專利名稱：用于造紙機(jī)/紙板機(jī)或整飾機(jī)中的金屬帶的制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于造紙機(jī)/紙板機(jī)或整飾機(jī)中的金屬帶的制造方法。
背景技術(shù)：
環(huán)狀的鋼帶例如可用在金屬帶壓光機(jī)和冷凝帶干燥機(jī)(condebelt band dryer)中。當(dāng)前采用的金屬帶包括由傳統(tǒng)冶金熔化技術(shù)制造并由多種熱加工 和冷加工方法進(jìn)一步處理的金屬帶。帶的典型原料是不銹鋼的幅材，通過焊 接可以由所述不銹鋼的幅材形成合適的環(huán)狀帶。隨后的描述僅討論此種帶的 制造原理的主要方面，而這些主要方面對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說是非常顯 而易見的。在傳統(tǒng)的生產(chǎn)中，帶的制造過程通過例如在電弧爐中熔化廢金屬 和/或已選礦石以及在必要時(shí)熔化合金元素而進(jìn)行。隨后在轉(zhuǎn)化爐中對熔體進(jìn) 行脫碳，以得到所需的碳含量。在脫碳之后，鋼包工藝之前，根據(jù)需要將鋼 合金化。隨后，將熔體鑄成直接傳送以進(jìn)行熱軋的錠，所述錠在高溫下進(jìn)行 多次軋制工藝，以在增加其寬度和長度的同時(shí)減小其厚度。完成熱軋之后， 將軋制的帶巻起并運(yùn)送以進(jìn)行冷軋。在冷軋機(jī)中，首先加熱鋼帶以進(jìn)行對內(nèi) 部進(jìn)行補(bǔ)償?shù)幕鼗?，并且蝕刻鋼帶以沖刷帶表面。隨后開始真正的冷軋，在 冷軋中，在冷卻狀態(tài)下將鋼帶還復(fù)至其最終厚度。如果軋制程度特別高，必 要的話可在軋制工藝之間加熱帶。最后，仍然可以通過磨削、加熱和蝕刻而 完成帶。此外，可以仍然進(jìn)一步對帶進(jìn)行精軋，以平滑表面并改進(jìn)帶的平面 度。隨后可以通過切割帶以得到具有所需長度和寬度的幅材，所述幅材的對 接端可以典型地通過TIG焊或激光焊而焊接在一起，以形成環(huán)狀的金屬帶。 基于坯料材料的寬度，軋機(jī)的寬度將坯料材料的寬度限制為1500mm或 2000mm，這樣用于造紙機(jī)的帶的寬度不可避免地會(huì)包括多個(gè)焊接接頭。在 操作中，金屬帶會(huì)承受疲勞載荷和腐蝕應(yīng)力?；谶@些因素，由于明顯的腐 蝕疲勞必須不時(shí)地更換帶。帶還承受強(qiáng)的磨削力，這是帶的材料應(yīng)該具有足 夠的強(qiáng)度和表面硬度的原因。在硬度不足的情況下，帶會(huì)產(chǎn)生擦傷，這些擦
傷會(huì)導(dǎo)致形成疲勞裂縫。焊接接頭處的機(jī)械性能與沒有焊接接頭的基材的機(jī)
械性能相比，會(huì)明顯地下降大約20%，這會(huì)導(dǎo)致接頭的磨損或磨削的事故。
擦傷的或其他不平的帶會(huì)很快損耗例如帶式干燥機(jī)的包裝并且導(dǎo)致了進(jìn)一 步的問題，例如清潔方面的問題。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種方法，該方法可以改善現(xiàn)有技術(shù)中的帶的性能。
為了實(shí)現(xiàn)此目的，本發(fā)明的方法的特征在于，所述方法包括通過并排 設(shè)置和/或接連設(shè)置多個(gè)比所述金屬帶的最終寬度窄的金屬帶坯料來生產(chǎn)所
述金屬帶，所述金屬帶坯料的數(shù)目由所需的所述帶的寬度和長度決定；以及
通過摩擦焊焊接所述金屬帶坯料之間的接頭，所述接頭的成分與基材的成分 近似相同。
可以將金屬帶坯料制造成例如該金屬帶坯料的長度與帶的最終寬度相 同，并且可以相對于帶的縱向近似垂直地放置金屬帶坯料，由此所有的焊接 接頭分別相對于帶的縱向近似垂直。也可以使金屬帶坯料的長度與帶的最終 長度相同，并且可以將多個(gè)金屬帶坯料并排放置以匹配帶的最終寬度，由此 所述金屬帶坯料之間的焊接接頭近似沿所述帶的縱向延伸。還可以將與帶的 最終長度相同的金屬帶坯料的端部切割為呈一定角度，而非呈直角地設(shè)置， 由此端部之間的焊接接頭分別相對于所述帶的縱向傾斜地設(shè)置。在這種情況 下，相鄰的金屬帶坯料優(yōu)選以如下的方式設(shè)置，即，坯料的對接接頭為橫跨 所述金屬帶傾斜地延伸的近似連續(xù)的接頭。金屬帶坯料也可以設(shè)計(jì)成并排設(shè) 置的坯料，且所述坯料的長度超過所述帶的最終寬度，且所述坯料的縱向接 頭相對于最終帶的縱向傾斜地延伸。還可以設(shè)想的是，初始將所述帶的寬度 制造成超過所述帶的最終寬度，最后通過切割/磨削而達(dá)到最終寬度。
在攪拌摩擦焊技術(shù)(FSW)中使用了耐磨損的旋轉(zhuǎn)刀具，其在將要連接
的片材之間形成槽，并且由于摩擦在將要連接的片材中產(chǎn)生熱。因此，片材 軟化而非熔化，并且軟化的材料自旋轉(zhuǎn)刀具的前面移向旋轉(zhuǎn)刀具的后面，并 且在此處形成焊接接頭。焊接接頭的成分與基材的成分類似。通過適當(dāng)?shù)臒?處理，接頭的機(jī)械性能可設(shè)置為與基材的機(jī)械性能近似相同，因此防止了由
于磨損或磨削而產(chǎn)生的接頭事故。抵靠砧進(jìn)行焊接，由此使得接頭的底側(cè)與
基材完全齊平，并且僅需要磨削帶的外表面。FSW焊接不會(huì)產(chǎn)生熱變形，因 此可保證帶的尺寸的精確性。
例如在金屬帶壓光機(jī)中，鋼帶環(huán)的內(nèi)側(cè)與支撐其的導(dǎo)輥直接接觸。帶環(huán) 的外側(cè)與熱輥直接接觸，例如在幅材斷裂意外中在接觸表面之間沒有紙幅。 測試運(yùn)行顯示出帶的內(nèi)表面具有強(qiáng)烈的擦傷和磨損。在接觸熱輥時(shí)，帶的外 表面也發(fā)現(xiàn)了持續(xù)的磨損和擦傷。在帶的輥接觸中，帶與皮帶輪之間的接觸 產(chǎn)生了所謂的保持和滑移區(qū)(Contact Mechanics, K丄.Johnson, 1985)。在接觸 的上游，帶直接行進(jìn)至保持區(qū)，而在接觸的下游建立有滑移區(qū)。
可以分為兩種情況。
1. 在輥接觸中冷卻帶(例如，冷卻輥)
在建立接觸時(shí)，帶具有拉伸應(yīng)力Ov。帶直接行進(jìn)至保持區(qū)內(nèi)。由于冷卻， 帶產(chǎn)生了由熱應(yīng)力引起的拉伸應(yīng)力增量(oheat)，由于摩擦，在保持區(qū)中帶 不會(huì)收縮和滑移。由于拉伸應(yīng)力增加，通過帶所施加的標(biāo)準(zhǔn)壓力也在各個(gè)局 部分別增加了。隨著帶行進(jìn)至在下游側(cè)的滑移區(qū)內(nèi)，通過滑移而使得熱應(yīng)力
釋放。因此，保持區(qū)中帶內(nèi)產(chǎn)生的張力恢復(fù)至拉伸應(yīng)力Ov，與此同時(shí)由于熱
收縮而使得帶變短。
在這種情況下，由于與運(yùn)行方向相反的滑移(即，帶沿著與運(yùn)轉(zhuǎn)方向相 反的方向相對于輥滑移)而發(fā)生拉伸應(yīng)力的釋放。因此，離開接觸時(shí)帶的速 度稍低于將要建立接觸時(shí)帶的速度。
2. 在輥接觸中加熱帶(例如，加熱導(dǎo)輥)
如上所述，帶在建立接觸時(shí)具有拉伸應(yīng)力o v，并且直接行進(jìn)至保持區(qū)內(nèi)。 由于加熱，帶產(chǎn)生了壓縮熱應(yīng)力同時(shí)減少了拉伸應(yīng)力效應(yīng)。在溫度變化十分 明顯的情況下，保持區(qū)上的拉伸應(yīng)力降低至零(無張力情況)或者甚至轉(zhuǎn)化 成壓縮應(yīng)力。這使得帶產(chǎn)生縱向彎曲，即帶巻成了巻。
隨著帶行進(jìn)至滑移區(qū)，帶的張力恢復(fù)為與拉伸應(yīng)力Ov—致。通過滑移產(chǎn) 生均衡，此時(shí)在運(yùn)轉(zhuǎn)方向上發(fā)生滑移。離開的帶的速度稍高于進(jìn)入的帶的速 度。
由于輥是實(shí)心的、厚殼的物體，輥的溫度變化僅限于其表面，由此輥不 能保持圓周的熱變形。另一面，帶是由薄的材料制成的，且完全進(jìn)行加熱/
冷卻，并且熱變形更強(qiáng)烈。熱膨脹之間的差異傳化為滑移。
本發(fā)明的一個(gè)目的是提供一種方法，通過此方法，用于造紙機(jī)/紙板機(jī)或 整飾機(jī)的金屬帶既不會(huì)產(chǎn)生熱應(yīng)力也不會(huì)產(chǎn)生熱變形，并且此方法可以減少 或消除帶的擦傷。
為了實(shí)現(xiàn)此目的，金屬帶壓光機(jī)的金屬帶或其他設(shè)置有金屬帶的纖維幅
處理裝置由具有極低的熱膨脹系數(shù)的材料制造，優(yōu)選的熱膨脹系數(shù)為2X10"6 或更小。最佳的條件是熱膨脹系數(shù)為零。在這種情況下，加熱和冷卻帶時(shí)不 會(huì)發(fā)生熱應(yīng)變，也不發(fā)生熱變形。不再發(fā)生由此種因素導(dǎo)致的滑移并且因此 帶不會(huì)被擦傷。滿足上述條件的一個(gè)方法是由熱膨脹系數(shù)約為1X10^的高 鎳liwar⑧鋼制造帶，該熱膨脹系數(shù)小于普通鋼的熱膨脹系數(shù)值的1/10。熱應(yīng) 變以及因此導(dǎo)致的滑移是普通帶的相應(yīng)值的1/10?？蛇x的帶材料也可以是符 合上述條件的其它任意的金屬成分或合金，例如Incote⑧或其他的高鎳鋼，或 不銹鋼。帶需要具有相當(dāng)高的導(dǎo)熱性(不小于5-10^V/mK)以及合理的比熱， 以使得帶可用作導(dǎo)熱介質(zhì)。此外，帶需要具有足夠的強(qiáng)度、可加工性、可焊 性以及抗腐蝕和疲勞性。
只要能獲得極大的優(yōu)點(diǎn)，帶材料的價(jià)格不是關(guān)鍵因素。例如，只要制造更 簡單更方便，并且最重要的是只要可以增加帶的耐久性(帶更換的時(shí)間間隔)， 價(jià)格高出3-5倍的原材料也是可以接受的。
在生產(chǎn)中如果不需要對帶進(jìn)行磨削，并且更重要的是，如果可以將更換 頻率(中斷了生產(chǎn))降低至一半，仍然可以節(jié)約成本。
Invar⑧鋼的優(yōu)點(diǎn)例如是
一熱膨脹不超過普通鋼的1/10，顯著減少了擦傷； 一具有明顯的抗腐蝕疲勞(磨損)性能； 一優(yōu)良的可加工性；
一優(yōu)良的可焊性，焊接不產(chǎn)生熱應(yīng)變或變形； 一即使導(dǎo)熱性稍低于普通鋼的等級，但是，該導(dǎo)熱性仍然足夠。 對于帶的制造方法而言，可完全地或部分地采用粉末冶金術(shù)。通過粉末 冶金術(shù)，與之前相比金屬帶的材料更均勻、更緊密，并且更平滑，且該金屬 帶材料的微結(jié)構(gòu)更細(xì)密，由此，金屬帶的抗磨損和抗腐蝕性能與由傳統(tǒng)方法 制造的帶相比更優(yōu)越。因此，與傳統(tǒng)的帶相比，帶更換之間的時(shí)間間隔會(huì)明
顯地延長，從而減少了生產(chǎn)干擾和更換帶的成本。通過使用由粉末冶金術(shù)制 造的組分，免維修的時(shí)間間隔相對于使用傳統(tǒng)技術(shù)制造的組分而言延長了
3-8倍。另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是，粉末冶金術(shù)還使得這種材料組分的制備成為可能， 而由傳統(tǒng)方法是難以或?qū)嶋H上甚至是不可能制造出此種材料組分的。粉末冶 金術(shù)使得可使用不銹鋼來制造此種帶，所述不銹鋼的抗腐蝕性和諸如鈦和所 謂的高鎳超鋼合金的抗腐蝕性處于相同的范圍內(nèi)，但是其價(jià)格要比后者更具 吸引力。
以下將參照附圖詳細(xì)描述本發(fā)明的金屬帶的幾個(gè)實(shí)施例，其中
圖la-圖lc示意性地示出了用于制造金屬帶的金屬帶坯料的幾種排列；
圖2示意性地示出了用于金屬帶壓光機(jī)的一個(gè)實(shí)施例；以及
圖3示出了設(shè)置有幅材進(jìn)給裝置的金屬帶壓光機(jī)。
具體實(shí)施例方式
圖la示意性地示出了金屬帶102，所述金屬帶102由金屬帶坯料10a組 成，所述金屬帶坯料10a的長度與金屬帶102最終的寬度相同。金屬帶坯料 10a并排設(shè)置并且通過摩擦焊而彼此焊接在一起，因此在金屬帶坯料之間產(chǎn) 生了焊接接頭lla，所述焊接接頭相對于金屬帶的縱向近似垂直地延伸。圖 lb示出了由金屬帶坯料10b制造的金屬帶102，所述金屬帶坯料10b的長度 與金屬帶的最終長度近似相同，由此坯料之間的接頭llb與帶的縱向近似平 行。每個(gè)金屬帶坯料10b的縱向?qū)佣酥g的接口可以近似垂直于金屬帶的 縱向，相鄰金屬帶坯料10b的對接端設(shè)置為沿金屬帶102的橫向彼此基本對 準(zhǔn)，以便形成近似垂直的橫向接頭(cross-joint) 12。圖lb還示出了可選的 實(shí)施例，其中切割金屬帶坯料10b的對接端，以使其相對于坯料的縱向傾斜 設(shè)置，并且鄰近的坯料10b彼此相關(guān)地設(shè)置，從而形成基本上連續(xù)的接頭， 所述接頭橫跨金屬帶102傾斜地延伸，且所述接頭在圖lb中由附圖標(biāo)記12a 表示的虛線來標(biāo)示出。圖lc示出了另一個(gè)可選的實(shí)施例，其中金屬帶坯料 10c相對于最終金屬帶102的縱向傾斜地、且并排地設(shè)置，由此金屬帶坯料 之間的接頭類似地沿金屬帶102的縱向傾斜地延伸。傾斜地切割坯料10c的
縱向端，以使其與最終帶102的縱向邊緣對齊。也可以將上述帶的制造方法 的進(jìn)行各種結(jié)合，例如可將多個(gè)長度短于金屬帶的最終長度的金屬帶坯料接 連排列以得到與最終帶的長度相同的長度，以及并排設(shè)置必要數(shù)目的金屬帶 坯料，以使得金屬帶坯料的長度與帶的最終寬度相同。還可以設(shè)想的是，金 屬帶的寬度可制造為超過其最終寬度，在這種情況下，可以在焊接帶之后例 如通過切邊或磨削而達(dá)到其最終寬度。
在使用傳統(tǒng)金屬帶，例如不銹鋼金屬帶時(shí)，金屬帶壓光機(jī)在金屬帶與熱 輥之間會(huì)產(chǎn)生溫差，這導(dǎo)致了帶的磨損。
為了防止金屬帶與輥之間的溫差，可以使用例如圖1所示的加熱罩方法。
在圖l中，金屬帶102環(huán)繞加熱了的導(dǎo)輥103。熱輥由附圖標(biāo)記104標(biāo)示出。 加熱罩由安裝在帶102 —側(cè)上的加熱器IOO和安裝在帶另一側(cè)上的鏡101組 成?？蛇x地，加熱器可以安裝在帶的兩側(cè)上。鏡和加熱器也可以與圖1中的 順序相反的順序安裝，即，鏡可以安裝在帶環(huán)的外側(cè)，而加熱器安裝在帶環(huán) 的內(nèi)側(cè)。加熱器可以例如通過熱油、氣體、電、水、蒸汽或感應(yīng)而運(yùn)轉(zhuǎn)。在 圖1中，附圖標(biāo)記107用于示意性地示出用于將熱傳導(dǎo)至加熱器IOO的熱源， 例如熱油系統(tǒng)。為了盡可能低地保持帶102的傳送，位于帶和罩100、 101 之間的間隙必須盡可能的小。圖1還示出了可選的額外加熱器105，其使得 可以在帶102與導(dǎo)輥103之間的接觸區(qū)中控制帶的溫度。
圖2示意性地示出了幅材進(jìn)給裝置110，其可適用于與金屬帶壓光機(jī)相 關(guān)的應(yīng)用中，并且輔助使用壓光機(jī)的金屬帶102。帶102圍繞導(dǎo)輥103運(yùn)行， 并且與熱輥104 —起用作配對件(counter element)，帶102與熱輥104之 間的處理區(qū)PN用于使正在處理的幅材從中通過。根據(jù)本發(fā)明的帶102優(yōu)選 地通過摩擦焊來焊接接頭。幅材W圍繞導(dǎo)輥103以普通循環(huán)的方式連同金 屬帶一起沿圖2中所示例的逆時(shí)針方式行進(jìn)，并且隨后穿過處理區(qū)PN，且 圍繞熱輥104以進(jìn)行進(jìn)一步的處理。在同一個(gè)壓光機(jī)用于處理幅材的兩側(cè)時(shí)， 幅材W,可以沿著圖2中以虛線標(biāo)示的路徑被直接傳送至金屬帶與熱輥之間 的處理區(qū)PN中，以便處理幅材的一側(cè)，在這種情況下，壓光機(jī)需要兩個(gè)幅 材進(jìn)給裝置110。在處理區(qū)PN之后，圍繞導(dǎo)輥108b傳送幅材W,以進(jìn)行進(jìn) 一步的處理。
幅材進(jìn)給裝置110用于沿著例如設(shè)計(jì)為C形桿的導(dǎo)軌112行進(jìn)，且與金
屬帶環(huán)102保持一致。所述幅材進(jìn)給裝置設(shè)置有致動(dòng)器，此致動(dòng)器將幅材W 按壓在金屬帶102上，并且通過摩擦或通過驅(qū)動(dòng)馬達(dá)沿著帶開始運(yùn)動(dòng)，幅材 進(jìn)給裝置IIO沿著導(dǎo)軌行進(jìn)并且利用致動(dòng)器的力。致動(dòng)器可以例如通過氣動(dòng) 運(yùn)轉(zhuǎn)，在這種情況下，致動(dòng)器是普通的壓縮氣缸。可以通過使用例如與吸臺 類似的球形閘門組件或者通過一些其他的可用在氣缸中的氣閘系統(tǒng)而供給 空氣，不需要使用活塞桿。致動(dòng)器也可以電動(dòng)操作，通過與位置相關(guān)的彈簧 調(diào)節(jié)自身的載荷，并且通過碳塊傳遞電力。驅(qū)動(dòng)馬達(dá)使得裝置具有所期望的 速度。所述裝置設(shè)計(jì)為盡可能得輕量化，以確保良好的初始加速度。所述初 始加速度可以例如通過氣缸111或通過使用拉簧來獲得。
權(quán)利要求
1.一種用于造紙機(jī)/紙板機(jī)或整飾機(jī)中的金屬帶(102)的制造方法，其特征在于，所述方法包括通過并排設(shè)置和/或接連設(shè)置多個(gè)比所述金屬帶的最終寬度窄的金屬帶坯料(10a；10b；10c)來生產(chǎn)所述金屬帶，所述金屬帶坯料的數(shù)目由所需的所述帶(102)的寬度和長度決定；以及通過摩擦焊焊接所述金屬帶坯料之間的接頭，所述接頭的成分與基材的成分近似相同。
2. 如權(quán)利要求1所述的制造方法，其特征在于，對所述金屬帶(102)進(jìn)行熱處理，以基本消除所述接頭與所述基材之間的應(yīng)力差。
3. 如權(quán)利要求1或2所述的制造方法，其特征在于，使所述金屬帶坯 料(10a)的長度與所述帶(102)的最終寬度近似相同，并且相對于所述帶 的縱向近似垂直地放置所述金屬帶坯料(10a),由此相鄰的所述金屬帶坯 料之間的焊接接頭(lla)分別與所述帶的縱向近似垂直。
4. 如權(quán)利要求1或2所述的制造方法，其特征在于，使所述金屬帶坯 料(10b)的長度與所述帶(102)的最終長度近似相同，并且將多個(gè)所述金 屬帶坯料并排放置以與所述帶的最終寬度相匹配，由此相鄰的所述金屬帶坯 料之間的焯接接頭(lib)近似沿所述帶的縱向延伸。
5. 如權(quán)利要求1或2所述的制造方法，其特征在于，使所述金屬帶坯 料(10c)的長度超過所述帶(102)的最終寬度，并且相對于所述帶的縱向 傾斜地并排放置所述金屬帶坯料，由此所述坯料之間的焊接接頭分別相對于 所述帶的縱向傾斜。
6. 如前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的制造方法，其特征在于，所述帶的 材料選自包括下述材料的組中高鎳鋼，例如Invar 或Inconel ,不銹鋼 或粉末金屬。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于造紙機(jī)/紙板機(jī)或整飾機(jī)中的金屬帶(102)的制造方法。所述方法包括通過并排設(shè)置和/或接連設(shè)置多個(gè)比所述金屬帶的最終寬度窄的金屬帶毛坯(10a；10b；10c)來生產(chǎn)所述金屬帶，所述金屬帶坯料的數(shù)目由所需的所述帶(102)的寬度和長度決定；以及通過摩擦焊焊接所述金屬帶坯料之間的接頭，所述接頭的成分與基材的成分近似相同。
文檔編號D21G1/00GK101365841SQ200780001929
公開日2009年2月11日 申請日期2007年1月10日 優(yōu)先權(quán)日2006年1月20日
發(fā)明者托尼·萊赫托, 米卡·科爾霍寧, 米卡·維爾揚(yáng)馬, 米科·莫諾寧, 雷約·皮耶蒂凱寧 申請人:美卓造紙機(jī)械公司