专利名称：在连续退火炉的淬火区的进口侧和出口侧配置的辊和使用辊的淬火区装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及在用于连续热处理钢带的连续退火炉的淬火区前和/或后配置的辊和包括该辊的淬火区装置。
背景技术：
近年来，因为汽车的尺寸增加，所以钢带的宽度也增加。另外，从防止全球变暖的角度考虑，对高强度钢板的用量也增加，以通过减少钢带的量度来使汽车的重量降低。
使用连续退火炉来生产增加宽度和减少厚度的高强度钢带。现在，为了处理宽度从600mm到1850mm，在某些情况下到2100mm的钢带，需要连续退火炉。
此外，钢带的退火温度也增加，因此，通过该炉子的钢带进一步软化，导致有缺陷产品的量增加。为了控制质量，退火后需要更精确的控制该迅速冷却操作。
因为这些原因，常规的方法就不足以达到稳定操作连续退火炉。
如图4所示，用于退火钢带的立式连续退火炉包括用于加热钢带到预定温度以完成退火的加热区2，均热区3和冷却高温材料即钢带1到室温的冷却区。
该冷却区通常包括迅速冷却高温钢带的多个炉区，即淬火区4(或“第一冷却区”)，过度老化区5和第二冷却区6。
淬火区4的前和后，即淬火区4的进口侧和出口侧，提供用于进料钢带1的炉底辊或拉紧辊。另外，在很多情况下，为了防止淬火区4内钢带1颤动，提供拉紧辊装置8。
在本文中，术语“淬火区装置”包括淬火区4和辊，例如装配在淬火区4的前和后的拉紧辊装置8。
如图4所示，虽然立式连续退火炉包括过度老化区5和第二冷却区6，但是，当使用例如熔融金属镀覆机组作业时，可以省略过度老化区5和第二冷却区6。
通过在淬火区中使用高温金属带淬火的方法，可以适当地控制钢带的质量，得到的产品有足够的可成形性和足够的强度。一种典型的车体用钢板型钢带具有烘烤淬火性能。
作为钢带淬火的方法，喷射气流冷却方法包括在淬火区用热交换器冷却大气，循环该气体，和以高速鼓吹冷却喷射气流物流到该钢带上；辊冷却方法包括通过把冷却介质加到该辊上并向钢带压该辊以使钢带淬火；水淬火方法使用水作为冷却介质；烟雾冷却方法等等，都是公知的。
在这些方法当中，喷射气流冷却方法有利的提供具有满意的外观和冷却后的形状的钢带。另外，冷却设备的费用比较低。因此，现在使用高速喷射气流冷却方法，其中使用包括喷射气流冷却设备的淬火区在温度范围为300℃或更高的温度下淬火，喷射气流冷却设备的单位表面的热传递系数为170W/(m2·℃)或更大。在此，术语“在温度范围为300℃或更高的温度下迅速淬火”意思是在淬火区的进口侧钢带淬火的温度是300℃或更高。
但是，在高速喷射气流冷却方法中，撞击钢带表面的冷却空气，到达配置在加热区和冷却区之间的连接部分，例如拉紧辊装置，由此过度冷却装在连接部分的炉底辊或拉紧辊的边缘部分，并在这些辊的中心产生大量热隆起。因此，该钢带在宽度方向受到纵弯曲的损害。
下面的文献公开了解决这一问题的方法。日本待审专利公开号56-65942公开了通过在淬火区进口侧提供内炉拉紧辊和在喷射气流喷嘴装置增加钢带拉力来降低钢带的颤动。但是，操作经验说明在配置在淬火区进口侧的内炉拉紧辊的钢带的纵弯曲不可能完全防止。
日本待审专利公开号60-40463公开了一种防止气体从连接部分泄漏的密封装置。但是，当该防止气体泄漏的密封装置用到高速喷射气流冷却装置时，该撞击钢带表面的冷却气体从在淬火区的前和后提供的连接装置泄漏，因此，在淬火区的进口侧和出口侧安装的拉紧辊装置中配置的辊中产生温度分布，并且导致钢带纵弯曲。因此，为了解决这一问题，该拉紧辊装置需要附加装置。另外，该拉紧辊装置内的该辊的边缘部分过度冷却，在这些辊的中心出现大量热隆起，并且在钢带的宽度方向发生纵弯曲。
日本待审专利公开号6-93347公开了通过在淬火区的喷射气流室的上部配置一个密封装置并且从该密封装置注入一种与在钢带表面的物流反方向流动的物流来降低动能。但是，该密封装置需要安装逆流注入装置和密封辊，导致费用增加。另外，其操作复杂。
日本待审专利公开号9-268324公开了在淬火区调整辊隆起的角度，以便控制大于钢带的拉力的纵弯曲临界张力。但是，在该连续热处理过程中，具有所公开范围的辊角的这些辊不能满意地与钢带接触，导致辊与钢带之间滑动。
发明概述因此，本发明的目的是要解决上述问题并且使得高速喷射气流冷却过程没有产生缺陷，例如纵弯曲和曲折，甚至当在温度范围为300℃或更高和在具有单位表面热传递系数170W(m2·℃)的喷射气流冷却装置的淬火区进行迅速冷却时也是这样。通过使减少厚度和增加宽度的钢带稳定的通过该路线，本发明可以达到可靠的操作连续淬火炉。本发明也可以解决例如产率降低、线速度降低和停工这样的问题。
为了达到这些目的，本发明列举的一个实施方案提供一种配置在连续退火炉的淬火区前和后的辊，其满足下面的关系Lc≥0.7×Wmin；R＝-0.1×10-3到+0.2×10-3；和TR≥20其中，Lc表示在辊的中心的平面部分的长度(mm)，Wmin表示钢带的最小宽度(mm)，R表示配置在该辊两侧锥度部分的倾角，TR表示平面部分和锥度部分之间边界的曲率半径(m)。
本发明的另一个实施方案提供一种连续退火炉的淬火区装置，其包括配置在淬火区的进口侧和/或出口侧的至少一个炉底辊和/或至少一个拉紧辊。上述的辊包括炉底辊和/或拉紧辊。
本发明的另一个实施方案提供一种连续退火炉的淬火区装置，其包括至少一个具有多个辊的拉紧辊装置。在淬火区的进口侧和/或出口侧提供至少一个拉紧辊装置。上述列举的辊包括这些辊的每一个。
优选的是，最接近淬火区的辊是满足关系式(i)R＝0和(ii)TR＝∞的平面辊。
优选的是，在淬火区的进口侧和/或出口侧配置至少一对密封辊。
图1说明本发明的一个典型实施方案的淬火区附近的设施；图2说明本发明的另一个典型实施方案的淬火区附近的设施；图3说明卧式连续退火炉的淬火区附近的设施；
图4说明连续退火炉的结构；图5显示本发明的辊的一个典型实施方案；图6是表示辊的平面部分的长度Lc和故障比之间的关系的曲线图；图7是表示辊的锥度部分的倾角R和故障比之间的关系的曲线图；图8是表示在淬火区的进口侧和出口侧辊的平面部分的长度Lc和关于送料问题之间的关系的曲线图；图9是表示在淬火区的进口侧和出口侧辊的锥度部分的倾角R和关于送料问题之间的关系的曲线图；图10是本发明的方法和常规方法的产率降低比率比较的曲线图；和图11是本发明的方法和常规方法的操作效率降低比率比较的曲线图。
具体实施例方式
下面参考附图介绍本发明的优选实施方案虽然本发明的辊可以优选地用到图4所示的连续退火炉，但是，本发明并不限制到这一应用。相反的，本发明的辊可以用到带有淬火区的各种各样的连续退火炉。
下面参考图1介绍本发明的配置在淬火区前和后的典型的淬火区和淬火区装置的结构。
在图1中，淬火区4包括喷射气流冷却装置12，并且对送到淬火区4的钢带1进行淬火。为了使钢带1达到目标拉伸和防止淬火区4内钢带1颤动，在淬火区4的前和后配置数个拉紧辊装置8。分别在拉紧辊装置8内侧配置数个密封辊11，以防止喷射气流冷却装置12排出的冷却气体进到拉紧辊装置8。另外，在每一个拉紧辊装置8中配置一个加热器7，以防止拉紧辊装置8内的温度下降，并保持该温度在预定温度。在每一个拉紧辊装置8内侧提供数个炉底辊9和拉紧辊10。
在图1中，2个炉底辊9和3个拉紧辊10安装在接近淬火区4的进口侧的拉紧辊装置8的内侧，1个炉底辊9和3个拉紧辊10安装在接近淬火区4的出口侧的拉紧辊装置8的内侧。
但是，本发明不限于图1所示的特定构型。也可以使用其它构型，只要使得钢带1达到目标拉伸。例如，如图2所示，炉底辊9也可以作为拉紧辊，可以用3个拉紧辊10组成该拉紧辊装置8。
另外，本发明可以用于图3所示的卧式连续退火炉。
本发明的实施方案可以优化安装在拉紧辊装置8内的炉底辊9和拉紧辊10的热隆起，并且通过加到钢带上的所需拉力防止钢带1滑动、纵弯曲和曲折。
本发明的在淬火区前和后安装的辊可以用于炉底辊和拉紧辊。
其次，下面将详细介绍为了达到稳定的钢带送料而没有钢带滑动的辊的外形。
如图5所示，在淬火区后或前可以配置本发明的典型的辊20。辊20包括一个具有长度Lc的基本平面部分22和具有倾角R的锥度部分24。平面部分22被锥度部分24夹着，因此辊20是对称的。
辊隆起有凸状。当倾角R是负值时，辊隆起有凹状。倾角R定义为锥度部分的长度L与值C的比，C值等于锥度部分的开始和锥度部分的结束之间的外径之差的一半，即R＝C/L。
按照本发明，平面部分22不必非常平。例如，平面部分可以有缓和的曲面，曲面的曲率半径为100m或更大。
为了确定本发明的优选范围，要检查辊的平面部分的长度Lc和由辊表面与钢带之间的滑移引起的比率问题之间的关系。这些结果示于图6。在该检查当中，例如辊锥度部分的倾角R和在平面部分和锥度部分之间的边界的曲率半径这样的条件保持在本发明的优选条件之内。关于冷却条件，在300℃或更高的温度范围内，使用包括具有传热能力为170W/(m2·℃)或更大的喷射气流冷却设备的淬火区淬火，轧制到单位钢带表面热传递系数。在图中，故障比通过平均常规的操作数据归一化。
该检查显示，优选的辊的平面部分的长度(Lc)与送到该平面部分的钢带的最小钢带宽度Wmin的关系满足下面的条件(1)Lc≥0.7×Wmin其次，检查锥度部分的倾角R和由钢带与辊表面之间的滑移引起的比率问题之间的关系。这些结果示于图7。例如辊的平面部分的长度Lc、平面部分和锥度部分之间边界的曲率半径等其它条件在本发明的优选条件之内，冷却条件与关于图6的检查条件相同。故障比通过平均常规的操作数据归一化。
因此，锥度部分的倾角R优选满足条件(2)R＝-0.1×10-3到+0.2×10-3
此外，辊的平面部分和锥度部分之间的边界优选是平滑的和圆的，没有边缘，以防止钢带滑动和纵弯曲。要使辊的平面部分和锥度部分之间的边界平滑，边缘处的曲率半径TR优选20m或更大。换句话说，曲率半径TR满足条件(3)TR≥20其次，基于上述参数，研究了防止钢带的纵弯曲和曲折的条件。这些结果示于图8。在图8中，横轴表示淬火区的进口侧和出口侧，纵轴表示辊平面部分的长度Lc。R和TR都在本发明的范围之内。该图显示在送入其中的钢带中产生的纵弯曲和/或曲折。冷却条件与关于图6的检查条件相同。在该图中，圆圈(O)表示钢带没有缺陷，方格(口)表示在钢带上观察到纵弯曲。钢带的线速度调到正常速度(100-300m/min)。在关于图8的检查中没有观察到曲折。
图8也说明条件(1)Lc≥0.7×Wmin是优选的。
图9是表示当钢带被送入时产生的纵弯曲和曲折的图。横轴表示淬火区的进口侧和出口侧，纵轴表示锥度部分的倾角R。例如Lc和TR这样的条件都在本发明的优选范围之内。冷却条件与关于图6的检查条件相同。在该图中，圆圈(O)表示钢带没有缺陷，三角形(△)表示观察到曲折，方格(□)表示在钢带上观察到纵弯曲。钢带的线速度调到正常速度(100-300m/min)。
图9也说明条件(2)R＝-0.1×10-3到+0.2×10-3是优选的。为了防止如图7所示的滑动引起的问题，该范围实际上比该优选范围宽。
为了防止钢带在淬火区内颤动，一般在淬火区的后和前面提供拉紧辊装置，以保持在淬火区的钢带的拉力在一个高值水平上。在这些拉紧辊装置内安装的这些辊优选是本发明优选范围内的辊，以便避免发生问题，例如如上所述的滑动、纵弯曲和曲折。在淬火区高拉力的情况下，当这些辊有凹形隆起，R＜0时，很可能产生曲折，而当这些辊有凸形隆起，R＞0时，很可能产生纵弯曲。
为了避免这些问题，该辊的最佳形状是基本上位于图9所示的优选范围中心的R＝0的平面辊。在该平面辊中TR＝∞(曲率半径＝0)。平面辊的其它优点是其容易制造和制造费用低。在拉紧辊装置中，与在以前情况的辊相比，在最接近淬火区的辊上，钢带的拉力比较低。在该方面，优选的是，在这些拉紧辊当中，一个最接近淬火区的辊是R＝0和TR＝∞的平面辊，以前的辊是满足本发明的条件的辊。
优选的是，尽可能地防止注入到淬火区的冷却气体到达拉紧辊装置内。当大量的冷却气体通过淬火区和拉紧辊装置之间的连接部分并到达拉紧辊装置中时，装置内辊的边缘就过冷，在辊的中心部分产生明显的热隆起。因此，当钢带的标准降低时，滑动和纵弯曲的可能性就会增加。
为了解决该问题，优选的是在位于淬火区的进口侧和出口侧的拉紧辊装置的每一个连接部分安装至少一对密封辊。
表1显示安装在配置在立式连续退火炉的淬火区的前和后的拉紧辊装置内的本发明的辊的情况一览表。该表解释为Lc和R，显示是否发生了不合乎要求的现象例如滑动、纵弯曲和曲折。在表1中，“A”表示没有观察到滑动、纵弯曲或曲折，“B”表示偶尔观察到滑动、纵弯曲或曲折，“C”表示经常观察到滑动、纵弯曲或曲折。
该淬火区有一个具有传热能力为170/W(m2·℃)或更大的轧制到单位钢带表面热传递系数和在该淬火区的进口提供一对密封辊的喷射气流冷却设备。淬火温度范围为300℃或更高。
表1
从表1可以理解到，在实施例14-17(比较例1)中，每一个辊的锥度部分的倾角是负值，因此，明显地形成大的凹隆起，导致钢带的滑动和纵弯曲。
在实施例18-21(比较例2)中，每一个辊的锥度部分的倾角R是正值，因此，明显地形成大的凸隆起，导致钢带的滑动和弯曲。
实施例1-13是本发明的辊。实施例使用具有包括配置在淬火区前和后的本发明的辊的立式连续退火炉进行操作。
该立式连续退火炉的Wmin值为700mm和Wmax值为1850mm。所用的淬火区装置示于图1。该淬火区包括一个具有传热能力为170/W(m2·℃)或更大的轧制到单位钢带表面热传递系数的喷射气流冷却设备。
本发明的操作满足所有(1)到(3)的条件。即在本发明的操作中，在拉紧辊装置内所用的所有辊都符合条件(1)到(3)。也可以在仅满足(1)到(3)的一个条件的情况下操作，并且与常规方法比较。
在满足所有(1)到(3)条件的本发明的操作中，配置在淬火区前和后的辊具有下面的特征Lc＝1.0×700，R＝0.05×10-3，和TR＝50m。
在仅满足条件(1)的情况下操作时，配置在淬火区前和后的辊具有下面的特征Lc＝1.0×700，R＝0.4×10-3，和TR＝10m。
在仅满足条件(2)的情况下操作时，配置在淬火区前和后的辊具有下面的特征Lc＝0.5×700，R＝0.05×10-3，和TR＝10m。
在仅满足条件(3)的情况下操作时，配置在淬火区前和后的辊具有下面的特征Lc＝0.5×700，R＝0.4×10-3，和TR＝50m。
在按照常规的方法操作时，配置在淬火区前和后的辊具有下面的特征Lc＝0.5×700，R＝0.5×10-3，和TR＝8m。
图10显示每一种操作条件和由于在辊和钢带之间的滑动、纵弯曲和曲折引起的产物的产率的降低之间的关系。在该图中，通过相对于常规方法的总产率的次品的量归一化产率降低速度。
当发生滑动、曲折和纵弯曲时，必须降低线速度，导致产物产率降低。
与常规方法比较，通过满足条件(1)到(3)之一可以得到改善，但是，当如本发明那样所有这些条件都一起得到满足时，产率的降低可以明显地改善到约为常规方法的十分之一。
图11显示条件(1)到(3)的每一个条件与由辊和钢带之间的滑动、纵弯曲和曲折引起的操作效率线速度降低比率之间的关系。
在此，“操作效率”定义为由设备的能力和实际操作速度计算的线速度的比率，其是操作能力的表示。在该图中，用由能力计算的理论线速度和常规方法的实际线速度之间的差别的平均值归一化操作效率降低速度。
当发生滑动、纵弯曲或曲折时，线速度降低，导致降低处理速度。在没有这些主要问题的情况下可以尽可能的连续操作，但是操作效率最终会降低，不能达到预计的生产量。如果这些问题是主要的，其就必须停止操作，降低炉子的温度，处理炉子中的钢带，因此就不能达到预计的生产量并且降低操作效率。
通过使用本发明的辊，立式连续退火炉的操作速度平均改善0.1％，操作效率降低速度降低到常规方法的五分之一。
另外，由于滑动、纵弯曲和曲折所引起的停工、线速度降低等都保持在最低水平，所以，明显地改善了炉子的生产产率和操作效率。
权利要求
1.一种配置在连续退火炉的淬火区的进口侧或出口侧的辊，该辊满足下面的关系Lc≥0.7×Wmin；R＝-0.1×1-3到+0.2×10-3；和TR≥20。其中，Lc表示在辊的中心的平面部分的长度(mm)，Wmin表示钢带的最小宽度(mm)，R表示配置在该辊两侧锥度部分的倾角，和TR表示平面部分和锥度部分之间边界的曲率半径(m)。
2.一种连续退火炉的淬火区装置，包括一个具有进口侧和出口侧的淬火区；和至少一个选自配置在淬火区的至少一个进口侧和出口侧的炉底辊和拉紧辊的辊，其中，至少一个辊包括权利要求1的辊。
3.一种连续退火炉的淬火区装置，包括一个具有进口侧和出口侧的淬火区；和至少一个包括多个辊的拉紧辊装置，该至少一个拉紧辊装置配置在淬火区的至少一个进口侧和出口侧，其中，多个辊的每一个包括权利要求1的辊。
4.根据权利要求3的连续退火炉的淬火区装置，其中，最接近淬火区的有许多辊的辊是满足关系式(i)R＝O和(ii)TR＝∞的平面辊。
5.根据权利要求2的连续退火炉的淬火区装置，包括在位于淬火区的进口侧和出口侧的至少一侧配置的至少一对密封辊。
6.根据权利要求3的连续退火炉的淬火区装置，包括在位于淬火区的进口侧和出口侧的至少一侧配置的至少一对密封辊。
7.根据权利要求4的连续退火炉的淬火区装置，包括在位于淬火区的进口侧和出口侧的至少一侧配置的至少一对密封辊。
全文摘要
本发明提供一种可以配置在连续退火炉的淬火区的前和/后的辊。该辊具有满足Lc≥0.7×W
文档编号C21D9/573GK1340630SQ0112543
公开日2002年3月20日 申请日期2001年6月27日 优先权日2000年6月27日
发明者菅野高弘, 饭田祐弘 申请人:川崎制铁株式会社