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CN107130102A - 一种冷却速度可调控的柔性辊接触式薄带材冷却方法与装置 - Google Patents

一种冷却速度可调控的柔性辊接触式薄带材冷却方法与装置 Download PDF

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CN107130102A CN201710264002.5A CN201710264002A CN107130102A CN 107130102 A CN107130102 A CN 107130102A CN 201710264002 A CN201710264002 A CN 201710264002A CN 107130102 A CN107130102 A CN 107130102A
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Abstract

本发明公开一种冷却速度可调控的柔性辊接触式薄带材冷却方法与装置,内部通水冷却的柔性辊套在压力作用下被弹性压扁,一方面可以增大或减小辊面与金属带的接触面积,另一方面通过增加或减小接触压力来改变换热系数,从而调整冷却速率。本发明的有益效果:通过本发明进行不锈钢等金属薄带和极薄带材调质处理时,可根据性能需要,通过调节柔性辊辊面与金属带间的接触压力和接触面积,控制金属带的冷却速度。本发明利用具有高导热系数的材料制成的柔性辊套与金属带直接接触换热,并采用冷却水循环装置将热量及时带走,可有效提高冷却速度,用于通过调质处理获得薄规格带材高性能产品。

Description

一种冷却速度可调控的柔性辊接触式薄带材冷却方法与装置
技术领域
本发明属于钢铁材料深加工技术领域,特别是涉及一种冷却速度可调控的柔性辊接触式薄带材冷却方法与装置。
背景技术
不锈钢等金属材料需要通过调质等热处理方式来改善其组织和性能,金属薄带和极薄带材调质处理时冷却速度控制是一个难题。过去采用风冷难以达到很高的冷却速度,且风冷时冷却速度的控制偏差较大。采用固定滑块式接触换热方式冷却时,容易擦伤工件表面,且接触压力不能过大,影响换热效果。
发明内容
针对现有不锈钢等金属材料薄带材热处理过程中冷却速度控制方面存在的问题,本发明提出一种冷却速度可调控的柔性辊接触式薄带材冷却方法与装置。其核心思想是:利用接触传热原理,通过调整柔性辊对带材的压力,来改变柔性辊与带材的接触面积和换热系数,实现对冷却速度的控制。
为了实现上述目的,本发明采用如下技术方案:
一种冷却速度可调控的柔性辊接触式薄带材冷却方法,通过旋转的柔性辊与运行中薄带材之间的接触传热,来实现对带材的冷却;通过调节柔性辊的辊面与金属带材间的接触压力和接触面积来调控冷却速度;调节接触压力调整机构,可以使内部通水冷却的柔性辊的辊套在压力作用下被弹性压扁,旋紧或回松压下螺母,一方面可以增大或减小辊套的辊面与金属带的接触面积,从而增加或者减少柔性辊与带材的接触时间,另一方面可增加或减小柔性辊的辊面与金属带材的接触压力,改变接触表面的换热系数,从而调整冷却速率。
其特征在于:被冷却带材的宽度范围为10-500mm,厚度范围为0.010-0.5mm,冷却速度的控制范围在50-900℃/s。
所述的接触压力调整机构主要包括4个压下螺母,4根导向柱及4个平衡弹簧;当需要增加冷却速度时,依次旋进4个压下螺母,对上柔性辊施加压力,减小上下二支柔性辊之间的辊缝,增大辊面与金属带间的接触压力和接触面积;当需要减小冷却速度时,旋退压下螺母,在平衡弹簧作用下,上柔性辊抬起,减小辊面与金属带间的接触压力和接触面积。
本发明进一步公开了一种实现所述方法的装置,具体结构包括:
(1)柔性辊接触式薄带材冷却装置包括上柔性辊、下柔性辊、轴承座、接触压力调整机构、传动机构、冷却水循环装置,其中上、下柔性辊采用空心辊套结构,内部通水冷却;上、下柔性辊由柔性辊套、中间套、芯轴和密封装置组成,柔性辊套由具有高导热系数的金属材料制成,且辊套厚度为3-20mm;
(2)上、下柔性辊的芯轴轴颈套入轴承并分别固定在上、下柔性辊轴承座内;上、下轴承座由4根导向柱连接,其下端固定,上端带有螺纹,配有压下螺母,起到压下螺丝的作用,在上、下柔性辊轴承座之间安装平衡弹簧,构成接触压力调整机构;下柔性辊轴承座上布置4个孔,用螺栓将下轴承座固定在底座上;
(3)上、下柔性辊的芯轴两端分别连接一个单回路旋转接头,冷却水从一端的旋转接头进入芯轴的冷却水孔,再流入由芯轴、中间套和柔性辊套围成的空腔,在空腔内部与柔性辊套进行热交换后,经空腔另一侧的冷却水孔、旋转接头流出,将热量带走;
(4)传动机构包括传动电机、减速器、主动轮、从动轮和环形同步传动带;主动轮通过键连接减速器动力输出轴,从动轮通过键连接下柔性辊的芯轴一端,主动轮和从动轮之间通过环形同步传动带连接;传动电机输出的扭矩通过减速器、皮带轮传递给下柔性辊,使其回转,由二支柔性辊之间的摩擦力带动上柔性辊回转;设备工作时,运行速度为1-30m/min。
中间套装配在芯轴上后,采取焊接的方式将两者连接固定;为方便安装和拆卸,辊套与中间套配合加工;柔性辊套和中间套上配做螺纹孔,用螺栓使辊套和中间套固定,螺栓下依次加垫圈、防水橡胶垫起到密封的作用;芯轴、中间套和辊套连接后,车削加工中间套和辊套的两端面,以保证平齐,使橡胶密封片与两者接触紧密,形成密闭良好的空腔。
本发明的有益效果:
通过本发明进行不锈钢等金属薄带和极薄带材调质处理时,可根据性能需要,通过调节柔性辊辊面与金属带间的接触压力和接触面积,控制金属带的冷却速度。
本发明利用具有高导热系数的材料制成的柔性辊套与金属带直接接触换热,并采用冷却水循环装置将热量及时带走,可有效提高冷却速度。
本发明柔性辊辊面与金属带之间滚动接触,可有效避免擦伤金属带表面,保证表面质量。
附图说明:
图1为冷却速度可调控的柔性辊接触式薄带材冷却装置原理图;
图2为冷却速度可调控的柔性辊接触式薄带材冷却装置结构示意图;
图3为图2的左视图;
图4为图2的俯视图;
图中,1—单回路旋转接头,2—上轴承座,3—轴承,4—橡胶密封片,5—上柔性辊芯轴,6—中间套,7—柔性辊套,8—柔性辊,9—密封圈压盖,10—下柔性辊芯轴,11—减速器,12—传动电机,13—电机底座,14—导向柱,15—压下螺母,16—平衡弹簧,17—金属带材,18—固定螺柱,19—固定螺母,20—下轴承座,21—底座,22—从动轮,23—环形同步传动带,24—主动轮。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步的详细说明。
如图2~4是本发明装置的结构示意图,主要结构特征如下:
由上柔性辊芯轴5、中间套6、柔性辊套7等组成上柔性辊(由于需要安装从动轮,下柔性辊芯轴10结构与上柔性辊芯轴5略有不同,即下柔性辊芯轴10加长并开键槽)。上、下柔性辊的结构特点为:中间套6装配在上柔性辊芯轴5或下柔性辊芯轴10上后,采取焊接的方式将两者连接固定。为方便安装和拆卸,柔性辊套7与中间套6配合加工。柔性辊套7和中间套6上配做螺纹孔,用螺钉使柔性辊套7和中间套6固定,螺栓下依次加垫圈、防水橡胶垫起到密封的作用。上柔性辊芯轴5或下柔性辊芯轴10、中间套6和柔性辊套7连接后,车削加工中间套6和柔性辊套7的两端面,以保证平齐,使橡胶密封片9与两者接触紧密,形成密闭良好的空腔。
上柔性辊芯轴5轴颈套入轴承3并固定在上轴承座2内,下柔性辊芯轴10轴颈套入轴承3固定在下轴承座20内。上、下轴承座由4根导向柱14连接,其下端固定,上端带有螺纹,配有压下螺母15,起到压下螺丝的作用。在上、下柔性辊轴承座之间安装平衡弹簧16,构成接触压力调整机构。当需要增加冷却速度时,依次旋进4个压下螺母15,减小辊缝,增大辊面与被冷却金属带材17间的接触压力和接触面积;当需要减小冷却速度时,旋退压下螺母15,在平衡弹簧16的作用下,上柔性辊和上轴承座2抬起,减小辊面与金属带材17间的接触压力和接触面积。下轴承座20和底座21通过固定螺柱18和固定螺母19连接固定。
传动机构由传动电机12、减速器11、主动轮24、从动轮22和环形同步传动带23等组成。主动轮24通过键连接减速器11的动力输出轴,从动轮22通过键连接下柔性辊芯轴10的一端,主动轮24和从动轮22之间通过环形同步传动带23连接。传动电机12输出的扭矩通过减速器11、皮带轮传递给下柔性辊,使其回转,由二支柔性辊之间的摩擦力带动上柔性辊回转。
上柔性辊芯轴5和下柔性辊芯轴10两端分别连接一个单回路旋转接头1,冷却水从一端的旋转接头进入芯轴的冷却水孔,再流入由上柔性辊芯轴5或下柔性辊芯轴10、中间套6和柔性辊套7围成的空腔,在空腔内部与柔性辊套7进行热交换后,经空腔另一侧的冷却水孔、旋转接头流出。
本实施例中,产品为不锈钢薄带材,材质为304不锈钢,厚度为0.3mm,宽度为200mm;所用上、下柔性辊直径为210mm,辊面宽度320mm,柔性辊套7材质为纯铜。
通过本发明的柔性辊接触式薄带材冷却装置对600℃回火后的304不锈钢薄带材进行冷却。设备运行过程中,传动电机12通过减速器11、皮带轮带动下柔性辊回转,由上、下柔性辊之间的摩擦力带动上柔性辊回转;冷却水从一端的单回路旋转接头1进入芯轴的冷却水孔,再流入由芯轴、中间套6和柔性辊套7围成的空腔,再经空腔另一侧的冷却水孔、旋转接头流出;不锈钢薄带材17通过与旋转的上、下柔性辊辊面接触换热,将热量经柔性辊套7传递给柔性辊空腔内的冷却水,最终由冷却水将热量带出;依次旋进或旋退4个压下螺母15,调整柔性辊辊面与金属带间的接触压力和接触面积,从而实现冷却速度的调控,在本实施例中所用冷却速度约为300℃/s;在本实施例中设备运行速度约为9m/min。
实施例中的方案并非用以限制本发明的专利保护范围,凡未脱离本发明所为的等效实施或变更,均包含于本案的专利范围中。

Claims (5)

1.一种冷却速度可调控的柔性辊接触式薄带材冷却方法,其特征在于:通过旋转的柔性辊与运行中薄带材之间的接触传热,来实现对带材的冷却;通过调节柔性辊的辊面与金属带材间的接触压力和接触面积来调控冷却速度;调节接触压力调整机构,可以使内部通水冷却的柔性辊的辊套在压力作用下被弹性压扁,旋紧或回松压下螺母,一方面可以增大或减小辊套的辊面与金属带的接触面积,从而增加或者减少柔性辊与带材的接触时间,另一方面可增加或减小柔性辊的辊面与金属带材的接触压力,改变接触表面的换热系数,从而调整冷却速率。
2.根据权利要求1所述的冷却速度可调控的柔性辊接触式薄带材冷却方法,其特征在于:被冷却带材的宽度范围为10-500mm,厚度范围为0.010-0.5mm,冷却速度的控制范围在50-900℃/s。
3.根据权利要求1所述的冷却速度可调控的柔性辊接触式薄带材冷却方法,其特征在于:所述的接触压力调整机构主要包括4个压下螺母,4根导向柱及4个平衡弹簧;当需要增加冷却速度时,依次旋进4个压下螺母,对上柔性辊施加压力,减小上下二支柔性辊之间的辊缝,增大辊面与金属带间的接触压力和接触面积;当需要减小冷却速度时,旋退压下螺母,在平衡弹簧作用下,上柔性辊抬起,减小辊面与金属带间的接触压力和接触面积。
4.一种实现权利要求1-3所述的任一方法的装置,其特征在于:
(1)柔性辊接触式薄带材冷却装置包括上柔性辊、下柔性辊、轴承座、接触压力调整机构、传动机构、冷却水循环装置,其中上、下柔性辊采用空心辊套结构,内部通水冷却;上、下柔性辊由柔性辊套、中间套、芯轴和密封装置组成,柔性辊套由具有高导热系数的金属材料制成,且辊套厚度为3-20mm;
(2)上、下柔性辊的芯轴轴颈套入轴承并分别固定在上、下柔性辊轴承座内;上、下轴承座由4根导向柱连接,其下端固定,上端带有螺纹,配有压下螺母,起到压下螺丝的作用,在上、下柔性辊轴承座之间安装平衡弹簧,构成接触压力调整机构;下柔性辊轴承座上布置4个孔,用螺栓将下轴承座固定在底座上;
(3)上、下柔性辊的芯轴两端分别连接一个单回路旋转接头,冷却水从一端的旋转接头进入芯轴的冷却水孔,再流入由芯轴、中间套和柔性辊套围成的空腔,在空腔内部与柔性辊套进行热交换后,经空腔另一侧的冷却水孔、旋转接头流出,将热量带走;
(4)传动机构包括传动电机、减速器、主动轮、从动轮和环形同步传动带;主动轮通过键连接减速器动力输出轴,从动轮通过键连接下柔性辊的芯轴一端,主动轮和从动轮之间通过环形同步传动带连接;传动电机输出的扭矩通过减速器、皮带轮传递给下柔性辊,使其回转,由二支柔性辊之间的摩擦力带动上柔性辊回转;设备工作时,运行速度为1-30m/min。
5.根据权利要求4所述的装置,其特征在于:中间套装配在芯轴上后,采取焊接的方式将两者连接固定;为方便安装和拆卸,辊套与中间套配合加工;柔性辊套和中间套上配做螺纹孔,用螺栓使辊套和中间套固定,螺栓下依次加垫圈、防水橡胶垫起到密封的作用;芯轴、中间套和辊套连接后,车削加工中间套和辊套的两端面,以保证平齐,使橡胶密封片与两者接触紧密,形成密闭良好的空腔。
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