CN105073291A - 改进辊轧带的平坦度 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了用于通过施加差温冷却改进辊轧板或辊轧带(102)的平坦度的***和方法。冷却剂可沿所述带的宽度(202)选择性地施加。更多冷却可被施加于其中张力最大的所述带的边沿，以增大所述边沿处的张力。可允许所述带在这些边沿处拉长，这可改进平坦度。在一些实施例中，使用闭环平坦度控制***来测量带的所述平坦度且基于所述测量自动地调整所述差温冷却。

Description

改进辊轧带的平坦度
对相关申请的交叉引用
本申请要求2013年3月11日提交的第61/776,241号美国临时专利申请的权益，所述专利申请的全部内容是以引用方式并入。
技术领域
本公开涉及用于改进金属带的平坦度的***和方法。
背景技术
热辊轧和冷辊轧是金属形成过程，其中板材或带通过一对辊筒以减小板材或带的厚度。在一些情况中，处理辊轧带或在辊轧之后以其它方式处理。例如，辊轧带可通过涂布生产线以将聚合物材料的涂层或其它适当涂层施加到辊轧带。在施加涂层之后，可在烤炉中固化经涂布带。在许多情况中，辊轧带产生自烤炉，其中部卷曲或沿带出现其它变形而减小带的总平坦度。因此可希望改进金属带的平坦度。
发明内容
术语实施例和相似术语旨在大概指代本公开的主题和以下权利要求书的所有内容。含有这些术语的声明不应被理解为限制本文中描述的主题或限制以下权利要求书的意义或范围。本文中涵盖的本公开的实施例是由以下权利要求书而非本发明内容界定。本发明内容是本公开的各个方面的高层次概述且介绍了以下实施方式章节中进一步描述的一些概念。本发明内容既不旨在识别本主题的关键或本质特征，也不旨在单独用来确定本主题的范围。本主题应通过参考本公开的整个说明书的适当部分、任何或所有附图和每一权利要求来理解。
本公开叙述用于改进金属带的平坦度的方法和***，包含跨热带的宽度施加差温冷却以改进带的平坦度。在一些实施例中，可实施反馈控制环路，其包含平坦度测量装置和控制差温冷却的控制***。如果使用了反馈控制环路，那么控制***可基于经差温冷却的带的平坦度测量作出自动化、动态调整。
附图说明
说明书参考以下附图，其中不同图中的相似参考数字的使用旨在说明相似或类似组件。
图1是用于改进辊轧带的平坦度的***的示意图。
图2是冷却单元的一部分的示意图。
图3是具有连续槽的喷嘴的示意图。
图4是套筒的等距视图。
图5是具有套筒的连续槽喷嘴的等距视图。
图6是包含用于计算和施加差温冷却的反馈控制环路的金属加工过程的部分的流程图。
具体实施方式
本文中公开了用于改进单件辊轧金属(下文中称作“辊轧带”或“带”)的平坦度的***和过程。在一些实施例中，使用平坦度测量装置来测量辊轧带的平坦度。控制***可接收平坦度测量且控制冷却单元，所述冷却单元对金属带进行差温冷却以产生跨金属带的宽度的所需非均质温度梯度。温度梯度在带中产生张力差，所述张力差是在金属带足够热时所赋予的且可改进金属带的平坦度。
图1是根据一个实施例的用于改进辊轧带的平坦度的***100的示意图。金属可被辊轧为带102。带102可以可选地涂布。如图1中所示，带102沿方向104移动而通过烤炉106。在通过烤炉106之后，带102将变热。带102然后通过冷却单元108。在图1中说明的实施例中，冷却单元108包含多个喷嘴110，喷嘴110将任何适当的冷却剂112(也称作冷却介质)散布到带102上。在通过冷却单元108之后，带102通过平坦度测量装置114。平坦度测量装置114确定带102的平坦度且将平坦度信号116提供到控制***118。控制***118然后确定所需冷却分布且将冷却信号120提供到冷却单元108。基于冷却信号120，冷却单元108可控制且(如果需要)调整冷却剂112的施加，如下文进一步详细描述。
图2是冷却单元108的部分的示意图。冷却单元108配置成提供跨带102的宽度202的差温冷却以减小带102的中部卷曲或其它变形。冷却单元108可为连续加工处理生产线的冷却区的部分，但是差温冷却可在辊轧金属的金属加工过程期间的任何其它适当点处施加。在一些实施例中，冷却单元108定位在加工处理生产线中的某个点处使得随着带102退出涂布生产线的烤炉106而施加差温冷却，但是冷却单元108可以其它方式定位使得差温冷却在加工处理生产线的其它点处施加于带102。
如上文提及，冷却单元108可将冷却剂112散布到带102。冷却剂112可从上、下散布，或散布到带102的侧部，或其任何组合。在一些实施例中，冷却剂112是空气、气体、水、油或能够从带102充分消除热量以产生所需差温冷却的任何其它冷却剂。可基于所需平坦度调整对沿带102的宽度的特定位置的冷却的量和施加。
差温冷却可通过对沿带102的宽度202的带102的选定部分204冷却来实现。在一些实施例中，选定部分204是其中带张力最高的部分。带张力在带102的边沿208处可最高。应力越局部化，实现所需改进平坦度所需的差温冷却可能越小。在一些情况中，相对较少量的冷却(例如但不限于250°摄氏度或大约250°摄氏度的冷却)可施加于带102的边沿208，这可消除或减少来自带102的明显的中部屈曲和/或变形。沿带102的宽度202中比起选定部分204接收较少冷却的部分称作未选定部分206。未选定部分206可为其中带张力较低的部分。差温冷却包含跨带102的宽度202施加的任何温度差。在一些实施例中，沿带102的宽度202的选定部分204(例如，边沿208)可经历冷却，而沿带102的宽度202的未选定部分206(例如，带102中间)不经历任何冷却。在其它实施例中，沿带102的宽度202的选定部分204(例如，边沿208)经历的冷却可大于提供给沿带102的宽度202的未选定部分206(例如，带102中间)的冷却。
施加差温(还称作非均匀、优先或选择性)冷却于带102的宽度202的选定部分204可造成选定部分204热收缩，从而增加沿选定部分204的张力。差温冷却可造成沿带102的暂时温度梯度，其中带102的宽度202的选定部分204(例如，边沿208)比未选定部分206(例如，中间)更冷。
在其中施加冷却于带102的边沿208以产生温度梯度的实施例中，带102的边沿208处的张力与带102的较暖的未选定部分206(例如，中间)相比可暂时增加。因为沿带102的宽度202的温度不均匀，所以沿带102的宽度202存在张力差。如果此强加张力分布在被施加之后不久(例如，通过介入支撑辊筒或以其它方式)便不平衡，且带102足够热以在张力差下稍微屈服，那么由差温冷却赋予的温度差可造成带102沿带102的宽度(例如，选定部分204)的较冷部分稍微拉长。如本文中使用，屈服可被认为是带的永久应变或延长，其部分缓解所施加应力(例如，来自强加的张力分布)。造成永久应变所需的应力随着带102的温度增加而降低。如本文中参考带102使用，屈服包含常规接受的屈服应力水平下以及低于常规接受的屈服应力水平的应力水平下的永久应变，诸如由于快速潜变发生的永久应变。因此，为了使带102屈服(如本文中使用的所述术语)，无需引发提供在带102的常规接受的屈服应力下或高于其的应力水平的张力差。
无关于是否已知强加于带102上的实际温度梯度，温度梯度均是基于差温冷却，差温冷却可基于各种因素，诸如模型、平坦度测量或如本文中公开的其它因素。
带102的边沿208的差温冷却造成张应力的局部集中足以使带102屈服且拉伸边沿208，从而修正带102中存在的任何中部卷曲或变形。以此方式，可使用差温冷却调整和/或改进带102的平坦度。当带102的主动差温冷却中断时，带102跨其宽度202的温度分布将最终平衡，但是仍然将保留由于屈服产生的任何变化且因此将维持改进的平坦度。
冷却剂112可由冷却单元108以任何适当方式输送。在一个实施例中，如图1到2中示出，冷却剂112是通过冷却单元108的喷嘴110输送。在一个实施例中，这些喷嘴110布置在分立喷嘴110的阵列212中。参考图2，冷却剂112可通过供应管道214输送到喷嘴110。与每一喷嘴110相关联的阀210在关闭位置与打开位置之间移动，在关闭位置中阻止冷却剂112，而在打开位置中允许冷却剂112通过。在这些实施例中，可控制阀210来确定哪个喷嘴110散布冷却剂112且哪个喷嘴110不散布冷却剂112。另外，一些阀210的部分关闭可使得一些喷嘴110能够散布的冷却剂112少于阀210完全打开的其它附近喷嘴110能够散布的冷却剂。阀210可进行手动调整或自动调整。在一些实施例中，阀210是由控制***118动态地控制。
图3是喷嘴110的示意图，喷嘴110是具有连续槽304的连续槽喷嘴302。图3的连续槽喷嘴302包含至少一个连续槽304，而不包含如图1到2中示出的分立喷嘴110的阵列212。在其它实施例中，利用用于散布冷却剂112的其它适当结构来代替至少一个连续槽304。如图3中示出，连续槽喷嘴302包含套筒306，套筒306部分阻止冷却剂112施加于带102。以此方式，冷却剂112可被引导到带102的选定部分204(例如，边沿208)以在选定部分204(例如，那些边沿208)处对带102进行冷却。此外如上文描述，可跨带102的宽度202控制冷却剂112的施加，使得冷却不均匀地横跨带102的宽度202。可跨带的未选定部分206完全或部分抑制冷却剂112的施加。
图4是根据一个实施例的套筒306(有时候称作罩)的等距视图。套筒306包含可允许冷却剂112流过的一或多个开口402。开口402可具有各种形状和大小。套筒306介于开口402之间的部分是闭塞部分404，其阻止冷却剂112施加到带102。
图5是根据另一实施例的具有套筒306的连续槽喷嘴302的等距视图。套筒306包含至少一个闭塞部分404。如上文描述，连续槽304配置成施加冷却剂112于带102。图5中描绘的套筒306包含一个闭塞部分404，其至少闭塞连续槽304的一定宽度，借此阻止冷却剂112施加于带102，其中套筒306使连续槽304闭塞。套筒的闭塞部分404大致对应于带102的未选定部分206。在一些实施例中，闭塞部分404可设计成与完全阻止相比，部分限制输送到带102的未选定部分206的冷却剂112的量。闭塞部分404可设计成以各种方式至少部分限制冷却剂112的输送，所述各种方式包含例如具有孔或由网状材料制成。
在一些实施例中，套筒306可移动和/或调整以调整闭塞部分404相对于连续槽304的大小和/或位置。套筒306可并有可彼此相对滑动的两个重叠套筒306，其中其闭塞部分404中的每一个可重叠到不断变化的程度以调整实际闭塞部分404相对于连续槽304的大小。套筒306可进行手动调整或自动调整。在一些实施例中，套筒306可由控制***118动态地调整。套筒306可取决于冷却剂112的所需散布路径和带102的所需平坦度进行调整。在一些实施例中，每一套筒306可沿带102(例如，带102的每一边沿208上方)加以不同地调整以提供独立控制，使得可相对于带102的宽度202的中点不对称地对带102进行冷却。
在一些实施例中，上文描述的差温冷却可使用获自反馈控制环路的信息来施加和调整。图6是金属加工过程600的一部分的流程图，金属加工过程600包含用于计算和施加差温冷却的示例性反馈控制环路。参考图6，在方框602处辊轧金属带102。在方框604处可选地涂布带102。在方框606处可选地加热带102。根据方框610处的冷却参数，在方框608处由冷却单元108将差温冷却施加于带102。冷却参数可存储在控制***118中。在方框608处对带102进行差温冷却之后，在方框612处允许带102屈服。在方框612处，带102可保持远离金属加工过程的部分(例如，介入支撑辊筒或其它部分)，所述部分可在允许带102屈服之前平衡跨带102的宽度202的温度梯度或机械地平衡跨带102的宽度202的强加张力分布(例如，通过将带102缠绕在介入辊筒周围)。在方框614处测量带102的平坦度。来自方框614的平坦度测量的结果用于在方框616处计算所需平坦度所必需的差温冷却。在方框610处基于根据方框616计算的差温冷却调整冷却参数。在一些实施例中，将更新的冷却参数发送到冷却单元108以对冷却剂112的散布作出调整。在替代实施例中，冷却参数存储在存储装置中且必要时加以更新。在这些实施例中，冷却单元108访问(例如，常规访问或以其它方式提示访问)存储装置以确定如何散布冷却剂112。
如上文描述，图1中示出的***100可以可选地包含反馈闭环控制***118，反馈闭环控制***118基于带102的平坦度的测量实现对差温冷却的自动控制和/或调整。在一些实施例中，反馈环路控制***118如图6中说明般进行。可在冷却单元108的上游或下游对带102的平坦度进行测量。因此可调整图6中的方框的次序。
图1的平坦度测量装置114可为分段式应力辊筒(例如，由ABBLtd生产的应力计辊筒)、光学装置(例如，由VolmerAmerica，Inc.生产的VIP光学平坦度测量装置、或诸如由瑞典，林雪平的Shapeline生产的非接触式激光***)或能够测量辊轧板的平坦度以将平坦度信号116提供给控制***118的不同的适当测量技术。
在一些实施例中，平坦度测量装置114经定位使得其高于带102。在其它实施例中，平坦度测量装置114定位在任何适当高度处和任何适当位置处中。在一些实施例中，带102的实际平坦度是在冷却单元108的下游或在其中带102的温度大致均匀(例如，带的温度分布基本上平衡使得温度梯度实质上不再存在)的另一位置处加以测量以获得精确的平坦度读数。
控制***118可使用平坦度信号116来确定为了实现所需平坦度，将对冷却单元108作出的任何必要调整。控制***118可比较来自平坦度测量装置114的测量平坦度与先前已选择和/或存储在控制***118的存储器中的所需平坦度。控制***118然后可发送冷却信号120到冷却单元108。冷却信号120可引导冷却单元108如本文中所述般调整冷却剂112的散布。可对冷却剂112的体积和/或温度和/或将相对于带102施加冷却剂112的位置作出调整(例如，选定部分204的大小和位置)。
在一个实施例中，冷却剂112的输送是通过如本文中所述般调整一或多个可移动套筒306而调整。在其它实施例中，冷却剂112的输送是通过调整供应管道214中的阀210而调整以使冷却喷嘴110分立。以此方式，带102的平坦度测量可用于自动地且动态地调整和控制差温冷却以改进带102的平坦度。反馈控制***使得带102的差温冷却能够充当可调致动器以调整和修正带102的任何屈曲和/或曲率，因此其平坦度达到所需水平。取决于实际平坦度测量，平坦度然后可通过自动化前馈或反馈控制进行优化。
在一些实施例中，控制***118可使用来自基于模型的方法(例如，线圈应力模型)的信息代替平坦度测量来确定施加于带102的必要差温冷却。平坦度测量装置114可在一些实施例中省略。在一些实施例中，使用基于模型的方法消除或减少对带102的平坦度的实际测量的需要，使得可基于模型作出将施加何种差温冷却的确定。
可希望在辊轧之后如本文中所述般对带102进行差温冷却，这至少是因为带102在辊轧之后可出现变形，但是本文中描述的差温冷却并无此限制。可希望在涂布带102且带102通过烤炉106之后，如本文中所述般对带102进行差温冷却，这至少是因为涂布和加热阶段可引发带102的变形。然而，差温冷却不限于在带102通过涂布生产线之后在冷却区中使用。而是，可在任何其它适当的加工处理生产线中或所述过程中的任何其它阶段处施加差温冷却。例如，差温冷却可施加于连续退火生产线的冷却区处、或所述过程的任何其它适当生产线或阶段处。此外，上述差温冷却还可用于通过施加差温冷却控制带的翘曲(有时候称作侧向弯曲)，从而造成不对称温度梯度。各个实施例可如上所述般以各种所需方式沿任何适当的热生产线(包含冷轧机)施加差温冷却。
可希望如本文中所述般对带102进行差温冷却，而非尝试使用其它平坦化装置来改进带102的平坦度，这至少是因为其它平坦化装置可增加一定程度的非平坦度、有害涂层和/或带102的表面加工，和/或可对带102的某些机械性质产生负面影响(例如，由于拉平而减小带102的可成形性)。可希望如本文中所述般对带102进行差温冷却，而非使用其它方法，这至少是因为本文中描述的差温冷却可产生这样的带102：跨带102的宽度202的均匀度增加。可希望如本文中所述般而非使用其它方法对带102进行差温冷却，因为其可减小下游可能必需的拉平量。
上文引用的所有专利、公开和摘要以引用的方式全部并入本文中。已描述了各个实施例。应认识到，这些实施例仅仅说明本公开的原理。所属领域技术人员将容易明白，在不脱离如以下权利要求书中界定的本公开的精神和范围的情况下，可对本公开作出许多修改和调适。

Claims (20)

1.一种用于改进辊轧金属的平坦度的***，其包括：
冷却单元，其包括用于将冷却剂散布到带的至少一个喷嘴，其中：
所述冷却单元可操作以使对所述带的宽度的选定部分的冷却在程度上大于对所述带的所述宽度的未选定部分的冷却。
2.根据权利要求1所述的***，其中所述选定部分是所述带的边沿且所述未选定部分是所述带的中间。
3.根据权利要求1所述的***，其中所述至少一个喷嘴包括连续槽，所述连续槽用于散布所述冷却剂；和套筒，其包括闭塞部分，所述闭塞部分定位成阻止所述冷却剂散布到所述带的所述未选定部分上。
4.根据权利要求1所述的***，其中：
所述至少一个喷嘴包括用于将所述冷却剂施加到所述带的多个喷嘴；
一或多个阀，其将所述多个喷嘴中的相应喷嘴流体地连接到所述冷却剂的供应管，所述一或多个阀中的每一个可致动以限制所述冷却剂从所述喷嘴中的所述相应喷嘴的流动；且
所述冷却单元可操作以致动所述多个喷嘴中的所述一或多个阀以阻止所述冷却剂散布在所述带的所述宽度的所述未选定部分上。
5.根据权利要求4所述的***，其中：
所述冷却单元还可操作以将可通过所述多个喷嘴中的第一组喷嘴散布的所述冷却剂的第一部分冷却到低于可通过所述多个喷嘴中的第二组喷嘴散布的所述冷却剂的第二部分的温度；
所述多个喷嘴中的所述第一组喷嘴定位成将所述冷却剂的所述第一部分散布到所述带的所述宽度的所述选定部分；且
所述多个喷嘴中的所述第二组喷嘴定位成将所述冷却剂的所述第二部分散布到所述带的所述宽度的所述未选定部分。
6.根据权利要求1所述的***，其中所述冷却剂是通过所述至少一个喷嘴鼓入的空气。
7.根据权利要求1所述的***，其另外包括平坦度测量装置，其中：
所述平坦度测量装置输出平坦度信号，所述平坦度信号指示沿所述带的所述宽度的所述带的所述平坦度；且
所述冷却单元可操作以基于所述平坦度信号，而使对所述带的所述宽度的所述选定部分的冷却在程度上大于对所述带的所述宽度的所述未选定部分的冷却。
8.根据权利要求7所述的***，其另外包括控制***，其中：
所述控制***可操作以比较所述平坦度信号与所需平坦度且将冷却信号输出到所述冷却单元；且
所述冷却单元耦接到所述控制***以基于所述冷却信号，而使对所述带的所述宽度的所述选定部分的冷却在程度上大于对所述带的所述宽度的所述未选定部分的冷却。
9.根据权利要求1所述的***，其中所述带被涂布。
10.一种用于改进辊轧金属的平坦度的方法，其包含：
加热带；
选择性地对所述带冷却以引发所述带中跨所述带的宽度的温度梯度；和
维持所述带中的所述温度梯度达所需时间量。
11.根据权利要求10所述的方法，其中所述选择性地冷却造成所述带的所述宽度的每一边沿具有低于所述带中间的第二温度的第一温度。
12.根据权利要求10所述的方法，其中所述选择性地冷却包含：
将冷却剂施加到所述带的所述宽度的选定部分。
13.根据权利要求12所述的方法，其中所述施加所述冷却剂包含：
致动喷嘴阵列上的阀阵列中的至少一个阀以选择性地阻止从定位在所述带的所述宽度的未选定部分附近的所述喷嘴阵列中的每一个散布所述冷却剂。
14.根据权利要求12所述的方法，其中所述施加所述冷却剂包含：
从喷嘴的连续槽施加所述冷却剂；和
将套筒的闭塞部分定位在所述连续槽上方以阻止将所述冷却剂从所述连续槽散布到所述带的所述宽度的未选定部分。
15.根据权利要求10所述的方法，其另外包括：
测量所述带的平坦度，其中所述温度梯度是基于所述带的平坦度测量。
16.根据权利要求15所述的方法，其另外包括：
比较所述带的所述平坦度测量与所需平坦度以产生冷却信号，其中所述温度梯度是基于所述冷却信号。
17.根据权利要求15所述的方法，其中：
所述温度梯度被引发，因此所述带的所述宽度的第一部分被冷却到低于所述带的所述宽度的第二部分的温度；且
所述带的所述宽度的所述第一部分具有大于所述带的所述宽度的所述第二部分的第二量级张应力的第一量级张应力。
18.根据权利要求10所述的方法，其另外包括在选择性地对所述带冷却之前，施加涂层到所述带。
19.一种用于改进辊轧金属的平坦度的***，其包含：
冷却单元，其用于接受涂布并加热的带；
多个喷嘴，其流体地连接到冷却剂的供应管且定位在所述冷却单元中；
控制***，其耦接到所述冷却单元以控制所述多个喷嘴以将冷却剂散布到所述涂布并加热的带的选定部分以引发沿所述涂布并加热的带的宽度的温度梯度；和
平坦度测量装置，其定位成测量所述涂布并加热的带的平坦度且耦接到所述控制***以将平坦度信号传输到所述控制***；
其中所述温度梯度是基于所述平坦度信号与所述涂布并加热的带的所需平坦度的比较。
20.根据权利要求19所述的***，其中：
所述冷却剂是空气；
所述涂布并加热的带的所述选定部分是所述涂布并加热的带的边沿；
所述温度梯度包含具有处于或高于所述涂布并加热的带的屈服温度的第一温度的所述涂布并加热的带中间；且
所述温度梯度包含各自具有低于所述第一温度的第二温度的所述涂布并加热的带的所述选定部分。
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