專利名稱：用于連續(xù)金屬帶鑄造的輥支承裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種用于連續(xù)金屬帶鑄造的鑄錠模輥的支承裝置，尤其涉及一種減小輥在其調節(jié)運動過程中摩擦的裝置。本發(fā)明還涉及一種控制構成鑄錠模的輥間距離的方法。
背景技術：
金屬帶通常由連續(xù)鑄錠或扁鋼錠開始制造，它們通過一系列的連續(xù)操作加上其他中間操作減小了厚度，連續(xù)操作包括預煅、熱層壓和冷層壓，而中間操作例如為熱處理。這些操作方法需要非常昂貴的設備和相當大的能量消耗。
因此，長期以來人們傾向于通過鑄造厚度盡可能接近成品的產品來降低設備和經營成本；由此在推廣連續(xù)扁鋼錠鑄造技術之后，在所謂的“薄扁鋼錠鑄造”中，扁鋼錠的厚度由傳統(tǒng)的200～300毫米減小到60～100毫米。然而，即便從60毫米轉變成為熱軋帶典型厚度的2-3毫米，仍需要一系列能量需求步驟。
鑒于在很厚鑄體鑄造成減小的薄帶材時存在固有的缺陷，從19世紀下半葉開始，當托馬斯·貝西默爵士研究出一種鋼帶的連續(xù)鑄造機時，人們認識到直接使用鑄造金屬帶的優(yōu)點，該鑄造機包括冷軋、對置旋轉、以很小距離間隔設置的金屬鑄造輥。金屬在鑄造輥間的間隙內澆鑄，并與后者的冷表面接觸而固化，最后以等于輥自身相對壁之間的間隔的厚度拉出。
已經發(fā)現(xiàn)這種很引人的技術僅在20世紀的最后十年被實際用于諸如銅和鋁的金屬鑄造，可是對于高熔點的金屬和合金，諸如鋼，目前這種技術仍未在工業(yè)上廣泛推廣。
在本領域中，人們主要致力于減少生產成本、能量消耗和環(huán)境影響，并生產用于特別應用的薄帶材，例如表面質量不作特別要求的應用場合，或生產能夠忍受與熱層壓帶材相同操作的薄帶材，該層壓帶材使用小于1毫米的厚度。
由于貝西默所構想的用于連續(xù)金屬帶鑄造的機器在總體結構上仍是理想化的，需要解決其有效使用的問題仍有很多，所涉及的范圍也從確保輥在其扁平端的緊密度，到最適于經受得住所要求的工作條件的材料，到有關所有操作和帶材的鑄造速度和牽引的自動控制，直至帶材的卷繞。
沿著作業(yè)線受力較大的一些點是鑄造輥，它們通常必須確保在高熱應力的情況下鑄造帶的質量穩(wěn)定、使用期限適宜。
連續(xù)帶材鑄造技術的一個特征就是，帶材厚度在相同的鑄造條件如鋼凝固溫度等下依賴于輥轉速。
鑄造輥是鑄造作業(yè)線中最為復雜的部件之一，因為除了其他以外，它們必須包括一個供輥本身用的冷卻系統(tǒng)和一個精細的支承系統(tǒng)，該支承系統(tǒng)除了其他以外，還必須能調節(jié)鑄造帶材的厚度。這些要求涉及實施設備所需各種功能的大量元件。一種在已知設備中采用的技術方案是，布置有輥和執(zhí)行許多與其操作直接相關的功能的裝置，比如聯(lián)合組裝臺中的冷卻系統(tǒng)和輥距離控制系統(tǒng)，其允許了在常規(guī)或臨時維護的情況下快速更換輥。
EP-A-903190和EP-A-903191公開了一種連續(xù)帶材鑄造裝置，其具有一個鑄造輥支承臺，該支承臺包括一個輥支承件的復雜系統(tǒng)。為了有利于輥在其于鑄造過程中移開和移近的側向運動中移位，在該裝置中還設有一個直線軸承系統(tǒng)。
此類裝置要解決的一個問題就是，確保盡可能快地應對緊急狀態(tài)的移近和移開運動，比如在要求輥快速且?guī)缀趿⒓吹厮Φ羧蕴幱谳伾系娜廴诮饘佟?br> 另一個要解決的問題是，提高支承件的可靠性，以最大程度地減小操作中的咬粘(seizure)危險，其會危及輥組件本身發(fā)生嚴重的后果。
發(fā)明概述因此，本發(fā)明的目的是為了解決上述問題，即提供一種支承裝置，它確保連續(xù)金屬帶鑄造過程中的最大可靠性、帶材厚度均勻，且能在高溫情況下使用，并允許在每個輥兩相對端的支承件配合協(xié)調且充分精確地運動時，輥能達到所要求的位移，從而避免帶材厚度不對稱或有平面缺陷。
該問題是通過如權利要求1所述的第一和第二冷卻鑄造輥組件上的支承裝置解決的，具有一對靠著所述成對輥兩端的板，作為一個用于連續(xù)金屬帶鑄造的鑄錠模工作，所述第一和第二輥具有平行的軸線，且它們都由至少一個靠近軸端的活動支承件支承，所述活動支承件適于允許所述成對的輥作彼此接近和遠離的運動，每個與第一輥相聯(lián)的活動支承件通過其對應的液壓缸與所述組件相連，液壓缸適于沿著所述第二輥的方向推動所述第一輥并適于將每個支承件推到接合端元件上，每個與第二輥相聯(lián)的活動支承件通過致動部件與所述組件相連，其中，所述致動部件適于使所述第二輥與所述第一輥間進行彼此接近和遠離的運動，且在每個活動支承件與所述組件之間，至少設有一個相應的液壓軸承，其適于讓每個所述活動支承件相對于所述組件滑動。
優(yōu)選的是，所述組件是容納上述鑄造輥和其他部件的機箱的構架。
由于有了本發(fā)明富于創(chuàng)新的特征，輥支承件大大減小了支承件中的摩擦系數(shù)，它是通過設置確保輥本身與支承臺間的液體薄膜的靜壓軸承而形成的。該技術方案允許人們即便靠近高溫熱源使用也能取得不錯的效果。
因為支承件特性的緣故，鑄造工藝保持在最佳水平，其在沿著輥彼此遠離和接近的方向運動的過程中使得輥支承件、固定的機箱構架以及供給并排出輥冷卻水的接頭之間的摩擦最小。利用本發(fā)明的支承裝置實現(xiàn)的摩擦最小化對于確保對稱均衡的工藝也是重要的，在其他方面不同的情況亦可發(fā)生在具有兩個不同支承件的同一輥上，且鑄造帶由此沿著其寬度具有可變的厚度。
根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，該問題是通過如權利要求7所述的方法解決的，即一種采用如權利要求1所述的裝置來控制并調節(jié)用于連續(xù)金屬帶鑄造的鑄造輥的軸向距離的方法，包括下列步驟(a)操縱所述液壓致動器，以使第一輥沿著第二輥的方向靠近，直到至少一個與第一輥相聯(lián)的相應活動支承件與接合端元件緊密接觸；(b)提供控制和調節(jié)部件，其適于根據(jù)所接收到的有關合適工藝參數(shù)的信號將控制信號發(fā)送給致動部件；(c)操縱致動部件，以根據(jù)輥分離力的強度變化，通過滑動到至少一個相應的液壓軸承上，沿著與第一輥彼此接近或遠離的方向，將一個作用力施加到與第二輥相聯(lián)的活動支承件上，從而使得輥間的最小間隙保持恒定。
附圖簡要說明通過下面參照附圖對一個連續(xù)金屬帶鑄造輥所用支承裝置的特定非限定性實施例所作的詳細說明，本領域的技術人員將更為明顯地看出利用本發(fā)明獲得的其他優(yōu)點，其中

圖1示意性地示出了金屬帶鑄造線的垂直平面中的一個剖面；圖2示意性地示出了輥支承箱(support box)的軸側投影圖；圖3示意性地示出了本發(fā)明輥支承裝置的一個剖面；圖4示出了一個接頭的剖面，該接頭用于將冷卻液供給到成為本發(fā)明優(yōu)選方面的裝置的一部分的輥上。
實施例詳細說明參見上述附圖，連續(xù)鑄造裝置設有一個鑄包1，其通過一個卸載滑閥2和一根導管3將液態(tài)鋼料卸到中間包4中。鋼料自中間包4又經過另一根導管5流入一個未示出的可選下中間包中，或通過一個卸載裝置進入鑄錠模10中，鑄錠模10包括一對對置旋轉的冷卻鑄造輥11，11’，其圍繞著各自相互平行的軸線X，X’轉動。兩塊由圖2中的參考標號30表示的隔板被設置用來使鑄錠模10完整化，并通過合適的部件沿著輥軸線的方向限制輥本身之間的液體金屬，該部件將隔板推到輥端面上。
在這樣的鑄錠模10中，液體金屬在與所述輥11，11’接觸時凝固，并以高溫帶材的形式自鑄錠模中抽出，所述帶材在所述鑄錠模的下方靠重力沿著一條基本上垂直的路徑12行進。輥和許多與其相聯(lián)的其他裝置被布置在一個機箱7中，其在圖2中部分詳細地示出。在此示出了該機箱的構架14，特別是底部和容納于機箱中的組件。
圖2和3在一可行實施例中通過本發(fā)明范圍和目的的一非限定性示例詳細示出了本發(fā)明輥11，11’的支承裝置。
鑄造輥11，11’被安裝在四個支承件17，17’，19，19’上，優(yōu)選每個輥用兩個支承件，而這些支承件又倚靠在機箱7的構架14上。在支承件17與機箱7的構架14之間，設有一些液壓軸承13，13’，其中一個優(yōu)選靠近每個支承件17，17’。在鑄造操作過程中，輥11保持固定不動，即，借助于將其推向第二輥11’的一個或多個優(yōu)選是兩個的液壓缸18，18’，將輥11的每個支承件17，19推到止擋16上。
該輥11按常規(guī)被稱為“固定不動的”，是因為在鑄造操作過程中，它倚靠在接合端16上，而另一輥11’被稱為“活動的”，是因為在鑄造操作過程中，它執(zhí)行正確鑄造操作所必需的操作。輥11’通過至少一個磁致伸縮致動器15被推向輥11，該致動器15在一個有利的實施例中優(yōu)選為兩個15，15’，在每個輥端布置一個。液壓缸18，18’與固定的輥11連接，而磁致伸縮致動器15，15’利用其相應的第一端與活動輥11’連接，且相對于機箱7的構架14例如其側面固定在其相應的第二端上，為了能更好地觀察系統(tǒng)，圖3中未示出這一情況。
磁致伸縮致動器是基于一些金屬合金的強磁致伸縮效應的裝置。這樣的材料能沿著作用于其上的磁場方向伸長，即所謂的負磁致伸縮。它們也能基于所經受的壓力或牽引力的結果改變磁疇的方位。
磁致伸縮效應在鐵和稀土合金諸如釤、鋱、鏑等中有所增強。當磁場達到材料的飽和值時，該效應最大化。此外，一旦達到居里溫度，該效應終止。在下面的表1中，列舉了一些磁致伸縮材料的主要特性，其特別適用于磁致伸縮致動器的結構。
表1
因為這樣的磁致伸縮材料非常脆，所以由該材料制成的棒預加載系統(tǒng)就適合設置在致動器中，以防止棒在操作過程中因牽引而受力，帶來破壞性的后果。
此類致動器提供了最佳的使用性能，其中，除了反應時間短、可應用力高外，對高頻率有著良好的反應。例如，一種磁致伸縮合金具有0-5kHz的最佳頻率間隔，此外，一種采用該材料的10cm長的棒能在50μs內延長超過0.1mm，而直徑為30mm的棒能承受2噸的力。
在支承裝置中，設有軸承13，13’，以沿著其軸線X，X’彼此接近和遠離的方向減小鑄造輥11，11’運動過程中的摩擦系數(shù)。輥11，11’這樣的運動必須在執(zhí)行的同時最大精確地保持其軸線X，X’之間的平行性，以起到控制鑄造帶厚度的目的。所用的軸承采納如圖3詳細示出的流體靜力學類型較為有利。這樣一來，在兩活動和固定輥的支承件17，17’，19，19’與機箱7的構架14之間就形成了明顯減小摩擦的液體薄膜。
下面僅針對一個磁致伸縮致動器對本發(fā)明一對輥的支承裝置的操作加以描述，不過，應該理解的是，在該對輥第二端的輥的第二支承件也具有相同的技術特征并以相同的方式操作。在鑄造工藝中，當帶材生產速度或一些其他鑄造參數(shù)比如液態(tài)鋼的過熱量改變時，輥11’會自身接近或遠離輥11，以保持輥本身的分離力非常恒定，從而確保恒定的工作條件，尤其是凝固狀態(tài)點仍相同，優(yōu)選接近所謂的“吻合點(KISSING POINT)”(KP)。
當鑄造輥11，11’的分離力開始改變時，這意味著，凝固點遠離KP點。在這種情況下，活動輥11’的位置必須改變，以通過使活動輥移近或遠離固定輥而使分離力回到預定值，這就使得凝固狀態(tài)點接近KP點。
為了調節(jié)活動輥11’的位置，將磁致伸縮致動器15與活動輥11’的支承件17連接，還在其間設置一個測壓元件。這同樣適用于由第二磁致伸縮致動器15’驅動的活動輥11’的第二端。磁致伸縮棒15a預載有一個合適的預載系統(tǒng)15c，活動輥11’的初始位置由一個位置轉換器確保。在初始位置上，磁致伸縮棒在由電動線圈15b產生的磁場作用下延長一個預定值，這便確保了支承件17’被推到鑄造帶上。
輥分離力一改變時，控制系統(tǒng)就改變磁場的強度以與分離力的變化相關地延長或縮短磁致伸縮棒，因此，輥的位置也以這樣的方式改變，即保持力恒定，也就確保了KP點的凝固狀態(tài)。
系統(tǒng)的反應非常快，因為輥間的距離可在幾十微秒內改變。
在本發(fā)明的一個有利實施例中，支承裝置優(yōu)選還包括一個或多個連接接頭，供輥的冷卻液導管用，其整體上由參考標號20表示。圖4中示意性地示出了其中一個。需通過消散金屬凝固熱量進行冷卻來使輥11，11’的表面溫度盡可能恒定。假定消散了相當大的熱量，必須適時地定好冷卻液導管的尺寸。冷卻系統(tǒng)還必須能讓輥11，11’作彼此接近和遠離的運動，無論位移例如在改變帶材厚度時小還是在輥11，11’遠離時大，例如為了倒空鑄錠模10中容納的液態(tài)鋼。
接頭20包括一個基本上水平布置的伸縮套管21，其中液體導管沿著將液體送往輥的方向和冷卻后輥的出口方向插入。優(yōu)選的是，每個輥11，11’各設兩個接頭，它們位于每個輥的兩端，一個用來將液體送給輥，另一個用來從輥上帶走液體。伸縮套管21被共軸地插在一個外殼22中，其設有合適的墊片23，24，它們允許管子21在輥11，11’位移大的情況下在外殼22中進行軸向滑移。這種移位可在緊急狀態(tài)下通過靠近每個支承件17，17’，19，19’布置的液壓缸進行，其在活動輥11’的情況下被布置成與磁致伸縮致動器串聯(lián)。
正如可從圖4中看出的一樣，圖中示出了輥11，11’四個支承件中的一個，因為另外三個支承件都是以相同的方式制成的，由此波紋管或脹縮件27允許輥11在鑄造過程中沿著箭頭28，28’的方向進行小規(guī)模的位移，即便管子21在外殼22中不作軸向滑動，且對應于振動式接頭20在鑄造機操作中沿著箭頭29方向的小位移。這樣的運動必須是摩擦盡可能小地發(fā)生，而垂直波紋管27的存在滿足了這一點，且它們無阻力地恢復原狀，同時管子21的軸向滑動會伴隨更大的消耗。
如果在開啟輥以將其間的金屬從鑄錠模中緊急抽出時需要上述同一類大的位移，“固定”輥11的波紋管或脹縮件27允許外殼22產生第一位移，直到與其中一個止擋或接合端元件25接觸，且不發(fā)生受到破壞的變形，隨后管子21發(fā)生軸向滑動，其允許輥軸向遠離。固定輥11和活動輥11’都以相同的方式被開啟。
例如，可在管子21的周圍有利地設置其他波紋管，以便防塵或防止其他外來雜質。還設有包括“O形環(huán)”的支承和襯墊元件23，24，從而確保管子21與外殼22之間不流水。
冷卻水在包括垂直波紋管27的管子中沿垂直方向流動，例如沿著箭頭31的方向流動，然后它流過圖中未示出的水平伸縮套管21中的孔眼，隨后流進相應的鑄造輥11，11’中。在完成了其冷卻功能后，冷卻水就沿著相反的路徑，從輥11，11’流向伸縮套管21，然后流過包括波紋管27的垂直管子中的孔眼。
借助于所述接頭，其供冷卻水或任何其他類型的適于執(zhí)行該功能的冷卻液的導管所用，支承裝置的整體阻力與輥11，11’的位移相關，這就體現(xiàn)了這樣的優(yōu)點，即，輥間的距離是以非常精確的方式自動調節(jié)的，例如根據(jù)鑄造速度，且?guī)Р暮穸妊刂鋵挾韧耆鶆?。事實上，支承件中過量的摩擦會損害帶材厚度整體的均勻性。
權利要求
1.一種第一和第二冷卻鑄造輥(11，11’)組件(14)上的支承裝置，具有一對靠著所述成對輥(11，11’)兩端的板(30，30’)，作為一個用于連續(xù)金屬帶鑄造的鑄錠模(10)工作，所述第一和第二輥(11，11’)具有平行的軸線，且它們都由至少一個靠近軸端的活動支承件(17，17’，19，19’)支承，所述活動支承件(17，17’，19，19’)適于允許所述成對的輥(11，11’)作彼此接近和遠離的運動，每個與第一輥(11)相聯(lián)的活動支承件(17，19)通過其對應的液壓缸(18，18’)與所述組件相連，液壓缸(18，18’)適于沿著所述第二輥(11’)的方向推動所述第一輥(11)并適于將每個支承件(17，17’)推到接合端元件(16)上，每個與第二輥(11’)相聯(lián)的活動支承件(17’，19’)通過致動部件(15，15’)與所述組件相連，其中，所述致動部件(15，15’)適于使所述第二輥(11’)與所述第一輥(11)間進行彼此接近和遠離的運動，且在每個活動支承件(17，17’，19，19’)與所述組件(14)之間，至少設有一個相應的液壓軸承(13，13’)，其適于讓每個所述活動支承件(17，17’，19，19’)相對于所述組件(14)滑動。
2.如權利要求1所述的裝置，其中，所述致動部件(15)由一個磁致伸縮致動器構成。
3.如權利要求2所述的裝置，其中，設有至少一個接頭(20)，其在所述輥(11，11’)與所述組件之間支承冷卻液導管，適于在與所述輥(11，11’)的軸線垂直的方向上恢復位移。
4.如權利要求3所述的裝置，其中，所述接頭(20)包括一個伸縮套管(21)，其基本上被水平地插入一個與所述組件相連的外殼(22)中，所述管子適于沿著其自身軸線在所述外殼中滑動。
5.如權利要求4所述的裝置，其中，在所述組件與所述外殼之間設置有波紋管或脹縮件(27)。
6.如權利要求5所述的裝置，其中，設有一個接合部件(25、26)，以限制所述外殼在所述伸縮套管(21)的軸線方向上的位移。
7.一種采用如權利要求1所述的裝置來控制并調節(jié)用于連續(xù)金屬帶鑄造的鑄造輥(11，11’)的軸向距離的方法，包括下列步驟(a)操縱所述液壓致動器(18，18’)，以使第一輥(11)沿著第二輥(11’)的方向靠近，直到至少一個與第一輥(11)相聯(lián)的相應活動支承件(17，19)與接合端元件(16)緊密接觸；(b)提供控制和調節(jié)部件，其適于根據(jù)所接收到的有關合適工藝參數(shù)的信號將控制信號發(fā)送給致動部件(15，15’)；(c)操縱致動部件(15，15’)，以根據(jù)輥分離力的強度變化，通過滑動到至少一個相應的液壓軸承(13，13’)上，沿著與第一輥(11)彼此接近或遠離的方向，將一個作用力施加到與第二輥(11’)相聯(lián)的活動支承件(17，19’)上，從而使得輥(11，11’)間的最小間隙保持恒定。
8.如權利要求7所述的方法，其中，控制系統(tǒng)改變磁場的強度，以延長或縮短包括在所述致動部件(15)內的磁致伸縮棒作為分散力強度改變的功能。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于連續(xù)金屬帶鑄造線中鑄造輥(11，11’)的組件(14)的支承裝置，每個軸端包括一個活動支承件。這樣的支承件(17，17’，19，19’)設有一個液壓軸承(13)，以相對于組件減小運動過程中的摩擦。一個液壓致動器(18)位于其中一個輥(11)的活動支承件與組件之間，其朝著第二輥(11’)將第一輥(11)推到止擋(16)上。磁致伸縮致動器位于第二輥(11’)與組件之間，其將第二輥(11’)推到第一輥(11)上。裝置具有一個接頭，該接頭設有一個外殼(22)，一個伸縮套管(21)可在該外殼內滑動，用于將冷卻水供給到輥中的導管。外殼(22)通過一個允許振動的波紋管(27)與組件(14)相連。
文檔編號B22D11/06GK1662322SQ03814844
公開日2005年8月31日 申請日期2003年7月10日 優(yōu)先權日2002年7月10日
發(fā)明者布賴恩·W·博瑟姆, 安德烈亞·德盧卡, 阿爾弗雷多·波洛尼, 埃迪·法賈尼, 努雷丁·卡帕杰 申請人:丹尼利機械設備股份公司