CN103108708B - 吐丝管和改变其与热轧产品摩擦接触的内部表面的方法 - Google Patents

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Abstract

提供了一种吐丝管，其构造成在轧机吐丝机中绕其轴线旋转并且包括金属的外管(34)和金属的内管(36)。所述外管具有与所述轴线对齐的入口部段、弯曲离开所述轴线的中间部段以及从所述轴线测量具有恒定半径的输出部段。所述内管具有入口部段、中间部段和输出部段，所述内管的入口部段、中间部段和输出部段分别内衬于所述外管的入口部段、中间部段和输出部段。所述内管仅通过与所述外管的摩擦接触约束相对于所述外管运动。所述内管能够在所述吐丝管绕所述轴线旋转期间响应于加热和冷却循环沿一个方向在所述外管内渐进地移动。还提供了一种改变吐丝管的易遭受由与从中通过的热轧产品摩擦接触造成的局部磨损的内部表面的方法。

Description

吐丝管和改变其与热轧产品摩擦接触的内部表面的方法
技术领域
本发明总体上涉及吐丝管，其中，该吐丝管使用在轧机吐丝机中以将热轧产品成形为螺旋环结构，并且本发明更具体地涉及通过周期性地变换倾向于遭受由与热轧产品的摩擦接触所引起的局部加速磨损的内部管表面并因而更新内部管表面来延长这种管的使用寿命的方法。
背景技术
在如图1中图示出的典型的线材轧机中，在炉10中对坯料再加热。加热的坯料从炉中被取出并且通过粗轧机12、中间轧机14、精轧机16以及在一些情况下还有减径/定径机(未图示)来轧制。然后，成品被引向吐丝机18，在吐丝机18处，成品被成形为环20。环放置在输送机22上以便运输至重整台24，在重整台24，将环集结成卷。当在输送机上运送的同时，环受到有控制的冷却以实现选定的冶金性能。
此外，如图2中所图示的，吐丝机18包括中空的套管轴26，该中空的套管轴26容纳弯曲的吐丝管28。由马达32提供动力的锥齿轮传动装置30用来围绕轴线“A”可旋转地驱动套管轴和吐丝管。
在过去的几十年，线材轧机的输出速度已经显著地增加了。例如，轧机现在具有以110米/秒和更高的速度轧制5.5毫米线材的能力。以这种速度，热轧产品会对吐丝管施加惩罚效应，从而引起内部管表面经历快速局部摩擦磨损并过早损坏。同样，由于吐丝管磨损，因此它们向输送机22输出稳定的环型的能力会劣化。不稳定的环型会干扰冷却均匀性并且还会促成在重整台24处的缠绕事故(coiling mishaps)——通常被称为“缠辊”(cobbling)。需要频繁且高成本的轧机停机以更换过早磨损的吐丝管并且需要解决与重整台处的缠辊关联的问题。
本领域的技术人员在增加吐丝管的使用寿命方面已经做了反复尝试。例如，如在美国专利No.4074553和No.5839684中所公开的，已经提出用耐磨衬垫内衬于吐丝管。美国专利No.6098909公开了一种不同的方法，其中，吐丝管被由圆锥形衬垫的外表面中的螺旋形凹槽所限定的导引路径取代，其中圆锥形衬垫的外表面由圆锥形外壳封围，并且所述衬垫能够在外壳内旋转以渐进地变换在外壳内表面上的磨损模式。
出于各种原因，这些方法中没有一个被证明是一种对管过早磨损问题的实用解决方案。
在使内部管表面碳化以增加硬度和耐磨性方面也已经做了尝试。然而，碳化过程需要从高处理温度进行剧烈淬火，这可能使管的弯曲变形。碳化层也已经被发现相对较脆并且在因暴露于热轧产品而导致的升高温度下会退火。
多年来，已经被广泛接受的是，具有减小的孔径尺寸的吐丝管提供了许多明显的优点。通过将热轧产品径向地限制在更小的空间之内，提高了导引性并且输出至冷却输送机的环型更一致，从而使得能够以更高的速度轧制。然而，不幸地，这些优点在很大程度上已经被大大加速的管磨损所抵消。因而，在过去，本领域的技术人员已经公认，必须通过使用更大孔径的吐丝管以及以低于轧机额定设计速度的减小的速度进行轧制来妥协。
发明内容
主要地来讲，本发明的目的在于提供一种具有独特的再生能力的改进的吐丝管，其中，该独特的再生能力允许吐丝管保持使用很长期限而不用屈服于由与热轧产品的摩擦接触所引起的局部摩擦磨损。
根据本发明的吐丝管构造成在轧机吐丝机中绕轴线旋转，所述吐丝管包括金属的外管和金属的内管。所述外管具有与管轴线对齐的入口部段、弯曲离开所述管轴线的中间部段以及从所述管轴线测量具有恒定半径的输出部段。所述内管具有入口部段、中间部段和输出部段，所述内管的入口部段、中间部段和输出部段分别内衬于所述外管的入口部段、中间部段和输出部段。所述内管仅通过与所述外管的摩擦接触约束相对于所述外管运动。所述内管能够在所述吐丝管绕其轴线旋转期间响应于加热和冷却循环在所述外管内渐进地移动。该渐进式移动用来周期性地变换与热轧产品摩擦接触的内部管表面并因而更新与热轧产品摩擦接触的内部管表面，并且这样做就避免了在任何一个位置处的持久的磨损。
现在将参照附图对本发明的这些及其它特征和附属优点进行更详细的描述，附图中：
附图说明
图1为典型的轧机布置的示意图；
图2为吐丝机和关联的轧机部件的放大的示意图；
图3为根据本发明的吐丝管的侧视图；
图4为吐丝管的局部纵向截面图；
图5为吐丝管的入口端的纵向截面图；
图6为沿着图3的线6-6截取的横截面图；以及
图7A至图7C为图解性的描述，示出了在加热与冷却循环期间作用在内管上的力。
具体实施方式
参照图3和图6，根据本发明的吐丝管28构造成围绕轴线A旋转。吐丝管包括金属外管34，其中，该金属外管34具有与轴线A对齐的入口部段28a、弯曲离开轴线A的中间部段28b以及从轴线A测量具有恒定半径的输出部段28c。
金属内管36具有分别内衬于外管34的入口部段、中间部段和输出部段的入口部段、中间部段和输出部段。内管36仅通过与外管的摩擦接触约束相对于外管34运动。
管34、36可以由各种金属来制造，优选示例为黑色金属、镍基合金、钴基合金以及钛基合金。
已经观察到，在使用中，吐丝管的内表面倾向于在邻近入口部段28a与中间部段28b的接合处的区域Z1中以及邻近中间部段28b与输出部段28c之间的接合处的区域Z2中产生加速局部磨损。如果任其发展，该局部磨损会导致内部管表面过早形成沟槽，接着导致产品穿透通过吐丝管的壁。
根据本发明，该磨损问题通过以下方式得以解决：用内管36内衬于外管34，并且允许内管仅通过它们相应的内外表面之间的摩擦接触而被限制在外管内运动。
当吐丝管在使用中时，内管36由于与热轧产品接触而被加热。通常，热轧产品会在约900℃至1100℃的温度，这会使得将内管36加热至约400℃的温度。外管由于其暴露于周围环境通常具有较低的温度。
此外，如图4中所示，吐丝管的中间部段28b由于其围绕轴线A的旋转将受到离心力FCEN。该力能够分解成垂直于吐丝管的导引路径的力FN和朝向吐丝管的输出端部施加的驱动力FD。驱动力FD通过由穿过吐丝管的热轧产品所施加的附加驱动力进行补充。
如图7A中所示，由于内管通过与热轧产品接触而被加热，因此其将进行膨胀，从而沿着朝向入口端(箭头FEE)和输出端(箭头FDE)的方向相反的两个方向施加力。膨胀力FEE和FDE足够克服摩擦阻力FF。膨胀力FEE被膨胀力FDE与驱动力FD的合力克服，从而引起内管36在外管34内朝向外管的输出端渐进地移位。
如图7B中所示，当内管36的温度稳定时，没有膨胀力或收缩力。摩擦力FF克服驱动力FD，因此内管保持固定在外管之内。
如图7C中所示，当内管冷却时，其将经历收缩，再次朝向入口端(箭头CEE)和输出端(箭头CDE)施加相反的两个力。力CEE和CDE足够克服摩擦力FF。收缩力CEE被收缩力CDE与驱动力FD的合力克服，从而引起内管36的入口端在外管内朝向外管的输出端渐进地移位。
因而，可以理解，当吐丝管经历加热与冷却循环时，内管36将沿着朝向外管的输出端的一个方向渐进地移位。该渐进式移位将改变内管与热轧产品摩擦接触的内表面并因而更新内管与热轧产品摩擦接触的内表面，并且这样做将避免在任何给定区域处的持久的摩擦接触。
为了弥补内管的渐进式推进，并且如图5中所示，吐丝管的入口端设置有固定至外管34的入口部段28a的入口导引部38。入口导引部包括伸缩地突伸至内管36的入口部段中的导引管40。重叠距离“D”足够允许内管的入口端的渐进式推进，而不产生可能阻碍将产品顺利地导引至内管中的间隙。
由于在轧机维护的停工时间期间、例如坯料之间在轧制程序中的正常间隔等导致内管36会经历加热与冷却循环。然而，优选地，加热与冷却循环例如通过将水蒸气引入至入口导引部中而受到控制，如图5中以虚线箭头42所指示的。

Claims (10)

1.一种吐丝管，所述吐丝管构造成在轧机吐丝机中绕轴线旋转，所述吐丝管包括：
金属的外管，所述外管具有与所述轴线对齐的入口部段、弯曲离开所述轴线的中间部段以及从所述轴线测量具有恒定半径的输出部段；
金属的内管，所述内管具有入口部段、中间部段和输出部段，所述内管的入口部段、中间部段和输出部段分别内衬于所述外管的入口部段、中间部段和输出部段，所述内管仅通过与所述外管的摩擦接触约束相对于所述外管的运动，所述内管能够在所述吐丝管绕所述轴线旋转期间响应于加热和冷却循环沿一个方向在所述外管内渐进地移动。
2.根据权利要求1所述的吐丝管，其中，所述内管和所述外管的金属选自包括黑色金属、镍基合金、钴基合金和钛基合金的群组。
3.根据权利要求1所述的吐丝管，还包括固定至所述外管的入口部段的入口导引部，所述入口导引部具有突伸至所述内管的入口部段中的入口管。
4.根据权利要求3所述的吐丝管，其中，随着所述内管在所述外管内朝向所述外管的输出端渐进地移动，所述内管的入口端在所述外管内朝向所述外管的所述输出端渐进地推进，所述入口管以一重叠距离突伸至所述内管的所述入口部段中，所述重叠距离足以允许所述内管的所述入口端的渐进式推进而不在所述入口管与所述内管之间形成间隙。
5.根据权利要求3所述的吐丝管，其中，所述入口导引部构造且设置成允许流体冷却剂的引入。
6.一种改变吐丝管的易遭受由与从中通过的热轧产品摩擦接触造成的局部磨损的内部表面的方法，所述吐丝管能够绕轴线旋转并且构造成使所述产品成形为螺旋形的系列环，所述方法包括：
将所述吐丝管构造为金属的外管和内衬于所述外管的金属的内管的组件，所述内管仅通过与所述外管的摩擦接触约束在所述外管内的运动，所述吐丝管具有与所述轴线对齐的入口部段、弯曲离开所述轴线的中间部段以及从所述轴线测量具有恒定半径的输出部段；
使所述吐丝管绕所述轴线旋转，同时引导所述热轧产品通过所述内管；以及
通过使所述内管周期性地经受加热和冷却循环而使所述内管在所述外管内渐进地推进。
7.根据权利要求6所述的方法，其中，所述内管和所述外管的金属选自包括黑色金属、镍基合金、钴基合金和钛基合金的群组。
8.根据权利要求7所述的方法，其中，所述内管通过与被引导通过所述吐丝管的所述热轧产品接触而被加热。
9.根据权利要求8所述的方法，其中，所述内管被加热至约400℃的温度。
10.根据权利要求6所述的方法，其中，所述加热和冷却循环在所述吐丝管绕所述轴线旋转期间发生。
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