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Gebiet der
Erfindung
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Die vorliegende Erfindung bezieht
sich auf die Verbesserung der Leistungsfähigkeit einer Eingangsrollenführung, die
bei Stahlwalzwerken verwendet wird, um den Durchgang eines Stahlblocks von
einem Rollenstand zu dem nächsten
Rollenstand beim Vorgang der Verringerung des Querschnitts durch
Walzen mit mehreren Rollenständen
zu erleichtern.
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Stand der
Technik
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Die Arbeitsweise eines Walzwerks
mit zunehmender Reduktion des Querschnitts mit mehreren Walzständen ist
für einen
Fachmann auf dem vorliegenden Gebiet bekannt. Im Betrieb kann ein
Walzwerk mehr als 25 Stufen aufweisen, wobei ein erhitzter Metallblock,
der einen anfänglichen
Querschnitt von 16–20
Quadratinch aufweist, auf 40 Tausendstel eines Inch im
Durchmesser reduziert wird, während er
durch das Walzwerk hindurchgeht. Die Geschwindigkeit des heißen Werkstücks aus
Stahl erhöht
sich in direktem Verhältnis
zu der Verringerung in der Querschnittsfläche. Daher beträgt die Ausgangsgeschwindigkeit
eines typischen Stangenmaterials, das in der vorstehend beschriebenen
Weise im Querschnitt reduziert wird, das Vierhundertfache der Eintrittsgeschwindigkeit
des Blocks, und kann nahezu 100 m pro Sekunde betragen. Da die Stange
auf die nächste
Eingangsrollenführung
und auch auf die Rollen, die in der Eintrittsführungsvorrichtung angebracht
sind, mit beträchtlicher
Kraft und erheblichem Impuls auftrifft, ist es wünschenswert, daß sich die Rollen
in der Eintrittsführungsvorrichtung
mit einer Drehzahl drehen, die gleich groß ist wie die Geschwindigkeit
der Stange, die in die Eingangsrollenführung eintritt, oder geringfügig größer als
diese. Dies verringert die Beschädigungen,
die als Lochbildung am vorderen Ende bekannt sind, und die durch das
vordere Ende der sich schnell bewegenden Stange verursacht werden,
wenn diese durch die Rollen in der Eintrittsführungsvorrichtung aufgefangen
wird. Wenn sich die Rollen nicht drehen, und das Ende der Stange
mit hoher Geschwindigkeit eintrifft, tritt ein Gleitvorgang zwischen
der Rolle und der Stange auf, wodurch eine Beschädigung an den Rollen in der Eintrittsführung hervorgerufen
wird. Eine Beschädigung
an den Lagern kann ebenfalls auftreten, wenn das vordere Ende der
Stange wiederholt auf die Rollen in der Eingangsrollenführung auftrifft
bzw. aufschlägt.
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Es kommt häufig vor, daß die Lagerungen
in der Eingangsrollenführung
durch das wiederholte Auftreffen des sich schnell bewegenden Endes
der Stange beschädigt
werden, so daß sich
die Rollen exzentrisch drehen, wenn die Stange zwischen diesen hindurchgeht,
so daß Durchmesserabweichungen
produziert werden, durch die die Verwendbarkeit des fertigen Stangenmaterials
beeinträchtigt
wird.
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Hersteller von Stahlwalzeinrichtungen
arbeiten ständig
daran, die Durchsatzleistung einer jeden einzelnen Stahlwalzwerkanlage
zu vergrößern. Aufgrund
von Verbesserungen in der Steuerungstechnologie ist es heute möglich, daß mehr als 25 Walzstände in einer
einzelnen Walzwerkanlage arbeiten. Während heutzutage Austrittsgeschwindigkeiten
des Stangenmaterials von 100 m pro Sekunde nicht unüblich sind,
werden zur Zeit zukünftige
Walzwerke geplant, bei denen Austrittsgeschwindigkeiten des Stangenmaterials
von nahezu 150 m pro Sekunde auftreten werden.
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Dies bedeutet, daß sämtliche Rollen bzw. Walzen
in den unterschiedlichen Walzwerkstufen zunehmenden Betriebsgeschwindigkeiten
unterworfen sein werden und daß aus
diesem Grunde die vorab eingestellte Rotationsgeschwindigkeit von
jedem einzelnen Rollensatz der Eingangsrollenführungen in einem Verhältnis erhöht werden
muß, das
unmittelbar proportional zu der Geschwindigkeit des Erzeugnisses
ist, das durch diese hindurchgeführt
wird.
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Für
die letzte Stufe eines Walzwerks nach dem heutigen Stand der Technik
stellt eine Ausgangsgeschwindigkeit des Stangenmaterials von 100
m pro Sekunde eine Drehzahl von etwa 40000–45000 U.p.M. der Führungsrollen
dar. Für Ausgangsgeschwindigkeiten
von 150 m pro Sekunde müssen
die Eingangsführungsrollen
eine vorab eingestellte Drehzahl von etwa 60000 U.p.M. erreichen.
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Stand der
Technik
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Das US-Patent 4,295,356 vom 20. Oktober 1981
zeigt eine Eingangsrollenführung,
bei der die Rollen mit einer Reihe von schaufelförmigen Ausnehmungen versehen
sind, um eine Anzahl von Reaktionsoberflächen zu bilden, um jede Rolle
mit einer Kühlflüssigkeit
anzutreiben, insbesondere mit Wasser.
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Das US-Patent 4,373,367 vom 15. Februar 1983
ist auf eine Anordnung zum Abgeben eines unter Druck stehenden Fluides,
insbesondere Wasser, durch einen Führungsarm gerichtet, auf eine
solche Weise, daß das
unter Druck stehende Fluid auf die Reaktionsoberflächen, schaufelförmige Ausnehmungen,
unter einem geeigneten Winkel auftrifft, um die Rollen auf eine
gewählte
Geschwindigkeit anzutreiben, bevor das Stangenmaterial in die Führung eintritt.
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Zusammenfassung
der Erfindung
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Das Profil und die Form der Rolle
wird im wesentlichen durch die Form des zu bearbeitenden Erzeugnisses
vorgegeben, das zwischen den Rollen in der Eingangsrollenführung hindurchgeht,
so daß die Durchmesser
(innerer und äußerer Durchmesser) der
Rolle im wesentlichen durch feste Bedingungen vorgegeben sind, wie
bspw. Standardisierung und Austauschbarkeit von unterschiedlichen
Rollen.
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Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung
besteht daher darin, eine Eingangsrollenführung zu schaffen, die Rollen
aufweist, die bei erhöhten
Eingangsgeschwindigkeiten des Stangenmaterials arbeiten, ohne daß wesentliche
Modifizierungen an der Konstruktion der Eingangsrollenführung erforderlich sind.
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Diese Aufgabe wird durch eine Eingangsrollenführiing gemäß Anspruch
1 gelöst.
Eine Eingangsrollenführung,
bei der die vorliegende Erfindung verwirklicht ist, weist eine Rolle
auf, die keine bevorzugte Drehrichtung aufweist und bei der eine
erheblich vergrößerte Reaktionsoberfläche vorhanden
ist, auf die das Antriebsfluid auftreffen kann.
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Kurzbeschreibung
der Zeichnungen
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1 zeigt
eine perspektivische Ansicht eines Walzwerks, bei dem die vorliegende
Erfindung Einsatz findet;
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2 zeigt
eine repräsentative
Ansicht einer typischen Eingangsrollenführungsanordnung, bei der lediglich
die Teile dargestellt sind, die für die vorliegende Erfindung
wesentlich sind;
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3 zeigt
eine vergrößerte Schnittansicht der
Rollenanordnung, die in 2 dargestellt
ist, und
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4 zeigt
eine teilweise perspektivische Ansicht der Rolle nach der vorliegenden
Erfindung.
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Beschreibung
der bevorzugten Ausführungsform
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Unter Bezugnahme auf die Zeichnungen
und insbesondere auf 1 ist
ein Stahlwalzwerk 10 in perspektivischer Ansicht dargestellt,
das sich zum Verarbeiten von Stahlblöcken zu Stangenmaterial aus
Stahl eignet. Das Stahlwalzwerk 10 ist mit einer Reihe
von Stufen zur Verringerung des Querschnitts ausgerüstet, die
alle in ein und derselben Linie angeordnet sind, so daß ein eintreffendes
Stangenmaterial 12 nach und nach im Querschnitt reduziert
wird, während
es durch die unterschiedlichen, querschnittsverringernden Stufen
des Walzwerks hindurchgeht, wie bspw. die Stufe, die mit 14 bezeichnet ist.
Sicherheitsabdeckungen 16 sind vorgesehen, um das Betriebspersonal
vor einer Schädigung
zu schützen,
die durch den Aufschlag von Bruchstücken oder beschädigten Komponenten
usw. hervorgerufen werden kann, was sich aus einem Versagen von
Bauteilen während
eines Arbeitsvorgangs zur Querschnittsverringerung ergeben kann.
Das Stangenmaterial tritt an der linken Seite des Walzwerks ein
und tritt aus dem Ende auf der rechten Seite des Walzwerks 10 aus.
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2 zeigt
eine typische Eingangsrollenführung 18,
bei der die Rollen nach der vorliegenden Erfindung verwendet werden.
Eine trichterförmig
ausgebildete Eingangsführung 20 sorgt
für den
anfänglichen
Führungsmechanismus
für das
Stangenmaterial 12, wenn dieses in die Eingangsrollenführung 18 eintritt.
Das Stangenmaterial 12 wird auf diese Weise in die Bohrung 24 der
Führung 18 geleitet.
Das Stangenmaterial 12 geht danach zwischen einem Paar von
angetriebenen Führungsrollen 26 hindurch
und tritt in Richtung auf ein Paar von querschnittsverringernden
Walzen aus, die im allgemeinen aus Wolframkarbid bestehen und nicht
dargestellt sind, wobei diese Rollen den Querschnitt des Stangenmaterials 12 reduzieren.
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Jede Rolle ist in einem Schwenkarm 28 gehalten,
der in der Eingangsrollenführung 18 auf
Zapfen 30 gelagert ist, deren Achsen in einer parallelen, voneinander
beabstandeten Beziehung angeordnet sind. Der gegenseitige Abstand
zwischen den Rollen (Einbuchtung, bight) ist mit Hilfe einer Keilvorrichtung 32 einstellbar
ausgebildet, die in der Eingangsführung 18 an einer
Stelle gehalten ist, die den Schwenkzapfen von den Rollen 26 in
den Schwenkarmen 28 aus gesehen gegenüberliegt. Die Schwenkarme sind
ständig
in Richtung auf ihre letztendliche Arbeitsposition vorgespannt,
mittels Federn 32 und 34, die dazu neigen, die
Rollen 26 in dem maximalen Abstand voneinander zu halten,
der durch den Keil 32 ermöglicht wird.
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Jede Rolle 26 ist in dem
jeweiligen Schwenkarm 28 auf einem Bolzen 36 angebracht,
auf dem ein Paar Lager 38 gehalten sind, wobei auf 3 verwiesen sei, die mit
der inneren zylindrischen Oberfläche 40 der
Führungsrollen 26 zusammenwirken.
Die mit dem Stangenmaterial zusammenwirkende Oberfläche 42 der
Rollen 26 weist eine Kontur auf, die den speziellen Spezifikationen
des Typs des Stangenmaterials entspricht, dessen Querschnitt reduziert
werden soll, wie dargestellt ist.
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Die Seitenwände 44 der Rollen 26 sind
mit einer Vielzahl von einen gegenseitigen Abstand aufweisenden,
in etwa geradlinig geformten, im wesentlichen parallelepipedförmigen Fluidreaktionstaschen 46 versehen,
die die Reaktionsoberflächen
bilden, die dazu dienen, die Rollen 26 anzutreiben.
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Jeder Arm 28 ist mit einer
Düse 48 versehen, die
ermöglicht,
daß das
Antriebsfluid aus dieser austritt und auf den Rollen 26 an
den Taschen 46 auftrifft.
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Die Düse 48 ist mit einer
geeigneten Bohrung 50 versehen, die mit einer geeigneten
Zufuhr von unter Druck stehendem Fluid verbunden ist, welches der
Führung 18 zugeführt wird,
um die Führung zu
kühlen
und um die Rollen 26 zu kühlen und anzutreiben.
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Normalerweise wird nur eine Seite
der Rollen 26 angetrieben, aber die Taschen 46 ermöglichen eine
unbegrenzte Austauschbarkeit von Rollen aufgrund der gewählten Form,
die mit dem auftreffenden Strom des Fluids in einer beliebigen Drehrichtung
zusammenwirken kann.
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Die Befestigung der Rollen 26 in
der Führung 18 ist
im einzelnen wie folgt aufgebaut.
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Der Bolzen 36 ist in der
Führung 18 in
einer Ausnehmung 54 an dem Kopfende 56 des Bolzens 36 angebracht.
Der Bolzen geht durch eine Scheibe 58 und durch die innere
Lagerfläche
einer der Lagerungen 38 hindurch, durch eine zweite Scheibe 60 und
durch eine zweite innere Lagerfläche
der Lagerung 32, gegen die die Mutter 62 festgezogen
ist.
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Die Mutter 62 steht mit
einer Ausnehmung 64 in Eingriff. Auf diese Weise spannt
die Mutter 62 die gesamte Anordnung aus Rolle und Lagerungen
zusammen und stabilisiert auch das mit Gewinde versehene Ende des
Bolzens 36 in der Führung 18.
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Die Lager 38 sind mit über den
Umfang verlaufenden Rändern 66 versehen,
mit denen sie in ringförmige
Vertiefungen 68 auf der inneren Oberfläche der Rolle 26 eingreifen.
Auf diese Weise wirken die Ränder 66 und
die Vertiefungen 68 mit dem Abstandselement 60 zusammen,
um jede Rolle 26 präzise
in der Führung 18 zu
befestigen.
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Bisher verwendete Rollen waren lediglich
in der Lage, in einer Richtung angetrieben zu werden, wobei das
wiederholte Auftreffen auf die Arbeitsoberflächen der Rollen 26 eine
Abtragung und Verschleiß zur
Folge hat, die typisch für
die Drehrichtung sind. Eine Umkehr der Drehrichtung der Rollen kann
zu einer vergrößerten Lebensdauer
und zu reduzierten Betriebskosten für das Walzwerk zum Verringern
der Querschnittsfläche
führen.
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Es wird deutlich, daß die Taschen 46 in
den Rollen 26 einen wesentlich geringeren gegenseitigen Abstand
aufweisen können
als Taschen, die bei Eintrittsführungen
zum Stand der Technik bekannt geworden sind. Die Hinzufügung von
zusätzlichen
Taschen bei den Rollen 26 ermöglicht es, daß jede Rolle
mehr Reaktionsoberflächen
für den
auftreffenden Fluidstrom aufweist und auf diese Weise eine höhere Drehgeschwindigkeit
für zunehmende
Eintrittsgeschwindigkeiten des Stangenmaterials erreichen kann.
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Die Taschen 46 in den Rollen 26 gemäß der vorliegenden
Erfindung eliminieren für
das Betriebs- und Wartungspersonal des Stahlwalzwerks das Problem
des unrichtigen Einsetzens von Eingangsführungsrollen gemäß dem Stand
der Technik, die im Hinblick auf die Richtung der Drehung kritisch
waren.
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In der vorliegenden Beschreibung
bezieht sich die Angabe „umfaßt" auf „beinhaltet
oder besteht aus" und
die Angabe „umfassend" bedeutet „beinhaltend
oder bestehend aus".