Brevet FR2291815A1 — publié le 19760618

La présente invention concerne les rouleaux pour trains de rouleaux, notamment utilisés dans les installations de coulée continue, du type comprenant une cavité intérieure destinée à recevoir un agent de refroidissement et, raccordés de part et d' autre de celle-ci, des canaux d'agent de refroidissement traversant axialement le rouleau, ainsi que, à chacune des deux extrémités du rouleau, une portée par laquelle ce rouleau s'appuie sur un palier fixe. Dans de nombreux cas, les trains de rouleaux doivent pouvoir admettre des contraintes thermiques élevées et supporter des charges mécaniques également élevées. Ceci est par exemple le cas dans les installations de coulée continue. Les barres coulées viennent dés leur sortie du moule s' appuyer sur de tels trains de rouleaux, de sorte que leur vitesse de déplacement sur ces trains correspond à peu prés à la vitesse de coulée, c'est-à-dire à la vitesse à laquelle crott la longueur de la barre après sa sortie du moule. Etant donné que la barre coulée présente encore une température trds élevée, les rouleaux du train doivent également pouvoir supporter des températures élevées correspondantes. La capacité de charge du train doit en outre être importante, étant donné que les barres coulées peuvent avoir un poids de l'ordre de quelques tonnes. I1 en résulte qu'il apparait dans les installations de coulée courbe des efforts de flexion élevés aux points de pliage. Les rouleaux ont été jusqu a maintenant portés par des paliers à roulements, étant donné que les paliers lisses de structure connue n1 atteignaient pas des charges très élevées. Toutefois, du fait de l'utilisation de ces paliers à roulements, la disposition des canaux d'agent de refroidissement s'est avérée relativement difficile et onéreuse. Il s'y présentait également comme inconvénient la nécessité de maintenir le diamètre des rouleaux le plus petit possible. Entant donné qu'en raison des poids élevés et de la vitesse de déplacement relativement faible entre les rouleaux et la matière encore chaude et relativement molle de la barre coulée, il apparaissait des pressions superficielles extrêmement élevées, l'écart entre les rouleaux ne devait pas être trop important. L'utilisation de paliers à roulements présentait en outre l'inconvénient de ne permettre, en raison de l'existence des roulements, que des ponts thermiques relativement faibles entre les rouleaux et leurs paliers, ce qui rendait plus difficile 1' écoulement de la chaleur. On ne disposait pas non plus d'un refroidissement suffisant des rouleaux dans leurs zones de portée, c'est à dire au niveau des chemins extérieurs de roulement. Il n' y avait de-plus aucune possibilité d'éviter un contact de l'eau servant au refroidissement avec les roulements, ce qui, du fait des températures élevées présentées,conduisait encore à d'autres difficultés.La lubrification de ces paliers à roulements ellemême s'avérait également très difficile. Il se présentait encore d'autres inconvénients lorsqu'il fallait disposer coaxialement l'un a côté de l'autre plusieurs rouleaux pour obtenir la largeur voulue du train, étant donné que, du fait de la capacité de charge nécessaire pour le train, on ne pouvait pas choisir à volonté la longueur de chaque rouleau. Parmi ces inconvénients, on peut citer en particulier la difficulté qu' il y avait a faire traverser à l'agent de refroidissement les rouleaux disposés l'un à cdté de l'autre. C'est pourquoi l'invention a pour but de perfectionner les rouleaux d'un train de rouleaux qui'est soumis à de telles contraintes élevées, de manière à obtenir a structure la plus simple possible, tout en permettant aux paliers de supporter des contraintes élevées même avec un faible diamètre de rouleaux et en pouvant agencer les canaux d'agent de refroidissement sans grande complication au niveau des paliers, et ceci même lorsqu'on dispose plusieurs rouleaux coaxialement l'un à côté de l'autre. A cet effet, selon l'invention, chaque rouleau présente à chacune de ses extrémités un tourillon que l'enveloppe du leau entoure sur une partie de sa longueur de manière à ménager un espace annulaire entre sa face intérieure et ce tourillon, tandis que le palier présente un moyeu qui revoit le tourillon et s'engage lui même dans cet espace annulaire, le canal d'agent de refroidissement traversant par ailleurs axialement le tourillon. Un palier ainsi constitué forme un palier lisse qui peut supporter les efforts de charge voulus. -Sa structure est très simp-- le et il peut présenter des surfaces de portée relativement--grandes, ce qui non seulement offre un avantage pour la transmission des efforts d'appui, mais encore permet-en--conséquence de disposer de ponts athermiques d'autant plus importants entre le rouleau et les paliers, ce qui assure également de ce fait un bon écoulement de la chaleur.Etant donné que la structure de ce palier lisse ne de mande qu'un espace relativement faible dans le sens radial, la réalisation de rouleaux de diamètre relativement faible et l'exécu- tion de canaux d'agent de refroidissement sur ces rouleaux ne présentent aucune difficulté. Un avantage particulier réside dans la possibilité de monter ou démonter très facilement ces rouleaux. Même lorsqu'on dispose plusieurs rouleaux coaxialement l'un à côté de l'autre, la réalisation ne présente aucune difficulté, en particulier pour faire traverser ces rouleaux à l'agent de refroidissement, étant donné que, pour ce faire, il suffit de relier entre elles les extrémités des tourillons de deux rouleaux disposés l'un à côté de l'autre. Par ailleurs, le recouvrement du moyeu du palier par 1' enveloppe extérieure du rouleau empoche convenablement les portées de se salir. Ces portées ne se trouvent pas non plus au contact de l'agent de refroidissement, étant donnez qu'on fait passer ce dernier à l'interieur du tourillon du rouleau. En ce qui concerne. la lubrificåtion du palier, il est proposé de prévoir une lubrification sous pression, le lubrifiant traversant un canal ménagé radialement dans le palier jusqu' aux surfaces de palier qui glissent l'une sur l'autre, puis passant axialement entre le tourillon et le moyeu jusqu' l'extrémité de celui-ci, et de là revenant jusqu'8 la surface frontale du rouleau en traversant l'espace annulaire situé à l'extérieur du moyeu et le long de celui-ci. Ce trajet assure une lubrification parfaite. Il est avantageux de disposer dans le moyeu une chemise de palier comportant sur sa surface intérieure une rainure longitudinale servant passage du lubrifiant. Toujours concernant l' amenée du lubrifiant, il est également proposé de munir la chemise de palier, sur sa surface intérieure et au voisinage de l'extrémité du .tourillon, d'une rainure annulaire dans laquelle débouche la rainure longitudinale, tandis que le palier présente un canal de lubrifiant qui s'étend radialement en direction du tourillon et traverse la chemise de palier à hauteur de cette rainure snnulaire. Bien que, ainsi que cela a déjà été indiqué, les surfaces de portee--soient déjà protégées relativement bien, de manitre à ne pas se salir, par l'enveloppe extérieure du rouleau qui les entoure, cette protection est encore améliorée, d'après une autre proposition de l'invention, par le fait que, dans la section de l'espace annulaire existant entre cette enveloppe et le moyeu du palier et servant de passage au lubrifiant, se trouve disposé un anneau d'étanchéité élastique obturant cette section, mais pouvant toutefois être dévié par la pression du lubrifiant. On peut obtenir une disposition avantageuse en montant cet anneau d'étanchéité sur la surface extérieure du moyeu et en le serrant entre deux bagues de maintien également montées sur ce moyeu, tandis qu'il est prévu sur la paroi de l'espace annulaire un épaulement également annulaire sur lequel s'appuie l'anneau d'étanchéité dans un sens allant à l'encontre de la pression du lubrifiant. Cet anneau fonctionne ainsi a la façon d'un clapet à sens unique, de sorte qu'aucune saleté ne parvient jamais dans la zone des surfaces de portée ou que seul le lubrifiant utilisé peut être renvoyé sous pression en direction-de ces surfaces. Il est connu de disposer dans la cavité d'agent de refroidissement d'un rouleau un corps de transfert se présentant sous la forme d'une vis sans fin dont le contour extérieur s'appuie sur la paroi intérieure de cette cavité, de sorte que l'agent de refroidissement doit suivre a l'intérieur du rouleau un trajet d'écoulement correspondant à la forme de cette vis. Celle-ci est réalisée en un acier convenable et est par conséquent rigide. Ceci présente comme inconvénient de devoir limiter le diamètre intérieur de la cavité au diamètre du-canal qui y aboutit, étant donné que la vis ne peut être introduite que par celui-ci. Or, donner une section importante à ce canal entratne encore un accroissement du diamètre du rouleau, ce qui, pour les raisons déjà indiquées, est désavantageux.En outre, lors des flexions inévitables du rouleau, les bords extérieurs de la vis s'écrasent sur la paroi intérieure de la cavité, ce qui entraine des rayures et par conséquent des manques d'étanchéité par lesquels il peut se produire des écoulements transversaux qui rendent difficile ou impossible l'obten- tion d'une vitesse d'écoulement déterminée pour l'agent de refroi glissement. Par ailleurs, si l'on utilise comme agent de refroidissement de l'eau non adoucie, il faut également compter sur des dépôts dans la cavité, dont l'évacuation ne peut plus être assurée sans maintenir le trajet d'écoulement prévu ou la vitesse d'écoulement prévue. On peut, suivant une autre proposition de l'invention, supprimer tous ces inconvénients et difficultés liés å la présence d'un corps de transfert à introduire dans la cavité, en donnant à celle-ci une section plus grande que celle des canaux qui y dé bouchent et en réalisant le corps de transfert en une matière à déformation élastique, par exemple en caoutchouc. Du fait de son élasticité, ce corps de transfert peut également s'introduire à travers un canal dont la section est plus petite que celle de la cavité elle-même. On peut par conséquent, sans que cela n'ait aucun effet défavorable sur le diamètre du rouleau, donner à la cavité un diamètre relativement important, ce qui améliore de manière importante l'action de refroidissement. Egalement en raison de l'élasticité de la matière, il n'existe plus aucun écrasement contre la paroi intérieure de la cavité, de sorte que, même lors de flexions du rouleau, le corps de transfert s' appuie toujours de manière étanche sur cette paroi. L'écoulement dans la cavité suivra par conséquent toujours le trajet prévu et conservera également ainsi la vitesse préfixée. Quant aux inconvénients liés aux dépots, ils disparaissent.Le montage et le démontage du rouleau et du corps de transfert ne présentent par ailleurs aucune difficulté. Ce corps de transfert est avantageusement monté sur un trongon de tube qui pénètre dans les canaux et est supporté dans ceux-ci suivant leur milieu. Cet appui s'obtient avantageusement à l'aide d'un embout qui s'appuie annulairement sur la paroi intérieure du canal et présente une partie conique munie d'évidements à travers lesquels passe 11 agent de refroidissement. Même lorsqu'on doit disposer plusieurs rouleaux coaxialement l'un à côté de l'autre pour atteindre la largueur voulue pour le train, ces rouleaux peuvent présenter les caractéristiques indiquées. Dans ce cas, il est en outre proposé de prévoir sur le palier deux moyeux coaxiaux et dirigés dans des sens opposés, ce palier étant par ailleurs traversé en section intérieure. Dans cette section, on peut alors introduire, chacun d'un côté, les tourillons de deux rouleaux voisins, ce qui rend possible une jonction sans difficulté des canaux d'agent de refroidissement. Celle-ci peut par exemple s'obtenir en conformant les extrémités des tourillons à la manière d'un assemblage par embottement, l'une de ces extrémités présentant la forme d'un bout mâle qui peut s'engager dans l'autre extrémité réalisée sous forme d'un emboltement, au moins un anneau d'étanchéité radiale étant par ailleurs disposé entre ce bout mâle et cet emboîtement. Les corps de transfert des différents rouleaux peuvent également être montés sur un tron9on de tube unique traversant tous les rouleaux, de sorte qu'un appui de ce tronçon de tube n' est pas nécessaire dans chacun des rouleaux. D'autres caractéristiques-et avantages de l'invention ressortiront de la description qui va suivre, à titre d'exemple non limitatif et en regard des dessins annexés sur lesquels la Fig. 1 représente une vue en coupe longitudinale d'un rouleau conforme à l'invention appartenant à un train de rouleaux pour installation de coulée continue la Fig. 2 représente à plus grande échelle une partie de cette vue en coupe. L'exemple de réalisation représenté comprend deux rouleaux 10 disposés coaxialement l'un à côté de l'autre et supportes par deux paliers extérieurs il et un palier central 12. Chacun de ces rouleaux 10 présente à chacune de ses extrémités un tourillon 13 qui est traversé par un canal d'agent de. refroidissement 14. Les deux canaux 14 de chaque rouleau débouchent dans unecavité centrale d'agent de refroidissement 15 dont la section est velus grande que celle de ces canaux. Le diamètre extérieur des tourillons 13 est tel qu'il subsiste entre ceux-ci et les enveloppes extérieures 1Oa des rouleaux un espace annulaire 16. Ces tourillons 13 font toutefois légèrement saillie au delà des surfaces frontales des rouleaux 10. Les paliers extérieurs Il présentent chacun un moyeu lia dans lequel est montée une chemise de palier 17, les tourillons 13 situés sur les côtés extérieurs des rouleaux tourillonnant dans ces chemises 17. Le palier central 12 présente deux moyeux 12a dirigés en sens opposés et également munis de chemises de palier 17 dans lesquelles se logent les tourillons 13 des deux rouleaux, dirigés vers elles. Les extrémités de ces deux derniers tourillons sont réalisées à la manière d'un assemblage à emboitement, l'extrémité du tourillon 13 du rouleau 10 de droite étant détourée de manière à former un bout mâle, tandis que l'extrémité du tourillon de droite 13 du rouleau de gauche est alésée de manière à former un emboiate ment qui est muni d'une bague d'étanchéité 18 qui y est enfoncée. Du fait de ce montage du type emboitement, le canal d'agent de refroidissement 14 de droite du rouleau de gauche se trouve raccordé de manière étanche au canal 14 de gauche du rouleau de droite, de sorte qu'il demeure dans ces deux canaux 14 une section de passage libre les traversant. lies canaux 14 et cavités 15 d'agent de refroidissement des deux rouleaux 10 sont traversés entièrement par un tronwcon de tube 19 qui présente à ses deux extrémités des embouts 20. Ces derniers présentent d'un côté une forme annulaire et ils s'appuient sur la paroi intérieure de chacun des canaux 14, tandis que de leur coté dirigé vers le tronçon de tube 19 ils présentent une partie conique 20a qui est munie d'évidements 21.Ainsi, l'agent de refroidissement - dans la plupart des cas simplement de l'eau peut, en arrivant par une tubulure 22 et en traversant une ouverture centrale 23 de l'embout 20 et les évidements 21, parvenir dans les canaux 14 et les cavités 15 ; il traverse ensuite de la même manière l'embout 20 situé dans le palier de droite 11, de sorte qu'il peut être évacué par une tubulure de sortie 24. A l'endroit des cavités 15, il est prévu, montés sur le tronçon de tube, des corps de transfert 25 en forme de vis sans fin, qui sont réalise en caoutchouc et dont les nervures de transfert 25a s'appuient élastiquement par leur bord extérieur sur la paroi de la cavité 15, après avoir été tout d'abord repliées axia- lement autant que nécessaire lors de l'introduction dans cette cavité. Les chemises de palier 17 sont munies d'une rainure longitudinale 17a qui, à l'extrémité libre du moyeu lia ou 12a, débouche dans l'espace annulaire 16. Les paliers 11 et 12 sont traversés radialement en direction des moyeux 11a et 12a par des ca naux de lubrifiant 26 dont chacun traverse une chemise 17 au voisinage de son extrémité et débouche dans une rainure annulaire 17b de cette chemise, de sorte que, de là, le lubrifiant peut parvenir dans la rainure longitudinale 17a.Le trajet du lubrifiant se poursuit alors å chaque fois à travers l'espace annulaire 16 existant entre un moyeu ila ou 12a et l'enveloppe îOa du rouleau 10 correspondant qui l'entoure, de sorte quelle lubrifiant qui a servi peut ressortir sur les faces frontales des rouleaux 10. il est par ailleurs prévu, montées sur une partie cylindrique extérieure de chacun des moyeux lia ou 12a, deux bagues de maintien 27 et 28 entre lesquelles est serrée une rondelle d' étanchéité élastique 29 en tôle. Celle-ci s'appuie sur un épaulement intérieur lOb constitué par un élargissement de diamètre de l'enveloppe 10a correspondante, de sorte qu'elle peut s'infléchir dans la direction de l'écoulement du lubrifiant sous l'effet de la pression de celui-ci. Ceci rend par conséquent possible sans diffi culté l'évacuation du lubrifiant qui a servi en direction des sorties de lubrifiant prévues aux entrémités des rouleaux 10, tandis que cela empêche ainsi bien un retour sous pression en sens inverse de ce lubrifiant qui a servi, que la pénétration de saletés dans la région des surfaces de glissement entre la chemise 17 et le tourillon 13. il ressort également sans difficulté de cet exemple que l'appui glissant proposé autorise des diamètres de rouleaux relativement faibles- et que l'on peut donner aux cavités 15 des sections de beaucoup plus grandes que celles des canaux .14 à travers lesquelles on doit introduire les corps de transfert 25. Ainsi, et du fait qu'il existe des surfaces de glissement relativement impor- tantes, ce qui permet une transmission de chaleur d'autant plus grande, on s1 assure d'un très bon refroidissement. Sans avoir à modifier la structure de base des rouleaux 10 et leur tourillonnement, on peut aussi bien n'utiliser pour un train de rouleaux que des rouleaux uniques 10 avec chacun deux paliers 11, que disposer encore d'autres rouleaux 10 coaxialement les uns à cdté des autres en vue d'élargir ce train de rouleaux. On munit par ailleurs d'une protection de surface particulière les parois intérieures des rouleaux 10 qui délimitent la cavité 15 et les canaux 14, afin d'empêcher la corrosion et les dépôts. Cette protection de surface est ici constituée par une couche de chrome. REVENDICBTIONS i - Rouleau pour train de rouleaux, notamment utilisé dans les installations de coulée continue, du type comprenant une cavité intérieure destinée à recevoir un agent de refroidissement et, raccordés de part et autre de cellerci, des canaux d'agent de refroidissement traversant axialement le rouleau, ainsi que, à chacune des deux extrémités du rouleau, une portée par laquelle ce rouleau s'appuie sur un palier fixe, caractérisé en ce que ce rouleau (10) présente à chacune de ses extrémités un tourillon (13) que 11 enveloppe (10a) du rouleau entoure sur une partie de sa longueur de manière à ménager un espace annulaire (16) entre sa surface intérieure et ce tourillon, tandis que le palier (11, 12) présente un moyeu (lia, 12a) qui reçoit le tourillon (13) et s'engage lui même dans cet espace annulaire (16), le canal (14) d'agent de refroidissement traversant par ailleurs axialement le tourillon (13). 2 - Rouleau suivant la revendication 1, caractérisé en ce qu'il est prévu une lubrification sous pression, le lubrifiant traversant un canal (26) ménagé radialement dans le palier (11, 12) jusqu'aux surfaces de portée qui glissent l'une sur l'autre, puis passant axialement entre le tourillon (13) et le moyeu (iia, 12a) jusqu'à l'extrémité de celui-ci, et de la revenant jusqu'à la surface frontale du rouleau (10) en traversant espace annulaire (16) situé à l'extérieur du moyeu (lia, 12a) et le long de celui-ci. 3 - Rouleau suivant l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé en ce qu'il comprend, disposée dans le moyeu (lita, 12a), une chemise de palier (17) comportant sur sa surface intérieure une rainure longitudinale (17a) servant au passage du lubrifiant. 4 - Rouleau suivant la revendication 3, caractérisé en ce que la chemise de palier (17) est munie, sur sa surface intérieure et au voisinage de l'extrémité du tourillon, d'une rainure annulaire (17b) dans laquelle débouche la rainure longitudinale (16a), tandis que le palier (11, 12) présente un canal de lubrifiant (26) qui s'étend radialement en direction du tourillon (13) et traverse la chemise de palier (17) à hauteur de cette rainure annulaire (17b). 5 - Rouleau suivant l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que, dans la section de l'espace annulaire (16) que traverse le lubrifiant, il se trouve disposé un anneau d'étanchéité (29) élastique obturant cette section, mais pouvant toutefois être dévié par la pression du lubrifiant. 6 - Rouleau suivant la revendication 5, caractérisé en ce que l'anneau d'étanchéité (29) est monté sur la surface extérieure du moyeu (lia, 12a) et est serré entre deux bagues de maintien (27, 28) également montées sur ce moyeu (lita, 12a), tandis qu'il est prévu sur la paroi de 1'espace annulaire (16) un épaulement (lOb) également annulaire sur lequel s'appuie l'anneau d'étanchéité (29) dans un sens à ltencontre de la pression du lubrifiant. 7 - Rouleau suivant l'une quelconque-des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que la cavité (15) d'agent de refroidissement présenté une section plus grandeque celle des canaux (14) qui y débouchent, et en ce qu'il y est logé un corps de transfert (25) en une matière à déformation élastique, qui dirige -le trajet de l'agent de refroidissement dans cette cavité. 8 - Rouleau suivant la revendication 7, caractérisé en ce que le corps de transfert (25) est monté sur un tronçon de tube (19) qui pénètre dans les canaux (14) du rouleau (10) et est supporté dans ceux-ci suivant leur milieu. 9 - Rouleau suivant la revendication 8, caractérisé en ce que l'appui s'obtint à l'aide d'un embout (20) qui s'appuie annulairement sur la paroi intérieure du canal (14) et présente une partie conique (20a) munie d'évidements (21) à travers lesquels passe 11 agent de refroidissement. 10 - Rouleau suivant l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisé en ce qu'il est prévu sur le palier (12) deux moyeux (12a) coaxiaux et dirigés dans des sens opposés, ce palier étant par ailleurs traverse en section intérieure. 11 - Rouleau suivant la revendication 10, caractérisé en ce que les extrémités des tourillons (13) du rouleau (10) sont conformées à la manière d'un assemblage par emboîtement, 1' une de ces extrémités présentant la forme d'un bout mâle qui peut s'engager dans l'autre extrémité réalisée sous forme d'un emboSte- ment, au moins un anneau d'étanchéité radiale (18) étant par ailleurs disposé entre ce bout mâle et- cet emboîtement, 12 - Rouleau suivant l'une quelconque des revendications 8 et 10, caractérisé en ce que les corps de transfert (25) disposés dans les différents rouleaux (10) sont montés sur un trongon de tube (19) unique traversant tous les rouleaux (10). 13 - Rouleau suivant l'une quelconque des revendications 1 à 12, caractérisé en ce que ses parois intérieures qui délimitent la cavité (15) et les canaux (14) d'agent de refroidissement sont munies d'un revêtement servant de protection de surface, notamment d'un chromage.