MX2008009753A - Cojinete de rodillos del colector que tiene elementos ceramicos par soportar el eje de rodillos. - Google Patents

Abstract

Un cojinete (10) para soportar un eje (12) sumergido en zinc fundido, tiene una superficie de cojinete que comprende un forro cilíndrico de acero (20) que tiene ranuras (26) que retiene los elementos de cojinete que embragan el eje cerámico (28).

Description

COJINETE DE RODILLOS DEL COLECTOR QUE TIENE ELEMENTOS CERÁMICOS PARA SOPORTAR EL EJE DE RODILLOS Antecedentes y Sumario de la Invención Los cojinetes de las instalaciones de rodillos del colector utilizados para proporcionar tensión sobre una banda de metal, que se avanza en un baño de metal fundido, tienen una vida muy corta. La vida corta existe debido a la distorsión y desalineamiento creadas entre los componentes de los cojinetes, que operan a las altas temperaturas del metal. Además de que las reacciones químicas ocurren entre el metal fundido y los cojinetes. La pesada carga de la unidad de superficie combinada con la baja velocidad rotacional de operación experimentada por los rodillos, también acorta la vida de los cojinetes. He resuelto algunos de los problemas relacionados con estas condiciones ambientales. Un ejemplo, puede encontrarse en mi Patente de los Estados Unidos 6,692,689 expedida el 17 de Febrero de 2004 para "Sink Roll Assembly with Forced Hydrodynamic Film Lubricated Bearings and Self-Aligning Holding Arms" ("Instalación de Rodillos del colector con Cojinetes Forzados Lubricados con Película Hidrodinámica y Brazos de Sujeción de Auto-Alineamiento"). Esta invención substancialmente prolongó la vida de los rodillos al alinear el eje del rodillo con el eje del cojinete, y bombear metal fundido bajo presión a las superficies de cojinete en la forma de una película lubricante hidrodinámica, creada por la reducción de la carga de la unidad de superficie que actúa sobre el cojinete. La invención descrita en esta solicitud proporciona una vida de operación mayor al proporcionar elementos cerámicos en el forro de cojinete que soporta el eje. La cerámica tiene un patrón de desgaste grandemente reducido en comparación con las aleaciones de acero normalmente utilizadas para rodillos del colector, debido a su dureza, bajo coeficiente de fricción y resistencia al ataque químico por el metal fundido. Un procedimiento para utilizar materiales cerámicos para cojinetes ha sido utilizar un forro cerámico en una camisa de aleación de acero para soportar el eje. Este procedimiento ha funcionado en el laboratorio, pero no es adecuado para una aplicación industrial por varias razones. Una razón es que el acero que sujeta el anillo que contiene cerámica tiene un mucho mayor coeficiente de expansión que la cerámica. El resultado es que cuando el forro cerámico se calienta a la temperatura de operación (900°F a 1300°F) en la mayoría de los casos), la interfase entre el forro cerámico y la camisa de sujeción forman un espacio libre substancial que causa entonces que la cerámica no soportada se rompa. Un forro cerámico no soportado se romperá en una aplicación industrial, debido al severo apisonamiento que experimenta, causado por la banda de metal en movimiento sumergida en el baño de metal fundido. He encontrado que el empleo de un forro de acero para soportar varios elementos cerámicos en ranuras en una camisa de sujeción, evita que los elementos cerámicos se separen del forro y compensa las diferencias en los coeficientes de expansión del acero y la cerámica, minimizando el espacio libre de funcionamiento a alta temperatura . En la modalidad preferida, el forro tiene ' una superficie cilindrica interna, que tiene ranuras alargadas en un patrón que se extiende alrededor de la superficie cilindrica. Se inserta una cinta alargada de material cerámico en cada una de las ranuras. La superficie interior colectiva de los elementos cerámicos se combina con la superficie del forro para formar una estructura que soporta el eje. Esta instalación proporciona la ventaja de utilizar la larga vida de operación de un componente cerámico sin los problemas de expansión diferenciales. El proceso para fabricar tal cojinete comprende formar un forro de aleación de acero que tiene ranuras para recibir los elementos cerámicos. Las ranuras, a temperatura ambiente, son ligeramente más pequeñas que los elementos cerámicos. El forro se calienta entonces a una temperatura adecuada, tal como 1000°F para expandir las ranuras. Los elementos cerámicos se insertan en las ranuras. El forro de acero se enfria entonces de tal manera que los elementos cerámicos se sostienen ajustadamente en las ranuras (i.e., .0002 + .0001 pulgadas de ajuste de interferencia). Los diámetros, exterior e interior, de la instalación de insertos cerámicos del forro de acero se trituran entonces a dimensiones apropiadas, el diámetro exterior para recibir la camisa de sujeción, el diámetro interior para recibir el perno del eje de rodillos del colector. Para evitar que los elementos cerámicos se muevan radialmente hacia fuera del forro cuando operan a alta temperatura, se calienta una camisa de sujeción para expandirlo. La camisa de sujeción caliente recibe de manera telescópica el forro y los elementos cerámicos para formar una conexión de ajuste apretado entre la camisa de sujeción y el forro de acero. La camisa de sujeción y el forro se hacen de los mismos materiales de tal manera que tienen el mismo coeficiente de expansión. De esta manera, a medida que el cojinete se calienta a una temperatura de operación, el forro y la camisa de sujeción se expanden como una unidad mientras retienen los elementos cerámicos en sus ranuras respectivas. Las fuerzas radiales aplicadas al cojinete por el eje se dirigen hacia un área particular de la superficie de cojinete. Durante un periodo de tiempo el eje desgastará gradualmente el forro en el área de operación localizada de la superficie de cojinete. El cojinete puede girarse entonces (aproximadamente 90°) para permitir que un área no desgastada de la superficie de cojinete soporte el eje. Esto puede repetirse varias veces al girar de manera progresiva el cojinete cada vez que se requiera, mejorando de esta manera por un factor de cuatro la vida ya extendida del cojinete, lo que resulta en ahorros adicionales en materiales de cojinete asi como el tiempo en reemplazar un cojinete desgastado. Aún objetos adicionales y ventajas de la invención serán fácilmente aparentes por aquellos expertos en la materia a la cual pertenece la invención en referencia a la siguiente descripción detallada. Descripción de los Dibujos La descripción se refiere a los dibujos acompañantes en los cuales los caracteres de referencia similares se refieren a partes similares por todas las varias vistas, y en los cuales: La figura 1 es una vista que ilustra el ambiente en el cual se instala el cojinete inventivo; La figura 2 es una vista lateral del cojinete de la figura 1, pero con la camisa de sujeción removida; La figura 3 es una vista en secciones como se observa substancialmente a lo largo de las lineas 3-3 de la figura 2; La figura 4 es una vista en secciones como se observa a lo largo de las lineas 4-4 de la figura 9; La figura 5 es una vista de una configuración de ranura alternativa; La figura 6 es una vista cilindrica que ilustra las etapas en el proceso para hacer un cojinete preferido; La figura 7 ilustra etapas adicionales para hacer un cojinete preferido; La figura 8 es una vista que ilustra la manera en la cual la superficie de cojinete del forro se termina; La figura 9 es una vista final de un cojinete preferido; y La figura 10 es una vista que ilustra la carga dispuesta en un cojinete típico que ilustra la invención. Descripción de la Modalidad Preferida Refiriéndose a las figuras 1 y 4, el cojinete 10 ilustra una modalidad preferida de la invención para soportar un eje giratorio 12. La estructura 14 soporta el cojinete y el eje por debajo del nivel 16 de un baño de metal fundido. Un alojamiento de cojinete 18 soporta un forro 20 y una camisa de sujeción 22. La camisa y el forro son cilindricos con el forro teniendo una superficie de forro interior cilindrica 24. Refiriéndose a las figuras 2 y 4, el forro tiene una pluralidad de aberturas o ranuras 26. Cada ranura 26 es alargada y paralela al eje 27 de rotación de un eje. Otras formas y ubicaciones son posibles. Un elemento de cojinete cerámico 28 se coloca en cada ranura 26. Cada elemento de cojinete cerámico podría ser recto o tener una configuración de alguna manera cónica con una superficie interior 32 curva para formar una continuación de la superficie de forro cilindrica 24, como se muestra en la figura 3. A temperatura ambiente, el ancho de cada ranura 26 es ligeramente más pequeño (.0002" a .001") que el ancho de su elemento de cojinete cerámico respectivo. Refiriéndose a la figura 6, un calentador 34 se utiliza entonces para calentar el forro 20 a una temperatura de aproximadamente 1000°F, para alargar las ranuras individuales lo suficiente para recibir sus elementos cerámicos de cojinete respectivos. Cuando el forro se enfría a temperatura ambiente, las ranuras se encogen para retener ajustadamente sus elementos cerámicos de cojinete respectivos en posición, de tal manera que pueden ser mecánicos (molturados) juntos como una instalación, tanto el diámetro exterior como el diámetro interior. La siguiente etapa para hacer el cojinete preferido se ilustra en la figura 7, en el cual la camisa de sujeción 22, formada de un acero de aleación, se calienta para alargar su superficie interior lo suficiente para recibir el forro 20. La camisa de sujeción se enfría entonces, para retener ajustadamente los elementos cerámicos de cojinete en posición y evitar que se muevan hacia fuera lejos del eje cuando operan a una alta temperatura en el baño de metal. Refiriéndose a la figura 8, una herramienta de acabado 36 se emplea entonces para molturar la superficie de cojinete interior completa que incluye tanto el forro como los elementos cerámicos de cojinete, a una superficie cilindrica lisa con un diámetro ligeramente más grande que el diámetro del eje propuesto. La figura 10 ilustra la manera en la cual el eje se soporta dentro del forro. La carga se aplica en la dirección de la flecha 38. Por esa razón, durante un periodo de tiempo una porción de la superficie de cojinete de forro 24 se desgastará. El forro de cojinete puede girarse en el alojamiento 18 en la dirección de la flecha 40, 90°, por ejemplo, para embragar el eje con una porción no desgastada del forro. Esto reduce el tiempo de inactividad para reemplazar tal cojinete debido a que el forro puede girarse a una nueva posición en lugar de reemplazarse. Los insertos cerámicos reducen fricción; actúan como escobillas de escoria de metal; y permiten los espacios libres de funcionamiento muy cercanos del eje de cojinete (.010/.015) vs . (.250/.300) en cojinetes estándar. Refiriéndose a la figura 4, el forro 20 tiene una superficie de cojinete convexa parcialmente esférica 42 que embraga de manera deslizable una superficie de cojinete cóncava parcialmente esférica 44 de la camisa de sujeción 22. Un par de anillos 46 y 48, unidos al alojamiento y la camisa de sujeción, retienen la camisa de sujeción en posición. La figura 5 ilustra una modalidad alternativa de la invención en la cual aquellos componentes similares a los componentes de la figura 4 se designan por un número primo. En este caso, las ranuras 26' son paralelas entre si, pero se inclinan con respecto al eje 27'. Habiendo descrito la invención, yo reivindico.

Claims (1)

1. REIVINDICACIONES 1. Un cojinete compuesto útil para soportar una carga giratoria sumergida en metal fundido, que comprende: una pluralidad de elementos cerámicos de cojinete teniendo cada uno una superficie que embraga el eje; un forro de metal que tiene una pluralidad de ranuras que reciben el elemento cerámico circunferencialmente separadas, recibiéndose los elementos cerámicos de cojinete cada uno en una ranura respectiva, siendo el forro térmicamente expansivo de tal manera que cada ranura tiene un diámetro menor al diámetro de su elemento cerámico respectivo a una temperatura inferior del forro, y un diámetro mayor que el diámetro de su elemento cerámico respectivo a una temperatura mayor del forro, mediante lo cual cada elemento cerámico se recibe en su ranura respectiva a la temperatura mayor del forro, y después se sostiene ajustadamente en la ranura cuando la temperatura del forro se reduce a dicha temperatura inferior del forro formando una superficie de forro cilindrica para soportar de manera deslizable un eje giratorio . 2. Un cojinete compuesto como se define en la reivindicación 1, en el cual el forro de metal comprende una aleación de metal que tiene una baja solubilidad con el metal fundido particular en el cual se sumerge la estructura de cojinete compuesto. 3. Un cojinete compuesto como se define en la reivindicación 2, en el cual la aleación de metal tiene una alta dureza Rc>25, a la temperatura de operación del metal fundido . . Un cojinete compuesto como se define en la reivindicación 1, que incluye una camisa de sujeción instalada en el forro para evitar que los elementos cerámicos de cojinete se muevan en sus ranuras respectivas lejos de dicha superficie de forro cilindrica. 5. Un cojinete compuesto como se define en la reivindicación 1, en el cual el forro tiene una pluralidad de ranuras que reciben el elemento cerámico que se extienden a través del forro, siendo recibibles cada uno de los elementos cerámicos de cojinete en su ranura que recibe el elemento cerámico respectivo mediante un movimiento hacia la superficie de forro cilindrico, e incluyendo una camisa de sujeción dispuesta de manera telescópica sobre las ranuras que reciben el elemento para evitar un movimiento radial hacia el exterior de los elementos cerámicos de cojinete. 6. Un cojinete compuesto como se define en la reivindicación 5, que incluye una estructura de auto-alineamiento, que comprende: una camisa exterior que recibe de manera telescópica el forro, la camisa de sujeción y los elementos cerámicos; una estructura de cojinete de auto-alineamiento dispuesta entre la camisa de sujeción y el forro de tal manera que el forro puede oscilar de manera deslizable con respecto a la camisa de sujeción. 7. Un cojinete compuesto como se define en la reivindicación 6, en el cual la estructura de cojinete de auto-alineamiento comprende el forro que tiene una superficie de cojinete parcialmente esférica exterior; y la camisa de sujeción tiene una superficie de cojinete parcialmente esférica interior que embraga de manera deslizable la superficie de cojinete parcialmente esférica exterior para permitir que un eje dispuesto en el forro se mueva con respecto a la camisa de sujeción. 8. Un cojinete compuesto como se define en la reivindicación 7, en el cual la estructura de cojinete de auto-alineamiento incluye un par de anillos de cojinete separados que conecta la camisa de sujeción en una posición fija con respecto a la camisa exterior. 9. Un cojinete compuesto como se define en la reivindicación 7, en el cual los elementos cerámicos de cojinete son cada uno alargado y soportado paralelo al eje de giro de un eje soportado por dichos elementos cerámicos de coj inete . 10. Un cojinete compuesto como se define en la reivindicación 1, que incluye una estructura para soportar el forro en una posición que soporta el eje pero que permite que el forro se gire alrededor de un eje longitudinal del forro hacia una segunda posición que soporta el eje. 11. Un cojinete compuesto útil para soportar una carga móvil sumergida en metal fundido, que comprende: Una estructura de cojinete que tiene una superficie de cojinete cilindrica soportada alrededor de un eje girador de eje, que comprende: Un forro de metal que tiene una pluralidad de ranuras que reciben el elemento cerámico circunferencialmente separadas; y Una pluralidad de elementos cerámicos circunferencialmente separados cada uno teniendo una superficie que embraga el eje, en donde los elementos cerámicos de cojinete se reciben cada uno en una ranura respectiva . 12. Un método para fabricar un cojinete compuesto que tiene una pluralidad de elementos cerámicos de cojinete que comprende las etapas de, pero no necesariamente en este orden : a) formar un forro que tiene una superficie de cojinete cilindrica que tiene una pluralidad de aberturas que reciben cerámica circunferencialmente separadas; b) formar una pluralidad de elementos cerámicos de cojinete siendo cada uno recibible en la respectiva de las aberturas que reciben cerámica; y más grandes que sus aberturas que reciben cerámica respectiva; c) calentar el forro a una temperatura de tal manera que cada abertura que recibe cerámica se agranda a un tamaño para recibir su elemento de cojinete cerámico respectivo; d) insertar cada elemento de cojinete cerámico en su abertura que recibe cerámica respectiva en una posición en la cual cada elemento de cojinete cerámico tiene una superficie que embraga el eje que forma una parte de la superficie de cojinete cilindrico de forro; y e) insertar de manera telescópica el forro y los elementos cerámicos de cojinete en una camisa de sujeción para evitar que cada elemento de cojinete cerámico se mueva radialmente hacia el exterior de su abertura respectiva. 13. Un método como se define en la reivindicación 12, que incluye la etapa de acabado de la superficie de la superficie de cojinete cilindrica del forro para formar una superficie de cojinete terminada. 14. Un cojinete compuesto útil para soportar una carga giratoria sumergida en metal fundido, que comprende: una pluralidad de elementos cerámicos de cojinete, teniendo cada uno una superficie que embraga el eje; un forro de metal que tiene una pluralidad de aberturas que reciben el elemento cerámico circunferencialmente separadas, recibiéndose los elementos cerámicos de cojinete cada uno en un abertura que recibe el elemento respectivo para formar una superficie de forro cilindrica para soportar de manera deslizable un eje giratorio ; extendiéndose a través del forro las aberturas que reciben el elemento cerámico, siendo recibibles cada uno de los elementos cerámicos en su abertura que recibe el elemento cerámico respectivo mediante un movimiento hacia la superficie de cojinete de forro, e incluyendo una camisa de sujeción dispuesta de manera telescópica sobre las aberturas que reciben el elemento cerámico para evitar un movimiento radial hacia el exterior de los elementos cerámicos de cojinete; y estructura de auto-alineamiento, que comprende una camisa exterior que recibe de manera telescópica el forro, la camisa de sujeción y los elementos cerámicos de cojinete, y la estructura de cojinete de auto-alineamiento dispuesta entre la camisa de sujeción y el forro de tal manera que el forro puede oscilar de manera deslizable con respecto a la camisa de sujeción. 15. Un cojinete compuesto como se define en la reivindicación 14, en el cual la estructura de cojinete de auto-alineamiento comprende el forro que tiene una superficie de cojinete parcialmente esférica exterior; y teniendo la camisa de sujeción una superficie de cojinete parcialmente esférica que embraga de manera deslizable la superficie de cojinete parcialmente esférica exterior para permitir que un eje dispuesto en el forro se mueva con respecto a la camisa de sujeción. 16. Un cojinete compuesto como se define en la reivindicación 15, en el cual la estructura de cojinete de auto-alineamiento incluye un par de anillos de cojinete separados, que conectan la camisa de sujé-ción en una posición fija con respecto a la camisa exterior. 17. Un cojinete compuesto como se define en la reivindicación 15, en el cual los elementos cerámicos de cojinete se agrandan cada uno y soportan paralelos al eje de giro de un eje soportado por la superficie de forro cilindrica . 18. Un cojinete compuesto útil para soportar una carga giratoria sumergida en metal fundido, que comprende: una pluralidad de elementos cerámicos de cojinete, teniendo cada uno una superficie que embraga el eje; y un forro de metal que tiene una pluralidad de ranuras que reciben el elemento cerámico circunferencialmente separadas, recibiéndose los elementos cerámicos de cojinete cada uno en una ranura respectiva, siendo el forro térmicamente expansivo de tal manera que cada ranura es más pequeña que su elemento de cojinete cerámico respectivo a una temperatura inferior del forro, y es mayor que su elemento de cojinete cerámico respectivo a una temperatura mayor del forro, mediante lo cual cada elemento de cojinete cerámico se recibe en su ranura respectiva a la temperatura mayor del forro, y después se sostiene ajustadamente en la ranura cuando la temperatura de forro se reduce a dicha temperatura inferior del forro, formando una superficie de forro cilindrica para soportar de manera deslizable un eje giratorio . 19. Un cojinete compuesto como se define en la reivindicación 18, que incluye una camisa de sujeción que tiene una característica de expansión térmica que es la misma que la característica de expansión térmica del forro, instalándose la camisa de sujeción en el forro para evitar que los elementos cerámicos de cojinete se muevan en sus ranuras respectivas a medida que cambian la temperatura del forro y de la camisa de sujeción. 20. Un método para hacer un cojinete compuesto como se define en la reivindicación 12 que incluye la etapa de acabado de la superficie de la superficie de cojinete cilindrica del forro después de que cada elemento de cojinete cerámico se ha instalado en su abertura respectiva.