CN114025893B - 用于测量金属带材的平整度的平整度测量设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于测量金属带材的平整度的平整度测量设备(1)，包括测量辊(2)，测量辊具有辊轴线(a)并且测量辊为了测量平整度的目的而用于与带材接触，测量辊(2)与冷却***(3)连接，借助冷却***可以冷却测量辊(2)。为了确保即使在高温下并且尤其在热轧机中可以维持高度的测量精度，本发明提出：冷却***(3)具有喷嘴杆(4)，所述喷嘴杆平行于辊轴线(3)延伸，在喷嘴杆(4)处设置至少一个、优选多个喷射喷嘴(5)，可以借助所述喷射喷嘴沿喷出方向(b)将冷却介质喷射到测量辊(2)的表面上，喷出方向(b)与测量辊(2)的表面部段(6)相交，并且喷出方向(b)和在表面部段(6)的位置处在测量辊(2)上的切线(t)之间的角度(α)小于30°。

Description

用于测量金属带材的平整度的平整度测量设备

技术领域

本发明涉及一种用于测量金属带材的平整度的平整度测量设备，平整度测量设备包括测量辊，所述测量辊具有辊轴线并且所述测量辊为了测量平整度的目的而构造成用于与带材接触，其中测量辊与冷却***连接，借助所述冷却***可以冷却测量辊。

背景技术

从EP1199543B1已知一种这种类型的设备。测量辊在此以背离待测量的带材的环周部段沉入填充有冷却液体的容器中，由此辊被冷却。根据另一解决方案，从径向方向由冷却喷嘴用冷却介质喷射测量辊。EP 0542 640A1和JP 2015-80794A公开了对辊的一般性的冷却。

US4 188 809A公开了一种冷轧机中的测量辊，在测量辊之下布置多个传感器，借助传感器测量在传感器和测量辊之间形成的间隙的尺寸。为了清洁测量辊，借助空气喷嘴对测量辊吹气。WO 2006/134696 A1和EP1 199 543B1示出了类似的方案。

本发明涉及在尤其并且优选在热轧机中的金属带材的重成形中的平整度测量。在此，在测量运行中，尤其当测量辊应用在热轧机中时，测量辊的冷却特别重要。

在轧钢时，通常使用光学***，只要带材头部尚未由开卷机获取到，光学***就可以测量轧制的带材的平整度。一旦开卷机获取到带材并且使其置于拉应力下，平整度偏差就不再可见，进而不再可以被检测到或者只能在偏差显著的情况下以光学的方式检测到。

由冷轧工艺已知平整度测量***，所述平整度测量***可以测量由于叠加的拉应力而不可见的平整度偏差。所述***测量带材宽度上的由平整度偏差产生的拉应力差。大多数情况下，为设有传感装置的导向辊，所述传感装置可以测量通过拉应力施加到导向辊上的径向力。通过测量经由宽度局部限定的区域中的径向力，所述***可以测量拉应力与平均拉应力的局部偏差。所述偏差与平整度偏差成正比。

在热轧时使用从冷轧技术已知的这种测量技术对***在温度和磨损方面的鲁棒性提出了非常高的要求，同时由于较低的拉应力需要高的灵敏度。这需要：使用高效的冷却装置，所述冷却装置保护传感装置，但不影响测量，并且不干扰热轧过程的温度控制。

在先前已知的解决方案中(参见所提到的EP 1 199 543B1)，测量辊通过设置在测量辊下方的冷却箱冷却。因为由此必须将辊从下方沉入带材中，因此在带材上方需要两个附加的辊。所述附加的辊必须被枢转离开以进行带材的穿入和穿出，这需要附加的机械装置。具有仅一个附加的辊的装置导致辊间距和带材宽度之间的几何关系不利，这在定向误差最小情况下也导致测量误差。单个辊以足够间距的设置导致接触角过小进而导致显著损害测量精度。通过位于冷却箱中的冷却介质的冷却是无效的，因为由于介质静止，只能在辊表面处实现低的相对速度。

在使用从辊冷却***中已知的喷射冷却***的情况下出现如下问题：由于由冷却喷嘴射流施加到辊表面上的力(“冲击”)干扰测量。此外，在测量辊设置在带材上方的情况下，冷却介质会影响带材的冷却过程，从而改变产品的质量。在缠绕带材时，出于表面质量的原因通常需要将冷却介质从带材表面完全移除。因此，必须将冷却介质在测量辊中的使用减少到使得无法再进行高效冷却。在将冷却介质保持在封闭空间中的封闭的冷却箱处使用削刮器使得由于削刮器施加到测量辊上的压力导致对测量信号的影响。由于喷嘴射流的冲击，通过局部非常高的传热系数引起随位置以及随时间的高的温度梯度。由于基于温度膨胀产生的辊变形，所述梯度同样导致对测量信号的干扰。

发明内容

本发明所基于的目的是：改进这种类型的平整度测量设备，使得其也可以在高温下并且特别是在热轧机中使用，其中同时应确保可以维持高度的测量精度。

在此，平整度测量辊的冷却应使得辊的冷却即使在要测量的带材温度直至1000℃时也是有效的，使得可以达到测量辊的实际可用的寿命。此外，应保护所使用的传感装置免于过度的热量输入，所述传感装置足够灵敏以足够准确地测量热轧时出现的平整度缺陷。在此，冷却应不引起热学或机械地干扰测量。在此，应使用冷却介质，使得不因不受控地加载冷却介质而影响所制造的产品的质量。

本发明对该问题的解决方案的特征在于，测量辊构造成导向辊，导向辊配设有传感装置，传感装置能够测量通过拉应力施加到导向辊上的径向力，平整度测量设备是热轧机的组成部分，并且冷却***具有喷嘴杆，所述喷嘴杆平行于辊轴线延伸，其中在喷嘴杆处设置至少一个、优选多个喷射喷嘴，可借助所述喷射喷嘴沿喷出方向将冷却介质喷射到测量辊的表面上，其中喷出方向与测量辊的表面部段相交，并且其中喷出方向和在表面部段的位置处在测量辊上的切线之间的角度小于30°

该角度优选在0°和20°之间，特别优选在0°和10°之间。

喷射喷嘴优选为扁平射流喷嘴。在此，优选地设置成，使得扁平射流喷嘴施加宽度为厚度至少4倍、特别优选宽度为厚度至少8倍的冷却介质射流。在此，扁平射流喷嘴的射流的宽度优选在辊轴线的方向上延伸。

尽管优选地设有多个喷射喷嘴，但也可以仅将唯一的宽的狭缝式喷嘴设置在喷嘴杆处。

在此，喷射喷嘴优选地定向成，使得冷却介质相反于测量辊的行进方向施加。喷出的冷却介质的运动方向与辊的表面的运动方向相反，在所述表面处冷却剂接触辊。

冷却***可以具有至少一个另外的喷嘴杆，所述另外的喷嘴杆平行于辊轴线延伸并且相对于上述第一喷嘴杆在测量辊的环周方向上错开地设置，其中在另外的喷嘴杆处设置多个喷射喷嘴，借助所述喷射喷嘴能够将冷却介质沿喷出方向喷出到测量辊的表面上，其中喷出方向与测量辊的表面部段相交，并且其中喷出方向和在表面部段的位置处在测量辊上的切线之间的角度小于30°、优选0°和20°之间并且特别优选地在0°和10°之间。

本发明的一种改进形式提出：冷却***包括外壳，所述外壳包围一个或多个喷嘴杆以及测量辊的环周部段，优选包围其环周中的至少180°。在此，在外壳和测量辊之间可以形成两个间隙，所述间隙使冷却介质的穿过变难。在此，外壳在测量辊方面优选尺寸设计成，使得间隙处于0.01mm和2.0mm之间的范围内。

此外，可以提出：用于施加(密封)气体的机构设置在间隙的区域中，可以借助所述机构将气体流导入外壳的内部中。由此，可以最小化或甚至完全阻止冷却介质从外壳内部逸出。用于施加气体的机构可以包括沿间隙的纵向方向延伸的狭缝式喷嘴，其中所述狭缝式喷嘴在间隙的区域中优选地集成到外壳中。

因此，所提出的概念基于测量辊的喷射冷却装置，所述喷射冷却装置设置在(至少一个)平行于辊轴线定向的喷嘴杆上。扁平射流喷嘴优选用作喷射喷嘴。将扁平射流定向成，使得包围射流的椭圆的长轴线优选地平行于辊轴线；但是，长的射流轴线和辊轴线之间的角度也可以为直至10°。此外，将喷射喷嘴定向成，使得射流以平角、优选0°和10°之间的角度射到辊表面上；在此0°表示射流切向射到测量辊上。

将喷嘴沿着辊身的间距优选地选择成，使得沿着冷却介质的冲击点根据射流的几何形状尽可能均匀地加载到辊表面上。

所述另外的喷嘴杆相对于首先提到的喷嘴杆安置在辊环周上的其他位置处。在此，另一喷嘴杆可以在其几何形状和/或其设置和/或其喷嘴的定向方面变化。此外，在考虑到(至少一个)另外的喷嘴杆的情况下，冷却介质的施加可以在冷却介质的压力和/或通流量方面相对于首先提到的喷嘴杆变化。

所提到的改进形式使得测量辊的由喷射冷却装置加载的区域通过所提到的闭合的外壳与环境隔离。转动的辊和外壳之间的间隙优选地最小化到，使得在持续运行中刚好不再出现接触外壳和转动的测量辊。

外壳的紧随辊表面和外壳之间的间隙的区域优选地构成为，使得冷却介质直接在间隙处收集进而辊表面在整个辊身宽度上均匀地被加载冷却介质，其中在所述间隙处转动的辊进入外壳中。辊表面优选设有粗糙的表面并保持持续运动以进行冷却。在此，辊的转动速度优选不低于最小预设的值。

如上所述，外壳和测量辊之间的间隙可以通过气态介质加载。在此，介质的流动方向优选地指向外壳的内部空间。用于加载介质的喷嘴优选构成为狭缝式喷嘴。狭缝式喷嘴优选集成到间隙的区域中。

辊表面和外壳之间的间隙也可以构成为，使得通过控制少量的冷却介质保留在测量辊的表面上，在所述间隙处辊表面从外壳离开。

所提出的解决方案通过冷却喷嘴的射流几何形状和扁平的入射角确保测量辊的有效冷却，而不干扰测量信号。

通过喷嘴相反于辊的运行方向的设置和外壳的实施方式有利地防止影响被测带材的质量，因为冷却介质可以有效地在外壳中保持、收集并可以在此受控地输送给循环。

通过受控地润湿转动的测量辊，冷却介质以受控方式进入热带材和测量辊之间的接触面中。由此可以减缓热传递，进而使得到辊中的热量输入最小。同时，通过利用滑水效应最小化磨损。

附图说明

在附图中示出本发明的实施例。附图示出：

图1示意性地示出具有测量辊和冷却***的平整度测量设备，其中未示出的待测量的带材的输送方向垂直于绘图平面，

图2示意性地示出施加冷却介质的喷射喷嘴，

图3示意性地示出用以冷却测量辊的冷却***的示意性的细节，其中辊轴线垂直于绘图平面，和

图4示意性地示出具有外壳的平整度测量设备。

具体实施方式

在图1中可见平整度测量设备1，其包括测量辊2，所述测量辊用于接触未示出的金属带材。因此可以以本身已知的方式求出带材的平整的程度。为了也可以在热轧机中使用平整度测量设备1，测量辊2必须被冷却，为此可存在冷却***3。冷却***3包括喷嘴杆4，所述喷嘴杆的纵轴线平行于辊轴线a，如从图1中可见。喷射喷嘴5以均匀的间距设置在喷嘴杆4处；间距通过图1中的双箭头标记。

在此，每个喷射喷嘴5喷射相对扁平的冷却介质射流。这在图2中示出。冷却介质沿喷出方向b从喷嘴5射出，其中喷射喷嘴5构成为宽狭缝式喷嘴或扁平射流喷嘴。因此，冷却介质以基本椭圆形的接触面到达测量辊2的表面，所述接触面具有宽度B和厚度D。因此可以为冷却介质在测量辊2的表面上的接触面分配纵轴线c，所述纵轴线平行于辊轴线a。在此，宽度B至少是(最大)厚度D的四倍大，优选地甚至是至少八倍大。

在图3中可见所使用的冷却***3的细节。测量辊2接触带材12并沿转动方向R旋转，其中在图3中其辊轴线a垂直于绘图平面。冷却***3首先包括(上部的)喷嘴杆4，喷嘴5设置在所述喷嘴杆处。此外，所述冷却***包括(下部的)喷嘴杆7，喷射喷嘴5同样设置在所述喷嘴杆处。所述喷嘴杆7可选地且在环周方向上错开地设置。

用于冷却测量辊2的表面的喷射喷嘴5的定向是重要的。为此，在图3中可见：喷射喷嘴5以其喷出方向b将其冷却介质施加在测量辊2的一点或表面部段6处。如果在该点或该表面部段6处在测量辊2上设置切线t，则在喷出方向b和切线t之间得到角度α。所述角度α相对小，并且最大为20°。角度α的优选范围在0°和10°之间。

在此，两个喷嘴杆4和7在环周方向上错开地设置在测量辊2上。然而，对于冷却介质在表面部段6的区域中射到测量辊表面上的角度关系适用相同的几何关系。

在图4中可见：平整度测量设备1还可以具有外壳8，所述外壳容纳(此处未示出的)喷嘴杆4和7并且在足180°的环周部段上至少包围测量辊。小的间隙9和10确保：只有少量的冷却介质从外壳内部逸出。通过施加密封空气(如上所述)可以完全防止液体逸出。

冷却介质11聚集在外壳8的内部中，所述冷却介质在测量辊旋转时在整个宽度上冷却所述测量辊2。在此在喷射喷嘴5对准时，所解释的几何形状确保不损害测量辊2的测量功能。这先前已知的解决方案不是这种情况。

附图标记列表

1 平整度测量设备

2 测量辊

3 冷却***

4 喷嘴杆

5 喷射喷嘴

6 测量辊的表面部段

7 另外的喷嘴杆

8 外壳

9 间隙

10 间隙

11 收集的冷却介质

12 带材

a 辊轴线

b 喷出方向

c 所施加的冷却介质的纵轴线

t 测量辊上的切线

B 冷却介质射流的宽度

D 冷却介质射流的厚度

R 转动方向

α 角度

Claims (17)

1.一种用于测量金属带材的平整度的平整度测量设备(1)，所述平整度测量设备包括测量辊(2)，所述测量辊具有辊轴线(a)并且所述测量辊为了测量平整度的目的而构造成与所述带材接触，其中所述测量辊(2)与冷却***(3)连接，借助所述冷却***能够冷却所述测量辊(2)，

其特征在于，

所述测量辊(2)是导向辊，所述导向辊配设有传感装置，所述传感装置能够测量通过拉应力施加到所述导向辊上的径向力，

所述平整度测量设备(1)是热轧机的组成部分，并且

所述冷却***(3)具有第一喷嘴杆(4)，所述第一喷嘴杆平行于所述辊轴线(a)延伸，其中在所述第一喷嘴杆(4)处设置至少一个喷射喷嘴(5)，能够借助所述喷射喷嘴沿喷出方向(b)将冷却介质喷射到所述测量辊(2)的表面上，其中所述喷出方向(b)与所述测量辊(2)的表面部段(6)相交，并且其中，在所述喷出方向(b)和所述测量辊(2)的在所述表面部段(6)的位置处的切线(t)之间的角度(α)小于30°。

2.根据权利要求1所述的平整度测量设备，其特征在于，在所述第一喷嘴杆(4)处设置多个喷射喷嘴(5)。

3.根据权利要求1或2所述的平整度测量设备，其特征在于，所述角度(α)在0°和20°之间。

4.根据权利要求3所述的平整度测量设备，其特征在于，所述角度(α)在0°和10°之间。

5.根据权利要求1或2所述的平整度测量设备，其特征在于，所述喷射喷嘴(5)是扁平射流喷嘴。

6.根据权利要求5所述的平整度测量设备，其特征在于，所述扁平射流喷嘴施加宽度(B)为厚度(D)至少4倍的冷却介质射流。

7.根据权利要求5所述的平整度测量设备，其特征在于，所述扁平射流喷嘴施加宽度(B)为厚度(D)至少8倍的冷却介质射流。

8.根据权利要求5所述的平整度测量设备，其特征在于，所述扁平射流喷嘴(5)的射流的宽度(B)沿所述辊轴线(a)的方向延伸。

9.根据权利要求1或2所述的平整度测量设备，其特征在于，所述喷射喷嘴(5)定向成相反于所述测量辊(2)的行进方向施加所述冷却介质。

10.根据权利要求1或2所述的平整度测量设备，其特征在于，所述冷却***(3)具有至少一个另外的喷嘴杆(7)，所述另外的喷嘴杆平行于所述辊轴线(a)延伸并且相对于第一喷嘴杆(4)在所述测量辊(2)的环周方向上错开地设置，其中在所述另外的喷嘴杆(7)处设置多个喷射喷嘴(5)，借助另外的喷嘴杆的喷射喷嘴能够将冷却介质沿喷出方向(b)喷出到所述测量辊(2)的表面上，其中所述另外的喷嘴杆的喷射喷嘴的喷出方向(b)与所述测量辊(2)的表面部段(6)相交，并且其中，在所述另外的喷嘴杆的喷射喷嘴的喷出方向(b)和所述测量辊(2)在所述表面部段(6)的位置处的切线(t)之间的角度(α)小于30°。

11.根据权利要求10所述的平整度测量设备，其特征在于，在所述另外的喷嘴杆的喷射喷嘴的喷出方向(b)和所述测量辊(2)在所述表面部段(6)的位置处的切线(t)之间的角度(α)在0°和20°之间。

12.根据权利要求10所述的平整度测量设备，其特征在于，在所述另外的喷嘴杆的喷射喷嘴的喷出方向(b)和所述测量辊(2)在所述表面部段(6)的位置处的切线(t)之间的角度(α)在0°和10°之间。

13.根据权利要求1或2所述的平整度测量设备，其特征在于，所述冷却***(3)包括外壳(8)，所述外壳包围一个或多个喷嘴杆(4，7)以及所述测量辊(2)的一环周部段。

14.根据权利要求13所述的平整度测量设备，其特征在于，所述外壳包围环周中的至少180°。

15.根据权利要求13所述的平整度测量设备，其特征在于，所述外壳(8)和所述测量辊(2)之间形成两个间隙(9，10)，所述间隙使冷却介质的穿过变难。

16.根据权利要求15所述的平整度测量设备，其特征在于，用于施加气体的机构设置在所述间隙(9，10)的区域中，能够借助所述机构将气体流导入所述外壳(8)的内部中。

17.根据权利要求16所述的平整度测量设备，其特征在于，用于施加气体的所述机构包括沿所述间隙(9，10)的纵向方向延伸的狭缝式喷嘴，其中所述狭缝式喷嘴在所述间隙(9，10)的区域中集成到所述外壳(8)中。