DE2552418B2 - Führungsrolle für Stranggießanlagen, mit mehreren auf einer Achse gelagerten Rollenkörpern - Google Patents

Description

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Die Erfindung betrifft eine Lager-, Kühl- und Schmiervorrichtung für eine Führungsrolle mit starrer Achse in einem Strangführungsgerüst, wobei mehrere Führungsrollenkörper auf der Achse gelagert sind und in der Achse axiale Bohrungen mit davon ausgehenden radialen, zu den Lagern führenden Bohrungen vorgesehen sind.

In Stranggießanlagen wird der aus der Stranggießkokille austretende, lediglich im der Außenhaut erstarrte Strang von den Führungsrollen übernommen und anschließend der Auszieh- und Richtvorrichtung zugeführt.

Mit wachsendem Abstand des Strangquerschnitts von dem Gießpegel in der Stranggießkokille steigt der ferrostatische Druck des flüssigen Sumpfes des Stranges an. Da die erstarrte Außenhaut wegen ihrer geringen Festigkeit diese Kräfte nicht aufnehmen kann, müssen diese von den Führungsrollen des Rollenstützgerüstes aufgenommen werden.

Aufgrund der hohen mechanischen Beanspruchungen muß man bei durchgehenden Stützrollen Rollen mit einem großen Verhältnis von Durchmesser zur Länge verwenden. Mit wachsendem Rollendurchmesser wächst der Stützabstand des Stranges zwischen den einzelnen Rollen. Da die erstarrte Außenhaut des Stranges nur geringe Festigkeit hat, baucht sich der Strang zwischen den Rollen ab einem gewissen Stützabstand aus. Diese Ausbauchungen führen, wenn sie das zulässige Maß überschreiten, zu Innenrissen im Strang, wobei auch Risse in der Außenhaut nicht auszuschließen sind. Aus diesem Grunde können durchgehende Stützrollen, d. h. Stützrollen, die nur an ihren Enden gelagert sind, nur bis zu einer Länge von etwa zwei Metern verwendet werden, und zwar nur dann, wenn mit wachsenden*! Abstand der Stützrollen von der Stranggießkokille ein größerer Rollendurchmesser gewählt werden könnte, da hierdurch zwangsläufig die Ausbauchungen zwischen den Rollen größer werden und somit der Vergrößerung des Rollendurchmessers Grenzen gesetzt sind.

Mit steigendem Rollendurchmesser und damit steigenden Ausbauchungen des Stranges zwischen den Rollen kann auch die Gießgeschwindigkeit nicht weiter gesteigert werden, da dann die Auszugskräfte so groß werden, daß dadurch der Strang beschädigt wird und die beschriebenen Innen- und Außenrisse zur Zerstörung des Stranges führen würden.

Aus diesem Grunde setzt man ab einer gewissen Strangbreite Führungsrollen ein, auf deren Achse mehrere Rollenkörper drehbar gelagert sind. Zwischen den benachbarten Rollenkörpern sind Stützen angeordnet, die Teil des Strangführungsge*iistes sind.

Zu den mechanischen Beanspruchungen der Führungsrolle tritt noch eine erhebliche thermische Belastung durch die von dem heißen Strang abgegebene Strahlungswärme hinzu, da die Umfangsgeschwindigkeit der Führungsrolle so gering ist, daß die Rollenkörper einseitig für eine längere Zeit dieser Strahlungswärme ausgesetzt sind.

Eine Kühlung der drehbar gelagerten Rollenkörper erfolgte bisher mittels der sogenannten Spritzkühlung. Hierbei werden durch am Strangführungsgerüst angeordnete Düsen die Rollenkörper abschnittsweise entlang der Mantellinie und der Strang mit Kühlwasser beaufschlagt.

Durch das Beaufschlagen der Bramme mit Kühlwasser wird ihre Abkühlung beschleunigt. Hierbei muß die aufgespritzte Wassermenge in Abhängigkeit von der Gießgeschwindigkeit geregelt werden, da eine vorgegebene Sumpflänge nicht überschritten und die Abkühlung nicht zu schnell erfolgen darf: Je geringer die Gießgeschwindigkeit, um so geringer muß die aufgespritzte Wassermenge sein.

Bei Herabsetzung der Gießgeschwindigkeit wird auch die Umfangsgeschwindigkeit der Rollenkörper geringer. Hierdurch werden die Abschnitte der Rollenkörper einseitig eine längere Zeit der Strahlungswärme und damit einseitig einer höheren thermischen Belastung ausgesetzt, der durch eine erhöhte Kühlwasserzufuhr zur Außenkühlung der Rollenkörper abgeholfen werden müßte.

Diesen beiden einander widersprechenden Forderungen kann mittels der Spritzkühlung nicht Genüge getan werden, so daß man bisher im praktischen Betrieb zwischen diesen beiden Forderungen Kompromisse vornehmen mußte. Diese hatten zur Folge, daß man zum Teil erhebliche Lagerschäden bzw. Schäden am bzw. im Strang in Kauf nehmen mußte.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine von der Spritzkühlung unabhängige Lager-, Kühl- und Schmiervorrichtung der eingangs bezeichneten Art zu schaffen, bei der auch für eine ausreichende Lagerschmierung gesorgt ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die beiden, als Nadellager ausgebildeten Lager einer Führungsrolle in einem Ringraum zwischen dem Führungsrollenkörper und der festen Achse angeordnet sind, daß die äußere Stirnseite des einen Lagers mit der axialen und anschließenden radialen Bohrung für eine Kühlmittelzuführung verbunden ist und daß die äußere Stirnseite des anderen Lagers mit einer radialen und anschließend axialen Bohrung für die Kühlmittelabführung unter Ausbildung eines geschlossenen Kühikreislaufes in Verbindung steht, sowie daß die Oberfläche jeder Nadel des Nadellagers eine Dauerschmiermittelschicht aufweist.

Hierbei wird jeder Rollenkörper durch einen von den anderen Rollenkörpern unabhängigen Kühlkreislauf beaufschlagt. Während bisher das Schmiermittel den Lagern der Rollenkörper unter Druck zugeführt wurde und es gleichzeitig zum Abdichten der Rollenkörper an ihren Stirnseiten gegen die Welle diente, werden erfindungsgemäß die aufeinandergleitenden Teile der Rollenkörper lediglich mil einer dünnen Dauerschmiermittelschicht versehen, die während der Standzeit der Führungsrolle für eine ausreichende Schmierung sorgt. Dies ist jedoch nur dadurch möglich, daß die erfindungsgemäße Innenkühlung der Rollenkörper für eine niedrige Lagertemperatur sorgt, so daß die Schmiermittelschicht zwischen den nur langsam aufeinander reibenden Teilen geschlossen bleibt. Es stellte sich heraus, dab bei Verwendung von Wasser als Kühlmittel die Dauerschmiermittelschicht aus einer Mischung aus mikrofeinen Metallpartikeln, organischen Molekülen und Korrosionsinhibitoren in diesen Lagern beständig ist, falls dafür gesorgt ist, daß keine galvanischen Elemente durch die verschiedenen Werkstoffe gebildet werden.

Eine derartige Mischung ist unter dem Namen Belzona Anti-Seize bekannt (Belzona Verfahrenstechnik, Hamburg, Bericht Nr. 31 873).

Es sind zwar Rollen mit auf einer feststehenden Achse drehbar gelagertem Rollenkörper und zwischen dem Rollenkörper und der Achse, von den Endabschnitten mit den Lagern begrenzt, ausgebildetem Ringraum, wobei der Ringnum mit einer hydraulischen Flüssigkeit bzw. mit der schmierfähigen Flüssigkeit beaufschlagt wird, z. B. aus der Papiertechnologie bekannt, doch sind solche Rollen nur niedrigen Temperaturen ausgesetzt. Das durchfließende Öl braucht keine Kühlwirkung auszuüben, sondern es dient hauptsächlich dazu, den Rollenkörper axial zu fixieren,

Als Kühlmittel kann auch ein Gas mit hoher Wärmeleitfähigkeit verwendet werden, z. B. CO2 oder dergleichen, wobei zur Lagerschmierung ein an sich bekanntes Schmiermittel z. B. auch Graphit Verwen- dung findet. Je nach den betrieblichen Erfordernissen können die einzelnen Rollenkörper unabhängig voneinander in verschiedenem Maße. d. h. mit unterschied!]-chem Durchsatz an Kühlmittel beaufschlagt werden. Dies ist insbesondere dann erforderlich, wenn vorübergehend der Reibungsschluß zwischen Strang und einer Rolle aufgehoben ist und der Rollenkörper sich nicht mehr dreht. Da bisher für eine ausreichende Kühlung nicht mehr gesorgt war, heizte sich der Rollenkörper bis zur Zerstörung seiner Lager auf, so daß bei wiedereinsetzendem Reibungsschluß der Weitertransport des Stranges unterbunden wurde und der weitere Betrieb

lu zusammenbrach. Ein derartiges Aufheizen wird durch die erfindungsgemäßen Kühlkreisläufe ebenfalls vermieden. Ein besonderer Vorteil ist darin zu sehen, daß durch diese erfindungsgemäße Innenkühlung die einseitige thermische Belastung erheblich herabgesetzt wird,

π da durch eine entsprechende Vorgabe des Durchsatzes an Kühlmittel eine hinreichend starke Wärmeabfuhr erreicht wird, so daß in den achsnahen Zonen der Rollenkörper die Temperatur lediglich eine Funktion des Achsabstandes ist und nicht mehr davon abhängt, ob

2ii in radia'er Richtung eine Berührung der Mantelfläche mit dem heißen Strang staltfindet ■ iJer nicht.

Durch diese eifinuungsgernäßeii Maßnahmen wird erreicht, daß eine einseitige Kühlung der Rollenkörper in dem der Spritzkühlung zugewandten Bereich

:5 vermieden wird. Vielmehr wird durch die erfindungsgemäßrn Maßnahmen eine Innenkühlung der Rollenkörper vorgenommen, die eine gleichmäßige Abfuhr der Wärme bewirkt, wobei die der Strahlungswärme ausgesetzten Rollenabschnitte zusätzlich durch die

i'i Spritzkühlung gekühlt werden können. Im allgemeinen ist eine derartige zusätzliche Kühlung nicht erforderlich. Die Beaufschlagung des Stranges durch die Spritzkühlung sowie die Kühlung der Rollenkörper erfolgt demnach unabhängig voneinander. Damit wird eine

ij eindeutige Temperaturführung des Stranges ermöglicht, die wiederum einer, optimalen Einfluß auf die Strangqualität hat. Zur Erzielung einer möglichst gleichmäßigen Lagertemperatur stehen die radialen Bohrungen jeweils mit einer Ringkammei an der Stirnseite der Lager in Verbindung. Durch diese Maßnahme wird erreicht, daß das in Strömungsrichtung liegende erste Lager über seine Stirnseite gleichmäßig angeströmt wird, wobei über die kommunizierende Verbindung das zweite Lager duichstrcmt wird, das

r, Kühlmittel in die Ringkammer ar. der Stirnseite des zweiten Lagers gelangt und von dort über die radiale und die sich anschließende axiale Bohrung ebenso gleichmäßig abströmt. Durch die beiden Ringkammern wird einerseits der Strömungswiderstand herabgesetzt

Vi und zusätzlich durch die Ringkammer beim ersten Lager ein gleichmäßiges Anströmen seiner Stirnfläche erreicht. Durch eine entsprechende große Dimensionierung der radialen und axialen Bohrungen sowie der Rir ^kammern und der die beiden Lager verbindenden

>> kommunizierenden Verbindung wird der Strömungswiderstand herabgesetzt, so daß euerseits eine möglichst große Menge Kühlmittel die Rollenkörper durchströmt, oline daß eine hohe Strömungsgeschwindigkeit zur Erzielung eines ausreichenden Durchsatzes erforderlich ist, zum anderen ist es nicht erforderlich, allzu hohe Drücke anzuwenden, die zu Abdichtungsproblemen zwischen den Rollenkörpern, der S.ützringen und der Achse führen könnten.
Um eine möglichst gleichmäßige radiale Verteilung

■ des auf die Stirnseite des ersten Lagers strömenden Gemisches sowie ein entsprechendes gleichmäßiges Abströmen aus dem zweiten Lager zu erreichen, ist in weiterer Auseestaltune der Erfindune auf den Stirnsei-

ten eines jeden Rollenkörpers jeweils ein Stützring angeordnet, wobei jeder Stützring einen Bund mit auf seinem Rand verteilten Radialbohrungen hat und die Radialbohrungen mit der jeweiligen Ringkammer und über den Ringraum mit der radialen Bohrung der Achse kommunizieren.

In vorteilhafter Weise münden die radialen Bohrungen auf der Mantelfläche der Achse jeweils in eine Nut in Richtung der Mantellinie der Achse, so daß beim Aufschieben der Rollenkörper auf die Achse keine Zentrierungsproblemi; bei der Herstellung der kommunizierenden Verbindung zwischen den Radialbohrungen und den Ringkammern auftreten.

Zur Erhöhung der Kühlwirkung weist die Innenfläche der Rollenkörper Ringeinstiche zur Vergrößerung der Fläche für den Wärmeübergang auf.

Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung werden anhand eines Ausführungsbcispiels in der /-CiCiiMting riitiiCr CrinütCri. i_J5 ZCigi

F i g. I eine schematische Darstellung einer Führungsrolle mit vier auf einer feststehenden Achse drehbar angeordneten Rollenkörpern und

Fig. 2 einen Rollenkörper der Führungsrolle in Fi g. 1 im Längsschnitt.

Gemäß F i g. I sind vier Rollenkörper, la, \b. Ic und It/auf einer feststehenden Achse 2 drehbar angeordnet. Zwischen den Rollenkörpern sowie an den äußeren Stirnseiten des ersten und vierten Rollenkörpers labzw. \d sind für die feststehende Achse Stützen 3 bzw. 3a bzw. 3b angeordnet. Diese Stützen sind entweder mit dem Innenbogen bzw. Außenbogen des Strangführungsgerüstes verbunden. Dies ist schematisch durch die mit 4 bezeichnete Traverse, mit denen die Stützen verbunden sind, angedeutet. Die einander gegenüber angeordneten Führiingsrollen des Innenbogens und des Außenbogens begrenzen den Führungsspalt, durch den der Strang transportiert wird.

Für die beiden Rollenkörper la und Ib sind jeweils zwei von der Stirnseite der feststehenden Achse im Bereich der Stütze ausgehende axiale Bohrungen vorgesehen, die jeweils in eine radiale Bohrung übergehen, die mit einem der beiden Lager der Achse in Verbindung stehen. Die axiale Bohrung 5 geht in die radiale Bohrung 6 über, durch die das Kühlmittel zugeführt wird. Dieses Kühlmittel strömt durch die radiale Bohrung 6 die Stirnseite des Lagers 7 des Rollenkörpers 1 a an. durchströmt den Ringraum 8 sowie das Lager 9, und fließt durch die radiale Bohrung 10 und die sich anschließende axiale Bohrung 11 ab, die wie die axiale Bohrung 5 von der gleichen Stirnseite der feststehenden Ache ausgeht. Die axialen Bohrungen 5 und 11 stehen mit einer Einrichtung in Verbindung, die einerseits das Abkühlen des Kühlmittels sowie die Strömungsgeschwindigkeit steuert und, da nicht Teil der Erfindung, nicht dargestellt ist Entsprechend ist der Kühlkreislauf für den Rollenkörper Xb ausgebildet, wobei die axialen Bohrungen ebenfalls von dieser Stirnseite der Führungsrolle ausgehen. Die Kühlkreisläufe für die Rollenkörper Ic und Ic/sind entsprechend ausgebildet, jedoch mit dem Unterschied, daß die axialen Bohrungen von der rechten Stirnseite der feststehenden Achse im Bereich der Stütze 3b ausgehen.

Fig.2 zeigt einen Ausschnitt des Rollenkörpers la aus F i g. 1 im Längsschnitt

In der feststehenden Achse 2 führt die axiale Bohrung 5 zu der von ihr rechtwinklig in radialer Richtung abzweigenden radialen Bohrung 6. Diese mündet auf der Mantelfläche der feststehenden Achse in die sich in Richtung der Mantellinie erstreckende Nut 15, die zum Teil unterhalb des Innenrings des Lagers 7 verläuft und zum Teil über ihn vorsteht. Die Bohrungen 5 und 6 dienen zur Zufuhr des Kühlmittels. Zu seiner Rückführung sind in der feststehenden Achse weiterhin die axiale Bohrung M sowie die radiale Bohrung 10 vorgesehen, die ihrerseits ebenfalls in die sich in Richtung der Mantellinie erstreckende Nut 16 mündet. Der Rollenkörper la ist mittels der beiden Nadellager 7 und 9 auf der feststehenden Achse drehbar gelagert. Der Innenring des Nadellagers 7 bzw. 9 ist mit 17 h/w. 21 und der Außenring mit 18 bzw. 22, die Nadeln situi mit 19, 20 bzw. 23, 24 bezeichnet. Auf der feststehenden Achse 2 ist im Bereich des Nadellagers 7 der Stützring 25 angeordnet, der in eine Ausdrehung des Rollenkörpers ragt und mit der Stirnfläche der angeformten Schulter 26 gegen den Innenring 17 des Nadellagers 7 ansteht. Der Stützring 25 ist durch einen O-Ring 27 gegen die Welle abgedichtet, während ein Rotamatik-Ring 2« zwischen dem Rollenkörper und dem Stützring angeordnet ist. Auf diese Weise ist einerseits eine Abdichtung zwischen Welle und Stützring sowie zwischen Rollenkörper und Stützring erreicht, wobei zusätzlich eine geringe Verdrehbarkeit des Stützringes gegenüber dem Rollenkörper gewährleistet ist. Entsprechend steht auf der anderen Stirnseite des Rollenkörpers ein Stützring 29 mit einer angeformten Schulter 30 gegen dt ι: Innenring 21 des zweiten Nadellagers 9 an. Zu dem gleichen Zweck sind ein O-Ring 31 sowie ein Rotamatik-Ring 32 zwischen Stützring und Welle bzw. Rollenkörper angeordnet.

Die Schultern 26 bzw. 30 der Siützringe 25 bzw. 29 weisen Radialbohrungen 33 bzw. 34 auf. die in jeweils eine von der Ausnehmung der betreffenden Stirnseite des Rollenkörpers, dem jeweiligen Stützring und seiner angeformten Schulter sowie der Stirnfläche des betreffenden Nadellagers gebildete Ringkammer 35 bzw. 36 münden. In Richtung zur feststehenden Achse münden diese Radialbohrungen jeweils in einen als umlaufende Auskehlung ausgebildeten Ringraum 37 bzw. 38.

Über die Ringräume stehen die Radialbohrungen stets mit der zugeordneten Nut 15 bzw. 16 in Verbindung. Der Rollenkörper weist zwischen den beiden Nadellagern in axialer Richtung den Ringraum 8 auf, der in Richtung zur feststehenden Achse durch ein sogenanntes Distanzrohr 40 und Dichtungsteile 41, 44 zur Achse begrenzt ist. Der so gebildete Ringraum 8 stellt die kommunizierende Verbindung zwischen den beiden Lagern her. Zusätzlich weist die innere Mantelfläche des Rollenkörpers 1 Ringeinstiche 4. auf, die zur Vergrößerung der Fläche für den Wärmeübergang dienen.

Das über die axiale Bohrung 5 der radialen Bohrung 6 zugeführte Kühlmittel strömt in die längs der Mantellinie verlaufende Nut 15. Es strömt anschließend infolge der kranzartigen Anordnung der Radialbohrungen 33 über den Ringraum 37 gleichmäßig in die Ringkammer 35 und strömt aus dieser die angrenzende Stirnseite des Nadellagers 7 an, durchströmt nach Durchfluß des Ringraumes 8 das zweite Nadellager und strömt durch die Ringkammer 36 und die ebenfalls kranzartig angeordneten Radialbohrungen 34 durch die Nut 16, die radiale Bohrung 10 und die axiale Bohrung 11 ab.

Als Kühlmittel dient im Ausführungsbeispiel Wasser. Die Nadeln der Nadellager weisen eine Dauerschmiermittelschicht aus einer Mischung aus mikrofeinen Metallpartikeln, organischen Molekülen und Korro-

sionsinhibitoren auf. Diese Schicht ist wegen ihrer geringen Dicke nicht dargestellt. Diese Mischung ist unter der Bezeichnung Belzona Anli-Seize im Handel erhältlich (Prospekt 31 873 der f-irma Belzona Verfahrenstechnik).

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (6)

Patentansprüche:

1. Lager-, Kühl- und Schmiervorrichtung für eine Führungsrolle mit starrer Achse in einem Strangführungsgerüst, wobei mehrere Führungsrollenkörper auf der Achse gelagert sind und in der Achse axiale Bohrungen mit davon ausgehenden radialen, zu den Lagern führenden Bohrungen vorgesehen sind, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden, als Nadellager ausgebildeten Lager (7, 9) einer Führungsrolle in einem Ringraum zwischen dem Führungsrollenkörper (la, Xb, Xc, Xd) und der festen Achse (/T2) angeordnet sind, daß die äußere Stirnseite des einen Lagers (7) mit der axialen (5) und ι * anschließenden radialen Bohrung (6) für eine Kühlmittelzuführung verbunden ist und daß die äußere Stirnseite des anderen Lagers (9) mit einer radialen (10) und anschließend axialen Bohrung (11) für die Kühlmittelabführung unter Ausbildung eines geschienen Kühlkreislaufes in Verbindung steht, sowie daß die oberfläche jeder Nadei (i9,20,23,24) des Nadellagers (7, 9) eine Dauerschmiermittelschicht aufweist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Dauerschmiermittelschicht aus einer Mischung aus mikro'einen Metallpartikeln, organischen Molekülen und Korrosionsinhibitoren besteht.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch » gekennzeichnet, daß die radialen Bohrungen jeweils mit einer kingkammer (35) an der Stirnseite des zugeordneten Lagers in VerNndung stehen.

4. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, da? auf den Stirnseiten i*> eines jeden Rollenkörpers jeweils ein Stützring (25 bzw. 29) angeordnet ist und der Stützring einen Bund (26 bzw. 30) mit auf seinem Umfang verteilten Radialbohrungen (33 bzw. 34) hat und die Radialbohrungen mit der Ringkammer (35 bzw. 36) und über -to einen Ringraum (37 bzw. 38) mit der radialen Bohrung (6 bzw. 10) der Achse kommunizieren.

5. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die radialen Bohrungen (6,10) jeweils in eine Nut (15,16) in Richtung der ^4>> Mantellinien der Achse münden.

6. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Innenfläche der Rollenkörper (1) Ringeinstiche (45) zur Vergrößerung der Fläche für den Wärmeübergang aufweist. v>