CN1212902C - 供给条带材料的夹送辊组件及连续浇铸金属条带的设备 - Google Patents

Abstract

一种可以用于供给热的金属条带的夹送辊组件包括一对夹送辊。至少一个辊(21)包括提供外周辊表面(32)的铜或铜合金的管(31)，以及内部水冷却通道(23、33、34、35)，以通过水流过通道来冷却圆柱形管。铜或铜合金的管(31)配装到圆柱形辊轴(24)上，该辊轴形成有端部轴(25、26)，以用于将辊安装到轴颈轴承(27、28)中。轴设置有旋转驱动联轴器(29)，并且轴(25)配装有旋转水接头(38)，用于将冷却水流到水流动通道(23、33、34、35)中。

Description

供给条带材料的夹送辊组件 及连续浇铸金属条带的设备

技术领域

本发明涉及用于供给条带材料的夹送辊组件，该组件尤其是用在供给过程中条带不能被淬火情况下的高温下。其可应用在供给从诸如双辊铸机的连续铸机生产的热金属条带中。

背景技术

在双辊铸机中，熔融金属引入一对相对旋转的水平浇注辊之间。浇注辊被冷却，以便熔融金属表皮在移动的浇注辊表面上固化，并在浇注辊之间的辊隙处被传送到一起，而产生从各浇注辊之间的辊隙向下传送的固化条带产品。术语“辊隙”在此用于指各浇注辊最靠近到一起的大致区域。熔融金属可以从铸勺倾倒到较小容器中或一系列容器中，由此熔融金属流过金属传送喷嘴，而恰好在辊隙之上形成支撑在各辊浇铸表面上的熔融金属池。这个浇铸池可以限定在侧板或挡板(dam)之间，而侧板或挡板保持与浇注辊端部滑动接合。

离开铸机的热的条带可以穿行到卷绕装置，条带在其上缠绕成条带卷。在铸机和卷绕装置之间，条带可能经受联机(in-line)处理，如受控的温度降低、还原轧制(reduction rolling)、完全热处理或这种处理步骤的组合。卷绕装置和联机处理装置一般将相当大的张力施加到条带上。此外，双辊铸机的浇铸速度和随后的联机处理和卷绕的速度之间的差异必须得以调和。尤其在最初启动的过程中这些速度中的差异会增大，并知道实现稳定状态浇铸速度为止。为了适应这些要求，可以使得离开铸机的热的条带以环形形式无阻碍地悬挂，并然后穿过一组或多组夹送辊，而进入生产线的拉伸部分中，在该部分中条带会在卷绕之前经历进一步处理。夹送辊对下行线路中设备所产生的拉伸提供阻尼，并也用来将条带供给到下行线路中的设备上。

这种类型的双辊条带铸机在转让给Davy McKee(Sheffield)有限公司的美国专利5503217中公开。在这个浇铸生产线中，热的金属条带在穿行到第一组夹送辊之前无阻碍地悬挂成环形，该组夹送辊将条带送过温度控制区。在穿过另一组夹送辊之后，条带前进到卷绕装置。通过在后续的各组夹送辊之间包括轧制机，可以可选择地热轧条带。然而，如美国专利5503217中所指出的，从张力穿行到处理生产线的拉伸部分的条带可能从一侧到另一侧偏移。条带的这种偏移可以通过提供第一组夹送辊来控制从环形到处理生产线拉伸部分的条带来予以克服。

此第一组夹送辊必须能够在热的金属条带固化后非常快地夹紧并供给热的金属条带。尤其是在浇铸含铁金属条带时，条带在生产线中此位置处的温度非常高，超过1000℃，并一般在1200℃数量级上，而条带自身非常柔软并易于损坏。此外，在此位置处的条带封闭在还原气氛中，在这种情况下淬火用水不能够随着条带被供给过夹送辊而施加到条带上。已经发现如果传统的钢夹送辊用于在该位置处供给热的条带，那么局部缺陷将压印在最终条带中会露出的条带表面上。在这些条件下，所压印的缺陷一般是由于钢夹送辊上产生热点造成在这些区域处局部热膨胀并形成凸起，而凸起在条带中压印凹坑。当这个过程中轧制钢条带时，来自条带表面的鳞皮会粘结到夹送辊的热点上。于是，由于局部热膨胀造成的任何热点会快速累积成相当大的凸起，而后者会在条带中产生严重的压印缺陷。

发明内容

本发明通过提供一种夹送辊组件能够缓解这个问题，该夹送辊组件减少热点的产生，并减少由于局部热膨胀导致的凸起在夹送辊表面上形成。

根据本发明，提供了一种用于供给热的金属条带的夹送辊组件，其包括一对平行的夹送辊，以在夹送辊之间的辊隙中接收条带，并包括驱动夹送辊的驱动装置，以便在夹送辊之间供给条带。至少一个夹送辊、并可以是两个包括一对端部支撑轴、在支撑轴之间延伸的铜或铜合金的圆柱管、以及能够使冷却水在夹送辊内部流动来冷却该套筒的冷却水通道。圆柱管提供了一个直径至少为300mm的外周夹送辊表面，并与形成冷却水流的冷却水通道一起足以在夹送辊的辊隙处提供条带的较小位移。

端部轴连接到圆柱形辊轴(即，实心或中空的圆柱框架)上，而铜或铜合金管作为外部套筒配装于其上。在这个实施例中，水流动通道可以限制于圆柱形辊轴内。更详细地说，冷却水通道可以包括圆柱形辊轴内的纵向通道，该通道一般靠近套筒、围绕的辊轴在圆周方向上均匀间隔开。

另外，夹送辊可以为无辊轴结构，其中端部轴具有连接到铜或铜合金圆柱管相应端部上的端部结构。在这个实施例中，水流动通道可以将冷却水传送到圆柱管的内部，或者该通道可以纵向延伸而通过该管。

夹送辊的外周辊面的直径可以至少为500mm，另外，夹送辊的外周辊面的直径可以满足以下公式：

$D>2{\mathrm{\σ}}_y^{-2}\·q\frac{1}{\mathrm{\π}(\frac{1-v_1^2}{E_1}+\frac{1-v_2^2}{E_2})}---\left(1\right)$

其中：q：     每单位宽度的负载

      D：     夹送辊直径

      v₁、v₂：夹送辊和条带的泊松比

      E₁、E₂：夹送辊和条带的杨氏模量

      σ_y：   最小屈服应力

本发明可以与用于连续浇铸金属条带的装置一同使用，该装置包括一对浇注辊，在他们之间形成辊隙；金属传送装置，用于将熔融金属传送到浇注辊之间的辊隙内以恰好在辊隙之上形成制成在浇注辊表面上的熔融金属浇铸池；辊驱动装置，在相反的旋转方向上驱动浇注辊，以产生从辊隙向下传送的固化金属条带；以及条带供给装置，其一般设置到铸机的一侧上，以从铸机接收条带，并供送条带远离铸机。本发明的夹送辊组件可以用于在浇铸之后不久将张力施加到热的条带上，该条带处于具有还原气氛的封闭腔室内、高于1000℃的高温下。

夹送辊组件装置包括一对平行的夹送辊，以在各辊之间的辊隙内接收条带，并包括驱动夹送辊的驱动装置，以便将条带供给到夹送辊之间。至少一个并通常是两个夹送辊包括一对端部支撑轴；铜或铜合金的在端部支撑轴之间延伸的圆柱管，以提供外周辊表面；以及辊内部的冷却水通道，以通过冷却水的流动冷却圆柱管。夹送辊组件可以是一对端部支撑轴、圆柱形辊轴，铜或铜合金管作为外部套筒配装于其上，或者是在支撑轴之间延伸的铜或铜合金的无辊轴圆柱形套筒，以提供外周辊表面。外周辊表面的外径大约300mm，并与形成冷却水流动的冷却水通道一起使条带在夹送辊的辊隙处能够进行较小的位移。

附图说明

参照附图，应用于条带铸机的本发明的特定实施例将得以更全面地理解，图中：

图1示意性示出了带有本发明的夹送辊组件的实施例的条带浇铸设备；

图2示出根据本发明实施例的夹送辊组件；

图3是在穿过图2的夹送辊组件的线3-3上的横截面图；

图4示出了图2所示类型的夹送辊组件如何与传统钢辊结合工作的；

图5示出其中一对夹送辊的每一个都是以图2所示的方式构造的夹送辊组件；

图6示出根据本发明实施例的夹送辊组件；

图7是在穿过图6所示的夹送辊组件的线7-7上的横截面图；以及

图8示意性示出在工作过程中施加到本发明实施例的夹送辊组件上的压力分布。

具体实施方式

图1所示的条带浇铸设备包括总地标识为11的双辊铸机，该铸机生产以环形悬挂在铸机11和第一夹送辊组件14之间的浇铸钢条带12，而第一夹送辊组件14拾取条带12并将其向前传送过第二夹送辊组件15而到达卷绕装置16。在夹送辊组件14和15之间，条带12可以通过穿过热轧机(未示出)而被热轧，并可以穿行到输出辊道上，在该输出辊道上，条带可以在前进到卷绕装置16之前由水射流强制冷却。

双辊铸机11包括一对浇注辊17，熔融金属通过顶箱(header box)18供给到其上，而在浇注辊17的辊隙之上形成驻留在辊的浇铸表面上的浇铸池，该浇铸池由侧挡板19限制在辊的端部处。浇注辊17是内部水冷的。浇注辊17被驱动成相对旋转，以便在浇注辊四周表面上固化的金属表皮在各辊之间的辊隙处传送到一起，以形成固化的条带12，条带12通过浇注辊的转动而从辊隙向下传送。

在离开铸机11时，条带12悬挂成无阻碍的环形13，由此它穿过第一夹送辊组件14，该第一夹送辊组件14包括一对夹送辊21和22。夹送辊21和22将条带12供入下行线路中的设备中，并对该设备产生的张力提供阻抗，同时使得夹送辊21和22下游的条带12悬挂成无阻碍的环形，而基本上不施加张力。

当用铸机11浇铸钢条带时，进入第一夹送辊组件14的条带12将大约在1200℃数量级的温度下，而条带12可以具有一薄层表面鳞皮，即使在采用鳞皮抑制(如通过惰性气体机壳)时。可以发现如果传统钢夹送辊替代第一夹送辊组件14的夹送辊21和22使用，夹送辊21和22的外周圆柱表面形成凸起处，该凸起处在条带12的表面上施加压印缺陷。这些凸起处对应于温度上的热点，后者是由于辊21和22因为他们接触热的条带12而被加热所产生的。热点导致产生凸起处的局部热膨胀，而凸起处又导致鳞皮沉积物的累积，从而在辊表面上形成非常明显的局部凸起。

这个问题通过使用图2和3所示的夹送辊组件予以解决。该夹送辊组件包括圆柱形辊轴24，且带有支撑圆柱形辊轴24的端部轴25和26，用于在轴颈轴承27和28内旋转。圆柱形辊轴24和支撑轴25和26可以由不锈钢形成。轴26设置有传动联轴器29，用于与驱动芯轴连接，以便转动夹送辊21和22。

圆柱形铜或铜合金套筒或管31紧密配装在辊轴24上，从而提供了夹送辊的外周辊表面32。夹送辊的辊轴24设置有冷却水流动通道23，以便对套筒或管提供连续冷却。水流动通道23由一系列靠近圆柱形套筒31的纵向通道33和在辊轴24端部处的径向通道34和35构成，其中纵向通道围绕圆柱形辊轴24的外部在圆周方向间隔开，而径向通道与中央入口36和出口37相连接，该入口和出口通过支撑轴25上的旋转水接头38与通道23相连接。

图4示出一种夹送辊组件14的布置，其中一个夹送辊21具有如图2和3所示的结构，而另一个夹送辊22为传统的钢辊。夹送辊21和22连接到相应的旋转驱动芯轴41和42上。

图5示出根据本发明的另一实施例，其中，两个夹送辊21和22以图2和3所示的方式构成。在这个实施例中，两个夹送辊21和22具有外部圆柱形套筒或管31、以及用于冷却这些套筒的内部水流动通道23A。

由于铜的高导热性，圆柱形套筒或管31很不易于形成热点，这是由于从热条带传导的热量比通过实心钢制体更均匀地传导过套筒或管31。于是，任何热膨胀局部化小得多，并且趋于在夹送辊的外周辊表面32上更均匀地扩散。同时，通过经通道23A流动的冷却水不断从圆柱形套筒或管31中吸取热量，并急剧降低热点产生的趋势。这种构造的夹送辊21和22明显减小了条带12表面上的压印缺陷的产生。

图6和7示出根据本发明的夹送辊组件的另一实施例。在这个实施例中，没有中心辊轴。夹送辊由铜或铜合金的圆柱形管50形成，该圆柱形管50安装在一对不锈钢短轴51和52之间。短轴51和52以及管50以同轴关系固定到一起，以形成夹送辊。管50设置有一系列纵向水流动通道53，该通道是通过从一端到另一端穿过圆柱形管50钻出长孔而形成，各孔的端部依次由端部孔塞54和短轴固定螺钉55封闭。短轴51和52具有紧密地配装在辊管50的端部之内的端部形式56和57，并包括抵靠管50的两个端部的圆周法兰58和59。短轴51和52通过固定螺钉55固定到管50的端部上，而该固定螺钉55延伸过法兰中的孔，并进入限定水流动通道53的一些纵向孔的攻螺纹的端部内。未攻螺纹的剩余孔的端部由螺纹孔塞54封闭。

在图6和7所示的结构中，冷却水在管50内的水流动通道53经由形成在短轴51和52的内端形状56和57内的径向通道61和62来回流动。径向通道61和62与入口和出口通道63和64以及旋转水接头65连接，回水从通道62通过管50的内部流回到出口通道64。

图6和7所示的辊构造可以使圆柱形管50得以非常有效的冷却，并明显减少在夹送辊外周辊表面66内出现热点，并进而明显减少压印缺陷在条带12表面内的产生。

使外周辊表面66由铜或铜合金管50形成的重要性由表1证实。表1给出了在各种冷却水流速下在内部水冷Cu-Cr合金辊管50的外周辊表面66上以及在内部水冷碳钢辊管上的凸出区域或接触点处的表面温度计算结果。

表1冷却表面和外表面温度

夹送辊材料	冷却水量m3/Hr	冷却热传导W/m2K	冷却表面温度C	外表面温度C
						接触点(最大)	恰在接触之上
				Cu-Cr合金	27			7081	71	170	98
Cu-Cr合金	54	12300	57			159	87
				Cu-Cr合金	13.5			4060	93	190	120

碳钢	27	7080	64	383	221
						碳钢	54	12300	54	377	213
碳钢	13.5	4060	80	391	232

从表1中可以看出，钢夹送辊上的热点根据水流速度可以达到377到391℃的温度，而Cu-Cr合金夹送辊的相应温度减小到150到190℃。因为Cu-Cr合金具有钢的六倍大小的导热性，所以限制了在任意热点处的温度升高，并在辊每转过程中在夹送辊与条带脱离接触后热量从这些区域中耗散掉，于是，在外部辊表面上的局部凸出明显减少，在这些区域处较低温度和较低压力的结合明显减小了鳞皮弄脏并粘附到外部辊表面上从而产生压印缺陷的趋势。

通过利用异常大直径的夹送辊来控制施加到条带上的最大压力，可以进一步减少压印的形成。必须向夹送辊上施加足够的力，以使他们牢固地夹紧条带，并向前供送条带。从而，施加到条带上的压力取决于夹送辊和条带之间的接触面积，并且将随着夹送辊直径的增大而降低。

图5示意性示出施加于夹送辊和条带之间接触区域处的条件。参照该图，由夹送辊施加到条带上的最大压力将由如下公式确定：

$P_0=\sqrt{\frac{1}{\mathrm{\&pi;}}\frac{q}{R}\frac{1}{(\frac{1-v_1^2}{E_1}+\frac{1-v_2^2}{E_2})}}<{\mathrm{\&sigma;}}_y---\left(2\right)$

其中：q：     夹送辊单位长度的负载

      R：     夹送辊半径

      v₁、v₂：辊和条带的泊松比

      E₁、E₂：辊和条带的杨氏模量

      σ_y：   最小屈服应力

于是，夹送辊的外周表面的直径可以满足本说明书前面所论述的公式(1)。

已经确定了当供给由双辊铸机生产的钢条带时，理想地是保持20MPa或更小的最大压力，而这将需要300mm或更大的夹送辊直径。一般，如果在保持20MPa的最大压力的同时施加100kN的夹送辊力，夹送辊直径应选择成530mm。

Claims (18)

1.一种用于供给热的金属条带的夹送辊组件，包括一对平行的夹送辊，以在各辊之间的辊隙内接收条带；以及驱动至少一个夹送辊的驱动装置，以便在各夹送辊之间供给条带，其特征在于，至少一个夹送辊包括：

一对端部支撑轴；

铜或铜合金的圆柱形管，其在端部支撑轴之间延伸，以提供外周辊表面；以及

形成在夹送辊内部的冷却水通道，以通过冷却水通道来冷却圆柱形管。

2.如权利要求1所述的夹送辊组件，其中，该组件还包括圆柱形辊轴，所述端部支撑轴是该圆柱形辊轴的一部分，所述铜或铜合金圆柱形管作为外部套筒配装到该辊轴上。

3.如权利要求2所述的夹送辊组件，其中，该冷却水通道限制在该圆柱形辊轴内。

4.如权利要求3所述的夹送辊组件，其中，该冷却水通道包括该圆柱形辊轴内靠近该圆柱形管在圆周方向上围绕该辊轴间隔开并且沿该辊轴长度延伸的纵向通道。

5.如权利要求1所述的夹送辊组件，其中，该夹送辊为中空的结构，该端部支撑轴具有连接到相应圆柱形管端部的端部结构。

6.如权利要求5所述的夹送辊组件，其中，该冷却水通道将冷却水传送到该圆柱形管的内部。

7.如权利要求5或6所述的夹送辊组件，其中，该冷却水通道包括沿该圆柱形管长度延伸的通道。

8.如权利要求1至6中任一项所述的夹送辊组件，其中，该夹送辊的外径至少为300mm。

9.如权利要求8所述的夹送辊组件，其中，该夹送辊的外径至少为500mm。

10.如权利要求1至6中任一项所述的夹送辊组件，其中，该夹送辊的外径满足以下公式：

$D>2{\mathrm{\&sigma;}}_y^{-2}\&CenterDot;q\frac{1}{\mathrm{\&pi;}(\frac{1-v_1^2}{E_1}+\frac{1-v_2^2}{E_2})}$

其中：q：     夹送辊单位长度的负载；

      D：     夹送辊直径；

      v₁、v₂：夹送辊和条带的泊松比；

      E₁、E₂：夹送辊和条带的杨氏模量；

      σ_y：   最小屈服应力。

11.如权利要求1至6中任一项所述的夹送辊组件，其中，所述至少一个夹送辊的数量为两个。

12.如权利要求1所述的夹送辊组件，其中，该组件用于连续浇铸金属条带的设备中，该设备包括一对浇注辊，在他们之间形成辊隙；金属传送装置，用于将熔融金属传送到浇注辊之间的辊隙内，以恰好在辊隙之上形成支撑于浇注辊表面上的熔融金属池；以及辊驱动装置，以在相反旋转方向上驱动浇注辊，从而生产从辊隙向下传送的金属固化条带，所述夹送辊组件设置在铸机的一侧上，以从铸机接收条带并远离铸机对其进行供给。

13.一种夹送辊组件，包括一对端部支撑轴；

铜或铜合金的圆柱形管，其在该端部支撑轴之间延伸，以提供直径至少为300mm的外周辊表面；以及

该辊内部的冷却水通道，以通过冷却水通道来冷却该圆柱形管。

14.如权利要求13所述的夹送辊组件，其中，该端部支承轴为中间辊体的一部分，该中间辊体包括圆柱形辊轴，而铜或铜合金圆柱形管作为套筒配装到该辊轴上。

15.如权利要求14所述的夹送辊组件，其中，该冷却水通道限制于该圆柱形辊轴上。

16.如权利要求14所述的夹送辊组件，其中，该冷却水通道包括辊体内靠近该圆柱形管围绕该圆柱形辊轴圆周方向间隔开并且沿该辊轴长度延伸的纵向通道。

17.如权利要求13所述的夹送辊组件，其中，该冷却水通道包括沿该圆柱形管长度延伸的通道。

18.一种用于连续浇铸金属条带的设备，包括：一对浇注辊，在他们之间形成辊隙；金属传送装置，用于将熔融金属传送到浇注辊之间的辊隙内，以恰好在辊隙之上形成支撑于浇注辊表面上的熔融金属池；辊驱动装置，以在相反旋转方向上驱动浇注辊，从而生产从辊隙向下传送的金属固化条带；以及条带供给装置，其设置在铸机的一侧上，以从铸机接收条带并远离铸机对其进行供送，其中，条带供给装置包括如权利要求1到11中任一项所述的夹送辊组件。

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