CN101448586B - 轧制设备 - Google Patents

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Abstract

用于生产金属带的热轧设备(50)，包括一个粗轧机台(2)，一个再加热炉(3)或保温隧道以维持产品温度，一个包括3或4个机台的预精轧机组(4)，一个包括2或3个机台的用于精轧产品的精轧机组(5)，精轧机组中一个机台的工作辊设有其自己的驱动马达，彼此独立，以使得所述工作辊的圆周速度在轧制负载下独立变化。

Description

轧制设备
技术领域：
本发明涉及轧制设备，特别是用于热轧金属产品，例如高强度钢或普碳钢钢带。
背景技术：
已知有多种用于生产例如带材等金属产品的热轧机。
这些设备中的的轧制线设有：
-用于粗轧来自铸机的铸件(例如厚板)的粗轧机台；
-用于维持产品温度的再加热炉或加热隧道；
-用于预精轧产品的预精轧机组，其包括例如3个或4个机台；
-用于精轧产品的精轧机组，其包括例如2个或3个机台。
通常，在这样的设备中的预精轧和精轧机组分别设有标准轧制机台。
当所轧制的钢材是普碳钢(也就是说钢含有碳和锰而没有其它合金元素)的情况下，现有技术的一些设备中使用非对称精轧机台，也就是精轧机台的工作辊具有不同的直径，以改进钢带最终微观结构。特别的，所述机台的顶部工作圆柱或辊的直径小于底部工作辊；此外，只有具有最大直径的底部辊是马达驱动的，而其它空转辊由移动钢带拖动。
这样热轧机的一个实例描述在JP60141306中。
现有技术的热轧设备的一个缺陷是他们生产的钢带具有相对弱的机械性能。为获得更好的钢带质量，同一钢带必须进行冷轧处理，这需要额外的时间和费用。
另外，当需要轧制的钢是微合金钢，例如汽车工业中使用的双相钢(DP)和相变诱发塑性钢(TRIP)这样的高强度钢，现有技术的设备使用对称轧制机台，这些轧制机台在其能力限制下需要高工作轧制力以实现必要的厚度缩减。这些已知设备不能得到市场所需的所有宽度钢带，因此使用现有设备生产所述类型钢材除了由于需要在钢材上施加高压而带来的困难外，还有高耗能和高维护费。
因此需要一种轧制设备以克服前述缺点。
发明内容：
本发明的主要目的是提供一种用于生产钢带的热轧设备，其中精轧机组的至少一个机台可以在负载下每个工作辊的圆周速度独立控制和改变。
这样，相对于钢带的底部微结构，不同的流型可以被施加到顶部微结构，使得可以获得：
-普碳钢情况下，相对于冷轧，轧制的钢带具有非常好的金相结构和机械性能。这样热轧产品已经具有最终产品的特性，可以直接使用无需进一步加工；
-高强度钢情况下，能源费用低于传统设备；这也包括可以在同样轧制力和功率下获得更宽的钢带，例如汽车业需要的超过1300mm的宽度。
本发明另一目的是累积钢带内部变形，在更低温度下在精轧辊组末端的最后机台确定更高的缩减。
基于本发明第一个方面，前述目标通过下述的至少一个四辊或六辊型轧制机台来实现的，所述设备用于精轧金属产品，特别是钢带，其包括底部和顶部工作辊，顶部工作辊的直径小于底部工作辊，每个所述工作辊通过马达装置彼此独立转动，以使得在轧制负载下所有所述工作辊的圆周速度独立变化，包括具有彼此不同的直径的顶部和底部支撑辊(11，12)，
邻近顶部工作辊(6，8)的顶部支撑辊(11)的直径大于邻近底部工作辊(7，9)的底部支撑辊(12)的直径，
其特征在于支撑辊(11，12)和工作辊(6，7，8，9)各自直径满足如下等式：
dBUR，t 4+dWR，t 4＝dBUR，b 4+dWR，b 4，其中
dBUR，t＝顶部支撑辊(11)直径，
dWR，t＝顶部工作辊(6，8)直径，
dBUR，b＝底部支撑辊(12)直径，
dWR，b＝底部工作辊(7，9)直径。
本发明第二方面，提供一个用于生产金属产品特别是钢带的热轧设备，依照轧制方向其包括：
一个预精轧单元，其适于预精轧金属产品，其包括复数个预精轧机台，
一个精轧单元，其适于精轧金属产品，其包括至少两个精轧轧制机台，在其中各自顶部工作辊的直径小于底部工作辊，
其中至少一个精轧机台设有由马达装置驱动的彼此独立转动的底部工作辊和顶部工作辊，以使得在轧制负载下每个工作辊的圆周速度可以独立变化。
在普碳钢情况下，本发明轧制设备所得钢带的内部结构使得钢材具有很好机械特性，特别是：
-屈服强度超过600MPa，约为传统热轧工艺所得钢材的两倍；
-最大机械耐性超过850MPa；
-至少30％的延伸率，大约为传统工艺所得钢材的一半；
-改善的韧性；
-改善的抗疲劳性；
-改善的抗腐蚀性；
-由于低合金成分改善了可回收性。
在负载下通过独立调整各自工作辊的速度，可以在钢带的顶部和底部实现不同剪切流型。工作辊之间速度差使得获得如下优点：
-使得最初不是特别具有高品质的材料在其抗性上具有更高惰性的可能性；
-通过所施加的剪切流型控制结晶粒度以增加形变效果的可能性；
-获得所需最终结晶粒度(为输入钢类型的函数)的可能性；
-在离开机台时在相同冷却强度下获得更大或更小细晶粒度的可能性；
-对缺乏足够冷却的补偿的可能性；
-弥补工作辊磨损的可能性，即通过增加辊的速度来补偿直径的减少；
-“吸收”任何不规则几何形状进料产品的可能性；
-有效控制钢带头尾端(通常具有不同温度)的可能性，进而减少不合格品；
-控制钢带平坦性缺陷的可能性；
-基于前述优点获得更灵活的设备的可能性。
优选的，精轧机组的至少一个轧辊机台中所用工作辊具有不同直径以使得具有额外的自由度并放大圆周速度差所带来的影响。
附图说明：
本发明进一步的特点和优点通过非限制性例子以及附图的示例下对轧制设备的优选但非唯一的实施例的详细说明中会更清楚。其中：
图1是本发明设备第一实施例侧视示意图；
图2a是图1中设备的部分的侧视示意图；
图2b和2c是基于本发明的设备的部分的第二实施例的替换类型的侧视示意图；
图2d是设备部分另一替换实施例的侧视示意图；
图3是基于本发明的设备的第三实施例的侧视示意图；
图4a-4d显示图3中设备的替换实施例；
图5是基于本发明的设备的轧制机台组成示意图；
图6a和6b分别显示在现有类型机台和基于本发明的机台情况下轧辊在操作中的横向视图；
具体实施方案：
参照图1，轧制设备整体标记为50，其包括：
-一个立辊轧边机1，其适于在进入轧机组前定位铸件(例如厚板)在轧制轴上的位置；
-一个已知类型的粗轧机台2；
-一个慢冷绝缘再加热炉或保温隧道3用于维持温度；
-一个预精轧机组4，包括一个预设数目的传统机台，具有单一马达用于通过一个齿轮箱和两个主轴以同一圆周速度操作所有工作辊；
-一个精轧机组5，包括预设数目的机台，通常为2-3台，优选为2台。
可替换的，位于再加热炉或保温隧道3下游的所有机台都可以是精轧机台。其可以是例如四辊或六辊型。
在每个精轧机组5每个机台的出口设有冷却装置10用于冷却轧制品，如现有技术。
在第一优选实施例中，如图1所示，预精轧机组4包括4个机台；所述机台的数目可以是2-4之间。精轧机组5，包括至少两个机台。这些机台5’、5”优选顶部工作辊6的直径小于底部工作辊7，优选的，所有成对工作辊6，7是马达驱动的，也显示在图2a中。
在所有图中，由两个黑色扇形标记的工作辊是马达驱动的。
基于实施例，每个工作辊由各自的马达驱动，彼此独立。驱动工作辊的马达优选为交流电型，且每个装配有逆变器以便控制转换数目。
优选的，工作辊马达中的一个设有制动装置(未示出)，例如涡流制动装置，这样当工艺需要时轧辊可以慢下来以确保高减速值。
在第二实施例中，如图2c所示，在精轧机组的第一机台5’中底部工作辊9(具有较大直径)空转，而只有顶部工作辊8(具有较小直径)是马达驱动的。在最后一个机台中的工作辊6，7是由两个独立马达驱动。
由于这样的结构可以得到如下优点：
-在第一机台只使用一个马达和一个轴，节约初始投资和运行费用，也更少需要维护；
-进一步减少扭矩和受力。
在这种情况下，在第一机台只有马达驱动的工作辊8的角速度可以控制，而其他工作辊9则有轧制品的摩擦力拖动。
基于另一个实施例，如图2b所示，机台中只有马达驱动的小直径顶部工作辊8位于机台的下游，其中工作辊6，7是独立马达驱动的。
基于再一实施例，如图2d所示，只有小直径的顶部工作辊8在所有精轧机组机台中是马达驱动的。
在本发明的第一和第二实施例中，置于每个精轧机台的支撑辊11，12具有相同直径。
基于本发明第三优选实施例，如图3所示，用于精轧机台5’，5”的支撑辊11，12(还被称为BUR轧辊)具有不同直径。
具有不同直径的支撑辊可以被设置于一个或所有精轧机台。
根据与图2a-2d所示的相应的图4a-4d所示的实施例，这个使用有不同直径的支撑辊的方案(无关工作辊设有单一或双马达驱动)使得可以改善非对称工作辊(即工作辊直径不同)轧制机台的整体刚性。
基于其他替换实施例，图2a-2d和4a-4d所示的布局可以设有，对于两个精轧机台中的每一个，只有一个通过变速剖分减速齿轮(splitting-reduction gear)向两个工作辊传递运动的马达。
所述剖分减速齿轮使得可以：
-当只设有一个马达时改变工作辊速度比；
-在任何瞬间脱开两个工作辊中任一个使其空转；
-控制相对速度而无需制动和/或其他基于损耗的机构，节约能量；
-控制功率以适当方法选择正确齿轮比以优化能耗。
这一实施例可获得的钢带机械性能低于前述实施例，但是只需低投资和低运营费以及低管理技巧。
在定性分析图中，显示了普碳钢结晶粒平均尺寸趋势，其为顶部和底部工作辊之间圆周速度比的函数。
与比值等于1相比，增加或降低速度比会减少晶粒尺寸。
参照本发明的每个工作辊设有两个独立马达的实施例，抛物线型连续曲线的顶点相应于比值为1。
本发明设有带快减速齿轮的单一马达的实施例对应阶梯曲线；在这个情况下负载下速度比变化不是连续的而是离散的，这是因为其依赖于减速齿轮的齿轮比。
定性分析图中显示轧制高强度钢所需轧制力的趋势，其为顶部和底部工作辊圆周速度之间比的函数。上述趋势实际上等于普碳钢结晶粒平均尺寸趋势。
基于本发明，在精致微观结构或降低轧制压力上最佳结果的得到是通过使用精轧机台，其速度比等于或高于1.05或者等于或低于0.95。
在图6a所示情况下(现有技术)在机台上部和下部的抗挠刚度不同；这个现象产生不同的弹性水平进而钢带结构变形不同，钢带的最终几何形态不符合最终产品规范。
为克服这个不良影响，在第三个实施例中两个支撑辊中一个的直径被增加以补偿刚性。特别是，邻近较小直径的工作辊8，6的顶部支撑辊11的直径大于邻近较大直径的工作辊9，7的底部支撑辊12。这样钢带结构可以得到相等的变形并且钢带最终几何形体符合最终产品规范。
在实验中发现如果单一机台的支撑辊和工作辊的直径满足如下公式则抗挠刚度可以得到极好结果：
dBUR，t 4+dWR，t 4＝dBUR，b 4+dWR，b 4，
其中
dBUR，t＝顶部支撑辊(BUR)11直径；
dWR，t＝顶部工作辊(WR)8，6直径；
dBUR，b＝底部支撑辊(BUR)12直径；
dWR，b＝底部工作辊(WR)9，7直径。
例如，在图6b所示的情况下，已知
dWR，t＝560mm
dWR，b＝680mm
dBUR，b＝1450mm
这样我们可以确定：
dBUR，t＝1459mm.
上述本发明的所有实施例可以优选设有一个交叉机构用于支撑辊，即，一个用于控制辊相对于轧制面的斜度以便更好控制钢带平坦性。
另外，工作辊在机台可以有一个连续变化冠型外廓。
本发明另一方面涉及钢带冷却系统，在轧制普碳钢带情况下，该系统设置在精轧机组5的轧制机台的出口处。冷却是工艺要求的，以确保快速散热，现有方案通过复杂和昂贵设备使用巨量的水。本发明的设备中使用其它液体代替水，例如有机聚合物液体。这些物质具有比水更高的比热，这意味着移除同样的能量需要更少的液体。冷却时需要较少流量也就需要更少能量用于泵液体，冷却设备也就更紧凑和便宜，降低制造和运行费用。
在每个机台的强烈冷却使得新晶体成核延后，保持“低”温，即在Ar3温度附近，这个温度是铁-碳相图中相变温度。冷却使得晶粒尺寸保持者离开轧机台时代尺寸不变。
优选的，使用基于本发明设备所得的轧制普碳钢带超细内部结构使得所述刚才可以用于代替“DP”钢，例如铁素体/马氏体钢，和“TRIP”钢。因此，从一个“贫”或低值材料，例如普碳钢开始，可以得到机械性能和抗腐蚀性基本等同高强度钢的最终产品，并且明显降低生产成本。
这里描述的特定生产方法并不限制本申请的内容，权利要求覆盖本发明的全部实施例。

Claims (19)

1.适于精轧金属产品的四辊或六辊型轧制机台(5’，5”)，包括底部工作辊(7)和顶部工作辊(6)，所述顶部工作辊(6)直径小于底部工作辊(7)，每个所述工作辊(6，7)被制成以便通过马达装置彼此独立转动，以使得工作辊(6，7)的圆周速率在轧制负载下独立变化，
包括具有彼此不同的直径的顶部和底部支撑辊(11，12)，
邻近顶部工作辊(6，8)的顶部支撑辊(11)的直径大于邻近底部工作辊(7，9)的底部支撑辊(12)的直径，
其特征在于支撑辊(11，12)和工作辊(6，7，8，9)各自直径满足如下等式：
dBUR，t 4+dWR，t 4＝dBUR，b 4+dWR，b 4，其中
dBUR，t＝顶部支撑辊(11)直径，
dWR，t＝顶部工作辊(6，8)直径，
dBUR，b＝底部支撑辊(12)直径，
dWR，b＝底部工作辊(7，9)直径。
2.如权利要求1所述的轧制机台，其中所述马达装置包括两个彼此独立的马达，每个马达用于向各自的工作辊传递运动。
3.如权利要求1所述的轧制机台，其中所述马达装置包括通过变速剖分减速齿轮(14)将运动传递给工作辊(6，7)的马达(13)。
4.如权利要求1所述的轧制机台，其中所述顶部和底部工作辊的圆周速度比等于或大于1.05。
5.如权利要求1所述的轧制机台，其中所述顶部和底部工作辊的圆周速度比等于或小于0.95。
6.如权利要求1所述的轧制机台，其中工作辊具有连续变化冠型外廓。
7.如权利要求1所述的轧制机台，其中支撑辊设有用于控制辊相对于轧制面的斜度的机构。
8.用于制备金属产品的热轧设备，沿所限定的轧制方向包括，
一个用于预精轧金属产品的预精轧单元(4)，其包括复数个预精轧轧 制机台，
一个用于精轧金属产品的精轧单元(5)，其包括至少2个精轧轧制机台，
其中至少一个精轧轧制机台设有底部工作辊(7)和顶部工作辊(6)，所述顶部和底部工作辊通过马达装置彼此独立转动并使得在轧制负载下每个工作辊(6，7)的圆周速度彼此独立变化，
其中各自顶部工作辊(6)直径小于底部工作辊(7)直径，其中精轧轧制机台(5’，5”)包括具有不同直径的支撑辊(11，12)，其中邻近顶部工作辊(8，6)的顶部支撑辊(11)直径大于邻近底部工作辊(9)的底部支撑辊(12)直径，特征在于支撑辊(11，12)和工作辊(6，7，8，9)各自直径满足如下等式：
dBUR，t 4+dWR，t 4＝dBUR，b 4+dWR，b 4，其中
dBUR，t＝顶部支撑辊(11)直径，
dWR，t＝顶部工作辊(6，8)直径，
dBUR，b＝底部支撑辊(12)直径，
dWR，b＝底部工作辊(7，9)直径。
9.如权利要求8所述的设备，其中精轧单元(5)的所有轧制机台具有工作辊(6，7)，每个工作辊设有独立马达装置。
10.如权利要求8所述的设备，其中精轧单元(5)的所有轧制机台设有通过变速剖分减速齿轮(14)将运动传递给工作辊(6’，7’)的马达(13)。
11.如权利要求8所述的设备，其中精轧单元(5)的至少一个轧制机台具有一个空转底部工作辊(9)和一个由相应马达装置转动的顶部工作辊(8)。
12.如权利要求8所述的设备，其中预精轧单元(4)包括2-4个机台。
13.如权利要求8所述的设备，其中用于驱动工作辊(6，7)的马达是交流电马达，每个马达装配有逆变器以控制转换数。
14.如权利要求8所述的设备，其中工作辊(6，7)的一个马达装配有涡流制动装置。
15.如权利要求8所述的设备，其中机台的工作辊具有连续变化冠型轧辊外廓。 
16.如权利要求8所述的设备，包括冷却设备(10)，其使用有机聚合物冷却液冷却金属产品。
17.如权利要求8所述的设备，包括支撑辊的用于控制辊相对于轧制面的斜度的机构。
18.如权利要求8所述的设备，其中精轧单元的至少两个轧制机台(5’，5”)具有通过马达装置彼此独立转动的底部工作辊(7)和顶部工作辊(6)。
19.如权利要求8所述的设备，包括在预精轧(4)和精轧(5)单元的上游，一个粗轧机(2)用于粗轧铸件，以及一个预加热炉或保温隧道(3)用于维持铸件温度。 
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