一种具有盘条温度均匀化功能的辊道保温罩及设计方法与流程

本发明涉及一种对盘条可以进行温度均化的辊道保温罩及设计方法，属于盘条生产设备及设计方法技术领域。

背景技术：

在盘条生产过程中，缩小盘条吐丝后在辊道冷却时边部搭接点和盘条中部的温度差异一直是高线厂生产需缓冷的盘条产品时的努力方向。在常规条件下，由于盘条边部搭接点处的排列较为密集而盘条中部处的排列较为松散，所以导致在冷却过程中盘条边部搭接点和盘条中部处的冷却速度和温度存在明显差异。盘条两个位置温度的不同直接导致了相变组织的不同。特别是在盘条中部位置，由于盘条排列松散，降温较快，极易出现贝氏体和马氏体等硬相组织，在下游用户的拉拔过程中发生拔丝断裂等现象。

为了解决盘条边部搭接点和盘条中部温度不均匀的问题，较为直接的技术手段是降低辊道速度，使盘条吐丝后在辊道上的排列更为密集，从而减少盘条中部位置的冷却速度。但降低辊道速度后，单位长度辊道上盘条的重量大大增加，对辊道的材质、辊道驱动系统的线路和电机容量都提出了更高的要求，设备投资巨大，而且辊道辊子长时间在高温下承受大的应力非常容易发生蠕变，从而导致辊道变形、失效。也有厂家在盘条的盘条中部处采取外接热源补热的手段，但其设备投资和能源消耗都较大，不利于盘条生产成本的降低。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是提供一种具有盘条温度均匀化功能的辊道保温罩及设计方法，这种辊道保温罩可以缩小经过辊道保温罩的盘条边部搭接点和盘条中部的温度差异，改善盘条组织的不均匀性，最终缩小盘条同圈抗拉强度的差异，满足用户对于盘条抗拉强度波动范围的要求，适用于高线车间需缓冷的盘条产品的生产。

解决上述技术问题的技术方案是：

一种具有盘条温度均匀化功能的辊道保温罩，它包括辊道保温罩、保温罩支撑杆、保温罩开闭机构，辊道保温罩覆盖在辊道上方，保温罩支撑杆的一端连接在辊道保温罩的一侧，保温罩支撑杆的另一端与保温罩开闭机构相连接，辊道保温罩的顶板内壁形状为两个相同的上凹圆弧形，两个上凹圆弧形的圆弧弯曲方向与辊道的运行方向垂直，两个上凹圆弧形在辊道保温罩的中心线两侧对称连接，两个上凹圆弧形分别为两个椭圆形状的一部分，两个椭圆的一个焦点在辊道保温罩的中心线上重叠，两个椭圆的另一个焦点分别位于辊道保温罩内的盘条的边部。

上述具有盘条温度均匀化功能的辊道保温罩，所述辊道保温罩的顶板内壁表面为光滑的镜面。

一种上述具有盘条温度均匀化功能的辊道保温罩的设计方法，它采取以下步骤进行：

a.建立坐标系：以辊道上平面至辊道保温罩两端的水平线为坐标系的x轴的直线，位于x轴直线的辊道保温罩中心的一点为坐标轴原点，坐标轴原点的右方直线为x轴，坐标轴原点垂直向上的直线为坐标系的y轴；

b.确定参数：盘条圈径为d，盘条冷却辊道的宽度为w，辊道到辊道保温罩顶板下表面的垂直高度为h；

c.建立椭圆方程：由于辊道保温罩顶板的两个相同的上凹圆弧形分别是两个椭圆形状的一部分，两个椭圆的一个焦点在辊道保温罩的中心线上重叠，两个椭圆的另一个焦点分别位于辊道保温罩内的两侧，因此在辊道保温罩的中心线两侧的椭圆的方程相同，因设定的坐标系的x轴在辊道保温罩的中心线的右侧，则辊道保温罩的中心线右侧的椭圆方程为：

其中x、y分别为横纵坐标参数，a，b为椭圆方程中的参数；

d.计算椭圆方程后画出椭圆形状，根据设定的w、h参数，椭圆方程经过（，h）这一点，因此方程可以变为：

根据椭圆的几何性质，a²-b²=²,故a和b的值可对下列方程组求解得到：

其中w，h和d都为已知数，可以得到a和b数值，即可画出椭圆形状；

e.画出椭圆形状后，截取椭圆在[0,w]且y>0的部分即可作为辊道保温罩右侧顶板下表面的上凹圆弧形；

f.辊道保温罩左侧顶板下表面的上凹圆弧形与辊道保温罩右侧顶板下表面的上凹圆弧形相同，在辊道保温罩的中心线两侧对称。

本发明的有益效果是：

本发明利用椭圆的特殊的光学性质，即从椭圆的一个焦点发出的光线，经过椭圆反射后，反射光线交于椭圆的另一个焦点上，因此将椭圆的一个焦点设立在盘条的边部，另一个焦点设立在盘条的中部，盘条边部的热辐射可以经过椭圆的反射汇聚到盘条中部，有效地对盘条中部进行加热，达到盘条温度均匀化的目的。

本发明是辊道保温罩的首创，通过对高线厂盘条冷却线辊道保温罩内层形状的重新设计，实现了利用盘条边部搭接点位置的高温热辐射对盘条盘条中部位置进行加热，均匀了盘条不同位置的温度，减少了盘条中部位置硬相组织的生成，缩小了盘条不同位置抗拉强度的差异。本发明设计科学、制作简单，不需外接热源对盘条中部位置进行补热，也不用过度降低辊道速度，避免了对辊道等设备的改造投资，具有显著的经济效益。

附图说明

图1是本发明的辊道保温罩的结构示意图；

图2是图1的正视图；

图3是图1的盘条放置的俯视图；

图4是辊道保温罩的椭圆方程建立和计算示意图；

图5是实施例1的辊道保温罩计算后的椭圆形状示意图；

图6是实施例2的辊道保温罩计算后的椭圆形状示意图；

图7是实施例3的辊道保温罩计算后的椭圆形状示意图。

图中标记如下：辊道传动机构保护罩1、辊道保温罩2、保温罩支撑杆3、保温罩开闭机构4、辊道5、盘条6、风机7、辊道传动机构8、上凹圆弧形9、右侧椭圆10、右焦点11、右入射线12、右反射线13、中间焦点14、左侧椭圆15、左焦点16、左入射线17、左反射线18。

具体实施方式

本发明的设计思想是通过盘条自身的热量进行交换，使用盘条边部的热量对盘条中间进行加热，达到盘条温度均匀化，且不用增加加热装置。其理论根据是：

第一，椭圆具有特殊的光学性质，即从椭圆的一个焦点发出的光线，经过椭圆反射后，反射光线交于椭圆的另一个焦点上。由于热辐射也是一种电磁波，和光线一样能够被光滑的表面反射。利用椭圆的特殊的光学性质，可以将热源和受热物体分别放置在椭圆的两个焦点上，这样热源的热辐射可以经过椭圆的反射汇聚到受热物体上，有效的对受热物体进行加热。

第二，对于盘条生产而言，可以将冷却时温度较高的边部搭接点看做热源，而将温度较低的盘条中部看做受热物体。利用这两个部位的位置关系，可以建立以其作为焦点的椭圆方程，然后将表面经过抛光处理的、耐氧化的材料（如316不锈钢等）制作成椭圆方程描述的形状，以其作为辊道保温罩的内层。通过这一椭圆形内层特殊的形状和光滑的表面，将边部搭接点位置的热辐射汇聚至盘条中部位置，盘条中部位置的加热，实现盘条温度的均匀化。

图1、2、3显示，本发明的辊道保温罩包括辊道保温罩2、保温罩支撑3杆、保温罩开闭机构4，辊道保温罩2覆盖在辊道5上方，保温罩支撑杆3的一端连接在辊道保温罩2的一侧，保温罩支撑杆3的另一端与保温罩开闭机构4相连接。

图1、2显示，辊道保温罩顶板的内壁形状为两个相同的上凹圆弧形9，两个上凹圆弧形9的圆弧弯曲方向与辊道5的运行方向垂直，两个上凹圆弧形9在辊道保温罩2的中心线两侧对称连接。

图1、2显示，辊道保温罩2的顶板内壁表面为光滑的镜面，采用表面经过抛光处理的、耐氧化的材料（如316不锈钢等）制作成上凹圆弧形9形状，将盘条6边部搭接点位置的热辐射反射汇聚至盘条6中部位置。

图4显示，辊道保温罩2的两个上凹圆弧形9分别为右侧椭圆10和左侧椭圆15的一部分，右侧椭圆10和左侧椭圆15的中间焦点14在辊道保温罩中心线上重叠，右侧椭圆10的右焦点11和左侧椭圆15的左焦点16分别位于辊道保温罩2内的盘条6的边部。盘条6右侧边部的热量通过右入射线12到达右焦点11，再通过右反射线13反射的中间焦点14处的盘条6中部；同样，盘条6左侧边部的热量通过左入射线17到达左焦点16，再通过左反射线18反射的中间焦点14处的盘条6中部，共同对盘条6中部进行加热。

图4显示，辊道保温罩2的两个上凹圆弧形9对应的右侧椭圆10和左侧椭圆15的计算方法采取以下步骤进行：

a.建立坐标系：以辊道上平面至辊道保温罩2两端的水平线为坐标系的x轴的直线，位于x轴直线的辊道保温罩中心的一点为坐标轴原点，坐标轴原点的右方直线为x轴，坐标轴原点垂直向上的直线为坐标系的y轴；

b.确定参数：盘条圈径为d，盘条冷却辊道的宽度为w，辊道到辊道保温罩顶板下表面的垂直高度为h；

c.建立椭圆方程：由于辊道保温罩顶板的两个相同的上凹圆弧形分别是两个椭圆形状的一部分，两个椭圆的一个焦点在辊道保温罩的中心线上重叠，两个椭圆的另一个焦点分别位于辊道保温罩内的两侧，因此在辊道保温罩中心线两侧的椭圆的方程相同，因设定的坐标系的x轴在辊道保温罩中心线的右侧，则辊道保温罩中心线右侧的椭圆方程为：

其中x、y分别为横纵坐标参数，a，b为椭圆方程中的参数；

d.计算椭圆方程后画出椭圆形状，根据设定的w、h参数，椭圆方程经过（，h）这一点，因此方程可以变为：

根据椭圆的几何性质，a²-b²=²,故a和b的值可对下列方程组求解得到：

其中w，h和d都为已知数，可以得到a和b数值，即可画出椭圆形状；

e.画出椭圆形状后，截取椭圆在[0,w]且y>0的部分即可作为辊道保温罩2右侧顶板下表面的上凹圆弧形9；

f.辊道保温罩2左侧顶板下表面的上凹圆弧形9与辊道保温罩2右侧顶板下表面的上凹圆弧形9相同，在辊道保温罩2的中心线两侧对称。

图5至图7为实施例1、2、3的辊道保温罩2内层形状计算结果，图中虚线为计算出的椭圆方程按照盘条6位置排布的情况，由于辊道5和辊道保温罩2宽度有限，实际辊道保温罩2的上凹圆弧形9形状由加粗的线条给出，中间横线表示盘条6的位置。

实施例1

某厂盘条6的圈径为1075mm，而盘条冷却辊道5的宽度为1500mm，辊道5到辊道保温罩2边缘的垂直高度为700mm。利用这些数据，可以计算出辊道保温罩2的形状需要满足的右侧椭圆方程为：

考虑盘条6和辊道5关于中心线对称，则计算出的辊道保温罩2的上凹圆弧形9形状如图5所示。

实施例2

某厂盘条6的圈径为1034mm，盘条冷却辊道5的宽度为1450mm，辊道5到辊道保温罩2边缘的垂直高度为450mm。利用这些数据，可以计算出辊道保温罩2的形状需要满足的右侧椭圆方程为：

考虑盘条6和辊道5关于中心线对称，则计算出的辊道保温罩2的上凹圆弧形9的形状如图6所示。

实施例3

某厂盘条6的圈径为1050mm，而盘条冷却辊道5的宽度为1500mm，辊道5到辊道保温罩2边缘的垂直高度为600mm。利用这些数据，可以计算出辊道保温罩2的形状需要满足的右侧椭圆方程为：

考虑盘条6和辊道5关于中心线对称，则计算出的辊道保温罩2的上凹圆弧形9的形状如图7所示。