ITMI981713A1

ITMI981713A1 - COMPOUND RING SYSTEMS FOR SHEET METAL TRANSPORT ROLLERS IN TUNNEL FURNACES

Info

Publication number: ITMI981713A1
Application number: IT98MI001713A
Authority: IT
Inventors: Carlo Longaretti
Original assignee: F G S Fonderie Ghise E Acciai
Priority date: 1998-07-24
Filing date: 1998-07-24
Publication date: 2000-01-24
Also published as: IT1301856B1; ITMI981713A0

Description

DESCRIZIONE DESCRIPTION

a corredo di una domanda di brevetto di invenzione industriale accompanying an industrial invention patent application

dal Titolo: "Sistemi ad anelli compositi per rulli di trasporto di lamiere in forni a tunnel". entitled: "Composite ring systems for sheet transport rollers in tunnel furnaces".

Scenario dell ''invenzione Scenario of the invention

La presente invenzione si riferisce ai sistemi per supportare e trasportare in forni a tunnel bramme sottili provenienti dalla colata continua degli impianti di laminazione di nastro di acciaio comportante, almeno: - un albero portante tubolare preferibilmente raffreddato da liquido circolante al suo interno; - ruote complesse di appoggio e trascinamento comprendenti rulli metallici anulari; e - preferibilmente rivestimenti di materiale refrattario isolante. The present invention relates to systems for supporting and transporting thin slabs in tunnel furnaces from the continuous casting of steel strip rolling plants comprising at least: - a tubular bearing shaft preferably cooled by liquid circulating inside it; - complex supporting and driving wheels comprising annular metal rollers; and - preferably linings of insulating refractory material.

Tecnica nota Known technique

Nei forni a tunnel di mantenimento e di egualizzazione della temperatura di bramme o lamiere di acciaio di notevoli spessori, provenienti dalla colata continua degli impianti di laminazione del nastro a caldo in partenza da bramme sottili con spessori ad esempio tra 40 e 100 millimetri, vengono correntemente impiegati sistemi comportanti, su un albero tubolare a circolazione interna di liquido, due o più rulli di forma anulare sui quali le lamiere stesse vengono supportate e trasportate. In tunnel furnaces for maintaining and equalizing the temperature of steel slabs or sheets of considerable thickness, coming from the continuous casting of hot strip rolling plants starting from thin slabs with thicknesses for example between 40 and 100 millimeters, are currently systems are used involving, on a tubular shaft with internal liquid circulation, two or more annular rollers on which the sheets themselves are supported and transported.

Per temperature di forno inferiori a circa 1120°C possono venire usati anche rulli non raffreddati, costituiti da un corpo tubolare portante, correntemente ottenuto per centrifugazione di acciaio o leghe resistenti al calore. Questi rulli sono in grado di supportare i notevoli carichi del caso, pur raggiungendo essi stessi la temperatura del forno,ma per ragioni di maggiore sicurezza e soprattutto per temperature di impiego oltre i 1120°C, vengono correntemente preferiti e largamente impiegati rulli cosiddetti "bagnati". For kiln temperatures below about 1120 ° C, uncooled rollers can also be used, consisting of a supporting tubular body, currently obtained by centrifugation of heat-resistant steel or alloys. These rollers are able to support the considerable loads of the case, even though they themselves reach the temperature of the furnace, but for reasons of greater safety and above all for operating temperatures over 1120 ° C, so-called "wet rollers" are currently preferred and widely used. ".

Essi sono costituiti da un albero tubolare di acciaio, internamente raffreddata mediante passaggio controllato di acqua, sul quale vengono posti, con sistemi di fissaggio, normalmente mediante saldatura, alcuni anelli larghi alcune decine di millimetri, in numero variabile ad esempio da tre a cinque ed anche più, ottenuti di solito in pezzo unico, o in composizione di pezzi vari prodotti mediante fusione in leghe o acciai alto legati resistenti al calore. They consist of a tubular steel shaft, internally cooled by a controlled passage of water, on which are placed, with fixing systems, usually by welding, some rings a few tens of millimeters wide, in a variable number for example from three to five and even more, usually obtained in a single piece, or in compositions of various pieces produced by casting in alloys or high-alloy heat-resistant steels.

Questi anelli, noti anche con la denominazione di "ruote", subiscono un raffreddamento parziale a causa del contatto con l'albero portante raffreddato ad acqua e riescono pertanto senza deformarsi a trasmettere il carico, costituito da brarrme sottili, direttamente sull'albero raffreddato con liquido e sono pertanto sicuramente in grado di sopportare carichi notevoli anche in caso di fermata dei rulli. These rings, also known as "wheels", undergo partial cooling due to contact with the water-cooled bearing shaft and are therefore able, without deforming, to transmit the load, consisting of thin slabs, directly onto the shaft cooled with liquid and are therefore certainly able to withstand considerable loads even in the event of the rollers stopping.

Ad evitare eccessive perdite di calore tramite l’acqua di raffreddamento, tutti le parti dell'albero tubolare che verranno a trovarsi all'interno del forno, ad eccezione soltanto di quelle direttamente interessate dalle dette ruote, vengono correntemente isolate in vari modi e prevalentemente con rivestimenti refrattari e isolanti in uno o più strati, ancorati direttamente sulla superifie del corpo tubolare mediante opportuni ganci oppure applicati su un tubo di supporto. To avoid excessive heat loss through the cooling water, all the parts of the tubular shaft that will be inside the oven, except only those directly affected by said wheels, are currently insulated in various ways and mainly with refractory and insulating linings in one or more layers, anchored directly on the surface of the tubular body by means of suitable hooks or applied to a support tube.

Tanto per dare un'idea degli ordini di grandezza degli elementi di un sistema del genere si può far riferimento ad un caso reale di questo tipo per un forno a tunnel in cui il forno, con pareti di refrattario di spessore di 300 millimettri e con una luce di interno forno di 2 metri,è impiegato per il mantenimento in temperatura a circa 1200°C di bramme larghe fino a 1560 millimetri, con spessori da 50 a 100 millimetri. Il dimensionamento tipico di rullo "bagnato" per questo forno prevederebbe quattro anelli portanti, con diametro esterno da 300 a 360 o più millimetri e con larghezza di appoggio carico da 40 a 70 millimetri. L'albero portante raffreddato internamente con opportuno passaggio d'acqua, ha un diametro esterno di circa 120:170 millimetri, con spessori di parete da 20 a 35 millimetri. Just to give an idea of the orders of magnitude of the elements of such a system, we can refer to a real case of this type for a tunnel kiln in which the kiln, with refractory walls 300 millimeters thick and with a 2 meter oven interior opening, it is used for maintaining the temperature at about 1200 ° C of slabs up to 1560 mm wide, with thicknesses from 50 to 100 mm. The typical "wet" roller dimensioning for this furnace would include four bearing rings, with an external diameter from 300 to 360 or more millimeters and with a load bearing width from 40 to 70 millimeters. The bearing shaft, internally cooled with suitable water passage, has an external diameter of about 120: 170 mm, with wall thicknesses from 20 to 35 mm.

Per resistere alle alte temperature in gioco, alle sollecitazioni di compressione sulla parete degli anelli a diretto contatto con la bramma calda, è necessario utilizzare leghe metalliche fuse ad alti contenuti di elementi leganti quali Nichel,Cromo,Tungsteno,Molibdeno ed altri. To resist the high temperatures involved, the compressive stresses on the wall of the rings in direct contact with the hot slab, it is necessary to use molten metal alloys with a high content of alloying elements such as Nickel, Chromium, Tungsten, Molybdenum and others.

Purtroppo le migliori condizioni di resistenza alle sollecitazioni suddette si ottengono con materiali che spesso non sono di caratteristiche tali da permettere una soddisfacente saldabilità nella zona di collegamento tra gli anelli e l'albero portante. In effetti questa zona non raggiunge temperature sufficientemente elevate per dare garanzie contro la formazione di cricche e di rotture nelle zone intermedie tra le pareti degli anelli adiacenti alle saldature e le pareti a contatto con la dramma. Unfortunately, the best conditions of resistance to the aforesaid stresses are obtained with materials that are often not of such characteristics as to allow satisfactory weldability in the connection area between the rings and the bearing shaft. In fact, this zone does not reach sufficiently high temperatures to give guarantees against the formation of cracks and breaks in the intermediate zones between the walls of the rings adjacent to the welds and the walls in contact with the drama.

Primo scopo del presente trovato è quello di provvedere un sistema che elimini questi ed altri inconvenienti, in particolare i condizionameti derivanti dalle esigenze di saldabilità. The first object of the present invention is to provide a system which eliminates these and other drawbacks, in particular the conditions deriving from the need for weldability.

Secondo un primo aspetto del trovato, gii anelli, che vengono ora realizzati mediante fusione separata di più elementi che vanno accostati tra di loro ad eventualmente fissati in maniera provvisoria così da formare un singolo anello, sono ora fatti esclusivamente in materiali aventi massima resistenza alle solecitazioni di compressione (anche se questa caratteristica non è accompagnata da altrettanta buona saldabilità). In altre parole il materiale degli elementi anulari è scelto tra quelli a massima resistenza alla compressione, prescindendo dalla saldabilità. According to a first aspect of the invention, the rings, which are now made by means of a separate fusion of several elements which must be placed side by side and possibly temporarily fixed so as to form a single ring, are now made exclusively of materials having maximum resistance to stress. compression (even if this characteristic is not accompanied by an equally good weldability). In other words, the material of the annular elements is chosen from among those with maximum compressive strength, regardless of weldability.

Secondo un altro aspetto dell'invenzione, gli elementi di anelli vengono ora tenuti in posizione (non più provvisoria) e trascinati tramite organi intermedi resistenti al calore e dotati di elevata saldabilità. Di preferenza questi organi di tenuta sono a forma di coppie di flange o di agganci a ponte. According to another aspect of the invention, the ring elements are now held in position (no longer provisionally) and dragged by means of heat-resistant and highly weldable intermediate members. These sealing members are preferably in the form of pairs of flanges or bridging couplings.

In una forma di realizzazione ogni pezzo di anello è dotato di mezzi di accopiamento con le flange, a loro volta dotate di corrispondenti mezzi di accopiamento complementari. Le due flange sono disposte da ua parte e dall'altra dell'anello composito, hanno un diametro esterno più piccolo del diametro esterno dell'anello composito,sono conformate in modo da poter trattenere i singoli elementi di detto anello a assicurare gli opportuni agganciamenti necessari alla trasmissione del moto e sono saldate direttamente sull'albero portante:figurativamente si può dire che le flangie laterali, serrandosi formano le due parti esterne di un sandwich al cui interno è l'anello composito. In questo modo si rende possibile anche una minore asportazione di calore da parte degli anelli portanti, venendo a mancare il loro collegamento diretto, tramite saldatura, - all'albero bagnato. In one embodiment, each piece of ring is provided with coupling means with the flanges, in turn equipped with corresponding complementary coupling means. The two flanges are arranged on one side and on the other of the composite ring, have an external diameter smaller than the external diameter of the composite ring, and are shaped in such a way as to be able to hold the individual elements of said ring to ensure the appropriate couplings necessary to the transmission of motion and are welded directly on the bearing shaft: figuratively it can be said that the lateral flanges, by tightening, form the two external parts of a sandwich inside which is the composite ring. In this way it is also possible to reduce heat removal by the bearing rings, since their direct connection, by welding, - to the wet shaft is missing.

In un'altra forma di realizzazione, gli organi di materiale saldabile per la fissazione e la trasmissione del moto all'anello composito in materiale altamente resistente alla compressione ma scarsamente saldabile, sono sostanzialmente a forma di agganci a ponte. In another embodiment, the members of weldable material for fixing and transmitting motion to the composite ring made of highly compressive but poorly weldable material are substantially in the form of bridge couplings.

I diversi aspetti e vantaggi dell'invenzione appariranno più chiaramente dalla descrizione delle forme di realizzazione rappresentate nei disegni di accompagnamento, a titolo illustrativo e non limitativo, nei quali: The various aspects and advantages of the invention will appear more clearly from the description of the embodiments represented in the accompanying drawings, for illustrative and non-limiting purposes, in which:

le figure 1,2 e 3 sono viste schematiche in prospettiva;e Figures 1,2 and 3 are schematic perspective views; e

la fig.4 e una sezione schematica e parziale secondo un piano avente per traccia la linea X-X in fig.3. Fig. 4 is a schematic and partial section according to a plane having the line X-X in fig. 3 as its trace.

Nelle figure si è indicato con 1 l'albero di trasmissione raffredato ad acqua, con 2 l'anello composito porta-bramma, e con 3 e 3' le coppie di organi di fissazione e trasmissione del moto dell'albero 1 al detto anello commosito 2 che è diviso in n settori E con n compreso tra 2 e 10; ogni settore Ei di anello 2 consiste della superficie cilindrica esterna Ee, di almeno una propaggine radiale P che si estende radialmente dalla detta superficie esterna Ee di anello fino sostanzialmente alla superficie esterna 1' del tubo 1. Sostanzialmente all'estremità di detta porzione anulare P di diametro leggermente inferiore al diametro esterno del tubo bagnato 1 sono ricavati mezzi (non saldabili) di accopiamento meccanico HA2 tra 2 e 3. In the figures 1 indicates the water-cooled transmission shaft, with 2 the composite slab-holder ring, and with 3 and 3 'the pairs of elements for fixing and transmitting the motion of the shaft 1 to said joint ring 2 which is divided into n sectors E with n between 2 and 10; each sector Ei of ring 2 consists of the outer cylindrical surface Ee, of at least one radial offshoot P which extends radially from said outer ring surface Ee to substantially the outer surface 1 'of the tube 1. Substantially at the end of said annular portion P with a diameter slightly smaller than the external diameter of the wet pipe 1, (non-weldable) mechanical coupling means HA2 are obtained between 2 and 3.

Nella forma di realizazione preferita delle figure 1 e 2, detti mezzi MA2 (cioè associati come appendici radialmente intèrne agli elementi Ei formatori di anello composito 2) sono costituiti da una serie di denti D2, a leggera sporgenza assiale rispetto al piano immaginario contenente la propaggine P; tra ogni coppia di denti D'2 e D"2 successivi è ricavata una cava C2. In the preferred embodiment of Figures 1 and 2, said means MA2 (i.e. associated as appendages radially internal to the elements E the composite ring-forming elements 2) consist of a series of teeth D2, with a slight axial protrusion with respect to the imaginary plane containing the offshoot P; between each pair of successive teeth D2 and D "2 a slot C2 is obtained.

La coppia di organi di fissazione dell'anello complesso 2 all'albero 1 e di trascinamento di 2 da parte di 1, è,preferibilmente, costituito dalle due flange a disco 3-3'disposte da una parte e dall'altra dell'anello composito 2; ciascuna flangia 3, 3'presenta i mezzi MA3 di accoppiamento con quelli MA2 dell'anello composito 2. Come si vede dalle figure 1 e 2 i mezzi MA3 sono costituiti da sacche o cave SAi di forma e dimensioni tali da poter ospitare i denti D2. Ovviamente le sporgenze SP3 tra sacche SAi sono complementari alle cave C2. The pair of members for fixing the complex ring 2 to the shaft 1 and for driving 2 by 1, is preferably constituted by the two disc flanges 3-3 'arranged on both sides of the ring composite 2; each flange 3, 3 'has the means MA3 for coupling with those MA2 of the composite ring 2. As can be seen from figures 1 and 2, the means MA3 consist of pockets or hollows SAi of such shape and size as to be able to house the teeth D2 . Obviously the protrusions SP3 between wells SAi are complementary to the slots C2.

Come anticipato, l'anello composito 2 consistente di El-En non è saldato al tubo 1 al quale invece sono ora saldate le flange 3, 3'realizzate sotto forma di fusioni o stampati con i detti risalti 02 ed incavi C2. In Fig. 1, ogni flangia 3, 3'è un pezzo unico mentre in fig.2 ogni flangia 3-3' è costituita da più unità Ul, U2, Ui. Ciò consente sfilamenti molto vantaggiosi ogni volta che c'è da fare un intervento manutentivo. As anticipated, the composite ring 2 consisting of El-En is not welded to the tube 1 to which the flanges 3, 3 'made in the form of castings or molded with said projections 02 and recesses C2 are now welded. In Fig. 1, each flange 3, 3 is a single piece while in Fig. 2 each flange 3-3 'is made up of several units Ul, U2, Ui. This allows very advantageous extensions every time a maintenance intervention is to be done.

Nella forma di realizzazione di fig.3 la coppia di flange formatrici di sandwich coll'anello composito 2, sono sostituite da coppie di ganci a ponte API (API1),AP2 (AP'2),API, AP2 essendo poste da una parte e ΑΡΊ,AP'2 (non rappresentate) dall'altra parte dell'anello composito 2 (analogamente alla coppia di flange 3-3' delle figure 1 e 2), anche se in certi casi può bastare una sola fila di agganci. In the embodiment of fig. 3 the pair of flanges forming sandwiches with the composite ring 2 are replaced by pairs of bridge hooks API (API1), AP2 (AP'2), API, AP2 being placed on one side and ΑΡΊ, AP'2 (not shown) on the other side of the composite ring 2 (similarly to the pair of flanges 3-3 'of Figures 1 and 2), although in some cases only one row of couplings may be sufficient.

All'estremità radialmente interna di ogni elemento El, E2 ecc. è ora ricavato un bordo a risalto B sul quale si sistema a mò di scavalco l'aggancio a ponte APi. R indica la parte rientrante di ogni elemento Ei tra i bordi superiore 20 e inferiore (radialmente) 21 di Ei.Come si vede dalla sezione di fig.4 ogni aggancio a ponte AP è fissato con le saldature 10-10' alla superficie esterna 1' del tubo 1. In tutte le figure 5 indica il "traferro" tra elementi E1-E2, E2-E3, ecc. di circa 3 tnn per assorbire le dilatazioni nella zona più vicina alle bramme. At the radially inner end of each element El, E2 etc. a raised edge B has now been created on which the bridge coupling APi is arranged as a way of crossing. R indicates the recessed part of each element Ei between the upper 20 and lower edges (radially) 21 of Ei. 'of tube 1. In all figures 5 it indicates the "air gap" between elements E1-E2, E2-E3, etc. of about 3 tnn to absorb the expansions in the area closest to the slabs.

Questi traferri si riducono quasi a zero nella zona 6 dove la temperatura è meno elevata per effetto della distanza dalle superiici Ee di Ei cioè dalle bramme. Come si vede dalla fig.3 gli elementi E possono presentare degli alleggerimenti semicircolari 15 e 16 alle estremità circonferenziali non occupate dai ponti AP. Dal punto di vista scientifico, si può dire che l'invenzione sfrutta un gradiente di composizione di materiale (a diversità di saldabilità) nel passaggio dall'anello composito al tubo bagnato, gradiente che è "compensato" dai mezzi 3 saldabili al tubo ma non all'anello con i quali si fissano con accoppiamento meccanico sfilabile e non per saldatura. These air gaps are reduced to almost zero in zone 6 where the temperature is lower due to the distance from the surfaces Ee of Ei, that is, from the slabs. As can be seen from Fig. 3, the elements E can have semicircular lightenings 15 and 16 at the circumferential ends not occupied by the AP bridges. From the scientific point of view, it can be said that the invention exploits a material composition gradient (with different weldability) in the transition from the composite ring to the wet pipe, a gradient which is "compensated" by the means 3 which can be welded to the pipe but not to the ring with which they are fixed with a removable mechanical coupling and not by welding.

Sistemi di trasporto delle bramme o lamiere nei forni a tunnel sono descritti nella domanda di brevetto HI 98A 001010 della Richiedente che si ritiene qui incorporata. Systems for conveying the slabs or sheets in tunnel furnaces are described in the Applicant's patent application HI 98A 001010 which is believed to be incorporated herein.

Per scrupolo di chiarezza illustrativa il trovato è stato descritto con riferimento alle forme di realizazione rappresentate nei disegni di accompagnamento; queste forme sono suscettibili di quelle sostituzioni, varianti e modifiche che per essere a portata di mano del tecnica medio del ramo, sono da considerare come naturalmente ricadenti nell'ambito e nello spirito della presente invenzione. For the sake of clarity of illustration, the invention has been described with reference to the embodiments shown in the accompanying drawings; these forms are susceptible of those substitutions, variations and modifications which, in order to be within reach of the average art of the art, are to be considered as naturally falling within the scope and spirit of the present invention.

Claims

CLAIMS 1) System for supporting and transporting sheets or slabs in tunnel furnaces coming from the continuous casting of strip rolling plants, comprising at least: - a tubular supporting shaft cooled by liquid circulating inside it; and - on said shaft, a composite ring preferably divided into sectors, characterized by the fact that said composite ring is formed by material having maximum resistance to compression and temperature and poor weldability, and is coupled by means of a transition element to the tube, said ring composite and transition element having each of the complementary mechanical coupling means also removable, the material of the transition element allowing it to be fixed to the pipe by welding.

2) System according to claim 1, characterized by the fact that the transition element is constituted by a pair of annular flanges provided with grooves and projections with which axially projecting teeth and cavities obtained at the inner end of the composite ring engage.

3) System according to claim 2, characterized by the fact that also the transition element which is mechanically coupled with the composite ring and by welding to the wet pipe, is divided into several portions.

4) System according to claim 2, characterized in that the two flanges form a sandwich with the ring.

5) System according to claim 1, characterized by bridge couplings which are welded at one end with the external surface of the pipe, and are coupled by overlapping with a lower portion of the composite ring.

6) System according to claim 5, characterized in that the bridge coupling consists of a radial extension portion and an axial extension portion, and the lower end of the composite ring has an axial edge or relief on which seamlessly overlaps the axially extended portion of the bridge coupling whose other radially extended portion is welded to its free end on the wet pipe. System substantially according to what has been described and represented.