CN1125266A - 浸于溶融金属涂敷熔池的辊子的轴承支承系统 - Google Patents
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Abstract
本发明包括一个包容熔融涂敷金属(28)的容器(24)，浸入熔池并决定金属带(12)路径的辊子(30)，以及一对稳定辊(32)。辊子由一对间隔放置的(36)臂支承，每个稳定辊由一对间隔放置的臂(44)支承。每个辊子具有其外表面与带接触的圆柱体(52)，以及从辊体的每端轴向伸出的轴颈(54)。每个臂有包括支承辊子的装置(58)和限制辊子侧向碰撞的装置(56)的下端(40)。支承装置包括孔(59)，安装在孔内的陶瓷轴承(68)和安装在轴颈上的套筒(66)。支承面宽度至少与套筒宽度相同。
Description
本发明涉及用溶融金属对连续金属带进行的热浸涂敷。更具体地说，本发明涉及一种在熔融涂敷金属的熔池中支承浸入式辊子的经过改进的轴承系统。
近年来，对于在高速热浸涂敷生产线上使用的钢辊来说，其耐磨性已经得到改善。通常的作法是，用公知的热熔涂敷技术将炉膛辊和浸入式槽辊涂以保护性的氧化，碳化或氮化陶瓷涂层。从涂敷熔池表面粘到浸入式槽辊上去的废渣减到最少，这是由于陶瓷辊表面和钢辊表面一样并不粘附废渣颗粒的缘故。但是，在支承这些辊子的轴承系统上没有做出同样的改进。当前的轴承系统的工作寿命证明不了在槽辊上涂以陶瓷涂层的花费在经济上是合算的。
轴承用以支承在热浸熔融金属涂敷槽中的浸入式辊子。美国专利5,099,780号公开了用以支承浸入式辊子或稳定辊子的一对间隔放置的臂。辊子的每一端包括一个轴向伸出的短轴，在该短轴上装有一个耐热和耐磨的套筒。一个金属衬套元件焊在设置在每个支承臂下端的孔内。每个衬套元件设置有一个轴向伸出的过大的孔，用以容纳装在短轴上的金属套筒。衬套元件包括两个或更多的设置在交叉平面内的平支承面，以在每个衬套元件和套筒之间造成点接触。这种衬套元件的配置消除了在热浸涂敷金属带时槽辊的颤动倾向。尽管如此，但是由于衬套元件和套筒的寿命可能短于浸入式槽辊，因此这种辊子支承系统还是不能令人满意。由于槽辊的横向碰撞引起的对衬套元件和套筒的不均匀磨损会增加摩擦，并使槽辊产生不均匀转动。槽辊的不能控制的横向碰撞也使短轴产生损坏。
国际专利申请91—3581号也公开了一个浸入式槽辊的支承系统。槽辊的每一端包括一个轴向伸出的轴颈，该轴颈上装有一个套筒。辊子由一对间隔放置的臂支承着，每个臂的下端设置有一个孔，用以容纳一个装有套筒的轴颈。每个孔包括一个具有在交叉平面内设置的两个平支承面的人字形陶瓷轴承壳，以在每个轴承壳和套筒之间提供两点接触。轴承壳和衬套的工作寿命有所提高。尽管这样，但是由于比支承面宽的套筒在辊子出现横向碰撞时造成不均匀磨损而导致轴的颤动，因此，这种辊子支承系统也还不能令人满意。
因此，尚需一种用于浸入式槽辊的轴承支承系统，其中该支承系统的予计寿命部至少同槽辊的一样，从而消除由于更换支承系统而造成生产线的计划外中断。也尚需一种用于浸入式槽辊的经改进的轴承支承系统，以证明将陶瓷涂层涂在槽辊表面的成本是合算的。还需要控制槽辊的横向碰撞，以消除对支承系统的不均匀磨损，并防止对槽辊轴颈的擦伤。
本发明涉及用熔融金属对连续金属带的热浸涂敷，更具体地说，本发明涉及一种在熔融金属涂敷熔池中支承浸入或辊子的改进的轴承系统。
本发明的目的是提供一种轴承系统，其工作寿命至少与覆盖在浸入式槽辊表面上的陶瓷涂层的寿命相等。
本发明的另一个目的是控制在涂敷金属带时浸入式辊子的横向碰撞。
本发明的又一个目的是在金属带从涂敷熔池中露出时，通过控制带的运动来改善带上的涂层厚度的均匀度。
本发明包括一种包含熔融的涂敷金属的熔池的容器；至少一个浸入所述熔池，决定金属带通过所述熔池的路径的辊子，由于所述带所受的张力，所述带向所述辊子施力；以及一对用以支承辊子的间隔放置的臂。所述辊子具有一个带有与所述带接触的外表面的圆柱体，以及一个从所述圆柱体的每一端轴向伸出的轴颈。每个支承臂具有一个上端和一个下编，所述上端安装在所述容器上方的位置上，每个所述下端浸入所述熔池。所述下端包括支承所述辊子一端的装置以及限制辊子横向碰撞的装置。支承装置包括一个过大的孔，一个装在所述孔中的陶瓷耐磨轴承以及一个具有耐磨外表面的环形套筒。所述套筒安装在一个轴颈上。一个所述装有套筒的轴颈位于所述孔内，并由该孔支承。所述限制装置包括在由所述孔支承的所述轴颈的外端附近设置的，用以控制辊子的横向碰撞的止动面，所述支承面至少与所述套筒的外表面同宽，从而使套筒的全部宽度由支承面支承。所述止动面间的距离略大于所述轴颈端部之间的距离，从而在涂敷所述带时，所述套筒的全部宽度由所述支承面支承。
本发明的另一个特征是，所述限制装置包括一个设置在邻近所述轴颈的外端并安装在所述支承臂的下端的顶推臂。
本发明的又一个特征是，所述轴承包括一对并列的垫片，每块垫片具有一个平支承面，所述平面设置在互相交叉的平面内，提供同所述套筒以两点接触。
本发明的又一个特征是，一个耐磨圆帽安装在每个所述轴颈的端部。
本发明的优点包括，当用喷气式精整喷嘴将多余溶融金属涂层清除时带的稳定性得到提高，槽辊轴承和套筒的寿命增加，槽辊轴承和套筒的磨损均匀，消除了涂敷生产线的计划外中断，槽辊和支承系统之间转动摩擦减小，所有这些都会降低熔融金属涂敷操作维护和运行成本。其它优点包括，消除了槽辊的颤动，消除了槽辊轴颈和轴颈套筒的擦伤以及降低轴承磨损。
当研究详细的说明和附图时，就会消楚本发明的目的、特点和优点。
图1是结合有本发明的连续热浸涂敷生产线的示意图，
图2是图1所示的结合有本发明的一个实施例的部分结构的俯视图，
图3与图2相同，只是去除了每个支承臂的下端的一部分，
图4是沿图2的剖切线4—4所作的剖视图，
图4A是图4轴承的放大图，
图5是用以支承槽辊的现有技术的轴承的示意图，示出轴颈套筒的不均匀磨损以及支承臂的擦伤。
图6同图5一样，示出轴颈套筒进一步的磨损和擦伤。
本发明涉及用熔融金属对连续长度的金属带或箔进行的热浸涂敷，并且涉及用于在熔融涂敷金属溶池中支承浸入式辊子的改进的轴承系统，本发明所使用的无限制性的涂敷材料最好包括市售的锌和铝的纯金属和金属合金。本发明所使用的连续长度的金属带或箔可以包括诸如低碳钢、深拉深钢、铬合金钢、不锈钢等多种钢，以及诸如铝和铝合金等非铁金属。
图1示出一条用以将熔融金属涂敷到移动的金属带12上去的高速连续涂敷生产线10。涂敷生产线10可以包括线上清洗和退火，有诸如清洗段14，将带至少加热到涂敷金属的熔点的加热段16、冷却段18、向下折转辊20和用以保护正在浸入涂敷槽24中的已洗净金属带的密封嘴22。涂敷生产线的加热、冷却和嘴部各段包含有不氧化保护气氛。在金属带从槽24中露出后，涂敷金属固化，涂有金属的带12A通过另一个换向辊26，然后传给另外的可能的工艺过程，并再绕成卷。做为另外一种可供选择的方案。带12可以在涂敷生产线10上处理之前清洗和/或预退火。
涂敷容器24用以容纳诸如锌那样的熔融金属溶池28，并包括一个或多个诸如换向或浸入式辊30的浸入式槽辊，一对放在带12两侧的稳定辊32，以及一对位于已涂敷的带12A两侧的喷气式精整喷嘴34。向喷嘴34提供诸如空气那样的压缩气体，用以从带12A上除去多余的熔融涂敷金属，并用以控制带的每个表面上的涂层厚度。喷嘴34可以封闭在密封罩内(未示出)，在这种情况下，用例如氮那样对已涂敷的带不起氧化作用的气体。浸入式辊30由一对间隔放置的臂36支承，每个臂具有用以在容器24的上方刚性地安装在支架42上的上端38，以及浸入熔池28的用以支承辊30的一端的下端40。每个稳定辊32由相似的一对间隔放置的臂44支承，每个臂44具有在槽24的上方刚性地安装在支架48上的上端46，和浸入熔液28用以支承辊32的一端的下端50。
图2是图1结构的一部分的俯视图，示出本发明用以支承浸入式辊30的轴承系统的一个实施例。因为用以支承稳定辊32的轴承系统同支承浸入式辊子30的轴承系统类似，故在此只提供浸入式辊30的浸入辊和支承系统构造的详情。每个辊子包括一个其外表面用以支承金属带12的圆柱体52，以及从辊体的每一端轴向伸出的耐磨轴颈54。辊体52的外表面最好覆盖一层例如厚度至少为0.7毫米的碳化钨的耐磨保护涂料。每个轴颈54最好具有圆柱形外表面57以及安装在其端部的用耐磨金属或陶瓷做成的半球形帽55。如图3所示，帽55可以由诸如铬钨钴(硬质)合金6B的耐磨金属合成物制成，并通过诸如焊缝76固定在每个轴颈54上。做为另一种可供选择的方案，帽55的表面可以通过覆盖一层耐磨的氧化物，碳化物或氮化物而形成。臂36每个下端40包括限制浸入式辊子30横向碰撞的装置56和支承轴颈54之一的装置58。支承装置56包括容纳轴颈54之一的轴57的孔。限制装置56包括在孔的外侧附近设置的止动面60。止动面60最好包括同每个支承臂36的下端40刚性连接的顶推臂62，该臂与支承臂的下端平行且有间隔地延伸至靠近孔并在其外侧的位置。每个止动面60可以包括诸如碳化钨之类的，装在顶推臂62的内表面上的耐磨陶瓷垫片61。顶推臂62的止动面60之一靠近每个轴颈帽55放置，用以限制浸入式辊子的横向碰撞。
图3同图2一样，但将其每个支承臂36的下端部拆去，显示支承装置58的细部。支承装置58包括一个加大的圆孔59，装在圆孔内的耐磨陶瓷轴承68和一个环形的耐磨金属或陶瓷的套筒66。套筒66安装在每个轴颈54的表面57上。如果轴颈54的外表面57为圆柱形，套筒66的孔径将只略大于轴颈的外径。本发明的关键特征在于每个轴承68的内表面或支承面70的宽度至少和套筒66一样，从而使套筒66的外表面72的全部宽度由支承面支承。最好是，轴承68的支承面70的宽度大于套筒66的宽度。更好是，支承面70至少比套筒宽20％。在图3所示的实施例中，支承面70的宽度约为套筒66宽度的两倍。套筒66例如通过热套配合与轴颈54连接，以便当金属带12使浸入式辊子转动时，避免套筒与轴颈相对转动。这就将磨损限制在套筒上，而不是在轴颈的外表面上。
本发明的一个重要特征是，由于靠近每个轴颈帽55放置止动面，从而只允许浸入式辊子有最小的横向位移，因此在带的涂敷过程中，每个轴颈54上的套筒66的全部宽度都由轴承68支承。两顶推臂62的止动面60之间的距离只是稍稍大于两轴颈54的端部55之间的距离，因此辊子30的两端55不同时接触两个止动面60。所谓使止动面靠近每个帽指的是这个距离差至少是8毫米，最好是10到15毫米。在帽55和止动面60之间的小间隙64将总是在一端或是另一端出现。这种间隙有利地消除了在浸入式辊和限制装置之间的任何转动磨擦阻力。这就将浸入式辊和止动面之间的转动摩擦阻力减到最小，并将轴颈端部对止动面的磨损减到最小。
图4是沿图2的剖切线4—4所做的剖视图，示出在容器24内支承浸入式辊的轴承68的最佳实施例。当将熔融的金属从熔池28涂敷到金属带12上去时，该带被拉过涂敷生产线10。如图4和图4A所示，这种作用在绕经浸入式辊30的底部的带12上的拉力使辊向上和向右位移，直到套筒66的表面72接触轴承68的支承面70为止。臂36的下端40上的孔59是加大的，从而套筒66的外径小于孔59的直径，使浸入式辊30有活动的自由度。当涂敷生产线10运行时，在带12上保持拉力，浸入式辊30由轴承68支承在操作位置上。
图4A详细地示出图4的轴承。轴承68最好由一对梯形的并列垫片制成，其第一垫片82具有内侧平的轴承面86，其第二垫片84具有内侧平的支承面88。支承面86和88的交点形成一个最好大于100°，更好是在110°和145°之间，会聚于接合处90的钝内角89。在孔89内可以加工出拱形槽94，用以容纳轴承垫片82和84。槽94的每一端96向内切成锐角99，从而即使当轴颈套筒不接触轴承垫片时轴承垫片也能保持在槽94内。在接合处90的楔固作用使轴承68牢牢地锁定在槽94内，从而防止熔融金属进入轴承座。当支承面86和88是平的，同时在带12上施加拉力时，在套筒66和切点92之间出现两点接触。此种两点接触(在图3中看上去为线接触)使套筒对轴承的转动摩擦阻力减到最小，否则，如果支承面86和88均为拱形，这种阻力就会存在。当例如在涂敷生产线停顿期间使带12上拉力去除时，浸入式辊30在过大的孔59的间隙78内向下移动一小段距离，此时，套筒66不再接触轴承68。这是由点划线80假想地示出的未加载或非操作位置。在这个浸入式辊的非操作位置上，轴承垫片82和84仍然紧紧地固锁在槽94内。
在上面和图3有关的讨论中，曾指出轴承68的支承面70的宽度至少同套筒66一样，从而使套筒66的外表面72的全部宽度由支承面70支承。图5示意性地示出当轴承宽度小于套筒宽度时，频繁地出现在支承浸入式槽辊的现有技术的轴承上的那种不均匀磨损。当轴承104的宽度小于轴颈套筒106的宽度时，套筒106的外表面上的不均匀磨损108多半会出现。此外，由于没有限制浸入式槽辊100横向碰撞的装置，浸入式槽辊100的端部102和支承臂98的下端多半会如在支承臂98上的110处和辊端102处所示的那样被擦伤。如图6所示，再过一段时间之后，套筒106的外表面112的磨损变得更严重且更不均匀。轴承104的每个侧边最后在套筒106上造成了槽114，从而导致过早的破坏。
现在将说明使用本发明的试验。将一个厚度约为0.89毫米，宽度约为122毫米的低碳钢带按常规清洗、加热，然后浸入锌熔液中。所述容器包括与图1所示的装置相同的槽辊装置。一个宽度为6.3厘米内径为11.4厘米以及外径为14.6厘米的圆筒形金属套筒安装在浸入式辊的两个轴颈上。轴颈端部之间的浸入式辊的全长在电镀操作温度下为256.3厘米。套筒的成份是铬钨钴(硬质)合金6B。每个支承臂的下端包括一个用以容纳浸入式辊的一个端部的直径约为15.2厘米的过大的孔，以及与每个支承臂的下端刚性连接的一个顶推臂。耐磨的碳化钨垫片设置在每个臂孔附近的每个顶推臂的内表面上。止动面之间的距离在电镀操作温度下为257.5厘米。碳化钨轴承由一对梯形垫片制成，每个垫片的尺寸相同。每个轴承垫片有一个平的内支承面。轴承垫片装入设置在每个支承臂下端上的孔中的加工的槽中。轴承垫片的相邻表面形成约为135°的钝角。槽的每一端向内切成约为45°的锐角，从而使轴承垫片始终牢牢地保持在槽内。图3所示的轴承垫片的宽度约为12.7厘米。如上所述，套筒的宽度约为轴承宽度的一半，例如6.3厘米。现有技术的轴承支承系统的平均寿命为3.5天，而覆盖有保护性钴基涂料的浸入或辊的平均寿命约为7天。在这个试验中，由于用了本发明的经改进的支承系统，轴承和套筒的寿命增加到21天，大大超过浸入式槽辊通常的予计寿命。实际上，在轴承垫片的支承面上只能看到很小的可见磨损。套筒寿命的这种戏剧性增加的基本原因是由于套筒外表面上的均匀磨损。当支承面的宽度至少同轴颈套筒的外表面同宽，而且浸入式辊的横向碰撞得到控制，从而任何时候金属带施加拉力，就使套筒外表面的全宽同支承接触时，就保证了磨损均匀。
在本发明的试验过程中，轴承垫片和止动面垫片的令人满意的耐磨材料确定为碳化钨。也可以使用其它的陶瓷材料。例如，可以使用的材料是：诸如SiC、B4C、TiC、ZrC之类的碳化型陶瓷；诸如Si3N4、AlN、TiN和ZrN之类的氮化型陶瓷；诸如BN，ZrB2，TiB之类的硼化型陶瓷以及诸如ZrO2、Cr2O3之类的氧化型陶瓷。
可以理解，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可以进行各种改变。因此，本发明的范围取决于下面的权利要求书。
Claims (18)
1.一种将熔融金属连续热浸涂敷到金属带上的设备，它包括：
一种包含熔融的涂敷金属的熔池的容器；至少一个浸入所述熔池，决定金属带通过所述熔池的路径的辊子，由于所述带所受的张力，所述带向所述辊子施力；以及一对用以支承辊子的间隔放置的臂，
所述辊子具有一个带有与所述带接触的外表面的圆柱体，以及一个从所述圆柱体的每一端轴向伸出的轴颈，
每个支承臂具有一个上端和一个下编，
所述上端安装在所述容器上方的位置上，
每个所述下端浸入所述熔池，并包括支承所述辊子的装置以及限制辊子横向碰撞的装置，
每个支承装置包括一个过大的孔，一个装在所述孔中的陶瓷耐磨轴承以及一个安装在每个所述轴颈上的圆筒形耐磨套筒，
每个所述轴颈设置在所述孔之一中，并由该孔支承，
所述限制装置包括一个在所述轴颈之一的外端附近设置的止动面，
所述支承面至少与所述套筒同宽，
所述止动面间的距离大于所述辊子的全长，所以在所述带的涂敷期间，所述套筒的全部宽度由所述轴承支承。
2.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述支承面的宽度大于所述套筒的宽度。
3.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述支承面的宽度比所述套筒的宽度至少大20％。
4.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述支承面的宽度是所述套筒宽度的两倍。
5.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述轴承包括一对并列的垫片，每一垫片有一个平的支承面。
6.根据权利要求5所述的设备，其特征在于，所述垫片为梯形，所述平支承面设置在互相交叉成钝角的多个平面内。
7.根据权利要求6所述的设备，其特征在于，所述钝角大于100°。
8.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，轴颈端部是耐磨的半球形物。
9.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述溶池包含浸入式辊和一对稳定辊。
10.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述止动面是一个安装在支承臂下端并且从该臂伸出的顶推臂。
11.根据权利要求10所述的设备，其特征在于，所述止动面是耐磨的。
12.根据权利要求11所述的设备，其特征在于，所述止动面为碳化钨。
13.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述辊体具有外部保护耐磨表面涂层。
14.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，轴承为碳化钨。
15.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述套筒具有铬钨铬(硬质)合金6B成份。
16.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，轴承安装在设置于臂孔内的槽中。
17.一种将熔融金属连续热浸涂敷到金属带上的设备，它包括：
一种包含熔融的涂敷金属的熔池的容器；至少一个浸入所述熔池、决定金属带通过所述熔池的路径的辊子，由于所述带所受的张力，所述带向所述辊子施力；以及一对用以支承辊子的间隔放置的臂，
所述辊子具有一个带有与所述带接触的外部保护耐磨表面涂层的圆柱体，以及一个从所述圆柱体的每一端轴向伸出的轴颈，
每个支承臂具有一个上端和一个下编，
所述上端安装在所述容器上方的位置上，
每个所述下端浸入所述熔池，并包括支承所述辊子的装置以及限制辊子横向碰撞的装置，
每个支承装置包括一个过大的孔，一个装在所述孔中的陶瓷耐磨轴承以及一个安装在每个所述轴颈上的圆筒形耐磨套筒，
每个所述轴颈设置在所述孔之一中，并由该孔支承，
每个轴承包括一对并列的垫片，
每个垫片具有一个平支承面，
所述平支承面设置在相互交叉成钝角的多个平面内，
所述限制装置包括一个在所述轴颈之一的外端附近设置的止动面，
所述支承面至少与所述套筒同宽，
所述止动面间的距离大于所述辊子的全长，所以在所述带的涂敷期间，所述套筒的全部宽度由所述轴承支承。
18.一种将熔融金属连续热浸涂敷到金属带上的设备，它包括：
一种包含熔融的涂敷金属的熔池的容器；至少一个浸入所述熔池、决定金属带通过所述熔池的路径的辊子，由于所述带所受的张力，所述带向所述辊子施力；以及一对用以支承辊子的间隔放置的臂，
每个所述轴颈包括一个半球形端部，
每个支承臂具有一个上端和一个下端，
所述上端安装在所述容器上方的位置上，
每个所述下端浸入所述熔池，并包括支承所述辊子的装置以及限制辊子横向碰撞的装置，
每个支承装置包括一个过大的孔，一个装在所述孔中的陶瓷耐磨轴承以及一个安装在每个所述轴颈上的圆筒形耐磨套筒，
每个所述轴颈设置在所述孔之一中，并由该孔支承，
每个轴承包括一对并列的梯形垫片，
每个垫片具有一个平支承面，
所述平支承面设置在相互交叉成钝角的多个平面内，
所述限制装置包括一个在所述轴颈之一的外端附近设置的顶推臂，
所述顶推臂安装在所述支承臂的下端，并从该臂伸出，
所述支承面比套筒宽，
所述止动面间的距离大于所述辊子的全长，从而在所述带的涂敷期间，所述套筒的全部宽度由所述轴承支承。
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