Rodillo de material compuesto para recocido a alta temperatura.

Rodillo (100) de línea de recocido a alta temperatura que comprende una envuelta cilíndrica (120) de material compuesto y un elemento de soporte axial (170) de material metálico que comprende por lo menos en uno de sus extremos una mangueta (130;

140),

comprendiendo el rodillo, además, por lo menos una primera y una segunda chavetas (150, 155) fijadas en el elemento de soporte axial (170) y dispuestas cada una de ellas respectivamente en una primera y una segunda aberturas de paso (122, 123) dispuestas en la envuelta (120), teniendo dichas aberturas de paso unas dimensiones superiores a las de las chavetas (150, 155), comprendiendo cada abertura de paso (122; 123), según un sentido de recorrido (Sc) determinado a lo largo de la circunferencia de la envuelta (120), una primera y una segunda superficies de apoyo circunferencial (1221, 1222; 1231, 1232) y, según un sentido de recorrido axial determinado (Sa), una primera y una segunda superficies de apoyo longitudinal (1223, 1224; 1233, 1234),

caracterizado por que la primera chaveta (150) está montada apoyada contra la primera superficie de apoyo circunferencial (1221) de la primera abertura de paso (122) mientras que la segunda chaveta (155) está montada apoyada contra la segunda superficie de apoyo circunferencial (1232) de la segunda abertura de paso (123), y por que la primera chaveta (150) está montada apoyada contra la segunda superficie de apoyo longitudinal (1224) de la primera abertura de paso (122) mientras que la segunda chaveta (155) está montada contra la primera superficie de apoyo longitudinal (1233) de la segunda abertura de paso (123).

Rodillo de material compuesto para recocido a alta temperatura.

Antecedentes de la invención La presente invención se refiere al sector de los rodillos utilizados para el transporte, el guiado o el conformado de productos industriales destinados a estar sometidos a temperaturas y gradientes de temperatura importantes. La invención se refiere en particular pero no exclusivamente a unos rodillos para líneas de recocido a muy alta temperatura, como las que se utilizan en la fabricación de acero con muy altas prestaciones y en las cuales se alcanzan unas temperaturas superiores a 1000º C.

Se conoce por el documento JP 59137170 A un rodillo según el preámbulo de la reivindicación 1.

Como las chapas de acero tienen muy poca firmeza a estas temperaturas y no se puede contemplar una tracción de la banda, es necesario tener un apoyo muy apretado de la banda para evitar su deslizamiento y garantizar su guiado. Por consiguiente, la línea de recocido a muy alta temperatura debe comprender un rodillo cada 0, 5 m a 2 m. Cada uno de estos rodillos está además motorizado, y el conjunto de éstos sincronizado para acompañar el desplazamiento de la banda sin esfuerzo de tracción y minimizando la fricción.

Los rodillos utilizados en este tipo de línea de recocido tienen, de forma típica, unos diámetros de por ejemplo pero no exclusivamente unos 100 mm y generalmente por debajo de 500 mm, y una mesa de longitud generalmente comprendida entre 500 mm y 3000 mm.

Los rodillos utilizados en este tipo de industria están generalmente fabricados en acero refractario con revestimientos de superficie (del tipo óxido de cerámica, circona, silicio, etc.) pero tienen una vida limitada por encima de 1000º C, en las líneas de recocido y deben ser sustituidos frecuentemente (cada 1 a 5 meses en general) debido a su desgaste.

Se utilizan en general unos rodillos de cerámica o de grafito que permiten unas temperaturas más elevadas. Sin embargo, estos rodillos son relativamente frágiles, lo cual limita su tiempo de vida. La invención se refiere también a los rodillos presentes en las líneas de recocido de chapas de acero tratadas a más bajas temperaturas, de forma típica entre 600º C y 900º C, pero que están sometidas a unas tracciones importantes. Para un tratamiento de este tipo, se utilizan de forma corriente los rodillos de acero pero, debido a su coeficiente de dilatación significativo, éstos se pueden deformar por el efecto de la temperatura provocando, en determinados casos, la formación de pliegues en la chapa (corrientemente llamados "heat buckles") , o un guiado deficiente de ésta (desviamiento) . En este caso, estos rodillos tienen generalmente un diámetro mayor, de forma típica comprendido entre 500 y 1000 mm, mientras que la mesa puede alcanzar los 2000 mm.

El documento US nº 6.709.372 divulga un rodillo de recocido, destinado al transporte de una banda metálica, en una instalación de recocido continuo y cuya virola o envuelta está fabricada ya sea de material compuesto carbonocarbono (C-C) es decir un material formado por un refuerzo de fibras de carbono densificado por una matriz de carbono, ya sea de material compuesto SiC-SiC es decir un material formado por un refuerzo de fibras SiC densificado por una matriz SiC. El documento US 2009/0036283 describe asimismo un rodillo destinado a ser utilizado en unas instalaciones metalúrgicas o siderúrgicas de altas temperaturas y cuya virola es de un material compuesto C-C.

Aunque un rodillo con una virola de material compuesto C-C o SiC-SiC tiene unas prestaciones termodinámicas mejores que un rodillo con una virola de acero, la utilización de estos dos materiales compuestos adolece sin embargo de ciertos inconvenientes.

Efectivamente, estos rodillos requieren la utilización, generalmente, de un árbol metálico pasante para garantizar la firmeza mecánica. Es necesario, entonces, tener unos medios de acoplamiento en rotación entre el árbol metálico y la virola de material compuesto para asegurarse de que el árbol activa la rotación.

Sin embargo, debido a las dilataciones térmicas diferenciales entre el árbol y la virola, se deben prever unos medios específicos ya sea para limitar la dilatación del árbol, ya sea para compensar estas dilataciones diferenciales.

En el primer caso, existen unos dispositivos que permiten enfriar activamente el árbol con respecto a las temperaturas muy elevadas, por ejemplo mediante la circulación de un fluido de enfriamiento en el interior del árbol. La necesidad de tener un enfriamiento activo hace más compleja la instalación y genera un consumo de energía importante.

En el segundo caso, se han desarrollado soluciones para permitir que el árbol metálico se dilate a la vez que se limitan las tensiones sobre la virola compuesta que, en cambio, se dilata muy poco a altas temperaturas. El documento US 2009/036283 divulga un rodillo que comprende un árbol metálico alrededor del cual se coloca una

envuelta o virola de material compuesto termoestructural. Con el fin de compensar las dilataciones diferenciales entre el árbol y la envuelta, se ubica un juego radial entre estos dos elementos. Aunque esta solución permite compensar eficazmente las dilataciones radiales diferenciales, necesita sin embargo formar unas ranuras en la superficie externa del árbol y unos dientes en la superficie interna de la envuelta, destinados a encajar con las ranuras del árbol para permitir un arrastre en rotación de la envuelta por éste último.

Estas geometrías particulares hacen más compleja la fabricación del rodillo y aumentan su coste. Por otra parte, el posicionamiento (centrado) en frío de la virola sobre el árbol presenta asimismo dificultades debido a la presencia del juego radial en frío importante entre la envuelta y el árbol.

Objeto y resumen de la invención El objetivo de la presente invención es proponer una nueva estructura de rodillo que comprende una virola o envuelta de material compuesto cuya geometría exterior no varía por el efecto de altas temperaturas, en particular superiores a 1000º C, y/o cuando hay cambios bruscos de temperatura, a la vez que se garantiza una conexión en rotación entre esta envuelta y un árbol metálico de los medios simples y fiables que permiten además compensar las dilataciones diferenciales entre esos dos elementos.

Con este fin, el objeto de la presente invención es un rodillo de línea de recocido a alta temperatura que comprende una envuelta cilíndrica de material compuesto y un elemento de soporte axial de material metálico que comprende una mangueta en por lo menos uno de sus extremos, comprendiendo el rodillo, además, por lo menos una primera y una segunda chavetas fijadas en el elemento de soporte axial y dispuestas cada una de ellas respectivamente en una primera y una segunda aberturas de paso con unas dimensiones superiores a las de las chavetas, comprendiendo cada abertura de paso, según un sentido de recorrido determinado a lo largo de la circunferencia de la envuelta, una primera y una segunda superficies de apoyo circunferencial y, según un sentido de recorrido axial determinado, una primera y una segunda superficies de apoyo longitudinal, caracterizado por que la primera chaveta está montada apoyada contra la primera superficie de apoyo circunferencial de la primera abertura de paso mientras que la segunda chaveta está montada apoyada contra la segunda superficie de apoyo circunferencial de la segunda abertura de paso, y por que la primera chaveta está montada apoyada contra la segunda superficie de apoyo longitudinal de la primera abertura de paso mientras que la segunda chaveta está montada apoyada contra la primera superficie de apoyo longitudinal de la segunda abertura de paso.

La envuelta cilíndrica del rodillo de la invención, a saber el cuerpo del rodillo destinado a soportar las chapas a altas temperaturas, está realizado en material compuesto termoestructural. Gracias a las excelentes prestaciones térmicas, mecánicas y termomecánicas de los materiales compuestos termoestructurales, el rodillo de la invención es capaz de funcionar a temperaturas superiores a las que soporta el acero, es decir a temperaturas superiores a 1000º C y de hasta 1300º C, sin tener la fragilidad de la cerámica o el grafito.

Los materiales compuestos termoestructurales tienen, además, unas características estructurales (refuerzo fibroso densificado por una matriz) suficientes para resistir las cargas soportadas por los rodillos de la técnica anterior. Además, estos materiales como el material compuesto C-C o CMC tienen un coeficiente de dilatación térmica débil que permite evitar la deformación de la envuelta por el efecto de altas temperaturas, y conservar la geometría externa... [Seguir leyendo]

1. Rodillo (100) de línea de recocido a alta temperatura que comprende una envuelta cilíndrica (120) de material compuesto y un elemento de soporte axial (170) de material metálico que comprende por lo menos en uno de sus extremos una mangueta (130; 140) , comprendiendo el rodillo, además, por lo menos una primera y una segunda chavetas (150, 155) fijadas en el elemento de soporte axial (170) y dispuestas cada una de ellas respectivamente en una primera y una segunda aberturas de paso (122, 123) dispuestas en la envuelta (120) , teniendo dichas aberturas de paso unas dimensiones superiores a las de las chavetas (150, 155) , comprendiendo cada abertura de paso (122; 123) , según un sentido de recorrido (Sc) determinado a lo largo de la circunferencia de la envuelta (120) , una primera y una segunda superficies de apoyo circunferencial (1221, 1222; 1231, 1232) y, según un sentido de recorrido axial determinado (Sa) , una primera y una segunda superficies de apoyo longitudinal (1223, 1224; 1233, 1234) , caracterizado por que la primera chaveta (150) está montada apoyada contra la primera superficie de apoyo circunferencial (1221) de la primera abertura de paso (122) mientras que la segunda chaveta (155) está montada apoyada contra la segunda superficie de apoyo circunferencial (1232) de la segunda abertura de paso (123) , y por que la primera chaveta (150) está montada apoyada contra la segunda superficie de apoyo longitudinal (1224) de la primera abertura de paso (122) mientras que la segunda chaveta (155) está montada contra la primera superficie de apoyo longitudinal (1233) de la segunda abertura de paso (123) .

2. Rodillo según la reivindicación 1, caracterizado por que las primera y segunda chavetas (150, 155) están dispuestas en un plano perpendicular al eje de la envuelta.

3. Rodillo según la reivindicación 1 o 2, caracterizado por que las primera y segunda chavetas (150, 155) están desfasadas según la dirección axial de la envuelta.

4. Rodillo según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado por que las primera y segunda superficies de apoyo longitudinal (1223, 1224; 1233, 1234) están alineadas según un mismo plano radial.

5. Rodillo según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizado por que las primera y segunda chavetas (150, 155) están dispuestas cerca de un primer extremo del elemento de soporte axial (170) , comprendiendo el rodillo, además, por lo menos una tercera y una cuarta chavetas (160, 165) dispuestas cerca del segundo extremo del elemento de soporte axial (170) , estando dichas tercera y cuarta chavetas fijadas en el elemento de soporte axial

(170) y dispuestas cada una respectivamente en una tercera y cuarta aberturas de paso (124, 125) dispuestas en la envuelta (120) , presentando dichas aberturas de paso unas dimensiones superiores a las de las chavetas (160, 165) , comprendiendo cada abertura de paso (124; 125) , según dicho sentido de recorrido (Sc) determinado a lo largo de la circunferencia de la envuelta, una primera y una segunda superficies de apoyo circunferencial (1241, 1242; 1251, 1252) , y, según dicho sentido de recorrido axial determinado (Sa) , una primera y una segunda superficies de apoyo longitudinal (1243, 1244; 1253, 1254) , por que la tercera chaveta (160) está montada apoyada contra la segunda superficie de apoyo circunferencial (1242) de la tercera abertura de paso (124) mientras que la cuarta chaveta (165) está montada apoyada contra la primera superficie de apoyo circunferencial (1251) de la cuarta abertura de paso (125) , y por que la tercera chaveta (160) está montada apoyada contra la primera superficie de apoyo longitudinal (1243) de la tercera abertura de paso (124) mientras que la cuarta chaveta (165) está montada contra la segunda superficie de apoyo longitudinal (1254) de la cuarta abertura de paso (125) .

6. Rodillo según la reivindicación 5, caracterizado por que las tercera y cuarta chavetas (160, 165) están dispuestas en un plano perpendicular al eje de la envuelta.

7. Rodillo según la reivindicación 5 o 6, caracterizado por que las tercera y cuarta chavetas (160, 165) están desfasadas según la dirección axial de la envuelta.

8. Rodillo según cualquiera de las reivindicaciones 5 a 7, caracterizado por que las tercera y cuarta superficies de apoyo longitudinal (1243, 1244; 1253, 1254) están alineadas según un mismo plano radial.

9. Rodillo según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 8, caracterizado por que cada mangueta comprende una punta de centrado (202; 210) que coopera con un resalte practicado en un extremo de la envuelta.

10. Rodillo según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 9, caracterizado por que comprende por lo menos un elemento elásticamente deformable (180) , dispuesto entre la superficie externa del elemento de soporte axial (170) y la superficie interna de la envuelta (120) .

11. Rodillo según la reivindicación 10, caracterizado por que comprende una pluralidad de lengüetas elásticas (180) repartidas de forma uniforme en el espacio circunferencial entre la superficie externa del elemento de soporte axial (170) y la superficie interna de la envuelta (120) .

12. Rodillo según la reivindicación 10, caracterizado por que comprende una pluralidad de zapatas de hojas de grafito repartidas de forma uniforme en el espacio circunferencial entre la superficie externa del elemento de soporte axial (170) y la superficie interna de la envuelta (120) .

13. Rodillo según la reivindicación 10, caracterizado por que comprende una lámina elástica en forma de anilla hendida (190) dispuesta en el espacio circunferencial entre la superficie externa del elemento de soporte axial (170) y la superficie interna de la envuelta (120) .

14. Rodillo según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 13, caracterizado por que la envuelta cilíndrica está

realizada en material compuesto C-C o CMC. 15