DE1758029A1 - Stuetz- bzw. Treibwalze fuer Metall-,insbesondere fuer Stahlstranggiessanlagen - Google Patents

Description

DEMAQ Aktiengesellschaft, 41 Duisburg ι 7 r α η "> G l^c).3. I960

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Stütz- bzw. Treibwalze für Metall-, Insbesondere für 8tahlstranggießanlagen

Die Erfindung betrifft eine Stütz- bzw. Treibwalze für Metall-, insbesondere für Stahlstranggießanlagen mit zwangsgekUhLten Wellenabsätzen zur Aufnahme in Drehlagern.

Die bisher bekannten Stützwalzen sind wassergekühlt. Die Natur des mit der Stützwalze in Berührung befindlichen Gießstranges von höherer Temperatur bringt eine Wärmeübertragung durch Leitung vom Strang auf die Walze mit sich. Die Walze erfährt eine erhebliche Aufheizung, die Jedoch nur so lange anhält, so lange die Kontaktzeit zwischen Strang und Walze andauert. Im wesentlichen gelangt die Wärme während der Berührungszeit vom Strang auf den Walzenmantel, der pro Umdrehung der ''alze erwärmt und wieder abgekühlt wird. Zwar kann mit Wasserkühlung innerhalb des Walzsnmantels eine Wärmeabfuhr in weiten Bereichen stattfinden, jpdoch stellt sich bei näheren Überlegungen heraus, daß üine solche Kühlung nicht immer günstig sein muß.

Die am Kontaktpunkt befindliche Umfangszone der Walze steht unter verschiedenen Spannungen. Zunächst wird die BerUhrungszone von außen aufgeheizt und an derselben Stelle von innen gekühlt. Der auftretende Temperatursprung von innen nach außen beträgt demnach einige 100 ⁰C, wonach sich die Wärmespannung von innen nach außen steigert. In Umfangsrichtung betrachtet besteht demnach außen eine starke Zugspannung, die in ihrer Größe nach dem Inneren der Walze zu abfällt.

Das'beständige Rotieren der Stütz- bzw. Treibwalzen in Stranggießanlagen bedeutet ein sich wiederholendes Aufheizen der Kontaktstelle, *ln nachfolgendes Abkühlen bis der Berüh-

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rungspunkt erneut mit dem Strang In Eingriff kommt. Während der Zelt eines UmLaufens kUhlt sich die Walze auch außen stark ab, und erfährt momentan während des BerUhrens eine erneute Aufheizung. Die In der Praxis beobachtete Wirkung bestätigte die Vermutung, daß in den meisten Fällen mit einem überschreiten der zulässigen Beanspruchung des Walzenwerkstoffes gerechnet werden muß. Die bekannten Walzen können deshalb nur beschränkt eingesetzt werden und unterliegen einer kurzen Lebensdauer, die der Forderung nach einem möglichst seltenen Aus- und Einbau von neuen Walzen nicht entspricht.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine bessere Walze zu schaffen, die den Mangel der OberflächenrissLgkelt und damit die Gefahr der Zerstörung nicht mehr aufweist.

Die Erfindung bedient sich des Grundgedankens, die Wärmeleitung an der Kontaktstelle zwischen Walze und Strang möglichst zu verzögern, wenn nicht gar weitestgehend auszuschalten, Eine solche Bremsung des Wärmeflusses wird gemäß der Erfindung erzielt durch einen Walzengrundkörper und einen Walzenpanzer von derartig unterschiedlichen Werkstoffen, daß neben einem minimalen Wärmeübergang der Walzenpanzerwerkstoff hohe Druckfestigkeit und extrem niedrige Wärmeleitfähigkeit bzw. eine hohe Schmelztemperatur besitzt. Der wesentliche Gedanke der Erfindung befaßt sich demnach mit einem Panzer, der neben einer ausreichenden Härte zum Anpressen der Walze an den Strang eine genügend hohe Wärmefestigkeit besitzen soll, damit eine den bisher bekannten Walzen eigene Wasserkühlung im Innern der Walze Überhaupt vermieden werden kann. Selbst wenn damit gerechnet werden müßte, daß während des Abgiefivorganges eine Aufheizung des Walzenmantels stattfindet, so kann diese jedoch deshalb nicht schädlich sein, weil die Aufheizung sehr gering bleibt und über die Dioke des Walzen«· mantels keine allzu großen TemperntUrsprünge besitzt. . ■"

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Der Vorteil der vermiedenen Wasserkühlung führt zu einem weitaus einfacheren Aufbau der Walze und läßt auf zusätzliche Einrichtungen, wie Wasseranschlüsse an den Lagerstellen sowie einen erhöhten Wasserdurchlauf, verzichten. Die Kühlung des V.alzenpanzers ohne Wasser beeinträchtigt die Kühlung der Drehlagerstellen in keiner Weise, die mit weitaus geringfügigerem Aufwand als bisher betrieben werden kann.

Kine ausreichende Festigkeit der Beschichtung mit Stoffen, die eine genügende Härte und eine geringe Wärmeleitfähigkeit aufweisen, bzw. einen hohen Schmelzpunkt besitzen, läßt sich nach der weiteren Erfindung dadurch vereinen, daß der Walzenmantel glatt und/oder mit radialen rillenartigen Vertiefungen versehen ist, deren Kontur durch eine Schicht keramischen, metallischen, metalloxydisehen oder pulvermetallurgischen Überzuges gebildet wird. Keramische Schichten lassen sich, mit Bindemitteln versehen, in kaltem Zustand aufbringen und bei verhältnismäßig niedrigen Temperaturen in besonderen Ofen aushärten. Die metallischen Schichten können aus der Gasphase aufgedampft werden. Metalloxydische bzw. pulvermetallurgische überzüge besitzen die Fähigkeit besonders hoher Härte und Temperaturbeständigkeit. Tie Sintertemperatur ist dabei technisch leichter zu erreichen als etwa die für die klassischen Verfahren notwendigen Schmelztemperaturen sehr hoch schmelzender Metalle, wie beispielsweise Wolfram, Molybdän, Tantal usw.. Es können aber auch Kombinationen von Metallen gesintert werden, die infolge zu großer Unterschiede im Schmelzpunkt oder durch Nichtinischbarkeit im flüssigen Zustand auf dem Schmelzwege überhaupt nicht auf die Walze gebracht werden könnten (Schwermetalle, hochprozentige Wolfram-Legierungen). Besondere Vorteile bieten für derartige Stranggießwalzen mit geeigneten überzügen Kombinationen von Netallen mit Metallverbindungen oder Nichtmetallen (Hartmetalle, Graphit, Wolfram mit Toriumoxyd, gesintertes Aluminium)· Für die Hitzebeständigkeit lassen sich auch andere Eigenschaften von entsprechenden Werkstoffen nutzbar machen: Es können poröse Sinterwerkstoffe verwendet werden, bei

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denen die Iorosltät eine Funktion uiiernnhtnen kann« beispielsweise läßt rieh Kohlenstoff üwi fw hen gesinterte Wolframteile oder andere Metalloxydpulver einbauen und stellt damit ei η Bindemittel oar, dan eine Isolierende Wirkung besitzt, indem er, Hohlräume der Übrigen Bestandteile der Stoff kombination ausfüllt. Dnn Aufpressen und Aufsintern auf die Stranggießwalze kann go durchgeführt werden, daß in beziag auf die Dimensionen exakte .Sinterkörper entstehen. Der Sinn der Verfahren ist in diesem Fall als praktisch abfallfreien Verfahren zum Aufbringen ues Walzenpanzers anwendbar«

In Verbesserung der Erfindung eignet sich als besondere wärmebeständiger Werkstoff, der hohen WalzdrUcken ausgesetzt werden kann, Glasfaserkunststoff. Der erfindungsgermiße Gegenstand ist danach derart ausgebildet, daß der 'Jrundkörjjer mit Strangmaterial aus Glasfaserkunststoff zu einer dienten, glatten Oberfläche umwickelt ist. Eine solche Umwicklung kann unter hoher Vorspannung erfolgen, wobei insbesondere die Querkontraktion der Werkstoffen Glasfaserkunststoff ausgenutzt werden kann. Dadurch entsteht eine hohe Fertigkeit, wobei bei der Belastung dur'h die Walzenanstellung die beanspruchung im Strangmaterial des Glasfaserkunststoffes nicht etwa erhöht, sondern vermindert vdrd. Derartige bandagen können Temperaturen bis zu 2-"-.0O ⁰C ertragen, mit denen im Betrieb der Stranggießanlage nicht gerechnet zu werden braucht.

Das Aufbringen von Glanfaserkunststoffbandagen kann nach der weiteren Erfindung auch dadurch erfolgen, daß der Walzenkörper in Achsenrichtung mit profiliertem Strangmaterial aus Glasfaserkunststoff umwickelt ist.

Nach der weiteren Erfindung besteht auch die Möglichkeit, daß metallische, keramische oder metalloxydische feinkörnige Druckkörper in eine den Walzengrundkörper isolierende Grundschicht zu einer glatten Oberfläche eingebettet sind. Vorteilhafterweise handelt es eich hier um solche Grundschichten,

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die unter dem Einfluß von Wärme aushärten, um später höhere Temperaturen als die Aushärtetemperatur ertragen zu können.

In der Zeichnung sind Ausführungsbelsplele der ErfLndung schematisch dargestellt und im folgenden näher erläutert.

Die Fig. 1 stellt die erfindungsgemäße Walze In einer Gesamtansicht dar, wobei die linke Seite aufgeschnitten gezeichnet ist; FLg. 2 bis 7 zeigen Einzelheiten in vergrößerter

Darstellung des in Figur 1 gezeichneten Kreises.

Gemäß Fig. 1 besitzt die Walze 1 den zylindrischen Mittelteil 2, der auf die verschiedensten Arten gegen Hitze des Gießstranges, der welter nicht gezeichnet 1st, mit einem Panzer 'f> versehen Lst. Beidseitig des zylindrischen Mittelteiis 2 liegen die Lagerabsätze 4 und ^l), die über Jeweils runde Übergänge 6 an den Mittelteil 2 angeschlossen sind. Zur Aufhängung der V/alze in ihrem Stützgerüst dienen die weiteren Zapfen '( und 6, wobei Kühlniittelkanäle 9 Kühlwasser an die Lagerabsätze 4 und 5 heranführen bzw» ableiten. Eine Kühlung für den Panzer 3 1st nicht vorgesehen.

Die Einzelheit, die in dem mit 10 bezeichneten Kreis umfaßt 1st, zeigen die Figuren 2 bis 5 und 7 in vergröf3erter Darstellung.

Mach dem AusfUhrungsbeispiel gemäß Flg. 2 ist der Walzengrundkörper 11 mit Rillen 12 versehen, die In IJmfarigsrichturig verlaufen. Die gebildeten Rillen 12 sowie der übrige zylindrische Teil 13 werden von einem druckfesten und hitzebeständigen bzw. schlecht wärmeleitenden Überzug 14 bedeckt. Dieser Überzug kann, wie bereits erwähnt, keramischer, metallischer, metalloxydlscher oder pulvermetallurgischer Art sein oder auch aus Kombinat Ionen dieser V/erkstoffe bestehen.

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In FLg. 5 sind dLeselben Rillen 12 In den Walzerigrundkörper 11 eingearbeitet, jedoch die zylindrischen Abschnitte 13 etwas tiefer gelassen, so daß der überzug Ik eine zylindrische Kontur 15 ergibt.

Aus FLg. 4 geht eLne voll durchgehende zylindrische Auslegung 16 hervor, die über die nahezu volle Länge des Qrundkörpers verläuft. In dLeser liegen radial gewickelt Glasfaserstränge 17, die Ln einzelnen Schichten iri aufgebracht sind. Die Schichten l8 können in Umfangsrlchtung vorgespannt sein oder auch aus profilierten, nebeneinander liegenden Schichten bestehen, wie dies Ln Flg. 5 gezeigt 1st. Dort besitzen die Strenge I7 Profllvorsprünge I9, wöbeL Jeweils benachbarte Stränge I7 ineinandergreifen und so eine dichte Packung erzeugen.

In FLg. 6 weicht der Verlauf des aufgebrachten Strangmaterials von der Umfangsrlchtung ab. Die Stränge I7 verlaufen in axialen Nuten 20 des Walzengrundkörpers 11 und werden ähnlich der bei Elektromotoren bekannten Wickelköpfe (Flg. 7) an den Stirnseiten des Mittelteils 2 durch öffnungen 21 geführt und straff gespannt.

DLe öffnungen 21 bilden durchgehend über den Mittelteil 2 verlaufende Kanüle, die gleichzeitig eine Kühlung des Walzengrundkörpers 11 bewLrken.

Die Erfindung kann auch Ln anderer Ausführung als in den Figuren 2 bis 7 dargestellt angewendet werden. Beispielsweise 1st es möglich, geschichtete Ringe in größerer Anzahl auf den Walzengrundkörper aufzuschieben und gegen Verdrehen zu sichern. Die Panzerung kann dann auf die Ringe aufgebracht sein, was durch mehrere Verfahren möglich ist.

Es 1st vor allen Dingen wichtig, eine scharfe Trennung zwischen dem Panzer 3 und dem Walzengrundkörper 11 durchzuführen, wo· bei auch andere Isollermlttel zwischengeschaltet werden können· Auf diese Weise gelingt es, die bisherige Wasserkühlung völlig

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zu umgehen und mit ungekühlten Walzen zu arbeiten, bei (ionon zwar eine geringfügige Temperaturerhöhung hingenommen verden muß, die jedoch nicht riChMdllch iyt, da file keine unzulärnig hohe I.eansnruchung bedeutet.

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1. DEMAG Aktiengesellschaft, 41 Duisburg

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   1. :3tütz- bzw* reibwalze für Metall-, insbesondre für ntahlstr^änggiefläniag^H mit iwahÄsgfeidlhiten WelUhÄb« Sätzen Eüf Aüfnählilfe in Dffehlagefn, gekennzeichnet fluTen einen Waliengfundkörper (U) und einen Walaenpanzer ($) Vöh derär-tig uhterschieai Werkstoffen, dläö ttiBfert eihettt ffiiftliäiih W.Hi*fti§üb§F§afi! der WalzehpanzefWefksfeöff höhe ÖfUekfifetigkeil tifiQ niedrige Viärmelfeitiahigkelt bzw. eine hohe tut¹ besitzt*

   2. ütiitz*· bzw. irelb^aize nach AhsfiFÜGh i» dadurch gekennzeichnet,

   daß der Wäizenfj&nsser (3) glatt und/öder mit lh tlüsfättgs* richtung Hl lehnet igen Vertiefungen (12, 13) versehen ist, deren Kontur durch eine Schicht keramischen, metal* Iisehen, metalloxjfdischen oder pulvermetallurgiseheft Uuerzuges (14) gebildet wird.

   Stutz« Lzw. Treibwalze nach den Ansprüchen 1 UHd 2, dadurch gekennzeichnet,

   dal der V.'alzengrundkörper (11) mit Strangmateri&l aus Glasfaserkunststoff (1?) ^u einer dichten, glatten Oberfläche (15) Umwickelt

   '). Stütz- bzw« Treib walze nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet,

   daß der Vialzengrundkörper (11) in Achsenrichtung mit profiliertem Etrangfoaterial (17) aus Glai-fäsei*künstetöff umwickelt ist.

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   5. Stütz- bzw. Treibwalze nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet,

   daß metallische, keramische oder metalloxydische, feinkörnige Druckkörper in eine den Walzengrundkörper (11) isolierende, unter Wärme aushärtbare Grundschicht zu einer glatten Oberfläche (15) eingebettet sind.

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