專利名稱:將熔融金屬連續(xù)熱浸涂敷到金屬帶上的設備的制作方法
本發(fā)明涉及用溶融金屬對連續(xù)金屬帶進行的熱浸涂敷。更具體地說，本發(fā)明涉及一種在熔融涂敷金屬的熔池中支承浸入式輥子的經(jīng)過改進的軸承系統(tǒng)。
近年來，對于在高速熱浸涂敷生產(chǎn)線上使用的鋼輥來說，其耐磨性已經(jīng)得到改善。通常的作法是，用公知的熱熔涂敷技術將爐膛輥和浸入式槽輥涂以保護性的氧化，碳化或氮化陶瓷涂層。從涂敷熔池表面粘到浸入式槽輥上去的廢渣減到最少，這是由于陶瓷輥表面和鋼輥表面一樣并不粘附廢渣顆粒的緣故。但是，在支承這些輥子的軸承系統(tǒng)上沒有做出同樣的改進。當前的軸承系統(tǒng)的工作壽命證明不了在槽輥上涂以陶瓷涂層的花費在經(jīng)濟上是合算的。
軸承用以支承在熱浸熔融金屬涂敷槽中的浸入式輥子。美國專利5,099,780號公開了用以支承浸入式輥子或穩(wěn)定輥子的一對間隔放置的臂。輥子的每一端包括一個軸向伸出的短軸，在該短軸上裝有一個耐熱和耐磨的套筒。一個金屬襯套元件焊在設置在每個支承臂下端的孔內(nèi)。每個襯套元件設置有一個軸向伸出的過大的孔，用以容納裝在短軸上的金屬套筒。襯套元件包括兩個或更多的設置在交叉平面內(nèi)的平支承面，以在每個襯套元件和套筒之間造成點接觸。這種襯套元件的配置消除了在熱浸涂敷金屬帶時槽輥的顫動傾向。盡管如此，但是由于襯套元件和套筒的壽命可能短于浸入式槽輥，因此這種輥子支承系統(tǒng)還是不能令人滿意。由于槽輥的橫向碰撞引起的對襯套元件和套筒的不均勻磨損會增加摩擦，并使槽輥產(chǎn)生不均勻轉動。槽輥的不能控制的橫向碰撞也使短軸產(chǎn)生損壞。
國際專利申請91-3581號也公開了一個浸入式槽輥的支承系統(tǒng)。槽輥的每一端包括一個軸向伸出的軸頸，該軸頸上裝有一個套筒。輥子由一對間隔放置的臂支承著，每個臂的下端設置有一個孔，用以容納一個裝有套筒的軸頸。每個孔包括一個具有在交叉平面內(nèi)設置的兩個平支承面的人字形陶瓷軸承殼，以在每個軸承殼和套筒之間提供兩點接觸。軸承殼和襯套的工作壽命有所提高。盡管這樣，但是由于比支承面寬的套筒在輥子出現(xiàn)橫向碰撞時造成不均勻磨損而導致軸的顫動，因此，這種輥子支承系統(tǒng)也還不能令人滿意。
因此，尚需一種用于浸入式槽輥的軸承支承系統(tǒng)，其中該支承系統(tǒng)的予計壽命部至少同槽輥的一樣，從而消除由于更換支承系統(tǒng)而造成生產(chǎn)線的計劃外中斷。也尚需一種用于浸入式槽輥的經(jīng)改進的軸承支承系統(tǒng)，以證明將陶瓷涂層涂在槽輥表面的成本是合算的。還需要控制槽輥的橫向碰撞，以消除對支承系統(tǒng)的不均勻磨損，并防止對槽輥軸頸的擦傷。
本發(fā)明涉及用熔融金屬對連續(xù)金屬帶的熱浸涂敷，更具體地說，本發(fā)明涉及一種在熔融金屬涂敷熔池中支承浸入或輥子的改進的軸承系統(tǒng)。
本發(fā)明的目的是提供一種軸承系統(tǒng)，其工作壽命至少與覆蓋在浸入式槽輥表面上的陶瓷涂層的壽命相等。
本發(fā)明的另一個目的是控制在涂敷金屬帶時浸入式輥子的橫向碰撞。
本發(fā)明的又一個目的是在金屬帶從涂敷熔池中露出時，通過控制帶的運動來改善帶上的涂層厚度的均勻度。
本發(fā)明包括一種包含熔融的涂敷金屬的熔池的容器；至少一個浸入所述熔池，決定金屬帶通過所述熔池的路徑的輥子，由于所述帶所受的張力，所述帶向所述輥子施力；以及一對用以支承輥子的間隔放置的臂。所述輥子具有一個帶有與所述帶接觸的外表面的圓柱體，以及一個從所述圓柱體的每一端軸向伸出的軸頸。每個支承臂具有一個上端和一個下編，所述上端安裝在所述容器上方的位置上，每個所述下端浸入所述熔池。所述下端包括支承所述輥子一端的裝置以及限制輥子橫向碰撞的裝置。支承裝置包括一個過大的孔，一個裝在所述孔中的陶瓷耐磨軸承以及一個具有耐磨外表面的環(huán)形套筒。所述套筒安裝在一個軸頸上。一個所述裝有套筒的軸頸位于所述孔內(nèi)，并由該孔支承。所述限制裝置包括在由所述孔支承的所述軸頸的外端附近設置的，用以控制輥子的橫向碰撞的止動面，所述支承面至少與所述套筒的外表面同寬，從而使套筒的全部寬度由支承面支承。所述止動面間的距離略大于所述軸頸端部之間的距離，從而在涂敷所述帶時，所述套筒的全部寬度由所述支承面支承。
本發(fā)明的另一個特征是，所述限制裝置包括一個設置在鄰近所述軸頸的外端并安裝在所述支承臂的下端的頂推臂。
本發(fā)明的又一個特征是，所述軸承包括一對并列的墊片，每塊墊片具有一個平支承面，所述平面設置在互相交叉的平面內(nèi)，提供同所述套筒以兩點接觸。
本發(fā)明的又一個特征是，一個耐磨圓帽安裝在每個所述軸頸的端部。
本發(fā)明的優(yōu)點包括，當用噴氣式精整噴嘴將多余溶融金屬涂層清除時帶的穩(wěn)定性得到提高，槽輥軸承和套筒的壽命增加，槽輥軸承和套筒的磨損均勻，消除了涂敷生產(chǎn)線的計劃外中斷，槽輥和支承系統(tǒng)之間轉動摩擦減小，所有這些都會降低熔融金屬涂敷操作維護和運行成本。其它優(yōu)點包括，消除了槽輥的顫動，消除了槽輥軸頸和軸頸套筒的擦傷以及降低軸承磨損。
當研究詳細的說明和附圖時，就會消楚本發(fā)明的目的、特點和優(yōu)點。

圖1是結合有本發(fā)明的連續(xù)熱浸涂敷生產(chǎn)線的示意圖，圖2是圖1所示的結合有本發(fā)明的一個實施例的部分結構的俯視圖，圖3與圖2相同，只是去除了每個支承臂的下端的一部分，圖4是沿圖2的剖切線4-4所作的剖視圖，圖4A是圖4軸承的放大圖，圖5是用以支承槽輥的現(xiàn)有技術的軸承的示意圖，示出軸頸套筒的不均勻磨損以及支承臂的擦傷。
圖6同圖5一樣，示出軸頸套筒進一步的磨損和擦傷。
本發(fā)明涉及用熔融金屬對連續(xù)長度的金屬帶或箔進行的熱浸涂敷，并且涉及用于在熔融涂敷金屬溶池中支承浸入式輥子的改進的軸承系統(tǒng)，本發(fā)明所使用的無限制性的涂敷材料最好包括市售的鋅和鋁的純金屬和金屬合金。本發(fā)明所使用的連續(xù)長度的金屬帶或箔可以包括諸如低碳鋼、深拉深鋼、鉻合金鋼、不銹鋼等多種鋼，以及諸如鋁和鋁合金等非鐵金屬。
圖1示出一條用以將熔融金屬涂敷到移動的金屬帶12上去的高速連續(xù)涂敷生產(chǎn)線10。涂敷生產(chǎn)線10可以包括線上清洗和退火，有諸如清洗段14，將帶至少加熱到涂敷金屬的熔點的加熱段16、冷卻段18、向下折轉輥20和用以保護正在浸入涂敷槽24中的已洗凈金屬帶的密封嘴22。涂敷生產(chǎn)線的加熱、冷卻和嘴部各段包含有不氧化保護氣氛。在金屬帶從槽24中露出后，涂敷金屬固化，涂有金屬的帶12A通過另一個換向輥26，然后傳給另外的可能的工藝過程，并再繞成卷。做為另外一種可供選擇的方案。帶12可以在涂敷生產(chǎn)線10上處理之前清洗和/或預退火。
涂敷容器24用以容納諸如鋅那樣的熔融金屬溶池28，并包括一個或多個諸如換向或浸入式輥30的浸入式槽輥，一對放在帶12兩側的穩(wěn)定輥32，以及一對位于已涂敷的帶12A兩側的噴氣式精整噴嘴34。向噴嘴34提供諸如空氣那樣的壓縮氣體，用以從帶12A上除去多余的熔融涂敷金屬，并用以控制帶的每個表面上的涂層厚度。噴嘴34可以封閉在密封罩內(nèi)(未示出)，在這種情況下，用例如氮那樣對已涂敷的帶不起氧化作用的氣體。浸入式輥30由一對間隔放置的臂36支承，每個臂具有用以在容器24的上方剛性地安裝在支架42上的上端38，以及浸入熔池28的用以支承輥30的一端的下端40。每個穩(wěn)定輥32由相似的一對間隔放置的臂44支承，每個臂44具有在槽24的上方剛性地安裝在支架48上的上端46，和浸入熔液28用以支承輥32的一端的下端50。
圖2是圖1結構的一部分的俯視圖，示出本發(fā)明用以支承浸入式輥30的軸承系統(tǒng)的一個實施例。因為用以支承穩(wěn)定輥32的軸承系統(tǒng)同支承浸入式輥子30的軸承系統(tǒng)類似，故在此只提供浸入式輥30的浸入輥和支承系統(tǒng)構造的詳情。每個輥子包括一個其外表面用以支承金屬帶12的圓柱體52，以及從輥體的每一端軸向伸出的耐磨軸頸54。輥體52的外表面最好覆蓋一層例如厚度至少為0.7毫米的碳化鎢的耐磨保護涂料。每個軸頸54最好具有圓柱形外表面57以及安裝在其端部的用耐磨金屬或陶瓷做成的半球形帽55。如圖3所示，帽55可以由諸如鎢鉻鈷硬質合金6B的耐磨金屬合成物制成，并通過諸如焊縫76固定在每個軸頸54上。做為另一種可供選擇的方案，帽55的表面可以通過覆蓋一層耐磨的氧化物，碳化物或氮化物而形成。臂36每個下端40包括限制浸入式輥子30橫向碰撞的裝置56和支承軸頸54之一的裝置58。支承裝置56包括容納軸頸54之一的軸57的孔。限制裝置56包括在孔的外側附近設置的止動面60。止動面60最好包括同每個支承臂36的下端40剛性連接的頂推臂62，該臂與支承臂的下端平行且有間隔地延伸至靠近孔并在其外側的位置。每個止動面60可以包括諸如碳化鎢之類的，裝在頂推臂62的內(nèi)表面上的耐磨陶瓷墊片61。頂推臂62的止動面60之一靠近每個軸頸帽55放置，用以限制浸入式輥子的橫向碰撞。
圖3同圖2一樣，但將其每個支承臂36的下端部拆去，顯示支承裝置58的細部。支承裝置58包括一個加大的圓孔59，裝在圓孔內(nèi)的耐磨陶瓷軸承68和一個環(huán)形的耐磨金屬或陶瓷的套筒66。套筒66安裝在每個軸頸54的表面57上。如果軸頸54的外表面57為圓柱形，套筒66的孔徑將只略大于軸頸的外徑。本發(fā)明的關鍵特征在于每個軸承68的內(nèi)表面或支承面70的寬度至少和套筒66一樣，從而使套筒66的外表面72的全部寬度由支承面支承。最好是，軸承68的支承面70的寬度大于套筒66的寬度。更好是，支承面70至少比套筒寬20％。在圖3所示的實施例中，支承面70的寬度約為套筒66寬度的兩倍。套筒66例如通過熱套配合與軸頸54連接，以便當金屬帶12使浸入式輥子轉動時，避免套筒與軸頸相對轉動。這就將磨損限制在套筒上，而不是在軸頸的外表面上。
本發(fā)明的一個重要特征是，由于靠近每個軸頸帽55放置止動面，從而只允許浸入式輥子有最小的橫向位移，因此在帶的涂敷過程中，每個軸頸54上的套筒66的全部寬度都由軸承68支承。兩頂推臂62的止動面60之間的距離只是稍稍大于兩軸頸54的端部55之間的距離，因此輥子30的兩端55不同時接觸兩個止動面60。所謂使止動面靠近每個帽指的是這個距離差至少是8毫米，最好是10到15毫米。在帽55和止動面60之間的小間隙64將總是在一端或是另一端出現(xiàn)。這種間隙有利地消除了在浸入式輥和限制裝置之間的任何轉動磨擦阻力。這就將浸入式輥和止動面之間的轉動摩擦阻力減到最小，并將軸頸端部對止動面的磨損減到最小。
圖4是沿圖2的剖切線4-4所做的剖視圖，示出在容器24內(nèi)支承浸入式輥的軸承68的最佳實施例。當將熔融的金屬從熔池28涂敷到金屬帶12上去時，該帶被拉過涂敷生產(chǎn)線10。如圖4和圖4A所示，這種作用在繞經(jīng)浸入式輥30的底部的帶12上的拉力使輥向上和向右位移，直到套筒66的表面72接觸軸承68的支承面70為止。臂36的下端40上的孔59是加大的，從而套筒66的外徑小于孔59的直徑，使浸入式輥30有活動的自由度。當涂敷生產(chǎn)線10運行時，在帶12上保持拉力，浸入式輥30由軸承68支承在操作位置上。
圖4A詳細地示出圖4的軸承。軸承68最好由一對梯形的并列墊片制成，其第一墊片82具有內(nèi)側平的軸承面86，其第二墊片84具有內(nèi)側平的支承面88。支承面86和88的交點形成一個最好大于100°，更好是在110°和145°之間，會聚于接合處90的鈍內(nèi)角89。在孔89內(nèi)可以加工出拱形槽94，用以容納軸承墊片82和84。槽94的每一端96向內(nèi)切成銳角99，從而即使當軸頸套筒不接觸軸承墊片時軸承墊片也能保持在槽94內(nèi)。在接合處90的楔固作用使軸承68牢牢地鎖定在槽94內(nèi)，從而防止熔融金屬進入軸承座。當支承面86和88是平的，同時在帶12上施加拉力時，在套筒66和切點92之間出現(xiàn)兩點接觸。此種兩點接觸(在圖3中看上去為線接觸)使套筒對軸承的轉動摩擦阻力減到最小否則，如果支承面86和88均為拱形，這種阻力就會存在。當例如在涂敷生產(chǎn)線停頓期間使帶12上拉力去除時，浸入式輥30在過大的孔59的間隙78內(nèi)向下移動一小段距離，此時，套筒66不再接觸軸承68。這是由點劃線80假想地示出的未加載或非操作位置。在這個浸入式輥的非操作位置上，軸承墊片82和84仍然緊緊地固鎖在槽94內(nèi)。
在上面和圖3有關的討論中，曾指出軸承68的支承面70的寬度至少同套筒66一樣，從而使套筒66的外表面72的全部寬度由支承面70支承。圖5示意性地示出當軸承寬度小于套筒寬度時，頻繁地出現(xiàn)在支承浸入式槽輥的現(xiàn)有技術的軸承上的那種不均勻磨損。當軸承104的寬度小于軸頸套筒106的寬度時，套筒106的外表面上的不均勻磨損108多半會出現(xiàn)。此外，由于沒有限制浸入式槽輥100橫向碰撞的裝置，浸入式槽輥100的端部102和支承臂98的下端多半會如在支承臂98上的110處和輥端102處所示的那樣被擦傷。如圖6所示，再過一段時間之后，套筒106的外表面112的磨損變得更嚴重且更不均勻。軸承104的每個側邊最后在套筒106上造成了槽114，從而導致過早的破壞。
現(xiàn)在將說明使用本發(fā)明的試驗。將一個厚度約為0.89毫米，寬度約為122毫米的低碳鋼帶按常規(guī)清洗、加熱，然后浸入鋅熔液中。所述容器包括與圖1所示的裝置相同的槽輥裝置。一個寬度為6.3厘米內(nèi)徑為11.4厘米以及外徑為14.6厘米的圓筒形金屬套筒安裝在浸入式輥的兩個軸頸上。軸頸端部之間的浸入式輥的全長在電鍍操作溫度下為256.3厘米。套筒的成份是鎢鉻鈷硬質合金6B。每個支承臂的下端包括一個用以容納浸入式輥的一個端部的直徑約為15.2厘米的過大的孔，以及與每個支承臂的下端剛性連接的一個頂推臂。耐磨的碳化鎢墊片設置在每個臂孔附近的每個頂推臂的內(nèi)表面上。止動面之間的距離在電鍍操作溫度下為257.5厘米。碳化鎢軸承由一對梯形墊片制成，每個墊片的尺寸相同。每個軸承墊片有一個平的內(nèi)支承面。軸承墊片裝入設置在每個支承臂下端上的孔中的加工的槽中。軸承墊片的相鄰表面形成約為135°的鈍角。槽的每一端向內(nèi)切成約為45°的銳角，從而使軸承墊片始終牢牢地保持在槽內(nèi)。圖3所示的軸承墊片的寬度約為12.7厘米。如上所述，套筒的寬度約為軸承寬度的一半，例如6.3厘米?，F(xiàn)有技術的軸承支承系統(tǒng)的平均壽命為3.5天，而覆蓋有保護性鈷基涂料的浸入或輥的平均壽命約為7天。在這個試驗中，由于用了本發(fā)明的經(jīng)改進的支承系統(tǒng)，軸承和套筒的壽命增加到21天，大大超過浸入式槽輥通常的予計壽命。實際上，在軸承墊片的支承面上只能看到很小的可見磨損。套筒壽命的這種戲劇性增加的基本原因是由于套筒外表面上的均勻磨損。當支承面的寬度至少同軸頸套筒的外表面同寬，而且浸入式輥的橫向碰撞得到控制，從而任何時候金屬帶施加拉力，就使套筒外表面的全寬同支承接觸時，就保證了磨損均勻。
在本發(fā)明的試驗過程中，軸承墊片和止動面墊片的令人滿意的耐磨材料確定為碳化鎢。也可以使用其它的陶瓷材料。例如，可以使用的材料是諸如SiC、B4C、TiC、ZrC之類的碳化型陶瓷；諸如Si3N4、AlN、TiN和ZrN之類的氮化型陶瓷；諸如BN，ZrB2，TiB之類的硼化型陶瓷以及諸如ZrO2、Cr2O3之類的氧化型陶瓷。
可以理解，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍的情況下，可以進行各種改變。因此，本發(fā)明的范圍取決于下面的權利要求
書。
權利要求
1．一種將熔融金屬連續(xù)熱浸涂敷到金屬帶上的設備，它包括一種包含熔融的涂敷金屬的熔池的容器；至少一個浸入所述溶池，決定金屬帶通過所述熔池的路徑的輥子，由于所述帶所受的張力，所述帶向所述輥子施力；以及一對用以支承輥子的間隔放置的臂，所述輥子具有一個帶有與所述帶接觸的外表面的圓柱體，以及一個從所述圓柱體的每一端軸向伸出的軸頸，每個支承臂具有一個上端和一個下端，所述上端安裝在所述容器上方的位置上，每個所述下端浸入所述熔池，并包括支承所述輥子的裝置以及限制輥子橫向碰撞的裝置，每個支承裝置包括一個過大的孔，一個裝在所述孔中的陶瓷耐磨軸承以及一個安裝在每個所述軸頸上的圓筒形耐磨套筒，每個所述軸頸設置在所述孔之一中，并由該孔支承，所述限制裝置包括一個在所述軸頸之一的外端附近設置的止動面，所述支承面至少與所述套筒同寬，所述止動面間的距離大于所述輥子的全長，所以在所述帶的涂敷期間，所述套筒的全部寬度由所述軸承支承。
2．根據(jù)權利要求
1所述的設備，其特征在于，所述支承面的寬度大于所述套筒的寬度。
3．根據(jù)權利要求
1所述的設備，其特征在于，所述支承面的寬度比所述套筒的寬度至少大于20％。
4．根據(jù)權利要求
1所述的設備，其特征在于，所述支承面的寬度是所述套筒寬度的兩倍。
5．根據(jù)權利要求
1所述的設備，其特征在于，所述軸承包括一對并列的墊片，每一墊片有一個平的支承面。
6．根據(jù)權利要求
5所述的設備，其特征在于，所述墊片為梯形，所述平支承面設置在互相交叉成鈍角的多個平面內(nèi)。
7．根據(jù)權利要求
6所述的設備，其特征在于，所述鈍角大于100°。
8．根據(jù)權利要求
1所述的設備，其特征在于，軸頸端部是耐磨的半球形物。
9．根據(jù)權利要求
1所述的設備，其特征在于，所述溶池包含浸入式輥和一對穩(wěn)定輥。
10．根據(jù)權利要求
1所述的設備，其特征在于，所述止動面是一個安裝在支承臂下端并且從該臂伸出的頂推臂。
11．根據(jù)權利要求
10所述的設備，其特征在于，所述止動面是耐磨的。
12．根據(jù)權利要求
11所述的設備，其特征在于，所述止動面為碳化鎢。
13．根據(jù)權利要求
1所述的設備，其特征在于，所述輥體具有外部保護耐磨表面涂層。
14．根據(jù)權利要求
1所述的設備，其特征在于，軸承為碳化鎢。
15．根據(jù)權利要求
1所述的設備，其特征在于，所述套筒具有鎢鉻鈷硬質合金6B的成份。
16．根據(jù)權利要求
1所述的設備，其特征在于，軸承安裝在設置于臂孔內(nèi)的槽中。
17．根據(jù)權利要求
1所述的設備，其特征在于，所述圓柱體的外表面是一個保護耐磨表面，每個軸承包括一對并列的墊片，每個墊片具有一個平的支承面，所述平支承面設置在相互交叉成鈍角的多個平面內(nèi)，所述限制裝置包括一個在所述軸頸之一的外端附近設置的止動面。
18．根據(jù)權利要求
1所述的設備，其特征在于，所述圓柱體的外表面是一個保護耐磨表面，每個軸承包括一對并列的梯形墊片，每個墊片具有一個平的支承面，所述平支承面設置在相互交叉成鈍角的多個平面內(nèi)，所述限制裝置包括一個在所述軸頸之一的外端附近設置的頂推臂，所述頂推臂安裝在所述支承臂的下端，并從該臂伸出，每個所述軸頸包括一個半球形端部。
專利摘要
本發(fā)明包括一個包容熔融涂敷金屬(28)的容器(24)，浸入熔池并決定金屬帶(12)路徑的輥子(30)，以及一對穩(wěn)定輥(32)。輥子由一對間隔放置的(36)臂支承，每個穩(wěn)定輥由一對間隔放置的臂(44)支承。每個輥子具有其外表面與帶接觸的圓柱體(52)，以及從輥體的每端軸向伸出的軸頸(54)。每個臂有包括支承輥子的裝置(58)和限制輥子側向碰撞的裝置(56)的下端(40)。支承裝置包括孔(59)，安裝在孔內(nèi)的陶瓷軸承(68)和安裝在軸頸上的套筒(66)。支承面寬度至少與套筒寬度相同。
文檔編號C23C2/00GKCN1067116SQ95106814
公開日2001年6月13日 申請日期1995年5月26日
發(fā)明者D·L·克萊邁耶, R·W·馬丁, R·W·瓦恩斯 申請人:Ak鋼鐵公司導出引文BiBTeX, EndNote, RefMan專利引用 (2),