WO2016107715A1 - Rolle für eine metallurgische anlage - Google Patents

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    • F16C2322/00—Apparatus used in shaping articles
    • F16C2322/12—Rolling apparatus, e.g. rolling stands, rolls

Definitions

  • the present invention relates to a roll for a metallurgical plant, such as a strand guide roll for
  • Guiding a metallic strand, preferably of steel, in a continuous casting machine or a guide roll for guiding a metallic strip in a hot rolling mill or through a metallic bath, preferably of zinc, for electroplating the strip, comprising:
  • roller shell surrounding the roller axis.
  • the invention expressly does not relate to a
  • Casting roll for strip casting of a metallic strip by two counter-rotating casting rolls. The pouring of a
  • twin roll casting Metallic strip through two casting rolls is referred to as twin roll casting.
  • a casting mirror is formed between two driven casting rolls and at the narrowest point (English, klsslng polnt) between the casting rolls from a solidified strip, which is pulled out by continuous.
  • the quality of the strand or the band can be improved, in the other case, an undesirable thermal expansion of the role can be compensated or reduced.
  • the object is achieved in the aforementioned role in that the roller shaft is connected to the roller shell at one point, preferably at least two points, via a ring and the ring is a heating element
  • the height H of the ring can be changed by ⁇ by heating the heating element. Due to the heating element, the temperature and consequently the
  • a ring with heating element is very simple and robust and particularly insensitive to high
  • Heating element spatially at least partially, preferably
  • the invention is not limited to rollers with a continuous roller axle and can be applied in the same way also for rollers in which the roller axle is formed from two stub axles.
  • roller axle a It is expedient if the roller axle a,
  • Roller axis is arranged a water guide for guiding the coolant, wherein preferably the coolant in the axial Direction, particularly preferably spirally in the axial and radial directions, along the inner surface of the roll shell can be performed.
  • the roller has a temperature sensor for
  • Temperature sensor is integrated and preferably the
  • the Amplifier is cooled by the cooling medium. Thereby, the signal level of the temperature signal (e.g., the voltage value of a thermocouple) can be increased, so that the
  • the point at which the roller axle is connected to the roller casing via a ring is arranged in an end region of the roller casing. Since usually a symmetrical profile of the strand or the band is desired, it is advantageous if the roller axle are connected to the roller shell via two rings, the
  • Strand guide roller with two bearings without bearing blocks 2 shows a schematic representation of the extent of a ring through a heating element
  • Fig 3 a ring with heating element
  • Figure 4 an electric heating element with electr. insulation
  • the roller 1 in a sectional view, which leads a semi-solid strand 30 made of steel with a liquid core 31 in a continuous casting machine.
  • the roller 1 is rotatably supported by two bearings 20 - here rolling bearings - which are supported on bearing blocks, not shown.
  • the rotatable, continuous roller axle 2 has a central channel 8 for guiding a cooling medium 40 such as water; the path of the cooling medium through the internally cooled roller 1 is shown by arrows.
  • a cooling medium 40 such as water
  • the path of the cooling medium through the internally cooled roller 1 is shown by arrows.
  • Between the rotatable roller shaft 2 and the cylindrical roller shell 3 are four rings. 4
  • each ring 4 is supplied via a slip ring 6 and a line 7 with electrical energy, so that the temperature of the ring 4 can be accurately adjusted.
  • the height change ⁇ of the ring 4 can be precisely adjusted so that e.g. an undesirable deflections of the
  • Roll shell 3 due to the ferrostatic pressure of the strand 30 and the temperature-induced strain can be reduced or compensated.
  • three plugs 9 are arranged inside the central channel 8, so that the cooling medium is forced to flow through the substantially radial stub lines 10 to the water jacket 11 around there maximum amount of heat from the red-hot strand 30
  • the ring with the roller shaft 3 and the roller shell is connected by a respective interference fit.
  • Coefficient of thermal expansion may be of interest as materials for the ring 4, especially as e.g. Mg has more than twice the thermal expansion coefficient as pure Fe.
  • FIG. 3 schematically shows a segment of a ring 4 with an integrated electrical heating element 5a.
  • Heating element 5a is completely integrated into the ring 4 and made helical.
  • Figure 5 shows the upper half of a roll for guiding a belt through a zinc bath in one
  • Roller 1 - connected to the roller shell 3 via a ring 4 with a heating element 5.
  • a heating element 5 By heating the ring 4 by means of the electric heater 5 can turn the Height of the ring can be adjusted so that, for example, the deflection of the roll shell 3 can be compensated or reduced.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Rolle (1) für eine metallurgische Anlage. Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, die Rolle (1) so zu verändern, dass deren Balligkeit auf einfache und robuste Art und Weise eingestellt werden kann. Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, dass die Rollenachse (2) mit dem Rollenmantel (3) an einer Stelle, vorzugsweise an zumindest zwei Stellen, über einen Ring (4) verbunden ist und der Ring (4) ein Heizelement (5) aufweist, wobei durch das Erwärmen des Heizelements (5) die Höhe H des Rings (4) um ΔΗ verändert werden kann.

Description

Beschreibung
Rolle für eine metallurgische Anlage Gebiet der Technik
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Rolle für eine metallurgische Anlage, wie eine Strangführungsrolle zum
Führen eines metallischen Strangs, vorzugsweise aus Stahl, in einer Stranggießmaschine oder eine Führungsrolle zum Führen eines metallischen Bands in einem Warmwalzwerk oder durch ein metallisches Bad, vorzugsweise aus Zink, zum galvanischen Beschichten des Bands, aufweisend:
- eine drehbare Rollenachse; und
- einen Rollenmantel der die Rollenachse umgibt.
Die Erfindung bezieht sich ausdrücklich nicht auf eine
Gießwalze zum Bandgießen eines metallischen Bands durch zwei gegenläufig rotierende Gießwalzen. Das Gießen eines
metallischen Bands durch zwei Gießwalzen wird als Bandgießen (engl, twin roll castlng) bezeichnet. Hierbei bildet sich zwischen zwei angetriebenen Gießwalzen ein Gießspiegel und im engsten Punkt (engl, klsslng polnt) zwischen den Gießwalzen ein durcherstarrtes Band aus, das durch kontinuierlich ausgezogen wird.
Stand der Technik
Aus der WO 2008/061635 AI ist eine Gießwalze zum Bandgießen bekannt, deren Balligkeit durch hydraulische Druckpolster zwischen der Rollenachse und dem Rollenmantel eingestellt werden kann. Da sich diese Erfindung nicht auf Gießwalzen für das Zweiwalzengießen erstreckt, kann dieses Dokument nicht den nächstliegenden Stand der Technik darstellen.
Zusammenfassung der Erfindung Die Aufgabe der Erfindung ist es, eine Rolle für eine
metallurgische Anlage, wie eine Strangführungsrolle oder einer Führungsrolle in einem Warmwalzwerk, zu finden, deren Balligkeit auf einfache und robuste Art und Weise eingestellt werden kann. Dadurch kann entweder das Profil eines von der Rolle geführten Strangs bzw. eines Bands beeinflusst werden oder es kann das Profil der Rolle selbst beeinflusst werden.
Im einen Fall kann die Qualität des Strangs bzw. des Bands verbessert werden, im anderen Fall kann eine unerwünschte thermische Ausdehnung der Rolle kompensiert bzw. verringert werden .
Diese Aufgabe wird durch eine Rolle nach Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche .
Konkret wird die Aufgabe bei der eingangs genannten Rolle dadurch gelöst, dass die Rollenachse mit dem Rollenmantel an einer Stelle, vorzugsweise an zumindest zwei Stellen, über einen Ring verbunden ist und der Ring ein Heizelement
aufweist, wobei durch das Erwärmen des Heizelements die Höhe H des Rings um ΔΗ verändert werden kann. Durch das Heizelement kann die Temperatur und in Folge die
Höhe des Rings verändert werden. Im Gegensatz zu mechanischen oder hydraulischen Aktuatoren zwischen der Rollenachse und dem Rollenmantel ist ein Ring mit Heizelement sehr einfach und robust und besonders unempfindlich gegen hohe
Temperaturen, wie sie in einer Stranggießanlage oder einem
Warmwalzwerk typischerweise auftreten. Auch piezoelektrische Aktoren sind aufgrund der hohen Temperaturen wenig geeignet, das Profil einer Rolle einzustellen. Die Änderung ΔΗ der Höhe eines Rings ist ΔΗ = Η0.α.ΔΤ, wobei Ho die Höhe des Rings vor der Temperaturänderung, α der lineare Wärmeausdehnungskoeffizient und ΔΓ die durch das Heizelement verursachte Temperaturänderung. Z.B. beträgt der lineare Wärmeausdehnungskoeffizient bei rostfreiem Stahl a = 17.10-6 1/°C . Durch die Höhenänderung des Rings / der Ringe kann die Balligkeit der Rolle gezielt eingestellt werden. Die Höhe des Rings kann besonders einfach eingestellt werden, wenn das Heizelement ein elektrisches Heizelement, z.B. ein Widerstands-Heizdraht , ist.
Die Bauweise der Rolle wird wenig verändert, wenn das
Heizelement räumlich zumindest teilweise, bevorzugt
vollständig, in den Ring integriert ist.
Insbesondere bei elektrischen Heizelementen ist zweckmäßig, wenn die Rolle einen Schleifring und eine Leitung vom
Schleifring zum Heizelement aufweist, sodass elektrischer Strom vom Schleifring über die Leitung zum Heizelement geleitet werden kann.
Die Erfindung ist nicht auf Rollen mit einer durchgehenden Rollenachse beschränkt und kann in gleicher Weise auch für Rollen, bei denen die Rollenachse aus zwei Achsstummeln gebildet wird, angewendet werden.
Hinsichtlich der Anwendung der Erfindung in einer
Stranggießanlage oder einem Warmwalzwerk ist es vorteilhaft, wenn die Rolle eine durch ein Kühlmedium innengekühlte Rolle ist. Außerdem ist es möglich, dass die Rolle oder auch der Strang bzw. das Band außerhalb der Rolle durch Kühlmittel gekühlt wird.
Dabei ist es zweckmäßig, wenn die Rollenachse einen,
vorzugsweise zentralen, Kanal für ein Kühlmittel aufweist.
Um die Stelle, an der der Ring auf dem Rollenmantel aufliegt, thermisch vom restlichen Rollenmantel zu isolieren, ist es vorteilhaft, wenn zwischen dem Rollenmantel und der
Rollenachse ein Wasserleitelement zur Führung des Kühlmittels angeordnet ist, wobei vorzugsweise das Kühlmittel in axialer Richtung, besonders bevorzugt spiralförmig in axialer und radialer Richtung, entlang der Innenfläche des Rollenmantels geführt werden kann. Vorzugsweise weist die Rolle einen Temperatursensor zum
Messen der Ist-Temperatur des Rings und eine Messleitung zum Leiten eines Messsignals vom Temperatursensor zu einem weiteren Schleifring auf. Durch die Temperaturmessung kann die Ist-Höhenänderung des Rings ausreichend genau bestimmt werden.
Dabei ist es vorteilhaft, wenn in die Rolle ein analoger oder digitaler Verstärker zum Verstärken eines Signals des
Temperatursensors integriert ist und vorzugsweise der
Verstärker durch das Kühlmedium gekühlt wird. Dadurch kann der Signalpegel des Temperatursignals (z.B. der Spannungswert von einem Thermoelement) erhöht werden, sodass das
Temperatursignal wenig von externen elektrischen oder
magnetischen Feldern gestört wird.
Bei einer zweckmäßigen Anordnung ist die Stelle, an der die Rollenachse mit dem Rollenmantel über einen Ring verbunden ist, in einem Endbereich des Rollenmantels angeordnet. Da meist ein symmetrisches Profil des Strangs bzw. des Bands gewünscht ist, ist es zweckmäßig, wenn die Rollenachse mit dem Rollenmantel über zwei Ringe verbunden sind, die
symmetrisch zu einer Mittelebene der Rolle angeordnet sind.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Weitere Vorteile und Merkmale der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung nicht
einschränkender Ausführungsbeispiele, wobei die Figuren zeigen :
Fig 1 : ein Schnitt durch eine erfindungsgemäße
Strangführungsrolle mit zwei Lagern ohne Lagerböcke Fig 2: eine schematische Darstellung der Ausdehnung eines Rings durch ein Heizelement
Fig 3: ein Ring mit Heizelement
Fig 4: ein elektrisches Heizelement mit elektr. Isolierung
Fig 5: ein Schnitt durch eine erfindungsgemäße
Strangführungsrolle mit einem einzigen Ring
Beschreibung der Ausführungsformen
Die Fig 1 zeigt schematisch die obere Hälfte einer
erfindungsgemäßen Rolle 1 in einer Schnittdarstellung, die einen teilerstarrten Strang 30 aus Stahl mit einem flüssigen Kern 31 in einer Stranggießmaschine führt. Die Rolle 1 ist durch zwei Lager 20 - hier Wälzlager - drehbar gelagert, die sich an nicht dargestellten Lagerböcken abstützen. Die drehbare, durchgehende Rollenachse 2 weist einen zentralen Kanal 8 zur Führung eines Kühlmediums 40 wie Wasser auf; der Weg der Kühlmediums durch die innengekühlte Rolle 1 ist durch Pfeile dargestellt. Zwischen der drehbaren Rollenachse 2 und dem zylindrischen Rollenmantel 3 sind vier Ringe 4
angeordnet, in die jeweils ein elektrisches Heizelement 5 integriert ist (siehe auch Fig 3 mit einer Darstellung des gewendelten Heizdrahts 5a im Ring 4) . Jeder Ring 4 wird über einen Schleifring 6 und eine Leitung 7 mit elektrischer Energie versorgt, sodass die Temperatur des Rings 4 genau eingestellt werden kann. Über die Temperatur des Rings 4 kann die Höhenänderung ΔΗ des Rings 4 genau eingestellt werden, sodass z.B. eine unerwünschte Durchbiegungen des
Rollenmantels 3 aufgrund des ferrostatischen Drucks des Strangs 30 und der temperaturbedingten Dehnung verringert bzw. kompensiert werden können. Um einen sog. hydraulischen Kurzschluss des Kühlmediums 40 zu vermeiden, sind im Inneren des zentralen Kanals 8 drei Stopfen 9 angeordnet, sodass das Kühlmedium gezwungen wird durch die im Wesentlichen radialen Stichleitungen 10 zum Wassermantel 11 zu strömen um dort eine größtmögliche Wärmemenge vom rotglühenden Strang 30
abzuführen. In der dargestellten Ausführungsform ist der Ring mit der Rollenachse 3 und dem Rollenmantel durch je eine Presspassung verbunden. Alternativ dazu wäre es bei größeren Ausdehnungen AR des Rings möglich, ein Dichtelement - bspw. einen O-Ring - in den Dichtfugen zwischen Rollenachse 2 und Ring 4 und Rollenmantel 3 und Ring 4 vorzusehen. Durch das Erwärmen eines Heizelements 5 im Ring 4 wird der Ring
erhitzt, sodass sich die Höhe des Rings um AH = Η0.α.ΔΤ
vergrößert. Bei einer Höhe des Rings Ho = S0mmr einem
linearen Wärmeausdehnungskoeffizienten von a = 17.10-6 1/°C ergibt sich bei einer Temperaturänderung von 100°C eine
Änderung des Radius ΔΗ = 85 τη. Hierbei ist interessant, dass Werkstoffe wie AI oder Mg aufgrund ihres hohes
Wärmeausdehnungskoeffizientens als Werkstoffe für den Ring 4 interessant sein können, zumal z.B. Mg einen mehr als doppelt so hohen Wärmeausdehnungskoeffizienten als reines Fe hat.
Die Fig 2 zeigt schematisch die Wärmedehnung eines Rings 4, der bei einer Temperatur To eine Höhe Ho aufweist, auf einen Ring 4 der bei einer Temperatur T = T0 + AT eine Höhe
H = H0 + AH , wobei gilt AH = H0.a.AT .
In Fig 3 ist schematisch ein Segment eines Rings 4 mit einem integrierten elektrischen Heizelement 5a gezeigt. Das
Heizelement 5a ist vollständig in den Ring 4 integriert und gewendelt ausgeführt.
Die Fig 4 zeigt ein elektrisches Heizelement 5a mit einer elektrischen Isolierung 5b.
Schließlich zeigt die Fig 5 die obere Hälfte einer Rolle zum Führen eines Bands durch ein Zinkbad in einer
Schnittdarstellung. Im Unterschied zu Fig 1 ist die
Rollenachse nur an einer Stelle - nämlich in der Mitte der
Rolle 1 - mit dem Rollenmantel 3 über einen Ring 4 mit einem Heizelement 5 verbunden. Durch das Erwärmen des Rings 4 mittels der elektrischen Heizeinrichtung 5 kann wiederum die Höhe des Rings angepasst werden, sodass bspw. die Durchbiegung des Rollenmantels 3 kompensiert bzw. verringert werden kann. 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.
Bezugs zeichenliste
1 Rolle
2 Rollenachse
3 Rollenmantel
4,4λ Ring
5 Heizelement
5a elektrisches Heizelement
5b elektrische Isolierung
6 Schleifring
7 Leitung
8 Zentraler Kanal
9 Stopfen
10 Stichleitung
11 Wassermantel
20 Lager
30 Strang
31 flüssiger Kern
40 Kühlmedium
H Höhe des Rings
ΔΗ Höhenänderung des Rings

Claims

Ansprüche
1. Rolle (1) für eine metallurgische Anlage, wie eine
Strangführungsrolle zum Führen eines metallischen Strangs (30), vorzugsweise aus Stahl, in einer Stranggießmaschine oder eine Führungsrolle zum Führen eines metallischen Bands in einem Warmwalzwerk oder durch ein metallisches Bad, vorzugsweise aus Zink, zum galvanischen Beschichten des
Bands, ausgenommen eine Gießwalze zum Bandgießen eines metallischen Bands durch zwei gegenläufig rotierende
Gießwalzen, aufweisend:
- eine drehbare Rollenachse (2);
- einen Rollenmantel (3) der die Rollenachse (2) umgibt; dadurch gekennzeichnet, dass die Rollenachse (2) mit dem Rollenmantel (3) an einer Stelle, vorzugsweise an zumindest zwei Stellen, über einen Ring (4) verbunden ist und der Ring (4) ein Heizelement (5) aufweist, wobei durch das Erwärmen des Heizelements (5) die Höhe H des Rings (4) um ΔΗ
verändert werden kann.
2. Rolle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das
Heizelement (5) ein elektrisches Heizelement (5a) ist.
3. Rolle nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Heizelement (5) räumlich zumindest teilweise, bevorzugt vollständig, in den Ring (4) integriert ist .
4. Rolle nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Rolle (1) einen Schleifring (6) und eine Leitung (7) vom Schleifring (6) zum Heizelement (5) aufweist, sodass elektrischer Strom vom Schleifring (6) über die Leitung (7) zum Heizelement (5) geleitet werden kann.
5. Rolle nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch
gekennzeichnet, dass sich die Rollenachse (2) über die gesamte Länge der Rolle (1) erstreckt.
6. Rolle nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Rollenachse (2) zwei Achsstummeln aufweist .
7. Rolle nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Rolle (1) eine durch ein Kühlmedium (40) innengekühlte Rolle ist.
8. Rolle nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Rollenachse (2) einen, vorzugsweise zentralen, Kanal (8) für ein Kühlmittel (40) aufweist.
9. Rolle nach einem der Ansprüche 7 bis 8, dadurch
gekennzeichnet, dass zwischen dem Rollenmantel (3) und der Rollenachse (2) ein Wasserleitelement zur Führung des
Kühlmittels angeordnet ist, wobei das Kühlmittel in axialer Richtung, vorzugsweise spiralförmig in axialer und radialer Richtung, entlang der Innenfläche des Rollenmantels geführt werden kann.
10. Rolle nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Rolle (1) einen Temperatursensor zum Messen der Ist-Temperatur des Rings (4) und eine Messleitung zum Leiten eines Messsignals vom Temperatursensor zu einem weiteren Schleifring aufweist.
11. Rolle nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass in die Rolle ein analoger oder digitaler Verstärker zum
Verstärken eines Signals des Temperatursensors integriert ist und vorzugsweise der Verstärker durch das Kühlmedium gekühlt wird .
12. Rolle nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Ring (4) thermisch vom Rollenmantel (3) isoliert ist.
13. Rolle nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Ring (4) in einem Endbereich des Rollenmantels (3) angeordnet ist.
14. System bestehend aus einer Rolle nach einem der
vorhergehenden Ansprüche mit einer Stromquelle und einer Leitung von der Stromquelle zum Schleifring der Rolle.
15. System nach Anspruch 14 mit einem Temperaturregler, der einen Soll-Temperatureingang und einen Ist-Temperatureingang aufweist, und einer Messleitung vom weiteren Schleifring zum Ist-Temperatureingang, wobei die Stromquelle vom
Temperaturregler derart eingestellt wird, dass die Ist- Temperatur der Soll-Temperatur weitestgehend entspricht.
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