CN101365841A

CN101365841A - 用于造纸机/纸板机或整饰机中的金属带的制造方法

Info

Publication number: CN101365841A
Application number: CNA2007800019294A
Authority: CN
Inventors: 托尼·莱赫托; 雷约·皮耶蒂凯宁; 米卡·维尔扬马; 米科·莫诺宁; 米卡·科尔霍宁
Original assignee: Metso Paper Oy
Current assignee: Valmet Technologies Oy
Priority date: 2006-01-20
Filing date: 2007-01-10
Publication date: 2009-02-11
Also published as: JP2009523680A; WO2007082994A1; FI20065037A0; FI117982B; EP1977038A1

Abstract

本发明涉及一种用于造纸机/纸板机或整饰机中的金属带(102)的制造方法。所述方法包括：通过并排设置和/或接连设置多个比所述金属带的最终宽度窄的金属带毛坯(10a；10b；10c)来生产所述金属带，所述金属带坯料的数目由所需的所述带(102)的宽度和长度决定；以及通过摩擦焊焊接所述金属带坯料之间的接头，所述接头的成分与基材的成分近似相同。

Description

用于造纸机/纸板机或整饰机中的金属带的制造方法

技术领域

本发明涉及一种用于造纸机/纸板机或整饰机中的金属带的制造方法。

背景技术

环状的钢带例如可用在金属带压光机和冷凝带干燥机(condebelt banddryer)中。当前采用的金属带包括由传统冶金熔化技术制造并由多种热加工和冷加工方法进一步处理的金属带。带的典型原料是不锈钢的幅材，通过焊接可以由所述不锈钢的幅材形成合适的环状带。随后的描述仅讨论此种带的制造原理的主要方面，而这些主要方面对于本领域的技术人员来说是非常显而易见的。在传统的生产中，带的制造过程通过例如在电弧炉中熔化废金属和/或已选矿石以及在必要时熔化合金元素而进行。随后在转化炉中对熔体进行脱碳，以得到所需的碳含量。在脱碳之后，钢包工艺之前，根据需要将钢合金化。随后，将熔体铸成直接传送以进行热轧的锭，所述锭在高温下进行多次轧制工艺，以在增加其宽度和长度的同时减小其厚度。完成热轧之后，将轧制的带卷起并运送以进行冷轧。在冷轧机中，首先加热钢带以进行对内部进行补偿的回火，并且蚀刻钢带以冲刷带表面。随后开始真正的冷轧，在冷轧中，在冷却状态下将钢带还复至其最终厚度。如果轧制程度特别高，必要的话可在轧制工艺之间加热带。最后，仍然可以通过磨削、加热和蚀刻而完成带。此外，可以仍然进一步对带进行精轧，以平滑表面并改进带的平面度。随后可以通过切割带以得到具有所需长度和宽度的幅材，所述幅材的对接端可以典型地通过TIG焊或激光焊而焊接在一起，以形成环状的金属带。基于坯料材料的宽度，轧机的宽度将坯料材料的宽度限制为1500mm或2000mm，这样用于造纸机的带的宽度不可避免地会包括多个焊接接头。在操作中，金属带会承受疲劳载荷和腐蚀应力。基于这些因素，由于明显的腐蚀疲劳必须不时地更换带。带还承受强的磨削力，这是带的材料应该具有足够的强度和表面硬度的原因。在硬度不足的情况下，带会产生擦伤，这些擦伤会导致形成疲劳裂缝。焊接接头处的机械性能与没有焊接接头的基材的机械性能相比，会明显地下降大约20％，这会导致接头的磨损或磨削的事故。擦伤的或其他不平的带会很快损耗例如带式干燥机的包装并且导致了进一步的问题，例如清洁方面的问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种方法，该方法可以改善现有技术中的带的性能。

为了实现此目的，本发明的方法的特征在于，所述方法包括：通过并排设置和/或接连设置多个比所述金属带的最终宽度窄的金属带坯料来生产所述金属带，所述金属带坯料的数目由所需的所述带的宽度和长度决定；以及通过摩擦焊焊接所述金属带坯料之间的接头，所述接头的成分与基材的成分近似相同。

可以将金属带坯料制造成：例如该金属带坯料的长度与带的最终宽度相同，并且可以相对于带的纵向近似垂直地放置金属带坯料，由此所有的焊接接头分别相对于带的纵向近似垂直。也可以使金属带坯料的长度与带的最终长度相同，并且可以将多个金属带坯料并排放置以匹配带的最终宽度，由此所述金属带坯料之间的焊接接头近似沿所述带的纵向延伸。还可以将与带的最终长度相同的金属带坯料的端部切割为呈一定角度，而非呈直角地设置，由此端部之间的焊接接头分别相对于所述带的纵向倾斜地设置。在这种情况下，相邻的金属带坯料优选以如下的方式设置，即，坯料的对接接头为横跨所述金属带倾斜地延伸的近似连续的接头。金属带坯料也可以设计成并排设置的坯料，且所述坯料的长度超过所述带的最终宽度，且所述坯料的纵向接头相对于最终带的纵向倾斜地延伸。还可以设想的是，初始将所述带的宽度制造成超过所述带的最终宽度，最后通过切割/磨削而达到最终宽度。

在搅拌摩擦焊技术(FSW)中使用了耐磨损的旋转刀具，其在将要连接的片材之间形成槽，并且由于摩擦在将要连接的片材中产生热。因此，片材软化而非熔化，并且软化的材料自旋转刀具的前面移向旋转刀具的后面，并且在此处形成焊接接头。焊接接头的成分与基材的成分类似。通过适当的热处理，接头的机械性能可设置为与基材的机械性能近似相同，因此防止了由于磨损或磨削而产生的接头事故。抵靠砧进行焊接，由此使得接头的底侧与基材完全齐平，并且仅需要磨削带的外表面。FSW焊接不会产生热变形，因此可保证带的尺寸的精确性。

例如在金属带压光机中，钢带环的内侧与支撑其的导辊直接接触。带环的外侧与热辊直接接触，例如在幅材断裂意外中在接触表面之间没有纸幅。测试运行显示出带的内表面具有强烈的擦伤和磨损。在接触热辊时，带的外表面也发现了持续的磨损和擦伤。在带的辊接触中，带与皮带轮之间的接触产生了所谓的保持和滑移区(Contact Mechanics，K.L.Johnson，1985)。在接触的上游，带直接行进至保持区，而在接触的下游建立有滑移区。

可以分为两种情况。

1.在辊接触中冷却带(例如，冷却辊)：

在建立接触时，带具有拉伸应力σ_v。带直接行进至保持区内。由于冷却，带产生了由热应力引起的拉伸应力增量(σ_heat)，由于摩擦，在保持区中带不会收缩和滑移。由于拉伸应力增加，通过带所施加的标准压力也在各个局部分别增加了。随着带行进至在下游侧的滑移区内，通过滑移而使得热应力释放。因此，保持区中带内产生的张力恢复至拉伸应力σ_v，与此同时由于热收缩而使得带变短。

在这种情况下，由于与运行方向相反的滑移(即，带沿着与运转方向相反的方向相对于辊滑移)而发生拉伸应力的释放。因此，离开接触时带的速度稍低于将要建立接触时带的速度。

2.在辊接触中加热带(例如，加热导辊)：

如上所述，带在建立接触时具有拉伸应力σ_v，并且直接行进至保持区内。由于加热，带产生了压缩热应力同时减少了拉伸应力效应。在温度变化十分明显的情况下，保持区上的拉伸应力降低至零(无张力情况)或者甚至转化成压缩应力。这使得带产生纵向弯曲，即带卷成了卷。

随着带行进至滑移区，带的张力恢复为与拉伸应力σ_v一致。通过滑移产生均衡，此时在运转方向上发生滑移。离开的带的速度稍高于进入的带的速度。

由于辊是实心的、厚壳的物体，辊的温度变化仅限于其表面，由此辊不能保持圆周的热变形。另一面，带是由薄的材料制成的，且完全进行加热/冷却，并且热变形更强烈。热膨胀之间的差异传化为滑移。

本发明的一个目的是提供一种方法，通过此方法，用于造纸机/纸板机或整饰机的金属带既不会产生热应力也不会产生热变形，并且此方法可以减少或消除带的擦伤。

为了实现此目的，金属带压光机的金属带或其他设置有金属带的纤维幅处理装置由具有极低的热膨胀系数的材料制造，优选的热膨胀系数为2×10^-6或更小。最佳的条件是热膨胀系数为零。在这种情况下，加热和冷却带时不会发生热应变，也不发生热变形。不再发生由此种因素导致的滑移并且因此带不会被擦伤。满足上述条件的一个方法是由热膨胀系数约为1×10^-6的高镍

钢制造带，该热膨胀系数小于普通钢的热膨胀系数值的1/10。热应变以及因此导致的滑移是普通带的相应值的1/10。可选的带材料也可以是符合上述条件的其它任意的金属成分或合金，例如

或其他的高镍钢，或不锈钢。带需要具有相当高的导热性(不小于5-10W/mK)以及合理的比热，以使得带可用作导热介质。此外，带需要具有足够的强度、可加工性、可焊性以及抗腐蚀和疲劳性。

只要能获得极大的优点，带材料的价格不是关键因素。例如，只要制造更简单更方便，并且最重要的是只要可以增加带的耐久性(带更换的时间间隔)，价格高出3-5倍的原材料也是可以接受的。

在生产中如果不需要对带进行磨削，并且更重要的是，如果可以将更换频率(中断了生产)降低至一半，仍然可以节约成本。

钢的优点例如是：

一热膨胀不超过普通钢的1/10，显著减少了擦伤；

一具有明显的抗腐蚀疲劳(磨损)性能；

一优良的可加工性；

一优良的可焊性，焊接不产生热应变或变形；

—即使导热性稍低于普通钢的等级，但是，该导热性仍然足够。

对于带的制造方法而言，可完全地或部分地采用粉末冶金术。通过粉末冶金术，与之前相比金属带的材料更均匀、更紧密，并且更平滑，且该金属带材料的微结构更细密，由此，金属带的抗磨损和抗腐蚀性能与由传统方法制造的带相比更优越。因此，与传统的带相比，带更换之间的时间间隔会明显地延长，从而减少了生产干扰和更换带的成本。通过使用由粉末冶金术制造的组分，免维修的时间间隔相对于使用传统技术制造的组分而言延长了3-8倍。另一个优点是，粉末冶金术还使得这种材料组分的制备成为可能，而由传统方法是难以或实际上甚至是不可能制造出此种材料组分的。粉末冶金术使得可使用不锈钢来制造此种带，所述不锈钢的抗腐蚀性和诸如钛和所谓的高镍超钢合金的抗腐蚀性处于相同的范围内，但是其价格要比后者更具吸引力。

附图说明

以下将参照附图详细描述本发明的金属带的几个实施例，其中：

图1a-图1c示意性地示出了用于制造金属带的金属带坯料的几种排列；

图2示意性地示出了用于金属带压光机的一个实施例；以及

图3示出了设置有幅材进给装置的金属带压光机。

具体实施方式

图1a示意性地示出了金属带102，所述金属带102由金属带坯料10a组成，所述金属带坯料10a的长度与金属带102最终的宽度相同。金属带坯料10a并排设置并且通过摩擦焊而彼此焊接在一起，因此在金属带坯料之间产生了焊接接头11a，所述焊接接头相对于金属带的纵向近似垂直地延伸。图1b示出了由金属带坯料10b制造的金属带102，所述金属带坯料10b的长度与金属带的最终长度近似相同，由此坯料之间的接头11b与带的纵向近似平行。每个金属带坯料10b的纵向对接端之间的接口可以近似垂直于金属带的纵向，相邻金属带坯料10b的对接端设置为沿金属带102的横向彼此基本对准，以便形成近似垂直的横向接头(cross-joint)12。图1b还示出了可选的实施例，其中切割金属带坯料10b的对接端，以使其相对于坯料的纵向倾斜设置，并且邻近的坯料10b彼此相关地设置，从而形成基本上连续的接头，所述接头横跨金属带102倾斜地延伸，且所述接头在图1b中由附图标记12a表示的虚线来标示出。图1c示出了另一个可选的实施例，其中金属带坯料10c相对于最终金属带102的纵向倾斜地、且并排地设置，由此金属带坯料之间的接头类似地沿金属带102的纵向倾斜地延伸。倾斜地切割坯料10c的纵向端，以使其与最终带102的纵向边缘对齐。也可以将上述带的制造方法的进行各种结合，例如可将多个长度短于金属带的最终长度的金属带坯料接连排列以得到与最终带的长度相同的长度，以及并排设置必要数目的金属带坯料，以使得金属带坯料的长度与带的最终宽度相同。还可以设想的是，金属带的宽度可制造为超过其最终宽度，在这种情况下，可以在焊接带之后例如通过切边或磨削而达到其最终宽度。

在使用传统金属带，例如不锈钢金属带时，金属带压光机在金属带与热辊之间会产生温差，这导致了带的磨损。

为了防止金属带与辊之间的温差，可以使用例如图1所示的加热罩方法。在图1中，金属带102环绕加热了的导辊103。热辊由附图标记104标示出。加热罩由安装在带102一侧上的加热器100和安装在带另一侧上的镜101组成。可选地，加热器可以安装在带的两侧上。镜和加热器也可以与图1中的顺序相反的顺序安装，即，镜可以安装在带环的外侧，而加热器安装在带环的内侧。加热器可以例如通过热油、气体、电、水、蒸汽或感应而运转。在图1中，附图标记107用于示意性地示出用于将热传导至加热器100的热源，例如热油系统。为了尽可能低地保持带102的传送，位于带和罩100、101之间的间隙必须尽可能的小。图1还示出了可选的额外加热器105，其使得可以在带102与导辊103之间的接触区中控制带的温度。

图2示意性地示出了幅材进给装置110，其可适用于与金属带压光机相关的应用中，并且辅助使用压光机的金属带102。带102围绕导辊103运行，并且与热辊104一起用作配对件(counter element)，带102与热辊104之间的处理区PN用于使正在处理的幅材从中通过。根据本发明的带102优选地通过摩擦焊来焊接接头。幅材W围绕导辊103以普通循环的方式连同金属带一起沿图2中所示例的逆时针方式行进，并且随后穿过处理区PN，且围绕热辊104以进行进一步的处理。在同一个压光机用于处理幅材的两侧时，幅材W₁可以沿着图2中以虚线标示的路径被直接传送至金属带与热辊之间的处理区PN中，以便处理幅材的一侧，在这种情况下，压光机需要两个幅材进给装置110。在处理区PN之后，围绕导辊108b传送幅材W₁以进行进一步的处理。

幅材进给装置110用于沿着例如设计为C形杆的导轨112行进，且与金属带环102保持一致。所述幅材进给装置设置有致动器，此致动器将幅材W按压在金属带102上，并且通过摩擦或通过驱动马达沿着带开始运动，幅材进给装置110沿着导轨行进并且利用致动器的力。致动器可以例如通过气动运转，在这种情况下，致动器是普通的压缩气缸。可以通过使用例如与吸台类似的球形闸门组件或者通过一些其他的可用在气缸中的气闸系统而供给空气，不需要使用活塞杆。致动器也可以电动操作，通过与位置相关的弹簧调节自身的载荷，并且通过碳块传递电力。驱动马达使得装置具有所期望的速度。所述装置设计为尽可能得轻量化，以确保良好的初始加速度。所述初始加速度可以例如通过气缸111或通过使用拉簧来获得。

Claims

1.一种用于造纸机/纸板机或整饰机中的金属带(102)的制造方法，其特征在于，所述方法包括：通过并排设置和/或接连设置多个比所述金属带的最终宽度窄的金属带坯料(10a；10b；10c)来生产所述金属带，所述金属带坯料的数目由所需的所述带(102)的宽度和长度决定；以及通过摩擦焊焊接所述金属带坯料之间的接头，所述接头的成分与基材的成分近似相同。

2.如权利要求1所述的制造方法，其特征在于，对所述金属带(102)进行热处理，以基本消除所述接头与所述基材之间的应力差。

3.如权利要求1或2所述的制造方法，其特征在于，使所述金属带坯料(10a)的长度与所述带(102)的最终宽度近似相同，并且相对于所述带的纵向近似垂直地放置所述金属带坯料(10a)，由此相邻的所述金属带坯料之间的焊接接头(11a)分别与所述带的纵向近似垂直。

4.如权利要求1或2所述的制造方法，其特征在于，使所述金属带坯料(10b)的长度与所述带(102)的最终长度近似相同，并且将多个所述金属带坯料并排放置以与所述带的最终宽度相匹配，由此相邻的所述金属带坯料之间的焊接接头(11b)近似沿所述带的纵向延伸。

5.如权利要求1或2所述的制造方法，其特征在于，使所述金属带坯料(10c)的长度超过所述带(102)的最终宽度，并且相对于所述带的纵向倾斜地并排放置所述金属带坯料，由此所述坯料之间的焊接接头分别相对于所述带的纵向倾斜。

6.如前述权利要求中任一项所述的制造方法，其特征在于，所述带的材料选自包括下述材料的组中：高镍钢，例如

或

，不锈钢或粉末金属。