由熱軋棒材製造帶材的方法

2023-05-30 17:06:11 3

專利名稱：由熱軋棒材製造帶材的方法
技術領域：
本發明涉及一種通過使棒材依次穿過一系列軋機而將熱軋棒材製成長方形帶材的方法。更具體地說，本發明涉及這樣一種方法，其在相鄰的軋機之間採用中間冷卻並控制帶材張力，以製得寬度厚度比超過目前已獲得的最大寬厚比的帶材。
翼形管作為可以使不同溫度的介質之間發生熱交換而不需要將介質混合的一種裝置，有著廣泛的商業應用。翼形管通常是採用由金屬片材的連續帶材構成的散熱片製成的。從橫截面上看，帶材是長方形的，其寬度超過其厚度。為了製造翼形管，帶材圍著空心管的外表面繞成螺旋狀並且固定在其上面以便橫截面為長方形的帶材較短邊固定在管的外表面，而帶材的寬度方向垂直管的外表面向外延伸。
為了生產最好的翼形管，要求使用的帶材的寬厚比(寬度除以厚度)近似17∶1。例如，一種普通帶材的尺寸為其寬度為0.8英寸，其厚度為0.047英寸，那麼它的寬厚比則近似為17.2∶1。
目前生產所需尺寸的帶材的方法是從已有所需厚度的連續冷軋金屬薄板開始，該金屬板通常是碳鋼板。然後，將該板切割成所需寬度的帶材。在冷軋板材的生產過程中，板材要按緊公差均勻地軋制。板材的價格反映著按緊公差軋制板材所需的時間和精力。當把板材的切割費用加入到板材成本中時，按目前方法生產帶材的成本是非常高的。
如果能用較廉價的熱軋棒材代替冷軋板製造出帶材，那麼生產帶材的成本就能大大地降低。目前把熱軋棒材變成帶材的方法通常是讓棒材依次穿過一系列的軋機。每個軋機都是把棒材更進一步的軋平並壓寬直到獲得所需要的帶材尺寸。但是，採用現有方法把棒材變成帶材，會遇到一定的尺寸限制。
具體地說，目前把棒材變成帶材的方法的局限性在於，它生產出的帶材寬厚比小於12∶1。當用現有方法生產寬厚比超過12∶1的帶材時，如寬厚比為15∶1或17∶1，在軋制過程中，金屬帶材會出現嚴重的邊緣裂痕。這些裂痕引起帶材斷裂。出現裂痕的原因有兩個方面一是當金屬棒材通過各個連續的軋機時，金屬受熱直到它的溫度最終達到斷裂溫度，引起金屬出現裂痕或斷裂。二是除了作用在金屬上的熱應力外，在下一個軋機把棒材向它拉時，金屬還要承受拉力作用在棒材上引起的機械應力。該機械應力似乎易於引起可觀察到的金屬失效。無論斷裂的原因是什麼，直到現在由棒材軋製成的帶材的寬厚比的實際上限一直是12∶1。由於製造翼形管用的帶材的寬厚比必須大於12∶1，因此用熱軋棒材製造為此用途的帶材直到現在還沒有一個可行的方案。
本發明通過提供一種用棒材製造帶材的方法來解決受限定的寬厚比問題，該方法在相鄰的軋機之間採用冷卻和反饋張力控制製造出寬厚比接近17∶1的帶材。
本發明是一種用熱軋金屬棒材製造帶材的方法，製得的帶材的寬厚比近似17∶1。本方法包含在棒材穿過每個連續軋機後冷卻棒材，以減小棒材上的熱應力以及在各個連續軋機之後採用一反饋張力控制器以便控制其上流的一個軋機，從而減小棒材上的機械應力。冷卻最好通過把棒材浸在液體冷卻池中和/或直接在棒材上噴灑冷卻液來完成。
下面結合附圖描述本發明優選實施例，附圖中

圖1圖示了本發明的方法，在左邊是以熱軋棒材卷為開始，在右邊是以重新捲成卷準備使用或準備進一步加工的帶材為結束；圖2是沿圖1的2-2線的棒材橫截面圖；圖3是沿圖1的3-3線的部分被軋平的棒材橫截面圖；圖4是沿圖1的4-4線的被更進一步軋平的棒材橫截面圖；圖5是沿圖1的5-5線的又被進一步軋平的棒材橫截面圖；圖6是沿圖1的6-6線的由軋平棒材而製得的帶材的橫截面圖；以及圖7是在圖1中所示的液體冷卻池和與反饋張力控制器的放大圖。
開始參看附圖，圖1示意地表示了依據本發明的優選實施例把棒材10，例如熱軋碳鋼棒材變成適合用於製造翼形管(未顯示)的散熱片或其它商業應用的帶材的方法。從圖1的左邊開始，並向右邊移動，表示由棒材10捲成的鋼卷14穿過孔16被展開。孔16的目的是防止棒材10由鋼卷14展開時弄亂或扭結。接著，棒材10進入氧化皮清除機18，該清除機用來除去棒材10表面上的鏽斑和氧化物。在除去鏽皮後，棒材10進入矯直機20，該矯直機把棒材10矯直以準備進入該方法中的軋機組22。軋機組22由依次排列的一組軋機24、26、28和30等組成，各個軋機24、26、28或30的後面都分別接著各自的液體冷卻池34、36、38或40。圖1充分顯示了這種布置，第一軋機24後面緊隨著是第一液體冷卻池34，第二軋機26後面緊隨著是第二液體冷卻池36，第三軋機28後面緊隨著是第三液體冷卻池38，等等，直到軋機組22以最後軋機30後緊隨著液體冷卻池40結束為止。
如從圖2至圖6所示，隨著棒材10穿過軋機組22向右推進，它被逐漸地軋平和壓寬，結果在棒材離開軋機組22時，棒材10變成了帶材12。帶材12有一寬度42和垂直於寬度42測得的厚度44。參看圖7，其顯示了第一液體冷卻池優選結構的詳細放大圖。儘管只有第一個液體冷卻池34被圖示和描述，但其餘的液體冷卻池36、38、40等的結構與其相似。第一液體冷卻池34裝有冷卻液46，例如水，該冷卻液通過入口48進入第一液體冷卻池，並通過出口50排出第一液體冷卻池，後面還要對第一液體冷卻池進行詳細地解釋。
如圖7所示，棒材10離開位於第一液體冷卻池34的上遊的第一軋機24。然後，棒材10進入第一液體冷卻池34中，在其中通過與冷卻液體46直接接觸，棒材10被冷卻。當棒材10通過安裝在反饋張力控制器54上的軋輥52的下面時，棒材10一直浸在冷卻液體內，之後棒材從第一液體冷卻池34出來，以便穿過第二軋機26。
儘管對在每個相鄰的軋機24、26、28和30之間冷卻棒材10的方法進行了描述，但應該認識到，棒材10的充分冷卻可通過幾個液體冷卻池34、36、38和40、幾個冷卻噴管58或幾個其它可選擇的冷卻裝置(未顯示)來實現。
在棒材10穿過第一液體冷卻池34時，軋輥52與通過軋輥52下面的棒材10滾動接觸。軋輥52通過向上運動對應地增加棒材10上的張力，通過向下運動對應地降低棒材10上的張力。這種向上和向下運動用圖7所示的箭頭來圖示。這種向上和向下運動被轉換成以電子信號控制上述的第一軋機24的驅動速度，並如圖7中虛線56所示，該虛線把反饋張力控制器54和第一軋機24連結起來。通過控制上述的第一軋機24的速度，當棒材24離開第一軋機24時，棒材10上的機械應力減小。
為了把第一液體冷卻池中的冷卻液46保持在一個可接受的溫度，亦即低於冷卻液沸點的溫度，熱的冷卻液不斷地通過出口50排出，並通過一個普通的熱交換過程57來冷卻，然後再循環的涼冷卻液46c通過入口48又回到第一液體冷卻池34中。
如圖1和圖7所示，冷卻噴嘴58選擇性地安裝在每個軋機24、26、28和30上方。這些冷卻噴嘴58的目的是提供由冷卻液源60供應冷卻液46的另外一種冷卻方式。冷卻液46從冷卻液源60進入冷卻噴嘴58，然後從冷卻噴嘴58上噴出，在棒材10通過每個軋機24、26、28和30時，直接噴到熱的棒材10上。
另外，冷卻噴嘴58可以單獨地用來為棒材10提供必要的冷卻，因此可以不需要冷卻池34-40。儘管已經描述了採用冷卻液46的冷卻噴嘴58和冷卻池34-40，未顯示的其它冷卻劑，如液體或氣體也可以用來代替該冷卻液，以及未顯示的其它冷卻裝置也可用來代替冷卻噴嘴58或冷卻池34-40。
一旦帶材12生產出來，如圖1所示，帶材12就被捲成鋼卷62。帶材12的鋼卷62可備用或準備進行下一步的加工。
獲得的結果的實例下面的參數顯示了採用這種方法已經成功地獲得的結果。
例1棒材直徑7/16″軋機的數量和大小4 10″軋輥直徑帶材寬度0.80″帶材厚度0.048″寬厚比 17∶1例2棒材直徑1/2″軋機數量5 6 1/2″軋輥直徑帶材寬度0.80″帶材厚度0.048″
寬厚比17∶1儘管以用來生產翼形管的碳鋼帶材為例描述了本方法，但本方法不應受到如此限制，它可以用來生產不同金屬組成的帶材或不同功能用途的帶材。
儘管對本發明作了一定程度的詳細描述，很明顯，在不脫離本發明的宗旨和範圍的情況下，可以對本發明的結構細節和部件安裝作些改變。應該認識到，本發明不應僅僅局限於為了舉例目的而提出的上述優選實施例，它僅受附後的權利要求範圍的限制，還包括各要素等同物範圍。
權利要求
1.一種用棒材製造帶材的方法，它包括使棒材穿過一組軋機，以及在棒材穿過兩個相鄰的軋機之間時冷卻棒材。
2.如權利要求1所述的方法，其特徵在於，所述帶材的冷卻是通過把棒材浸沒在冷卻液中來實現的。
3.如權利要求2所述的方法，其特徵在於，採用的冷卻液是水。
4.如權利要求2所述的方法，其特徵在於，所述帶材的冷卻是通過向棒材噴射冷卻液來進一步實現的。
5.如權利要求4所述的方法，其特徵在於，採用的冷卻液是水。
6.如權利要求1所述的方法，其特徵在於，所述帶材的冷卻是通過向棒材上噴射冷卻液來實現的。
7.如權利要求6所述的方法，其特徵在於，採用的冷卻液是水。
8.如權利要求1所述的方法，其特徵在於，它還包含用一反饋張力控制器迅速監測每個軋機下流的棒材的張力，以便控制相鄰的上流的軋機的速度。
9.一種用棒材製造帶材的方法，它包括下列步驟1)清洗和矯直棒材；2)棒材穿過一個軋機；3)冷卻棒材；4)重複步驟2和3，直到製造出所需尺寸的帶材。
10.如權利要求9所述的方法，其特徵在於，步驟3的冷卻是通過將棒材浸沒在裝有冷卻液的冷卻池中來實現的。
11.如權利要求10所述的方法，其特徵在於，冷卻池中裝有水。
12.如權利要求9所述的方法，其特徵在於，每個軋機的速度由一個反饋張力控制器控制，該控制器可以連續地監測棒材的張力。
13.如權利要求12所述的方法，其特徵在於，步驟3的冷卻是通過從位於每個軋機上的噴嘴向棒材噴射冷卻液來進一步實現的。
14.如權利要求13所述的方法，其特徵在於，所述冷卻液是水。
全文摘要
本發明是一種把熱軋金屬的棒材變成寬厚比高達17∶1的帶材的方法。在將棒材軋成帶材的過程中,本方法冷卻穿過相鄰軋機之間的棒材並採用反饋張力控制來調節每個上流的軋機的速度以便減小棒材承受的熱應力和機械應力。
文檔編號B21B45/02GK1176610SQ95197719
公開日1998年3月18日 申請日期1995年3月31日 優先權日1995年3月31日
發明者傑裡·E·瑞安, 詹姆斯·C·麥克雷諾茲, 託馬斯·J·布查考 申請人:芬圖貝有限合夥組織