CN1668396A - 电热式滚轧装置 - Google Patents

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Abstract

一种电热式滚轧装置，包括：多个用于滚轧金属带的工作滚轮；用来产生脉冲电流的电源供应器；一对上游接触构件，接触构件配置在该金属带通过工作滚轮之前的位置中；以及一对下游接触构件，下游接触构件在该金属带已由工作滚轮滚轧完成并从而通过之后的位置中，与这些上游接触构件相对配置。接触构件电性连接到该电源供应器。每一个接触构件包括有：接触该金属带的第一接触部分、从该第一接触部分处朝向工作滚轮的方向延伸并同时与该金属带隔开的平坦部分，以及从该平坦部分处延伸以接触该金属带的第二接触部分。

Description

电热式滚轧装置
技术领域
本发明涉及一种滚轧装置，并且是特别涉及一种电热式滚轧装置；在连续滚轧工艺期间，该电热式滚轧装置通过使用脉冲电流加热金属带的方式来改善缩减率(reduction rate)，并且防止该金属带因过度加热造成表面氧化。
背景技术
一般而言，冷轧(cold rolling)指室温下在工作滚轮之间压缩与挤压金属带，而热轧(hot rolling)指压缩与挤压金属带并同时加热。
冷轧的优点是尺寸准确度与表面精度佳。然而，冷轧必需一道退火工艺，由此整个滚轧工艺的时间加长并且生产力降低。
在热轧工艺中，该金属带在加热炉中加热，并且接着进给到滚轧装置。将该金属带于滚轧之前加热到特定温度是十分重要的。当加热的温度远低于特定温度时，可能发生许多的困难使得滚轧难以实施、该滚轧装置上施加了过度的负载、以及无法获得滚轧过的金属带所期望的特性。
当该金属带正从该加热炉处卸下之后被输送到该滚轧装置时，该金属带因热辐射而冷却。当该金属带正于滚轧之前接触工作滚轮时，该金属带被进一步冷却。因此，该金属带被加热至考虑到温度的这种下降而确定的一个特定温度。然而，假如将一个过高温度设定为该加热温度时，会增加该金属带的氧化，并且无可避免地增加能源成本。
在这些情况下，可取的是尽可能靠近这些工作滚轮来加热这些金属带。对于此目的，运用一种高频感应加热方法与一种电热方法是可以理解的。
然而，高频感应加热装置是复杂、昂贵与高耗电力的。
一种电热式滚轧装置的实例公开在日本专利公告号：1998-180317中，其将于图1中描述。
如于该图中所示，滑动环(slip ring)12与13电性连接到电源供应器14，这些滑动环12与13被分别地提供在上方工作滚轮10与下方工作滚轮10的每一端部。恒定电流从该电源供应器14供应到这些工作滚轮10与一金属带S，并且该金属带S因为其自身的电阻之故而被加热到预定温度。
然而，现有技术中的电热式滚轧装置存在有消耗过量电力的问题。当具有100mm宽度与2mm厚度的金属带(也就是截面积为2 cm2)以电热的方式被滚轧成具有厚度0.25～0.3mm时，需要大约104A/cm2的电流密度。在使用恒定电流的情况中，该电流强度达到20000A，其由要被滚轧的金属带的截面积来倍增电流密度。
参照此过度电力的消耗，该钢带被加热到范围为400℃到500℃的温度，其在该钢带的表面上造成氧化以及变色。
同样的，因为这些工作滚轮包括在电路中，这些工作滚轮的寿命可能由于电蚀效应(electric corrosion)而缩短，并且额外需求用于防止这些工作滚轮被由该钢带所传递来的热所损坏的冷却装置。
发明内容
本发明的一个目的是克服现有技术中的多个问题，并且提供一种电热式滚轧装置，该电热式滚轧装置改善缩减率，并且防止因连续滚轧工艺期间使用脉冲电流来加热该金属带，使其因此过度加热而造成其表面氧化。
为了达到上述目的，本发明提供一种电热式滚轧装置，该电热式滚轧装置包括有：至少一对工作滚轮，其用来滚轧金属带同时接触该金属带；电源供应器，其用于产生脉冲电流；以及第一与第二传导电极装置，这些装置电性连接到该电源供应器以将该脉冲电流施加到该金属带。该第一传导电极装置配置在该金属带通过这些工作滚轮之前的位置，而将该第二传导电极装置配置成与该第一传导电极装置相反，而位于在该金属带已经由这些工作滚轮滚轧并且通过之后的位置。
根据本发明的优选实施例，第一与第二传导电极装置被分别地实施作为一对接触构件，这些接触构件以接触方式配置在该金属带的上方以及下方。每一接触构件包括有：接触该金属带的第一接触部分、从该第一接触部分的一端部处朝这些工作滚轮延伸同时与该金属带隔开的平坦部分，以及从该平坦部分的一端部处延伸以接触该金属带的第二接触部分。
该第二接触部分沿着该金属带的横向方向分叉成数个部分，并且这些接触构件被提供有弹性构件，该弹性构件用来将该第二接触部分偏压朝向该金属带，用以无间隙地接触该金属带。
根据本发明另一个优选实施例，第一与第二传导电极装置被分别地实施作为一对电极式滚轮，这些电极式滚轮以接触方式配置在该金属带之上方以及下方。
附图说明
本发明上述目的与特征从附图所示的优选实施例的以下说明将变得更加明显。
图1为常规电热式滚轧装置的侧视图。
图2为示出依据本发明的第一实施例的电热式滚轧装置的正视图。
图3示出依据本发明第一实施例的电热式滚轧装置的滚轧站的内部结构的示意图。
图4为示出依据本发明第一实施例的电热式滚轧装置的传导电极装置的透视图。
图5为曲线图，其为相对于滚轧之后的金属带的厚度，以现有技术的冷轧方式(曲线C)与依据本发明第一实施例的电热式滚轧装置(曲线E)来标示施加到金属带上的工作滚轮的压力。
图6示出依据本发明第二实施例的电热式滚轧装置的滚轧站的内部结构的示意图。
图7示出依据本发明第三实施例的电热式滚轧装置的滚轧站的内部结构的示意图。
图8示出依据本发明第四实施例的电热式滚轧装置的滚轧站的内部结构的示意图。
具体实施方式
现在将以参照附图的方式说明本发明的若干个优选实施例。因为本发明的电热式滚轧装置的基本结构与滚轧方法与现有技术的相同，故将省略对其详细的说明。
图2为显示依据本发明第一实施例的电热式滚轧装置的正视图，而图3示意性地显示说明在图2中的电热式滚轧装置的滚轧站的内部结构。
如这些图中所示，根据本发明第一实施例的电热式滚轧装置100包括有：基座110、装设在该基座110上用于进给金属带S的前方条带滚动条(stripreel)112与后方条带滚动条114、装设在该前方条带滚动条112与该后方条带滚动条114之间的滚轧站116、以及用于产生脉冲电流并将其施加到该滚轧站116的电源供应器118。
该滚轧站116包括有：至少两对支撑滚轮122，这些支撑滚轮122以可转动的方式装设、以及至少一对工作滚轮120，这些工作滚轮120以可转动的方式装设用以压缩与挤压该金属带S。一对支撑滚轮122配置在该金属带S之上，而其它对支撑滚轮122位于该金属带S之下。每一个工作滚轮120配置在每一对支撑滚轮122之间，并且由具有高耐热特性与传导性的材料所制成。
该金属带S可以从该前方条带滚动条112移动到该后方条带滚动条114，但是也可以从该后方条带滚动条114朝相反的方向移动到该前方条带滚动条112。本发明的若干优选实施例现在将在从该前方条带滚动条112将该金属带S移动到该后方条带滚动条114的情况下说明。
于本文中，介于该前方条带滚动条112与这些工作滚轮120之间的位置(也就是，于该金属带S通过这些工作滚轮120之前)被界定为“上游”。并且，介于该后方条带滚动条114与这些工作滚轮120之间的位置(也就是，于该金属带S已由这些工作滚轮120滚轧完并通过之后)被界定为“下游”。
参照图3，本发明的电热式滚轧装置100包括有：第一传导电极装置与第二传导电极装置，这些传导电极装置分别地当作一对“上游”接触构件130与一对“下游”接触构件140的方式被实施。这些接触构件130与140邻近该上方与下方工作滚轮120。
该对“上游”接触构件130接触该金属带S的上方表面与下方表面某一接触面积，并且借助缆线119电性连接到该电源供应器118的正极。
进一步于图4详细说明，配置在该金属带S之上的上方接触构件包括有：基座部件131与施加电流(current-applying)部件136，该施加电流部件136连接到该基座部件131。
该基部构件131包括有：第一接触部分132与第一平坦部分133，该第一接触部分132接触该金属带S的上方表面并且向上延伸，而该第一平坦部分133从该第一接触部分132的顶端端部水平延伸并与该金属带S隔开一段预定的距离。在该第一平坦部分133的上方表面提供数个用于连接这些缆线119的端子134。
阶梯部分135形成于该平坦部分133的端部处，而该施加电流部件136的一个端部坐落于该阶梯部分135上。
该施加电流部件136包括有：第二平坦部分137与第二接触部分138，该第二平坦部分137从该金属带S处水平地延伸并与该金属带S隔开预定的距离，而该第二接触部分138从该第二平坦部分137的端部向下延伸并接触该金属带S。
该施加电流部件136的第二平坦部分137容纳于该基部构件131的阶梯部分135之上。将该接触构件130分成该基部构件131与该施加电流部件136是为了制造方便。该接触构件130可以形成为一个单件主体。并且，此种接触构件130具有如该金属带S一样的相同的宽度。
该施加电流部件136的第二接触部分138在整个接触表面应该是平坦的，并且与该金属带S平行的方式配置，以无间隙的方式均匀地接触到该处。然而，如果该第二接触部分138形成于一主体中，则非常难以满足该要求。为解决此问题，该第二接触部分138沿着该金属带S的横向分叉成数个部分。因此，虽然该第二接触部分138不平坦也不与该金属带S平行地配置，但是该第二接触部分138被分割的部分可以被个别地调整，用以无间隙的方式借助物理方式的修改(例如：弯曲等等)而与该金属带S接触。上述方式导致提高该第二接触部分138与该金属带S之间的接触效率与导电性。特别地，这样的第二接触部分138使得当要被滚轧的金属带S变得更加宽时而更有效率。
此外，当滚轧相当宽的金属带S时，加热该金属带S的脉冲电流通过这些端子134而被充分地施加，这些端子134被平均地提供在该接触构件130的第一平坦部分133上。
优选地，该第二接触部分138朝这些工作滚轮120倾斜一个相对于该第二平坦部分137的预定钝角。上述情况是当该金属带S朝向这些工作滚轮120的方向被进给时，为了减小该金属带S表面温度的降低趋势，其借助将该第二接触部分138与这些工作滚轮120之间的距离缩短的方式来达成。
同样地，该第一平坦部分133与第二平坦部分137与该金属带S的分开是为了降低在该接触构件130与该金属带S之间的摩擦，并且借助确保需要传导该脉冲电流的最少接触面积的方式来避免它们之间的磨耗或电弧(electrical spark)。
优选地，该接触构件130是由一种具有高耐磨耗材料(如石墨或铜版等等)所制成。
以接触的方式位于该金属带S之下的下方接触构件与该上方接触构件形状相同的方式形成，但是以对称的方式配置于该处。
多个突出件133a形成在该上方接触构件130与该下方接触构件130的平坦部分的侧边处。这些突出件133a彼此垂直地对准。一种弹性构件150，例如是：弹簧，由这些突出件133a所支撑，使得两端被分别地连接到这些突出件133a。通过这种弹性构件150，该上方接触构件130与该下方接触构件130的第二接触部分138被偏斜以一种无间隙的方式接触该金属带S。因此，当该第二接触部分138因摩擦而被磨耗时，该第二接触部分138藉由该弹性构件150而被保持与该金属带S接触。优选地，一对弹性构件以对称的方式提供在这些接触构件130的两侧边处，用以平均化介于该第二接触部分138与该金属带S之间作用在整个接触面积的接触作用力。
该对“下游”接触构件140以与这些“上游”接触构件130形状相似的方式形成，但是以对称的方式配置于该处，使得这些第二接触部分面朝向这些工作滚轮120。这些“下游”接触构件140以电子的方式借助这些缆线119而被连接到该电源供应器118的负极。
该电源供应器118、这些“上游”接触构件130、该金属带S以及这些“下游”接触构件140形成封闭回路。依据本发明的第一实施例的该电热式滚轧装置100的操作效应现在将被描述说明。
从该前方条带滚动条112处将该金属带S移动到该后方条带滚动条114的状态中，该电源供应器118产生脉冲电流。该脉冲电流透过这些缆线119而被施加到这些“上游”接触构件130，并且接着流过该第二接触部分138、该金属带S以及这些“下游”接触构件140，用以借助焦耳热而将该金属带S加热到特定的滚轧温度。
当一具有100mm宽度与2mm厚度的钢带(steel strip)借助电热方式被滚轧到0.25～0.3mm厚度时，大约104A/cm2的电流密度Jm是需要的。当施加一个脉冲电流时，设定该脉冲电流具有10-4秒的持续期间(duration)τ以及频率F，该频率F从以下的方程式(1)计算得来。
F＝kVM/Δ1               方程式(1)
此处中，VM为该钢带的进给速度，Δ1为该钢带的变形长度，而该钢带借着与该上方与下方工作滚轮120的接触而受压缩，而该k是脉冲数，这些脉冲借着每一变形长度Δ1而施加到该钢带，其被设定为2。
例如，当在进给速度VM为0.5m/sec与变形长度Δ1为10-3m的条件下滚轧具有100mm宽度与2mm厚度的钢带(亦即，截面积B为2cm2)时，该脉冲电流的频率F由上述方程式(1)计算得到为103Hz。
藉由10-4秒的脉冲持续期间τ与上述计算所得的103Hz频率F，脉冲周期Ti对该脉冲持续期间τ的比值Q从下列方程式(2)计算得到10。
Q＝Ti/τ＝1/Fτ          方程式(2)
同样地，被施加到该钢带的脉冲电流的强度的平均值Jmean可以由下列方程式(3)计算得到。
Jmean＝Jm(τ/Ti)B＝20000(1/Q)＝20000/10＝2000(A)  方程式(3)
如从方程式(3)可知，在施加该脉冲电流的电力消耗是恒定电流的十分之一。
此外，因为该脉冲持续期间τ非常短(亦即10-4sec)，即使该电流密度Jm为104A/cm2，该钢带的表面温度不会升得过高，实验上为250℃。因此，该钢带由于过热所造成的表面氧化与变色可以被避免。
图5是一个曲线图，其显示在现有技术的冷轧(曲线C)与依据本发明第一实施例的电热式滚轧装置(曲线E)的情况下施加到金属带的工作滚轮的压力相对于在上述条件下被滚轧之后该金属带的厚度。
如于该曲线图所示的，当该钢带被滚轧之后的厚度h(于本文中的目标厚度)是相当小时，则施加到该钢带的这些工作滚轮的压力是相当大。
从显示该冷轧的曲线C中，当该目标厚度h的数值为hc时，这些工作滚轮的压力P变成数值Pc。并且，当该目标厚度h小于该hc时，这些工作滚轮的压力P迅速地以非线性的方式增加。所以，该数值hc为一个最小的目标厚度，该最小的目标厚度可以以该冷轧方式来达成。
相反地，如由曲线E可知，在依据本明第一实施例的具有相同的目标厚度(h＝hc)的电热式滚轧装置中，这些工作滚轮的压力P变成数值Pe，其小于Pc的数值大约30％。同样地，当这些工作滚轮的压力P升高到数值Pc时，该目标厚度h可以达成最小的数值he，其极小于该数值hc。综上所述，本发明使用脉冲电流到该金属带的电热式滚轧装置显著地提高该缩减率。
图6显示依据本发明第二实施例的电热式滚轧装置的滚轧站的内部结构的示意图。
如于该图中所示，依据本发明的第二实施例的电热式滚轧装置包括有：传导电极装置，该传导电极装置被实施成为一对“上游”电极滚轮160以及一对“下游”电极滚轮170，该对“上游”电极滚轮160电性连接到该电源供应器118的正极，同时该对“下游”电极滚轮170电性连接到该电源供应器118的负极。每一对“上游”电极滚轮160以及“下游”电极滚轮170接触该金属带S的上方与下方表面，并以彼此对称的方式配置。这些“上游”电极滚轮160以及“下游”电极滚轮170由一种具有高耐热特性和高传导性的材料所制成。这些“上游”电极滚轮160以及“下游”电极滚轮170的直径被决定，使得这些“上游”电极滚轮160以及“下游”电极滚轮170以无干涉的情况下尽可能靠近这些工作滚轮120的方式被定位，用以将进给到这些工作滚轮120的金属带S的表面温度的下降趋势减到最少。
运用上述结构，该电源供应器118、这些“上游”电极滚轮160、该金属带S以及这些“下游”电极滚轮170形成封闭回路。
因为这些“上游”电极滚轮160以及“下游”电极滚轮170当接触正在运行中的金属带S时，由于摩擦所引起的磨耗与撕裂显著地减少。因此，这些“上游”电极滚轮160以及“下游”电极滚轮170的使用寿命被加长，并且与该金属带S的电接触被稳固地维持。
此外，在依据本发明的第一与第二实施例的电热式滚轧装置中，这些工作滚轮120并不被包括于电路之内，使得这些工作滚轮120被防止电蚀(electric corrosion)效应。
图7示意性地显示依据本发明第三实施例的电热式滚轧装置的滚轧站的内部结构。
如于图中所示，依据本发明第三实施例的电热式滚轧装置包括有：传导电极装置，该传导电极装置被实施成为一对“上游”接触构件130，该对“上游”接触构件130电性连接到该电源供应器118的正极。对于另一个传导电极装置，该上方与下方工作滚轮120电性连接到该电源供应器118的负极。
因此，该电源供应器118、这些“上游”接触构件130、该金属带S以及这些工作滚轮120形成封闭回路。
图8显示依据本发明第四实施例的电热式滚轧装置的滚轧站的内部结构的示意图。
如于图8中所示，依据本发明第四实施例的电热式滚轧装置包括有：传导电极装置，该传导电极装置被实施成为一对“上游”电极滚轮160，该对“上游”电极滚轮160电性连接到该电源供应器118的正极。该上方与下方工作滚轮120电性连接到该电源供应器118的负极。
因此，该电源供应器118、这些“上游”电极滚轮160、该金属带S以及这些工作滚轮120形成封闭回路。
因为依据本发明第二到第四实施例的电热式滚轧装置的操作效果与上述第一实施例的滚轧装置的操作效果是相同的，将省略对于这些说明的解释。
对于该电源供应器118的正极与负极连接到这些接触构件130与140、这些电极滚轮160与170、以及这些工作滚轮120是否相反于上述实施例的连接方法并不重要。
如上述详细的描述，在相同的电流密度之下，使用脉冲电流的本发明的电热式滚轧装置中，由该脉冲电流所加热的该金属带的表面温度低于由恒定电流所加热的该金属带的表面温度，并且该金属带的表面氧化与变色被防止。同时，这些工作滚轮、这些接触构件或者是这些电极滚轮防止来自该金属带的热传递所造成的破坏。因此，不需要任何冷却装置的组件，从而缩减了该滚轧装置的尺寸大小与制造成本。
同样地，描述说明于本发明中的工艺可以不需要一道退火工艺，该退火工艺在冷轧中通常是需要的。本发明提供改良该金属带的缩减率，并且延长这些工作滚轮的使用寿命。
随着本发明的揭示与参照特定实施例的说明，很显然的本领域的技术人员可以做出许多的变化与修改而不会脱离界定于申请专利范围中的本发明的范畴与精神。

Claims (10)

1.一种电热式滚轧装置，用于滚轧在某一方向上移动的金属带，该装置包括有：
至少一对工作滚轮，该对工作滚轮用来滚轧所述金属带同时接触该金属带；
电源供应器，其用来产生脉冲电流；以及
第一与第二传导电极装置，所述传导电极装置电性连接到所述电源供应器，用以将所述脉冲电流施加到所述金属带，该第一传导电极装置配置在所述金属带通过所述工作滚轮之前的位置处，而该第二传导电极装置与该第一传导电极装置相反配置在所述金属带已经由所述工作滚轮滚轧并由此通过之后的位置处。
2.如权利要求1所述的电热式滚轧装置，其中，所述第一与第二传导电极装置被分别地实施成为一对接触构件，这些接触构件以接触的方式分别地配置在所述金属带的上方与下方，
每一所述接触构件包括有：接触所述金属带的第一接触部分、从该第一接触部分的一端部朝所述工作滚轮延伸同时与所述金属带隔开的平坦部分，以及从该平坦部分的一端部处延伸用以接触所述金属带的第二接触部分。
3.如权利要求2所述的电热式滚轧装置，其中，所述第二接触部分沿着所述金属带的横越方向而分叉成为数个部分。
4.如权利要求2所述的电热式滚轧装置，其中，所述接触部分被提供有用于将所述第二接触部分偏斜朝向所述金属带的弹性构件，用以无间隙的方式接触所述金属带。
5.如权利要求1所述的电热式滚轧装置，其中，所述第一与第二传导电极装置被分别地实施成为一对电极滚轮，所述电极滚轮以接触的方式分别地配置在所述金属带的上方与下方。
6.一种电热式滚轧装置，用于滚轧在某一方向上移动的金属带，该装置包括有：
至少一对工作滚轮，用来滚轧所述金属带同时接触所述金属带；
电源供应器，其用来产生脉冲电流；以及
传导电极装置，其配置在所述金属带通过所述工作滚轮之前的位置处，
其中，所述工作滚轮与所述传导电极装置电性连接到将该脉冲电流施加到所述金属带的电源供应器上。
7.如权利要求6所述的电热式滚轧装置，其中，所述传导电极装置被实施成为一对接触构件，这些接触构件以接触的方式配置在所述金属带的上方与下方，
每一接触构件包括有：接触所述金属带的第一接触部分、从该第一接触部分的一端部朝所述工作滚轮延伸同时与所述金属带隔开的平坦部分，以及从该平坦部分的一端部处延伸用以接触所述金属带的第二接触部分。
8.如权利要求7所述的电热式滚轧装置，其中，所述第二接触部分沿着所述金属带的横越方向而分叉成为数个部分。
9.如权利要求7所述的电热式滚轧装置，其中，所述接触部分被提供有用于将所述第二接触部分偏斜朝向所述金属带的弹性构件，用以无间隙的方式接触所述金属带。
10.如权利要求6所述的电热式滚轧装置，其中，所述传导电极装置被实施成为一对电极滚轮，所述电极滚轮以接触的方式配置在所述金属带的上方与下方。
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