轧辊轴颈组件中的推力轴承和夹具的制作方法

本说明书涉及在连续热浸法中用于浸没轧辊组件的推力轴承和夹具。

背景技术：

热浸镀锌是通过对铁和钢涂覆诸如锌之类的所需的涂层来用于对诸如铁和钢之类的材料进行防锈的方法。例如，在约465℃的温度下，使用轴颈轧辊组件将钢板浸入锌熔池中。浸没在熔池中的轴颈轧辊组件的轴承是本领域已知的。它们用于不同的工艺中，例如使用冷轧基板给平板钢镀锌、使用冷轧基板给退火平板/带钢镀锌或使用冷轧基板或本领域中已知的其他应用给铝平板/带钢镀锌。

随着轧辊组件以有时约170米/分钟的速度在熔池中转动，钢带或金属带被拉动穿过熔池。沉入的导辊组件暴露于通常约465℃热熔融液体、例如熔融锌，使组件受到显著损坏。此外，当平坦的钢带被进给至熔池中时，在轴颈轧辊中引起使其在线性轴线上移动的侧向推力。

目前用于沉没辊组件的设计使用如图1“现有技术”所示的具有大致圆形横截面(圆筒形夹具)的不锈钢夹具或壳体。将矩形棱柱状陶瓷杆嵌入到机械加工于圆筒形夹具的内壁中的对应槽中，使得每个矩形陶瓷杆的一部分暴露于圆筒形夹具的内部。旋转的轧辊轴颈被插入到圆筒形夹具的内部，并且矩形陶瓷杆用于在旋转期间限制摩擦，同时还允许熔融锌或其他涂层通过间隙流动。为了限制矩形陶瓷杆在圆筒形夹具的内部的移位，通常将楔安装在对应的槽与矩形陶瓷杆之间，并且将楔焊接就位。

然而，这些楔的安装可能取决于用户，从而导致矩形陶瓷杆的安装不一致并且矩形陶瓷杆上楔的压力不一致。此外，安装楔的焊接工艺使得脆性陶瓷杆暴露于可能影响陶瓷杆性能的局部加热。不同方式机械加工的楔也可以使矩形棱柱陶瓷杆遭受各种压力点，这些压力点可导致这些矩形棱柱陶瓷杆的破裂和失效。由于破裂、失效或其他原因而使这些矩形棱柱陶瓷杆无法与楔保持就位可能导致轧辊轴颈在旋转期间发生振动，从而再次导致断裂、失效(有时是永久性的)和套筒损坏，所有这些都会导致由于维修或更换设备而产生的修理和生产延误的成本增加。

矩形陶瓷杆的另一个潜在问题是熔池中移动的浮渣或硬浮动颗粒。在轧辊轴颈旋转期间，浮渣可以被捕集在楔与矩形陶瓷杆之间的对应槽内。这些矩形棱柱陶瓷杆的锋利边缘在旋转期间可能使浮渣的流动更加困难。因此，浮渣的捕集可导致轧辊轴颈的划痕和过早的磨损或失效。因此，在矩形陶瓷杆与硬化套筒之间吸入的浮渣可以使陶瓷杆和套筒具有划痕，从而导致套筒过早磨损。这也可能导致陶瓷杆的断裂或破裂。由于设备浸没在熔池中，因此设备故障或损坏可能不容易被检测到。在某些情况下，套筒可能被磨损，从而致使旋转的轧辊轴颈在熔池中断开，导致严重的安全问题。

目前的设计还使用推力轴承来限制轧辊轴颈的侧向推力。这些推力轴承包括316l按钮，该316l按钮与焊接就位的316l不锈钢块配准。在旋转过程中，这种设计类似地遭受过早磨损。过早磨损可以使轧辊与轴承之间所需的间隙加宽，并且可能导致轧辊旋转中断。这种旋转中断又可能导致旋转通过熔池的板侧滑，并且可能导致质量缺陷。此外，这种旋转可能需要关闭设备以更换或修理设备，从而导致延迟。

因此，期望改进轧辊轴承组件的一个或更多个部件以克服上述缺点中的至少一个缺点。

技术实现要素：

本文提供了用于轧辊支承组件的改进的夹具和推力轴承。

因此，根据本发明的一方面，提供一种用于轧辊支承组件中的夹具，该夹具具有内壁，内壁限定了穿过夹具的大致圆筒形的通道。夹具包括沿其内壁纵向延伸并且延伸了圆筒形通道的长度的多个半圆筒形槽。多个对应的具有本体和两个端部的圆筒形陶瓷杆被嵌入所述半圆筒形槽内，使得圆筒形陶瓷杆的本体的至少一部分延伸到通道中。

根据本公开的另一方面，提供了一种用于在熔池环境中使用的轧辊轴颈组件，该轧辊轴颈组件具有支承如上所述的夹具的轧辊臂，夹具用于接纳能够围绕中央纵向轴线旋转的轧辊轴颈，该轴线限定可旋转的轧辊轴颈的两个轧辊端部的中心，可旋转轧辊轴颈由轴颈套筒围绕，并且轧辊臂还具有安装在轧辊臂中的孔内的推力轴承插入件以用于在旋转期间抑制轧辊轴颈的侧向推力。

在本公开的另一方面，推力轴承插入件包括推力套筒，该推力套筒具有敞开的带凸缘的端部和限定圆筒形内腔的封闭的另一端部。推力套筒插入到轧辊臂的孔中，使得圆筒形内腔与轧辊臂的中央纵向轴线轴向地对准，并且带凸缘的端部面向轧辊轴颈，用于限制推力套筒远离轧辊轴颈的横向运动。推力圆筒形陶瓷杆具有与套筒的所述圆筒形内腔大致相同的长度，并且具有可接纳于套筒中的第一端部以及用于与轧辊轴颈配准的第二端部。推力套筒的封闭的另一端部上安装有插入件保护盖，该插入件保护盖用于限制熔融材料流到推力套筒上。

在本公开的另一方面，上述推力套筒具有敞开的带凸缘的端部和敞开的另一端部，所述敞开的另一端部限定穿过其中的大致圆筒形内部通道，该大致圆筒形内部通道用于接纳上述圆筒形陶瓷杆。

附图说明

本公开的这些和其他特征将从以下参照附图的描述中变得更加明显，在附图中：

图1示出了具有嵌入的矩形棱柱陶瓷杆的夹具的现有技术设计的截面；

图2示出了根据本公开的实施方式的具有嵌入的圆筒形杆的夹具的前视立体图；

图3示出了在添加止动突出部之前的图2的夹具的前视立体图；

图4示出了在暴露于熔融锌之后的图2的夹具的前视立体图；

图5示出了根据本公开的实施方式的具有同心地插入的轴颈的图2的夹具的侧视立体图；

图6示出了根据本公开的一个实施方式的夹具和推力组件的立体图；

图7示出了根据本公开的实施方式的推力轴承的立体图；以及

图8示出了在图7的推力轴承中使用的不锈钢插入件和安装在图3的夹具上的按钮的立体图。

图9示出了根据本公开的实施方式的在连续热浸时使用的夹具和推力轴承组件的截面和局部剖视图；

图10a示出了图9的夹具的前视图；

图10b示出了图9的夹具的侧视图；

图11a示出了图5的推力轴承插入件的截面侧视图；以及

图11b示出了图9中安装的按钮的侧视图。

100夹具170推力陶瓷杆

102通道172第一端部

104内壁173第二端部

106轧辊轴颈174插入件保护盖

108轴颈套筒176盖孔

178有头螺钉

110圆筒形杆180头部

112本体200轧辊臂

114端部202孔

116半圆筒形槽

118止动突出部

160按钮

162顶点

164不锈钢套筒

165推力轴承插入件

166腔

167内部通道

168带凸缘的端部

169封闭的另一端部

171敞开的另一端部

具体实施方式

现在参照附图。

提供了一种适于结合在轧辊轴颈组件中的夹具，轧辊轴颈组件具有用于熔池环境中的轧辊臂200。在本公开的一方面，夹具100具有内壁104，该内壁104限定穿过其中的大致圆筒形的通道102，用于接纳可围绕中央纵向轴线旋转的轧辊轴颈106。轴线限定可旋转轧辊轴颈106的两个轧辊端部的中心，并且可旋转轧辊轴颈106被轴颈套筒108围绕。

如图2所示，轧辊轴颈组件包括夹具100，夹具100具有多个半圆筒形槽116，半圆筒形槽116沿着夹具100的内壁104纵向延伸并延伸了圆筒形通道102的长度。将多个具有本体112和两个端部114的对应的圆筒形陶瓷杆110安装到半圆筒形槽116中，使得圆筒形陶瓷杆110的本体112的至少一部分延伸到通道102中以与轴颈套筒108配准(registration)。

在附图中，使用了三个圆筒形杆110。这些圆筒形杆110在旋转期间限制摩擦，并且可以在带被拉动通过组件时支持带的拉力。也可以使用更多数量的圆筒形陶瓷杆110。圆筒形陶瓷杆110可以通过收缩或过盈配合来安装。例如，具有内壁104的夹具100可以机械加工成设置有半圆筒形槽116。接下来，夹具100可以例如在炉中加热，以提供膨胀间隙，以允许圆筒形杆110滑入对应的半圆筒形槽116中。一旦圆筒形杆110插入半圆筒形槽116中，则可以使已安装有圆筒形杆110的夹具100以受控的速率冷却，以限制对圆筒形杆110的冲击或损坏。

为了限制圆筒形杆110纵向移位以免移位至通道102之外，可以在嵌入夹具110内的圆筒形杆110的端部114上应用止动突出部118。这些止动突出部118可以采用焊接就位的316l不锈钢带的形式，如图2、图4、图5和图10b所示。尽管示出为完全覆盖圆筒形杆110的端部114，但是止动突出部可以是覆盖圆筒形杆110的端部114的一部分的小带，并且可以被焊接就位或以其他方式固定就位。在其他实施方式中，可以使用多个带并且所述多个带可以被应用成彼此平行或彼此交叉。替代性地，止动突出部118可以采用机械加工并点焊就位的316l环的形式。止动突出部可以是本领域技术人员已知的适合于高温的任何材料。如本领域技术人员所知，可以采用限制圆筒形杆110的纵向位移的其他方法。

在夹具内使用圆筒形杆110有利地避免了出于稳定的目的而使用楔。楔的消除减轻了与不一致的楔入和施加到杆的不一致的压力相关的问题，否则这些问题会导致杆的裂纹和失效。相反，圆筒形杆110收缩配合到形成在夹具100的内壁104中的槽116中，因此避免了对楔所使用的焊接以及伴随的局部加热，否则楔的焊接以及伴随的局部加热会导致也可能不利地影响杆的性能的结果。此外，使用收缩配合的圆筒形杆110有助于限制圆筒形杆110以免其移位至夹具100的圆筒形内部或从对应的槽116移位出。

此外，使用圆筒形杆110还减轻与包括矩形棱柱杆的现有技术夹具中发生的浮渣捕集有关的问题。例如，使用圆筒形杆110可以改善否则可能会被现有技术的矩形棱柱杆的边缘或拐角所捕集的残片或浮渣的运动。在轧辊的旋转期间，浮渣的这种流动有助于减少轧辊或套筒的划痕，这又降低了磨损。

如图5和图6所示，夹具100被设计成在圆筒形通道102内接纳大致圆筒形的可旋转轧辊轴颈106。轧辊轴颈可以由316l不锈钢、钴基合金(stelite)或本领域技术人员已知的其他合适的材料制成。大致圆筒形的轴颈套筒108围绕可旋转轧辊轴颈106。该轴颈套筒108可以涂覆有硬化的表面材料。例如，轴颈套筒108可以被厚度为约0.050英寸至约0.070英寸的碳化物涂覆或碳化钨涂覆，并且用于保护可旋转轧辊轴颈106免受熔池的高温和有害环境。还提供了陶瓷圆筒形杆110旋转所抵靠的硬化表面。这改善了套筒在熔融环境中的预期寿命。如本领域技术人员将知道的，轴颈套筒108可以在一段时间之后更换。

现在参照图9，轧辊臂200还包括推力轴承插入件165，该推力轴承插入件165安装在轧辊臂200中的孔202内，用于在旋转期间抑制轧辊轴颈106的侧向推力。因此，在轧辊组件中使用期间，轧辊轴颈106的每个端部与推力轴承插入件165配准。

现在参照图5、图6、图9和图11b，具有顶点162的大致圆顶形按钮160限定轧辊轴颈106的每个端部。按钮160的顶点162与轧辊端部的中央纵向轴线对齐，用于与下面讨论的推力轴承插入件配准并且在旋转期间抑制轧辊轴颈106的侧向推力。按钮160由硬化材料或涂覆有诸如碳化钨的硬化材料制成，以在按钮的顶点162接触如下所讨论的组件的推力轴承插入件165时限制磨损，并且最终限制在轴106上的磨损。硬化的涂层可以具有适于在轴106上耐受一段时间的磨损的厚度，例如0.01英寸至0.1英寸厚，例如0.05英寸厚。

按钮160可以与轧辊轴颈106成一体。替代性地，可以将按钮160焊接或以其他方式固定就位，以允许在轧辊轴颈106或轧辊套筒108的修复或机械加工期间移除。如图8所示，按钮160呈圆形的基部形状，其直径与轴106的端部的直径大致相同。然而，按钮160的直径可以小于轴106的直径，只要顶点162与轧辊轴颈106的轴的中心配准以确保与推力轴承插入件接触。按钮160还可以呈矩形、梯形或任何其他基部形状，只要其大致为圆顶形状在该形状中按钮160具有从轴106的中心延伸的顶点162。按钮160的顶点162与如下所述的陶瓷插入件的点接触限制了摩擦，从而允许轧辊轴颈106的旋转。

按钮160的顶点162与推力轴承插入件165相会合，并且抵着下面讨论的推力轴承插入件165旋转。这在允许轧辊旋转的同时又抑制了轴颈106的侧向推力。因此，这提供了推力轴承插入件165与轧辊轴颈106之间的间隙，并且限制了轧辊轴颈106与轧辊臂200的接触，否则这可能限制轧辊旋转。有利地，推力轴承插入件165中的推力圆筒形陶瓷杆(下面将讨论)与按钮之间的点接触减小了推力圆筒形陶瓷杆(下面将讨论)的磨损，从而减轻了诸如轧辊旋转破坏的问题。

如图9所示，推力轴承插入件165位于组件中的轧辊臂200的孔202内。推力轴承插入件165包括推力套筒164，该推力套筒164具有敞开的、带凸缘的端部168和封闭的另一端部169，该封闭的另一端部限定了圆筒形内部166，以用于接纳如图11a所示的与腔166长度大致相同的推力圆筒形陶瓷杆170。套筒164可以是不锈钢，例如316l，或本领域技术人员已知的任何其他合适的材料。将坐置于轧辊臂200的孔202内的推力轴承插入件165插入，使得圆筒形内腔166与轧辊臂200的中央纵向轴线轴向对准，并且带凸缘的端部168面向轧辊轴颈106以限制推力套筒164在组件中远离轧辊轴颈106的横向运动。因此，带凸缘的端部168抵靠轧辊臂200，用于限制推力轴承插入件165在由轴颈轴106的侧向推力施加的力的作用下的横向运动。

为了限制熔融金属例如熔融锌进入凸缘168与轧辊臂200之间的任何间隔，可以在凸缘168与轧辊臂200之间安装如本领域技术人员已知的石墨垫圈或其他材料。

与插入其中的内腔166具有大致相同长度的推力圆筒形陶瓷杆170具有可容纳在套筒中的第一端部172和用于与轧辊轴颈106配准的第二端部173。为了允许陶瓷杆170的第二端部173与按钮160之间相接触，陶瓷杆170的第二端部173可以在内腔166内延伸超过凸缘168的边缘。推力陶瓷杆170在内腔166内通过过盈收缩配合而被保持就位以限制从内腔166移出。为了实现过盈收缩配合，可以加热套筒164以获得插入推力圆筒形陶瓷杆170所需的间隙。之后，以受控的方式使包括陶瓷杆的插入件冷却以限制破裂。

为了进一步限制推力陶瓷杆170例如由于轧辊轴颈106的侧向推力而从推力轴承插入件165移出，可以采用插入件保护盖174，如图9所示。因此，插入件保护盖174可以安装在推力套筒164的封闭的另一端部169上，用于限制熔融材料流入推力套筒164中。该插入件保护盖174可以由能够耐热的任何合适的材料诸如316l不锈钢制成。插入件保护盖174可以呈任何形状，并且插入件保护盖174可以例如通过将插入件保护盖174焊接至轧辊臂200而安装在插入件165的封闭端部上。该保护盖174限制熔融金属流入轧辊臂200与轧辊臂200的外侧上的插入件165之间的任何潜在空间。

盖孔176以与插入件164的内腔166轴向对准的方式形成在插入件保护盖174中。因此，插入件保护盖174中的盖孔176与轧辊臂200的中央纵向轴线轴向对准。在盖孔175中可插入具有长形本体的有头螺钉178，用于与推力套筒164的封闭端部169接合。有头螺钉178可以具有头部180，该头部180用于接合插入件保护盖174并且用于限制推力套筒164朝向轧辊轴颈106的横向运动。

在该实施方式中，有头螺钉可以不接触陶瓷杆170。例如，如果陶瓷杆170安装在腔166中，则有头螺钉178可以简单地与插入件165连接，而不与陶瓷杆170连接。在附图中，有头螺钉178被示出为具有接合插入件保护盖174的头部180。可以在头部180与保护盖174之间安装本领域技术人员已知的石墨垫圈或其他材料，以限制熔融金属进入头部180与保护盖174之间的任何间隔。

在替代性实施方式中，推力套筒164具有敞开的带凸缘的端部168和敞开的另一端部171，该敞开的另一端部171限定穿过推力套筒的用于接纳推力圆筒形陶瓷杆170的大致圆筒形内部通道167。因此，推力套筒164插入轧辊臂200的孔202中，使得圆筒形内部通道167与轧辊臂200的中央纵向轴线对准，并且带凸缘的端部168面向轧辊轴颈，用于限制推力套筒164远离轧辊轴颈106的横向运动(lateralmovement)。

因此，插入件保护盖174中的盖孔176可以与插入件164的内部通道167轴向对准。因此，有头螺钉178可插入到盖孔176中并且穿过插入件165的内部通道167。该有头螺钉178与置于内部通道167内的陶瓷杆170的第一端部172相接触，以限制陶瓷杆170的横向运动。因此，插入内部通道167内的推力陶瓷杆170的第二端部173可以接触按钮160，同时第一端部172不包括在腔内，而是终止于通道167内用于与有头螺钉178相接触。如上所述，有头螺钉178可以可选地螺纹地接合插入件165或者以其他方式与插入件165接合。

拧紧有头螺钉178有助于保持石墨垫圈上的密封，并且允许在更换轧辊组件的轴颈套筒108的情况下重新定位插入件165。例如，当移除轴颈套筒108时，可以对轧辊轴颈106进行机械加工以用于移除按钮160，从而导致轧辊轴颈106的总体长度缩短。因此，插入件164可以或者被加上垫片以补偿辊轴颈的缩短，或者可以安装具有适当长度的新插入件164以在按钮160与陶瓷插入件164之间保持期望的间隙。

本夹具100可以单独地设置用于插入到辊组件中，或者以完整的形式设置例如有多个圆筒形嵌入杆110，或者可以以套件形式设置有例如如下的夹具100，该夹具100具有形成在其中的半圆筒形的槽116，并且圆筒形杆110待嵌入到槽116中。夹具100可以可选地设置有一个或更多个其他元件以修改如所述的包括轧辊轴颈按钮160的轧辊组件，以及设置有用于修改辊臂200的元件，例如包括推力套筒164的推力轴承插入件165，推力套筒164具有推力陶瓷杆170、推力轴承插入件保护盖174、盖孔176和有头螺钉178。

替代性地，本推力轴承插入件165可以单独地设置以插入到轧辊组件中，或者推力轴承插入件165以完整的形式设置有例如插入推力套筒164中的推力陶瓷杆170并且已经安装了推力轴承插入件保护盖174，该推力轴承插入件保护盖174具有穿过推力轴承插入件保护盖174的盖孔176插入的有头螺钉178。推力轴承插入件164可以可选地设置有一个或更多个其他元件，以改变如所述的包括轧辊轴颈按钮160的轧辊组件，以及如上所述的改进的夹具。

替代性地，可以提供结合本文所述的一个或更多个元件的改进的轧辊组件。

为了增强上述实施方式，在夹具100和推力轴承插入件165中可以可选地安装冲洗管线或管道(未示出)以冲洗积聚的浮渣。冲洗管线可以是316l不锈钢或本领域已知的能够承受其插入的熔融环境的其他合适的材料。冲洗管线或管道可以用于将氮气注入到浮渣积聚区域中，例如在陶瓷圆筒形杆110或陶瓷杆170所安装的位置中。在这些实施方式中，冲洗管线可以安装在轧辊臂200上，并且冲洗管线可以使用控制清洁或冲洗所需的气体的量的控制来调节。在一些实施方式中，冲洗管线可以不断地输送用于清洁的氮气。在其他实施方式中，冲洗管线可以周期性地用于在预定时间段内或根据需要清洁或冲洗浮渣。

已经通过示例描述了一个或更多个当前优选的实施方式。对于本领域技术人员显而易见的是，在不脱离本发明的如权利要求所限定的范围的情况下，可以进行多种变型和修改。