一种柔性辊接触式薄带材冷却装置的制作方法

本发明涉及钢铁材料深加工技术领域，更具体地说，涉及一种柔性辊接触式薄带材冷却装置。

背景技术：

不锈钢等金属材料往往都需要通过调质等热处理方式来改善其组织和性能，金属薄带和极薄带材调质处理时冷却速度的控制更是一个难题。目前行业内普遍采用以下冷却方式：(1)采用风冷，但风冷难以达到很高的冷却速度，且风冷时冷却速度的控制偏差较大；(2)采用固定滑块式接触换热方式进行冷却，但容易擦伤工件表面，且接触压力不能过大，影响换热效果；(3)采用速度可调的冷却辊进行接触式冷却，但对于要冷却的带材厚度较为限制，薄带厚度不能太厚，厚度超过一定值时则冷却效果大打折扣，而且薄带的冷却速度也不够快。综上所述，目前行业内仍缺乏对薄带材合理有效的冷却方式。

经检索，中国专利申请号：2011100209102，申请日：2011年1月18日，发明创造名称为：非晶带机用冷却辊装置，该申请案中左盖板与导流元件连接，铜辊固定在左盖板和导流元件外侧；导流元件右端有进水管，左端安装在铜辊、左盖板和导流元件构成的腔体中；导流元件左端与左盖板及铜辊之间形成一个汇流腔；铜辊内表面具有使水流互为反向的左、右螺旋形水道槽，螺旋形水道槽与导流元件外表面贴合构成螺旋形水道；导流元件轴向设有中心孔，中部设有径向孔，径向孔外部设有底部通过孔与螺旋形水道相通的轴向孔，左右两个方向的水流同经汇流腔流出。

又如中国专利申请号：2013103241518，申请日：2013年7月30日，发明创造名称为：一种制备高性能快冷金属薄带的冷却辊装置，该申请案主要包括：辊基体、辊套、第一盖板、主轴和第二盖板，主轴上设有辊基体，辊基体外圆侧设有辊套，辊基体两侧设有第一盖板、第二盖板，并且通过辊套相连，两个盖板外周边设有与辊套相配合的凸环，辊基体外圆中心区域设有环形凸台，辊套内表面中心区域排布有轴向方形水槽，轴向方形水槽端面与辊基体的凸台外圆面贴合形成轴向方形冷却水流动通道，辊套内表面外侧与两个盖板以及辊基体外圆面共同围成对称的左右两个阶梯状环形等间距冷却水流动通道。该申请案的水道结构设置有助于实现辊套与非晶带材接触区域内的温度场分布均匀化，从而改善非晶宽带制品由于冷却不均匀而产生的一系列缺陷。

以上申请案均不失为一种良好的冷却装置，但以上申请案主要是针对冷却水道设计进行优化，解决铜辊冷却不均问题，对于调节冷却速度并无明显助益。

技术实现要素：

1.发明要解决的技术问题

本发明的目的在于克服现有技术中薄带材冷却速度不易控制、带材厚度变化时冷却效果不明显的不足，提供了一种柔性辊接触式薄带材冷却装置，利用接触传热原理，通过调整柔性辊与带材的接触长度和换热系数，实现对冷却速度的有效控制，并能适应对不同厚度带材的快速冷却，且结构简单，适宜推广使用。

2.技术方案

为达到上述目的，本发明提供的技术方案为：

本发明的一种柔性辊接触式薄带材冷却装置，包括机架、上压辊和下压辊，上压辊和下压辊内均设有用于盛放冷却液的冷却腔；上压辊的两端分别安装在上固定块上，上固定块活动安装在机架上，且上固定块上方设有用于向下压紧上固定块的压紧件；上压辊的两端还设有用于向上支撑抬起上压辊的平衡机构。

更进一步地，平衡机构包括平衡梁，平衡梁沿上压辊的长度方向分布并与上压辊两端的上固定块固连，平衡梁两端上方分别连接有平衡螺杆，机架的一侧设有固定臂，平衡螺杆穿过该固定臂且顶部通过锁紧螺母锁紧，且锁紧螺母和固定臂之间设有弹性件。

更进一步地，上固定块上设有突出的滑块，机架上沿高度方向对应设有与该滑块相配合的滑槽，上固定块与机架活动配合。

更进一步地，机架上还设有挡块，挡块向与上压辊长度相垂直的方向延伸，并阻挡在上固定块的一侧。

更进一步地，平衡螺杆底部设有平衡座，平衡座内开设有安装孔，平衡梁的端部穿过该安装孔并被紧固。

更进一步地，上压辊包括芯轴，芯轴的两端分别安装在上固定块上，芯轴的两端外周分别包覆有端辊套，两端的端辊套之间连接有中间辊套，端辊套、中间辊套和芯轴之间围成冷却腔；下压辊的结构与上压辊的结构相同。

更进一步地，芯轴内分别设有进水通道和出水通道，冷却液经进水通道流入冷却腔中，冷却腔中的冷却液经出水通道流出芯轴之外。

更进一步地，中间辊套包括中间段、过渡段和两端的固定段，中间辊套通过两端的固定段与端辊套相连，中间段为向外突出固定段的平直段，且中间段通过过渡段与固定段光滑连接。

更进一步地，进水通道和出水通道均沿芯轴长度方向分布，并分别位于芯轴长度方向的两端，进水通道的一端间隔设有多条与冷却腔相通的进水分通道；出水通道的一端间隔设有多条与冷却腔相通的出水分通道。

更进一步地，机架上设有至少两组上下配合的上压辊和下压辊。

3.有益效果

采用本发明提供的技术方案，与现有技术相比，具有如下显著效果：

(1)本发明的一种柔性辊接触式薄带材冷却装置，上固定块上方设有用于向下压紧上固定块的压紧件，上压辊的两端还设有用于向上支撑抬起上压辊的平衡机构，通过压紧件和平衡机构的相互配合实现对上压辊的上下活动调节，即可控制上下辊面与待加工件间的接触压力和接触面积，进而来实现对冷却速度的有效调控，并能适应对不同厚度带材的快速冷却，适用范围较广。

(2)本发明的一种柔性辊接触式薄带材冷却装置，中间辊套由具有高导热系数的金属材料制成，使用时中间辊套在压力作用下被弹性压扁，这样一方面可以增大辊面与待加工件的接触面积，另一方面可以通过增加接触压力来改善接触状态，增大换热系数，从而提高冷却速度。

(3)本发明的一种柔性辊接触式薄带材冷却装置，上固定块的两侧分别设有挡块，挡块用于阻挡上固定块发生轴向运动，即上压辊在上下调节运动过程中，保障上固定块只能沿机架的高度方向上下滑动，而不会沿上压辊长度方向发生轴向窜动，进一步保障了上压辊上下调节时的稳定性。

(4)本发明的一种柔性辊接触式薄带材冷却装置，中间辊套包括中间段、过渡段和两端的固定段，中间段为向外突出固定段的平直段，中间段的突出设置有助于保障中间辊套对待加工件的充分均匀挤压，进一步增强下压辊和上压辊的冷却速度和冷却效率。

(5)本发明的一种柔性辊接触式薄带材冷却装置，机架上设有至少两组上下配合的上压辊和下压辊，生产实践中可以根据待加工件的厚度制定单道次或多道次冷却，使得可以冷却的薄带厚度范围更大，且薄带在冷却效率上也有明显提高。

附图说明

图1为本发明中柔性辊的接触式冷却原理示意图；

图2为本发明的一种柔性辊接触式薄带材冷却装置的主视示意图；

图3为本发明的一种柔性辊接触式薄带材冷却装置的右视示意图；

图4为本发明的一种柔性辊接触式薄带材冷却装置的俯视示意图；

图5为本发明中单道次柔性辊接触式薄带材冷却装置的结构示意图；

图6为本发明中平衡机构的结构示意图；

图7为本发明中上压辊的结构示意图。

示意图中的标号说明：1、机架；101、连接臂；102、固定臂；2、传动机构；3、下压辊；

4、上压辊；401、芯轴；402、中间辊套；403、冷却腔；404、端盖；405、端辊套；406、进水通道；407、进水分通道；408、出水通道；409、出水分通道；410、第一旋转接头；411、第二旋转接头；5、压紧件；

6、平衡机构；601、平衡螺杆；602、锁紧螺母；603、弹性件；604、平衡座；605、安装孔；606、卡臂；607、连接销；608、固定销；

7、平衡梁；8、待加工件；9、挡块；10、下固定块；11、上固定块。

具体实施方式

为进一步了解本发明的内容，结合附图对本发明作详细描述。

下面结合实施例对本发明作进一步的描述。

实施例1

本实施例的一种柔性辊接触式薄带材冷却装置，包括机架1、上压辊4和下压辊3，下压辊3由传动机构2驱动转动，具体地，传动机构2包括减速器、主动轮、从动轮和同步带等，传动机构2驱动下压辊3回转，并由上压辊4和下压辊3之间的摩擦力驱动上压辊4回转。上压辊4和下压辊3内均设有用于盛放冷却液的冷却腔403；如图1所示，使用时待加工件8从上压辊4和下压辊3之间穿过并通过冷却液进行冷却，具体地，上压辊4和下压辊3之间的间隙两侧设有与机架1固连的辊道，辊道用于对待加工件8进行支撑与导向定位，待加工件8的宽度两侧由辊道支撑，且待加工件8在上压辊4和下压辊3之间的间隙中不断行进。

如图2～图5所示，下压辊3的两端分别安装在下固定块10上，下固定块10安置在机架1底部，下压辊3靠自重与机架1底座接触；上压辊4的两端分别安装在上固定块11上，具体地，上固定块11内开设有配合孔，上压辊4的端部配合有轴承并通过该配合孔与固定块11转动配合，且上固定块11活动安装在机架1上，能够沿机架1高度方向上下运动，具体可采用以下方式：上固定块11上设有突出的滑块，机架1上沿高度方向对应设有与该滑块相配合的滑槽。上固定块11上方设有用于向下压紧上固定块11的压紧件5(可采用压紧螺栓)，具体地，上压辊4长度方向两侧的机架1之间连接有连接臂101，压紧件5穿过该连接臂101并向下对准上固定块11，向下旋紧压紧件5使其逐渐向下压紧上固定块11即可实现对上压辊4的下压。

需要说明的是，本实施例中在上压辊4的两端还设有用于向上支撑抬起上压辊4的平衡机构6，通过压紧件5和平衡机构6的相互配合实现对上压辊4的上下活动调节。如图2～图6所示，平衡机构6包括平衡梁7，平衡梁7沿上压辊4的长度方向分布并与上压辊4两端的上固定块11固连，平衡梁7两端上方分别连接有平衡螺杆601，机架1的一侧突出设有固定臂102，平衡螺杆601穿过该固定臂102且顶部通过锁紧螺母602锁紧，且锁紧螺母602和固定臂102之间设有弹性件603(具体可采用压紧弹簧)；如图4所示，上压辊4长度方向的两侧分别设有一组平衡机构6，即两根平衡梁7同一侧的端部分别固连在上固定块11的两侧，通过平衡机构6拉动平衡梁7来平衡整个上压辊4的重量。平衡机构6的设置对于控制上压辊4的平稳调节是非常有利的，当需要向下调节上压辊4来缩小上压辊4和下压辊3之间的间隙时，向下旋紧压紧件5逐渐下压上固定块11时，上固定块11的下移带动平衡梁7的同步下移，则锁紧螺母602逐渐挤压弹性件603使其压缩力不断增强，直至上压辊4到达合适高度时停止调节，调节过程平稳；当需要将上压辊4上抬来增大上压辊4和下压辊3之间的间隙时，旋开压紧件5后，此时上压辊4受重力和弹性件603的反向作用力，继续旋紧锁紧螺母602增大弹性件603的反向作用力，当弹性件603反向作用力大于上压辊4的重力时，则推动平衡螺杆601上抬，最终实现上压辊4的上抬。

如图6所示，本实施例中平衡螺杆601底部设有平衡座604，平衡座604内开设有安装孔605，平衡梁7的端部穿过该安装孔605并被紧固，进一步地，平衡座604顶部两侧分别设有卡臂606，平衡螺杆601底部嵌入两侧的卡臂606之间，且平衡螺杆601底部和卡臂606上均开设有通孔，连接销607穿过该通孔连接平衡螺杆601与平衡座604，且连接销607的端部通过固定销608紧固。平衡座604的设置使得平衡螺杆601和平衡梁7之间的连接较为灵活，便于拆卸更换。

如图7所示，本实施例中上压辊4包括芯轴401，芯轴401的两端配合有轴承并分别安装在上固定块11上，芯轴401的两端外周分别包覆有端辊套405，两端的端辊套405之间连接有中间辊套402，端辊套405、中间辊套402和芯轴401之间围成冷却腔403。具体安装时，将端辊套405装配在芯轴401上并采取焊接方式固定，为便于安装和拆卸，端辊套405和中间辊套402配合加工，端辊套405和中间辊套402上均开设有配合的螺纹孔，用螺栓使端辊套405和中间辊套402固定，且螺栓下依次设有垫圈、防水橡胶等加以密封，端辊套405外侧还通过端盖404进行密封，且端盖404与端辊套405之间设有橡胶密封片，以保障冷却腔403的良好密闭，其中下压辊3的结构与上压辊4的结构相同。本实施例的中间辊套402由具有高导热系数的金属材料制成(如纯铜)，且辊套厚度为3～20mm，使用时中间辊套402在压力作用下被弹性压扁，这样一方面可以增大辊面与待加工件8的接触面积，另一方面可以通过增加接触压力来改善接触状态，增大换热系数，从而提高冷却速度；且中间辊套402的柔性辊面与待加工件8之间滚动接触，可有效避免擦伤待加工件8表面，保障表面质量。

本实施例中芯轴401内分别设有进水通道406和出水通道408，冷却液经进水通道406流入冷却腔403中，冷却腔403中的冷却液经出水通道408流出芯轴401之外，具体地，进水通道406和出水通道408均沿芯轴401长度方向分布，并分别位于芯轴401长度方向的两端，进水通道406的一端(靠近冷却腔403的内端)间隔设有多条与冷却腔403相通的进水分通道407，出水通道408的一端(靠近冷却腔403的内端)间隔设有多条与冷却腔403相通的出水分通道409，进水通道406的外端则设有单回路的第一旋转接头410，出水通道408的外端设有单回路的第二旋转接头411，同理，下压辊3的结构与上压辊4的结构相同。使用时冷却液从第一旋转接头410进入进水通道406，再经进水分通道407流入冷却腔403，在冷却腔403内部与柔性的中间辊套402进行热交换后，经出水分通道409、出水通道408和第二旋转接头411流出。

本实施例中通过压紧件5和平衡机构6的相互配合实现对上压辊4的上下活动调节，当柔性的上压辊4需要压下时，旋紧两端的压紧件5下压上固定块11，从而减小辊缝，增大辊面与待加工件8间的接触压力和接触面积；当上压辊4需要抬起时，旋出压紧件5，在平衡机构6的作用下上压辊4抬起，减小辊面与待加工件8间的接触压力和接触面积；待加工件8通过与旋转的下压辊3、上压辊4接触换热，将热量经由中间辊套402传递给冷却腔403内的冷却液，最终冷却液将热量带出。本实施例通过调整上下辊面与待加工件8间的接触压力和接触面积来实现冷却速度的调控，并能适应对不同厚度带材的快速冷却，且结构简单，适宜推广使用。

实施例2

本实施例的一种柔性辊接触式薄带材冷却装置，，基本结构同实施例1，更进一步地，本实施例中机架1上还设有挡块9，挡块9向与上压辊4长度相垂直的方向延伸，并阻挡在上固定块11的一侧，具体地如图3所示，上固定块11的两侧分别设有挡块9，挡块9用于阻挡上固定块11发生轴向运动，即上压辊4在上下调节运动过程中，保障上固定块11只能沿机架1的高度方向上下滑动，而不会沿上压辊4长度方向发生轴向窜动，进一步保障了上压辊4上下调节时的稳定性；同理，下固定块10的两侧也设有防止轴向窜动的挡块9。

实施例3

本实施例的一种柔性辊接触式薄带材冷却装置，基本结构同实施例2，更进一步地，如图7所示，本实施例中间辊套402包括中间段、过渡段和两端的固定段，中间辊套402通过两端的固定段与端辊套405相连，中间段为向外突出固定段的平直段，且中间段通过过渡段与固定段光滑连接，中间段的突出设置有助于保障中间辊套402对待加工件8的充分均匀挤压，进一步增强下压辊3和上压辊4的冷却速度和冷却效率。

实施例4

本实施例的一种柔性辊接触式薄带材冷却装置，基本结构同实施例3，需要说明的是，本实施例机架1上设有至少两组上下配合的上压辊4和下压辊3，实现对待加工件8的多道次冷却；生产实践中可以根据待加工件8的厚度制定单道次或多道次冷却，使得可以冷却的薄带厚度范围更大，且薄带在冷却效率上也有明显提高，适用的薄带材厚度为0.01～3mm，冷却速度可控制在50～900℃/s。

本实施例中机架1上设有三组上下配合的上压辊4和下压辊3，用于对厚度超过0.5mm的薄带材进行三道次冷却，具体地，通过压下压紧件5将三道次上压辊4和下压辊3的辊缝调至一致，即可依次对薄带材进行冷却，薄带材的行进速度为10m/min，冷却速度可达到为300℃/s。

采用本实施例的冷却装置对薄带材进行冷却时，按照以下方法进行：启动传动机构2，传动机构2驱动下压辊3回转，向下压辊3和上压辊4内的冷却腔403中填充冷却液，待加工件8在上压辊4和下压辊3之间的辊缝中行进并进行冷却，根据加工需求调整压紧件5和平衡机构6，调节上压辊4和下压辊3之间的辊缝大小，从而控制对加工件8的冷却速度。

以上示意性的对本发明及其实施方式进行了描述，该描述没有限制性，附图中所示的也只是本发明的实施方式之一，实际的结构并不局限于此。所以，如果本领域的普通技术人员受其启示，在不脱离本发明创造宗旨的情况下，不经创造性的设计出与该技术方案相似的结构方式及实施例，均应属于本发明的保护范围。