영역 내에서 변형될 수 있음을 인지할 것이다.
조립중에 롤 몸체(22) 및 트러니온(30)을 적절하게 정열하는 것은 중요하다. 트러니온 및 롤 몸체를 적절한 동축 관계의 위치로 허용하기 위해 실온에서 비교적 큰 간극(40)이 요구된다. 그러나, 트러니온(30) 및 롤 몸체가 조립될 때 롤 몸체(22)의 단부(24)와 트러니온(30)의 단부(34) 사이에 동심성(즉, 동축 배열)을 유지할 필요가 있다. 트러니온(30)은 롤 몸체(22)의 단부(26) 내에 방사상으로 연장하는 개구(28)의 형성 및 트러니온(30) 내의 보어(38)가 형성되기 이전에 롤 몸체(22)의 단부(24) 내에 위치된다.
도 6에 도시되어진 것과 같이, 롤 몸체(22)와 트러니온(30) 사이의 동심성은 각각의 트러니온(30)의 단부(34)의 적어도 일부분 둘레로 주변부로 연장하는 적어도 한 층의 분쇄 재료(50)를 위치시킴으로서 유지된다.
바람직한 실시예에서, 이러한 분쇄 재료(50)는 실질적으로 트러니온(30)의 단부(34) 및 롤 몸체(22)의 단부(24) 주변부를 둘러싸고 있다. 그러나, 본 발명의 영역 내에서 롤 몸체(22) 및 트러니온(30)을 동축 관계로 유지시키기 위해 심(shim)으로 작동하는 다수 섹션의 분쇄 재료(50)(도시되지 않음)가 트러니온(30)의 단부(34)의 주변부 및/또는 롤 몸체(22)의 단부(24)의 내부 직경(26) 부분 상의 주변부에 위치될 수 있다. 또한, 임의의 실시예에서, 기계식 접속기(44)가 보어(38) 내에서 고착되지 않도록 보어(38)의 원심 단부(39) 내에 추가의 분쇄 재료(54)가 위치될 수 있다.
분쇄 재료(50)는 트러니온 단부(34)와 롤 몸체 단부(24) 사이에 균일한 간극(40)을 유지하여 방사상으로 연장하는 개구(28) 및 보어(38)가 형성될 때, 개구(28) 및 보어(38)가 방사상 배열에 놓여 있게 된다. 롤 몸체 조립체(20)가 소정의 작동 온도로 상승될 때, 재료(50)는 분쇄되어 상이한 금속의 롤 몸체(22)와 트러니온(30)의 자유로운 팽창에 요구되는 소정의 간극(40)이 유지된다.
상기 설명에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 본 발명을 상세하게 설명하였지만, 본 기술 분야의 숙련된 당업자들은 하기의 특허 청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역을 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
Claims (15)
- 고온 분야에서 이용하기 위한 롤 조립체에 있어서,제 1 선형 열 팽창 계수를 갖는 제 1 재료로 구성되며, 각각 제 1 직경을 한정하는 양 단부를 갖는 롤 몸체, 및제 2 선형 열 팽창 계수를 갖는 제 2 재료로 구성되며, 제 2 직경을 한정하는 제 1 단부를 갖는 적어도 하나의 트러니온을 포함하며,실온에서 상기 롤 몸체의 상기 제 1 단부가 상기 트러니온의 제 1 단부에 위치되거나 또는 상기 트러니온의 상기 제 1 단부가 상기 롤 몸체의 제 1 단부 내에 위치될 때 소정 거리의 간극이 존재하며,상기 간극의 거리는 상기 롤 몸체의 제 1 직경 및 상기 트러니온의 제 2 직경 사이의 차이에 의해 정의되며,상기 간극은 상기 롤 조립체가 소정의 상승된 온도에 놓여져 있을 때 상기 롤 몸체 및 상기 트러니온 사이에서 감소되는 롤 조립체.
- 제 1 항에 있어서, 상기 간극은 밀착되어, 상기 롤 몸체의 단부와 상기 트러니온의 단부는 상기 롤 몸체 및 상기 트러니온이 소정의 상승된 온도에 놓여져 있을 때 억지 끼워맞춤으로 인해 결합되는 롤 조립체.
- 제 1 항에 있어서, 상기 롤 몸체는 실온에서 적어도 하나의 기계식 접속기에 의해 상기 트러니온에 부착되는 롤 조립체.
- 제 3항에 있어서, 상기 롤 몸체의 단부는 상기 트러니온의 제 1 단부내에서 다수의 방사상으로 연장하는 보어와 정열하는 다수의 방사상으로 연장하는 개구를 포함하며, 상기 롤 몸체는 상기 방사상으로 연장하는 개구 및 보어 내에 위치된 다수의 기계식 접속기에 의해 상기 트러니온에 부착되는 롤 조립체.
- 제 4항에 있어서, 상기 기계식 접속기는 상기 롤 몸체 및 상기 트러니온이 억지 끼워맞춤으로 인해 결합되도록 하며, 상기 롤 몸체 및 트러니온은 기계식 접속기에 의해 상기 롤 몸체 또는 상기 트러니온의 제지없이 선형 열 팽창을 겪는 롤 조립체.
- 제 4항에 있어서, 상기 소정의 상승된 온도에서 억지 끼워맞춤이 전개되지 않으며 상기 롤 몸체는 적어도 하나의 기계식 접속기에 의해 상기 트러니온에 부착되는 롤 조립체.
- 제 3항에 있어서, 상기 기계식 접속기는 핀을 포함하는 롤 조립체.
- 제 1항에 있어서, 상기 롤 몸체의 단부는 상기 트러니온의 제 1 단부의 외경보다 더 큰 내경을 가지며, 이로 인해 상기 트러니온의 상기 제 1 단부가 상기 롤 몸체의 상기 제 1 단부 내에 축선으로 위치되는 롤 조립체.
- 제 1 항에 있어서, 상기 롤 몸체의 상기 단부는 상기 트러니온의 내경보다 더 작은 외경을 가지며, 이로 인해 상기 트러니온의 상기 제 1 단부가 상기 롤 몸체의 상기 제 1 단부의 외부에 축선으로 위치되는 롤 조립체.
- 제 1 항에 있어서, 상기 간극 내에 분쇄 재료가 위치되어, 상기 롤 조립체의 조립 중에 상기 롤 몸체 및 상기 트러니온이 동축관계로 고정되는 롤 조립체.
- 제 10항에 있어서, 상기 분쇄 재료는 상기 트러니온의 상기 제 1 단부의 외경 둘레 및/또는 상기 롤 몸체의 상기 단부의 내경 둘레로 주변부로 연장하는 롤 조립체.
- 제 10항에 있어서, 상기 분쇄 재료의 다수 섹션은 상기 트러니온의 상기 단부의 상기 외경의 적어도 일부분 및/또는 상기 롤 몸체의 상기 단부의 상기 내경의 적어도 일부분 상에 위치되는 롤 조립체.
- 제 1 항에 있어서, 상기 롤 몸체는 니켈 알루미나이드 합금을 포함하며, 상기 트러니온은 내열성 크롬-니켈-철 합금을 포함하는 롤 조립체.
- 제 10항에 있어서, 상기 니켈 알루미나이드 합금은 중량 비율로 대략 8.0%의 알루미늄, 대략 7.7%의 크롬, 대략 1.4%의 몰리브데늄, 대략 1.7%의 지르코늄, 대략 0.005%의 붕소, 및 대략 81%의 니켈을 포함하는 롤 조립체.
- 제 10항에 있어서, 상기 니켈 알루미나이드 합금은 중량 비율로 대략 8.0%의 알루미늄, 대략 7.7%의 크롬, 대략 3.0%의 몰리브데늄, 대략 0.8%의 지르코늄, 대략 0.005%의 붕소, 및 대략 81%의 니켈을 포함하는 롤 조립체.
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