CN1019456B - 生产轧材、特别是轧制带材的轧机 - Google Patents

Abstract

在轧机运行时轧制间隙和形状要改变，影响因素很多，如热学、工作轧辊或整套轧辊的弯曲、磨损等，都需要抵消或补偿，才能生产平整的轧制产品，特别是轧制带材。为了抵消不利影响，一般需要轧辊间相互轴向移动和/或在与轧制件平面垂直方向上调节工作轧辊。而本发明则可用特别简单的方式，即轧辊的轮廓在原始状态或无载荷状态下，使辊身直径总和的轴向形状D_1-4在轧辊的每一个相应变化的轴向位置上具有与固定形状相互偏移的轮廓形状。

Description

本发明涉及一种生产轧材、特别是轧制带材的轧机，该轧机具有工作辊，工作辊根据需要支承在支承辊上或支承在支承辊和中间辊上，同时工作辊和/或支承辊和/或中间辊在轧机上可轴向移动地设置并具有基本上沿整个辊身长度伸展的弯曲轮廓。

欧洲专利0091540公开了一种上述结构的轧机，其中，弯曲的外形轮廓基本上由一个凸起区和一个凹陷区组成，而且互相支承和协同作用的轧辊的辊身轮廓在轧辊的某一相互相对轴向位置上，即通过轧辊的轴向移动作互相补偿。由此，不仅应改善两个相邻轧辊接触长度上的压力分布的均匀性，也应提高对轧辊间隙形状的连续机械影响。

本发明的任务在于进一步改善和简化上述的公知轧机，这种改善和简化特别也涉及轧辊的整个接触长度上的压力均匀分布以及关于形成和保持一个确定的轧辊间隙。

解决该任务的技术方案在于，为了沿轧辊的接触长度得到均匀的压力分布并且为了形成轧辊间隙，即为了对轧辊间隙施加机械影响，和保持轧辊间隙，轧辊的外形轮廓构形在于，在原始状态下，或者在无载荷的状态下，在轧辊的每一个相互间相对变化了的轴向位置，共同作用的轧辊的、在轴向步进测量出的轧辊辊身直径总和的变化曲线是一条偏离恒定的变化曲线的变化曲线并且是一个对于轧制中心线呈对称的数学函数。

通过本发明的轧辊轮廓构形可以预先、即在无载荷的状态下就基本上极有利地考虑到在轧机运行过程中出现的诸如热学、轧辊弯曲、弹性 轧扁、磨损等所有影响，使这影响在有载荷状态下，也就是在轧机运行中得以补偿。为了补偿前面所述的轧机运行时的影响，如果情况确实需要顶多只要将单个轧辊或轧辊对附加一个很小的相互轴向移动。由本发明构成的轧辊轮廓涉及的情况是，该轮廓在原始状态下不互补，而仅在有载荷的状态下，也就是在轧机运行时，特别是在带材宽度区域内几乎全部互补。由此就可在维持预先确定的轧制间隙条件下同时实现在轧辊整个接触长度上的最佳压力分布。

在本发明的另一优选的结构形式中，由于轧辊辊身直径总和的与恒定变化曲线有差别的轴向变化曲线与一个数学函数、特别是与一个n次多项式、一个指数函数或一个三角函数相符。因此可以在任何时候容易地计算出该变化。n次多项式遵循如下一般方程式：

$\mathrm{D(Z)=}\underset{\mathrm{i=0}}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{a}_{i}z{}_i$

众所周知，一个二次多项式的经验方程式为：

D（z）＝az²+b+c

三角函数应遵循下面的一般表达式：

$\mathrm{D(z)=}\underset{\mathrm{i=0}}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{(a}}_i\mathrm{Cos(2\pi iz)+bisin(2\pi iz)}$

一个简单解作为例子表示如下：

D（z）＝aCos（2πz）+c

指数函数表达为：

$\mathrm{D(z)=}\underset{\mathrm{i=0}}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{a}_i\mathrm{exp(b}{}_i\mathrm{z)}$

一个简单解例如：

D（z）＝a    exp（z）+a    exp（-z）

其中，D是轧辊辊身直径的总和，z表示相应的位置座标，n表示轧辊的数量，a、b、c为常数。

在本发明的另一个优选结构方案中规定，轧辊辊身直径总和的轴向变化曲线由不同数学函数确定的数段曲线总合而成。譬如，在第一段，轧辊辊身直径的总和呈一种抛物线曲线变化，第二段，即中间段为正弦曲线，与第一段镜面对称的第三段又为抛物线曲线。

此外，根据本发明，轧辊辊身直径总和的轴向变化曲线是多个数学函数的总和，多个数学函数的加权平均值或多个数学函数的线性综合。这种轧辊的轮廓形状变化譬如可根据如下方程式而定：

D（z）＝az²+bCos（2πz）+c

另外的设计方案规定，轧辊辊身直径总和在轧辊的每个相对的轴向位置的轴向变化曲线遵循一个向轧辊中心线对称的函数。

根据本发明，同样也规定，轧辊辊身直径之和在轧辊的每个相对的轴向位置的轴向变化曲线遵循一个向轧辊中心不对称的函数。

按照本发明的另一个优选的结构形式，轧辊轮廓、特别是工作辊的轮廓是由一个弱凸部分和一个强凹的弯曲部分组成的，其弯化曲线由一个多项式函数和一个指数函数组成。这种轧辊形状特别适合于补偿极不同的温度状况或温度变化对轧辊和轧辊间隙的影响。

根据本发明的另一个优选的结构形式，轧辊仅在轧材平面的一侧是可轴向移动地设置。按照这种方式就可避免轧制间隙一侧偏高于另一侧的状况，并可达到工作辊接触长度上特别均匀的负载分布。

图1示出具有弱凸起和强凹下轮廓曲线的工作辊对处在相对轴向移动后的位置;

图2示出图1所示工作辊对处于轧辊以相反方向移动后的位置;

图3示出一个在轧制带材平面上方配置有可轴向移动并具有轮廓形状的成型轧辊的四辊轧机;

图4示出一个在轧制带材平面上方置有可轴向移动并具有轮廓形状的轧辊的五辊轧机横截面图;

图5和图6示出一个其轧辊在轧制带材平面上方和下方设置情况不同的六辊轧机横截面图;

图7是根据两个工作辊辊身直径之和的变化曲线所计算出的单个轧辊的不同的形状函数线图。

在图1中描述了一个轧机的两个工作辊（10，11），它的外型轮廓由一段弱凸部分（12）和一个深凹弯曲部分（13）组成。该轮廓的曲线由一个多项式函数（凸起部分12）和一个指数函数（凹下部分13）组成。此外，上工作辊（10）相对于下工作辊（11）已由中心位置沿轴向向右移动了预先规定值（+100mm）。在这个位置上，工作辊（10，11）相当于用一般凸度磨削而得到的有抛物线凸度的轧辊对，并且，轧制带材（14）具有与轧辊间隙（15）相一致的双凹面形状。

图2中示出的实施例是上工作辊（10）相对于下工作辊（11）以与图1中的移动量相同（-100mm），但从中心位置沿轴向向左移动。因为在图1和图2中示出的辊是相同的，所以它们采用相同的标号。在图2中示出的工作辊（10，11）的位置构成了一个轧辊间隙（16），该间隙（16）使得轧制带材（17）基本上形成在对角线方向具有略成圆形外缘的矩形横截面。通过上工作辊（10）相对于下工作辊（11）由图1中示出的右侧外位置（V＝+100mm）到由图2示出的左侧外位置（V＝-100mm）之间的轴向移动可以按很有利的选择方式无级地调节和保持轧制间隙从凹形截面到矩形截面，使轧制带材具有相应的横截面。理所当然的是，图1和图2中示出的工作辊的相对位置也可以通过下工作辊（11）相对于其上方的上工作辊（10）的轴向移动来达到。工作辊（10，11）还可以通过在图中没表示的 相应构形的支承辊和必要时采用的中间辊支承。这种根据本发明的具有外形轮廓的工作辊（10，11）的主要优点在于特别适合于补偿不同温度状况的影响。这样对于冷轧辊来说，当轧辊的形状仅仅取决于力学导至的外形轮廓时，为了补偿轧辊对的弹性变形，要求有一定的凸度，如在图1中示出的工作辊（10，11）的位置所实现的那样。但在轧辊温度越来越高时，出现一种温度分布曲线，在辊身的中部区域温度分布是平滑变化的，而在辊身的端部则有所下降。但根据不同的热膨胀，图1和图2中表示的轧辊形状的热（补偿）凸度与上述温度曲线变化相应。确定的轧辊所需的取决于力学的凸度则相应减少。然而，同时却要求在辊身端部区域补偿变化了的轧辊直径。这两种作用是通过在图1和2中示出的上工作辊（10）相对于下工作辊（11）的轴向移动在直至极限点的范围内（V＝-100）无级地调节到取决于具体的温度水平的移动量值上实现的。

图3示出了一个具有两个工作辊（18，19）和两个支承辊（20，21）的轧机，同时，位于轧制带材（22）平面上方的轧辊（18）和（20）按本发明是大致瓶子形结构，并且相对于位于轧制带材（22）平面下方的轧辊（19）和（21）是可轴向移动地设置的。再者，工作辊（18）和支承辊（20）根据目的是垂直地相互重叠、按力作用方向（箭头23，24）观察，串列配置的。

轧辊间隙（25）的形状，即横向于轧制方向的轧辊间隙的形状可通过辊身形状对其产生影响。一个轧辊的某一局部直径（D_i）的增大就可减少该处轧辊间隙（25）的高度，其中，各个轧辊“使上的力”是不同的。在实施例中根据公式：

-△h（z）＝C₁D₁（z）+C₂D₂（z）+C₃D₃（z）+C₄D₄（z）

而且对于支承辊（20，21）采用C₁，C₄＝0.4……0.45

和对于工作辊（18，19）采用C₂，C₃＝0.7……0.95

要根据轧辊直径、辊身长度、弹性性能、载荷水平等而定。轧辊的形状或轮廓必须这样选择或者构成，即在轧辊间隙中综合效应达到具体希望 的通常向轧制带材中心对称的形状：

-△h（z）＝CD（z-V）+CD（z-V），

其中V₁和V₂为轧辊的移动行程。

通常，远离轧材的轧辊的轮廓曲线变化较大，其比例关系大致为：

（D_1max-D_1min）∶（D_2max-D_2min）＝C₂∶C₁

另外，可能很有意义的是，选择的移动行程V₁和V₂有差别（大约为：V₁＞V₂）。在轧辊轮廓有合适的选择时，可以完全不需要其中一个轧辊的轴向移动。

在图4中描述的具有一对工作辊（26，27）和支承辊（28，29）及（30）的五辊轧机中，如图3的轧机那样，同样只有位于轧制带材（31）平面上方的轧辊（26）、（28）和（29）可轴向移动地设置。然而，上部的支承辊（28）、（29）所采用布置情况为，从力作用的方向（箭头32，33）看它们为并列安置。

此外，与图3示出的四辊轧机相同，在这里轧辊间隙的形状也受所有轧辊直径函数的影响。但轧辊使上的力相对于图3的轧辊减少了力线的方向余弦。

但对于轧辊间隙有决定作用的也是前面结合对图3的说明引述的综合效应。因为是对称的设置，这一对支承辊（28，29）对轧辊间隙具有相同的作用力，所以这和图3中的轧机相反，能以相同的轧辊形状做到对轧辊间隙具有对称的影响。图3和图4示出的具有发明结构的轧机与迄今公知的轧机相比所具有的特别优点在于，以简单的方式避免了轧制间隙出现一侧偏高的S形形状，并可达到工作辊尤其是沿工作辊辊身长度上的负载具有均匀的分布。

必要时还可如图5示出的那样在一个六辊轧机中，根据本发明将工作辊（35，36）和与工作辊协同作用的支承辊（37，38）以及（39，40）以轧制带材（34）为中心成镜像或对称地配置。在该轧机中，轧辊也具有发明 结构的轧辊轮廓，并且在轧辊中，特别是工作辊中的一个轧辊在轧制带材（34）的上侧或下侧相对于其他轧辊进行轴向移动。

此外，如图6示出的那样，可以在一个六辊轧机中将轧辊如此极有利地进行设置，即在轧制带材（42）下方的工作辊（41）仅仅用一个支承辊（43）支承，而在轧制带材（42）上方的工作辊（44）则通过一个中间辊（45）和两个与中间辊（45）协同作用的支承辊（46，47）支承。

作为例子，在图7中示出了工作辊的辊身直径（mm）的不同轮廓与相关轧辊辊身宽度，即位置坐标z之间的关系。对两个相互对称的上轧辊和下轧辊而言，A表示一个符合三次多项式的单个轧辊形状的函数曲线，并遵循下列方程式：

D₁（z）＝250-0.15z-0.20z²-0.15z³

B表示一个遵循角函数的单个轧辊的形状曲线，该角函数是：

D₁（z）＝250+0.25Cos（2πz）+0.10Sin（2πz）+0.08Sin（4πz）

C表示一个符合指数函数的函数曲线：

D₁（z）＝250-0.35exp（z）-0.12exp（-2z）+0.27exp（-z）+0.06exp（2z）

此外，还有任意多的其他变型的可能性，这特别表现在多个支承辊和中间辊在轧辊间隙的一侧或两侧的设置方面，而且仍具有同样的优点，正如在对附图中的轧机所进行的有关叙述的那样。上述多种变型可能性还表现在多辊轧机的各种配置上。还存在一种可能性，即根据本发明，轧机的工作辊在轧制平面上可以相互偏转地设置或者协同作用的轧辊对的轴线横向于轧制平面可相互倾斜可调地调置。当然最根本的是，本发明的轧辊轮廓形状在载荷状态下互补，而不是在无载荷状态下互补。

Claims (10)

1、生产轧材，特别是轧制带材的轧机，它具有工作辊，该工作辊根据情况支承在支承辊上或支承在支承辊和中间辊上，在轧机机架中，工作辊和/或支承辊和/或中间辊可轴向移动地设置并具有基本上沿整个辊身长度伸展的弯曲轮廓，其特征在于，为了沿轧辊的接触长度得到均匀的压力分布并且为了形成轧辊间隙，即为了对轧辊间隙施加机械影响，和保持轧辊间隙，轧辊(10、11、18、19、20、21、26、27、28、29、30、35、36、37、38、39、40、41、43、44、45、46、47)的外形轮廓构形在于，在原始状态下，或者在无载荷的状态下，在轧辊的每一个相互间相对变化了的轴向位置，共同作用的轧辊的、在轴向步进测量出的轧辊辊身直径总和的变化曲线是一条偏离恒定的变化曲线的变化曲线并且是一个对于轧制中心线呈对称的数学函数。

2、按照权利要求1的轧机，其特征在于，轧辊辊身直径总和的轴向变化曲线的数学函数是一个n次多项式。

3、按照权利要求1的轧机，其特征在于，轴向变化曲线的数学函数是一个指数函数。

4、按照权利要求1的轧机，其特征在于，轧辊辊身直径总和的轴向变化曲线的数学函数是一个角函数。

5、按照权利要求1至4中任一项的轧机，其特征在于，轧辊辊身直径总和的轴向变化曲线分段地由不同的数学函数组合而成。

6、按照权利要求1至4中任一项的轧机，其特征在于，轧辊辊身直径总和的轴向变化曲线是多个数学函数的总和、加权平均值或线性综合。

7、按照权利要求1至4中任一项的轧机，其特征在于，在轧辊的每一个相对的轴向位置上，轧辊辊身直径总和的轴向变化曲线是一个对于轧制中心线呈对称的函数。

8、按照权利要求1至4中任一项的轧机，其特征在于，轧辊（10、11）的外形轮廓，特别是工作辊（10、11）的外形轮廓由一个外凸的部分（12）和一个内凹的部分（13）组成，其变化曲线由一个多项式函数和一个指数函数合成，其中，内凹弯曲（13）大于外凸弯曲（12）。

9、按照权利要求1至4中任一项的轧机，其特征在于，轧辊（10、18、19、26、28、29、35、37、38、44、45、46、47）是仅在轧材平面的一侧可轴向移动地设置的。

10、按照权利要求1至4中任一项的轧机，其特征在于，从力线的方向看，可轴向移动的轧辊（28、29）是相互并列设置的。

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