CN113218181B - 适用于辊底式加热炉的炉底辊及结瘤在线预防和清除装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种适用于辊底式加热炉的炉底辊及结瘤在线预防和清除装置，其炉底辊包括采用耐火陶瓷浇筑成型的空心辊身，所述空心辊身表面分布有直径为1～10微米的乳突，每个乳突上分布着直径10～200纳米的凸起；其结瘤在线预防和清除装置，包括设置在空心辊身下方的清除钢刷，所述清除钢刷安装在支撑轴的上端，所述支撑轴下端与蜗轮连接，所述蜗轮与蜗杆啮合，所述蜗杆通过联轴器与第一电机连接，所述第一电机安装在底座上，所述底座底部设有顶升装置。本发明能够大幅度减少炉底辊结瘤现象的发生，并且可以实现结瘤的在线清除。

Description

适用于辊底式加热炉的炉底辊及结瘤在线预防和清除装置
技术领域
本发明涉及热冲压成型技术领域，更具体地说，涉及一种适用于辊底式加热炉的炉底辊及结瘤在线预防和清除装置。
背景技术
热冲压成形技术已得到世界各国钢铁和汽车制造厂商的高度重视和广泛应用。目前国内生产线大多采用辊底式加热炉，其热处理是提升钢板性能的一道关键工序，而炉底辊在此过程中起着输送钢胚的作用。但是在实际生产中由于炉体密封不良带入空气发生氧化作用，以及入炉前对于钢胚喷丸不彻底没有及时清除氧化皮等原因，会导致氧化皮粘结在900℃左右高温辊上而产生严重结瘤现象，产生结瘤后主要有以下危害：1.钢胚划过后会划伤钢胚表面产生辊印，影响钢胚质量甚至导致钢胚报废；2.影响钢胚的运行轨迹使其无法到达既定工位，从而导致机械手无法将其夹持并送入压力机中，即使能够送入压力机中，对于质量严重降低的钢胚冲压后产品也是无法使用的，多进行一道无用工序，既浪费资源也影响生产效率。目前针对结瘤问题主要采用的方法就是降温后利用钢板进行来回趟炉或者停炉后拆辊进行人工打磨。前一种方法效果差且无法清除干净，后一种利用人工打磨虽然清除效果好但是需要停工，影响生产效率且人力成本大。而且以上方法均是在结瘤后进行清除，而并非是从源头上预防结瘤的产生。
专利文献CN204739923U公开一种在线清除热处理炉炉底辊结瘤的装置，该装置包括放在炉辊上的钢板，沿钢板长度方向用数控火焰切割设备切割出鱼骨形的豁口，在不需要停炉的状态下有效利用热处理炉回火和正火两个温度状态，将钢板进行多次来回输送，利用鱼骨形豁口跟辊面间摩擦作用来清除结瘤，但本质上还是属于趟炉的一种，难以清除干净效果不佳。
专利文献CN210486542U一种炉底辊结瘤自动清除装置，其包括：底板、顶升缸、第一电机、立柱、第二电机和打磨滚筒，通过将拆除后的炉辊夹持在该装置上，用电机驱动其旋转，然后动过其他电机带动两端打磨滚筒对其进行打磨，相较于人工打磨其节省劳动力且清除效率高，但需要停炉会影响整个生产效率，因此不宜大规模采用。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于，提供一种适用于辊底式加热炉的炉底辊及结瘤在线预防和清除装置，能够大幅度减少炉底辊结瘤现象的发生，并且可以实现结瘤的在线清除。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种适用于辊底式加热炉的炉底辊，包括采用耐火陶瓷浇筑成型的空心辊身，所述空心辊身表面分布有直径为1～10微米的乳突，每个乳突上分布着直径10～200纳米的凸起。
上述方案中，所述空心辊身内部安装有高压喷管和水冷管，所述高压喷管和水冷管不连通，所述高压喷管连通设置在空心辊身表面的喷孔，所述高压喷管用于供给水基薄膜润滑剂或水。
上述方案中，所述水基薄膜润滑剂为水基石墨或水基氮化硼，水基薄膜润滑剂内粉末的直径为3～6um。
本发明还提供了一种所述适用于辊底式加热炉的炉底辊的结瘤在线预防和清除装置，包括设置在空心辊身下方的清除钢刷，所述清除钢刷安装在支撑轴的上端，所述支撑轴下端与蜗轮连接，所述蜗轮与蜗杆啮合，所述蜗杆通过联轴器与第一电机连接，所述第一电机安装在底座上，所述底座底部设有顶升装置。
上述方案中，所述顶升装置包括顶升杆和顶升缸。
上述方案中，所述清除钢刷上方设有滑道和在滑道内运行的隔热卷帘门，所述滑道固定在空心辊身下端炉臂上，所述隔热卷帘门与第二电机连接。
上述方案中，所述底座和箱体、箱盖围成密闭空间，所述蜗轮位于密闭空间内，所述箱盖顶部设有供所述支撑轴穿过的通孔，所述箱体侧边设有供蜗杆穿过的通孔。
上述方案中，出炉口处设有基于机器视觉的两组机械手，其中一组机械手用于甄别并取出加热后不合格的钢板，另一组机械手用于实时监测并且追踪合格钢板位置。
实施本发明的适用于辊底式加热炉的炉底辊及结瘤在线预防和清除装置，具有以下有益效果：
1、本发明避免了停炉，拆辊，卸辊，打磨等工序，节省人力成本也进一步保证人员安全，同时不停炉在线清除提高生产效益。
2、本发明可以预防和减小结瘤现象的发生，因此从根源解决结瘤问题带来的危害，也为后续少量的结瘤清理工作减小工作强度。
3、本发明中喷射出的水基薄膜润滑剂可选用石墨粉末或者氮化硼，若选用氮化硼，其有良好的电绝缘性、导热性和耐化学腐蚀性，抗氧化温度可达900℃，能耐高温至2000℃，在高温时也具有良好的润滑性，是一种优良的高温固体润滑剂；化学性质稳定，对几乎所有的熔融金属都呈化学惰性，常用作固体密封剂和润滑剂，因此在本发明中能够发挥极佳的润滑，防氧化作用，极大程度上防止粘钢。同时也可选择价格相对较低的石墨，但需要控制好石墨的含量来防止其碳化。同时润滑剂中还可以添加表面活性剂，确保辊面充分浸润，防锈添加剂：防止运输管道及工作缸锈蚀。
4、本发明中的喷射水基薄膜润滑剂功能是对辊面特殊结构防粘钢功能的一种补充，因此可根据实际生产需要选择启用或者关闭，同时将水基薄膜润滑剂换成水之后也可实现自动清洁辊面的功能。
5、本发明的清除装置与炉辊之间有一道隔热卷帘门，清除装置不工作时，隔热门关闭，从而避免清除刷长时间受高温破坏，可以降低钢刷的耐热极限，降低制造成本的同时延长使用寿命。
6、本发明的炉底清除装置，高度可调。可根据钢刷的磨损程度调整钢刷与炉辊的接触面积使清除效果最优化，同时清除工况可设置成连续或间歇式的工作模式。驱动电机位于炉外，避免了炉内高温烧毁电机的现象发生，延长电机使用寿命。
7、本发明在出炉口处的机械手采用两组且结合机器视觉技术的方案，具有检测钢胚质量及实时追踪钢胚位置的功能，能够及时的剔除少量受结瘤影响而不合格的钢胚避免其进入冲压机进行无用工序，同时也可以正确的夹持受结瘤影响偏离既定工位的钢胚。
附图说明
下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：
图1是本发明装置的炉辊结构及辊面微观结构示意图；
图2是炉辊A-A刨面图；
图3是本发明线预防和清除装置结构示意图；
图4是本发明线预防和清除装置中的箱盖箱体底座的三视图；
图5是钢刷的俯视结构示意图；
图6是隔热卷帘门的结构示意图。
具体实施方式
为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图详细说明本发明的具体实施方式。
如图1所示，本发明的适用于辊底式加热炉的炉底辊及炉底辊结瘤在线预防和清除装置。其包括由耐火陶瓷制表面遍布直径为微米-纳米级乳突1.4和凸起1.5的空心辊身2.4，安装于空心辊身2.4内部的高压喷管2.6及水冷管2.5。
辊身表面：请参阅图1，喷孔1.1、1.2、1.3沿水平方向均匀分布，间距10～20cm，喷孔直径0.5～1mm，具体个数由实际炉辊长度而定，请再次参阅图1，图中辊面局部微观放大图所示分布众多乳突1.4，其中乳突1.4高度为1～10um，间距约2um，直径约1um，每个乳突1.4上分布着直径10～200nm的凸起1.5，即微观下辊面为毛绒装物体覆盖。因此辊面的乳突1.4与凸起1.5间隙遍布空气，从而形成一层纳米级的空气层，即相当于辊面吸附一层纳米级的保护膜，因此当氧化皮脱落到辊面时，由于隔着一程纳米保护膜，其实际上只能与凸起1.5顶部的点接触，极大减小接触面积从而避免粘钢现象发生。
辊身内部：请参阅图2，空心辊身2.4内部装有水冷管2.5，高压喷管2.6，相邻喷嘴2.1，2.2，2.3沿径向均匀分布，即α＝β，具体角度及个数视实际生产需要而定，水冷管2.5与高压喷管2.6不互通。水冷管2.5起冷却作用需要持续供水，高压喷管2.6仅在工作时供给水基薄膜润滑剂。水基薄膜润滑剂可选用水基石墨或者水基氮化硼，喷出的粉末直径在3～6um，远大于辊面乳突1.4间距，从而防止颗粒卡在间隙中破坏辊面结构。当炉辊运行一定时间后高压喷管2.6可以进行一次喷射，喷射出的悬浊液其水分快速蒸发，在辊面形成一层均匀极强粘附性的润滑膜，润滑膜含有高纯度颗粒极细的石墨或氮化硼粉末，同作用表面精密结合，当润滑膜与热的钢胚接触时润滑成分立即释放产生优异的润滑效果从而防止粘钢，避免结瘤现象发生。同时该高压喷管2.6内也可装入水，生产线运行一段时间后，可进行一次降温喷射，喷出的水蒸气，在高速旋转的辊面上，利用辊面特殊构造的疏水效应，可快速带走辊面的灰尘等细小颗粒，实现自动清洁。
本发明适用于辊底式加热炉的炉底辊及结瘤在线预防和清除装置包括固定在辊底下端炉臂上的滑道3.14，在滑道3.14内运行的隔热卷帘门3.15，连接于支撑轴3.2的清除钢刷3.1，连接于支撑轴3.2下端的蜗轮3.6，与蜗轮3.6啮合的蜗杆3.7，连接于蜗杆3.7外端的联轴器3.9，与联轴器3.9连接的第一电机3.10，固定第一电机3.10支撑杆的底座3.5，与底座3.5连接的带通孔箱盖3.3及箱体3.4，连接底座3.5的顶升装置3.8。出炉口设有两组采用机器视觉技术的机械手。顶升装置3.8包括顶升杆和顶升缸。
请参阅图3，如图所示清除钢刷3.1与支撑轴3.2之间刚性连接，每个支撑轴3.2下端固定有蜗轮3.6，以及与蜗轮啮合的蜗杆3.7。蜗杆3.7外端与电机3.10之间靠联轴器3.9连接，同时靠箱体的通孔3.12处的轴承以及箱内的轴瓦3.14支撑。整个装置由底座3.5支撑，其与箱体3.4，箱盖3.3共同组成密闭空间且均采用耐热材料制成，对内部的蜗杆蜗轮传动件起到保护作用。箱盖3.3，箱体3.4与底座3.5组成的保护装置请参阅图4。箱盖3.3上有若干个通孔3.11，其与支撑轴之间为松配合，箱体一侧留有通孔3.12，其与蜗杆3.7之间松配合。清除钢刷3.1的俯视图请参阅图5，其上面钢丝采用耐磨耐高温的合金钢制成，且底座的直径略等于炉辊直径，因此可根据实际的炉辊长度合理安排钢刷的个数以及与之对应箱盖通孔个数，尽可能保证整个炉辊长度方向能够被全部清理。整个装置下端安装有多个顶升装置3.8，用于整个清除装置的升降。
请参阅图6，图中以4个炉辊为一组，共用一道隔热卷帘门3.15，隔热卷帘门3.15沿固定在炉臂上的滑道3.14移动，由第二电机3.16驱动卷帘中心轴3.17运动，从而带动隔热卷帘门3.15运动来实现整个装置的开闭，其中第二电机3.16固定在炉臂外部，避免受高温影响，卷帘门采用耐高温隔热材质制成，从而保护内部钢刷不受高温破坏。
出炉口处机械手采用两组配合工作模式并且基于现有的机器视觉技术其中一组用于及时甄别并且抓取受结瘤影响不合格的钢胚，防止其进入冲压机，另一组用于实时追踪合格钢胚的位置对于由于偏离既定方向而未到达预定工位的钢胚可以正常抓取送入冲压机中。
本发明工作模式如下：
请参阅图3：钢胚3.13在炉辊上运行时其与炉辊的接触方式如图所示，由于钢胚仅与炉辊表面之间存在纳米级空气薄膜，因此其只能与辊面纳米级的部分凸起顶部接触，减小了运行过程中二者接触面积，可减少炉辊粘钢的发生。
请参阅图1、图2：炉辊的空心辊身2.4内部安装有高压喷管2.6，其与水冷管2.5不连通。高压喷管2.6连通辊面的喷嘴，在轮辊运行一段时间后可进行一次喷射，其喷出的悬浊液其水分快速蒸发，在辊面形成一层均匀极强粘附性的润滑膜，润滑膜含有高纯度颗粒极细的石墨或氮化硼粉末，同作用表面精密结合，当润滑膜与热的钢胚接触时润滑成分立即释放产生优异的润滑效果从而防止粘钢，避免结瘤现象发生。
请再次参阅图1，图2；当运行一定时间后，可进行一次不停炉降温，降至100℃以下，然后将高压喷管内通入水，进行喷射，利用辊面结构的疏水特性，在高速旋转下，将辊面灰尘等快速清除，实现自动清洁。
请再次参阅图3，图6：当长时间工作后有少量结瘤需要清理时，启动辊底的清除装置，同时启动驱动电机3.16，驱动电机3.16驱动卷帘中心轴3.17运动从而带动卷帘门3.15沿滑道3.14滑动，使整个隔热装置开启，通过控制顶升装置3.8，可以将整个底座3.5及整个清除机构抬高使钢刷3.1与炉辊接触，同时第一电机3.10启动，使联轴器3.9带动蜗杆3.7旋转，蜗杆3.7通过带动多个固定于支撑轴3.2底部的蜗轮3.6，从而使支撑轴3.2旋转，因此可以带动整个钢刷3.1旋转，利用钢刷3.2与辊面间摩擦作用实现结瘤快速清理。若要停止清理只需控制顶升装置3.8使钢刷3.1先与炉辊分离，在关闭电机即可。
最后，当钢胚加热完成出炉后，出现质量不合格例如压痕过深，会被识别由其中一组机械手抓取送入废料回收区；对于跑偏没到达预定工位的钢板，机械手会实时调整等待位置来正确抓取，再送入压力机。
上面结合附图对本发明的实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，这些均属于本发明的保护之内。

Claims (6)

1.一种适用于辊底式加热炉的炉底辊，其特征在于，包括采用耐火陶瓷浇筑成型的空心辊身，所述空心辊身表面分布有直径为1～10微米的乳突，每个乳突上分布着直径10～200纳米的凸起；
所述空心辊身内部安装有高压喷管和水冷管，所述高压喷管和水冷管不连通，所述高压喷管连通设置在空心辊身表面的喷孔，在工作时，所述高压喷管用于供给水基薄膜润滑剂，水基薄膜润滑剂为水基石墨或水基氮化硼，喷出的粉末直径在3～6um，远大于辊面乳突间距；生产线运行一段时间后，所述高压喷管内装入水，喷出水蒸气，实现辊面自动清洁。
2.一种权利要求1所述适用于辊底式加热炉的炉底辊的结瘤在线预防和清除装置，其特征在于，包括设置在空心辊身下方的清除钢刷，所述清除钢刷安装在支撑轴的上端，所述支撑轴下端与蜗轮连接，所述蜗轮与蜗杆啮合，所述蜗杆通过联轴器与第一电机连接，所述第一电机安装在底座上，所述底座底部设有顶升装置。
3.根据权利要求2所述的适用于辊底式加热炉的炉底辊的结瘤在线预防和清除装置，其特征在于，所述顶升装置包括顶升杆和顶升缸。
4.根据权利要求2所述的适用于辊底式加热炉的炉底辊的结瘤在线预防和清除装置，其特征在于，所述清除钢刷上方设有滑道和在滑道内运行的隔热卷帘门，所述滑道固定在空心辊身下端炉臂上，所述隔热卷帘门与第二电机连接。
5.根据权利要求2所述的适用于辊底式加热炉的炉底辊的结瘤在线预防和清除装置，其特征在于，所述底座和箱体、箱盖围成密闭空间，所述蜗轮位于密闭空间内，所述箱盖顶部设有供所述支撑轴穿过的通孔，所述箱体侧边设有供蜗杆穿过的通孔。
6.根据权利要求2所述的适用于辊底式加热炉的炉底辊的结瘤在线预防和清除装置，其特征在于，出炉口处设有基于机器视觉的两组机械手，其中一组机械手用于甄别并取出加热后不合格的钢板，另一组机械手用于实时监测并且追踪合格钢板位置。
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