專利名稱:用于輥的凸度控制的冷卻輥及其控制方法
技術(shù)領(lǐng)域:
本發(fā)明涉及一種用于控制輥凸度的冷卻輥及其控制方法,更具體地講,涉及一種 在使用熱電模塊的內(nèi)部冷卻系統(tǒng)中使用的冷卻輥及其控制方法。
背景技術(shù):
圖1是示出傳統(tǒng)輥的立體圖。參照圖1,在鑄造工藝或軋制工藝中,由于輥1和材 料2之間的摩擦產(chǎn)生的熱或者從材料2傳遞的熱,導(dǎo)致輥1熱膨脹。該熱膨脹影響每個產(chǎn) 品的厚度,結(jié)果導(dǎo)致產(chǎn)品的質(zhì)量降低。已經(jīng)用于防止輥1熱膨脹的傳統(tǒng)冷卻方法分為內(nèi)部冷卻系統(tǒng)和外部冷卻系統(tǒng)。在 鑄造工藝中廣泛使用的內(nèi)部冷卻系統(tǒng)包括在輥1的內(nèi)部部件中由管形成的冷卻電路。通過 將冷卻液體(通常為水)注入到冷卻電路中來進行該冷卻方法,從而冷卻輥1的內(nèi)部部件。 外部冷卻系統(tǒng)包括多個噴嘴。這里,通過對輥1直接噴射冷卻液體來從輥1的外表面到內(nèi) 部部件來冷卻輥1。圖2是分別示出傳統(tǒng)冷卻輥的內(nèi)部冷卻系統(tǒng)(a)以及外部冷卻系統(tǒng)(b)的立體 圖。參照圖2中的(a),在內(nèi)部冷卻系統(tǒng)的情況下,輥1本身具有液體可以穿過的空間。 在這種情況下,在大的負荷施加到輥1的操作中,例如,軋制工藝中,輥1會由于所述負荷而 變形。因此,在使用輥1時存在限制。此外,由于不能在輥1的每個部件內(nèi)容易地改變在冷 卻管3中流動的冷卻液體4的溫度,因此不能控制輥1的表面的形狀。參照圖2中的(b),在外部冷卻系統(tǒng)的情況下,不能控制輥1的內(nèi)部部件的溫度的 升高。因此,當外部冷卻系統(tǒng)運行時間長時,輥1的中部區(qū)域的溫度也會改變。在這種情況 下,當僅僅通過噴嘴5對輥1的表面噴射冷卻液體4來冷卻輥1的表面時,要花很多時間來 冷卻輥1的中部區(qū)域。因此,外部冷卻系統(tǒng)的冷卻響應(yīng)慢。圖3是示出傳統(tǒng)的熱電模塊的立體圖。參照圖3,熱電模塊包括ρ-型半導(dǎo)體6、 η-型半導(dǎo)體7、金屬片型高溫部分8和金屬片型低溫部分9。當電流從η-型半導(dǎo)體7流向金屬片型低溫部分9時,內(nèi)部導(dǎo)電電子從金屬片轉(zhuǎn)移 到η-型半導(dǎo)體7。這里,內(nèi)部導(dǎo)電電子的平均動能增加。在這種情況下,動能的改變是由熱 吸收引起的。當電流反向流動時,隨著導(dǎo)電電子的動能的降低而出現(xiàn)放熱反應(yīng)。由于空穴在金屬和ρ-型半導(dǎo)體6之間的接合處的流動與電流的流動匹配,因此在 與金屬和η-型半導(dǎo)體7之間的接合處的電流的方向相反的方向上發(fā)生吸熱和放熱反應(yīng)?;?于該原理,當電流在模塊中流動時,熱量會從金屬片型高溫部分8傳遞到金屬片型低溫部 分9。傳遞的熱量的總量(Qtotal)由下述式1確定。式1
其中,α pn表示塞貝克(Seebeck)系數(shù),I表示電流,Th表示金屬片型高溫部分8的溫度,Tc表示金屬片型低溫部分9的溫度,K表示導(dǎo)熱系數(shù),r表示電阻率。當多個模塊如上所述串聯(lián)連接時,可將金屬片型高溫部分8維持為期望的溫度或 恒定溫度范圍內(nèi)。然而,上述傳統(tǒng)的冷卻系統(tǒng)存在這樣的問題,即不能在對擠壓變形保持較強的抵 抗能力的同時冷卻輥。此外,傳統(tǒng)的冷卻系統(tǒng)還存在這樣的問題,即,不能通過快的響應(yīng) 時間來抑制由于熱膨脹導(dǎo)致的輥凸度的形成,也不可能將材料表面的形狀控制為期望的形 狀。
發(fā)明內(nèi)容
技術(shù)問題本發(fā)明的一方面提供了一種內(nèi)部冷卻系統(tǒng)的冷卻輥及其控制方法,該冷卻輥能夠 在對擠壓變形保持較強的抵抗能力的同時使輥冷卻。本發(fā)明的另一方面提供了一種冷卻輥及其控制方法,該冷卻輥能夠通過快的響應(yīng) 時間抑制由于熱膨脹導(dǎo)致的輥凸度的形成,還能容易地將材料的表面的形狀控制為期望的 形狀。技術(shù)方案根據(jù)本發(fā)明的一方面,提供了一種用于控制輥凸度的冷卻輥,包括換熱器;內(nèi)部 模塊,包括多層的熱電模塊,其中,所述熱電模塊沿縱向堆疊在換熱器的外部;外部模塊,包 括多層的熱電模塊,所述熱電模塊沿縱向堆疊在內(nèi)部模塊的外部;其中,內(nèi)部模塊將從外部 模塊的表面?zhèn)鬏數(shù)碾娏鱾鬏斀o換熱器。在這種情況下,外部模塊可控制分別在多個層中的每一層內(nèi)流動的相應(yīng)電流量。此外,外部模塊可包括高溫部分,為外部模塊的外部;低溫部分,為外部模塊的 內(nèi)部,布置在高溫部分和內(nèi)部模塊之間,其中,高溫部分將從外部模塊的表面?zhèn)鬏數(shù)碾娏鱾?輸?shù)降蜏夭糠?。此外,?nèi)部模塊和外部模塊的每一個包括沿縱向堆疊的多個單位環(huán),每個單位環(huán) 包括以環(huán)的形式形成的熱電模塊。此外,換熱器和內(nèi)部模塊通過絕緣體彼此絕緣,內(nèi)部模塊和外部模塊通過絕緣體 彼此絕緣。根據(jù)本發(fā)明的另一方面,提供了一種用于控制輥凸度的冷卻輥的控制方法,所述 控制方法包括將電流從外部模塊的表面?zhèn)鬏數(shù)絻?nèi)部模塊,內(nèi)部模塊包括多層的熱電模塊, 其中,所述熱電模塊沿縱向堆疊在外部模塊的內(nèi)部;將電流從內(nèi)部模塊傳輸?shù)皆O(shè)置在內(nèi)部 模塊內(nèi)部的換熱器。在這種情況下相應(yīng)電流量分別在多個層的每一層內(nèi)流動。此外,所述控制方法還可包括將電流從外部模塊傳輸?shù)阶鳛橥獠磕K的外部的 高溫部分;將電流從高溫部分傳輸?shù)皆O(shè)置在高溫部分和內(nèi)部模塊之間的低溫部分。有益效果如上所述,根據(jù)本發(fā)明的一個示例性實施例的控制輥凸度的冷卻輥,由于通過內(nèi) 部冷卻系統(tǒng)冷卻輥,因此可用于以快速響應(yīng)時間控制由于熱膨脹導(dǎo)致的輥凸度。此外,根據(jù)本發(fā)明一個示例性實施例的控制輥凸度的冷卻輥,由于將熱電模塊布
4置為可以沿輥的縱向獨立地控制熱電模塊的溫度,因此可以通過改變輥的表面形狀來控制 帶(strip)的表面形狀。 此外,由于p-n元件由陶瓷制成并且對擠壓負載具有很強的抵抗能力,因此,當大 的負載施加給輥時,可以使用P-n元件。
圖1是示出傳統(tǒng)棍的立體圖。圖2是分別示出傳統(tǒng)冷卻輥的內(nèi)部冷卻系統(tǒng)(a)和外部冷卻系統(tǒng)(b)的立體圖。圖3是示出傳統(tǒng)熱電模塊的立體圖。圖4是示出根據(jù)本發(fā)明的一個示例性實施例的用于控制輥凸度的冷卻輥的分解 立體圖。圖5是示出根據(jù)本發(fā)明的一個示例性實施例的用于控制輥凸度的冷卻輥中的外 部模塊的單位環(huán)(a),以及沿縱向堆疊的單位環(huán)的裝配(b)的分解立體圖。圖6是示出根據(jù)本發(fā)明的一個示例性實施例的用于控制輥凸度的冷卻輥的外部 模塊和內(nèi)部模塊的裝配的立體圖。附圖中主要部件的簡要描述10 外部模塊;IOa 高溫部分;IOb 低溫部分;11:內(nèi)部模塊;12:換熱器。
具體實施例方式下面,將參照附圖詳細描述本發(fā)明的示例性實施例。然而,這里提供的描述僅僅是 作為優(yōu)選示例,目的僅僅是為了舉例說明,不是為了限制本發(fā)明的范圍,因此,應(yīng)該理解的 是,在不脫離本發(fā)明的范圍的情況下,可以對這些示例做出其他等同替換或修改。在附圖 中,具有相同構(gòu)造和功能的部件具有基本相同的標號。圖4是根據(jù)本發(fā)明的一個示例性實施例的用于控制輥凸度的冷卻輥的分解立體 圖。參照圖4,用于控制輥凸度的冷卻輥通常包括換熱器12、內(nèi)部模塊11和外部模塊10。內(nèi)部模塊11包括多層的熱電模塊,其中,所述熱電模塊沿縱向堆疊在換熱器12的 外部。外部模塊10包括多層的熱電模塊,其中所述熱電模塊沿縱向堆疊在內(nèi)部模塊的外 部。此外,換熱器12和內(nèi)部模塊11通過絕緣體而彼此絕緣,內(nèi)部模塊11和外部模塊10通 過絕緣體彼此絕緣。內(nèi)部模塊11將從外部模塊10的表面?zhèn)鬏數(shù)碾娏鱾鬏數(shù)綋Q熱器12。這里,外部模 塊10用于控制分別在多個層中流動的相應(yīng)的電流量。將更詳細地描述如上所述的用于控制輥凸度的冷卻輥的控制方法。電流從外部模塊10的表面?zhèn)鬏數(shù)桨ǘ鄬拥臒犭娔K的內(nèi)部模塊11,其中,所述 熱電模塊沿縱向堆疊在外部模塊10的內(nèi)側(cè)。參照此操作,電流從外部模塊10的表面?zhèn)鬏?到作為外部模塊10的外部的高溫部分10a,然后電流從高溫部分IOa傳輸?shù)讲贾迷诟邷夭?分IOa和內(nèi)部模塊11之間的低溫部分10b。然后,電流從外部模塊11傳輸?shù)皆O(shè)置在內(nèi)部模塊11的內(nèi)部的換熱器12。這里,在 外部模塊10的熱電模塊的多個層的每一層中流動的電流的相應(yīng)量被控制。
圖5是示出根據(jù)本發(fā)明一個示例性實施例的用于控制輥凸度的冷卻輥中的外部 模塊的單位環(huán)(a),以及沿縱向堆疊的單位環(huán)的裝配(b)的分解立體圖。圖5中的(a)示出了以雙層堆疊方式形成的外部模塊10。外部模塊10包括高溫 部分IOa和低溫部分10b。高溫部分IOa作為外部模塊10的外部,低溫部分IOb作為外部 模塊10的內(nèi)部。即,外部模塊10的高溫部分IOa面向冷卻輥的表面,外部模塊10的低溫 部分IOb布置在高溫部分IOa和內(nèi)部模塊11之間。外部模塊10的一個環(huán)被稱為單位環(huán), 所述單位環(huán)控制各個電流量。參照圖5中的(b),外部模塊10具有這樣的結(jié)構(gòu)外部高溫部分IOa和內(nèi)部低溫 部分IOb相互結(jié)合以形成單位環(huán),單位環(huán)沿縱向堆疊。由于如上所述外部模塊10的單位環(huán) 沿縱向以獨立單元形成,因此可獨立控制在每個單位環(huán)內(nèi)流動的各個電流量。因此,沿冷卻 輥的縱向可分布具有不同溫度的單位環(huán)。圖6是示出根據(jù)本發(fā)明的一個示例性實施例的用于控制輥凸度的冷卻輥的外部 模塊和內(nèi)部模塊的裝配的立體圖。參照圖6,內(nèi)部模塊11包括沿縱向堆疊的熱電模塊,所述 熱電模塊結(jié)合到外部模塊10的低溫部分IOb和換熱器12。外部模塊10和內(nèi)部模塊11均 包括以環(huán)的形式堆疊的熱電模塊。內(nèi)部模塊11將通過外部模塊10從冷卻輥的表面?zhèn)鬟f到冷卻輥的內(nèi)部的熱量傳遞 回換熱器12。這里,換熱器12安裝在冷卻輥的一側(cè)或兩側(cè)。已經(jīng)參照附圖詳細描述了本發(fā) 明的示例性實施例。然而,本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)該理解,由于對于本領(lǐng)域技術(shù)人員來說,在 本發(fā)明的范圍內(nèi)進行的各種改變和修改是清楚的,因此在簡要說明本發(fā)明的優(yōu)選實施例的 同時僅以圖解的方式給出了詳細描述和特定示例。
權(quán)利要求
一種用于輥的凸度控制的冷卻輥,包括換熱器;內(nèi)部模塊,包括多層的熱電模塊,所述熱電模塊沿縱向堆疊在換熱器的外部;外部模塊,包括多層的熱電模塊,所述熱電模塊沿縱向堆疊在內(nèi)部模塊的外部;其中,內(nèi)部模塊將從外部模塊的表面?zhèn)鬏數(shù)碾娏鱾鬏斀o換熱器。
2.如權(quán)利要求1所述的冷卻輥,其中,外部模塊控制分別在多個層中的每一層內(nèi)流動 的相應(yīng)電流量。
3.如權(quán)利要求1所述的冷卻輥,其中,外部模塊包括 高溫部分,為外部模塊的外部;低溫部分,為外部模塊的內(nèi)部,布置在高溫部分和內(nèi)部模塊之間, 其中,高溫部分將從外部模塊的表面?zhèn)鬏數(shù)碾娏鱾鬏數(shù)降蜏夭糠帧?br>
4.如權(quán)利要求1所述的冷卻輥,其中,內(nèi)部模塊和外部模塊的每一個包括沿縱向堆疊 的多個單位環(huán)。
5.如權(quán)利要求1所述的冷卻輥,其中,換熱器和內(nèi)部模塊通過絕緣體彼此絕緣,內(nèi)部模 塊和外部模塊通過絕緣體彼此絕緣。
6.一種用于輥的凸度控制的冷卻輥的控制方法,所述控制方法包括將電流從外部模塊的表面?zhèn)鬏數(shù)絻?nèi)部模塊,內(nèi)部模塊包括多層的熱電模塊,所述熱電 模塊沿縱向堆疊在外部模塊的內(nèi)部;將電流從內(nèi)部模塊傳輸?shù)皆O(shè)置在內(nèi)部模塊的內(nèi)部的換熱器。
7.如權(quán)利要求6所述的控制方法,其中,外部模塊控制分別在多個層的每一層內(nèi)流動 的相應(yīng)電流量。
8.如權(quán)利要求6所述的控制方法,還包括將電流從外部模塊的表面?zhèn)鬏數(shù)阶鳛橥獠磕K的外部的高溫部分; 將電流從高溫部分傳輸?shù)皆O(shè)置在高溫部分和內(nèi)部模塊之間的低溫部分。
全文摘要
提供了一種用于輥的凸度控制的冷卻棍及其控制方法。所述用于輥的凸度控制的冷卻輥包括換熱器;內(nèi)部模塊,包括多層的熱電模塊,所述熱電模塊沿縱向堆疊在換熱器的外部;外部模塊,包括多層的熱電模塊,所述熱電模塊沿縱向堆疊在內(nèi)部模塊的外部;其中,內(nèi)部模塊將從外部模塊的表面?zhèn)鬟f的熱量傳遞給換熱器。
文檔編號B21B27/08GK101909773SQ200880122735
公開日2010年12月8日 申請日期2008年12月9日 優(yōu)先權(quán)日2007年12月27日
發(fā)明者權(quán)赫喆, 李圭澤, 李宗儐, 金相錫 申請人:Posco公司