CN101918154B - 轧机和具有这种轧机的串列式轧机 - Google Patents

轧机和具有这种轧机的串列式轧机 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种轧机，其能够采用用于轧制硬质材料和薄轧带材料的较小直径的工作轧辊，并且可以以高生产率获得高产品质量的轧带。为此目的，一种六辊轧机，包括用于轧制轧带(1)的成对的上、下工作轧辊(2)，用于支撑该对上、下工作轧辊的成对的上、下中间辊(3)，以及用于支撑该对上、下中间辊的成对的上、下支承辊(4)，但在工作轧辊的可轧带宽度内、外没有支撑辊。该工作轧辊具有小的直径，并且采用具有高纵向模量的材料，如硬质合金或陶瓷。

Description

轧机和具有这种轧机的串列式轧机
技术领域
本发明涉及轧机，其能够使工作轧辊的直径变小，并涉及装配有这种轧机的串列式轧机。
背景技术
在常规的所谓的中间辊驱动的六辊轧机(以下称为六辊轧钢机)，工作轧辊直径的最小值由工作轧辊的抗挠刚度值确定，如果工作轧辊的可轧带宽度的内和外没有支撑辊(support rolls)，则工作轧辊承受中间辊驱动的切向力。例如，根据非专利文献1，当中间辊驱动时，在4英寸宽度材料的情况中，这个值为180mm至380mm。
常规六辊轧钢机可以具有位于工作轧辊可轧带宽度内的支撑辊。而且，在专利文献1中披露了一种六辊轧钢机，其具有设置在工作轧辊的可轧带宽度之外的支撑轴承，并经由这些支撑轴承向工作轧辊施加水平弯曲。
非专利文献1：1991年5月出版的“Industrial Machinery”(第56-60页)。
专利文献1：JP-A-5-50109
发明内容
要解决的技术问题
为了满足近来的需求，已经努力通过在工作轧辊的可轧带宽度内不具有支撑辊的六辊轧钢机或四辊轧钢机轧制特种钢，如较硬的不锈钢。这种努力已经带来了一个问题，即前述工作轧辊直径太大，且施加了重载荷，因此不能确保通过轧制使得厚度产生必要的减少，并带来了诸如色泽差的问题。
另一方面，在工作轧辊的可轧带宽度内具有支撑辊的六辊轧钢机涉及下述问题：用于支撑辊部分的空间太小，难以确保具有足够的强度和刚度。由于在工作轧辊的可轧带宽度内具有用于支撑(supporting)支撑辊的支撑轴承，而且，根据它们的材质，支撑轴承的标记经由支撑辊和工作轧辊转移至或在板中产生。
具有设置在工作轧辊的可轧带宽度之外的支撑轴承的轧机具有下述问题：由于上、下支撑轴承属于相同的相位，则不能使用大尺寸的轴承，而且所采用的轴承不能适用于硬质材料的重载荷、大扭矩轧制，这可能引起大的水平力。
已经考虑到这些情况完成了本发明。本发明的目标是提供一种轧机，其能够使较小直径的工作轧辊用于轧制硬质材料，并且因此能够以高生产率获得高产品质量的轧带，并提供一种装配有这种轧机的串列式轧机。
技术方案
意图解决上述问题的根据本发明的轧机是一种六辊轧机，包括用于轧制钢带的成对的上、下工作轧辊，用于支撑工作轧辊的成对的上、下中间辊，以及用于支撑成对的上、下中间辊的成对的上、下支承辊(back-uprolls)，该六辊轧机在工作轧辊的可轧带宽度内和外没有支撑辊，
其中工作轧辊采用具有高纵向弹性模量(即，纵向模量)的材料，并且
工作轧辊的最小辊直径介于最小直径上限Dmax1和最小直径下限Dmin1之间，并且这些参数由下述等式表示：
最小直径上限Dmax1＝D4max×B/K(1/4)，
其中，D4max为具有1300mm的轧带宽度的常规工作轧辊的最小直径上限：380mm，
B为轧带宽度(mm)/1300mm，以及
K为高纵向模量材料与常规材料之比(高纵向模量材料的纵向弹性模量/常规材料的纵向弹性模量(21000kg/mm2))，
最小直径下限Dmin1＝D4min×B/K(1/4)，
其中，D4min为具有1300mm的轧带宽度的常规工作轧辊的最小直径下限：180mm。
该轧机的特征还在于，高纵向模量材料与常规材料的纵向弹性模量之比(纵向模量比)K为1.2至3.0。
意图解决上述问题的根据本发明的串列式轧机是一种包括配置在其中的多个轧机台的串列式轧机，其中上述轧机中的任何一种设置为所述台中的至少一个。
有益效果
根据本发明的特征，具有高纵向模量的材料用于工作轧辊。因此，可以确保工作轧辊的抗挠刚度，并且与高刚性一致，可以使工作轧辊的直径变小。而且，可以降低边缘下垂，可以改善表面光泽度，并且可以降低最小可轧带厚度。而且，该工作轧辊可以应用于用于硬质材料的重载荷、大扭矩轧机。
附图说明
图1为六辊轧钢机正视截面图，示出了本发明的实施方式1。
图2为沿图1的II-II线截取的截面图。
图3为驱动切向力的说明图。
图4为工作轧辊的偏转的说明图。
图5为示出本发明实施方式中的工作轧辊最小直径上限Dmax的图示。
图6为示出本发明实施方式中的工作轧辊最小直径下限Dmin的图示。
图7A为工作轧辊偏移的说明图，示出了本发明的另一实施方式。
图7B为工作轧辊偏移的说明图，示出了本发明的另一实施方式。
图8A为中间辊偏移的说明图，示出了本发明的另一实施方式。
图8B为中间辊偏移的说明图，示出了本发明的另一实施方式。
图9为本发明应用于串列式轧机的说明图。
附图标记说明
1轧带
2工作轧辊
3中间辊
4支承辊
5a，5b轧制线调整装置
6a、6b液压缸
7a、7b壳体
13a至13d工作轧辊轴承座
15a至15d中间辊轴承座
17a至17d，19a至19d支承辊轴承座
14a至14d工作轧辊弯曲汽缸
16a至16d中间轧辊挠度汽缸
具体实施方式
将采用附图由下述实施方式描述根据本发明的轧机和装配该轧机的串列式轧机。
实施方式1
图1为六辊轧钢机正视截面图，示出了本发明的实施方式1。图2为沿图1的II-II线截取的截面图。
如图所示，作为将要轧制的材料的轧带1由成对的上、下工作轧辊2压轧。这些成对的上、下工作轧辊2与成对的上、下中间辊3接触，并由它们支撑。这些成对的上、下中间辊3与成对的上、下支承辊4接触，并由它们支撑。
上支承辊4经由轴承(未示出)由轴承座17a、17c支撑，这些轴承座17a，17c经由诸如蜗杆千斤顶或调整楔和分级摇板之类的轧制线调整装置5a、5b由壳体7(7a、7b)支撑。在这里，测压元件可以结合到轧制线调整装置5a、5b内，以测量轧制负荷。
下支承辊4经由轴承(未示出)由轴承座17b、17d支撑，这些轴承座17b、17d经由液压缸6a、6b由壳体7a、7b支撑。
该对上、下工作轧辊2采用具有高纵向模量的材料。具有高纵向模量的材料的例子是硬质合金，如碳化钨(纵向模量：53,000kg/mm2)，或陶瓷(纵向模量：31,000kg/mm2)。作为常规材料，已经使用了特种锻钢(纵向弹性模量：21,000kg/mm2)。
优选的是，高纵向模量材料与常规材料之比(纵向模量比)K设置为1.2至3.0。
而且，轴承座13a至13d经由轴承(未示出)安装在该对上、下工作轧辊2的辊颈部。这些轴承座13a至13d配备有用于形成轧辊挠度的弯曲汽缸14a至14d。通过这样做，使工作轧辊2具有轧辊挠度。
本实施方式示出了存在轴承座13a至13d的情况，但这些轴承座13a至13d可以不存在。没有轴承座13a至13d的工作轧辊2的优势在于，它们的结构简单，并且它们具有良好的工作效率。然而，在这种情况中，在辊端部需要承受推力载荷的推力轴承。
在这里，轧制负荷由液压缸6a、6b施加，轧制力矩由心轴(未示出)传递至工作轧辊2。成对的上、下中间辊3具有辊直径减少的辊肩3a，其位于轧辊筒端部与轧带1的轧带宽度中心成垂直点对称的位置处。
成对的上、下中间辊3经由轴承(未示出)由轴承座15a至15d支撑。成对的上、下中间辊3经由驱动侧轴承座15c、15d由移位装置(未示出)轴向可移动。而且，这些轴承座15a至15d配备有形成轧辊挠度的弯曲汽缸16a至16d。通过这样做，使中间辊3具有轧辊挠度。
将采用图3和4描述由驱动切向力引起的工作轧辊的偏转。
如图3所示，当驱动转矩从中间辊3传递至工作轧辊2，则驱动切向力F施加至工作轧辊2。由于用于常规工作轧辊的轴承的数量在操作侧和驱动侧上都是一个，则适用图4中示出的简单支承的支撑条件。在这种情况中，工作轧辊的水平偏转δs由下述等式(1)表示，其中F表示每单位长度的驱动切向力，L表示支撑间距，Dc表示常规工作轧辊2的直径，Ic表示常规工作轧辊直径的截面惯性矩，Ec表示用于常规工作轧辊的材料(特殊锻钢)的纵向弹性模量(21,000kg/mm2)：
δs＝5×F×L4/(384×Ec×Ic)                    等式(1)
其中Ic＝π×Dc4/64
具有高纵向模量的材料用于该对上、下工作轧辊2。在这种情况中，沿工作轧辊2的水平方向的偏转δr由下述等式(2)表示，其中Dr表示实施方式1的工作轧辊2的直径，Ir表示实施方式1的工作轧辊2的直径的截面惯性矩，Er表示用于实施方式1的工作轧辊的材料的纵向弹性模量。
δr＝5×F×L4/(384×Er×Ir)                     等式(2)
其中Ir＝π×Dr4/64
假设δr＝δs，则Dr由下述等式(3)表示：
Dr＝Dc/K(1/4)                                   等式(3)
另一方面，工作轧辊的最小辊直径在最小直径上限Dmax1和最小直径下限Dmin1之间，这些参数由下述等式(4)表示：
最小直径上限Dmax1＝D4max×B/K(1/4)              等式(4)
其中，D4max：具有1300mm的轧带宽度的常规工作轧辊的最小直径上限：380mm
B：轧带宽度(mm)/1,300mm
K：高纵向模量材料/常规材料比(高纵向模量材料的纵向弹性模量/常规材料的纵向弹性模量(21,000kg/mm2))。
该实施方式中的每轧带宽度的最小直径上限Dmax1在图5中示出。K＝2.5，假设用于工作轧辊的材料为硬质合金。
最小直径下限Dmin1＝D4min×B/K(1/4)             等式(5)
其中，D4min：具有1300mm的轧带宽度的常规工作轧辊的最小直径下限：180mm。
在本实施方式中，每轧带宽度的最小直径下限Dmin1在图6中示出。K＝2.5，假设用于工作轧辊的材料为硬质合金。
在本实施方式中，如上所述，由作为高纵向模量材料的硬质合金或陶瓷材料构成的工作轧辊2用在在工作轧辊2的可轧带宽度内和外没有支承辊的六辊轧钢机中。因此，确保了工作轧辊的抗挠刚度，可以以对应于高刚性的量使工作轧辊的直径变小。因此，通过轧制硬质材料，可以以高生产率获得具有高产品质量的轧带1。
如图7A和7B所示，根据驱动转矩，由高纵向模量材料构成的工作轧辊2可以沿水平方向向轧制方向的出口侧变化地偏移。通过这样做，驱动切向力F由轧制负荷Q的偏移水平分力Fa降低，使得施加在工作轧辊2上的沿水平方向的合力降低。在图7B中，Fb表示轧制负荷Q的偏移垂直分力。
因此，产生了可以进一步消除工作轧辊2偏转的优势。
施加在工作轧辊2上的沿水平方向的合力Fw由下述等式(6)表示：
Fw＝F-Q×α/((Dw+DI)/2)                等式(6)
其中Dw表示工作轧辊的直径，DI表示中间辊的直径。
如图8A和8B所示，根据驱动转矩，中间辊3可以沿水平方向向轧制方向的进口侧变化地偏移。通过这样做，驱动切向力F由轧制负荷Q的偏移水平分力Fa降低，使得施加在高纵向模量材料的工作轧辊2上的沿水平方向的合力降低。在图8B中，Fb表示轧制负荷Q的偏移垂直分力。
因此，产生了可以进一步消除工作轧辊2偏转的优势。
施加在工作轧辊2上的沿水平方向的合力Fw由下述等式(7)表示：
Fw＝F-Q×β/((Dw+DI)/2)                等式(7)
其中Dw表示工作轧辊的直径，DI表示中间辊的直径。
如果具有根据本发明的小直径工作轧辊的轧机应用于串列式轧机，如图9所示，则将它应用于第一个台使得由高纵向模量构成的小直径工作轧辊能够使厚度下降很大。当它应用于最后一个台，即图中的第四个台时，可以通过由高纵向模量材料构成的小直径工作轧辊2轧制较薄的轧带。不用说，具有根据本发明的小直径工作轧辊的轧机可以应用于所有的第一个台至第四个台。这使得能够用轧制较薄的、较硬的材料。
工业应用性
根据本发明，轧机和配备由该轧机的串列式轧机在用作用于硬质材料的重载荷、大扭矩轧机时是优选的。

Claims (4)

1.一种六辊轧机，包括用于轧制金属带的成对的上、下工作轧辊，用于支撑工作轧辊的成对的上、下中间辊，以及用于支撑成对的上、下中间辊的成对的上、下支承辊，该六辊轧机在工作轧辊的可轧带宽度内、外没有支撑辊，
其中，工作轧辊采用具有高纵向弹性模量的材料，并且
工作轧辊的最小辊直径介于最小直径上限Dmax1和最小直径下限Dmin1之间，并且这些参数由下述等式表示：
最小直径上限Dmax1＝D4max×B/K(1/4)，
其中，D4max为具有1300mm的轧带宽度的常规工作轧辊的最小直径上限：380mm，
B＝轧带宽度÷1300mm，以及
K为高纵向弹性模量材料与常规材料的纵向弹性模量之比，常规材料的纵向弹性模量为21000kg/mm2，
最小直径下限Dmin1＝D4min×B/K(1/4)，
其中，D4min为具有1300mm的轧带宽度的常规工作轧辊的最小直径下限：180mm。
2.根据权利要求1所述的轧机，其中：
高纵向弹性模量材料与常规材料的纵向弹性模量之比K为1.2至3.0。
3.一种串列式轧机，包括配置在其中的多个轧机台，其中：
根据权利要求1的轧机设置为所述台中的至少一个。
4.一种串列式轧机，包括配置在其中的多个轧机台，其中：
根据权利要求2的轧机设置为所述台中的至少一个。
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