CN101961729B - 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

一种六辊轧机，包括用于轧制轧带的成对的上、下工作轧辊，用于支撑该对上、下工作轧辊的成对的上、下中间辊，以及用于支撑该对上、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的内、外没有支撑辊。类似的四辊轧机缺少中间辊。在六辊或四辊轧机中，工作轧辊被驱动，并且工作轧辊具有小的直径，并采用具有高纵向弹性模量的材料，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六辊轧机(以下称为六辊轧钢机)中，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。
采用工作轧辊驱动，上述切向力不起作用，但是，轧机的进口侧和出口侧之间的张力差或张力差起作用。因此，在驱动系统的允许强度范围内，工作轧辊直径的最小值由承受张力差的工作轧辊的抗挠刚度值，并且与上述直径相比，至少工作轧辊直径是可行的。而且，采用工作轧辊驱动，与上述直径相比，即使在四辊轧机(以下称为四辊轧钢机)中，至少能够根据这种观点实现工作轧辊直径。
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。
引用列表：
专利文献
专利文献1  JP-A-5-50109
专利文献2  JP-A-60-238021
非专利文献
非专利文献1  1991年5月出版的“Industrial Machinery”(第56-60页)。
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或四辊轧钢机轧涉及下述问题：用于支撑辊部分的的空间太小，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板中或在板中产生。
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。
已经考虑到上述情况提出了本发明。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
为了解决上述问题，本发明提供了一种六辊轧机，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-up rolls)，该六辊轧机在工作轧辊的可轧带宽度的内、外没有支撑辊(supportingrolls)，其中
工作轧辊被驱动，
具有高纵向弹性模量的材料用于工作轧辊，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。
为了解决上述问题，本发明还提供了一种四辊轧机，包括用于轧制钢带的成对的上、下工作轧辊，以及用于支撑工作轧辊的成对的上、下支承辊，该四辊轧机在工作轧辊的可轧带宽度的内、外没有支撑辊，其中
工作轧辊被驱动，
具有高纵向弹性模量的材料用于工作轧辊，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。
六辊或四辊轧机的特征在于，高纵向模量材料与常规材料之比(纵向模量比)K为1.2至3.0。如果工作轧辊为合成材料辊，则优选等效纵向弹性模量用作该纵向弹性模量。
为了解决上述问题，本发明而且提供了一种串列式轧机，包括配置在其中的多个轧机台，特征在于六辊轧机或四辊轧机设置为所述台中的至少一个。
有益效果
根据本发明的特征，高纵向模量材料用于工作轧辊。通过这样做，确保了工作轧辊的抗挠刚度，并且使工作轧辊的直径变小对应于高刚性的量。因此，可以降低边缘下垂，能够改善表面光泽度，并可以降低最小可轧带厚度。而且，这种轧机和串列式轧机可以应用于用于硬质材料的重载荷、大扭矩轧机。它们特别优选用于冷轧。
附图说明
图1为显示本发明的实施方式1的六辊轧钢机正视截面图。
图2为图1中的II-II线截取的截面图。
图3为组合式轧辊的说明图。
图4为进口侧-出口侧张力差的说明图。
图5为工作轧辊的偏转的说明图。
图6为示出实施方式1和常规例子中的工作轧辊最小直径上限Dmax’s之间的比较的图示。
图7为示出它们中的最小直径下限Dmin’s之间的比较的图示。
图8A为工作轧辊偏移的说明图，示出了实施方式1的应用例。
图8B为施加在应用例中的工作轧辊上的载荷的说明图。
图9A为中间辊偏移的说明图，示出了实施方式1的另一应用例。
图9B为施加在所述另一应用例中的工作轧辊上的载荷的说明图。
图10为示出了实施方式1的又一应用例的六辊轧钢机的工作轧辊移位的说明图。
图11为示出了本发明的实施方式2的四辊轧钢机的正视截面图。
图12为沿图11中的XII-XI线截取的截面图。
图13为示出了实施方式2的应用例的四辊轧钢机的工作轧辊移位的说明图。
图14为本发明应用于串列式轧机的说明图。
具体实施方式
将采用附图由下述实施方式详细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。图3为组合式轧辊的说明图。图4为进口侧-出口侧张力差的说明图。图5为工作轧辊的偏转的说明图。图6为示出实施方式1和常规例子中的工作轧辊最小直径上限Dmax’s之间的比较的图示。图7为示出它们中的最小直径下限Dmin’s之间的比较的图示。图8A为工作轧辊偏移的说明图，示出了实施方式1的应用例。图8B为施加在应用例中的工作轧辊上的载荷的说明图。图9A为中间辊偏移的说明图，示出了实施方式1的另一应用例。图9B为施加在所述另一应用例中的工作轧辊上的载荷的说明图。图10为六辊轧钢机的工作轧辊移位的说明图，示出了实施方式1的又一应用例。
如图1和2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6(6a、6b)由壳体7a、7b支撑。
具有高纵向弹性模量的材料用于该对上、下工作轧辊2。具有高纵向弹性模量的材料的例子是硬质合金，如碳化钨(纵向弹性模量：53,000kg/mm2)，或陶瓷(纵向弹性模量：31,000kg/mm2)。特种锻钢(纵向弹性模量：21,000kg/mm2)等已经作为常规材料进行使用。
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，如图3所示，采用高纵向模量材料作为辊表层材料2A和采用常规材料作为辊内层材料2B的辊合成材料可以用于该对上、下工作轧辊2。在这种情况中使用的纵向弹性模量为如下所示的等效纵向弹性模量。
等效纵向弹性模量Ee由下述等于(1)表示：
Ee＝(d14+(d24-d14)×E2/E1)/d24    等式(1)
其中d2为辊表层材料2A的外径，E2为辊表层材料2A的纵向弹性模量，d1为辊内层材料2B的外径，E1为辊内层材料2B的纵向弹性模量。
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。
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。该对上、下中间辊3具有辊直径降低的辊肩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。
该对上、下中间辊3经由轴承(未示出)由轴承座15a至15d支撑。该对上、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4和图5描述由轧机进口侧-出口侧张力差引起的工作轧辊的偏转。
如图4所示，如果轧机的进口侧张力指定为Tb，轧机的出口侧张力指定为Tf，则作为Tb和Tf之间的差异的张力差施加在工作轧辊2上。由于用于工作轧辊的轴承的数量在操作侧和驱动侧都是一个，则适用图5中示出的简单支承的支撑条件。这种情况中的工作轧辊的水平偏转δs由下述等式(2)表示，其中F表示每单位长度的张力差，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的纵向弹性模量(21,000kg/mm2)：
δs＝5×F×L4/(384×Ec×Ic)    等式(2)
其中Ic＝π×Dc4/64
F＝(Tf-Tb)/L/2
具有高纵向弹性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(3)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(3)
其中Ir＝π×Dr4/64
假设δr＝δs，则Dr由下述等式(4)表示：
Dr＝Dc/K(1/4)    等式(4)
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(5)表示：
最小直径上限Dmax1＝D4max×B/K(1/4)    等式(5)
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))
实施方式1中的每轧带宽度的最小直径上限Dmax1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。
最小直径下限Dmin1＝D4min×B/K(1/4)等式(6)
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7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、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，通过硬质材料的轧制，可以以高生产率获得具有高产品质量的轧带1。
如图8A和8B所示，根据进口侧-出口侧张力差(Tf-Tb)/2，高纵向模量材料的工作轧辊2可以沿水平方向向轧制方向的进口侧变化地偏移(参见图8A中的偏移量α)。通过这样做，进口侧-出口侧张力差(Tf-Tb)/2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＝(Tf-Tb)/2-Q×α/((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。
如图9A和9B所示，根据进口侧-出口侧张力差(Tf-Tb)/2，中间辊3可以沿水平方向向轧制方向的出口侧变化地偏移(参见图9A中的偏移量β)。通过这样做，进口侧-出口侧张力差(Tf-Tb)/2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9B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(8)表示：
Fw＝(Tf-Tb)/2-Q×β/((Dw+DI)/2)    等式(8)
其中Dw表示工作轧辊的直径，DI表示中间辊的直径。
在本实施方式中，该对上、下工作轧辊2被构造为不沿轴向方向移位。然而，如下文将讨论的那样，工作轧辊2可以具有能够沿轴向方向移位的结构。这种用于工作轧辊的移位结构例如是如专利文献2中示出的结构。
如图10所示，成对的上、下工作轧辊2具有呈锥形的辊肩2a，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。该对上、下工作轧辊2的辊颈部在操作侧和驱动侧都安装有轴承(未示出)。该对上、下工作轧辊2经由驱动侧轴承(未示出)可由移位汽缸(未示出)沿轴向方向移动。
接下来，将提供对通过具有锥形辊肩2a的工作轧辊2的移位降低边缘下垂的方法的说明。工作轧辊2设置有呈垂直点对称的锥形辊肩2a，从辊肩位置至板端部的距离表示为δw和δd。提供轧带厚度计(未示出)，用于测量轧机出口侧上的操作侧和驱动侧上的轧带边缘部分附近的一个点或多个点处的轧带厚度。
如果已经在操作侧测量的轧带边缘部分附近的一个点或多个点处的轧带厚度小于预定轧带厚度，则上工作轧辊2沿辊轴宽度变窄的方向移位。也就是说，上工作轧辊2沿δw增加的方向移位。相反，如果在轧带边缘部分附近的位置处的测量到的轧带厚度大于预定轧带厚度，则上工作轧辊2沿辊轴宽度变宽的方向移位。也就是说，上工作轧辊2沿δw减小的方向移位。
如果已经在驱动侧测量的轧带边缘部分附近的一个点或多个点处的轧带厚度不同于预定轧带厚度，则下工作轧辊2以类似的方式移位，使得上述轧带厚度等于预定轧带厚度。本质上，通过采用高纵向模量材料的工作轧辊2，可以使工作轧辊直径变小。因此，轧制负荷可以降低，与小直径一致。这使得能够限制轧带边缘部分处的厚度急剧减小，这称为变为生率下降的原因的边缘下垂。
小直径工作轧辊和上述工作轧辊移位的结合使用可以最小化锥形辊肩2a，或者最小化移位距离δw或δd。这种技术优选特别用于脆性材料的轧制，如电磁性薄钢板，其易受这些值的影响，并且易碎裂。图10描述了图1的作为代表的轧机，但可以使用具有图8A、8B中的可变偏移工作轧辊的轧机或具有图9A、9B中的可变偏移中间辊的轧机。
本实施方式示出了一个例子，其中该对上、下中间辊3具有辊直径降低的辊肩3a，其位于轧辊筒端部的与轧带1的轧带宽度的中心成垂直点对称的位置处。然而，该对上、下中间辊3可以构造为具有与轧带1的轧带宽度的中心成垂直点对称的S-弯曲形轧辊凸面，并且沿轴向方向移位，如非专利文献1所示。在这种情况中，控制形状的能力低于具有辊肩3a的六辊轧钢机中能力，但高于四辊轧钢机中的能力。而且，图10中所示的前述工作轧辊移位可适用于这种轧机。
实施方式2
图11为四辊轧钢机的正视截面图，示出了本发明的实施方式2。图12为沿图11中的XII-XI线截取的截面图。图13为四辊轧钢机的工作轧辊移位的说明图，示出了实施方式2的应用例。
本实施方式的轧机为四辊轧机，并且如图11和12所示，构造为从表示实施方式1的六辊轧机上去除该对上、下中间辊3、轴承座15a至15d以及弯曲汽缸16a至6d的组。在这种情况中，板形状控制能力极大地下降，但结构被进一步简化了。
在本实施方式中，该对上、下工作轧辊2未示出用于沿轴向方向移位的结构。然而，如图13所示，工作轧辊2可以构造为具有锥形的辊肩2a，其位于轧辊筒端部的与轧带1的轧带宽度的中心成垂直点对称的位置处，并且沿轴向方向可移动。根据这种结构，采用更简单的结构可以降低边缘下垂。
上述应用例是一种结构的例子，其中该对上、下工作轧辊2在位于轧辊筒端部的与轧带1的轧带宽度的中心成垂直点对称的位置处具有锥形辊肩2a，并且沿轴向方向可移动。然而，该对上、下工作轧辊2可以构造为具有与轧带1的轧带宽度的中心成垂直点对称的S-弯曲形轧辊凸面，并且沿轴向方向移位，如非专利文献1所示。在这种情况中，控制形状的能力比图13中示出的四辊轧钢机中的高。
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14所示，将它应用于第一个台，使得高纵向模量材料的小直径工作轧辊厚度下降很大。当它应用于最后一个台，即图中的第四个台时，通过高纵向模量材料的小直径工作轧辊，可以轧制较薄的轧带。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。图14图示了作为具有根据本发明的小直径工作轧辊的轧机的代表的六辊轧钢机，但类似地可以适用于四辊轧钢机。
附图标记列表
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
15ato15d 中间辊轴承座
17a至17d 支承辊轴承座
14a至14d 工作轧辊弯曲汽缸
16a至16d 中间轧辊挠度滚筒

Claims (6)

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、下支承轧辊，该六辊轧机在工作轧辊的可轧带宽度的内、外没有支撑辊，其中：
工作轧辊直接被心轴驱动，
具有高纵向弹性模量的材料用于工作轧辊，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为高纵向模量材料的纵向弹性模量与常规材料的纵向弹性模量之比，其中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：
高纵向模量材料与常规材料纵向模量之比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。
4.一种四辊轧机，包括用于轧制钢带的成对的上、下工作轧辊，以及用于支撑工作轧辊的成对的上、下支承轧辊，该四辊轧机在工作轧辊的可轧带宽度的内、外没有支撑辊，其中：
工作轧辊被驱动，
具有高纵向弹性模量的材料用于工作轧辊，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为高纵向模量材料的纵向弹性模量与常规材料的纵向弹性模量之比，其中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。
5.根据权利要求4所述的轧机，其中：
高纵向模量材料与常规材料纵向模量之比K为1.2至3.0。
6.一种串列式轧机，包括配置在其中的多个轧机台，其中
根据权利要求4的轧机设置为所述台中的至少一个。
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