CN111118427A - 一种降低热镀锌沉没辊轴承副摩擦磨损的方法 - Google Patents

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Abstract

一种降低热镀锌沉没辊轴承副摩擦磨损的方法，其特征在于，在沉没辊辊筒(2)两侧设置导磁材料的圆周结构(6)，并紧贴导磁材料的圆周结构(6)内侧或外侧设置一励磁结构(7)，励磁结构(7)用交流或直流电控制，对导磁材料的圆周结构产生电磁吸引力，所述电磁吸引力的合力始终大于等于沉没辊所受带钢张力的合力，由此使得沉没辊辊筒(2)与励磁结构(7)之间为非接触旋转或低接触力摩擦旋转，从而降低轴承副的摩擦磨损，提高沉没辊轴承副的使用寿命。

Description

一种降低热镀锌沉没辊轴承副摩擦磨损的方法
技术领域
本发明涉及热镀锌领域，尤其涉及一种降低锌锅内沉没辊轴套轴瓦组件的摩擦磨损的方法。
背景技术
近年来，随着汽车和家电等产业的快速发展和不断壮大，带钢连续热镀锌产品及生产工艺均取得了长足进步，但热镀锌锌锅内的沉没辊组件(轴套和轴瓦)的摩擦失效问题仍是带钢热镀锌生产的关键制约因素和瓶颈，也是热镀锌领域的一大技术难题。
众所周知，在带钢热镀锌生产中，沉没辊通过轴套和轴瓦固定在支架上，并沉浸在460～480℃的熔融锌液中(热镀铝锌温度高达630℃)。高速带钢通过炉鼻子倾斜进入锌锅穿过沉没辊后，垂直向上穿出锌锅，完成热镀锌过程。在上述热镀锌过程中，带钢拖动沉没辊作被动旋转。沉没辊的轴套轴瓦为大间隙的滑动摩擦副，在高温锌液的化学腐蚀作用以及带钢张力的共同作用下，容易造成沉没辊轴套轴瓦组件摩擦副快速失效，由此导致轴套和衬套的使用寿命非常短，一般为20天左右。一旦轴套轴瓦摩擦副失效会导致带钢振动等一系列生产质量问题的发生。此时，必须停机更换沉没辊轴套轴瓦组件摩擦副，但由于轴套轴瓦摩擦副的每次更换时间不小于10小时，因此严重影响了生产的连续性和生产效率。
目前，在热镀锌生产中，主要采用陶瓷材料制作轴瓦，陶瓷材料能有效抵抗高温锌液的腐蚀且有较强的抗摩擦磨损特性，但轴套一般采用不锈钢 31(6)L+表面热喷涂或激光涂敷SiC、WC或SiAlON等材料制造，也有采用铸造Stellite合金+表面处理制造的。然而，现状是，这些技术均无法解决沉没辊摩擦副的使用寿命短的问题，因而，本领域期待新的技术方案和方法，以降低锌锅内沉没辊轴套轴瓦组件的摩擦磨损，提高使用寿命。
美国专利US6106620A公开了一种电磁封流的热镀锌技术方案，该技术方案是在锌锅底部开口，让带钢由下向上穿过锌锅完成热镀，从而完全取消了沉没辊及轴套轴瓦结构。该技术方案具有显著的优点，且在工业界有过工程化应用的案例，但该技术采用电磁场防止锌锅底部的锌液流出，对宽幅带钢的控制精度和稳定性提出了非常高的要求，且对现有热镀锌机组的改造比较大。因此，该该方案虽然完全颠覆现有热镀锌的锌锅结构，但至今发展缓慢。但该专利方案也给出了一种在热镀锌锌锅领域应用电磁技术的思想，值得本领域借鉴。
日本专利JP03197658公开了一种在沉没辊表面镶嵌永磁体材料，以解决带钢打滑擦伤问题，该专利技术方案虽不能解决轴套轴瓦摩擦失效问题，但对锌锅应用磁性技术给出了大胆的思路。
为解决沉没辊的轴套轴瓦摩擦失效问题，中国专利CN200420021622.4 也公开了一种采用永磁体磁浮轴承的沉没辊磁悬浮技术方案。该技术方案采用永磁体的悬浮方案有一定的合理性，但迄今能够承受锌锅高温的永磁体材料还发展不成熟，且永磁体的悬浮力完全采用被动方式，无法主动控制，在热镀锌带钢张力波动等条件下，其应用还存在较大不足和问题。
另外，在现有技术中，磁悬浮轴承技术是解决摩擦磨损的有效方法，但在热镀锌锌锅的高温高腐蚀条件下，且热镀锌沉没辊轴承副的工作载荷和功能要求与传统磁悬浮轴承也存在较大差异。比如，传统磁悬浮轴承多用于高速旋转条件，可大幅衰减转子自重对悬浮刚度的非稳态影响，而热镀锌沉没辊属被动低速旋转范围，且沉没辊的重量不可忽略(2.5吨)，同时锌液的浮力作用和带钢张力使得沉没辊的整体受力为左上方向约4吨，属于固定点接触摩擦磨损的低速重载工况，不可照搬传统的磁悬浮轴承技术。
发明内容
为解决上述问题，本发明的目的在于，提供一种降低热镀锌沉没辊轴承副摩擦磨损的方法，本发明的一种降低热镀锌沉没辊轴承副摩擦磨损的方法的技术方案如下：
一种降低热镀锌沉没辊轴承副摩擦磨损的方法，在热镀锌的锌锅内设置沉没辊，其特征在于，
在沉没辊辊筒2两侧设置导磁材料的圆周结构6，并紧贴导磁材料的圆周结构6内侧或外侧设置一励磁结构7，
励磁结构7用交流或直流电控制，对导磁材料的圆周结构产生电磁吸引力，
所述电磁吸引力的合力始终大于等于沉没辊所受带钢张力的合力，由此使得沉没辊辊筒2与励磁结构7之间为非接触旋转或低接触力摩擦旋转，从而降低轴承副的摩擦磨损，提高沉没辊轴承副的使用寿命。
根据本发明所述一种降低热镀锌沉没辊轴承副摩擦磨损的方法，其特征在于，
所述导磁材料的圆周结构6为圆环形导磁材料，焊接或镶嵌设置在沉没辊辊筒两侧内壁，通过焊接或镶嵌设置圆环导磁材料结构6，导磁材料的圆周结构6的内圆周间隙设置一整圆形励磁结构7，该整圆形励磁结构7内设置若干对圆周对称的电磁铁磁头组件71和位移传感器组件72。
根据本发明所述一种降低热镀锌沉没辊轴承副摩擦磨损的方法，其特征在于，
同样，当励磁结构7中的每一个电磁铁磁头通直流或交流时，对导磁材料的圆周结构6，即对沉没辊滚筒2产生电磁吸引力，该电磁吸引力的方向始终指向电磁铁磁头，其合力方向Fem大于等于沉没辊承受的带钢张力合力Fs，使得沉没辊滚筒2与励磁结构7之间非接触旋转，从而降低轴承副的摩擦磨损，提高沉没辊轴承副的使用寿命。
根据本发明所述一种降低热镀锌沉没辊轴承副摩擦磨损的方法，其特征在于，
该励磁结构7中的电磁铁磁头在圆周上成对均布，其电磁力通过励磁电流控制也是成对控制，根据位移传感器的大小，当成对电磁铁磁头其中一个增大励磁电流时，另一个相应减小励磁电流大小，而励磁电流的平均值基本不变，以实现差动控制。
根据本发明所述一种降低热镀锌沉没辊轴承副摩擦磨损的方法，其特征在于，
在沉没辊轴承副轴头3内侧的轴颈上设置一导磁材料的圆周结构(6)，
在导磁材料的圆周结构(6)的下半圆周外设置一半圆形励磁结构7，
该半圆形励磁结构7用交流或直流电控制，对导磁材料的圆周结构产生电磁吸引力，
所述电磁吸引力的合力始终大于等于沉没辊所受带钢张力的合力，由此保证沉没辊轴承副的轴套和臂套之间为非接触旋转或低接触力摩擦旋转，从而降低轴承副的摩擦磨损特性，提高沉没辊轴承副的使用寿命。
根据本发明所述一种降低热镀锌沉没辊轴承副摩擦磨损的方法，其特征在于，
所述导磁材料的圆周结构，为焊接或镶嵌固定于沉没辊轴承副轴头3 内侧轴颈上的圆形导磁材料结构，所述导磁材料由碳钢或硅钢材料制造而成。
根据本发明所述一种降低热镀锌沉没辊轴承副摩擦磨损的方法，其特征在于，
所述导磁材料的圆周结构设置有外壳，外壳由耐锌液腐蚀的不锈钢、司太力合金、陶瓷或喷涂材料等封装而成。
根据本发明所述一种降低热镀锌沉没辊轴承副摩擦磨损的方法，其特征在于，
所述半圆形励磁结构，为由若干电磁铁磁头和位移传感器构成的封装结构，每一个电磁铁磁头均可由直流或交流电源独立控制，
当每一个电磁铁磁头供交流或直流电时，对圆形导磁材料结构产生电磁吸引力，该电磁吸引力的方向始终指向电磁铁磁头，而电磁力的大小则由位移传感器的位移大小进行控制。
根据本发明所述一种降低热镀锌沉没辊轴承副摩擦磨损的方法，其特征在于，
该半圆形励磁结构跨过沉没辊轴颈与外部辊架连接固定，且半圆形励磁结构中含冷却风道，用于带走电磁铁磁头的发热。
根据本发明所述一种降低热镀锌沉没辊轴承副摩擦磨损的方法，其特征在于，
所述的半圆形励磁结构与外部辊架的连接外壳均有隔温材质隔离，防止冷却风道的冷气对外部锌液的干扰作用。
根据本发明所述一种降低热镀锌沉没辊轴承副摩擦磨损的方法，其特征在于，
所述励磁结构的电磁铁磁头至少有一个位于沉没辊带钢张力合力的反方向，保持最大磁力的无分量作用，即设置成磁力方向与张力合力方向完全相反，而无其他方向的分力。
由此充分利用电磁力。
根据本发明所述一种降低热镀锌沉没辊轴承副摩擦磨损的方法，其特征在于，
所述的位移传感器为涡流或超声波方式，用于检测沉没辊的圆周旋转的偏差。
根据本发明，所述的位移传感器设置于励磁结构内，亦可单独设置于沉没辊轴颈的其他位置处，用于检测沉没辊的圆周旋转的偏差。
根据本发明所述一种降低热镀锌沉没辊轴承副摩擦磨损的方法，其特征在于，
所述励磁结构7与沉没辊外部连接辊架8连接，外部连接辊架设置一止挡块81，且沉没辊滚筒内设置一凸出轴头，防止沉没辊滚筒轴向串动。
根据本发明，所述的整圆励磁结构7与外部连接辊架8连接固定，且外部连接辊架设置有止挡块81，且与沉没辊滚筒内设置一凸出轴头作用，防止沉没辊滚筒轴向串动。
根据本发明，所述的整圆励磁结构内部以及外部连接辊架内部也包含冷却风道，用于带走电磁铁磁头的发热。且所述的整圆励磁结构与外部辊臂的连接外壳均有隔温材质隔离，防止冷却风道的冷气对外部锌液的干扰作用。
根据本发明实现方法之一，对现有沉没辊的结构改动少，运行风险降低；根据本发明实现方法之2，可完全消除轴承副的摩擦磨损，但改变了现有沉没辊的主体结构，创新度大，运行风险也比较大。
附图说明
图1为本发明实现方法之一的沉没辊截面示意图；
图2为本发明实现方法之一的沉没辊结构说明图；
图3为本发明实现方法之二的沉没辊结构说明图；
图4为图3A-A截面示意图；
图5为热镀锌装置结构示意图。
图中，1为带钢，2为沉没辊，3为沉没辊轴承副的轴头，4为沉没辊轴承副的臂套，5为轴承副摩擦磨损关键点，6为导磁材料的圆周结构，7为励磁结构，71为励磁结构的电磁铁磁头组件，72为励磁结构的位移传感器，8励磁结构的连接辊架，81为连接辊架的止挡，9为沉没辊轴承副辊架，91 为轴承副辊架的止挡，10为锌锅，11为锌液，12为炉鼻子，13为溢流槽。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步说明。
实施例1
图1、图2为本发明实现方法之一的说明图。图中，1为带钢，2为沉没辊，3为沉没辊轴承副的轴头，4为沉没辊轴承副的臂套，5为轴承副摩擦磨损关键点，6为导磁材料的圆周结构，7为励磁结构，71为励磁结构的电磁铁磁头组件，72为励磁结构的位移传感器，8励磁结构的连接辊架，81 为连接辊架的止挡，9为沉没辊原轴承副辊架，91为原轴承副辊架的止挡。
传统热镀锌生产中，带钢于锌锅中穿过沉没辊完成转向和热镀锌，其中带钢的高速运动拖动沉没辊旋转(沉没辊为被动旋转)，沉没辊共受到重力、锌液浮力、带钢张力(参见图1中Fs)等作用力，由于锌液的浮力很大，甚至超过沉没辊自重，因此，沉没辊受到作用力的合力(参见图1中Fh所示)指向左上方向，合力大小完全由沉没辊两端的滑动轴承副平衡支撑，造成轴承副的在左上角度上的较大摩擦磨损(参见图1中5所示的摩擦磨损关键点)，严重影响了热镀锌生产的稳定顺行。可以说，现代热镀锌技术中，沉没辊轴承副的摩擦磨损问题是业界最核心最迫切需要解决的问题。
据此，本发明提出了一种降低热镀锌沉没辊轴承副摩擦磨损的方法，实现方法之一是：
在不改变原沉没辊系统的轴承副结构的条件下，参见图1和图2所示，原沉没辊轴承副3和4和原辊架结构9都保留，而在沉没辊轴承副内侧的轴颈上设置一导磁材料的圆周结构6。导磁材料的圆周结构6可以通过焊接或镶嵌方法固定于沉没辊轴颈上，为防止锌液对导磁材料的强烈腐蚀作用，可在导磁材料外周用耐锌液腐蚀的不锈钢、司太力合金或陶瓷喷涂等材料封装。进而，在导磁材料的圆周结构6的下半圆周外设置一半圆形励磁结构7，该励磁结构7，由若干电磁铁磁头71和位移传感器72构成的封装结构，电磁铁磁头71的数目不仅限于图1所示的6个，且要求导磁材料结构6和半圆形励磁结构7之间留有一定的间隙，间隙大小为0-20mm，优选的间隙为 1-5mm。
所述的每一个电磁铁磁头均可由直流或交流电源独立控制，当每一个电磁铁磁头供交流或直流电时，激发电磁场对圆形导磁材料结构产生电磁吸引力，且该电磁吸引力的方向始终指向电磁铁磁头，其合力方向Fem与沉没辊承受的带钢张力合力Fs方向相反，而电磁力的大小则由位移传感器的位移大小实时反馈励磁电流的大小进行精确控制，始终达到电磁合力Fem不小于沉没辊合力Fs。因励磁结构7通过外部连接辊架8固定，当电磁合力 Fem大于沉没辊合力Fs时，沉没辊的轴承副的关键摩擦摩擦点5会脱离，从而形成非接触的低速旋转，可有效降低沉没辊轴承副的摩擦磨损失效期限。
但所述的励磁结构7内的电磁铁磁头在电流作用下产生电阻焦耳热效应，从而需要一定冷却，因此，本发明所述的外部连接辊架8以及励磁结构 7内均设置由冷却风道(图中未示出)以用于通风冷却电磁铁磁头的发热。同时，外部连接辊架8以及励磁结构7也设置了外部隔热材料，防止内部冷却风道通过壁面对热镀锌锌液的降温作用。
所述的半圆形励磁结构7，其内的电磁铁磁头组件71至少有一个位于沉没辊合力Fs的反方向上，以保持最大磁力的无分量作用。
所述的圆周导磁材料为普通碳钢或硅钢材质。
所述的位移传感器为涡流或超声波方式，设置于半圆形励磁结构内，亦可单独设置于沉没辊轴颈的其他位置处，用于检测沉没辊的圆周旋转的偏差。
实施例2
本发明实现方法之二是：
完全取消传统沉没辊的轴承副结构(参见图1和图2中所示的4和9) 以及轴颈等，只保留原沉没辊的辊筒2，并在沉没辊辊筒两侧增焊圆环导磁材料结构，或者就在原沉没辊辊筒两侧的内壁，通过焊接或镶嵌设置圆环导磁材料结构6，参见图3和A-A截面图4所示。进而，在圆环导磁材料结构 6的内圆周且留一定间隙再设置一整圆励磁结构7，该整圆励磁结构7内设置若干对圆周对称的电磁铁磁头组件71和位移传感器组件72。励磁结构7 固定于外部连接辊架8上。
同样，当励磁结构7中的每一个电磁铁磁头通直流或交流时，对圆环导磁材料结构6)即对沉没辊滚筒2)产生电磁吸引力，该电磁吸引力的方向始终指向电磁铁磁头，其合力方向Fem大于等于沉没辊承受的带钢张力合力Fs，使得沉没辊滚筒2于励磁结构7之间非接触旋转，达到完全消除摩擦磨损的目的。
与实现方法之一不同的是，该励磁结构7中的电磁铁磁头在圆周上成对均布，其电磁力通过励磁电流控制也是成对控制，根据位移传感器的大小，当成对电磁铁磁头其中一个增大励磁电流时，另一个相应减小励磁电流大小，而励磁电流的平均值基本不变，该控制方式称为差动控制。
与实现方法之一中一样，所述的整圆励磁结构7与外部连接辊架8连接固定，且外部连接辊架设置有止挡块81，且与沉没辊滚筒内设置一凸出轴头作用，防止沉没辊滚筒轴向串动。
所述的整圆励磁结构内部以及外部连接辊架内部也包含冷却风道，用于带走电磁铁磁头的发热。且所述的整圆励磁结构与外部辊臂的连接外壳均有隔温材质隔离，防止冷却风道的冷气对外部锌液的干扰作用。
所述整圆励磁结构，其内电磁铁磁头为成对圆周均匀布置，且至少有一对位于沉没辊带钢张力合力的反方向，保持最大磁力的无分量作用。
本发明方案的技术优势是：利用电磁铁磁头对沉没辊轴颈或滚筒的电磁吸引力，使得沉没辊得轴承副的接触力减少或完全消除，达到了非接触或低接触力的圆周旋转运动，从而达到降低或完全消除轴承副摩擦磨损的目的。其中，本发明实现方法之一对现有沉没辊的结构改动少，充分保留现有热镀锌机组的生产习惯，分布实施的风险降低；实现方法之二可完全消除轴承副的摩擦磨损，但改变了现有沉没辊的主体结构，创新度大，控制也略微复杂。
本发明针对热镀锌沉没辊的运行特点，给出了在锌锅中引入电磁铁并利用电磁铁的吸引力以抵消带钢张力对沉没辊的单方向作用力的技术方案，从而降低沉没辊轴承副的摩擦磨损特性，满足热镀锌稳定生产顺行。

Claims (13)

1.一种降低热镀锌沉没辊轴承副摩擦磨损的方法，在热镀锌的锌锅内设置沉没辊，其特征在于，
在沉没辊辊筒(2)两侧设置导磁材料的圆周结构(6)，并紧贴导磁材料的圆周结构(6)内侧或外侧设置一励磁结构(7)，
励磁结构(7)用交流或直流电控制，对导磁材料的圆周结构产生电磁吸引力，
所述电磁吸引力的合力始终大于等于沉没辊所受带钢张力的合力，由此使得沉没辊辊筒(2)与励磁结构(7)之间为非接触旋转或低接触力摩擦旋转，从而降低轴承副的摩擦磨损，提高沉没辊轴承副的使用寿命。
2.如权利要求1所述一种降低热镀锌沉没辊轴承副摩擦磨损的方法，其特征在于，
所述导磁材料的圆周结构(6)为圆环形导磁材料，焊接或镶嵌设置在沉没辊辊筒两侧内壁，通过焊接或镶嵌设置圆环导磁材料结构(6)，导磁材料的圆周结构(6)的内圆周间隙设置一整圆形励磁结构(7)，该整圆形励磁结构(7)内设置若干对圆周对称的电磁铁磁头组件(71)和位移传感器组件(72)。
3.如权利要求2所述一种降低热镀锌沉没辊轴承副摩擦磨损的方法，其特征在于，
同样，当励磁结构(7)中的每一个电磁铁磁头通直流或交流时，对导磁材料的圆周结构(6)，即对沉没辊滚筒(2)产生电磁吸引力，该电磁吸引力的方向始终指向电磁铁磁头，其合力方向(Fem)大于等于沉没辊承受的带钢张力合力(Fs)，使得沉没辊滚筒(2)与励磁结构(7)之间非接触旋转，从而降低轴承副的摩擦磨损，提高沉没辊轴承副的使用寿命。
4.如权利要求1所述一种降低热镀锌沉没辊轴承副摩擦磨损的方法，其特征在于，
该励磁结构(7)中的电磁铁磁头在圆周上成对均布，其电磁力通过励磁电流控制也是成对控制，根据位移传感器的大小，当成对电磁铁磁头其中一个增大励磁电流时，另一个相应减小励磁电流大小，而励磁电流的平均值基本不变，以实现差动控制。
5.如权利要求1所述一种降低热镀锌沉没辊轴承副摩擦磨损的方法，其特征在于，
在沉没辊轴承副轴头(3)内侧的轴颈上设置一导磁材料的圆周结构(6)，
在导磁材料的圆周结构(6)的下半圆周外设置一半圆形励磁结构(7)，
该半圆形励磁结构(7)用交流或直流电控制，对导磁材料的圆周结构产生电磁吸引力，
所述电磁吸引力的合力始终大于等于沉没辊所受带钢张力的合力，由此保证沉没辊轴承副的轴套和臂套之间为非接触旋转或低接触力摩擦旋转，从而降低轴承副的摩擦磨损特性，提高沉没辊轴承副的使用寿命。
6.如权利要求5所述一种降低热镀锌沉没辊轴承副摩擦磨损的方法，其特征在于，
所述导磁材料的圆周结构，为焊接或镶嵌固定于沉没辊轴承副轴头(3)内侧轴颈上的圆形导磁材料结构，所述导磁材料由碳钢或硅钢材料制造而成。
7.如权利要求5所述一种降低热镀锌沉没辊轴承副摩擦磨损的方法，其特征在于，
所述导磁材料的圆周结构设置有外壳，外壳由耐锌液腐蚀的不锈钢、司太力合金、陶瓷或喷涂材料等封装而成。
8.如权利要求5所述一种降低热镀锌沉没辊轴承副摩擦磨损的方法，其特征在于，
所述半圆形励磁结构，为由若干电磁铁磁头和位移传感器构成的封装结构，每一个电磁铁磁头均可由直流或交流电源独立控制，
当每一个电磁铁磁头供交流或直流电时，对圆形导磁材料结构产生电磁吸引力，该电磁吸引力的方向始终指向电磁铁磁头，而电磁力的大小则由位移传感器的位移大小进行控制。
9.如权利要求5所述一种降低热镀锌沉没辊轴承副摩擦磨损的方法，其特征在于，
该半圆形励磁结构跨过沉没辊轴颈与外部辊架连接固定，且半圆形励磁结构中含冷却风道，用于带走电磁铁磁头的发热。
10.如权利要求1或5所述一种降低热镀锌沉没辊轴承副摩擦磨损的方法，其特征在于，
所述的半圆形励磁结构与外部辊架的连接外壳均有隔温材质隔离，防止冷却风道的冷气对外部锌液的干扰作用。
11.如权利要求1或5所述一种降低热镀锌沉没辊轴承副摩擦磨损的方法，其特征在于，
所述励磁结构的电磁铁磁头至少有一个位于沉没辊带钢张力合力的反方向，保持最大磁力的无分量作用，即设置成磁力方向与张力合力方向完全相反，而无其他方向的分力。
12.如权利要求1或5所述一种降低热镀锌沉没辊轴承副摩擦磨损的方法，其特征在于，
所述的位移传感器为涡流或超声波方式，用于检测沉没辊的圆周旋转的偏差。
13.如权利要求1或5所述一种降低热镀锌沉没辊轴承副摩擦磨损的方法，其特征在于，
所述励磁结构(7)与沉没辊外部连接辊架(81)连接，外部连接辊架设置一止挡块(81)，且沉没辊滚筒内设置一凸出轴头，防止沉没辊滚筒轴向串动。
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