Giesswalze

Abstract

 Die Erfindung betrifft eine Gießwalze 1 für eine Gießwalzanlage zum Stranggießen von Metallbändern. Die Gießwalze 1 weist einen im wesentlichen zylindrischen Kern 3 und einen hierauf aufgeschrumpften Mantel 5 aus einer Kupferlegierung auf. Zwischen dem Kern 3 und dem Mantel 5 ist eine Entspannungszone E vorgesehen. Die Entspannungszone E ist durch eine bereichsweise Vergrößerung des Innendurchmessers D_I des Mantels 5 gebildet und im mittleren Längenbereich des Mantels 5 angeordnet. Die Entspannungszone E ist bevorzugt eine radiale Erstreckung s von 1 mm.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft eine Gießwalze für eine Gießwalzanlage zum Stranggießen von Metallbändern gemäß den Merkmalen im Oberbegriff von Patentanspruch 1.
Beim Gießwalzen wird flüssiger Stahl oder andere Nichteisenmetalle zwischen zwei horizontal oder vertikal übereinander angeordneten, sich gegensinnig drehenden, seitlich abgedichteten Gießwalzen vergossen. Hierbei erstarrt das Band zwischen den beiden Gießwalzen und wird im Prozess kontinuierlich weitergeführt.

[0002] Gießwalzen der gängigen Bauart besitzen einen zylindrischen Kern, üblicherweise aus Stahl und einen mit diesem verbundenen Mantel. Als Material für den Mantel kommen für das Gießwalzen von Stahl üblicherweise Materialien hoher Wärmeleitfähigkeit, wie Kupfer oder Kupferlegierungen zum Einsatz. Für das Gießen von Nichteisenmetallen werden üblicherweise Stahlmäntel zur Anwendung gebracht.

[0003] Für die Verbindung zwischen dem Kern und dem Mantel der Gießwalze kommen heute im wesentlichen zwei Verfahren zur Anwendung. Dies ist zum einen das sogenannte Heiß-Isostatische-Pressen. Hierbei werden Mantel und Kern unter hohem Druck und Temperatur miteinander gefügt.

[0004] Das zweite, am weitesten verbreitete Verfahren sieht eine schrumpftechnische Pressverbindung zwischen Mantel und Kern vor. Vor dem Fügen wird der Mantel erwärmt und über den Kern geschoben. Beim Erkalten bildet sich die Pressverbindung durch Schrumpfen des Mantels.

[0005] Durch den Schrumpfvorgang entstehen im Mantel Zugspannungen. Im betrieblichen Einsatz während des Gießvorgangs kann es in Abhängigkeit von der Steifigkeit der Konstruktion und den wirkenden Kräften zu einer Durchbiegung oder Auffederung der Gießwalze kommen. Als Folge entstehen in den Randzonen der Gießwalze Lastspannungen, die sich mit den wirkenden Spannungen aus dem Schrumpfvorgang überlagern. Diese Beanspruchungen können unter Last bei der wirkenden Wechselbeanspruchung zu Rissbildungen führen.

[0006] Der Erfindung liegt ausgehend vom Stand der Technik die Aufgabe zu Grunde, eine für den betrieblichen Einsatz verbesserte Gießwalze zu schaffen, bei der die Beanspruchung im Betrieb reduziert ist.

[0007] Die Lösung dieser Aufgabe besteht nach der Erfindung in einer Gießwalze gemäß den Merkmalen von Patentanspruch 1.
Danach ist zwischen dem Kern und dem Mantel der Gießwalze eine Entspannungszone vorgesehen, durch welche eine lokale Reduzierung der Schrumpfspannungen erfolgt. Hieraus resultiert in den unter Last höchst beanspruchten Bereichen eine Verringerung der Vergleichsspannungen. Auf diese Weise wird die Entstehung von Materialermüdungerscheinungen und die Rissbildung als Folge der Beanspruchung verhindert, was zu einer Erhöhung der Lebensdauer einer Gießwalze führt. Zudem werden hierdurch die Laufeigenschaften der Gießwalze verbessert.
Die Entspannungszone wird durch eine Profilierung des Außendurchmessers des Kerns und/oder des Innendurchmessers des Mantels ausgebildet. Nach den Merkmalen von Patentanspruch 2 ist vorgesehen, dass die Entspannungszone durch eine bereichsweise Reduktion des Außendurchmessers des Kerns gebildet ist, wohingegen Patentanspruch 3 vorsieht, dass die Entspannungszone durch eine bereichsweise Vergrößerung des Innendurchmessers des Mantels entsteht.
Eine besonders vorteilhafte Ausgestaltung des grundsätzlichen Erfindungsgedankens besteht nach den Merkmalen von Patentanspruch 4 darin, dass die Entspannungszone im mittleren Längenbereich des Kerns und/oder des Mantels liegt. Die Erfindung macht sich hierbei die Erkenntnis zu eigen, dass sich die aus der Überlagerung der Schrumpfspannungen und der Lastspannungen resultierende maximale Beanspruchung im mittleren Bereich der Gießwalze einstellt.

[0008] Demzufolge werden hier gezielt die Schrumpfspannungen durch die Entspannungszone vermindert, um so die Vergleichsspannung unter Last zu verringern.
Die Entspannungszone kann bei Vorliegen entsprechender Belastungen der Walzen, z.B. bei ungünstigen Kühlverhältnissen auch gemäß Patentanspruch 5 in den Außenbereichen einer Walze liegen.
Praktische Versuche haben gezeigt, dass je nach Stetigkeit und Konstruktion der Gießwalze die Entspannungszone auf einer Länge vorgesehen sein sollte, die der 0,2 bis 0,8-fachen der Gesamtlänge des Kerns und/oder des Mantels entspricht (Patentanspruch 6).
Zweckmäßigerweise weist die Entspannungszone eine radiale Erstreckung von 0,6 bis 0,2 mm auf, wie dies Patentanspruch 7 vorsieht. Als besonders effektiv wird eine radiale Erstreckung von 1 mm angesehen.
Bei der erfindungsgemäßen Gießwalze sind Kern und Mantel zuverlässig durch eine kraftschlüssige Verbindung in Folge des Schrumpfsitzes mit ausreichend hoher Pressung verbunden. Dennoch können die Schrumpfspannungen gezielt in den hoch belasteteten Bereichen vermindert werden und so eine Verringerung der Vergleichsspannung erreicht.
Die Erfindung ist nachfolgend anhand von in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen:

Figur 1

technisch vereinfacht in einem vertikalen Längsschnitt eine erste Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Gießwalze;

Figur 2

eine zweite Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Gießwalze;

Figur 3

den Mantel der Gießwalze gemäß Figur 1 im vertikalen Längsschnitt und

Figur 4

den Kern der Gießwalze gemäß Figur 2 im vertikalen Längsschnitt.

[0009] Die Figuren 1 und 2 zeigen jeweils eine Gießwalze 1 bzw. 2 für eine Gießwalzanlage zum Stranggießen von Metallbändern. Jede Gießwalze 1, 2 weist einen zylindrischen Kern 3, 4 aus Stahl und einen hierauf aufgeschrumpften Mantel 5, 6 aus einer Kupferlegierung auf. Auf die Darstellung von weiteren Bauteilkomponenten, wie Welle, Lager und anderer Anbauteile oder von Kühlkanälen, ist der Einfachheit halber verzichtet worden.
Wie vorstehend erwähnt, werden der Mantel 5 bzw. 6 und der Kern 3 bzw. 4 auf schrumpftechnischem Wege miteinander verbunden. Durch den Schrumpfvorgang entstehen im Mantel 5, 6 Zugspannungen. Diese überlagern sich mit den betrieblichen Lastspannungen zur sogenannten Vergleichsspannung. Diese maximale Beanspruchung entsteht im mittleren Bereich B einer Gießwalze 1 bzw. 2. In diesen Bereichen B kommt es bevorzugt zu Rissbildung unter Last bei der wirkenden Wechselbeanspruchung.
Zur Verminderung der sich aus dem Schrumpfsitz zwischen Kern 3, 4 und Mantel 5, 6 ergebenden Schrumpfspannungen ist zwischen dem Kern 3, 4 und dem Mantel 5, 6 eine Entspannungszone E vorgesehen. Diese Entspannungszone E wird gezielt in dem Bereich B eingebracht, in dem im betrieblichen Einsatz der Gießwalze 1, 2 unter Last mit der höchsten Beanspruchung zu rechnen ist.
Bei den hier dargestellten Ausführungsbeispielen der Gießwalzen 1 und 2 für eine Aluminium-Gießwalzanlage ist die Entspannungszone E im mittleren Längenbereich des Mantels 5, 6 vorgesehen. Bei der Gießwalze 1 ist, wie insbesondere auch die Figur 3 erkennen lässt, die Entspannungszone E durch eine bereichsweise Vergrößerung des Innendurchmessers D_I des Mantels 5 gebildet. Die Entspannungszone E weist hier eine radiale Erstreckung s von 0,6 bis 2,0 mm, vorzugsweise von1 mm auf.
Bei der Gießwalze 2 ist die Entspannungszone E durch eine bereichsweise Reduktion des Außendurchmessers D_A des Kerns 4 gebildet (s. hierzu auch Figur 4). Hier ist partiell im mittleren Längenbereich des Kerns 4 der Außendurchmesser D_A radial verringert. Auch hier weist die Entspannungszone E eine Erstreckung s zwischen 0,6 und 2,0 mm, vorzugsweise von 1 mm auf.

[0010] In der Praxis wird die Entspannungszone E je nach Ausführungsform einer Gießwalze 1, 2 und Einsatzfall unterschiedlich lang ausgeführt. Hierbei kann die Länge L_E der Entspannungszone E zwischen 0,2 bis 0,8 x der Gesamtlänge L des Kerns 3, 4 und/oder des Mantels 5, 6 liegen.

[0011] Nach dem Aufschrumpfen liegen die Mäntel 5 bzw. 6 jeweils flächig auf den Kernen 3 bzw. 4 auf. Die Entspannungszone E ist in den hier dargestellten Ausführungsbeispielen zur Verdeutlichung der Erfindung überdimensional dargestellt. In der Praxis liegt nach dem Aufschrumpfen kein Spalt zwischen Mantel 5, 6 und Kern 3, 4 vor. Durch die gezielt in den Bereichen höchster Beanspruchung vorgesehene Entspannungszone E wird eine bereichsweise Reduzierung der Schrumpfspannungen erreicht. Diese führen in den hoch belasteten Bereichen zu einer Verringerung der maximalen Beanspruchung.

Bezugszeichenaufstellung:

[0012] 

1 -

Gießwalze

2 -

Gießwalze

3 -

Kern

4 -

Kern

5 -

Mantel

6 -

Mantel

B -

Bereich

E -

Entspannungszone

D_I -

Innendurchmesser v. 5, 6

D_A -

Außendurchmesser v. 3, 4

s -

radiale Erstreckung von E

L -

Länge von 3, 4 bzw. 5, 6

Ansprüche

1. Gießwalze für eine Gießwalzanlage zum Stranggießen von Metallbändern, welche einen im wesentlichen zylindrischen Kern (3, 4) und einen hierauf aufgeschrumpften Mantel 5, 6) aus einem Material hoher Wärmeleitfähigkeit, wie Kupfer oder einer Kupferlegierung, aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Kern (3, 4) und dem Mantel (5, 6) eine Entspannungszone (E) vorgesehen ist.

2. Gießwalze nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Entspannungszone (E) durch eine bereichsweise Reduktion des Außendurchmessers (D_A) des Kerns (4) gebildet ist.

3. Gießwalze nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Entspannungszone (E) durch eine bereichsweise Vergrößerung des Innendurchmessers (D_I) des Mantels (5) gebildet ist.

4. Gießwalze nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Entspannungszone (E) im mittleren Längenbereich des Kerns (3, 4) und/oder des Mantels (5, 6) liegt.

5. Gießwalze nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Entspannungszone in den Außenbereichen des Kerns und/oder des Mantels liegt.

6. Gießwalze nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Entspannungszone (E) eine Länge (L_E) aufweist, die dem 0,2 - 0,8 fachen der Gesamtlänge (L) des Kerns (3, 4) und/oder des Mantels (5, 6) entspricht.

7. Gießwalze nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Entspannungszone (E) eine radiale Erstreckung (s) von 0,6 bis 2,0 mm, vorzugsweise von 1,0 mm, aufweist.

Zeichnung