EP0815970A1 - Walzgerüst zum Walzen von Bändern - Google Patents

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EP0815970A1
EP0815970A1 EP97110089A EP97110089A EP0815970A1 EP 0815970 A1 EP0815970 A1 EP 0815970A1 EP 97110089 A EP97110089 A EP 97110089A EP 97110089 A EP97110089 A EP 97110089A EP 0815970 A1 EP0815970 A1 EP 0815970A1
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EP
European Patent Office
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roller
roll
notch
stand according
roll stand
Prior art date
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EP97110089A
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English (en)
French (fr)
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EP0815970B1 (de
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Hans-Georg Dr. Hartung
Jochen Dr. Münker
Hans-Peter Richter
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SMS Siemag AG
Original Assignee
SMS Schloemann Siemag AG
Schloemann Siemag AG
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Publication date
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Application granted granted Critical
Publication of EP0815970B1 publication Critical patent/EP0815970B1/de
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21B—ROLLING OF METAL
    • B21B27/00—Rolls, roll alloys or roll fabrication; Lubricating, cooling or heating rolls while in use
    • B21B27/02—Shape or construction of rolls
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21B—ROLLING OF METAL
    • B21B27/00—Rolls, roll alloys or roll fabrication; Lubricating, cooling or heating rolls while in use
    • B21B27/02—Shape or construction of rolls
    • B21B27/03—Sleeved rolls
    • B21B27/05—Sleeved rolls with deflectable sleeves

Definitions

  • the invention relates to a roll stand with, if necessary, directly or supported by an intermediate roller to a backup roller, in particular work rolls axially displaceable in opposite directions.
  • this area can edge sharpening for strips of 1250 mm on an edge strip of about 15 to 40 mm width, which in the case poor friction between the rollers and the rolling stock, like him often due to the rough rollers in the last stand of a tandem mill occurs at a distance of more than 40 mm from the band edges Can enlarge area. It is therefore usually a Part of this sharpened edge area of uneven thickness removed by trimming the tapes. This trimming is with you further work step and thus corresponding costs as well as with an additional share of scrap.
  • each of the movable rollers over at least part of the length of the Roll bale a deviating from a straight line parallel to the axis, curved contour, which preferably extends over the entire length of the roll barrel and the contours of the two Rolling the pair of rollers only in a certain axial position the rollers complement each other without gaps.
  • the invention has for its object a rolling stand of the generic type
  • the invention makes it possible in the section with higher compliance the roller has both greater flattening and ovalization of the roller than in the rest of the area. By doing less compliant area, a larger effective one Reach the work roll radius with a corresponding decrease so that the band area assigned to this has a greater finished length than the adjacent part of the band. It can be a perform isolated tape edge treatment. Because the roll flattening behavior in the area of the strip edges can be changed that an indirect flat edge flatness control is achieved.
  • An embodiment of the invention provides that the roller from one roll core extending over a partial length of the bale exists, which has a lower modulus of elasticity than one roller jacket enveloping him. If such a roller, for example in a roller section from a combination of the roller core with lower (e.g. gray cast iron) and a roller jacket with a higher one Modulus of elasticity (e.g. steel) and in an adjacent section consists entirely of the material of the roller shell, oriented on the belt edge is used, both the band-centered Flatness as well as largely independent of the flatness of the Affect band edges.
  • the roller from one roll core extending over a partial length of the bale exists, which has a lower modulus of elasticity than one roller jacket enveloping him.
  • At least a roller in which there is between the journal and roller surface extending area at least one concentric about the axis running notch is provided.
  • This constructive design allows especially an isolated strip edge treatment.
  • the mode of action the roller is based on the different flattening behavior of the roller body provided with the concentric notch with the resultant hollow cladding Roll area or the full body of the roll adjoining the roll center. Due to the notch on one or both sides according to the invention can the larger flattening in the area of the strip edges due to the lack of internal support due to the material cut-out of the roll area close to the jacket.
  • roller according to the invention Only provide flattening at one end of the roller or journal. It can then be used in a preferred combination with a Identical other, axially movable roller ensure that a band edge-oriented positioning largely independent of the bandwidth can be made because of such interference of the flattening behavior on each roller and thus occurs on both band edges.
  • the notch In the case of a notched roller, the notch preferably runs from the front towards the middle of the roller.
  • the length of the Notch can be applied to the different rollers and the required rolling properties of the rolling stock for optimal influencing the flattening behavior of the rollers and the effect on the Band edges, d. H. Reduction of edge pressure and avoidance of Edge sharpening, be adjusted. Another optimization results itself by the advantageous opposite axial direction already mentioned Moving the pair of rollers.
  • the resulting material recess in the edge area of the Roll a roll area close to the jacket and an inner axis near the axis Roller area.
  • the roll area close to the jacket is corresponding the notch is hollow, d. H. this close to the coat It is in the roll area when the elastic material behavior is used possible, in the event of external loads caused by the rolling process Evade cavity. Consequently, the outer contour of the roller in flattened this area.
  • This configuration is not here on a concentric, annular notch per face of the Bounded roller body. It is still possible that several concentric notches in one end of the roller body are introduced.
  • the shape of the concentric notch is basically arbitrary. It is preferably based on the desired characteristic of the roller body and is optimal with finite element calculations predictable.
  • the radial axis is closer to the roll axis Notch surface parallel to the roller axis, while the Notch surface closer to the roll shell tapers to the notch base.
  • both those closer to the rolling axis run as well as the notch surface closer to the roll shell parallel to Roller axis to the notch base and thus have one over the Cross section seen constant distance from each other.
  • the notch is not runs essentially parallel to the roller axis, but from their frontal incision area in the direction of the roller axis or extends in the direction of the lateral surface, d. H. divergent or is designed to be convergent.
  • the outer contour of the notched roller can be chosen as desired. In the unloaded state, the outer contour of the roller part is included Full cross-section in the outer contour of the notched edge area continued. It can be z. B. a cylindrical or a barrel-shaped roller with conventional crowning. Nevertheless, special shapes are conceivable, such as a CVC cut. Basically, the shape and nature of the lateral surface are Roller not restricted; it can take any course.
  • roller notched according to the invention is more suitable band edge-oriented positioning due to the in the area of Belt edge lacking inner support of the roll shell a larger Flattening is experienced and, as a result, the strip edge is sharpened reduced
  • another aspect of the invention provides overall elasticity the edge area of the roller body on the choice of Material or composite material of a filler element that the Fully or partially filled notch, variably adjust to can.
  • the overall elasticity of the edge area then sets additive from the elasticity of the roll body shell and the elasticity of the filling element together.
  • the material of the filler element has a lower modulus of elasticity than that of Roll body, thus a more elastic roll edge area adjust.
  • the filling element can preferably be used as a plug or as a sleeve provide for the or the notch or other recess of the roller body inserted or inserted from the edge becomes.
  • the filler element As a material for the filler element, d. H. for the stopper or the sleeve can be steels with better elastic properties use as the roller material; continue to use of other metals, high temperature plastics or the combination of materials come into play. This makes it possible to Possibility of varying the flattening behavior of the rolls in their Increase edge area. Furthermore, the advantageous arises Effect that the parts of the roller that are not in contact with the belt, but are in support contact, less strongly through a walking process be claimed. To influence the flattening behavior of the rollers and their adaptation to the properties and needs of the goods to be rolled is carried out with such Insert elements of the damping influence of the accordingly chosen Material of the filling element used.
  • the principle of the roller which yields differently over its length can also be done according to another proposal of the invention realize that on at least one roll neck a sleeve a material with a different modulus of elasticity than the rest Roller body is arranged. If one roller after another Execution according to the invention a roll shell of different Total thickness is continuously compliant due to the gradual change in roll shell thickness.
  • Slidable rollers 1 consist of one over a Part length of the bale-extending roll core 2, the lower one Has a modulus of elasticity as a roll shell enveloping it 3. While the roller core 2 consists of gray cast iron, for example, the Roller jacket 3 z. B. be made of steel. The higher flexibility of the material of the roller core 2 causes in this section Roller 1 both a larger flattening and ovalization of the Roller than in the adjacent area that continuously from the less compliant material.
  • FIG 2 Another embodiment shown in Figure 2, at least in its an end area with greater flattening behavior of the bale trained cylindrical roller 10 is shown in Figure 2.
  • From the one end face 5 of the roller is one side around the Roller axis of rotation or the axle 12 concentrically running Notch 6 provided.
  • This material cut-out results in in the roll body a roll region 7 close to the jacket and an inner one Area near axis 8.
  • the area near axis 7 is in the Area of the wedge-shaped notch 6 lying hollow.
  • the notch surface 9 closer to the rolling axis runs parallel to the roller axis, while the notch surface 11 tapered to the notch bottom 13.
  • the roll shell shape 14 of the Roller body in the area of the notch is a continuation of the Contour of the roller part in a volatile section, here a cylindrical shape.
  • Figure 3 shows the paired arrangement of the work rolls 10, the each have the notch 6 on one side in their end faces 5.
  • the rollers 10 can be axially displaced in opposite directions be that the respective score 13 in a more suitable Position to the respective band edge 15 is located. This will be here achieved by the notch 13 in the position shown approximately in Height of the band edges 15 is arranged. Because of the Material recess missing internal support of the jacket near each Area 7 is in the rolling process in contrast to a full body of rolls at the band edge 15 a significantly higher in comparison This band area is flattened. This causes the edge pressure reduced, the tape thickness in the width direction is evened out and consequently minimizes edge sharpening. Through the less sharpened belt edges can wear the rollers be reduced. It is both the scrap portion through the so far necessary trimming of those that no longer fall within the tolerance range Band edges reduced as well as the life of the used Rolls increased.
  • FIG. 4 A modification of the roller 10 is shown in Figure 4.
  • the roll shell shape 14 in The area of the notch 6 is like the contour of the roller part in the Full cross section cylindrical.
  • a Notch cavity used partially filling plug 16 This ensures that the roller region 7 close to the jacket is only partially hollow, d. H. is only supported locally. This is in the case of the roller 10 shown in FIG. 5, in which an inserted one is used Sleeve 17 with an adapted elasticity remaining there Sheath area 7 completely filled.
  • roller 100 shown by a on the roller or journal 12 pushed on sleeve 18 reaches a lower modulus of elasticity has as the material of the remaining roller.
  • the journal 12 can be cylindrical or dashed as in the sleeve 18 hinted conical, which is a correspondingly adapted Contour of the sleeve bore presupposes.
  • pairs roller 200 shown is the principle of different along the bale Flexibility on more than two roller sections applied, here again in order to avoid tape tears primarily by in the roller core 202 in two spaced apart areas Filling inserts 19, 20 with one compared to the material of the Core material low elasticity module are arranged.
  • This Execution is of particular interest if for others Band areas than the band edges 15 a targeted, local flatness influencing it is asked for.

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Abstract

Bei einem Walzgerüst mit gegebenenfalls unmittelbar oder über eine Zwischenwalze an eine Stützwalze abgestützten, insbesondere gegensinnig axial verschiebbaren Arbeitswalzen (1) wird die Bandkantengeometrie eines zu walzenden Metallbandes (4) hinsichtlich Profilgenauigkeit und Planheit beeinflußt und die Bandkantenpressung und Kantenanschärfung sowie Bandrisse verringert bzw. vermieden, wenn mindestens eine Walze (1) über ihre Länge unterschiedlich nachgiebig, insbesondere in mindestens einem Teilbereich längs des Ballens mit einem größeren Abplattungsverhalten ausgebildet ist. <IMAGE>

Description

Die Erfindung betrifft ein Walzgerüst mit ggfs. unmittelbar oder über eine Zwischenwalze an eine Stützwalze abgestützten, insbesondere gegensinnig axial verschiebbaren Arbeitswalzen.
In der Walztechnik gibt es einerseits nach über ihre Länge, Breite und Dicke plane Bänder und Bleche, die in zunehmend engeren Toleranzbereichen liegen. Während dies für den Mittenbereich der Bänder und Bleche durch bekannte Walzgerüste zufriedenstellend gelöst ist, kommt es im randnahen Bereich zu Profilanomalien am Band. Ursache hierfür ist das Abklingen der elastischen Walzendeformation vom belasteten Bereich zum unbelasteten Bereich neben dem Band. Diese im Bereich der Bandkante beginnende Obergrenze führt in Verbindung mit örtlicher Breitung des Bandes zu einer Kantenanschärfung der gewalzten Bänder mit einer Abnahme der Banddicke im Kantenbereich (Edge-Drop).
Je besser hierbei die Reibung zwischen den Walzen und dem Walzgut ist und je dünner die Arbeitswalzen sind, um so plötzlicher tritt diese Dickenänderung des Bandes ein. Je fester das Walzgut und je dicker die Arbeitswalzen sind, um so größer ist der Dickenabfall an den Bandkanten. Beim Kaltwalzen bspw. kann sich dieser Bereich der Kantenanschärfung bei Bändern von 1250 mm auf einen Kantenstreifen von ca. 15 bis 40 mm Breite erstrecken, der sich im Falle schlechter Reibung zwischen den Walzen und dem Walzgut, wie er häufig aufgrund der rauhen Walzen im letzten Gerüst einer Tandemstraße auftritt, auf einen mehr als 40 mm von den Bandkanten entfernten Bereich vergrößern kann. Es wird daher üblicherweise ein Teil dieses angeschärften Kantenbereiches ungleichmäßiger Dicke durch Besäumen der Bänder entfernt. Dieses Besäumen ist mit einem weiteren Arbeitsschritt und damit entsprechenden Kosten sowie mit einem zusätzlichen Schrottanteil verbunden.
Aus der DE 30 38 865 C1 ist ein Walzgerüst mit einem gegensinnig axial verschiebbaren Arbeitswalzenpaar sowie ggfs. Zwischen- und Stützwalzen bekannt, mit dem sich unter anderem auch die Bandkantenpressung ohne Aufwand verringern läßt. Hierbei weist jede der verschiebbaren Walzen mindestens über einen Teil der Länge des Walzenballens eine von einer achsparallelen Geraden abweichende, gekrümmte Kontur auf, die sich vorzugsweise über die gesamte Länge des Walzenballens erstreckt und wobei sich die Konturen der beiden Walzen des Walzenpaares ausschließlich in einer bestimmten Axialstellung der Walzen zueinander lückenlos ergänzen. Dies ermöglicht es, die Gestalt des Walzspaltes und damit die Querschnittsform des Walzbandes schon durch geringe Verschiebewege der die gekrümmte Kontur aufweisenden Walzen zu beeinflussen und somit ebenfalls die Kantenpressung auch zur Verhinderung der Kantenanschärfung zu verringern; die Bandkantenbeeinflussung ist jedoch nur mit der Behandlung des gesamten Bandes möglich.
Bei einer weiteren bekannten Lösung zur Verminderung der Kantenanschärfung und des damit verbundenen Schrottanteils wird ein Walzgerüst mit zwei sich an einem Ende kegelförmig verjüngenden Arbeitswalzen vorgeschlagen, wobei diese Walze mit einer um 180° gedrehten weiteren Walze kombiniert wird. Das Walzenpaar wird so positioniert, dass die Bandkanten des Walzgutes im Bereich des Kegelansatzes liegen. Durch den sich aufgrund der kegelförmigen Kontur im Kantenbereich öffnenden Walzspalt wird die Bandkante weniger stark reduziert, als das normalerweise aufgrund der Änderung der Walzenabplattung zwischen dem belasteten Teil der Walzenoberfläche und dem unbelasteten Teil neben dem Band der Fall ist. Dieses Verfahren weist allerdings den Nachteil auf, dass es bei einem durchaus üblichen leichten Verlaufen des Bandes zu Bandrissen kommen kann. Die Ursache hierfür liegt darin, dass die Walzen nicht nachgeführt werden und es somit auf der Bandseite, zu der das Band verläuft, zu einer deutlichen Minderreduktion und großen Zugspannungen kommt.
Es steht daher andererseits für Walzwerksbetreiber häufig weniger die mit der Verringerung des Edge-Drop einhergehende Reduzierung des Saumschrottanteiles im Vordergrund, sondern vielmehr die Erhöhung der Betriebssicherheit, u. a. durch die Vermeidung von Bandrissen. Diese lassen sich erfahrungsgemäß durch lange, unter Umständen leicht wellige und somit zugentlastete Bandkanten vermeiden. Eine auf den unmittelbaren Bandkantenbereich begrenzte, überproportionale Verlängerung des Bandes ist allerdings unter üblichen Gegebenheiten mit planlagenbeeinflussenden Steilsystemen wie Walzenverschiebe-, Walzenbiege- oder thermischen Systemen nicht oder nur unzureichend möglich. Eine Ausnahme bilden lediglich Walzen mit sehr dünnen Arbeitswalzen, bei denen zwar eine bandkantennahe Beeinflussung der Planlage zu erreichen ist, dafür jedoch die Bandmitte weitgehend unbeeinflußbar bleibt.
Die bekannten Maßnahmen reichen somit nicht aus, um die erhöhten Anforderungen hinsichtlich der Profilgenauigkeit und Planheit der Bandkanten erfüllen und dabei gleichzeitg Bandrisse vermeiden zu können.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Walzgerüst der gattungsgemäßen Art zu schaffen, mit dem sich die Bandkantengeometrie hinsichtlich Profilgenauigkeit und Planheit beeinflussen und sich die Bandkantenpressung und Kantenanschärfung verringern sowie dabei Bandrisse vermeiden lassen.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen offenbart.
Die Erfindung ermöglicht es, in dem Abschnitt mit höherer Nachgiebigkeit der Walze sowohl eine größere Abplattung als auch Ovalisierung der Walze als in dem übrigen Bereich zu bewirken. In dem weniger nachgiebigen Bereich läßt sich ein größerer wirksamer Arbeitswalzenradius mit entsprechender Abnahme erreichen, so dass der diesem zugeordnete Bandbereich eine größere Fertiglänge aufweist als der benachbarte Teil des Bandes. Es läßt sich gleichzeitig eine isolierte Bandkantenbehandlung durchführen. Denn das Walzenabplattungsverhalten im Bereich der Bandkanten läßt sich so verändern, dass eine mittelbare Bandkanten-Planheitsregelung erreicht wird.
Während bei Walzen mit durchgehendem Vollquerschnitt die Abplattung an der Bandkante aufgrund der Fernwirkung (Matratzeneffekt) der unbelasteten Walzenoberfläche neben dem zu walzenden Band zu klein und somit der örtliche Walzendurchmesser im Kantenbereich und die damit verbundene Kantenpressung zu groß ist, läßt sich mit der erfindungsgemäßen Walze an den Bandkanten eine größere Plattung erreichen, die zu einer Vergleichmäßigung der Banddicke im Breitenrichtung führt.
Durch diesen somit möglichen Eingriff in das Abplattungsverhalten und die Radiusausbildung der Walzen kann einerseits die Bandkantendicke mittelbar beeinflußt und somit die negative Kantenanschärfung der Bänder vermieden werden. Das Besäumen der Bänder mit einem damit verbundenen hohen Schrottanteil entfällt, und gleichzeitig wird die Lebensdauer der Walzen erhöht. Andererseits wird weiterhin die Bandrißgefahr verringert, insbesondere für den Fall, dass das Band einmal nicht mittensymetrisch zu dem Arbeitswalzenpaar läuft, auch wenn der Bandlauf vorzugsweise zum Zwecke der bandkantenorientierten Nachführung der Walzen kontrolliert werden sollte. Damit wirken die erfindungsgemäßen Walzen nicht wie die bekannten, weiter oben beschriebenen Walzen über eine asymmetrische Dickenanstellung und somit unmittelbar, sondern durch mittelbare Auswirkung in Form unterschiedlicher Abplattungen und Radien mit den genannten vorteilhaften Effekten auf die Bandkanten und das Band insgesamt ein.
Eine Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass die Walze aus einem sich über eine Teillänge des Ballens erstreckenden Walzenkern besteht, der einen niedrigeren Elastizitätsmodul aufweist als ein ihn umhüllender Walzenmantel. Wenn eine solche Walze, die bspw. in einem Walzenabschnitt aus einer Kombination des Walzenkerns mit niedrigerem (z. B. Grauguss) und eines Walzenmantels mit höherem Elastizitätsmodul (z. B. Stahl) und in einem angrenzenden Abschnitt vollständig aus dem Werkstoff des Walzenmantels besteht, bandkantenorientiert eingesetzt wird, lassen sich sowohl die bandmittige Planlage als auch davon weitgehend unabhängig die Planheit der Bandkanten beeinflussen.
Gemäß einer vorteilhaften Ausführung der Erfindung weist mindestens eine Walze in dem sich zwischen Achszapfen und Walzenmantelfläche erstreckenden Bereich mindestens eine um die Achse konzentrisch verlaufende Einkerbung auf. Diese konstruktive Gestaltung erlaubt insbesondere eine isolierte Bandkantenbehandlung. Die Wirkungsweise der Walze beruht hierbei auf dem unterschiedlichen Abplattungsverhalten des mit der konzentrischen Einkerbung versehenen Walzenkörpers mit dem hierdurch bedingten hohlliegenden mantelnahen Walzenbereich bzw. des sich zur Walzmitte anschließenden Walzenvollkörpers. Aufgrund der erfindungsgemäß ein- oder beidseitigen Einkerbung läßt sich die größere Abplattung im Bereich der Bandkanten durch die durch die Naterialaussparung fehlende innere Abstützung des mantelnahen Walzenbereiches erreichen.
Grundsätzlich ist es möglich, die erfindungsgemäße Walze mit einer Abplattung lediglich an einem Walzen- bzw. Achszapfenende vorzusehen. Es läßt sich dann in einer bevorzugten Kombination mit einer baugleichen anderen, axial verschiebbaren Walze gewährleisten, dass eine bandkantenorientierte Positionierung weitgehend unabhängig von der Bandbreite vorgenommen werden kann, weil eine solche Beeinflussung des Abplattungsverhaltens dann an jeder Walze und somit an beiden Bandkanten auftritt.
Es empfiehlt sich, bei einer erfindungsgemäß eingekerbten Walze die ringförmige Einkerbung am Übergang zwischen dem Achszapfen und dem sich anschließenden Walzenkörper vorzusehen. Allerdings ist auch jede andere Anordnung der Einschnittstelle im Bereich zwischen diesem Übergang bis hin zur Mantelfläche denkbar. Die Einkerbung könnte auch in unmittelbarer Nähe zur Walzenmantelfläche liegen, wobei dann aber darauf zu achten ist, dass der mantelnahe Walzenbereich hinreichend dick bleibt, um eine Rissgefahr zu vermeiden.
Bei einer eingekerbten Walze verläuft die Einkerbung vorzugsweise von der Stirnseite in Richtung zur Walzenmitte. Die Länge der Einkerbung kann jeweils an die unterschiedlichen Walzen und die erforderlichen Walzeigenschaften des Walzgutes zur optimalen Beeinflussung des Abplattungsverhaltens der Walzen und Wirkung auf die Bandkanten, d. h. Reduzierung der Kantenpressung und Vermeidung der Kantenanschärfung, angepaßt sein. Eine weitere Optimierung ergibt sich durch das bereits erwähnte vorteilhafte gegensinnige axiale Verschieben des Walzenpaares.
Bei einer Walze mit erfindungsgemäßer Einkerbung ergibt sich durch die daraus resultierende Materialaussparung im Kantenbereich der Walzen ein mantelnaher Walzenbereich und ein innenliegender achsennaher Walzenbereich. Der mantelnahe Walzenbereich ist entsprechend der Einkerbung hohlliegend ausgebildet, d. h. diesem mantelnahen Walzenbereich ist es bei Ausnutzung des elastischen Werkstoffverhaltens möglich, bei äußerer Belastung durch den Walzprozess in den Hohlraum auszuweichen. Folglich wird die Außenkontur der Walze in diesem Bereich abgeflacht. Hierbei ist diese Ausgestaltung nicht auf eine konzentrische, ringförmige Einkerbung pro Stirnseite des Walzenkörpers begrenzt. Es ist nämlich weiterhin möglich, dass mehrere konzentrische Einkerbungen in eine Stirnseite des Walzkörpers eingebracht sind.
Neben den einseitig ausgesparten Walzenkörpern ist es denkbar, die um die Rotationsachse konzentrisch verlaufende Einkerbung von beiden Stirnseiten aus in den Bereich zwischen Achszapfen und Walzenmantelfläche in den Walzenkörper vorzusehen. Hierbei liegt es im Rahmen der Kombinationsmöglichkeiten, zwei jeweils beidseitig eingekerbte Walzen oder eine konventionelle Walze mit einer beidseitig gekerbten Walze vorzusehen.
Die Form der konzentrischen Einkerbung ist grundsätzliche beliebig. Sie orientiert sich vorzugsweise an der gewünschten Charakteristik des Walzenkörpers und ist mit Finite-Element-Berechnungen optimal vorausbestimmbar.
Nach einer Ausgestaltung verläuft die - radial gesehen - walzenachsennähere Kerbfläche parallel zur Walzenachse, während sich die walzenmantelnähere Kerbfläche bis zum Kerbgrund hin verjüngt.
Bei einer weiteren Ausführungsform verlaufen sowohl die walzachsennähere als auch die walzenmantelnähere Kerbfläche parallel zur Walzenachse bis zum Kerbgrund und weisen somit einen über den Querschnitt gesehenen konstanten Abstand voneinander auf.
Abweichend hiervon ist es auch möglich, dass die Einkerbung nicht im wesentlichen parallel zur Walzenachse verläuft, sondern sich von ihrem stirnseitigen Einschnittbereich in Richtung zur Walzenachse oder in Richtung der Mantelfläche hin erstreckt, d. h. divergierend oder konvergierend ausgebildet ist.
Die Außenkontur der eingekerbten Walze läßt sich beliebig wählen. Im unbelasteten Zustand wird die Außenkontur des Walzenteils mit Vollquerschnitt in der Außenkontur des eingekerbten Kantenbereichs weitergeführt. Dabei kann es sich z. B. um eine zylinderförmige oder um eine tonnenförmige Walze mit konventioneller Bombierung handeln. Es sind gleichwohl Sonderformen denkbar, wie ein CVC-Schliff. Grundsätzlich sind Form und Beschaffenheit der Mantelfläche der Walze nicht eingeschränkt; sie kann jeden Verlauf annehmen.
Während die erfindungsgemäß eingekerbte Walze nach geeigneter bandkantenorietierter Positionierung aufgrund der im Bereich der Bandkante fehlenden inneren Abstützung des Walzenmantel eine größere Abplattung erfährt und infolge dessen die Bandkantenanschärfung reduziert, sieht ein anderer Aspekt der Erfindung vor, die Gesamtelastizität des Randbereichs des Walzenkörpers über die Wahl des Materials oder Materialverbundes eines Ausfüllelementes, dass die Einkerbung ganz oder teilweise ausfüllt, variabel einstellen zu können. Die Gesarntelastizität des Randbereiches setzt sich dann additiv aus der Elastizität des Walzenkörpermantels und der Elastizität des Ausfüllelementes zusammen. Das Material des Ausfüllelementes besitzt dabei einen geringeren Elastizitätsmodul als der des Walzenkörpers, um somit einen elastischeren Walzenrandbereich einzustellen.
Das Ausfüllelement läßt sich vorzugsweise als Stopfen oder als Hülse vorsehen, der bzw. die in die Einkerbung oder eine sonstige Ausdrehung des Walzenkörpers vom Rand her eingeführt bzw. eingesetzt wird.
Als Werkstoff für das Ausfüllelement, d. h. für den Stopfen oder die Hülse lassen sich Stähle mit besseren elastischen Eigenschaften als der Walzenwerkstoff verwenden; weiterhin kann die Verwendung von anderen Metallen, Hochtemperaturkunststoffen oder die Kombination von Werkstoffen zum Tragen kommen. Damit ist es möglich, die Variationsmöglichkeit des Abplattungsverhaltens der Walzen in ihrem Kantenbereich zu erhöhen. Weiterhin stellt sich die vorteilhafte Wirkung ein, dass die Teile der Walze, die nicht im Bandkontakt, wohl aber im Stützkontakt stehen, weniger stark durch einen Walkvorgang beansprucht werden. Zur Beeinflussung des Abplattungsverhaltens der Walzen und deren Anpassung an die Eigenschaften und Bedürfnisse des jeweils zu walzenden Gutes wird bei der Ausführung mit solchen Einsatzelementen der Dämpfungseinfluß des entsprechend gewählten Materials des Ausfüllelementes ausgenutzt.
Das Prinzip der über ihre Länge unterschiedlich nachgiebigen Walze läßt sich nach einem anderen Vorschlag der Erfindung auch dadurch realisieren, dass auf mindestens einem Walzenzapfen eine Hülse aus einem Material mit einem anderen Elastizitätsmodul als der übrige Walzenkörper angeordnet ist. Wenn eine Walze nach einer weiteren Ausführung erfindungsgemäß einen Walzenmantel von unterschiedlicher Dicke aufweist, stellt sich eine Gesamtnachgiebigkeit kontinuierlich aufgrund der allmählichen Änderung der Walzenmanteldicke ein.
In allen Fällen ist es möglich, die unterschiedliche Nachgiebigkeit und das entsprechend verschiedende Abplattungsverhalten auch unmittelbar zur Planheitsbeeinflussung zu verwenden, wenn z. B. die Zwischen- oder Stützwalzen eines Walzgerüstes entsprechend unterschiedlich nachgiebig längs des Bandes ausgeführt werden.
Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen und der nachfolgenden Beschreibung, in der in den Zeichnungen dargestellte Ausführungsbeispiele der Erfindung näher erläutert werden. Es zeigen:
Figur 1
ein Arbeitswalzenpaar mit nach einer ersten Ausführungform ausgebildeten Walze, schematisch im Längsschnitt dargestellt;
Figur 2
eine andere Ausführung einer erfindungsgemäßen Walze, schematisch im Längsschnitt dargestellt;
Figur 3
eine mögliche Einstellung bzw. Anordnung der in Figur 2 gezeigten Arbeitswalze, schematisch im Längsschnitt, gesehen zur Walzrichtung, dargestellt;
Figur 4
eine weitere Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Walze, schematisch im Längsschnitt dargestellt;
Figur 5
eine geschnittene Teilansicht einer Abwandlung der in Figur 4 gezeigten Walze;
Figur 6
im Teilschnitt eine Ansicht einer Walze mit einer auf dem Walzenzapfen angeordneten Hülse;
Figur 7
im Teil-Längsanschnitt eine Walzenpaar-Anordnung, bei der die Walzen längs des Ballens in mehr als zwei Walzenabschnitten unterschiedlich nachgiebig ausgebildet sind; und
Figur 8
eine Walzenpaaranordnung mit einer wiederum anderen Ausbildung einer erfindungsgemäßen Walze, mit einer Walze im Teil-Längsschnitt dargestellt.
Bei der in Figur 1 gezeigten gegensinnigen Anordnung von zwei axial verschiebbaren Walzen 1 bestehen diese aus einem sich über eine Teillänge des Ballens erstreckenden Walzenkern 2, der einen niedrigeren Elastizitätsmodul aufweist als ein ihn umhüllender Walzenmantel 3. Während der Walzenkern 2 bspw. aus Grauguß besteht, kann der Walzenmantel 3 z. B. aus Stahl sein. Die somit höhere Nachgiebigkeit des Werkstoffes des Walzenkerns 2 bewirkt in diesem Abschnitt der Walze 1 sowohl eine größere Abplattung als auch Ovalisierung der Walze als in dem angrenzenden Bereich, der durchgehend aus dem weniger nachgbiebigen Werkstoff besteht. In diesem Bereich des Vollwerkstoffs aus Stahl ergibt sich ein größerer wirksamer Radius für die Walzen 2 mit einer in diesen Einwirkungsstellen größeren Dickenabnahme eines zu walzenden Metallbandes 4, so daß dieser Bandbereich eine größere Fertiglänge aufweist als der benachbarte Teil des Bandes; hierdurch wird die Betriebssicherheit beim Walzprozess erhöht, insbesondere vorrangig durch die Vermeidung von Bandrissen, weil sich eine auf den unmittelbaren Bandkantenbereich begrenzte, überproportionale Verlängerung des Bandes und somit zugentlastete Bandkanten erreichen lassen; aufgrund der Nachgiebigkeit der Walzen 1 in ihrem übrigen Bereich wird gleichzeitig die Bandkantenanschärfung reduziert.
Eine in Figur 2 gezeigte andere Ausführung einer zumindest in ihrem einen Endbereich mit einem größeren Abplattungsverhalten des Ballens ausgebildete zylinderförmige Walze 10 ist in Figur 2 dargestellt. Von der einen Stirnseite 5 der Walze her ist einseitig eine um die Walzenrotationsachse bzw. den Achszapfen 12 konzentrisch verlaufende Einkerbung 6 vorgesehen. Durch diese Materialaussparung ergibt sich im Walzenkörper ein mantelnaher Walzenbereich 7 und ein innenliegender achsennaher Bereich 8. Der mantelnahe Achsenbereich 7 ist im Bereich der keilförmigen Einkerbung 6 hohiliegend. Bei dieser Ausführungsform verläuft die walzachsennähere Kerbfläche 9 parallel zur Walzenachse, während sich die walzenmantelnähere Kerbfläche 11 bis zum Kerbgrund 13 hin verjüngt. Die Walzenmantelform 14 des Walzenkörpers im Bereich der Einkerbung ist eine Fortführung der Kontur des Walzenteils im Voliquerschnitt, hier eine Zylinderform.
Die Figur 3 zeigt die paarweise Anordnung der Arbeitswalzen 10, die jeweils einseitig die Einkerbung 6 in ihren Stirnseiten 5 aufweisen. Zum Walzband 4 hin können die Walzen 10 gegensinnig axial so verschoben werden, daß sich der jeweilige Kerbgrund 13 in geeigneter Position zu der jeweiligen Bandkante 15 befindet. Dies wird hier erreicht, indem in der gezeigten Stellung der Kerbgrund 13 etwa in Höhe der Bandkanten 15 angeordnet ist. Aufgrund der durch die Materialaussparung fehlenden inneren Abstützung des jeweils mantelnahen Bereichs 7 wird im Walzprozess im Gegensatz zu einem Walzenvollkörper an der Bandkante 15 eine im Vergleich deutlich höhere Abplattung dieses Bandbereiches erreicht. Hierdurch wird die Kantenpressung vermindert, die Banddicke in Breitenrichtung vergleichmäßigt und folglich eine Kantenanschärfung minimiert. Durch die weniger angeschärften Bandkanten kann der Verschleiß der Walzen reduziert werden. Es wird sowohl der Schrottanteil durch das bisher notwendige Besäumen der nicht mehr in den Toleranzbereich fallenden Bandkanten herabgesetzt als auch die Lebensdauer der eingesetzten Walzen erhöht.
Eine Abwandlung der Walze 10 ist in Figur 4 dargestellt. Die Kerbflächen 9,11 der auch hier wiederum einseitigen Einkerbung 6 weisen einen über den Querschnitt gesehen konstanten Abstand voneinander bis zu ihrem Kerbgrund 13 auf, d. h. die walzachsennähere und die manteiflächennähere Kerbfläche 9, 11 erstrecken sich parallel zur Walzenachse bzw. zum Achszapfen 12. Die Walzenmantelform 14 im Bereich der Einkerbung 6 ist wie die Kontur des Walzenteils im Vollquerschnitt zylinderförmig. In die Einkerbung 6 ist ein den Einkerbungshohlraum zum Teil ausfüllender Stopfen 16 eingesetzt. Damit wird erreicht, daß der mantelnahe Walzenbereich 7 nur teilweise hohlliegend, d. h. lediglich örtlich unterstützt ist. Dies ist bei der in Figur 5 gezeigten Walze 10 anders, bei der eine eingesetzte Hülse 17 mit einer angepaßten Elastizität den dort verbleibenden Mantelbereich 7 vollständig ausfüllt.
Eine bedingt größere Abplattung und Nachgiebigkeit auf einen begrenzten Bereich der Länge einer Walze wird bei der in Figur 6 dargestellten Walze 100 durch eine auf den Walzen- bzw. Achszapfen 12 aufgeschobene Hülse 18 erreicht, die einen geringeren Elastizitätsmodul aufweist als der Werkstoff der übrigen Walze. Der Achszapfen 12 kann dabei zylindrisch oder -wie in der Hülse 18 gestrichelt angedeutet- konisch sein, was eine entsprechend angepaßte Kontur der Hülsenbohrung voraussetzt.
Bei einer gemäß Figur 7 verwirklichten, in paarweiser Anordnung gezeigten Walze 200 wird das Prinzip der längs des Ballens unterschiedlichen Nachgiebigkeit auf mehr als zwei Walzenabschnitte angewandt, hier wiederum um vorrangig Bandrisse zu vermeiden, indem in den Walzenkern 202 in zwei voneinander beabstandeten Bereichen Fülleiniagen 19, 20 mit einem gegenüber dem Werkstoff des Kernmaterials niedrigen Elastizitätsmodul angeordnet sind. Diese Ausführung ist insbesondere dann von Interesse, wenn für andere Bandbereiche als die Bandkanten 15 eine gezielte, lokale Planlagenbeeinflussung gewünscht wird.
Bei den in Figur 8 in paarweiser Anordnung gezeigten Walzen 300 wird deren Gesamtnachgiebigkeit aufgrund einer allmählichen Änderung der Dicke des Walzenmantels 21 (vergl. die obere Walze in Figur 8) verändert, d. h., in diesem Fall sind keine unterschiedlichen Werkstoffpaarungen vorhanden.
Die zuvor beschriebenen, zwar verschieden ausgebildeten, jedoch allesamt über ihre Länge unterschiedlich nachgiebigen Walzen 1, 10, 100, 200 und 300 können bei Zwei- und Mehiwalzengerüsten wie beim Kalt- und Warmwalzen Anwendung finden. Ferner ist die Einsatzmöglichkeit ebenso gut für Einweggerüste und Reversiergerüste gegeben, wie für Tandemstraßen und Reversierstraßen.

Claims (14)

  1. Walzgerüst mit gegebenenfalls unmittelbar oder über eine Zwischenwalze an eine Stützwalze abgestützen, insbesondere gegensinnig axial verschiebbaren Arbeitswalzen
    dadurch gekennzeichnet,
    daß wenigstens eine Walze (1, 10, 100, 200, 300) über ihre Länge unterschiedlich nachgiebig, insbesondere an mindestens einem Teilbereich mit einem größeren Abplattungsverhalten ausgebildet ist.
  2. Walzgerüst nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß die Walze (1, 10, 100, 200) aus einem sich über eine Teillänge des Ballens erstreckenden Walzenkern (2) besteht, der einen niedrigeren Elastizitätsmodul aufweist als ein ihn umhüllender Walzenmantel (3).
  3. Walzgerüst nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß mindestens eine Walze (1) in den sich zwischen Achszapfen (12) und Walzenmanteifläche erstreckenden Bereich mindestens eine um die Achse konzentrisch verlaufende Einkerbung (6) aufweist.
  4. Walzgerüst nach Anspruch 3,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß die Einkerbung (6) einseitig in dem jeweiligen Walzenkörper angeordnet ist.
  5. Walzgerüst nach Anspruch 3 oder 4,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß die walzachsennähere Kerbfläche (9) parallel zur Walzenachse verläuft, während sich die walzenmantelnähere Kerbfläche (11) zum Kerbgrund (13) verjüngt.
  6. Walzgerüst nach Anspruch 3 oder 4,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß die walzachsennähere Kerbfläche (9) sowie die walzenmantelnähere Kerbfläche (11) bis zum Kerbgrund (13) parallel zur Walzenachse verlaufen und über den Walzenquerschnitt gesehen einen konstanten Kerbdurchmesser aufweisen.
  7. Walzgerüst nach Anspruch 5 oder 6,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß die Einkerbung (6) teilweise ausgefüllt ist.
  8. Walzgerüst nach Anspruch 7,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß die Einkerbung (6) ganz oder teilweise mit einem Ausfüllelement (16, 17) ausgefüllt ist.
  9. Walzgerüst nach Anspruch 8,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß die Gesamtelastizität des Randbereichs des Walzenkörpers über die Wahl des Materials oder Materialverbundes des Ausfüllelementes (16, 17) einstellbar ist.
  10. Walzgerüst nach Anspruch 8 oder 9,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß der Elastizitätsmodul des Materials oder des Materialverbundes des Ausfüllelementes (16, 17) geringer ist als der des Walzenmaterials.
  11. Walzgerüst nach Anspruch 8,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß in die Einkerbung (6) zur Unterstützung des mantelnahen Walzenbereiches (7) ein ringförmiger Stopfen (13) eingesetzt ist.
  12. Walzgerüst nach einem der Ansprüche 1 und 3 bis 11,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß die Walze (300) einen Walzenmantel (21) von unterschiedlicher Dicke aufweist.
  13. Walzgerüst nach einem der Ansprüche 1 und 3 bis 12,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß auf mindestens einem Walzenzapfen (12) eine Hülse (18) aus einem Material mit einem anderen Elastizitätsmodul als der übrige Walzenkörper angeordnet ist.
  14. Walzgerüst nach einem der Ansprüche 1 bis 13,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß die Walze (1, 10, 100, 200, 300) eine beliebige Außenkontur aufweist.
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