用于在金属熔浴中转向或引导待镀层的金属带材的辊

摘要

本发明涉及一种用于在金属熔浴中转向或引导待镀层的金属带材的辊，该辊具有由钢制成的辊套(8)和与辊套连接的、彼此同轴布置的主轴颈(9)，主轴颈由钢制成，用于对辊进行转动支承，其中在每个主轴颈(9)上设置一个基本上圆柱形或圆盘形的、由钢制成的连接区段(9.1)，连接区段在辊套(8)的方向上径向延伸，并且其中连接区段(9.1)中的至少一个具有通至辊套(8)的端面的至少一个通孔(9.3)，其特征在于，在辊套(8)中布置由一个或多个填料(11)构成的填充物，填料具有至少一个封闭的空腔，并且填充物具有围绕辊的转动轴对称的结构。

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于在金属熔浴中转向或引导待镀层的金属带材的辊，该辊具有由钢制成的辊套和与辊套连接的、彼此同轴布置的主轴颈，主轴颈由钢制成，用于对辊进行转动支承，其中在每个主轴颈上设置一个基本上圆柱形或圆盘形的、由钢制成的连接区段，连接区段在辊套的方向上径向延伸，并且其中连接区段中的至少一个具有通至辊套的端侧的至少一个通孔。

背景技术

在金属带材的热浸镀中、尤其是在钢带的热浸镀中，借助于布置在熔浴中的转向辊引导待镀层的带材穿过金属熔融物。额外地，通常通过同样放置在熔浴中的引导辊(所谓的“平稳辊”、稳定辊或轧制辊)引导从熔浴中离开的带材区段，从而确保带材基本上垂直且无摆动地穿过由剥离喷嘴限定的缝隙运行。借助于剥离喷嘴将多余的镀层材料从带材上分离或者调整粘附在带材上的镀层材料的层厚。

在现有技术的热浸镀装置中应用的转向辊和引导辊实施为实心材料辊、开放的外套辊或者封闭的空心辊。

现今还在使用封闭的空心辊，然而只能在昂贵的通风技术或排气技术下运行，因为熔浴中的高温能够在封闭的辊空腔中引起非常高的内压甚至爆炸性的故障，尤其是在辊空腔中出现不希望的液体包含物的情况下。

由于下面这种情况，即，在熔浴中的转向辊和引导辊通常不设置自身的驱动，而是通过紧贴缠绕在其上的带材的运动而旋转，使得尤其在对薄带材进行热浸镀时使用实心辊是困难的。由于实心材料辊的重量大，尤其在带材较薄时使得通过带材来旋转辊变得困难，这样可能导致带材和辊之间的相对运动(打滑)。由此能够造成划痕和其他的镀层缺陷，降低了镀层质量。

外套辊通常由空心圆柱形的套管组成，套管在其两个端部处通过具有辐条状的隔片或者开口、例如钻孔的端板与主轴颈连接。实施为外套辊的熔浴辊具有优势，即熔浴辊相较于较重的实心材料辊更容易被转动并且相较于封闭的空心辊不具有封闭的、其中能够产生危急的内压的空腔。然而，由于端面的开口在外套辊的转动中产生泵效应，由此在辐条状的隔片的区域中或者在端板的开口的区域中引起金属熔融物的紊流的材料流，其导致在隔片或端板的区域中非常明显的材料损坏(磨损)。出于这种原因，在热浸镀装置中应用的外套辊的使用寿命相对低。

转向辊和引导辊的所谓结构设计的共同点在于，其旋转轴承通常实施为滑动轴承，其中辊的主轴颈(以及容纳主轴颈的对向轴承)经受非常高的磨损效应。主轴颈的高磨损主要取决于高的轴承力和金属熔融物的腐蚀性。

举例而言，这种类型的辊在公开文献US2007/0074657A1、DE3718286A1或WO2012/136713A1中已知。

发明内容

在此基础上，本发明的目的在于，提供一种起初所述类型的辊，在金属带材的热浸镀中，尤其是在钢带的热浸镀中借助于该辊获得高的镀层质量并且同时提供相对长的使用寿命。

该目的通过具有在权利要求1中给出的特征的辊实现。根据本发明的辊的优选的和有利的设计方案在从属权利要求中给出。

根据本发明的辊具有由钢制成的辊套，辊套与彼此同轴相对布置的由钢制成的主轴颈连接，主轴颈用于对辊进行转动支承，其中在每个主轴颈上分别设置一个基本上圆柱形或圆盘形的、由钢制成的连接区段，该连接区段在朝辊套的方向上径向延伸，并且其中连接区段中的至少一个具有通至辊套的端侧的至少一个通孔。

根据本发明的辊对应于外套辊，因为外套辊的辊套限定了空腔。然而这种空腔具有填充物，该填充物作为整体具有比外套辊材料更低的密度。这点由此实现，即填充物由至少一个填料构成，在该填料中存在至少一个封闭的空腔。相较于传统的实心辊，根据本发明的辊特点在于相对低的辊重量。这尤其适用于这样的实施例，即在该实施例中，由辊的辊套限定的空腔是空的或者气体填充的，然而也适用于这样的实施例，即在该实施例中空腔以填充材料填充，该填充材料具有比外套辊材料更低的密度。由于根据本发明的辊具有相对低的重量，该辊在通过紧靠的待镀层的带材的旋转方面具有良好的旋转特征，这是带材的高镀层质量的前提。同时，通过根据本发明的辊的相对较低的重量为辊的旋转支承减轻负担，利于获得更久辊的使用寿命。

本发明的有利的设计方案规定，在填料的横截面上设置多个空腔，其中填料优选具有沿辊的旋转轴对称的横截面。通过这种对称的结构能够尽可能地避免由引入的填料造成的辊的偏心。

依据本发明的另一个有利的设计方案，该至少一个填料由长型材形成，该长型材作为空心型材和/或实心型材存在并且在优选的实施例中彼此连接，例如焊接。通过空心型材的使用、例如具有多边形的横截面的两端封闭的管道或型材的使用形成空腔。可选择地或者额外地能够在连接的纵剖面之间通过两端的封闭设置空腔。

如在现有技术中涉及的空心辊，在根据本发明设置的空腔中产生升高的内压。然而由于空腔的明显小的有效直径，在填料中出现明显小的张力，由此避免空腔的爆炸性的故障。这点还能够在用于计算压力容器的巴洛公式中通过张力和直径的线性关系解释。

本发明的另一个有利的设计方案的特征在于，在填料的一个或多个空腔中布置填充材料。填充材料减少或者填充空腔的空余空间，从而存在于辊的空腔中的气体体积相应减少或最小化。由此调整填料中的密度和重量分布。填充材料优选以粉末、颗粒或者以毛织物或模件的形式存在。具有高于溶化温度的耐温性的材料尤其是优选的。举例而言，考虑硅粉末或陶瓷制成的颗粒以及钢丝绒或矿棉和螺旋线物或型材作为填充材料。

在另一个设计方案中，通过使用不同的长型材匹配和调整填料或辊的密度和重量分布，这些长型材的直径和/或壁厚不同。通过相匹配的重量分布同样能够调整辊的旋转特征，例如惯性力矩。

根据优选的设计方案，根据本发明的辊的总密度是使用的金属熔融物、例如基于铝或锌的金属熔融物的密度的0.8至1.2倍，优选1.0至1.1倍。由此，由辊的重量引起的支承力相对小。无论如何，根据本发明的辊的总重量明显低于由钢制成的实心材料辊的总重量。

附图说明

接下来依据展示了多个实施例的附图进一步阐述本发明。附图示出了：

图1示出了热浸镀装置的示意性视图；

图2示出了用于布置在热浸镀装置的熔浴中的根据本发明的辊的实施形式的轴剖面图；

图3示出了对应图2的实施形式的辊的主轴颈的轴剖面图；

图4示出了根据本发明的长型材的实施形式的剖面图；

图5示出了在另一个的实施形式中的填料的实施形式；

图6示出了在一个实施形式中的根据本发明的辊的横截面；

图7示出了根据本发明的辊的另一个的实施形式的横截面；

图8示出了根据本发明的辊的另一个的实施形式的横截面；

图9示出了根据本发明的辊的另一个的实施形式的横截面。

具体实施方式

在图1中示意性描绘的热浸镀装置包含熔浴槽1，熔浴槽由金属熔融物2、例如基于铝或锌的金属熔融物填充。待镀层的钢带4通过浸入到金属熔融物2中的风口支管3引导到金属熔融物2中。在熔浴槽1中放置一个转向辊5(所谓的浸渍辊或锌锅稳定辊)，钢带4借助于转向辊从倾斜向下的输送方向转向到向上导向的、优选基本上垂直的输送方向。此外，在熔浴槽1中设置一个或两个引导辊6(所谓的稳定辊或“平稳辊”)，其作用在于，抑制钢带4的摆动并且由此确保钢带4相对于剥离装置7尽可能位置准确的运行。剥离装置从已镀层的钢带4的表面上除去多余的镀层材料并且为此典型地具有以压缩空气或惰性气体驱动的扁平喷嘴形式的剥离喷嘴7。

转向辊5和/或至少一个引导辊6具有在图2至9中示范性的描绘的结构。辊5或6具有由钢制成的辊套8，例如铬-钼钢。辊套8形成为管道状。在这种情况下，辊的侧面8.1能够实施为弧形，从而辊5或6的外直径从中心到辊端部减小。

在辊套8的端部布置有彼此同轴布置的主轴颈9，主轴颈同样由钢制成，例如由铬-钼钢制成。每个主轴颈9具有一个基本上圆柱形或圆盘形的连接区段9.1。连接区段9.1优选与在辊套8的端侧上轴向突出的轴颈部件9.2一件式地形成。连接区段9.1由轴颈部件9.2或者辊5或6的旋转轴朝辊套8的方向径向地延伸。辊套8具有在其端部上直径扩大的内表面8.2，内表面分别限定一个环绕的内轴肩8.3。主轴颈9的连接区段9.1形状配合地插入辊套8的直径扩大的内部区段中并且与其例如通过环形的焊接点紧固地连接。

主轴颈9的轴颈部件9.2的外直径比辊套8的外直径小3.0至7.0倍，优选4.0至5.0倍。优选使用具有相应小的轴颈直径(轴颈部件9.2的直径)的主轴颈9，因为轴颈部件9.2由此形成较低的转动阻力并且能够更轻易地转动辊5或6。

每个主轴颈9的连接区段9.1具有至少一个或者如图3所示多个通孔9.3，该通孔通至辊套8的端面以及连接区段9.1的或主轴颈9的靠近内部的面。在示出的实施例中，在每个连接区段9.1或主轴颈9中例如设置四个通孔9.3，该通孔基本上彼此平行地延伸并且同时彼此间隔均匀地布置在共同的节圆上。在实施例的变形中连接区段9.1或主轴颈9可以具有少于或多于四个通孔9.3。

优选地，每个通孔9.3形成为钻孔。然而在另外的实施例中也能够是另外的形式或者连接区段9.1的辐条状的设计。

如图2和图6至9示例性所示，根据本发明，以一个或多个填料11填充由辊套8和主轴颈9的连接区段9.1限定的空腔，其中填料11包含至少一个封闭的空腔。

如图4所描绘地，能够通过长型材10形成在根据本发明的实施例中的空腔，该长型材两端被封闭元件12.1封闭。这样封闭的空心型材10，10.1，10.3，10.4示出了根据本发明的填料11。然而，在优选的实施例中将多个长型材10集合成一个填料11并且彼此牢固地连接，尤其优选彼此焊接。

图5示出了填料11的另一个实施形式，其中多个长型材10通过共同的连接元件12.2彼此连接并且这个连接元件12.2同时封闭处于型材中或型材间的空腔。优选借助于焊接完成长型材10和连接元件12.2之间的连接。

在图6至9中展示了填料11的不同的实施形式。所有示出的实施形式以辊套8示出，并且在垂直于旋转轴的断面中示出的。辊5或6连接区段9.1之间的空腔基本上全部地以填料11填充。通过在填料11中的封闭的空腔，为辊5、6获得相对于辊套8的材料较小的总密度。举例而言，辊套8的外直径和内直径之间的直径比处于1.2至2.0的范围，优选处于1.4至1.6的范围。辊5或6的总密度例如是使用的金属熔融物2的密度的0.8至1.2倍，优选是1.0至1.1倍，其中该金属熔融物尤其能够为基于铝或锌的金属熔融物。

在图6所展示的实施形式中，填料11由做为长型材10的管道10.1形成。尤其优选具有管道10.1的实施形式，因为其在通过在空腔中的内压而产生的张力方面是尤其有利的并且同时获得良好的填充。

图7展示了一个实施形式，在该实施形式中使用实心型材10.2，这里是方型材作为长型材，其中这些方型材在纵向上彼此连接。空腔由型材间产生的间隙和两端布置的连接元件12.1、12.2形成。

图8中示出了另一个实施形式。在此同样在该实施例中使用规则的长型材10，其具有六棱空心截面10.3。通常在根据本发明的设计方案中优选使用具有这种横截面的长型材，即该横截面具有多个包含纵轴的对称平面，因为这些型材有利于均匀的密度分布，实现辊5、6的良好填充并且相对廉价。

图9示出了另一个实施形式，其中填料11由多个圆环区段形的区段10.4组成。

此外，图9示出了用填充材料13至少局部地填充至少一部分空腔。在所示的实施例中，使用纤维质的填充材料13，例如钢丝绒或矿棉，因为这种材料具有优势，即对于工作温度是耐受的并且在空腔中位置稳定。替代性地能够使用例如硅粉末。

本发明的实施不限于附图中描绘的实施例。更准确地说，在改变了的设计方案中使用在权利要求中给出的本发明的其他的变体也是可行的。如此，在填料11中所使用的长型材10能够具有例如与填料不同的横截面、直径和/或壁厚，从而在辊的内部获得尽可能均匀的和/或对旋转特征有利的重量分布。

就工作温度以及由此产生的空腔中的内压而言，填料11优选至少大部分由钢组成。尤其在具有不承受或承受较少的压力负载的部分的填料的实施形式中，这些部分还能够由其他的耐温的并且优选具有更低的密度的材料，例如陶瓷材料组成。

为了避免尤其环绕旋转轴的辊套8和填料11之间的相对运动，填料在另一个设计方案中具有定位装置，，填料11借助于定位装置与辊套8和/或连接区段9.1连接以及必要的话彼此连接，优选可释放地连接。在此，销钉或突出部形式的插拔连接尤其适用。

附图标记说明

1 熔浴槽

2 金属熔融物

3 风口支管

4 待镀层的钢带

5 转向辊(所谓的浸渍辊或锌锅稳定辊)

6 引导辊(所谓的稳定辊或“平稳辊”)

7 剥离装置

8 辊套

8.1 辊套面

8.2 内表面

8.3 内凸肩

9 主轴颈

9.1 连接区段

9.2 轴颈部件

9.3 通孔

10 长型材

10.1 空心型材(管形)

10.2 实心型材(方形)

10.3 空心型材(六棱)

10.4 空腔(圆环区段)

11 填料

12 封闭元件

12.1 封闭元件(塞子)

12.2 封闭元件(平板)

13 填充材料