Descripción de Sistema de Flexionado de Rodillos ( "Roll Bending") para Molinos Laminadores
Traducción Rolling Mill:
Manuel Suárez A.
Horacio Domínguez L.
Dirección Técnica
Subidrección de Planeación Y Desarrollo
Octubre 1995
Sistemas para la Deflexión de Rodillos (Roll Bending).
1.- Clasificación de los sistemas de deflexión de rodillos (roll bending)
De acuerdo a su aplicación los sistemas de Roll bending se dividen en dos clases principales :
Sin embargo esta clasificación también puede subdividirse basada en otros aspectos como son; el plano, dirección y sitio donde es aplicada la fuerza.
2.- Plano de aplicación de la fuerza del roll bending.
Dependiendo del plano en la cual la fuerza para la deflexión de rodillos es aplicada los sistemas de roll bending se dividen en dos grupos.
3.- Dirección de la fuerza del roll bending.
Dependiendo de la dirección con que es aplicada la fuerza para flexionar los rodillos. El sistema de Roll Bending en Planos Verticales se conoce comúnmente como:
En el Roll bending positivo (+) las fuerzas de flexión tienden a separar la abertura de rodillos (roll gap), mientras que por el contrario el roll bending negativo(-) los tienden a cerrar.
Los sistemas de flexión de rodillos en plano horizontal pueden describirse o dividirse en :
Para los sistemas de dirección simple la fuerza de flexión de rodillos es aplicada en dirección paralela a la dirección de rolado, mientras que los de doble dirección la fuerza aplicada es en dos direcciones opuestas.
4.- Sitio de la aplicación de la fuerzas del roll bending.
Dependiendo del sitio donde es aplicada la fuerza para flexionar los rodillos, existen tres tipos de sistemas :
En el sistema de "apoyo simple" la fuerzas del roll bending se aplican en cada uno de los extremos de los rodillos a través de chumaceras, para el "apoyo múltiple" la fuerza se aplica de igual manera en los extremos a través de dos o mas chumaceras, y por ultimo el sistema "Sin apoyo" la fuerza es aplicada directamente sobre el cuerpo del rodillo mediante baleros o cojinetes especiales.
5.- Sistemas de roll bending en Planos verticales (PV)
Dentro de los sistemas de roll bending en Plano Vertical se encuentran los siguientes :
5.1.- "Apoyo simple" (Single-chock. Figuras 1 y 2 ).
El sistema de roll bending de "Apoyo simple positivo" puede utilizarse con cilindros que actúan entre los rodillos de trabajo (superiores e inferiores) tal como se aprecia en la figura 1a y para el roll bending negativo este actúa entre los rodillos de apoyo y de trabajo como se muestra en la figura 1b, de igual manera existen sistemas con un doble propósito tanto negativo como positivo y es el que se presenta en la figura 1c
Por otra parte en la figura 2a se esquematizan arreglos de sistemas de roll bending positivo y negativo mediante cilindros de doble acción localizados en las chumaceras de rodillos de apoyo.
En la figura 2b se aplican tanto fuerzas de flexión positiva/negativa a través de un torque de flexión paralelo sobre los rodillos de trabajo mediante un arreglo de dos cilindros.
En la figura 2c se ilustra un diseño especial en que las fuerza roll bending positivo y las fuerzas para balanceo de los rodillos (Roll Balance) se crean separando los cilindros los que se localizan en las chumaceras de los rodillos de trabajo.
La ventaja de los sistemas de roll bending del tipo "Apoyo simple PV" es que son capaces de proveer continuamente un control del perfil de la cinta durante la operación de rolado a un costo razonable, sin embargo en algunas aplicaciones en que se requiere un rango en el control de la corona este tipo de diseño esta limitado principalmente por el máximo de carga que puede aplicarse con este arreglo.
5.2.- "Apoyo múltiple" (Double/multiple-chock. Figura 3 )
El uso de sistemas de roll bending de "Apoyo multiple" (double-chock) da una mayor eficiencia al flexionado de los rodillos y un mejor control de planura.
En la figura 3a se presenta un sistema de roll bending positivo en el cual las fuerzas de flexión se aplican fuera de las chumaceras de los rodillos de trabajo.
En el caso de la figura 3b la flexión para el roll bending positivo se aplica fuera de las chumaceras del rodillos de trabajo y la fuerza de flexión del roll bending negativo en las chumaceras de los rodillos de trabajo.
Y finalmente para una combinación de las dos configuraciones anteriores se presenta en la figura 3c un arreglo en que tanto la fuerzas deflexión para roll bending negativo o positivo se realizan tanto dentro como fuera de las chumaceras de los rodillos de trabajo.
El sistema de roll bending de "Apoyo múltiple" ofrece una gran ventaja en cuanto a una mayor flexibilidad para controlar el perfil de abertura de los rodillos (roll Gap), mientras que por otra parte las excesivas fuerzas en el cuello de los rodillos, la fuerza de contacto entre rodillos de trabajo y de apoyo limitan la aplicación de estos diseños en cuanto al costo operativo.
5.3.- "Sin apoyo" (Chockless. Figura 4 ).
Este nuevo tipo de diseño ha venido a solucionar las excesivas fuerzas requeridas para flexionar los rodillos, aplicada en el cuello de los rodillos tal como se ilustra en los diseños anteriores.
En la figura 4a se muestra que la deflexión del cuerpo de los rodillos se realiza aplicando la fuerza mediante cilindros de presión en los rodillos de apoyo a través de cojinetes o baleros.
Mientras por otra parte en la figura 4b la flexión de los rodillos se ve afectada tan solo por la presión de cojinetes fijos instalados a lo largo de los rodillos de apoyo.
Por último en la figura 4c se presenta una tecnología reciente de conductos internos en la que los rodillos trabajo se "inflan" para dar la flexión requerida.
Los diseños de Roll bending en Plano Vertical (PV) también difieren de acuerdo a:
6.- Sistema de Roll Bending en Plano Vertical localizados en Chumaceras (Figura 5)
Este tipo de diseño fue desarrollada por la compañía Carnegie-Illinois (actualmente Gary Works de USX) en el cual los cilindros o pistones hidráulicos 1 y 2 ( permiten la flexión positiva de los rodillos de trabajo ) están montados en el interior de la chumacera inferior (3) presionando la superior (4) y ambas chumaceras localizadas en las chumaceras de rodillos de apoyo (5 y 6) mismas que sirven de guías a las chumaceras de trabajo. El sistema de balanceo de rodillos (Roll Balance 7 y 8) se localiza en las chumaceras de apoyo.
La alineación de los rodillos de trabajo (9 y 10) con respecto a los rodillos de apoyo (11 y 12) se da mediante las chumaceras de rodillos de apoyo las que se localizan en el ventana del castillo o "housing". (13)
7.-Sistema de Roll Bending (+/-) en PV Con Blocks Tipo "Mae West" (Figura 6)
En este tipo de diseño de roll bending (+/-) se compone de 4 cilindros hidráulicos deflectores (1 al 4) que hacen la función de flexionado positivo quedando instalados en los Bloques ( 5 y 6) llamados "Mae West" y que van montados directamente sobre la ventana del castillo "housing".
La deflexión negativa de los rodillos de trabajo la realizan los cilindros del 8 al 11 y los cuales son instalados en las chumaceras de los rodillos de apoyo (12 y 13), Los cilindros para el balanceo de los rodillos (Roll Balance 14 y 15) están soportados en sobre las chumaceras superiores de los rodillos de apoyo (12).
Las chumaceras (16 y 17) de rodillos de trabajo (18 y 19) están guiadas por los bloque tipo "Mae West" (5 y 6).
8.- Diseño de Roll Bending combinado en Plano Vertical ( Figura 7)
Este tipo de diseño de roll bending en plano vertical fue desarrollado por United Engineering and Foundary, en la que se emplea conjuntamente los blocks tipo "Mae West" (1 y 2) y la localización del sistema de roll bending en las chumaceras de trabajo ( 3 y 4 ) para los rodillos de trabajo inferior y superior (5 y 6), los Blocks tipo "Mae West " están apoyados sobre la ventana del castillo (7) donde son alojados los cilindros del sistema de roll bending ( 8- 11 ) y el sistema de balanceo de rodillos (Roll Balance 12).
La chumacera del rodillos superior (3) esta guiada entre los Blocks "Mae West" (1 y 2) mientras que la chumacera del rodillos inferior (4) esta guiada en la chumacera del rodillos superior (3) similar al arreglo de las 2 anteriores figuras .
Las guías de las chumaceras (13 y 14) de rodillos de apoyo (15 y 16) se realiza sobre Placas de desgaste en las ventanas del castillo (7).
9.- Sistema de Roll Bending en Plano Vertical con Bloque tipo "E" (Figura 8)
Este tipo de Diseño de sistema en rodillos de trabajo fue desarrollado por la Compañía Blaw-Knox Fourndary and Mill Machinery, emplea un tipo de block conocido como tipo "E"(1 y 2) los cuales están montados en las ventanas del castillo (3), en estos blocks son alojados los cilindros de Flexionado bien sea para el roll bending positivo (4-7) están localizados en la mitad de las proyecciones de los blocks "E", mientras que el roll bending negativo (8-11) están localizados en la parte superior e inferior de estos bloques.
La chumacera(12) de rodillos de trabajo superior (13) es guiada entre la proyección del Block "E": durante el cambio de rodillos la chumacera superior (12) es soportada por los cilindros hidráulicos 14 y 15.
La chumacera (16) del rodillo de trabajo inferior (17) es guiada entre la mitad de la proyección del Block "E" (1 y 2). Los cilindros (18 y 19 ) del "Roll Balance" soportan la chumacera superior (20) del rodillo de apoyo (21), así como la chumacera inferior (22) del rodillo de apoyo (23) es guiada por la ventana del castillo (housing).
Este tipo de arreglo "Bloque E" no requiere que los cilindros hidráulicos se instalen en las chumaceras de los rodillos de trabajo o de apoyo.
10.- Sistema de Roll Bending en Plano Vertical con cilindros de doble acción ( Figura 9 y 10 ).
Este tipo de diseño en que se aplica la instalación de cilindros con doble acción reduce notablemente el numero de cilindros que se requieren para flexionar los rodillos bien sea positivo como negativo.
Dos diferentes arreglos de este tipo se presentan a continuación el las figuras 9 y 10.
El primer diseño (figura 9) fue desarrollado por la compañía Alemana Ashenbach Sphne, y la doble acción positiva y negativa para flexionar los rodillos de trabajo se da mediante cuatro cilindros hidráulicos (1 al 4) los cuales están montados a las chumaceras (7 y 8) de rodillos de apoyo ( 9 y 10) las cuales a su vez se localizan dentro de la ventana del castillo (housing 11).
Los extremos de los vástagos (12 al 15) de los cilindros hidráulicos (1 al 4 ) empujan contra las respectivas las chumaceras de los rodillos de apoyo ( 8 y 9)
Los cilindros de doble acción ( 1 al 4) cuentan con una protección lateral la cual esta unida a las chumaceras de los rodillos de trabajo ( 16 y 17)
El siguiente diseño (Figura 10 ) es muy similar al anterior (Figura 9 ) y fue desarrollado por la empresa Francesa Societé Nouvelle Spiderm, sin embargo las 2 principales diferencias son las siguientes :
11.- Sistema de Roll Bending en PV con Doble Chumacera (Figura 11).
Uno de los mejores sistemas para el flexionado de los rodillos de trabajo en plano vertical, fue desarrollado por las compañías Japonesas IHI y Nippon Steel, el alcance con que cuenta este sistema se puede resumir en los siguientes puntos :
En la Figura 11 se presenta un arreglo general de los sistemas de flexionado de los rodillos de trabajo con doble chumacera (Double-Chock)
1.- Ventana del Castillo (Housing). 2.-Blocks tipo "Mae West". 3.- Cilindro de Roll Bending interior. 4.- Cilindro de Roll Bending exterior. 5.- Chumacera exterior. 6.- Chumacera Interior.
7.- Rodillo de Trabajo
Las Figuras 12a y 12b muestran un análisis comparativo para sistemas de simple chumacera con el la de doble chumacera, tomando en consideración el control de flexionado de los rodillos, parámetro fundamental para el control del rango de corona de la cinta en un rango de fuerza aplicada. el material ensayado es un grado de acero de medio carbón, espesores de 4.31 a 4.5 mm (0.169" a 0.177" ) y un rango de ancho de 900mm a 1500mm (35.43" a 59 "), que el sistema de doble chumacera es tres veces mas efectivo que el de simple chumacera.
12.- Sistema de Flexionado de rodillos ( Roll - Bending ) en plano horizontal.
Para éste tipo de sistema, existen dos tipos:
12.1.- Dirección Simple ( Single Direction Figura 13)
Para el sistema de flexión de rodillos de dirección simple, se utiliza un rodillo con sus chumaceras soportadas en las ventanas del castillo ( Housing Post ), La flexión se realiza, con pequeños segmentos de rodillos, los cuales transmiten su fuerza a través del cuerpo del rodillo. ( Figura 13 a )
En la Figura 13 b se presenta un arreglo similar, en donde la fuerza de flexión es dada por los rodillos de trabajo a través de un rodillo intermedio.
En el sistema de flexión de rodillos presentado en la Figura. 13 c, el rodillo que está soportado en el castillo (housing Post ) es desviado por la fuerza aplicada a través de los pequeños rodillos y el rodillo intermedio
12.2.- Doble Dirección ( Dual Direction Figura 14 )
En el sistema de flexionado de rodillos de doble dirección, las fuerzas pueden ser aplicadas a cada lado del cuerpo del rodillo como se aprecia en la Figura. 14a, o a través de chumaceras Figura. 14b, o como se aprecia en la Figura. 14c, donde las fuerzas son aplicadas tanto en los extremos como en la parte media del rodillo
13.- Sistema de " Roll Bending" en plano horizontal con rodillo de presión ( Figura. 15 ).
Este tipo de diseño fue desarrollado por la compañía Japonesa IHI, en donde el rodillo intermedio (1) es soportado en cada extremo de las chumaceras (2 y 3). El rodillo de presión (4) empuja contra la parte central del rodillo intermedio (1). Las chumaceras (5 y 6) del rodillo de presión (4), están unidas con sus respectivas guías (7 y 8).
La viga de soporte (9), la cual se extiende entre los castillos (10 y 11), soporta el movimiento vertical del block del cilindro (12), el cual esta provisto con dos pistones hidráulicos (13 y 14) produciendo la presión en las chumaceras (5 y 6) , causando así la presión en el rodillo (4), transmitiendo esta fuerza contra el rodillo intermedio (1).
El block del pistón (12), está suspendido por medio de un pivote (15) el cual es accionado por un pistón balanceador montado en la viga soporte (9).
14.- Sistema de "Roll Bending" con presión de rodillos en plano horizontal.
Este tipo de diseño fue desarrollado por la compañía Japonesa IHI, presentándose el arreglo de éste diseño en la Figura.16.
En ésta misma figura el rodillo de trabajo inferior (1) del molino quinto de laminación está soportado en cada extremo de las chumaceras (2 y 3) para servir de guía para las chumaceras (6 y 7) del rodillo de presión intermedio (8).
La presión de flexión es transmitida al rodillo intermedio (8) a través de la viga soporte (9), la cual está compuesta por rodillos cortos (10) montados en forma rotativa en la flecha (11).
Ambas superficies laterales de los rodillos (10) están soportadas por bujes deslizadores (12), los cuales pivotean conectados con las barras de los pistones de los sistemas de flexión (13).
Los pistones (13) están empotrados en la viga (14), la cual está localizada entre los castillos (15 y 16). Los extremos de la flecha (11) están ajustadas con las palancas guías (17 y 18). Las palancas (17 y 18) están formadas con ranuras que embonan con los brazos (4 y 5) de las chumaceras del rodillo intermedio permitiendo el deslizamiento. La distribución deseada de presión de flexión del rodillo que es transmitido al rodillo de trabajo (1) es lograda por control individual de presión en cada pistón de flexión (13).
15.- Diseño de rodillos de presión con rodamientos Hidrostáticos.
En la figura 17 se presentan tres tipos de diseños de rodillos a presión con rodamientos hidrostáticos, los cuales han sido desarrollados por Davy y United Engineering Company, UK.
En el diseño presentado en la Figura.17a, el manguito sólido (1) es soportado por una flecha no rotatoria (2). El extremo de la flecha (2) está montado en los brazos 3 y 4 de la viga de soporte 5. El fluido hidráulico es suministrado en la boquilla entre el manguito (1) y la flecha (2) a través del canal axial (6) y los canales radiales (7). La presión hidráulica produce una doble función, siendo una el cambio de forma del manguito (1), y al mismo proporciona lubricación hidrostática entre la superficie interna del manguito (1) y la flecha (2). El fluido hidráulico es retenido con sellos (8 y 9) y el regreso de este mismo fluido al sistema se realiza por los canales 10 al 12.
El diseño que se presenta en la Figura.17b, utiliza manguitos segmentados (13) que son soportados por una flecha sencilla no rotatoria (14). El extremo de la flecha (14) así como las porciones intermedias (15) entre los manguitos (13), son montados en los brazos de la viga soporte (16). El fluido hidráulico es suministrado por los manguitos (13) a través de los canales (17) y el regreso del fluido hidráulico al sistema se realiza a través del canal 18. El fluido hidráulico es retenido en los manguitos (13) con sellos (19).
El diseño descrito en la Figura. 17c utiliza segmentos de rodillos con manguitos (20) los cuales son soportados individualmente por una flecha no rotatoria (21). cada flecha (21) es montada en un soporte separado (22), los cuales están unidos a una viga soporte común (23). El fluido hidráulico es suministrado a los manguitos (20) a través de canales (24) y regresado al sistema por el canal 25. El fluido hidráulico es retenido dentro de los manguitos (20) con sellos (26).
La principal característica de éste diseño es la capacidad de control de presión individual en cada uno de los manguitos (20).
16.- Sistema de "Roll Bending" en plano horizontal para molinos cuartos y sextos.
Este tipo de diseño fue desarrollado por la compañía Alemana SMS Schloemann - Siemag presentándose el detalle en la Figura.18.
En éste tipo de diseño se tienen rodillos de apoyo con grandes diámetros (1 y 2), montados en las chumaceras (3 y 4), las cuales están instaladas en la ventana del castillo (5). Los pistones (6 y 9) también son fijados en el castillo (5). Los que accionan verticalmente las chumaceras (3 y 4) de los rodillos de apoyo, haciendo que los rodillos (1 y 2) se separen.
En la parte alta del molino se localiza montada en el castillo (5) una viga (10). Las palancas 11 y 12 pivotean unidas a la viga (10) con el pasador (13). En forma similar en la parte baja del molino existen dos vigas (14 y15) que alojan los cilindros (16 y17). Las palancas (18 y19) están pivoteadas verticalmente con pivotes espaciados (20 y21) . Las palancas 11,12,18 y 19 están pivoteados en sus extremos por sus respectivos pivotes (22 y 23).
Los rodillos empujadores superiores (24 y 25) los cuales son instalados en la palanca 18 tienen libertad de movimiento en el plano horizontal, donde los rodillos empujadores (26 y 27) son unidos con la palanca 19.
Las fuerzas de flexión de rodillos en el plano horizontal son aplicadas al cuerpo de los rodillos de trabajo (28 y 29). Las fuerzas de flexión de rodillos en el plano vertical están provistos con los cilindros (30 y 31) estando separados por las palancas 18 y 19 respectivamente.
Un diseño similar al sistema de flexionado de rodillos en plano horizontal, es el que a sido desarrollado por la compañía Alemana SMS Schloemann - Siemag, con aplicación para molinos de laminación sextos.
17.- Sistema de flexionado de rodillos en plano horizontal para molinos quintos.
Este sistema de flexionado de rodillos fue desarrollado por la compañía Japonesa IHI con aplicación a molinos quintos de laminación y conocido como molinos de control flexible de planura (FFC), éste diseño se presenta en la Figura 19.
Este sistema de flexionado de rodillos en el plano horizontal consiste en un rodillo soporte, unidad rodillo de presión, placas móviles, cilindros hidráulicos y viga soporte. La chumacera del rodillo soporte se desliza dentro de las guías que están unidas a los pequeñas chumaceras de los rodillos de trabajo.
La unidad rodillo de presión incorpora se incorpora a la placa móvil del cilindro hidráulico.
Prepararon:
Ing. Manuel Suárez A.
Ing. Horacio Domínguez L.
