CN104812685B - 用于提高带式烧结炉的输送带的耐疲劳性的方法及输送带 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于提高带式烧结炉的输送带(1)的耐疲劳性的方法及一种输送带。所述输送带由通过焊缝(3)顺序地相互焊接的多个矩形钢板元件(2)形成。每个矩形钢板元件(2)包括多个孔(4)，所述多个孔(4)布置成多个穿孔组(5)，以使得用于烧结工艺中的气体能够流过。所述输送带(1)被处理成在输送带的至少在对疲劳破损敏感的关键区域的表面上产生残余压应力。所述输送带(1)包括在输送带的至少在对疲劳破损敏感的关键区域的表面上的残余压应力。由此改善输送带的耐疲劳性。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于提高带式烧结炉的输送带的耐疲劳性的方法。此外，本发明还涉及一种带式烧结炉的输送带。
背景技术
连续带式烧结用来在使精矿粉末球团化之后聚结球团，改善球团的强度和活性。
作为带式烧结技术的例子，可能要提到带式烧结炉，所述带式烧结炉用于生产铬铁，并且其被分成数个顺序区域，在这些区域的每一个中存在不同的温度条件。带式烧结设备包括输送带，所述输送带为穿孔钢带。所述输送带作为环带绕两个偏转辊输送。在炉的前端，湿的生球团被进给到钢带上以形成球团床层。钢带输送该球团床层通过炉的干燥区域、加热区域和烧结区域并到达稳定区域或平衡区域，然后，球团床层进一步行进穿过顺序冷却区域。在穿过冷却区域后，烧结球团在尾部离开带式烧结设备。
正如文献WO 01/55659A1和WO 2009/022059A1中所公开的那样，带式烧结炉的输送带由通过焊缝顺序地相互焊接的多个矩形钢板元件形成。每个板元件包括多个孔，所述多个孔布置成多个穿孔组，以使得用于烧结工艺中的气体能够流过。
在运行期间，输送带经受静载荷和动载荷、腐蚀环境和高温。动载荷即疲劳载荷导致损坏，该损坏通常限制了输送带的使用寿命。当输送带绕偏转辊旋转时，产生周期性载荷(疲劳载荷)。因为这些穿孔充当了应力集中部，所以通常引发疲劳裂缝并开始生长。这导致损坏，尤其是在穿孔区域上导致损坏。当材料经受反复的加载和卸载并且加载循环的至少一部分是拉伸的时候，出现疲劳。如果载荷超过某一阈值，则将开始在表面上形成微观裂缝。最终，裂缝将达到一临界尺寸，结构会突然断裂。影响疲劳寿命的与载荷有关的因素为例如应力幅度和平均应力。当裂缝表面被撕开并且裂缝能够发展下去时，载荷循环的拉伸部分将导致疲劳。
输送带通过焊接制成。焊缝在周期性加载结构中是有问题的，因为焊缝改变了局部几何形状，因而充当了应力集中部。另外，还产生了残余拉应力，焊缝微观结构可能不会获得基础材料的性能。
目前的修复方法是将补片焊接到裂缝区域上，但是这只能暂时有帮助，因为修复焊接削弱了周围材料的性能，并由于加热不均匀而导致扭曲。因此，输送带不得不丢弃并替换，这限制了输送带的使用寿命。
发明内容
本发明的目的是消除上面提到的缺点。
尤其是，本发明的目的是提供一种可以提高输送带的耐疲劳性的方法。
进一步地，本发明的目的是提供一种具有延长的疲劳寿命和更长的使用寿命的输送带。
进一步地，本发明的目的是提供一种可以利用低品质(且低成本)的不锈钢合金实现改善的疲劳寿命的输送带。
进一步地，本发明的目的是提供一种可以改善输送带材料的屈服应力的方法，所述方法可以减轻局部屈服带来的问题。
进一步地，本发明的目的是提供一种可以用于制造时的新输送带并且也可以用于已经在使用的已有输送带的方法。
依照本发明的一方面，本发明提供了一种用于提高带式烧结炉的输送带的耐疲劳性的方法。所述输送带由通过焊缝顺序地相互焊接的多个矩形钢板元件形成，每个矩形钢板元件包括多个孔，所述多个孔布置成多个穿孔组，以使得用于烧结工艺中的气体能够流过。依照本发明，所述输送带被处理成在输送带的至少在对疲劳破损敏感的关键区域的表面上产生残余压应力。
依照本发明的另一个方面，本发明提供了一种带式烧结炉的输送带。所述输送带由通过焊缝顺序地相互焊接的多个矩形钢板元件形成，每个矩形钢板元件包括多个孔，所述多个孔布置成多个穿孔组，以使得用于烧结工艺中的气体能够流过。所述输送带包括在输送带的至少在对疲劳破损敏感的关键区域的表面上的残余压应力。
本发明使得可以防止运输带中的疲劳失效，从而延长其疲劳寿命。进一步地，本发明使得可以使用低品质(且低成本)的不锈钢合金用于输送带的材料，且仍能取得长的疲劳寿命。进一步地，本发明的优点在于，本发明可以改善输送带材料的屈服应力，这可以减轻局部屈服带来的问题。本发明的方法可以应用到与制造流程相关的新制造的输送带上。本发明同样可以应用到已经在使用的输送带上，以延长这类输送带的疲劳寿命。
在本发明的一个实施例中，在所述方法中，所述输送带被处理成在输送带的在穿孔组区域的表面上产生残余压应力。
在本发明的一个实施例中，在所述方法中，所述输送带被处理成在输送带的在焊缝区域的表面上产生残余压应力。
在本发明的一个实施例中，在所述方法中，所述输送带的外侧上的表面在运行时反复经受拉应力，该表面被处理成在输送带的外侧上产生残余压应力。
在本发明的一个实施例中，在所述方法中，所述输送带的两侧的表面被处理成在输送带的两侧产生残余压应力。
在本发明的一个实施例中，在所述方法中，所述输送带被处理成大体上只在穿孔组区域和焊缝区域上产生残余压应力，而输送带的其他区域未被处理。
在本发明的一个实施例中，在所述方法中，用以产生残余压应力的处理选自包括喷丸强化、超声波锤击、激光冲击强化的处理工艺组。喷丸强化是众所周知的用来产生残余压应力层和改变金属的机械性能的冷加工工艺。它需要用弹丸(圆形的金属、玻璃、或陶瓷颗粒)以足够产生塑性变形的力撞击表面。该塑性变形在强化表面上引起残余压应力以及在内部引起较小幅度的拉应力。表面压应力给金属疲劳和某种形式的应力腐蚀开裂提供抵抗性。表面上的拉应力会带来问题，因为裂缝往往在表面上开始。类似于加工硬化，超声波锤击是众所周知的冶金加工技术，其中，超声波能量施加于金属物体。超声波处理可以引起可控残余压应力、晶粒细化和粒度减小，提高低周期性和高周期性疲劳抵抗性。此外，激光冲击强化是利用强的激光硬化或强化金属的工艺。激光强化可以在表面上赋予残余压应力层，该残余压应力层比用传统喷丸强化处理可得到的残余压应力层深四倍。
在本发明的一个实施例中，在所述方法中，所述输送带以展平的形式被处理成产生所述残余压应力。在处理后，输送带的自由端由安装焊缝焊接在一起而使输送带形成环带形式。然后，安装焊缝被处理成在安装焊缝区域产生残余压应力。
在本发明的一个实施例中，所述输送带包括在输送带的在穿孔组区域的表面上的残余压应力。
在本发明的一个实施例中，所述输送带包括在输送带的在焊缝区域的表面上的残余压应力。
在本发明的一个实施例中，所述输送带的材料选自不锈钢品种，包括：铁素体铬合金不锈钢，奥氏体-马氏体沉淀硬化不锈钢，奥氏体不锈钢，奥氏体-铁素体双相不锈钢。
在本发明的一个实施例中，每个矩形钢板元件包括：沿所述输送带的侧向方向的两个长边缘，所述两个长边缘彼此平行且彼此间隔开，类似的相邻第二矩形钢板元件的长边缘连接于每个长边缘；和沿所述输送带的纵向方向的两个短边缘，所述两个短边缘彼此间隔开一段对应于输送带的宽度的距离。
在本发明的一个实施例中，穿孔组为矩形且长条形的，并且沿输送带的方向延伸，穿孔组彼此平行并由第一未穿孔区域彼此间隔开。
在本发明的一个实施例中，穿孔组被细分成由第二未穿孔区域彼此间隔开的多个穿孔子组。
附图说明
包含在本文中以提供对本发明的进一步理解并构成本说明书一部分的附图示出了本发明的实施例并与文字描述一起帮助解释本发明的原理。在附图中：
图1是依照本发明的输送带的实施例的一部分的俯视图；
图2显示了图1中的细节P；
图3示意性地显示了被处理成包括在其表面上的残余压应力的输送带以及在未施加载荷的情形下拉应力和压应力的分布的横截面；和
图4显示了图3的在输送带上施加有弯曲载荷的情形下的横截面。
具体实施方式
图1显示了带式烧结炉(未显示)的输送带1的部分。输送带1由通过焊缝3顺序地相互焊接的多个矩形钢板元件2组成。
每个矩形钢板元件2包括多个孔4，所述多个孔4布置成多个穿孔组5，以使得用于烧结工艺中的气体能够流过。孔4布置成组5和子组5'的配置大体上对应于WO 2009/022059A1中所公开的配置。
每个矩形钢板元件2包括沿输送带的侧向方向y的两个长边缘6、7，所述两个长边缘6、7彼此平行且彼此间隔开。类似的相邻第二矩形钢板元件的长边缘通过焊缝3连接于每个长边缘6、7。
两个短边缘8、9在输送带1的纵向方向x上。短边缘彼此平行并彼此间隔开一段限定输送带的宽度L的距离。穿孔组5为矩形且长条形的，并且沿输送带的方向延伸。穿孔组5彼此平行并由第一未穿孔区域10彼此间隔开。穿孔组5被进一步细分成由第二未穿孔区域11彼此间隔开的多个穿孔子组5'。
环带形式的输送带1的外侧在运行时，随着其绕偏转辊转动而反复经受拉应力。因此，输送带1的至少外表面已被处理成在输送带的至少在对疲劳破损敏感的关键区域A和B的外侧表面上引起残余压应力。
所述关键区域是穿孔组5的区域A和焊缝3的区域B。这些区域A和B在图1和2中示意性地指示为点划线围起的区域。输送带的表面上的残余压应力可以通过使区域A和B经受喷丸强化、超声波锤击或激光冲击强化等而实现。
输送带1的材料优选地可以是铁素体铬合金不锈钢(例如3Cr12)、奥氏体-马氏体沉淀硬化不锈钢、奥氏体不锈钢或奥氏体-铁素体双相不锈钢。
在穿孔区域5、5'，孔4充当局部应力集中部，这意味着局部应力明显高于所施加的应力。另一方面，焊缝3一直具有高的残余拉应力，该残余拉应力由在焊接沉积和冷却期间焊缝的受限热膨胀而引起。通过实施本发明的方法，可以减轻焊接时的有害残余拉应力，或可以在穿孔区域产生有益的残余压应力，并可以大大延长疲劳寿命。当用合适的工艺(例如喷丸强化、超声波锤击、激光冲击强化)处理输送带时，下伏金属约束表面的自由运动，并在表面上产生残余压应力。
图3示出了输送带1的横截面，其中，穿孔组5区域的两个相对表面已经被处理成产生残余压应力。图3显示了未加载状态下输送带的钢材料内部的应力分布，其中，表面处于压应力下，而芯部处于拉应力下，以抵消这些力，如图3所示。
图4显示了在载荷下的图3的输送带结构和应力分布，所述载荷起因于由弯曲载荷引起的应力与初始残余压应力的累加组合。如图4所示，带结构的表面仍然处于压应力下，甚至在凸侧上也是如此(图4中的上侧)，不会发生疲劳失效。中心处于拉应力下，凹侧(图4中的下侧)处于压应力下。带结构可以被加载，直到凸侧处于拉应力下，但该拉应力应当远小于带结构未被处理成包括在表面上的残余压应力的情况下的拉应力。
对本领域技术人员来说显而易见的是，随着技术进步，本发明的基本构思可以以多种方式实施。因此，本发明及其实施例不局限于上述例子；而是，本发明及其实施例可以在权利要求书的范围之内变化。
Claims (14)
1.一种用于提高带式烧结炉的输送带(1)的耐疲劳性的方法，所述输送带由通过焊缝(3)顺序地相互焊接的多个矩形钢板元件(2)形成，每个矩形钢板元件(2)包括多个孔(4)，所述多个孔(4)布置成多个穿孔组(5)，以使得用于烧结工艺中的气体能够流过，其特征在于，所述输送带(1)的材料选自包括铁素体铬合金不锈钢、奥氏体-马氏体沉淀硬化不锈钢、奥氏体不锈钢、奥氏体-铁素体双相不锈钢的不锈钢品种，并且所述输送带(1)被处理成在输送带的至少在对疲劳破损敏感的关键区域的表面上产生残余压应力。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述输送带(1)被处理成在输送带的在穿孔组(5)的区域的表面上产生残余压应力。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述输送带(1)被处理成在输送带的在焊缝(3)的区域的表面上产生残余压应力。
4.如权利要求1-3中任一项所述的方法，其特征在于，所述输送带(1)的外侧上的表面在运行时反复经受拉应力，该外侧上的表面被处理成在输送带的外侧上产生残余压应力。
5.如权利要求1-3中任一项所述的方法，其特征在于，所述输送带(1)的两侧的表面被处理成在输送带的两侧产生残余压应力。
6.如权利要求1-3中任一项所述的方法，其特征在于，所述输送带(1)被处理成大体上只在穿孔组(5)的区域和焊缝(3)的区域上产生残余压应力，而输送带的其他区域未被处理。
7.如权利要求1-3中任一项所述的方法，其特征在于，用以产生残余压应力的处理通过喷丸强化、超声波锤击、激光冲击强化等实施。
8.如权利要求1-3中任一项所述的方法，其特征在于，所述输送带(1)以展平的形式被处理成产生所述残余压应力；所述输送带的自由端由一安装焊缝焊接在一起而使输送带形成环带形式，然后，该安装焊缝被处理成在该安装焊缝的区域产生残余压应力。
9.一种带式烧结炉的输送带(1)，所述输送带由通过焊缝(3)顺序地相互焊接的多个矩形钢板元件(2)形成，每个矩形钢板元件(2)包括多个孔(4)，所述多个孔(4)布置成多个穿孔组(5)，以使得用于烧结工艺中的气体能够流过，其特征在于，所述输送带(1)的材料选自包括铁素体铬合金不锈钢、奥氏体-马氏体沉淀硬化不锈钢、奥氏体不锈钢、奥氏体-铁素体双相不锈钢的不锈钢品种，并且所述输送带(1)包括在输送带的至少在对疲劳破损敏感的关键区域的表面上的残余压应力。
10.如权利要求9所述的输送带，其特征在于，所述输送带(1)包括在输送带的在穿孔组(5)的区域的表面上的残余压应力。
11.如权利要求9所述的输送带，其特征在于，所述输送带(1)包括在输送带的在焊缝(3)的区域的表面上的残余压应力。
12.如权利要求9-11中任一项所述的输送带，其特征在于，每个矩形钢板元件(2)包括：沿所述输送带的侧向方向(y)的两个长边缘(6，7)，所述两个长边缘彼此平行且彼此间隔开，类似的相邻第二矩形钢板元件的长边缘连接于每个长边缘(6，7)；和沿所述输送带的纵向方向(x)的两个短边缘(8，9)，所述两个短边缘彼此间隔开一段对应于所述输送带的宽度(L)的距离。
13.如权利要求9-11中任一项所述的输送带，其特征在于，所述穿孔组(5)为矩形且长条形的，并且沿所述输送带的方向延伸，所述穿孔组(5)彼此平行并由第一未穿孔区域(10)彼此间隔开。
14.如权利要求13所述的输送带，其特征在于，所述穿孔组(5)被细分成由第二未穿孔区域(11)彼此间隔开的多个穿孔子组(5')。
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