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Die Erfindung betrifft ein Walzgerüst, insbesondere Duo-Walzgerüst, zum Warmwalzen von legierten und hochlegierten Stáhlen, Insbesondere Schnellarbeitstahlen, mit von einem Walzenballen und daran beidseitig anschliessenden Walzenzapfen gebildeten Arbeitswalzen, wobei jeder Walzenzapfen eine Wälziageranordnung trägt, die in einem Walzenembaustück (3) gelagert ist, welches In den Gerüstrahmen (6) lösbar eingesetzt ist, sowie ein Verfahren zum Betrieb eines Walzgerüstes
Wälzgelagerte Arbeitswalzen fur Walzgerüste, die vorwiegend in Warm- und Kaibandstrassen eingesetzt werden, sind aus der EP 0 127 485 B1 und der DE 42 06 764 A1 bereits bekannt.
Der Einsatz wälzgelagerter Arbeitswalzen ist jedoch auf das Walzen von Metallbändern beschränkt, bel denen die Walzentemperatur niedrig gehalten werden kann, eine Vorwärmung der Arbeitswalzen nicht notwendig ist und eine die Funktion beeinträchtigende thermische Belastung der Arbeitswalzenlagerung somit nicht auftritt.
Aus der DE 22 40204 A1 ist bereits eine Walzvorrichtung bekannt, mit der es möglich ist, Wärme aus Wälzlagerungen abzuleiten oder hinzuzufügen. Damit wird weiters beabsichtigt, eine Wärmeausgleichs-und Temperaturcharakteristik quer über die Breite von Gegenwalzen zu erzeugen, um die Bandflachheit konstant zu halten. Die Vergleichmässigung der Walzlagertemperatur und damit ein konstantes Walzlagerspiel wird durch einen Stromungsmittelumlauf im Stützwalzenzapfen angrenzend an die Walzenzapfenlager zwar erreicht, auch ein Warmetransport von der Wälzlagerung zum Walzenballen wird dadurch verhindert, jedoch können die Temperaturverhältnisse am Walzenballen damit nicht wesentlich gesteuert werden.
Aus der JP-A 55-144310 Ist bereits ein System einer Walzenballen-innenkühlung bekannt, bei der die Zu- und Abfuhr des Kühl- bzw. Heizmittels durch den Walzenzapfen erfolgt. Eine Anwendung dieses Systems zum massiven Aufheizen der Walzenballenoberfläche ist jedoch technisch nicht möglich, da ein durch den Walzenzapfen geführtes, auf mehrere hundert Grad aufgeheiztes Heizmedium zu einer massiven Aufheizung der ganzen Walze, Inklusive des Walzenzapfens und der Lagerung führen würde. Gerade diese Aufheizung im Walzenzapfen und insbesondere in der Walzenlagerung ist unerwünscht.
Aus der US-A 4 962 577 ist eine Walze bekannt, deren Anwendungsgebiet allerdings in der Papierindustrie liegt und die von einem um eine feststehende Achse rotierenden Walzenmantel gebildet ist, der in einer mit der feststehenden Achse verbundenen Lagerglocke drehgelagert ist. Der Walzenmantel wird durch eine an der Innenseite des Walzenmantels vorbeiströmende Heizflüssigkeit auf einer Walzenmantel-Aussentemperatur von 240 bis 250 C gehalten. Die Drehlagerung dieser schwimmenden Walze"ist gekühlt Eine derartige Walze ist aufgrund ihrer statischen Auslegung für die Aufnahme und Ableitung der beim Warmwalzen von legierten und hochlegierten Stählen auftretenden Walzkräfte nicht geeignet.
Durch die innenliegende Heizung wird der gesamte Walzenkörper aufgeheizt und die Innentemperatur muss höher liegen als die gewünschte Walzenballen-Oberflächentemperatur.
Beim Walzen von hoch-und höchstiegierten Stählen, wie z. B. Schnellarbeitstählen, sind aufgrund der grossen Formänderungsfestigkeit und Rissempfindlichkeit besonders hohe und eng begrenzte Walztemperaturbereiche einzuhalten Eine grosse Formänderungsfesttgkeit bewirkt sehr grosse Walzkräfte, die jedoch durch hohe Walztemperaturen reduziert werden können, da die Formänderungsfestigkeit der Stähle mit steigender Temperatur abnimmt. Wegen der hohen Rissempfindlichkeit von beispielsweise Schnellarbeitsstählen können die Walzen während des Walzbetriebes nur unzureichend mit Luft gekühlt werden. Die Walzen werden üblicherweise ungekühit oder luftgekühlt mit sehr hohen Walzenballentemperaturen von etwa 250 C oder darüber betrie- ben.
Weiters muss zur Einstellung eines stabilen und gleichmässigen Profiles ein konstanter thermischer Walzenballen, möglichst von Beginn des Walzprozesses an, realisiert werden.
Zum Walzen von hoch-und höchstlegierten Stählen werden derzeit vorwiegend Duo-Walzgerüste Im Reversierbereich eingesetzt. Neben dem Reversierbetneb ist es aber auch üblich, dass mit einem Duo-Walzgerüst nur mit Vorwärtsstichen gewalzt wird, d. h., die Walzrichtung nie umgekehrt werden muss Dies erfordert allerdings den Rücktransport des Walzgutes auf anderem Weg. Bei derartigen Walzgerüsten wurden zur Lagerung der Arbeitswalzen bisher Gleitlager mit geteilten Lagerschalen verwendet. Da die Temperatur der Walzenzapfen einerseits wegen der hohen Walzenballentemperatur und andererseits wegen der grossen Reibkräfte in den Gleitlagern sehr hoch ansteigt, ist eine ausreichende Schmierung In den Gleitlagern besonders schwierig zu
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realisieren.
Weiters besteht die Gefahr, dass es aufgrund des Blockfettes zur Gefährdung der Bedienmannschaft und der Umwelt kommt. Wegen der nicht geschlossenen Lagerung und Schmierung können Verunreinigungen, wie Zunder und Schmutz, in die Lagerschalen gelangen und so zu erhöhtem Verschleiss am Zapfen führen.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, Nachteile der eingangs beschriebenen Walzgerüste zu vermeiden und ein Walzgerüst zum Warmwalzen von legierten und hochlegierten Stählen, sowie ein Verfahren zum Betrieb eines derartigen Walzgerüstes vorzuschlagen, mit dem es möglich ist das Walzgut mit hohem Temperaturniveau mittels Walzen mit hohen Walzenballentemperaturen zu walzen, wobei die Walzenballentemperatur in einem engen Temperaturbereich gehalten werden kann, ohne dass es zu einer erhöhten thermischen Belastung der Arbeistwalzenlagerung kommt.
Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, dass jeder Arbeitswalze eine als Flammheizeinrichtung ausgebildete Walzenballen-Aufheizeinrichtung und jeder Wälzlageranordnung in an sich bekannter Welse ein geschlossener Kühl- und Schmiermittelkreislauf zugeordnet ist. Durch den Transport eines Kühl- und Schmiermittels, beispielsweise eines Schmierols in einem geschlossenen Kühlund Schmiermittelkreislauf ergibt sich der Vorteil, dass das Kühl- und Schmiermittel gefiltert und gekühlt werden kann und Abrieb oder Späne aus dem Kühl- und Schmiermittelkreislauf entfernt werden können.
Der Einsatz von mehrreihigen Wälzlagern führt gegenüber Gleitlagern zu einer Reduzierung der Reibungsverluste um 30 bis 40%, wodurch sich die Antriebsleistung der Arbeitswalzen und ein extremes Aufheizen der Walzenzapfen deutlich verringern
Zusätzlich können durch das Zusammenspiel einer exakten Lagerung und des Konstanthalten der Temperatur im gesamten Bereich der Wälziageranordnung auf einem niedrigen Temperaturniveau geringere Lagerspiel und damit engere Toleranzen beim Walzen eingehalten werden.
Daraus resultieren gute Schmierbedingungen, eine lange Lagerlebensdauer und ein einheitliches Tragbild des Lagers auf dem Zapfen.
Am Walzenballen ist die Einhaltung einer stabilen Temperatur für die Ausbildung des thermischen Ballens und damit einhergehend zur Einstellung eines vorgegebenen Walzspaltes wichtig. Erst durch eine gleichbleibende Temperatur am Walzenballen ist ein über den gesamten Walzvorgang gleichbleibendes und exaktes Walzgutprofil erzielbar. Durch die Kombination der Lager- und Walzenzapfenkühlung mit einer Beheizung des Walzenzapfens kann auch in der Startphase und während Walzunterbrechungen eine konstante Ballentemperatur eingehalten werden Der thermische Ballen baut sich beim Walzen sehr rasch und unmittelbar auf.
Eine besonders günstige Ausgestaltung zur Erzielung obiger Vorteile ergibt sich dadurch, dass die Wälzlageranordnung in den Kühl- und Schmiermittelkreislauf geschaltet ist und der die Wälz-
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verbunden ist. Eine besonders günstige Anordnung besteht darin, dass die Wälzlageranordnung in einem Walzeneinbaustück gelagert ist, welches in den Gerüstrahmen lösbar eingesetzt ist und die Kühl- und Schmiermittelzuleitung und die Kühl- und Schmiermittelableitung durch das Walzeneinbaustück geführt sind Eine weitere mögliche Anordnung besteht darin, dass die Wälzlagernordnung auf dem Walzenzapfen aufgezogen ist und die Kühl- und Schmiermittelzuleitung und die Kühl- und Schmiermittel ableitung durch den Walzenzapfen geführt sind.
Eine weitere bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung besteht darin, dass die Kühl- und Schmiermittelzuleitung mit dem von Aussenringen und Innenringen gebildeten Lagerinnenraum an seinem dem Walzenballen naheliegenden Endbereich und die Kühl- und Schmiermittelableitung mit dem Lagerinnenraum an seinem dem Walzenballen fernliegende Endbereich verbunden ist.
Da der Wärmetransport vom Walzenballen zum Walzenzapfen erfolgt, stellt sich im Walzenzapfen ein Temperaturgefälle in Richtung vom Walzenballen weg ein. Durch die Führung des Kühl- und Schmiermittels in derselben Richtung im Gleichstromprinzip, wird eine besonders gleichmässige Temperatur in der Wälziageranordnung erzielt. Dies ist für ein einheitliches und gleichmässiges Tragbild des Lagerringes auf dem Walzenzapfen nötig, um erhöhten Verschleiss an heissen Stellen des Walzenzapfens zu vermeiden
Nach einer weiteren Ausgestaltung werden die Lagerinnenräume einzelner Wälzlager oder Gruppen von Wälzlagern der Wälzlageranordnung mit getrennten Kühl- und Schmrermittelzu- leitungen verbunden.
Damit können einzelne Abschnitte der Wälzlageranordnung gezielt mit Kühlund Schmiermittel versorgt werden.
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Um die Versorgung einzelner Abschnitte der Walzlageranordnung gezielt und voneinander völlig unabhängig mit Kühl- und Schmiermittel durchführen zu können, werden die Lagerinnenräume einzelner Wälzlager oder Gruppen von Wälzlagem der Wälzlageranordnung mit getrennten Kuhl- und Schmiermitteizuleitungen und getrennten Kühl- und Schmiermittelableitungen verbunden.
Eine definierte Strömung des Kühl- und Schmiermittels In der Wälzlageranordnung wird dadurch erreicht, dass der Wälzlageranordnung in Bezug auf die Durchströmungsrichtung des Kühlund Schmiermittels ein Leitring vorgeordnet ist und die Kühl- und Schmiermittelzuleitung mit einem von diesem Leitring und gegebenenfalls benachbarten Bauteilen gebildeten Ringraum verbunden ist und dieser Ringraum mit dem Lagerinnenraum durch eine vorzugsweise ringförmige Uiverleit- öffnung oder durch mehrere vorzugsweise gleichmässig verteilte Überleitöffnungen im Leitring verbunden ist Vorteilhaft wird eine Pumpwirkung auf das Kühl- und Schmiermittel dadurch ausgeübt,
dass der Leitring drehfest mit der Arbeitswalze verbunden ist und die Mittenachsen der Überleitöffnungen unter einem Winkel zur Arbeitswalzenachse angeordnet sind und die Wände zwischen benachbarten Überleitöffnungen als Fördermittel, vorzugsweise Laufschaufeln einer Pumpe, für ein Kühl- und Schmiermittel ausgebildet sind.
Um während des gesamten Walzvorganges gleichmässig optimale Bedingungen für das Walzgut zu schaffen, wird ein Verfahren zum Betrieb eines erfindungsgemässen Walzgerüstes vorgeschlagen, bei dem vor Beginn des Walzvorganges oder zwischen einzelnen Walzstichen der Walzenballen der Arbeitswalzen auf eine Betriebstemperatur von mehr als 2000C, vorzugsweise mehr als 250 C, aufgeheizt wird und während des Walzbetriebes, zumindest jedoch während des Walzvorganges ein Kühl- und Schmiermittel in einem Zwangskreislauf durch die Walzlageranordnung gepumpt wird. Dadurch ist es möglich, den Walzenballen über längere Zeit auf einer konstant hohen Betriebstemperatur zu halten und gleichzeitig ein stabil niedriges Temperatumiveau in der Wälzlageranordnung zu gewährleisten.
Vorzugsweise wird das Kühl- und Schmiermittel mit einem Betnebsdruck von 1 bis 3 bar, vorzugsweise 1 bis 2 bar, durch die Wälzlageranordnung gepumpt. Als günstig hat sich herausgestellt, dass das Kühl- und Schmiermittel nach dem Austritt aus der Wälzlageranordnung gereinigt und rückgekühlt wird, wobei die Rückkühlung auf weniger als 600C, vorzugsweise auf weniger als 40 C, erfolgt
Um die Temperatur in der Wälzlageranordnung auf einem bestimmtem Temperaturniveau halten zu können, wird nach einer besonders vorteilhaften Ausführungsform die der Wälzlageranordnung zugeführte Kühl- und Schmiermittelmenge in Abhängigkeit der Kühl- und Schmiermitteltemperatur gesteuert.
Weitere Vorteile und Merkmale der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung nicht einschränkender Ausführungsbeispiele, wobei auf die beiliegenden Figuren bezug genommen wird, die folgendes zeigen :
Fig. 1 ein Duo-Walzgerüst als Ausführungsbeispiel für ein Walzgerüst der erfindungsgemässen
Art
Flg 2 einen Längsschnitt durch eine mögliche Ausführungsform der Arbeitswalzenlagerung und des Kühl- und Schmiermittelkreislaufes,
Fig. 3 einen Langsschnitt durch eine weitere mögliche Ausführungsform der Arbeitswalzen- lagerung und des Kühl- und Schmiermittel kreislaufes,
Fig. 4 eine graphische Darstellung der Wärmebilanz für ein erfindungsgemässes Walzgerüst.
Ein Duo-Walzgerüst zum Walzen von Schnet) arbeitsstah ! gemäss Fig. 1 besteht aus zwei zusammenwirkenden Arbeitswalzen 1,2, die In Walzeneinbaustücken 3,4 drehbar abgestützt und gegeneinander entsprechend dem gewünschten Walzspalt 5 positionierbar sind. Die Walzenein- baustücke 3,4 sind lösbar im Gerüstrahmen 6 eingesetzt. Jeder Arbeitswalze 1,2 ist eine als
Flammheizeinrichtung ausgebildete Walzenballen-Aufheizeinrichtung 7. 8 zugeordnet, mit der der
Walzenballen 9 auf eine der jeweils zu walzenden Stahlqualität entsprechenden Walzballen-
Betriebstemperatur aufgeheizt wird.
Fig. 2 zeigt in einem Längsschnitt durch die Arbeitswalzenlagerung eine von einem Walzen- ballen 9 und Walzenzapfen 10 gebildeten Arbeitswalze 1 in einem Halbschnitt. Das zu verfor- mende Walzgut 11 ist als dünner Warmbandstreifen dargestellt. Die Wälzlageranordnung 12 wird von einem vierreihigen Kegelrollenlager gebildet, wobei die Wälzkörper 13 zwischen Innenringen
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14 und Aussenringen 15 geführt sind. Die Wälzlageranordnung 12 ist auf dem Walzenzapfen 10 aufgezogen und in das Walzeneinbaustück 3 eingesetzt.
Mit einem Lagerdeckel 16, einer nicht dargestellten Einstell- und Klemmeinrichtung sowie einem Leltring 17 ist die Wälzlageranordnung 12 zwischen Walzeneinbaustück 3 und Walzenzapfen 10 positioniert und mit Dichtungen 18,19, 20 gegen den Zutritt von Walzzunder und sonstigen Verunreinigungen, sowie gegen den Austritt von Kühl- und Schmiermittel abgedichtet.
Der Kühl- und Schmiermittelkreislauf ist in Fig. 2 durch Pfeile 21,22 und strichpunktierte Linien 23,24 dargestellt, die den Ein- und Austritt des Kühl- und Schmiermittels in die und aus den einzelnen Bauteilen verdeutlichen. Der konkrete Verlauf dieser Transportleitungen ist hierbei ohne Bedeutung. Als Kühl- und Schmiermittel wird Schmieröl üblicher Zusammensetzung bei einer Betriebstemperatur von unter 600C verwendet.
Die Zufuhr der Schmieröls erfolgt in einem nicht weiter dargestellten geschlossenen System aus einem Schmieröltank über einen Filter mit einem Pumpendruck von 1 bis 2 bar durch das Walzeneinbaustück 3 zu einem Ringspalt 25, der von einem der Walzlageranordnung 12 vorgelagerten Leitring 17 und dem Walzeneinbaustück 12 gebildet ist. Parallel zur Walzenzapfenachse 26 tritt das Schmieröl axial durch Überleitöffnungen 27 in den von Aussenringen 15 und Innenringe 14 der Wälziageranordnung 12 gebildeten Lagerinnenraum 28 ein, umströmt dort die Wälzkörper 13 und kühlt die gesamte Wälzlageranordnung 12 und den daran anschliessenden Walzenzapfen 10.
Der Durchtritt des Schmieröls durch die Wälzlageranordnung 12 erfolgt hierbei in Richtung vom Walzenballen 9 weg und folgt der Wärmetransportrichtung im Walzenzapfen 10, wodurch eine Gleichstromkühlung des Walzenzapfen erzielt wird. In einem weiteren Ringraum wird das Schmier- öl nach seinem Austritt aus der Wälzlageranordnung gesammelt, abgeleitet und zum Schmieröltank zurückgeführt, wobei das rückgeführte Schmieröl eine Reinigungsstufe und eine Rückkuhlung durchläuft
Nach einer nicht dargestellten Variante der Ausführungsform nach Fig.
2 sind die Überleit- öffnungen 27 im Leitring 17 so orientiert, dass ihre Mittenachsen unter einem Winkel zur Arbeitswalzenachse angeordnet sind und die benachbarte Überleitöffnungen trennenden Wände wie Laufradschaufeln einer Axialpumpe ausgebildet sind. Der Leitring 17 ist an der Arbeitswalze 1 drehfest fixiert, sodass bei Drehung der Arbeitswalzen während des Walzbetriebes eine zusätzliche Pumpwirkung auf das Schmieröl ausgeübt wird Diese Ausführungsform setzt allerdings eine stets gleichbleibende Walzrichtung voraus.
Fig. 3 zeigt eine weitere Ausführungsform des Kühl- und Schmiermittelkreislaufes, wobei hier zwei voneinander getrennte Kreisläufe vorgesehen sind. Die Zufuhr des Schmieröls erfolgt in einem ersten geschlossenen Kreislaufsystem, welches durch die Pfeile 30,31 und die stnchpunktierten Linien 32,33 angedeutet ist, durch das Walzeneinbaustück 3 zu einem Ringspalt 25, der von einem der Wälzlageranordnung 12 vorgelagerten Leitung 17 und dem Walzeneinbaustück 3 gebildet ist. Das Schmieröl durchfliesst diesen Ringspalt 25 und wird auf der gegenüberliegenden Seite des Walzenzapfens 10 wieder durch das Walzeneinbaustück 3 abgeleitet und zum Schmier- öltank zurückgeführt.
Weiters erfolgt die Zufuhr des Schmieröls in einem zweiten geschlossenen Kreislaufsystem, welches durch die Pfeile 34,35 und die strichpunktierten Linien 36,37 angedeutet ist, durch das Walzeneinbaustück 3 zu mehreren Ringnuten 38,39, 40,41, die einzelnen Wälzlagern der Wälzlageranordnung 12 zugeordnet sind. Von diesen Ringnuten 38,39, 40,41 wird das Schmieröl in den Lagerinnenraum 28 weitergeleitet, wobei der Durchtritt des Schmieröls durch die Walzlageranordnung 12 ebenfalls in Richtung vom Walzenballen 9 weg und damit der Wärmetransportrichtung im Walzenzapfen 10 folgend stattfindet. In einem Ringraum 29 wird das Schmier- öl nach seinem Austritt aus der Wälzlageranordnung 12 gesammelt, abgeleitet und zum Schmieröltank zurückgeführt.
Der Wärmetransport und die Ableitung der sich in der Arbeitswalze ausbreitenden Wärme ist in
Fig. 4 durch eine graphische Darstellung einer Wärmebilanz illustriert. Vom Walzgut, das je nach Stahlqualität auf eine vorgegebene Walztemperatur vorgewärmt ist, tritt eine nicht beeinflussbare Wärmemenge in die Arbeitswalze ein. Zusätzlich erfolgt ein Wärmeeintrag aus der Verformungenergie des Walzprozesses und durch die Walzenballen-Aufheizvorrichtung.
Von dieser Gesamtwärmemenge wird eine Teilwärmemenge vom Walzenballen direkt wieder an die Umgebung abgegeben und der Rest in den Walzenzapfen abgeleitet. Davon wird eine Teilwarmemenge an das Schmieröl im Ringspalt 25 und eine weitere Teilwärmemenge dem
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Schmieröl in der Wälziageranordnung 12 zugeführt und von dort zusammen mit der dort durch Lagerreibung erzeugten Wärmemenge über den Kühl-und Schmiermittelkreislauf abgeführt. Eine verbleibende Restwärmemenge wird über die Stirnseite des Walzenzapfens an die Umgebung abgegeben. Dieser Wärmebilanz ist eine Ausführungsform mit mehreren Kühlkreisläufen, in der Wälzlageranordnung und im Ringraum, zugrundegelegt.
Der Betrieb des erfindungsgemässen Walzgerüstes erfolgt mit folgenden Schritten :
Der Walzenballen der Arbeitswalzen wird auf eine je nach WalzgutqualitÅat optimale Walzenballentemperatur vorgewarmt, oder wenn zwischen einzelnen Walzenstichen betriebsbedingt oder durch Betriebsunterbrechungen eine zu starke Abkühlung erfolgte, die Walzenballen auf Betriebstemperatur zwischenerwärmt. Bei Schnellarbeitsstahlen liegt diese Betriebstemperatur über 2500C.
Gleichzeitig wird Kühl- und Schmiermittel, zumeist Schmieröl, in einem Zwangskreislauf bei 1 bis 3 bar durch die Wälzlageranordnung gepumpt. Das Kühl- und Schmiermittel durchläuft während der Rückführung in den Öltank eine Reinigungsstufe und eine Ruckkühlung, bei der es auf weniger als 60 C, vorzugsweise weniger als 400C, eingestellt wird. Die Betriebstemperatur In der Wälzlager- anordnung kann durch die zugeführte Kühl- und Schmiermittelmenge in Abhängigkeit von der Kühlund Schmiermitteltemperatur gesteuert werden.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Walzgerüst, insbesondere Duo-Walzgerüst, zum Warmwalzen von legierten und hochle- gierten Stählen, insbesondere Schnellarbeitsstählen, mit von einem Walzenballen (9) und daran beidseitig anschliessenden Walzenzapfen (10) gebildeten Arbeitswalzen (1,2), wobei jeder Walzenzapfen (10) eine Walzlageranordnung (12) trägt, die in einem Walzenein- baustück (3) gelagert Ist, welches in den Gerustrahmen (6) losbar eingesetzt ist, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Arbeitswalze (1,2) eine als Flammenheizeinrichtung ausge- bildete Walzenballen-Aufheizeinrichtung (7,8) und jeder Wälzlageranordnung (12) in an sich bekannter Weise ein geschlossener Kühl- und Schmiermittelkreislauf (21,22, 23,24,
30,31, 32,33, 34,35, 36,37) zugeordnet ist.