DE10045251A1 - Wasserkühlbare Ofenrolle zum Fördern von bspw. Stranggußmaterial-Werkstücken durch einen Rollenherdofen - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft eine wasserkühlbare Ofenrolle zum Fördern von Transportgut, bspw. Stranggußmaterial einer Stranggießanlage, durch einen Rollenherd-Aufwärmofen. Die Ofenrolle umfaßt eine in Rotation antreibbare, außerhalb des Ofens gelagerte Welle (3), insbesondere mit innenliegenden Kühlmittelkanälen (4, 5), und mit auf der Welle (3) mittels einer Aufnahmebohrung (1) angeordneten, eine Förderebene bildenden Tragringen (7) für das Transportgut. Die Kontaktflächen am Innendurchmesser der Aufnahmebohrung (1) des Tragringes (7) und/oder am Außendurchmesser der Welle (3) sind in Form eines Polygonprofils mit Paßflächen (6, 6') annähernd konstanten Durchmessers als sogenanntes schwaches Gleichdick ausgebildet.

Description

Die Erfindung betrifft eine wasserkühlbare Ofenrolle zum Fördern von Transport­ gut, insbesondere von Stranggußmaterial einer Stranggießanlage, durch einen Rollenherd-Aufwärmofen, umfassend eine in Rotation antreibbare, außerhalb des Ofens gelagerte Welle mit insbesondere innenliegenden Kühlmittelkanälen, und mit auf der Welle mittels einer Aufnahmebohrung angeordneten, eine Förderebene bildenden Tragringen für das Transportgut.

In Rollenherdöfen von Stranggießanlagen werden bspw. Dünnbrammen auf Walztemperatur vorgewärmt. Die Förderung des Walzgutes bzw. der Brammen durch Rollenherdöfen geschieht durch Ofenrollen in unterschiedlichen Ausführun­ gen. Der Rollenherdofen liegt üblicherweise in Linie zwischen Gießmaschine und Walzstraße und ist gekennzeichnet durch seine Funktion als Heiz-, Ausgleichs- und Pufferzone. Durch die Beanspruchungsarten von Ofenrollen während des Ofenbetriebes weisen die beim Stand der Technik vorhandenen Ofenrollentypen unterschiedlich lange Lebensdauern auf.

Die räumlichen Abmessungen eines derartigen Ofens und dessen Einrichtungen zur Wärmeaufgabe, bspw. Brenner, sind derart gestaltet, daß am Ofenaustritt die Dünnbrammen die erforderliche Walztemperatur aufweisen. Dabei ist eine gleich­ förmige Temperaturverteilung in der Bramme über ihre Länge, Breite und Höhe am Ofenaustritt unbedingte Voraussetzung für das nachfolgende Walzen. Die Ofenlänge erlaubt die Aufnahme mehrerer Dünnbrammen, welche nach dem Gie­ ßen - mit unterschiedlichen Gießgeschwindigkeiten - vom Gußstrang abgetrennt werden.

Der Transport derartiger Dünnbrammen erfolgt innerhalb des Ofens über ange­ triebene Ofenrollen. Diese sind in einer bestimmten Ofenhöhe auf einem Niveau, der Transporthöhe, in vorgegebenen Abständen zueinander angeordnet. Die Ab­ messungen der Rollen sind - relativ gesehen - dadurch gekennzeichnet, daß der Durchmesser der Tragringe und der Wellen klein gegenüber der Länge der Rollen ist.

Die Transportrollen im Rollenherdofen können mit einer Wasserkühlung ausge­ stattet sein oder auch ohne Kühleinrichtung als sog. trockene Rollen angeordnet sein.

Der übliche Aufbau einer wassergekühlten Rolle umfaßt mehrere Tragringe in axialem Abstand auf der wassergekühlten Welle. Letztere ist zwischen den Tragringen mit Feuerfest-Material isoliert, wobei diese Isolierschicht fast ebenso dick ist, wie der Außendurchmesser der Tragringe.

Die Welle ist außerhalb des Ofens gelagert und dort mit Anschlüssen für die Wel­ leninnenkühlung versehen. Diese Innenkühlung wird erreicht durch ein Rohr mit kreisförmigem Querschnitt, welches konzentrisch in der Welle angeordnet ist. Durch dieses strömt Kühlwasser ein, durchläuft das Rohr bis zur Gegenseite des Ofens und strömt auf der anderen Seite in den Ringspalt zwischen Rohr und Wel­ le, durchströmt diesen und verläßt schließlich die Welle auf der Einströmseite. Im Ringspalt zwischen Welle und eingefügtem Rohr können sich Einbauten im weite­ sten Sinne befinden, die dazu dienen, das Rohr in radialer Position zu fixieren und die Strömungsgeschwindigkeit des Wassers im Ringspalt zu erhöhen.

Die auf die Rollenachse aufgebrachten Tragringe bestehen üblicherweise aus Gußmaterial und werden aus hochwarmfesten Nickel- oder Kobaltbasis-Legierungen hergestellt. Die Welle wird bevorzugt aus warmfesten Stählen gefer­ tigt.

Die wassergekühlten Rollen werden vorrangig, aber nicht ausschließlich in der Heizzone eines Rollenherdofens eingesetzt. Sie sind in Transportrichtung ab­ wechselnd mit einer unterschiedlichen Anzahl von Tragringen ausgestattet. Übli­ cherweise werden die Wellen mit vier oder fünf Tragringen bestückt, meist ab­ wechselnd. Dabei sind die Tragringe in Transportrichtung von einer Rolle mit vier Tragringen zur Rolle mit fünf Tragringen auf verschiedenen Linien angeordnet. Für die Rolle mit vier Tragringen gilt, daß sich jeweils zwei Tragringe auf einer Wellen­ hälfte befinden, wogegen auf der Rolle mit fünf Tragringen eine in der Rollenmitte, die anderen relativ zu denen auf der Rolle mit vier Tragringen nach außen versetzt angeordnet sind.

Beim Stand der Technik sind die Tragringe auf der Welle zumeist durch Schweiß­ nähte gegen axiales Verschieben gesichert. Das Drehmoment kann über be­ kannte Welle-Nabe-Verbindungen, wie z. B. Paßfedern oder auch über Schweiß­ nähte übertragen werden.

Durch die Wärmedehnung des Tragringmaterials beim Aufheizen sowie im Be­ triebszustand lockert sich der Sitz der Tragringe auf der Welle. Durch Biegewech­ selbelastung der Ofenrolle sowie die beabsichtigt höhere Wärmeabfuhr von der Tragringoberfläche an das Kühlwasser der Welleninnenseite resultieren vor allem in der Aufheizphase Wärmespannungen in den Schweißnähten, die mit der Zeit zu deren Zerstörung und Unbrauchbarkeit der Ofenrolle führen können.

Ein wesentlicher Grund für den Ausfall einer Ofenrolle liegt in der Schädigung bzw. Zerstörung der Rollenisolierung, weil gerade dadurch die Schweißnähte den hohen Ofentemperaturen unmittelbar ausgesetzt sind.

Durch Kontakt zwischen Tragring und wassergekühlter Welle wird Wärme von der Tragringoberfläche abgeführt und dadurch die Oberflächentemperatur der Tragringe deutlich reduziert. Je mehr Wärme abgeführt wird, desto kühler wird die Tragringoberfläche. Je kühler die Tragringoberfläche, desto geringer ist die Nei­ gung zu Aufwachsungen von Zunder.

Während der Herstellung bspw. von Dünnbrammen kommt heißer Stahl mit Sau­ erstoff der Atmosphäre in Kontakt. Dadurch wird die Stahloberfläche unter Entste­ hung von Zunder oxidiert. Eine derartige Zunderbildung erfolgt grundsätzlich über­ all dort, wo Sauerstoff im umgebenden Gasmedium zur Reaktion mit einer Stahloberfläche zur Verfügung steht.

Während des Transports einer Dünnbramme durch den Ofen fällt Zunder von der Brammenoberfläche ab und wird durch Zunderklappen im Unterteil des Rollenher­ dofens entfernt. Andererseits kann aber auch bei Kontakt zwischen Dünnbramme und Ofenrolle im Rollenherdofen Zunder auf der Tragringoberfläche haften bleiben und dort Aufwachsungen bilden, die sich in die Dünnbrammenunterseite eindrücken und je nach Tiefe auf dem daraus gewalzten Warmband als Oberflächenfehler erscheinen. Derartige Fehler führen dann zum Ausschuß und stellen somit ein gravierendes Qualitätsproblem für die Anlagenbetreiber dar.

Das Dokument DE 40 22 768 beschreibt Rollgangsrollen zum Fördern und Leiten eines Werkstückes durch einen Aufwärmofen, die Wellen umfassen, deren Enden in Lagern drehbar abgestützt sind. Diese bilden radartige Stützvorrichtungen aus, die in Längsrichtung der Welle im Abstand voneinander an deren äußeren Umfang befestigt sind, wobei die in radialer Richtung am weitesten außen liegenden Ober­ flächen der radartigen Stützvorrichtungen als Abstützung für das Werkstück die­ nen, während dieses durch den Aufwärmofen geführt wird. Die radartigen Stütz­ vorrichtungen bestehen aus einer Nabe, die über Rippen mit einem felgenartigen, durchgehenden Kranz in Verbindung steht. Die Rippen sind durch offene Räume voneinander getrennt, um ihre Querschnittsfläche zu verringern und damit den Wärmefluß von dem Kranz zu der Nabe zu erschweren. Die Nabe besteht aus mehreren winklig im Abstand voneinander angeordneten Kernen, die einen na­ senartigen Abschnitt und einen Kopfabschnitt umfassen. Eine Schweißnaht ver­ bindet ausschließlich die nasenartigen Abschnitte mit der Welle, so dass die Kopfabschnitte sich in bezug auf die Welle infolge unterschiedlicher Ausdehnung und beim Durchbiegen verschieben können. Mittel zum thermischen Isolieren der Welle sind im wesentlichen die Abschnitte zwischen benachbarten radartigen Stützvorrichtungen und den Wandungen des Ofens. Die Einrichtungen zum Dre­ hen der Welle sind außerhalb des Ofens angeordnet.

Das Dokument EP 0 633 815 B1 beschreibt eine Ofenrolle zum Abstützen eines erhitzten Werkstücks, die eine drehbare Welle zur Aufnahme eines Kühlmittels aufweist, wobei eine Anzahl von axial mit Abstand angeordneten Tragringen auf dieser befestigt sind. Ein thermisch widerstandsfähiges Isoliermittel, das um die Welle herum angebracht ist, erstreckt sich axial zwischen den Tragringen, wobei das Isoliermittel eine Außenfläche aufweist, die sich radial über wenigstens einen beträchtlichen Teil des Radius eines Tragringpaares erstreckt. Das Isolierungs­ mittel ist in der Welle durch Verankerungsmittel befestigt, wobei hervorstehende Abschlußenden radial nach innen von der Außenfläche des Isolierungsmittels an­ geordnet sind. Der Abstandshalter ist aus einem Metall hergestellt, welches für das gießbare Isoliermittel einen Spannungsabfall bei der thermischen Ausdehnung der Verankerungsmittel und Auslenkung der Ofenrolle ermöglicht.

Das Dokument DE 38 07 240 C1 beschreibt einen Rollenherdofen zum Wärmen von Brammen, Blöcken, Knüppeln, Blechen und dergleichen Warmgut, dessen Ofenraum mit einem sich längs erstreckenden Rollgang ausgebildet ist. Der Ofen besitzt einen heißen Oberofenraum, und einen Unterofenraum, und dazwischen einen Herdboden mit Ausnehmungen. Der Rollgang ist im wesentlichen im Unter­ ofenraum unterhalb des Herdbodens gelagert und ragt nur mit kleinen Abschnitten seiner Ofenrollen durch die Ausnehmungen des Herdbodens über dessen Niveau. Mindestens die in die Heißzone ragenden Rollenabschnitte mit ihren Laufflächen, auf welchen das Warmgut transportiert wird, bestehen aus besonders hitzebe­ ständigem Material, welches, aus Segmenten zu einem Ring zusammengesetzt, die Ofenrollen auf der Umfangsfläche ummanteln. Reinigungsvorrichtungen be­ freien die Laufflächen der Ofenrollen von Zunder-Anbackungen.

Eine noch unveröffentlichte Patentanmeldung schlägt zur Verbesserung des Wärmeübergangs zwischen Tragringen und Welle, insbesondere um die Wär­ meabfuhr aus den Tragringen an die Welle zu erhöhen und damit die Verfügbar­ keit der Tragringe bei verringerter Aufwachsung von Zunder zu verlängern und zugleich eine sichere Drehmomentübertragung zu gewährleisten, sowie bei ver­ ringertem Arbeitsaufwand eine größere Flexibilität beim Aufbringen der Tragringe auf der Welle zu erreichen, vor, daß die Welle zumindest an den Aufnahmeberei­ chen der Tragringe äußere Sitzflächen unter Ausbildung eines polygonartigen Querschnitts besitzt, und daß jeder Tragring mit dazu polygonartigen formschlüs­ sigen inneren Paßflächen ausgebildet ist.

Ausgehend vom vorgenannten Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, Mittel für eine weitergehende Verbesserung des Wärmeübergangs zwi­ schen Tragringen und Welle anzugeben, um dadurch die Wärmeabfuhr aus den Tragringen an die Welle zu erhöhen und die Verfügbarkeit der Tragringe bei ver­ ringerter Aufwachsung von Zunder zu verlängern und zugleich eine zuverlässige, sichere Drehmomentübertragung zwischen Tragringen und Welle zu gewährlei­ sten sowie bei verringertem Arbeitsaufwand beim Aufbringen der Tragringe auf die Welle eine größere Flexibilität bei deren Anordnung zu erreichen.

Zur Lösung der Aufgabe wird bei einer kühlbaren Ofenrolle der im Oberbegriff von Anspruch 1 angegebenen Art mit der Erfindung vorgesehen, daß zur Herstellung eines optimalen metallischen Kontaktes für einen möglichst ungehinderten Wär­ meübergang zwischen Tragring und Welle die Kontaktflächen am Innendurchmes­ ser der Aufnahmebohrung des Tragrings und/oder am Außendurchmesser der Welle in Form eines Polygonprofils mit Paßflächen konstanten Durchmessers als sogenanntes schwaches Gleichdick ausgebildet sind.

Mit großem Vorteil bewirkt bei dieser Ausbildung des Übergangsbereichs zwi­ schen Tragring und Welle die geringe Abweichung des Gleichdicks vom Idealrund, der Kreisform, ein selbsttätiges Festziehen des Tragringsitzes auf der Welle bei einer Drehmomentübertragung. Dabei wird außerdem die Kontaktfläche sowohl des Tragringes, als auch der Welle plastisch und elastisch verformt, was eine we­ sentliche Vergrößerung der Kontaktflächen zur Folge hat, und wodurch als weite­ rer Vorteil eine erheblich verbesserte Wärmeleitung bzw. ein erheblich verbesser­ ter Wärmeübergang zwischen Tragring und Welle resultiert.

Dabei wird auch der durch Wärmedehnung größer werdende Innendurchmesser des Tragringes durch die relative Verdrehung gegenüber der Welle kompensiert. Insgesamt wird bei der erfindungsgemäßen Bauart infolge der vergrößerten Kon­ taktfläche von Tragring und Welle und innigerem metallischem Kontakt die Ober­ flächentemperatur der Ofenrolle herabgesetzt und deren Verfügbarkeit erhöht, sowie die Gefahr der Pick-up-Bildung an deren Oberfläche verringert.

Weitere Vorteile ergeben sich dadurch, dass die Abstände zwischen den Tragrin­ gen auf der Welle frei wählbar sind. Damit ist der Aufbau der Ofenrolle äußerst flexibel und kann den jeweiligen Beanspruchungen optimal angepaßt werden.

Zusätzlich vereinfacht sich die Konstruktion, weil zur Drehmomentübertragung Welle/Tragring keine zusätzlichen Teile erforderlich sind.

Mit dem Einsatz von dünnen Beilagen, welche die Wärmeleitung im Kontaktbe­ reich Welle/Tragring zusätzlich erhöhen, kann darüber hinaus der Wärmeüber­ gang weiter verbessert werden.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind entsprechend den Un­ teransprüchen vorgesehen.

Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachste­ henden Erläuterung einiger in den Zeichnungen schematisch dargestellter Ausfüh­ rungsbeispiele. Es zeigen:

Fig. 1 einen Tragring in Ansicht mit geschnittener Welle und Paßflächen eines schwachen Gleichdicks, im montierten Ausgangszustand

Fig. 2 den Tragring gemäß Fig. 1 im Betriebszustand nach Erwärmung;

Fig. 3 Tragring und Welle in Ansicht und z. T. geschnitten, mit Paßsitz als Gleichdick mit ca. 1,7 mm Abweichung von der Kreisform, im Wär­ meschaubild.

Fig. 1 zeigt den Tragring 7 mit geschnittener Welle 3 im montierten Ausgangszu­ stand mit Paßsitz 6 mit einer geringfügigen Abweichung eines Polygonprofils von der Kreisform von einigen Millimetern. Es handelt sich hierbei um ein sogenanntes schwaches "Gleichdick".

Die Welle 3 weist in ihrem röhrenförmigen Hohlraum einen zentralen Kühlmittelka­ nal 4, und einen peripheren Kühlmittel-Ringkanal 5 auf.

Fig. 2 zeigt den Tragring 7 mit der geschnittenen Welle 3 im Betriebszustand unter Last durch Torsionsbeanspruchung, sowie im erwärmten Zustand.

Die bevorzugte Ausgestaltung des Gleichdicks sieht dabei vor, dass die Abwei­ chung der Paßflächen 6, 6' vom Idealrund, der Kreisform, einer Selbsthemmung bei einer Drehmomentübertragung zwischen Tragring 7 und Welle 3 entspricht. Diese Abweichung der Paßflächen 6, 6' vom Idealrund kann - je nach Ausführung und Beanspruchung in mechanischer und/oder thermischer Art - ca. 1 bis 5 mm betragen.

Der Tragring 7 ist über Gleichdick-Passungstoleranzen 6, 6' rein mechanisch auf die Welle 3 aufgeschoben und durch relative Verdrehung mit der Welle 3 ver­ klemmt, wobei die Befestigung des Tragringes 7 auf der Welle 3 nach dem Prinzip der Oberflächenvergrößerung durch Deformation der Kontaktflächen 6, 6' erfolgt.

Zumindest soll die Abweichung der Paßflächen 6, 6' vom Idealrund geringfügig größer sein als die Wärmedehnung des Innendurchmessers der Aufnahmeboh­ rung 1 des Tragringes 7 beim Betrieb des Ofens. Diese Aufnahmebohrung 1 bildet dabei die innere Kontaktfläche 6 mit der Gegenfläche 6' der Welle 3.

Weiter sieht die Erfindung vor, dass der metallische Kontakt über das Gleichdick entweder über die gesamte Breite der Ofenrolle oder über deren Teilbereiche her­ gestellt ist. Der Tragring 7 kann ein- oder mehrstückig sein, bzw. aus Einzelringen hergestellt sein.

Bei der Herstellung der Ofenrolle können zwischen Tragring 7 und Welle 3, insbe­ sondere bei dessen mehrteiliger Ausbildung, dünne Beilagen, bspw. aus Silberfo­ lie oder Folie eines widerstandsfähigen und hochwärmeleitfähigen Metalls wie z. B. CuNiBe, eingelegt sind.

Fig. 3 zeigt eine Ausgestaltung der Erfindung, wonach das als Polygonprofil mit konstantem Durchmesser ausgebildete Gleichdick so schwache Passungstoleran­ zen zwischen den Kontaktflächen am Innendurchmesser des Tragringes 7 und dem Außendurchmesser der Welle 3 aufweist, dass eine Verdrehung von Tragring 7 und Welle 3 infolge der Übertragung eines Drehmomentes zu einer vergleichs­ weise großen elastisch-plastischen Deformation führt.

An den Deformationsbereichen 6, 6' herrschen optimale metallische Kontakte mit idealen Wärmeleitungsbedingungen, und ermöglichen einen ungehinderten Wär­ mefluß aus den Tragringen 7 in die Welle 3, wie dies aus dem Wärmeschaubild der Fig. 3 erkennbar ist.

Claims (8)

1. Wasserkühlbare Ofenrolle zum Fördern von Transportgut, bspw. Strang­ gußmaterial einer Stranggießanlage, durch einen Rollenherd-Aufwärmofen, umfassend eine in Rotation antreibbare, außerhalb des Ofens gelagerte Weile (3), insbesondere mit innenliegenden Kühlmittelkanälen (4, 5), und mit auf der Welle (3) mittels einer Aufnahmebohrung (1) angeordneten, eine Förderebene bildenden Tragringen (7), dadurch gekennzeichnet, dass die Kontaktflächen am Innendurchmesser der Aufnahmebohrung (1) des Tragringes (7) und/oder am Außendurchmesser der Welle (3) in Form eines Polygonprofils mit Paßflächen (6, 6') annähernd konstanten Durch­ messers als sogenanntes schwaches Gleichdick ausgebildet sind.

2. Ofenrolle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Abweichung der Paßflächen (6, 6') vom Idealrund, der Kreisform, einer Selbsthemmung bei der Drehmomentübertragung zwischen Tragring (7) und Welle (3) entspricht.

3. Ofenrolle nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Abweichung der Paßflächen (6, 6') vom Idealrund ca. 4 bis 5% beträgt.

4. Ofenrolle nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Abweichung der Paßflächen (6, 6') vom Idealrund wenigstens der Größe der Wärmedehnung des Innendurchmessers der Aufnahmebohrung (1) des Tragringes (7) beim Betrieb des Ofens entspricht.

5. Ofenrolle nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der metallische Kontakt über das Gleichdick entweder über die ge­ samte Breite der Ofenrolle, oder über deren Teilbereiche hergestellt ist.

6. Ofenrolle nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Tragring (7) ein- oder mehrstückig, bzw. aus Einzelringen herge­ stellt ist.

7. Ofenrolle nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen Tragring (7) und Welle (3), insbesondere bei dessen mehr­ teiliger Ausbildung, dünne Beilagen, bspw. aus Silberfolie oder Folie eines widerstandsfähigen und hochwärmeleitfähigen Metalls wie z. B. CuNiBe, eingelegt sind.

8. Ofenrolle nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das als Polygonprofil mit konstantem Durchmesser ausgebildete Gleichdick so schwache Passungstoleranzen zwischen den Kontaktflächen am Innendurchmesser der Aufnahmebohrung (1) des Tragringes (7) und dem Außendurchmesser der Welle (3) aufweist, dass eine Verdrehung von Tragring (7) und Welle (3) infolge der Übertragung eines Drehmomentes zu einer vergleichsweise erheblichen elastisch-plastischen Deformation führt.