EP0043315A1 - Rouleau tubulaire pour machine de coulée continue - Google Patents

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EP0043315A1
EP0043315A1 EP81401004A EP81401004A EP0043315A1 EP 0043315 A1 EP0043315 A1 EP 0043315A1 EP 81401004 A EP81401004 A EP 81401004A EP 81401004 A EP81401004 A EP 81401004A EP 0043315 A1 EP0043315 A1 EP 0043315A1
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shaft
roller
central shaft
bearings
tubular
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Jacques Michelet
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22D—CASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
    • B22D11/00—Continuous casting of metals, i.e. casting in indefinite lengths
    • B22D11/12—Accessories for subsequent treating or working cast stock in situ
    • B22D11/128—Accessories for subsequent treating or working cast stock in situ for removing
    • B22D11/1287—Rolls; Lubricating, cooling or heating rolls while in use
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22D—CASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
    • B22D11/00—Continuous casting of metals, i.e. casting in indefinite lengths
    • B22D11/12—Accessories for subsequent treating or working cast stock in situ
    • B22D11/122—Accessories for subsequent treating or working cast stock in situ using magnetic fields

Definitions

  • the present invention relates to the continuous casting of metals, in particular steel, and relates more particularly to the rollers intended for supporting and guiding the product cast downstream of the mold.
  • rollers of this type are cylindrical bodies, of revolution about an axis perpendicular to the direction of casting and placed in contact with the product cast by one of their generatrices. They are movable in rotation by engaging at their ends in pa- ; linkers with load-bearing bearings, integral with the machine frame.
  • rollers are full, but it is known to make use of tubular rollers whose available internal volume is used to place functional elements therein, for example an internal cooling system of the envelope in contact with the cast product. (DOS n ° 1 809 471), or an elastic suspension mechanism allowing the envelope to "follow" the transverse fluctuations of the cast product (DAS n ° 1 082 377), or an electromagnetic inductor ensuring mixing of the metal in fusion in the solidification well (English patent n ° 1 405 312).
  • DOS n ° 1 809 471 an elastic suspension mechanism allowing the envelope to "follow" the transverse fluctuations of the cast product
  • DAS n ° 1 082 377 an electromagnetic inductor ensuring mixing of the metal in fusion in the solidification well
  • the roller generally comprises a central shaft equipped accordingly and engaging by end pins in support cradles where it is kept locked in rotation by keying or any other suitable means.
  • the casing is mounted in free rotation on the shaft which it surrounds at a distance by any suitable means, such as ball bearings, allowing the desired kinematic uncoupling.
  • the object of the present invention is another technological solution of kinematic decoupling between the rotating envelope and the fixed inner part.
  • the subject of the invention is a tubular roller for a continuous metal casting machine comprising a stationary central shaft, a cylindrical casing surrounding the shaft at a distance and in axial rotation in contact with the product cast by one of its generators, and two rolling bearings integral with the frame of the machine, roller characterized in that the casing has at its ends tubular rockets engaged in the bearings, in that the central shaft comprises cylindrical end parts mounted with clearance in rockets and protruding therefrom by spans resting on support cradles integral with the frame of the machine, and in that means, such as keys, are provided at the cradles to ensure locking in rotation of the tree.
  • the support cradles of the shaft are attached to the end faces of the bearings, beyond the bearings of the casing.
  • the end parts of the central shaft are of tubular structure to allow the passage of the internal cooling water of the roller and / or the electrical wiring when the shaft is equipped with an inductor electromagnetic.
  • the idea underlying the invention lies in the fact that, unlike the known solution, the static central shaft no longer constitutes an internal bearing supporting the rotating envelope, but the latter, being engaged at each of its ends reported in a conventional bearing fixed to the frame of the machine, is therefore mechanically and functionally independent of the central shaft.
  • the invention has many specific advantages linked to the mechanical autonomy of the envelope relative to the central shaft and to the way in which it achieves this autonomy.
  • the inner shaft is freed from the mechanical stresses transmitted by the envelope, itself subject to inevitable deformations due to the behavior of the cast product with which it is in contact (variations in the geometric profile of the product, swelling of the faces under the effect of ferrostatic pressure, especially noticeable in the case of products with a large cross-section, such as slabs, etc.).
  • roller can be made active in the extraction operation of the cast product.
  • This can indeed be achieved very simply by coupling a motor to an accessible part of a rocket between the casing and the corresponding bearing, while in known technology, only the central shaft is easily accessible at the level of its trunnions. However, by definition, the shaft must remain locked in rotation and cannot therefore be used for driving the envelope.
  • a casing 12 is attached to the cradle 10.
  • This casing has an opening 13 for the supply of cooling water and contains an electrical connection box shown diagrammatically at 14, from which a copper wiring 15 connecting inductor 4 after having formed a flexible loop 16.
  • the cradle 10 consists of an annular piece attached to the end face of the bearing 5 beyond the bearings 6, 6 ', by means of assembly studs 17 passing through the bearing.
  • the cradle further comprises two central clearances 18 and 19.
  • an annular shim 20 for locking the bearings 6, 6 '.
  • This wedge fixed at the end of the spindle 8 by screws 21, is therefore driven in rotation by the envelope and carries two seals: a seal 22 with four lips on its face facing the internal shoulder of the cradle with respect to which it is rotating and a conventional O-ring 23 on the face opposite the rocket 8.
  • the release 19 serves as a housing for a key 24 attached to the cradle 10 by a screw 25 and which ensures the locking in rotation of the central shaft 3.
  • This key is in the form of a sector penetrating a notch 26 machined on the end part 9. It can also be seen that this part 9 comprises, at the location of the clearance 19 an annular groove 42 in which is placed a stop cheek 27 which, by pressing on the cradle 10, ensures the longitudinal locking of the shaft 3 in the left-right direction in the figure, the locking in the opposite direction being of course obtained by the key 24 placed in abutment in the notch 26.
  • bearings 6 and 6 'of the bearing are separated by a spacer 36.
  • the annular shim or seal carrier part 20 is then fixed, which ensures both the locking of the bearings 6 and 6' opposite the shim 29 and the longitudinal positioning of the rocket-shell assembly.
  • the cradle 10 is introduced by sliding it over the bearing 11 of the shaft 3 protruding from the bearing and the cradle is brought back onto the bearing 5 by screwing the studs 17. It is observed that the cradle includes a borehole 30 for lubrication bearings 6, 6 '.
  • the stop ring or cheek piece 27 is then successively installed, the key 24 by inserting the latter into the notch 26, then the support rods 31 around which the loop 16 is wound.
  • the plate 32 by means of hollow pins 33 which are fitted onto the ends of the rods 31.
  • the plate 32 is fitted with the connection box 14 and the connection with the cable 16 is made by means of the connection pad 34.
  • roller differs from that described here only by the absence of the key 24 and the ring 27, this in order to allow the free longitudinal expansion of the shaft.
  • the visible part of the rocket 8 namely the portion between the casing 1 and the bearing 5 may very well constitute a possible grip for the coupling of a motor for driving the roller. .

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Abstract

Le rouleau comprend un arbre central (3) fixe en rotation, une enveloppe cylindrique (1) entourant l'arbre à distance et en rotation axiale au contact avec le produit coulé par l'une de ses génératrices et deux paliers à roulements (5) solidaires du chassis de la machine.
L'enveloppe (1) présente à chacune de ses extrémités une fusée (8) engagée dans le palier à roulements (5).
L'arbre central (3), équipé d'un inducteur électromagnétique (4), comporte de part et d'autre une partie terminale cylindrique (9) également tubulaire, montée avec jeu dans la fusée (8) et dépassant la limite de celle-ci par une portée (11) reposant sur un berceau d'appui (10) rapporté sur la face extrême du palier (5) au-delà des roulements (6,6') et des moyens, tels qu'une clavette (24), sont prévus au niveau du berceau (10) pour assurer le blocage en rotation de l'arbre central (3).
Ainsi, un désaccouplement mécanique entre l'arbre central fixe (3) et l'enveloppe en rotation (1) est réalisé.

Description

  • La présente invention se rapporte à la coulée continue des métaux, notamment de l'acier, et concerne plus particulièrement les rouleaux destinés au soutien et au guidage du produit coulé en aval de la lingotière.
  • On sait que les rouleaux de ce type sont des corps cylindriques, de révolution autour d'un axe perpendiculaire à la direction de coulée et placés au contact du produit coulé par l'une de leurs génératrices. Ils sont mobiles en rotation en s'engageant par leurs extrémités dans des pa- ; liers à roulements-porteurs, solidaires du bâti de la machine.
  • Habituellement, les rouleaux sont pleins, mais il est connu de faire usage de rouleaux tubulaires dont le volume intérieur disponible est mis à profit pour y placer des éléments fonctionnels, par exemple un système de refroidissement interne de l'enveloppe en contact avec le produit coulé (DOS n° 1 809 471), ou un mécanisme de suspension élastique permettant à l'enveloppe de "suivre" les fluctuations transversales du produit coulé (DAS n° 1 082 377), ou encore un inducteur électromagnétique assurant un brassage du métal en fusion dans le puits de solidification (brevet anglais n° 1 405 312).
  • On sait aussi qu'il peut être recherché une orientation fixe des éléments fonctionnels internes par rapport au produit coulé pendant la rotation de l'enveloppe. Dans ce cas, le rouleau comporte généralement un arbre central équipé en conséquence et s'engageant par des tourillons d'extrémités dans des berceaux-supports où il est maintenu bloqué en rotation par clavetage ou tout autre moyen approprié. L'enveloppe est montée en rotation libre sur l'arbre qu'elle entoure à distance par l'intermédiaire de tout moyen adéquat, tels que des roulements à billes, permettant le désaccouplement cinématique recherché.
  • Cette indépendance cinématique de l'intérieur du rouleau par rapport à l'enveloppe présente un certain nombre d'avantages substantiels parmi lesquels on peut citer : l'absence de contacts électriques tournants, tels que des bagues conductrices à balais-frotteurs, lorsque l'équipage interne du rouleau est un inducteur électromagnétique (brevet anglais n° 1 405 312) ou, dans ce cas, la possibilité de prévoir pour ce dernier une culasse de retour du flux magnétique afin d'éviter une trop grande dispersion de l'énergie magnétique en dehors de la région de l'espace occupée par le produit coulé, ou encore l'absence de raccords hydrauliques tournants pour le passage de l'eau destinée au refroidissement de l'inducteur ou de l'enveloppe elle-même (DOS n° 1 809 471).
  • La présente invention a pour but une autre solution technologique de découplage cinématique entre l'enveloppe en rotation et la partie intérieure fixe.
  • A cet effet, l'invention a pour objet un rouleau tubulaire pour machine de coulée continue des métaux comprenant un arbre central stationnaire, une enveloppe cylindrique entourant l'arbre à distance et en rotation axiale au contact avec le produit coulé par l'une de ses génératrices, et deux paliers à roulements solidaires du bâti de la machine, rouleau caractérisé en ce que l'enveloppe présente à ses extrémités des fusées tubulaires engagées dans les paliers, en ce que l'arbre central comporte des parties terminales cylindriques montées avec jeu dans les fusées et dépassant de celles-ci par des portées reposant sur des berceaux d'appui solidaires du bâti de la machine, et en ce que des moyens, tels que des clavettes, sont prévus au niveau des berceaux pour assurer le blocage en rotation de l'arbre.
  • Conformément à une réalisation particulière, les berceaux d'appui de l'arbre sont rapportés sur les faces extrêmes des paliers, au-delà des roulements de l'enveloppe.
  • Selon une autre caractéristique de l'invention, les parties terminales de l'arbre central sont de structure tubulaire pour permettre le passage de l'eau de refroidissement interne du rouleau et/ou du câblage électrique lorsque l'arbre est équipé d'un inducteur électromagnétique.
  • Comme on l'aura sans doute déjà compris, l'idée à la base de l'invention réside dans le fait que, contrairement à la solution connue, l'arbre central statique ne constitue plus un palier interne supportant l'enveloppe en rotation, mais cette dernière, étant engagée à chacune de ses extrémités rapportées dans un palier classique fixé au bâti de la machine, se trouve, par conséquent, mécaniquement et fonctionnellement indépendante de l'arbre central.
  • En plus des avantages habituels, propres aux rouleaux tubulaires évoqués précédemment, l'invention présente de nombreux avantages spécifiques liés à l'autonomie mécanique de l'enveloppe par rapport à l'arbre central et à la façon dont elle réalise cette autonomie.
  • Ainsi, l'arbre intérieur se trouve libéré des contraintes mécaniques transmises par l'enveloppe, elle-même soumise à des déformations inévitables dues au comportement du produit coulé avec lequel elle est en contact (variations du profil géométrique du produit, gonflement des faces sous l'effet de la pression ferrostatique, surtout sensible dans le cas des produits à large section, tels que les brames, etc...). Par suite, on dispose d'une plus grande souplesse quant au choix des caractéristiques des éléments fonctionnels équipant l'arbre central, notamment dans le cas d'un inducteur électromagnétique.
  • Un autre avantage réside dans la possibilité, ou, du moins, la facilité avec laquelle on peut rendre le rouleau actif dans l'opération d'extraction du produit coulé. Ceci peut en effet être réalisé très simplement en attelant un moteur sur une partie accessible d'une fusée entre l'enveloppe et le palier correspondant, alors que dans la technologie connue, seul l'arbre central est aisément accessible au niveau de ses tourillons. Or, par définition, l'arbre doit demeurer bloqué en rotation et ne peut par conséquent, être utilisé pour l'entraînement de l'enveloppe.
  • L'invention sera bien comprise et d'autres aspects et avantages ressortiront plus clairement au vu de la description qui suit donnée en référence à la figure unique annexée représentant une vue en coupe axiale d'une extrémité d'un rouleau tubulaire conforme à l'invention et équipant une machine de coulée continue de brames d'acier.
  • Le rouleau comprend les éléments essentiels suivants : une enveloppe cylindrique 1, au contact par l'une de ses génératrices avec une grande face de la brame 2 en cours de solidification, un arbre central 3 équipé ici d'un inducteur électromagnétique partiellement représenté en 4. De part et d'autre de ces deux éléments, se trouvent :
    • - un palier 5, pourvu de ses roulements 6 et 6' et solidaire du bâti de la machine, représenté en 7 et disposé à l'opposé de la brame 2,
    • - une fusée tubulaire 8 prolongeant l'enveloppe 1 et s'engageant dans le palier à roulements 5,
    • - une partie terminale cylindrique 9 prolongeant l'arbre central 3 en traversant avec un faible jeu l'alésage de la fusée 8,
    • - et un berceau 10 sur lequel repose l'arbre 3 par une portée 11 constituée par l'extrémité de la partie terminale 9 dépassant de la fusée 8.
  • Comme on le voit, un carter 12 est rapporté sur le berceau 10. Ce carter présente une ouverture 13 pour l'arrivée d'eau de refroidissement et contient une boîte de connexion électrique schématisée en 14, de laquelle sort un câblage en cuivre 15 reliant l'inducteur 4 après avoir formé une boucle souple 16.
  • On voit également que le berceau 10 est constitué d'une pièce annulaire rapportée sur la face extrême du palier 5 au-delà des roulements 6, 6', au moyen de goujons d'assemblage 17 traversant le palier. Le berceau comporte en outre deux dégagements centraux 18 et 19. Dans le dégagement 18 est placée une cale annulaire 20 pour le blocage des roulements 6, 6'. Cette cale, fixée en bout de fusée 8 par des vis 21, est donc entraînée en rotation par l'enveloppe et porte deux joints d'étanchéité : un joint 22 à quatre lèvres sur sa face tournée vers l'épaulement interne du berceau par rapport auquel elle est en rotation et un joint torique classique 23 sur la face en regard de la fusée 8. Le dégagement 19 sert de logement à une clavette 24 rapportée sur le berceau 10 par une vis 25 et qui assure le blocage en rotation de l'arbre central 3. Cette clavette se présente sous la forme d'un secteur pénétrant dans une encoche 26 usinée sur la partie terminale 9. On voit également que cette partie 9 comporte, à l'endroit du dégagement 19 une gorge annulaire 42 dans laquelle est placée une joue d'arrêt 27 qui, en s'appuyant sur le berceau 10, assure le blocage longitudinal de l'arbre 3 dans le sens gauche-droite sur la figure, le blocage en sens contraire étant bien entendu obtenu par la clavette 24 placée en butée dans l'encoche 26.
  • On va maintenant décrire brièvement les opérations de montage, ce qui permettra d'indiquer les pièces accessoires de l'assemblage qui n'ont pas encore été citées.
  • L'arbre 3 équipé de l'inducteur 4, étant positionné dans l'enceinte de l'enveloppe 1, on fixe sur cette dernière la fusée 8 au moyen des vis d'assemblage 28, après l'avoir fait coulisser autour de la partie terminale 9. On introduit alors l'extrémité libre de la fusée dans le palier 5 jusqu'à venir en butée sur une cale annulaire 29 préalablement placée dans le creux d'un épaulement prévu à cet effet sur le pourtour de la fusée.
  • On remarque que les roulements 6 et 6' du palier sont séparés par une entretoise 36. On fixe ensuite la cale annulaire ou pièce porte-joints 20 qui assure à la fois le blocage des roulements 6 et 6' à l'opposé de la cale 29 et le positionnement longitudinal de l'assemblage fusée-enveloppe.
  • Puis, on introduit le berceau 10 en le faisant coulisser sur la portée 11 de l'arbre 3 dépassant du palier et on rapporte le berceau sur le palier 5 par vissage des goujons 17. On observe que le berceau comporte un forage 30 pour le graissage des roulements 6, 6'. On installe alors successivement la bague ou joue d'arrêt 27, la clavette 24 en introduisant cette dernière dans l'encoche 26, puis les tiges-supports 31 autour desquelles s'enroule la boucle 16. On procède ensuite à la mise en place de la plaque 32 grâce à des tétons creux 33 qui s'emmanchent sur les extrémités des tiges 31. La plaque 32 est équipée de la boîte de connexion 14 et la liaison avec le câble 16 est réalisée grâce au plot de raccordement 34. Enfin, on introduit longitudinalement le boîtier 12 que l'on fixe sur le berceau 10 par des vis d'assemblage 35 traversant une bride circulaire 43 soudée au boîtier 12. Un morceau de la bride circulaire a été enlevé, comme on le voit en haut de la figure, afin de faciliter l'accès au forage 30 pour le graissage. On complète le tout par une plaque de fermeture 37 fixée au boîtier par des vis 38 et assemblée à la plaque 32 par des vis 39. On note que des joints toriques 40 et 41 sont prévus aux extrémités du boîtier pour assurer l'étanchéité à l'eau.
  • Comme on l'aura aisément compris, les opérations de démontage s'effectuent chronologiquement en sens inverse de celui qui vient d'être décrit.
  • Il doit être signalé que l'autre extrémité du rouleau ne diffère de celle décrite ici que par l'absence de la clavette 24 et de la bague 27, ceci afin de permettre la libre dilatation longitudinale de l'arbre.
  • Par contre, il est avantageux d'y prévoir quand même une encoche telle que 26 et une gorge telle que 42 afin de permettre la réversibilité du rouleau.
  • Par ailleurs, il doit être souligné que la partie apparente de la fusée 8, à savoir la portion comprise entre l'enveloppe 1 et le palier 5 peut fort bien constituer une prise possible pour l'attelage d'un moteur d'entraînement du rouleau.
  • Bien entendu, l'invention ne saurait se limiter à l'exemple décrit, mais peut présenter de multiples variantes ou équivalents, tant dans la forme des pièces constitutives de l'assemblage, que leur nombre ou leur dimensionnement, mais dans la mesure toutefois où sont conservés à la fois la structure et l'agencement des éléments essentiels caractéristiques de l'invention, telle qu'explicitée dans les revendications ci-annexées.

Claims (5)

1. Rouleau tubulaire pour machine de coulée continue des métaux, comprenant un arbre central stationnaire, une enveloppe cylindrique entourant l'arbre à distance et en rotation axiale au contact avec le produit coulé par l'une de ses génératrices, et deux paliers à roulements solidaires du bâti de la machine, caractérisé en ce que l'enveloppe présente à ses extrémités des fusées tubulaires engagées dans les paliers, en ce que l'arbre central comporte des parties terminales cylindriques montées avec jeu dans les fusées et dépassant la limite de celles-ci par des portées reposant sur des berceaux d'appui solidaires du bâti de la machine, et en ce que des moyens sont prévus au niveau d'au moins un berceau pour assurer le blocage en rotation de l'arbre central.
2. Rouleau selon la revendication 1, caractérisé en ce que les berceaux d'appui sur lesquels repose l'arbre central sont des pièces rapportées sur les faces extrêmes des paliers, au-delà des roulements de l'enveloppe.
3. Rouleau selon les revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que les parties terminales de l'arbre central sont de structure tubulaire.
4. Rouleau selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens de blocage en rotation de l'arbre sont prévus au niveau d'un seul des deux berceaux d'appui, l'autre extrémité de l'arbre étant laissée libre pour ne pas contrarier les effets de la dilatation.
5. Application du rouleau selon l'une quelconque des revendications précédentes à une machine de coulée continue de brames, caractérisée en ce que le rouleau est placé sur la hauteur de la machine à un niveau correspondant à la présence dans le produit coulé d'un coeur encore liquide, et en ce que l'arbre du rouleau est équipé d'un inducteur électromagnétique statique polyphasé dont l'excitation électrique provoque un brassage dans le coeur encore liquide.
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