TW201720936A - 冷卻裝置 - Google Patents

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王柏翰
吳承恩
黃仁佑
林芳州
張家豪
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財團法人金屬工業研究發展中心
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Abstract

一種冷卻裝置，包含：一輸送機構，該輸送機構具有一基座及數個輥輪，該基座具有一入料端、一出料端及一輸送方向，該輸送方向係由該入料端向該出料端延伸，該數個輥輪設置於該基座，該數個輥輪各具有一輸送部，該數個輥輪之該輸送部的徑寬，係由該輸送部的相對二端朝中央漸減；及一噴流機構，該噴流機構具有至少一噴頭組，該至少一噴頭組係設置於該基座之該入料端及該出料端之間，藉由上述結構以對同時移動及轉動的棒狀鋼材進行冷卻，具有提升冷卻均勻度及冷卻速率等效果。

Description

冷卻裝置
本發明係關於一種冷卻裝置，尤其是一種用以對棒狀鋼材進行冷卻之冷卻裝置。
在鋼材的加工程序中，熱處理程序可改變鋼材本身的機械特性，其中，根據溫度控制的方式不同，鋼材的熱處理程序更可分為退火、淬火及回火等。以淬火為例，當一鋼材被加熱到一特定溫度時，可透過一冷卻裝置對該鋼材進行急速冷卻，且該冷卻裝置可藉由控制該鋼材的冷卻溫度以改變該鋼材的變態組織，進而使該鋼材符合特定之剛性或延展性等需求。
請參照第1圖所示，其揭示一種習知冷卻裝置8，該冷卻裝置8具有一冷卻本體81，該冷卻本體81之一端開口設有一環形進水套82，當棒狀之一鋼材S置入該冷卻本體81之一冷卻腔811後，該環形進水套82可透過一環形噴水口821而將一冷卻液注入該冷卻腔811內，藉此對該冷卻腔811內之鋼材S進行冷卻。惟，由於該環形噴水口821設於該冷卻本體81之一端，當該冷卻液透過該環形噴水口821而注入該冷卻腔811內時，靠近該環形噴水口821處之該鋼材S會因為冷卻效果較佳而具有較低溫度，當吸收廢熱之該冷卻液朝遠離該環形噴水口821之方向流動時，遠離該環形噴水口821處之該鋼材S會因為冷卻效果不佳而具有較高溫度，且當具有廢熱之冷卻液充滿該冷卻腔811時，更會進一步地影響該鋼材S整體之冷卻速率，習知冷卻裝置8具有對棒狀之鋼材S冷卻不均及冷卻速 率不佳等問題。關於上述冷卻裝置8之細部結構，可參見中國公告第201367452號專利案。
請參照第2圖所示，其揭示一種熱軋鋼板的製造裝置9，該製造裝置9根據該鋼材S之輸送方向而依序設有一熱軋加工機91、一冷卻機組92及一熱循環機組93，其中，該冷卻機組92具有數個搬運輥921及一夾送輥組922以輸送板狀之該鋼材S，且該數個搬運輥921及該夾送輥組922之上、下二端可設有數個冷卻噴頭(圖未示)，藉此使板狀之鋼材S能於移動的狀態下進行冷卻。惟，該數個搬運輥921及該夾送輥組922僅可用以輸送板狀之鋼材S，無法輸送棒狀之鋼材S，更無法使棒狀之鋼材S於自轉狀態下進行均勻的冷卻，習知冷卻機組92具有對棒狀鋼材冷卻不均及冷卻速率不佳等問題。關於上述冷卻機組92之細部結構，可參見中華民國公告第I445581號專利案。
有鑑於此，遂提供一種冷卻裝置，以解決習知冷卻裝置所具有之對棒狀鋼材冷卻不均及冷卻速率不佳等問題。
本發明之目的係提供一種冷卻裝置，該冷卻裝置可使棒狀鋼材在同時移動及轉動的狀態下進行冷卻，具有提升冷卻均勻度的效果。
本發明之另一目的係提供一種冷卻裝置，該冷卻裝置可對同時移動及轉動的棒狀鋼材噴射冷卻液，具有提升冷卻速率的效果。
為達到前述發明目的，本發明之冷卻裝置包含：一輸送機構，該輸送機構具有一基座及數個輥輪，該基座具有一入料端、一出料端及一輸送方向，該輸送方向係由該入料端向該出料端延伸，該數個輥輪設置於該基座，該數個輥輪各具有一輸送部，該數個輥輪之該輸送部的徑寬，係由該輸送部的相對二端朝中央漸減，該數個輥輪各具有一轉軸，該數個輥輪之該轉軸的軸向方向與該輸送方向夾有一輸送角度，該輸送角度介於 10°至90°之間；及一噴流機構，該噴流機構具有至少一噴頭組，該至少一噴頭組係設置於該基座之該入料端及該出料端之間，藉由上述結構以對同時移動及轉動的棒狀鋼材進行冷卻，具有提升冷卻均勻度及冷卻速率等效果。
其中，該輸送角度為45°，藉此具有順利驅使棒狀鋼材同時移動及轉動的效果。
其中，該數個輥輪之該轉軸的軸向方向彼此平行，藉此具有1順利驅使棒狀鋼材同時移動及轉動的效果。
其中，該輸送機構具有一驅動馬達，該驅動馬達係以一連桿組連接該數個輥輪之轉軸，藉此具有順利驅動該數個輥輪同時轉動的效果。
其中，該數個輥輪之該輸送部的外表面為一凹曲面，藉此具有驅使棒狀鋼材同時移動及轉動的效果。
其中，該數個輥輪之該輸送部係於背向該基座之一側形成一傳輸軸線，該傳輸軸線係平行該輸送方向，藉此具有驅使棒狀鋼材同時移動及轉動的效果。
其中，每一個該噴頭組各具有數個噴嘴，該數個噴嘴之開口係朝向該傳輸軸線，藉此具有冷卻該輸送部上之物件的效果。
其中，該數個噴嘴係由該出料端朝該入料端的方向傾斜設置，藉此具有順利執行熱處理製程的效果。
其中，該數個噴嘴各具有一擴展方向，該擴展方向係不平行該輸送方向，藉此具有提升冷卻均勻度的效果。
其中，該數個噴嘴之該擴展方向與該輸送方向夾有一射流角度，該射流角度介於20°至80°之間，藉此具有提升適用靈活度的效果。
其中，每一個該噴頭組之該噴嘴的數量為三個，每一個該噴頭組之該三個噴嘴係環繞該傳輸軸線而設置，且每一個該噴頭組之相鄰二 個該噴嘴與該傳輸軸線的同一位置的最短連線夾有一設置角度，該設置角度為120°，藉此具有提升冷卻均勻度及冷卻速率等效果。
其中，每一個該噴頭組之該噴嘴的數量為六個，每一個該噴頭組之該六個噴嘴係環繞該傳輸軸線而設置，且每一個該噴頭組之相鄰二個該噴嘴與該傳輸軸線的同一位置的最短連線夾有一設置角度，該設置角度為60°，藉此具有提升冷卻均勻度及冷卻速率等效果。
其中，該噴流機構另具有一支撐架，該數個噴頭組係設置於該支撐架，且該支撐架結合該輸送機構之該基座，藉此具有順利冷卻物件的效果。
據此，本發明之冷卻裝置，可藉由該輸送機構驅使棒狀鋼材同時移動及轉動，再透過該噴流機構對同時移動及轉動的棒狀鋼材進行冷卻，具有提升冷卻均勻度的效果。
又，本發明之冷卻裝置，可透過該噴流機構對同時移動及轉動的棒狀鋼材進行冷卻，且在該棒狀鋼材持續轉動的情況下，可避免冷卻液持續殘留於該棒狀鋼材的表面，具有提升冷卻速率的效果。
〔本發明〕
1‧‧‧輸送機構
11‧‧‧基座
111‧‧‧入料端
112‧‧‧出料端
12‧‧‧輥輪
121‧‧‧輸送部
122‧‧‧轉軸
13‧‧‧驅動馬達
14‧‧‧連桿組
2‧‧‧噴流機構
21‧‧‧噴頭組
211‧‧‧噴嘴
22‧‧‧支撐架
A1‧‧‧輸送角度
A2‧‧‧射流角度
A3‧‧‧設置角度
D1‧‧‧輸送方向
D2‧‧‧軸向方向
D3‧‧‧擴展方向
L1‧‧‧傳輸軸線
S‧‧‧棒狀鋼材
〔習知〕
8‧‧‧冷卻裝置
81‧‧‧冷卻本體
811‧‧‧冷卻腔
82‧‧‧環形進水套
821‧‧‧環形噴水口
9‧‧‧製造裝置
91‧‧‧熱軋加工機
92‧‧‧冷卻機組
921‧‧‧搬運輥
922‧‧‧夾送輥組
93‧‧‧熱循環機組
S‧‧‧鋼材
第1圖：習知冷卻裝置之示意圖。
第2圖：習知冷卻裝置之示意圖
第3圖：本發明冷卻裝置之分解圖。
第4圖：本發明冷卻裝置之組合圖。
第5圖：本發明冷卻裝置之棒狀鋼材輸送示意圖。
第6圖：本發明冷卻裝置之輥輪示意圖。
第7圖：本發明冷卻裝置之噴嘴設置方式圖。
第8圖：本發明冷卻裝置之噴射水流示意圖。
第9圖：本發明冷卻裝置之噴頭組示意圖。
第10圖：本發明冷卻裝置之噴頭組示意圖。
為讓本發明之上述及其他目的、特徵及優點能更明顯易懂，下文特舉本發明之較佳實施例，並配合所附圖式，作詳細說明如下：請參照第3及4圖所示，其係本發明之冷卻裝置的立體圖，係包含一輸送機構1及一噴流機構2，該噴流機構2係設置於該輸送機構1之一側。
請同時參照第3至5圖所示，該輸送機構1具有一基座11及數個輥輪12，該基座11具有一入料端111、一出料端112及一輸送方向D1，該輸送方向D1係由該入料端11延伸至該出料端112，該數個輥輪12設置於該基座11，該數個輥輪12各具有一輸送部121，該數個輥輪12之該輸送部121的徑寬，係由該輸送部121的相對二端朝中央漸減。
請參照第6圖所示，在本實施例中，該數個輥輪12之輸送部121具有徑寬變化，該輸送部121之外表面較佳係依線性方式形成連續曲面，在本實施例中，該數個輥輪12之該輸送部121的外表面為一凹曲面。其中，該數個輥輪12之該輸送部121係於背向該基座11之一側形成一傳輸軸線L1，該傳輸軸線L1係平行該輸送方向D1。藉由上述設置，當一棒狀鋼材S置於該數個輥輪12之該輸送部121時，在該數個輥輪12依該轉軸122轉動的情況下，該數個輥輪12之該輸送部121可對該棒狀鋼材S同時施予一移動作用力及一轉動作用力，不僅可帶動該棒狀鋼材S沿該輸送方向D1移動，更可驅使該棒狀鋼材S於該輸送部121的凹曲面上進行自轉，具有驅使棒狀鋼材S同時移動及轉動的效果。其中，該數個輥輪12之輸送部121的徑寬變化率在此並不設限，較佳係依該棒狀鋼材S之形狀而適度調整。
又，請再參照第5圖所示，該數個輥輪12各具有一轉軸122，該數個輥輪12之該轉軸122的軸向方向D2彼此平行，亦即該數個輥輪12係以相同的排列方向設置於該基座1，以藉此順利驅使棒狀鋼材S同時移動及轉動。再者，該數個輥輪12之該轉軸122的軸向方向D2與該輸送方向D1夾有一輸送角度A1，該輸送角度A1介於10°至90°之間，亦即該軸向方向D2與該輸送方向D1彼此不平行且不垂直。藉此調整該數個輥輪12對該棒狀鋼材S所施予的該移動作用力及該轉動作用力，令該棒狀鋼材S能以較快的速度沿該輸送方向D1移動，或者以較快的速度自轉；其中，該輸送角度A1較佳為45°，藉由該角度的限制，可使該數個輥輪12對該棒狀鋼材S所施予的該移動作用力及該轉動作用力具有較佳的平衡，使該棒狀鋼材S能在維持適當自轉速度的狀態下沿該輸送方向D1移動，具有順利驅使棒狀鋼材S同時移動及轉動的效果。
另，該數個輥輪12之該輸送部121的外表面較佳具有一定的粗糙度，且該輸送部121的外表面之一表面粗糙度(Ra)較佳介於1μm~20μm之間。藉此，當該數個輥輪12之該輸送部121與該棒狀鋼材S接觸時，可在不影響該棒狀鋼材S表面之結構完整度的情形下，確保該輸送部121與該棒狀鋼材S之間具有適當的摩擦力，並藉由該摩擦力的作用而帶動該棒狀鋼材S同時移動及轉動，具有順利驅使該棒狀鋼材S同時移動及轉動的效果。
此外，該輸送機構1另具有一驅動馬達13，該驅動馬達13係以一連桿組14連接該數個輥輪12之轉軸122。藉由上述設置，可使該驅動馬達13能同時帶動該數個輥輪12轉動，具有順利驅動該數個輥輪12同時轉動的效果。或者，該驅動馬達13的數量也可為數個，且數個該驅動馬達13可分別帶動該數個輥輪12以相同轉速旋轉(例如每一個該驅動馬達13帶動一個輥輪12)，以降低每一個該驅動馬達13之輸出功率，進而 具有降低該驅動馬達13整體製造成本的效果。
請再參照第3及4圖所示，該噴流機構2具有數個噴頭組21，該數個噴頭組21係設置於該基座11之該入料端111及該出料端112之間。
該數個噴頭組21各具有數個噴嘴211，該數個噴嘴211係朝向該數個輥輪12所形成之該傳輸軸線L1，且較佳朝向該傳輸軸線L1的同一位置。舉例而言，當該數個輥輪12之該輸送部121輸送該棒狀鋼材S時，若該棒狀鋼材S表面與該輸送部121的表面呈線狀貼接，則該棒狀鋼材S之中心軸將與該傳輸軸線L1重疊，當該數個噴嘴211之開口係朝向該傳輸軸線L1時，即可使該數個噴嘴211朝向該棒狀鋼材S之中心軸的同一位置。其中，數個噴嘴211可噴射一冷卻液，該冷卻液可為任何能作熱交換的工作流體，在此並不設限，且在本實施例中，該冷卻液係為一液態水。藉由上述設置，可使該數個噴頭組21之數個噴嘴211對該輸送部121所輸送的物件進行冷卻，具有冷卻該輸送部121上之物件的效果。
請參照第7圖所示，該數個噴嘴211之設置方式在此並不設限，該數個噴嘴211可垂直該輸送方向D1而設置，使該數個噴嘴211之冷卻液的行進方向垂直該輸送方向D1，或者如本實施例中，該數個噴嘴211係由該出料端112朝該入料端111的方向傾斜設置，藉此使該數個噴嘴211之冷卻液的行進方向包含一水平分量及一垂直分量(依圖面而言)，且該冷卻液之行進方向的水平分量與該輸送方向D1相反，透過該數個噴嘴211所噴出之冷卻液，能對沿該輸送方向D1移動之該棒狀鋼材S提供更大的衝擊力以擊破棒狀鋼材S表面之蒸汽膜，並對該棒狀鋼材S進行冷卻、或去除該棒狀鋼材S表面之銹皮，具有順利執行熱處理製程的效果。
請參照8圖所示，該數個噴嘴211之噴口型態可為一圓形噴口或一扇形噴口，且可對應輸出圓柱形或扇形之噴射水流，以該數個噴嘴 211為扇形噴口為例，該扇形噴口的出口處會具有彼此垂直之一長軸及一短軸，該數個噴嘴211各具有一擴展方向D3，該擴展方向D3即為該扇形噴口的長軸方向，且該擴展方向D3係不平行該輸送方向D1。藉由上述設置，可使該數個噴嘴211所噴出的冷卻液能更均勻的接觸欲冷卻的物件(例如該棒狀鋼材S)，具有提升冷卻均勻度的效果。
又，該數個噴嘴211之該擴展方向D3與該輸送方向D1夾有一射流角度A2，該射流角度A2介於20°至80°之間。藉由上述設置，可根據不同的使用狀態，控制該數個噴嘴211所噴出的冷卻液接觸物件(例如該棒狀鋼材S)時的接觸面積，具有提升使用靈活度的效果。
另，該數個噴頭組21之該噴嘴211的數量在此並不設限，請參照第5及9圖所示，在本發明的一個實施例中，每一個該噴頭組21之該噴嘴211的數量為三個，每一個該噴頭組21之該三個噴嘴211係環繞該傳輸軸線L1而設置，且每一個該噴頭組21之相鄰二個該噴嘴211與該傳輸軸線L1的同一位置的最短連線夾有一設置角度A3，該設置角度A3為120°。其中，當該數個輥輪12之該輸送部121輸送該棒狀鋼材S時，若該棒狀鋼材S表面與該輸送部121的表面呈線狀貼接，則該棒狀鋼材S之中心軸將與該傳輸軸線L1重疊，當該數個噴嘴211之開口係朝向該傳輸軸線L1時，即可使該數個噴嘴211朝向該棒狀鋼材S之中心軸的同一位置。藉由上述設置，可使該冷卻液能由三個方向平均地接觸位於該輸送部121上的棒狀鋼材S，具有提升冷卻均勻度及提升冷卻速率等效果。
請參照第5及10圖所示，或者，在本發明的另一個實施例中，每一個該噴頭組21之該噴嘴211的數量為六個，每一個該噴頭組21之該六個噴嘴211係環繞該傳輸軸線L1而設置，且每一個該噴頭組21之相鄰二個該噴嘴211與該傳輸軸線L1的同一位置的最短連線夾有一設置角度A3，該設置角度為60°。其中，當該數個輥輪12之該輸送部121輸送該 棒狀鋼材S時，若該棒狀鋼材S表面與該輸送部121的表面呈線狀貼接，則該棒狀鋼材S之中心軸將與該傳輸軸線L1重疊，當該數個噴嘴211之開口係朝向該傳輸軸線L1時，即可使該數個噴嘴211朝向該棒狀鋼材S之中心軸的同一位置。藉由上述設置，可使該冷卻液能由六個方向平均地接觸位於該輸送部121上的棒狀鋼材S，具有提升冷卻均勻度及提升冷卻速率等效果。
請再參照第3及4圖所示，此外，該噴流機構2另具有一支撐架22，該數個噴頭組21係設置於該支撐架22，且該支撐架22結合該輸送機構1之該基座11，又，該支撐架22亦可同時作為一冷卻液輸送管件以輸送該冷卻液，且該數個噴頭組21可連通該冷卻液輸送管件，使該冷卻液輸送管件中之該冷卻液能由該數個噴頭組21輸出。藉由上述設置，可使該數個噴頭組21能透過該支撐架22而固定於該輸送機構1之周圍，甚至可透過該支撐架22輸送該冷卻液，使該冷卻液能順利地由該數個噴頭組21輸出，具有順利冷卻物件的效果。
整體而言，當該棒狀鋼材S欲進行冷卻作業時，可將該棒狀鋼材S置於該數個輥輪12之輸送部121，由於該數個輥輪12之該轉軸122的軸向方向D2係不平行該輸送方向D1，因此，當該棒狀鋼材S與該數個輥輪12之該輸送部121的凹曲面接觸時，該數個輥輪12不僅可帶動該棒狀鋼材S沿該輸送方向D1移動，更可驅使該棒狀鋼材S於該輸送部121的凹曲面上進行自轉；接著，該噴流機構2可藉由該數個噴頭組21對同時移動及轉動之該棒狀鋼材S噴射該冷卻液，且可藉由使數個噴嘴211由該出料端112朝該入料端111的方向傾斜設置，或者控制該數個噴嘴211之該擴展方向D3與該輸送方向D1所夾有之該射流角度A2，或者控制每一個該噴頭組21之該噴嘴211的數量及其設置方式，使該數個噴頭組21所噴射之冷卻液能適當且均勻地接觸該棒狀鋼材S的表面，具有提升冷卻均 勻度及提升冷卻速率等效果。
綜上所述，本發明之冷卻裝置，可藉由該輸送機構1驅使棒狀鋼材S同時移動及轉動，再透過該噴流機構2對同時移動及轉動的棒狀鋼材S進行冷卻，具有提升冷卻均勻度的效果。
又，本發明之冷卻裝置，可透過該噴流機構2對同時移動及轉動的棒狀鋼材S進行冷卻，且在該棒狀鋼材持續轉動的情況下，可避免冷卻液持續殘留於該棒狀鋼材的表面，具有提升冷卻速率的效果。
雖然本發明已利用上述較佳實施例揭示，然其並非用以限定本發明，任何熟習此技藝者在不脫離本發明之精神和範圍之內，相對上述實施例進行各種更動與修改仍屬本發明所保護之技術範疇，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。
1‧‧‧輸送機構
11‧‧‧基座
111‧‧‧入料端
112‧‧‧出料端
12‧‧‧輥輪
121‧‧‧輸送部
122‧‧‧轉軸
13‧‧‧驅動馬達
14‧‧‧連桿組
2‧‧‧噴流機構
21‧‧‧噴頭組
211‧‧‧噴嘴
22‧‧‧支撐架

Claims (13)

  1. 一種冷卻裝置，包含：一輸送機構，該輸送機構具有一基座及數個輥輪，該基座具有一入料端、一出料端及一輸送方向，該輸送方向係由該入料端向該出料端延伸，該數個輥輪設置於該基座，該數個輥輪各具有一輸送部，該數個輥輪之該輸送部的徑寬，係由該輸送部的相對二端朝中央漸減，該數個輥輪各具有一轉軸，該數個輥輪之該轉軸的軸向方向與該輸送方向夾有一輸送角度，該輸送角度介於10°至90°之間；及一噴流機構，該噴流機構具有至少一噴頭組，該至少一噴頭組係設置於該基座之該入料端及該出料端之間。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之冷卻裝置，其中該輸送角度為45°。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之冷卻裝置，其中該數個輥輪之該轉軸的軸向方向彼此平行。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之冷卻裝置，其中該輸送機構具有一驅動馬達，該驅動馬達係以一連桿組連接該數個輥輪之轉軸。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之冷卻裝置，其中該數個輥輪之該輸送部的外表面為一凹曲面。
  6. 如申請專利範圍第5項所述之冷卻裝置，其中該數個輥輪之該輸送部係於背向該基座之一側形成一傳輸軸線，該傳輸軸線係平行該輸送方向。
  7. 如申請專利範圍第6項所述之冷卻裝置，其中每一個該噴頭組各具有數個噴嘴，該數個噴嘴之開口係朝向該傳輸軸線。
  8. 如申請專利範圍第7項所述之冷卻裝置，其中該數個噴嘴係由該出料端朝該入料端的方向傾斜設置。
  9. 如申請專利範圍第7項所述之冷卻裝置，其中該數個噴嘴各具有一擴 展方向，該擴展方向係不平行該輸送方向。
  10. 如申請專利範圍第9項所述之冷卻裝置，其中該數個噴嘴之該擴展方向與該輸送方向夾有一射流角度，該射流角度介於20°至80°之間。
  11. 如申請專利範圍第7項所述之冷卻裝置，其中每一個該噴頭組之該噴嘴的數量為三個，每一個該噴頭組之該三個噴嘴係環繞該傳輸軸線而設置，且每一個該噴頭組之相鄰二個該噴嘴與該傳輸軸線的同一位置的最短連線夾有一設置角度，該設置角度為120°。
  12. 如申請專利範圍第7項所述之冷卻裝置，其中每一個該噴頭組之該噴嘴的數量為六個，每一個該噴頭組之該六個噴嘴係環繞該傳輸軸線而設置，且每一個該噴頭組之相鄰二個該噴嘴與該傳輸軸線的同一位置的最短連線夾有一設置角度，該設置角度為60°。
  13. 如申請專利範圍第1項所述之冷卻裝置，其中該噴流機構另具有一支撐架，該數個噴頭組係設置於該支撐架，且該支撐架結合該輸送機構之該基座。
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