專利名稱：用于冷卻移動的金屬帶材的方法和組件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于冷卻移動的金屬帶材的方法和組件。
本發(fā)明尤其是可以用于該種帶材的真空處理，尤其是用于熱涂敷。
背景技術(shù)：
為了正確地對帶材實施諸如退火處理和連續(xù)涂敷之類的熱處理操作，通常必須以預定速度依次加熱和冷卻帶材。為了以可控的方式冷卻這種帶材，可通過氣體噴射、液體噴射或通過與該帶材接觸的至少一個冷卻輥對該帶材進行淬火。
利用輥冷卻的公知方法在于，將連續(xù)運動的帶材壓在至少一個冷卻輥上，冷卻流體尤其是冷水在該冷卻輥的內(nèi)部側(cè)流動。所述輥可繞其軸線轉(zhuǎn)動，或者由移動帶材的摩擦力驅(qū)動或者由單獨的機動組件驅(qū)動。以這種方式被壓到輥上的帶材形成一圓弧，其內(nèi)表面與輥的外表面所限定的接觸區(qū)域適合于將帶材的部分熱排放到輥的內(nèi)側(cè)。
為了改善帶材與冷卻輥之間的接觸，以前提出了利用帶材圓弧外表面上的金屬支撐輥使帶材的圓弧與輥保持接觸。為了確保將帶材平整地壓在冷卻輥上的效果，將這些冷卻輥的每一個都安裝在剛性臂的末端并可以繞其軸線自由旋轉(zhuǎn)，根據(jù)帶材的厚度確定這些支撐輥相對于冷卻輥的間隔。
雖然這種金屬支撐輥產(chǎn)生了帶材在冷卻輥上的預期滯留，但是它們帶來這樣的危險一方面，可能會劃傷帶材的外表面，如果冷卻輥與支撐輥軸線之間的平行度存在誤差則該劃痕會非常深；另一方面，由于熱在支撐輥內(nèi)的迅速聚集而影響了帶材的冷卻。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種用于冷卻移動的金屬帶材的方法和組件，由此在控制冷卻操作的同時，將所述帶材安全地抵靠在所述冷卻輥上，并且沒有因此而損害所述帶材的表面條件。
為此，本發(fā)明涉及一種用于冷卻移動的金屬帶材的方法，其中-以連續(xù)的方式移動待冷卻的金屬帶材；-所述帶材被壓在能夠繞其軸線運動的主冷卻輥上，從而形成圓弧，該圓弧的內(nèi)表面與所述主冷卻輥的外表面限定了適合于將所述帶材的部分熱排放向該輥內(nèi)側(cè)的接觸區(qū)域；和-通過在由所述帶材所形成的圓弧的外表面上的至少一個支撐輥，使所述帶材與所述主冷卻輥保持接觸，所述支撐輥或每一所述支撐輥基本上平行于所述主冷卻輥布置，從而可繞其軸線轉(zhuǎn)動；所述方法的特征在于，所述支撐輥或每一所述支撐輥至少其外圍由可彈性變形的熱容性材料構(gòu)成，并且從所述帶材傳導到所述支撐輥或每一所述支撐輥的熱由輔助冷卻裝置排放，所述輔助冷卻裝置適合于與所述支撐輥或每一所述支撐輥的部分外表面形成向這些輔助冷卻裝置傳導熱的區(qū)域。
所述方法還具有如下特征，包括單個特征或所有技術(shù)上可能的組合-所述支撐輥或每一所述支撐輥至少在所述帶材的整個寬度上延伸，從而施加在由所述帶材所形成的圓弧外表面上的壓力在其整個寬度上基本上均勻；-壓在所述主冷卻輥入口處的所述帶材的溫度低于構(gòu)成所述支撐輥的材料的裂解溫度；和
-壓在所述入口處的帶材的溫度低于大約200℃。
本發(fā)明還涉及一種用于冷卻移動的金屬帶材的組件，其中以連續(xù)的方式移動待冷卻的金屬帶材，所述組件包括主冷卻輥，所述帶材被壓在該主冷卻輥上，使得該帶材形成一圓弧，該圓弧的內(nèi)表面所述輥的外表面所限定的接觸區(qū)域適合于將所述帶材的部分熱向所述主冷卻輥的內(nèi)側(cè)排放；和在由所述帶材所形成的圓弧的外表面上的至少一個支撐輥，所述支撐輥適合于使所述帶材與所述主冷卻輥保持接觸，所述支撐輥或每一所述支撐輥基本上平行于所述主冷卻輥布置，從而可繞其軸線轉(zhuǎn)動；所述組件的特征在于所述支撐輥或每一所述支撐輥至少其外圍由可彈性變形的熱容性材料構(gòu)成，并且所述組件包括輔助冷卻裝置，其適合于與所述支撐輥或每一所述支撐輥的部分外表面形成向這些輔助冷卻裝置傳導熱的區(qū)域，以便排放從所述帶材傳導到所述支撐輥或每一所述支撐輥的熱量。
所述組件還具有如下特征，包括單個特征或所有技術(shù)上可能的組合-所述支撐輥或每一所述支撐輥至少其外圍由彈性體材料尤其是硫化的硅酮(vulcanized silicone)制成；-至少構(gòu)成所述支撐輥或每一所述支撐輥的外圍的材料具有小于1W/m·K的導熱系數(shù)；-所述支撐輥或每一所述支撐輥的直徑大約為所述主冷卻輥的直徑的四分之一至十分之一；-所述輔助冷卻裝置包括至少一個第二冷卻輥，該冷卻輥可繞其軸線轉(zhuǎn)動并基本上平行于所述支撐輥布置；和
-所述組件包括用于提供熱交換流體的裝置，該裝置是所述主冷卻輥和所述輔助冷卻裝置所共用的。


通過參考附圖閱讀純粹以實施例方式給出的下列說明將有助于更好地理解本發(fā)明，其中-圖1是根據(jù)本發(fā)明的冷卻組件的示意圖；-圖2和3是與圖1相類似的視圖，其中給出了根據(jù)本發(fā)明的兩種不同組件。
具體實施例方式
在圖1中示出的組件1旨在冷卻沿箭頭4所示方向移動的帶材2。該組件在例如帶材的涂敷處理期間，尤其是在真空條件下使用。
所述組件包括-兩個用于使帶材2轉(zhuǎn)向的圓筒8A和8B，它們?nèi)芜x配有機動驅(qū)動系統(tǒng)(未示出)；-主冷卻輥10，其具有軸X-X并面向轉(zhuǎn)向圓筒8A和8B布置，從而使上述圓筒在輥10的入口和出口分別以適當?shù)姆绞揭龑Р?；-用于帶材支撐在冷卻輥10上的輥14，其具有基本上與輥10的軸X-X平行的軸Z-Z，并優(yōu)選其基本上垂直于帶材繞輥10移動的區(qū)域布置；和-第二冷卻輥16，其具有平行于輥14的軸Z-Z的軸X’-X’，并在與輥10相對的那一側(cè)與這些輥14相接觸地布置，共同平面P形成在輥10和16的中心平面上。
更準確地，當將熱構(gòu)件施加到主冷卻輥10和第二冷卻輥16上時，它們能夠從輥的外表面向輥的內(nèi)側(cè)排放熱能。為此，輥10和16以公知的方式包括雙層外殼(double casing)，其允許冷卻流體例如冷水在這些輥的內(nèi)部周邊循環(huán)。也可設想使用為本領(lǐng)域技術(shù)人員所公知的，通過接觸冷卻的其它類型的冷卻輥。
支撐輥14本身由具有軸Z-Z的單個圓筒部件構(gòu)成或者由一套相關(guān)或不相關(guān)的同軸薄圓筒體構(gòu)成。輥14由可彈性變形的材料制成，尤其是彈性體材料。在本發(fā)明中，術(shù)語“可彈性變形材料”通常指其彈性模量(或楊氏模量)明顯低于形成帶材2的材料的彈性模量的材料，其原因?qū)⒃谙旅娼忉尅：线m彈性體材料的例子包括硫化的硅酮。
構(gòu)成支撐輥14的材料在熱導性和電容方面也具有優(yōu)選的性能，也就是說其一定不能完全或幾乎完全阻止熱傳導(例如象陶瓷材料那樣)，但是也不必象傳統(tǒng)的金屬合金那樣具有高的傳導性。進一步，其必須能夠在其芯部存儲從帶材上吸收的熱能。構(gòu)成支撐輥14的彈性體材料具有例如低于大約1W/m·K(瓦特每米每開爾文)的導熱系數(shù)和例如約1000J/kg·K(焦耳每公斤每開爾文)的高熱容，。
輥14的直徑優(yōu)選在輥10的直徑的四分之一和十分之一之間。此外，該輥14的長度至少稍微大于帶材2的寬度。
組件1的操作(解釋了根據(jù)本發(fā)明的方法)如下來自組件1上游的相鄰生產(chǎn)組件(如帶卷或加熱組件(未示出))的帶材2以被認為是較高的溫度到達組件1的入口，該溫度尤其是指在環(huán)境溫度和高于構(gòu)成支撐輥14的材料被裂解的危險的高溫之間，也就是說，例如在環(huán)境溫度和大約200℃之間?？捎蓤A筒8A引起其至少部分地運動。
在圓筒8A出口處的帶材2被壓在主冷卻輥10上，所述帶材繞該冷卻輥形成盡可能大的圓弧，例如超過大約240°的圓弧，其內(nèi)表面與圓筒10的外表面接觸。當被壓到輥10上時，由帶材2形成的圓弧優(yōu)選在其開始卷繞的區(qū)域被支撐輥14壓在輥10上，從而與輥10保持接觸。
輥14相對于輥10外表面的相對位置既可以是預調(diào)的，尤其是根據(jù)帶材2的厚度，也可以是由可彈性變形的支撐裝置控制，從而使所述帶材2的外表面承受使帶材沿著其寬度充分平整的接觸壓力，并通過增加所述帶材的內(nèi)表面與所述輥的外表面之間的接觸表面積來促進從帶材到冷卻輥10的熱傳導。
形成支撐輥的材料的低剛性限制了帶材外表面有劃痕的危險，即使當出現(xiàn)軸Z-Z與X-X之間平行度問題的時候也是如此。此外，帶材2具有良好的橫截面均勻性。
此外，由于形成支承輥14的材料為熱容性材料，所述帶材的部分熱從帶材傳導到支承輥，因而為帶材提供了補充冷卻。
帶材2的運動驅(qū)動支承輥14繞其軸線旋轉(zhuǎn)，該輥14本身又驅(qū)動第二冷卻輥16。保持在支撐輥14與輥16之間的接觸區(qū)域允許熱量從輥14的外圍部分傳導到輥16的內(nèi)側(cè)。由于形成支撐輥的材料為高熱容性材料，因此從帶材傳導到支承輥14的熱量在其被傳導到冷卻輥16之前被存儲在輥14的外圍。
形成支承輥14的材料的彈性確保了即使在軸Z-Z與X’-X’之間平行度(parallelism)不足的情況下，在輥14和輥16的外表面之間形成大的接觸表面積，和因此具有的高水平的熱導。
在輥10的出口處，帶材2繞轉(zhuǎn)向圓筒8B轉(zhuǎn)動并離開組件1。
因此，根據(jù)本發(fā)明的方法允許帶材2以可控的方式被冷卻，而不損害或劃傷其表面。所獲得的冷卻是均勻和迅速的，因此既確保了所冷卻的帶材的性質(zhì)的均勻，又縮短了冷卻的時間以及所對應的區(qū)域的長度。
利用彈性體材料形成支承輥14并不是很復雜，而制造第二冷卻輥16則基于現(xiàn)有的技術(shù)。此外，可有利地利用送入到主冷卻輥10的冷卻流體的循環(huán)網(wǎng)路，例如利用供應第二冷卻輥16的支路，也就是說，基于現(xiàn)已存在的冷卻裝置，因此根據(jù)本發(fā)明所提供的組件的投資費用極小。
圖2顯示了不同于圖1中的組件1的變體，一方面，其中代替一個支承輥將兩個支承輥14布置在主冷卻輥10和第二冷卻輥16之間；另一方面，出口轉(zhuǎn)向圓筒8B被例如類似于輥10的第二主冷卻圓筒12代替。該組件的操作基本上類似于圖1中組件1的操作。
根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的方法的應用實施例以及利用圖2中的組件1的根據(jù)本發(fā)明的方法的應用實施例在以下詳細說明。在下面的兩個表中，公布了該組件的操作參數(shù)表1

表2

下面的表概述了測試結(jié)果表3

測試1和2是在沒有支承輥的情況下進行的，而測試3和4是在使用兩個由彈性體材料制成的支承輥14的情況下進行的，如圖2中所示。
當?shù)谝恢骼鋮s輥10與兩個支撐輥14相聯(lián)時，發(fā)現(xiàn)第一主冷卻輥10上的冷卻效率增大15倍，而且第二冷卻輥12上的冷卻效率也大幅增加。該結(jié)果說明支承輥14為帶材2提供了高水平的橫截面均勻度，允許在帶材的整個寬度上高水平且均勻地進行冷卻。利用紅外熱成像法的溫度測量進一步證實冷卻溫度是均勻的。
此外，考慮到由支承輥14所達到的溫度，可能確定的是，輥14的材料外層在預定的接觸期間內(nèi)，可在相對短的時間內(nèi)局部達到與這些輥相接觸的帶材2的溫度。尤其是當帶材的運動速度較低時，例如在上面的表1和2中詳細公開的應用實施例中約20m/min的運動速度。
然而，當帶材的運動速度增加時，彈性體材料在帶材上的接觸時間并不足以完成熱交換，從而彈性體材料的溫度仍然低于帶材的溫度。因此，對大約150m/min的運動速度(對應于工業(yè)組件的運動速度)，并對于約150℃的帶材初始溫度，彈性體材料局部達到約100℃的最高溫度，這對應于大多數(shù)硫化彈性體材料的普通工作溫度。
可以考慮上面描述的方法和組件的變體和不同方案。尤其是，支撐輥和第二冷卻輥的數(shù)量，它們的尺寸以及它們的布置都只受限于主冷卻輥周圍可利用的空閑空間。任何組合都是可能的，只要每一個支撐輥被至少一個第二輥所冷卻。作為實例，圖3例示了一個與五個支撐輥14和四個第二冷卻輥16相聯(lián)的主冷卻輥10。
此外，冷卻輥14可包括多層結(jié)構(gòu)，為了實施本發(fā)明，僅外層必須具有上面所公開的在彈性與熱容性方面的特性。
此外，冷卻輥16可以被其它輔助冷卻裝置所代替，例如借助氣體噴射淬火的系統(tǒng)，只要這些裝置與支撐輥的部分外表面形成適當?shù)臒崤欧艆^(qū)域。
權(quán)利要求
1.一種用于冷卻移動的金屬帶材的方法，其中-以連續(xù)的方式移動待冷卻的金屬帶材(2)；-所述帶材(2)被壓在能夠繞其軸線(X-X)運動的主冷卻輥(10)上，從而形成圓弧，該圓弧的內(nèi)表面與所述主冷卻輥的外表面限定了適合于將所述帶材的部分熱排放向該輥內(nèi)側(cè)的接觸區(qū)域；和-通過在由所述帶材所形成的圓弧的外表面上的至少一個支撐輥(14)，使所述帶材(2)與所述主冷卻輥(10)保持接觸，所述支撐輥或每一所述支撐輥基本上平行于所述主冷卻輥(10)布置，從而可繞其軸線(Z-Z)轉(zhuǎn)動；所述方法的特征在于，所述支撐輥或每一所述支撐輥(14)至少其外圍由可彈性變形的熱容性材料構(gòu)成，并且從所述帶材(2)傳導到所述支撐輥或每一所述支撐輥(14)的熱由輔助冷卻裝置(16)排放，所述輔助冷卻裝置適合于與所述支撐輥或每一所述支撐輥(14)的部分外表面形成向這些輔助冷卻裝置(16)傳導熱的區(qū)域。
2.權(quán)利要求1的方法，其特征在于所述支撐輥或每一所述支撐輥(14)至少在所述帶材(2)的整個寬度上延伸，從而施加在由所述帶材所形成的圓弧外表面上的壓力在其整個寬度上基本上均勻。
3.權(quán)利要求1或2的方法，其特征在于壓在所述主冷卻輥(10)入口處的所述帶材(2)的溫度低于構(gòu)成所述支撐輥(14)的材料的裂解溫度。
4.權(quán)利要求3的方法，其特征在于壓在所述入口處的帶材的溫度低于大約200℃。
5.一種用于冷卻移動的金屬帶材的組件，其中以連續(xù)的方式移動待冷卻的帶材(2)，所述裝置包括主冷卻輥(10)，所述帶材(2)被壓在該主冷卻輥上，使得該帶材形成一圓弧，該圓弧的內(nèi)表面與所述輥(10)的外表面限定了適合于將所述帶材的部分熱向所述主冷卻輥的內(nèi)側(cè)排放的接觸區(qū)域；和在由所述帶材所形成的圓弧的外表面上的至少一個支撐輥(14)，所述支撐輥適合于使所述帶材與所述主冷卻輥(10)保持接觸，所述支撐輥或每一所述支撐輥基本上平行于所述主冷卻輥布置，從而可繞其軸線(Z-Z)轉(zhuǎn)動；所述裝置的特征在于所述支撐輥或每一所述支撐輥(14)至少其外圍由可彈性變形的熱容性材料構(gòu)成，并且所述裝置(1)包括輔助冷卻裝置(16)，其適合于與所述支撐輥或每一所述支撐輥(14)的部分外表面形成向這些輔助冷卻裝置傳導熱的區(qū)域，以便排放從所述帶材(2)傳導到所述支撐輥或每一所述支撐輥的熱量。
6.權(quán)利要求5的組件，其特征在于所述支撐輥或每一所述支撐輥(14)至少其外圍由彈性體材料尤其是硫化的硅酮制成。
7.權(quán)利要求5或6的組件，其特征在于至少構(gòu)成所述支撐輥或每一所述支撐輥(14)的外圍的材料具有小于1W/m·K的導熱系數(shù)。
8.權(quán)利要求5至7中任一項所述的組件，其特征在于所述支撐輥或每一所述支撐輥(14)的直徑大約為所述主冷卻輥(10)的直徑的四分之一至十分之一。
9.權(quán)利要求5至8中任一項所述的組件，其特征在于所述輔助冷卻裝置包括至少一個第二冷卻輥(16)，該冷卻輥可繞其軸線(X’-X’)轉(zhuǎn)動并基本上平行于所述支撐輥(14)布置。
10.權(quán)利要求5至9中任一項所述的組件，其特征在于所述組件包括用于提供熱交換流體的裝置，該裝置是所述主冷卻輥(10)和所述輔助冷卻裝置(16)所共用的。
全文摘要
為了冷卻以連續(xù)方式移動的金屬帶材(2)－將所述帶材(2)壓在主冷卻輥(10)上，從而由形成圓弧的帶材的內(nèi)表面與主冷卻輥的外表面所限定的接觸區(qū)域適合于將所述帶材的部分熱排放向所述輥的內(nèi)側(cè)；－通過在所述帶材外表面上的支撐輥(14)，使所述帶材(2)與主冷卻輥(10)保持接觸，所述支撐輥由可彈性變形的熱容性材料構(gòu)成；和－從所述帶材(2)傳導到支撐輥(14)的熱借助輔助冷卻裝置(16)排放。
文檔編號C21D9/56GK1802444SQ200480015991
公開日2006年7月12日 申請日期2004年6月9日 優(yōu)先權(quán)日2003年6月11日
發(fā)明者于格·科爾尼, 揚·格萊迪, 伯努瓦·德韋爾, 斯特凡娜·勒孔特, 雅克·莫圖勒 申請人:烏西諾公司