用于改善可磁激活材料的机械性能的方法和设备

摘要

本发明涉及一种用于改善能磁激活的材料(14)的机械性能的方法和设备，包括用于运送材料(14)通过加工区域的至少一个运送装置(1、1a；5、5a；9、9a；13、13a)。在该加工区域中，由于力的施加而使材料变形。由于通过至少一个磁场(A、B)以不接触的方式和/或通过至少一个超声波装置(8)在加工区域中施加该力，因此产生了一种满足位于上游和下游的所有互联加工工艺的需求的用于金属带和金属板的平整工艺或材料精加工工艺。

说明书

相关申请的引用

本申请要求于2008年9月4日提交的德国专利申请102008045743.4的优先权，其公开内容特此包含在本申请的主题中。

技术领域

本发明涉及一种用于改善可磁激活(magnetically activatable)材料的机械性能的且特别是用于减少诸如金属带或金属板的金属材料中的波纹(ripple)的方法和设备。

背景技术

用已知的用于带材(band material)或板材的处理机对金属带或金属板(在下文中被称作材料)进行精加工(finish)，以获得所需的该材料的材料性能。此精加工通常是指一种用于产生改变的材料性能的工艺。这些带或板处理机以最为多样的形式为人所知，并用于带来所需的材料性能。这些处理机用在带处理或诸如酸洗线、退火线、涂布线、辊轧机及修整(conditioning)线、剪切线、拉伸机及钢板压平(roller levelling)系统等的另外的加工线、以及不同带处理和另外的加工线的结合中。

对于生产出的金属带或金属板，它们基本上都具有材料缺陷，这些缺陷的特点表现为边缘、中心和/或纵向波纹。也可能存在边缘、中心和/或纵向波纹的结合或叠加，并导致最为多样的材料缺陷。这些材料缺陷通常为人所知，并或多或少强烈地表现为材料中的波纹。

为了对这些有缺陷的材料进行另外的加工，必须整平(flatten)这些有缺陷的材料。整平描述了一种用于使材料中存在的波纹减到最少并通常通过已知的平整机或者已知的拉伸机平整系统来执行的技术工艺。

主要地，使用平整机来进行整平。每台平整机基本上都由稳固的机架构成，在该机架中采用平整辊。平整辊被容纳在适当的装置中，并在每种情况下都处于平整机内的顶部和底部。开在平整机的入口和出口处的适当的材料导引(guidance)允许通过平整机且因此通过平整辊的材料运输。上下平整辊(也被称作平整辊组)以固定的间隔安装在一起并相继地(一个在另一个之后，one behind the other)布置。入口侧的顶部平整辊组与底部平整辊组之间的间距(也被称为开放比率(opening ratio))能够调整，以运输不同的材料厚度通过平整机，并能够对其进行加工。开放比率被认为指的是就该材料厚度而论入口侧的顶部平整辊与底部平整辊之间的间距。

将要加工的材料通过材料供给口不断地运送到平整机中。将材料输入到平整机中并调整开放比率使得在材料与布置在顶部及底部的平整辊组之间产生力输送(force-transmitting)接触。当运输材料通过平整机时，材料经受在时间上有限的交替弯曲应力。因此，运输工段(section)由预定的平整辊的数量来确定，其中，材料被强行地引导成围绕各个顶部及底部平整辊，并经历机械弯曲。

通过作为顶部及底部平整辊组的开启比率的函数的交替拉力和压力负载，这种交替弯曲应力使表面的边缘区域处的材料变形。根据开放比率，这些拉力和压力负载使材料的深度降低了较大或较小的程度。大的开放比率使交替弯曲应力减小，而小的开放比率使交替弯曲应力增大。如果材料表面的边缘区域处的拉伸应力局部地达到材料的极限值特性(其也被称为材料的屈服点)，则材料在这些位置处延展，且材料中仍然存在拉伸，这种拉伸表现为长度改变。

通过在时间上有限的交替弯曲应力使基本上先前存在于材料中的波纹改善了较大或较小的程度。这种工艺通常被描述成平整工艺。

在技术方面，对于通过使用平整机来完全消除材料中的波纹被设有一些界限。由于现今存在的材料及诸如材料宽度和材料厚度的材料尺寸、以及期望在将来出现的新型高强度材料，因此对于目前已知的平整机，平整机的机械稳定性不再适于材料的目标质量改善，特别是不再适于消除材料中的波纹。此外，对于高强度薄级别的材料而言，由于平整辊的开放比率及顶部平整辊组与底部平整辊组之间的间距有限，因此对于平整机，产生了机械界限。这时就不再可能对材料进行平整。

通常，从动平整机与非从动平整机之间存在区别。在从动平整机中，通过接合至平整辊驱动单元的适当机械轴向地驱动平整辊，并在平整机内，通过从动平整辊来运输材料，该从动平整辊利用力来卡住材料。

对于非从动平整机，通过平整机借助于恰好布置在平整机前方或后方的适当的机械材料供给或排出装置来强行地运送材料。

对于从动平整机和非从动平整机，由于布置在顶部和底部的平整辊的间距及空间调整，材料在入口侧上被不断地加载有剪切力和接触力。在这种情况下，在平整机的供给区域中，顶部平整辊与底部平整辊之间的间距大大地小于出口区域中的顶部平整辊与底部平整辊之间的间距。因此，在平整机的供给区域中十分普遍存在的剪切力和接触力在平整机的出口区域中不再存在。由于剪切力和接触力的减退，在整个平整工艺中，平整辊与材料之间不能形成不变的摩擦接合。但是，毫无疑问地需要平整辊与材料之间的适当的摩擦接合。

由于材料与平整辊之间的摩擦接合在平整机的出口区域中不断减小，因此在材料的表面上形成大量的划痕、沟槽(furrow)、或条痕形式的表面和材料缺陷，这些缺陷由于摩擦接合的减小或者甚至消失而形成。这些表面和材料缺陷是重大的质量缺陷。

特别地对于小于200μm的小的材料厚度的软材料，在避免这些表面和材料缺陷方面已出现相当多的困难。当材料通过一平整辊布局(arrangement)时，由于不适当的摩擦接合和材料间的交替弯曲此时几乎消失及材料在平整辊上的滑动由于不适当的摩擦接合而急剧地增强，因此特别是在平整工艺中出现表面和材料缺陷。此外，不适当的摩擦接合极大地削弱了所需的对材料中的波纹的长期改善。对于各种各样的材料厚度就更是这样，因为不能改变平整辊组的刚性机械布局，顶部平整辊组与底部平整辊组之间的间距仅在界限内变化。

从DE 690 03 834 T2中获知了这类用于带材或板材的处理机。材料被引导成通过平整辊之间，并在那被压到一起。这种力由磁力产生，因为主辊由非磁性材料构成且是中空的，从而主辊内能布置有磁体。与主辊相配合的压辊由磁性材料构成，从而能借助于磁体与主辊相反地驱动压辊，以产生在那进行轧制所需的力。因此，虽然已知道将磁体与辊装置结合起来使用，但并非用于不接触的材料精加工。在那没有提出超声波装置。

根据现有技术，仅能削弱材料与平整辊之间的不适当的摩擦接合，因为在平整工艺期间材料与平整辊没有经历任何形式的任何接触。

发明内容

出于上述普遍存在的技术问题，本发明基于通过使用平整机来避免材料上的表面及材料缺陷并实现对金属带和金属板上的波纹的改善的目的，提供了一种满足位于上游和下游的所有互联加工作业的要求的用于金属带和金属板的平整工艺或材料精加工工艺。

这个目的通过一种具有权利要求1的特征或权利要求16的特征的用于改善可磁激活材料的机械性能的方法和设备来实现。

为实现这个目的，根据本发明，提出了通过如下的方法和设备来代替用在带处理系统、另外的处理系统等中的平整机，即，本方法和设备使得对于平整机中的平整工艺不再需要平整辊与材料的机械接触。

可通过施加磁力使材料部分地纵向延伸至材料的屈服点的边缘，从而使以边缘、中心和/或纵向波动的形式出现在材料中的波纹减到最少和减少。为此，将材料引入到至少一个可对应地激活的磁场的区域中，或可替代地，或此外，使材料受到超声波源。正如和超声波装置差不多，至少一个磁体组或多个磁体组的各个磁体都能单独地控制。由于使用了空间地分布的可单独电接通的且移动的磁场，因此完全消除了与材料的直接机械接触，并且在材料上不再出现表面和材料缺陷。与超声波装置(该超声波装置优选地仍邻接材料)相结合时，由于在这种情况下无需力配合连接(force-fit connection)，因此不再出现表面和材料缺陷。仅通过运送装置就可靠地确保了这种力配合连接。

本发明的核心是，使金属带或金属板(而且基本上被称作材料)受到至少一个空间地分布的且移动的磁场和/或至少一个超声波装置，这导致材料部分地纵向延伸直至屈服点的边缘，从而使以边缘、中心和/或纵向波动的形式出现在材料中的波纹减到最少和减少。

磁场的产生通过一个适当的、大功率的、可电调节的电源来实施，该电源产生不同的磁场强度。磁场在空间中存在于磁体的两极处，并穿过位于该磁场中的材料。

邻近地和/或相继地设置的且能单独地控制的多个磁体被称为磁体组。磁体组产生以平面的形式延伸的空间磁场，并穿过与位于以平面的形式空间地延伸的磁场中的磁体组表面相对应的材料部分。

由于邻近地和/或相继地设置的磁体的间距以及布置在磁场前方和后方以用于磁场中的材料运输的力导向装置，因此完全消除了材料与磁极之间的接触。

磁体组内部的在时间上可变的且可移动的磁场(该磁场通过磁体组中的各个磁体的电励磁而实现，并相对于材料移动)在材料中产生相当大的分力，这导致局部的材料变形，且因此导致材料的结构改变。通过增大磁场能量，这种结构改变能增大至材料的屈服点，并达到目标伸长，且因此改善了材料中的波纹。

在材料中局部地普遍存在有波纹的地方，以这样的方式使对应的磁体组通电，即，使得局部伸长立即达到材料的屈服点，并消除局部地存在于材料中的波纹。为此所需的分力(该分力是产生材料的伸长所需的)取决于材料尺寸、波纹的程度、局部位置以及特定的材料性能。磁体组的空间布局基于材料尺寸和材料性能来确定。

在本发明的另一构造中，提供了在材料流动或材料运输的方向上恰好在至少一个磁体组前方或后方或可替代地恰好在该磁体组前方或后方使用超声波装置。

超声波装置优选地由两个独立的可自由转动且高度可调的辊构成，在该超声波装置中使用超声波源。

辊的表面涂布有可透声涂层，声波能量几乎没有损失地穿过该涂层，从声源通过该可透声涂层进入材料中。借助于其高度能通过适当地布置的缠绕辊(looping roller)来调节的辊使材料弯曲，上述缠绕辊在每种情况下都布置在辊前方和后方。缠绕辊与辊的高度可调位置相结合而迫使辊的可透声涂层与材料发生表面接触，这确保了将声波能量引入到材料中。根据材料宽度，辊的内部附设有多个能单独地电控制的超声波源。

各个可通过电调整的超声波源产生具有特定励磁频率的声音振幅。各个超声波源的声音振幅和励磁频率取决于材料中局部普遍存在的波纹或残留的波纹以及特定性能。

因为材料被强行地引导到弯曲辊上，超声波的局部可调的声波能量密度消除了现有的波纹或残留的波纹，并且总是确保了与辊的表面接触，且因此使得可将声波能量可靠地引入到材料中。

通过特定的辊的布局，向材料的顶部和底部交替地供给声波能量，且这导致另外地改善材料的波纹。因此，避免了仅在一侧引入声波能量时的能量损失。

此外，可能具有在精加工步骤之前且可选地也能在精加工步骤之后用检测装置来检测表面结构。通过激活各个磁体或磁体组或者各个超声波源，该检测装置于是能提供控制信号，从而通过磁体或超声波装置以目标方式使检测到的波纹或表面结构的缺陷受到对应的力。因此，根据需要，可以是开环或闭环控制。

从权利要求书以及随后结合图对优选实施例的描述中，本发明的其它特征和优点将变得明显。因此，在不超出本发明的范围的前提下，可以以任何方式组合图中示出的不同实施例的各个特征。

附图说明

下面将借助于唯一的图1更详细地描述本发明。该图示出了作为本发明的实施例的带处理线中的根据本发明的方法的示意图。

具体实施方式

在详细描述本发明之前，应指出的是，不限于特定的装置部件或特定的方法步骤，因为这些部件和方法可以改变。在此使用的术语仅用于描述特定的实施例，而非用于任何限制的意义。此外，如果说明书中或权利要求中采用了单数或不定冠词，则这些单数或不定冠词也包括多个这些要素，只要总的上下文不会导致显然是意指其他的东西。

现在将参考附图以示例性的方式更详细地说明本发明。但是，这些示例性的实施例仅是示例，它们并非旨在将本发明构思限制在特定的布局。

图1示出了带处理线中的根据本发明的方法的示意图。在图1中，通过适当的用于可靠的材料供给的能打开的运送装置1、1a将材料带或材料板(在下文中被叫作材料14)运送到磁场A的区域中。磁场A的区域由邻近地布置的各个磁体2、2a；3、3a；4、4a构成，这些磁体布置在材料流动方向上，并在下文中被定义为至少一个磁体组。材料流动方向或材料运输方向在图1中用箭头表示。在此页的深处且因此恰好在至少一个磁体组2、2a；3、3a；4、4a后方设置有另外的磁体组，这些磁体组由于其空间布局而完全占据了整个材料宽度。

一旦已通过运送装置1、1a将材料14运送到磁场A的区域中，装置1、1a与材料之间就存在力输送接合，从而运送装置1、1a接管(take over)通过磁场A的材料运输直至第二运送装置5、5a。一旦材料14已离开运送装置5、5a，运送装置5、5a也以力输送的方式与材料产生关联(connect)，并且材料优选地位于遍布磁场A的空间的空间中心处。运送装置1、1a和5、5a借助于适当的驱动器而接管材料运输。运送装置1、1a和5、5a以这样的方式来布置，即，使得优选地确保不变地限定的材料流动(running)高度处于磁场A的中心且位于距离磁体一定间距处，从而能完全地消除材料14与各个磁体组2、2a；3、3a和4、4a的磁极的接触。

磁场A的磁体组2、2a；3、3a和4、4a的各个磁体在每种情况下均由适当的电控装置15供电。通过至少一个磁体组中的各个磁体2、2a；3、3a和4、4a的适当的顺次电控装置15产生可移动的磁场，这使磁场A内相应关联的磁体组在材料流动方向上或在与材料流动方向相反的方向上建立选择性的力作用。直到材料的屈服点，这类力引入都在与材料没有机械接触的情况下发生，并使得改善材料中的波纹。因此，完全避免了表面和材料缺陷。

在本发明的另一实施例中，恰好在磁体组2、2a；3、3a；4、4a的区域后方，通过弯曲辊6使材料弯曲，并将材料运送到第一超声波装置的区域中，在该实施例中，该第一超声波装置被构造为辊8a。弯曲辊6确保了材料流动高度的维持以及单独的高度调节(例如，在横切于材料流动方向的箭头7的方向上降低辊8a)，从而总是确保了材料14与辊8a的可变的缠绕角，并且在材料14与辊8a之间产生所需的表面接触。如果优选地以平面的方式将声波能量引入到材料14中是可行的，则也可使用各种形状的元件，而非辊。

由于声波能量经过辊8a以及辊的可透声涂层进入到材料14中，借助于辊8a通过普遍存在的表面接触将声波能量局部地且以目标方式作用在材料14上。在材料离开辊8a的区域之后，将材料14引导到辊8上，上述辊8的高度是可调的或者可单独在箭头7a的方向上降低，并且还与弯曲辊6a相结合而确保可变的缠绕角以及材料14与辊8之间的必要的表面接触。与弯曲辊6a相结合时，再次产生初始的材料流动高度。

在本发明的另一构造中，提供了将所述超声波装置8、8a用在关于磁体组10、10a；11、11a；12、12a的磁场B前方，上述磁体组位于运送装置9、9a与13、13a之间，或者至少两个磁场A与B之间设置有超声波装置8、8a。而且，还提供了根据本发明的装置在此呈现为仅与磁场A一起使用。可替代地，本设备还可仅与超声波装置一起运作，而非磁场，以在不使用平整辊的情况下执行平整工艺。

此外，本设备可具有检测装置16，该检测装置16例如在该图中布置在磁场A前方和/或后方。该检测装置可例如以光学的方式检测表面结构，并将检测到的信息转换成用于控制装置15的信号。控制装置15将这些信号转换成用于至少一个磁体组2、2a；3、3a；4、4a；10、10a；11、11a；12、12a和/或至少一个超声波装置的控制信号，从而以目标方式引入对应的对策，例如以消除波纹。基本上，一旦已进行精加工，也就可以将第一处理的结果与起始状态相比较，从而产生用于另外的精加工的另外的开环和/或闭环信号。

因此，可替代地，本方法及设备能与磁体组或超声波装置一起运作或者与这两种装置结合起来运作，以不接触地或者至少在无需平整辊的情况下执行材料精加工。优选的用途是用在带处理或板处理线或加工线中。另一优选的用途在于与已知的平整机相结合。根据本发明的装置的设备结合和选择取决于需求和将要加工的材料的特殊性能。

一般情况下且通常，对于这种磁拉伸和平整方法提供了如下的可替代方案或构思。

一种可替代方案包括用于磁场A的一个磁体组2、2a；3、3a；4、4a以及控制装置15和检测装置16，该磁体组能独自运作。

一种可替代方案包括用于磁场B的一个磁体组10、10a；11、11a；12、12a以及控制装置15和检测装置16，该磁体组能独自运作。

一种可替代方案包括用于磁场A的一个磁体组2、2a；3、3a；4、4a以及控制装置15检测装置16并连同超声波装置6、6a；7、7a；8、8a，该可替代方案能独自运作。

一种可替代方案包括用于磁场B的一个磁体组10、10a；11、11a；12、12a以及控制装置15和检测装置16并连同超声波装置6、6a；7、7a；8、8a，该可替代方案能独自运作。

一种可替代方案包括用于磁场A一个磁体组2、2a；3、3a；4、4a以及控制装置15和检测装置16并连同超声波装置6、6a；7、7a；8、8a，并且该可替代方案额外地包括用于磁场B的一个磁体组10、10a；11、11a；12、12a以及另一控制装置和另一检测装置(图中未示出)，该可替代方案能独自运作。

这些可替代方案可同时用于同一机器上，但是也能单独工作。还可以设置两个以上的磁场。

上述根据本发明的装置避免了由于与平整辊的不适当的摩擦接合而在材料上产生的表面及材料缺陷。本装置可在不对平整单元进行机械改变的情况下立即通过电来调整出现的所有类型的波纹，并且还能用于最小的材料厚度。使用上述根据本发明的装置极大地提高了最为各种各样的材料精加工的生产量。

不言而喻，能对本描述进行最为多种多样的修改、改变及改编，这些修改、改变及改编都落在所附内容的等同物的范围内。

参考数字列表

1、1a                                运送装置

2、2a；3、3a；4、4a                  磁体组

5、5a                                运送装置

6、6a                                弯曲辊

7、7a                                箭头

8、8a                                辊(超声波装置)

9、9a                                运送装置

10、10a；11、11a；12、12a            磁体组

13、13a                              运送装置

14                                   材料

15                                   控制装置

16                                   检测装置

A、B                                 磁场