CN1112464A - 轧制生产线的陶瓷制成的导向器 - Google Patents

Abstract

一种在轧制生产线中用于线材输送的陶瓷制造 的导向器，它的外形为圆筒形并有一个用于线材输送 的通孔，该通孔由一圆锥孔和一固定直径的直孔组 成，所说的圆锥孔位于导向器的线材进口端。当在轧 制生产线中使用时，这种导向器不大容易卡塞线材， 且寿命较长。

Description

本发明涉及轧制生产线中用于线材输送的一种陶瓷制成的导向器。具体地说，本发明涉及轧制生产线中设置在轧机和冷却槽之间和/或冷却槽和卷绕机之间的一种陶瓷制成的导向器。

在象铁、铜或铁合金之类的金属线材等的热轧或冷轧生产线中，在轧机和冷却槽之间及在冷却槽和卷绕机之间设置有用于线材输送的导向器。作为上述的用于线材输送的导向器，广泛地使用管、辊，或将所说的管和所说的辊配合使用，所用的管和辊都是用工具钢、耐热钢或类似的钢之类的金属制造的。

然而，采用这些传统的金属导向器，由于摩阻，在导向器和线材之间发生卡塞，因为被输送的线材的温度一般约高达1000℃，线材的进料速度约高达40～100米/秒，并且这使线材产生裂纹并因此使产值降低。

此外，这种卡塞使导向器本身受到磨损和损坏，缩短了它们的使用寿命。

鉴于已有技术所存在的上述问题，本发明的目的是提供一种不容易使轧制生产线中的线材产生卡塞和使用寿命长的用于轧制生产线的导向器。

为了解决上述问题，本发明人经研究发现，用陶瓷制造导向器并将导向器的通孔制成特殊的形状，就能解决上述问题。这个发现已使本发明得到完成。

本发明提供一种在轧制生产线中进行线材输送的用于轧制生产线的导向器，这种导向器的外形为圆筒形，并有一个用于线材输送的通孔，该通孔由一圆锥孔和一固定直径的直孔组成，所说的圆锥孔位于线材的进入端。

本发明的导向器具有一个线材可以从其中通过的通孔。该通孔由（1）在导向器的线材进入端形成的一个圆锥孔和（2）作为该通孔的另一部分的固定直径的一个直孔组成。

采用这种通孔结构，即使当线材进入通孔时在线材轻微摆动或线材的移动方向稍微偏离通孔的轴线方向的情况下，也能正常地被导入圆锥孔。此外，采用这种通孔结构，导向器本身很难被线材磨损而损坏。

图1是表示本发明的用于轧制生产线的陶瓷制造的导向器的一个实例的剖面图。

图2是表示本发明的用于轧制生产线的陶瓷制造的导向器的另一个实例的剖面图。

图3是表示本发明的用于轧制生产线的导向装置的一个实例的剖面图。

图4是表示本发明的用于轧制生产线的陶瓷制造的导向器的圆锥孔的形状的剖面图。

图5是表示本发明的用于轧制生产线的陶瓷导向器的圆锥孔的另一种形状的剖面图。

下面详细描述本发明的用于轧制生产线的导向器。

本发明的用于轧制生产线的导向器是具有一个通孔的陶瓷制造的导向器。金属（例如铁、铜或铁合金）线材通过这个通孔从而被正常地导向。

该通孔由（1）一个圆锥孔和（2）一个固定直径的直孔组成。在轧制流程中，线材在圆锥孔处进入并经直孔离开导向器。圆锥孔从导向器的入口向导向器的出口是渐缩的，而直孔在全长上其直径是固定的。

对直孔的直径没有特殊的限制且可按需要而改变，但一般为5～30mm。圆锥孔的锥角优选约为5～45°。当该角度小于5°时，线材进入导向器其前端摆时，会与导向器相撞，从而损坏导向器。当该角度大于45°时，在圆锥孔和直孔的过渡部分有一个圆弧角，这可以招致线材和/或过渡部分的损坏。

圆锥孔的长度（1）（在通孔轴向上的长度）与直孔的直径（d）之间的关系优选为1＝0.2d～3.0d，最好为1＝0.5d～2.0d。当1<0.2d时，所得到的导向器防止线材摆动的效果小。当1>3.0d时，直孔的长度小，不可能控制线材的方向。

导向器的轴向长度（L）与圆锥孔的长度（1）之比L/1优选为2-10，最好为2-5。当L/1小于2时，直孔的长度太小，不可能控制线材的方向，当L/1大于10时，直孔的长度太大，使制造导向器变得困难。

在通孔中，圆锥孔和直孔之间的过渡部分的形状应光滑而平缓。这是因为，如果这部分不光滑而平缓，当将正在摆动着的线材引入通孔时，该部分就会被损坏。

因此，从圆锥孔到直孔的过渡部分的曲率半径R优选为大于或等于0.5mm，最好大于或等于1mm。

圆锥孔不但包括如图1所示的具有固定锥角的圆锥孔，而且包括如图4或5所示的具有可变锥角的圆锥孔。圆锥孔还包括由固定锥角部分和可变锥角部分组成的圆锥孔。

当该导向器的圆锥孔包括可变锥角部分时，这个圆锥孔的锥角θ定义为由（A）导向器的轴线和（B）过直孔的入口的圆周和圆锥孔入口的圆周的直线（如图4或所示的虚线）所形成的角。

下面描述构成本发明的导向器的陶瓷。

作为实例的陶瓷，其在室温下的维氏硬度为1100～1600，优选为1200～1400，其在800℃下的维氏硬度为800～1400，优选为900～1200，其在室温到800℃下的四点弯曲强度为500～1000mpa。其具体的实例是一种烧结氮化硅材料，一种sialon，等等。

不具有这些性质的任何陶瓷都不宜使用，因为所得到的导向器要承受强烈的磨损而被损坏，或因为导向器太硬而损坏线材。

关于通孔的圆周，即导向器的内表面，抛光所说的烧制成的导向器的表面是不可取的。具有通孔的导向器最好用模子模制而成，或按所要求的形状用其它方法制造而成，然后进行烧制，烧制后对导向器的内表面不进行处理。这样做，（不对烧制成的内表面进行抛光处理）的理由如下。由于烧制成的内表面与抛光后的内表面相比具有轻微的不平度，此外还有少量的助烧结成分（sinteringaid    components）（例如Al和Mg），在滑动过程中所说的表面不易与线材发生反应，并能有效地防止卡塞等等。需要说明的是，不抛光还降低了成本。

当导向器的内表面具有大的表面粗糙度时，通过导向器的线材可能要被损坏，因此，导向器的内表面的表面不平度优选为Rmax（最大高度）小于或等于10μm，Rmax最好等于1～5μm。

当导向器的内表面是烧制成的表面，若不进行抛光则不能满足上述要求时，烧制成的内表面的不平度最好在模中于表面的最后加工阶段或烧制前的处理阶段加以控制。

本发明的导向器的另一个实例是一种将上述的导向器作为主件，并在这个主件的周围包一个金属壳体的用于轧制生产线的导向器。

用作壳体的金属其类型的选择范围相当广泛，例如，这取决于轧制条件，但最好是工具钢、不锈钢、耐热钢或类似的钢。

将金属壳体装在导向器的主件上，然后用螺栓或类似件通过金属壳体将所得到的导向器加以固定，从而将导向器方便地安装在轧制生产线所要求的位置上。

可在一个金属壳体中安装多个导向器的主件。尤其是当导向器设置在冷却槽和卷绕机之间时，最好在每一个具有圆筒弧线外形的金属壳体中安装多个导向器的主件。

在本发明中，金属壳体不是必需零件，可以用具有凸缘或类似结构的导向器的主件代替之，利用凸缘和类似结构，可将导向器安装在轧制生产线所要求的位置上。然而，这种方法在导向器制造上要花费较长时间，从而降低了所说的生产效率。因此，最好在导向器的主件上安装金属壳体。

对于将金属壳体安装在导向器主件上的方法没有特殊的限制。安装方法包括自由配合，冷缩配合，压配合等等。可使用象粘结剂或类似物之类的固定材料，然而考虑到成本和安装工作最好采用自由配合或类似配合。可以使导向器主件的圆周上具有圆锥部分或具有不同高度的形状，用以作为金属壳体的止动部分，这样就可较方便地安装金属壳体。

在自由配合等配合中，金属壳体的配合公差最好定为Jis    Bo401规定的F到H，而导向器主件的配合公差最好定为Jis    Bo401规定的e到g。对配合公差作出上述规定是因为在实际操作中在轧制生产线中所用的导向器经常承受高温，必需避免壳体可能会脱离。

下面通过一个实例描述将本发明的导向器安装在轧制生产线中的方法。

原则上将本发明的用于轧制生产线的导向器安装在轧制生产线中位于轧机和冷却槽之间和/或冷却槽和卷绕机之间。

将导向器安装在轧机和冷却槽之间时，要使导向器主件的轴线方向与要被输送的线材的输送方向相同。在这种情况下，每一个线材输送通道所安装的导向器的数目可以是一个或一个以上。安装一个以上导向器（多个导向器）时，将这些导向器作链形排列。

对本发明的用于轧制生产线的导向器的尺寸没有特殊的限制。然而，当采用上述方法安装导向器时所要通过导向器的线材的直径约为20mm或更小，导向器主件的壁厚优选约为5-20mm，导向器的轴向长度（L）优选约为100mm或更短，这是为了使导向器的强度高且易于制造。当需要轴向长度（L）为100mm或更长的导向器时，安装多个导向器，每个导向器的长度（L）都比100mm短，并将它们排列成链形是可取的。

将本发明的用于轧制生产线的导向器安装在冷却槽和卷绕机之间时，为便于卷绕线材最好安装多个导向器，每个导向器都具有所需要数值的轴向长度（L），安装好的多个导向器作为一个整体形成一条平缓的弧线。在这种情况下，最好这样设置每两个相邻的导向器，使得各与一个导向器垂直相交的两个平面之间形成一个大于0°但小于30°的角度。当两个相交平面所形成的角度大于30°时，线材强烈地撞击每个导向器的内表面，且在某些情况下，导向器受磨损而损坏。

当把用于轧制生产线的导向装置作为一个整体安装成圆弧线时，该导向装置包括一个金属壳体和装在该金属壳体内的多个导向器主件，在每个导向器主件和壳体之间都应留有间隙，这样，在它们之间便可以松动。

在这种情况下，在导向器主件和壳体之间最好装入缓冲材料。作为适用的缓冲材料，例如可列举一种用耐热金属（例如不锈钢）制造的丝网或用陶瓷制造的纤维片。一种特别好的缓冲材料是一种热膨胀陶瓷纤维片，它在300℃或更高温度下体积发生膨胀，例如碳化硅公司制造的膨胀纸（商品名称），具有高的稳定性。

下面参照附图通过实例和比较实例描述本发明。然而，本发明并不限于这些实例。

图1是表示本发明的用于轧制生产线的导向器的一个实例的剖面图。图1中的用于轧制生产线的导向器1的外形为圆筒形并由陶瓷制造的导向器主件10构成，主件10具有一个由一圆锥孔12和一直孔14组成的通孔。

圆锥孔12的端部12e为进口。圆锥孔12从进口12e向从圆锥孔12到直孔14的过渡部分13按θ角收缩。同时，直孔14的端部14e为出口。直孔从过渡部分13到出口14e具有固定的直径。

如箭头标记A所示，线材（图1中未示出）在进口12e进入导向器1并从出口14e离开导向器1，从而将线材导向所要求的方向。在这种情况下，即使正在进入的线材的方向稍微偏离导向器1的轴线方向，即直孔的延伸方向，或线材轻微摆动，由于圆锥孔12的作用，仍可正常地对线材进行导向。

在线材从通孔中通过时，很可能与过渡部分13接触。然而，可以防止过渡部分13损坏，这是因为该部分具有曲率半径为R的曲面。此外，导向器主件10具有所要求的维氏硬度方面的性能等等，因而具有很好的强度，耐热性能，耐磨性能等等。因此与传统的金属导向器相比，导向器1很少卡塞线材因而很少被损坏。

图2表示本发明的导向器的另一个实例。与图1中所示的基本相同的部分在图2中具有相同的标号，因此没有对这些标号进行注释。

图2中的用于轧制生产线的导向器2包括一个陶瓷制造的导向器主件10′和其内装有主件10′的一个金属壳体20。导向器主件10′包括用于加强导向器主件10′和壳体20之间连接的圆锥部分14。

根据需要金属壳体20的圆周可具有一个结合部分或一个连接部分（图2中未示出）。这样的部分使得将导向器2安装在轧制生产线的要求的位置上变得容易。壳体20用金属制造易于加工且便于形成一个连接部分或类似的部分。

图3表示用于轧制生产线的导向装置的一个实例。图3中的金属壳体22的外形为圆筒状弧线形，它的内部装有多个轧制生产线用的导向器1。这些导向器1是这样设置的，要使得与任一个导向器1的轴线方向垂直的平面B和与一个相邻的导向器1的轴线方向垂直的平面B形成一个大于0°但小于30°的角（当每个导向器的两个端面与图3所示的导向器的轴线方向垂直时，所说的角α是由作一个导向器的出口端面与一个相邻的导向器的入口端面所形成的角）。

在每个导向器1的圆周与壳体22的内表面之间填入缓冲材料30。它能消除线材进入导向器时所产生的摆动等等。在轧制生产线的冷却槽和卷绕机之间最好使用图3所示的导向装置。

实例1

利用搅拌机使氮化硅与5%（重）的Mgo，5%（重）的CeO₂和2%（重）的Sro（这些都是助烧结剂<sintering aids>）混合。利用喷雾干燥器干燥所得到的混合物并进行造粒。把所得到的颗粒填入模具，该模具包括一个形成通孔的模和一个形成外形的橡胶模，模制是利用液压机在2.5t/cm²的压力下进行的。

用数控机床加工所得到的模件，使其具有所需要的形状;然后在400℃下进行锻烧，以烧除粘合剂;并在1700℃下烧制1小时，以便得到图1所示的氮化硅制造的导向器，它的外径为50mm，内径（d）为30mm及长度（L）为60mm。

圆锥孔12是在烧制前加工形成的，以便使其锥角θ为15°和长度l为20mm。从圆锥孔12到直孔14的过渡部分13是在烧制前加工弧形表面形成的，以便使其曲率半径（R）为1mm。

利用表面不平度检测仪在上述的氮化硅制造的导向器的内表面上任选五个点进行表面不平度检测。结果是，最大高度Rmax平均为2.5μm。

性能测定

把一个工具钢制造的壳体固定安装到上述所得到的氮化硅制造的导向器上。将所得到的组件安装在铁合金线材的热轧生产线中的位于轧机和卷绕机之间的输送区域。

轧制铬-钼钢，使成品线材的直径为8mm，共轧制10000吨的铬-钼钢。在每轧制约1000吨后进行观察，结果是，导向器组件没有损坏，轧制出的线材表面没有异常（例如没有损坏）。

实例2

用与实例1相同的方法制造以氮化硅为基料的模件，但将助烧结剂（sintering aids）改为7%（重）的Y₂O₃，5%（重）的Mgo和1%（重）的Z_rO₂，液压机的压力变为4t/cm²。

用数控机床加工所得到的模件，使其具有所需要的形状，然后在450℃下进行锻烧，以烧除粘合剂;在1800℃下烧制1小时;并进行晶化处理，以便得到氮化硅制造的导向器，它的外径为50mm，内径（d）为35及长度（L）为60mm。

圆锥孔是在烧制前用与实例1相同的方法加工形成的，以便使其锥角θ为20°和长度l为25mm。过渡部分是在烧制前加工弧形表面形成的，以便使其曲率半径为1mm。

用与实例1相同的方法检测上述轴器的内表面的表面不平度。结果是，最大高度Rmax平均为3.2μm。

性能测定

把作为缓冲材料即膨胀纸（商品名称）（碳化硅公司的一种产品）的陶瓷纤维片缠在上述氮化硅制造的导向器上。将如此形成的六个缠有陶瓷纤维片的导向器嵌入外径为70mm，内径为55mm及长度为360mm的用耐热金属制造的圆筒状弧线形壳体中。在这种情况下，要使每两个相邻的导向器形成的角度α（α角前面已经提及）为10°。

将所得到的具有弧线外形的导向装置安装在铁合金线材的热轧生产线中的位于终轧机和卷绕机之间的输送区域。轧制SUS合金，使成品线材的直径为5mm，共轧制20000吨的合金。结果是，导向装置的内表面有轻微磨损，但没有损坏。此外，轧制出的线材的表面没有异常。

对比实例

进行与实例2相同的性能测定，但只使用一个外径为70mm，内径为35mm及长度为360mm的耐热金属制造的导向器。结果是，在轧制5000吨的SUS合金时，发现通过导向器的线材有损坏。停止轧制观察导向器的内表面。结果是，断定由于线材卡塞导致内表面损坏。

从上面的描述可清楚地看到，在实例1和2中所用的轧制生产线的导向器（这些导向器属于本发明的范围）是抗卡塞的，并具有优良的耐热性，耐磨性等性能。

如上所述，在本发明的导向器中，主件具有特殊形状的通孔，并由陶瓷制成;因此，在轧制生产线中使用时，这种导向器不大容易产生线材卡塞，且具有较长的寿命。

Claims (8)

1、一种用于轧制生产线中输送线材的陶瓷制造的导向器，它的外形为圆筒形，并有一个用于线材输送的通孔，该通孔由一圆锥孔和一固定直径的直孔组成，所说的圆锥孔位于导向器的线材进口端。

2、一种按权利要求1的导向器，其特征在于，从圆锥孔向直孔的过渡部分的曲率半径大于或等于0.5mm。

3、一种按权利要求1或2的导向器，其特征在于，构成导向器的陶瓷的维氏硬度在室温下为1100～1600，在800℃下为900-1200，且在室温至800℃下的弯曲强度为500-1000mpa。

4、一种按权利要求3的导向器，其特征在于，陶瓷的维氏硬度在室温下为1200-1400，在800℃下为900-1200。

5、一种按权利要求1-4中之一的导向器，其特征在于，通孔的表面不平度（Rmax）小于或等于10μm。

6、一种按权利要求1-5中之一的导向器，其特征在于，在该导向器上装一个金属壳体。

7、一种用于轧制生产线的导向装置，包括：

（a）多个陶瓷制造的导向器，每个这样的导向器的外形都为圆筒形，并有一个用于线材输送的通孔，该通孔由一圆锥孔和一固定直径的直孔组成，所说的圆锥孔位于导向器的线材进口端，和

（b）一其内装有这些导向器（a）的圆筒状弧线外形的金属壳体，其特征在于，这样设置每两个相邻的导向器，各与一个导向器垂直相交的两个平面之间，形成一个大于0°但小于30°的角度。

8、一种按权利要求7的导向装置，其特征在于，在导向器的外表面和金属壳体的内表面之间填充有缓冲材料。

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