CN102527727A - 一种可柔性调节辊型曲线的轧辊 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种可柔性调节辊型曲线的轧辊，在轧辊本体的通心孔内部采用静配合方式装入多组电热温控胀棒，直接利用电感热（或电阻热）使电热胀棒产生径向扩张变形并形成内胀驱动力，由此来推动轧辊辊体产生径向变形。其中，每两个电热胀棒之间装有绝热定距环，使热流沿径向定向传导，胀棒推动辊体产生径向变形。当分别对各组电热胀棒供给不同的电流时，可分段调节轧辊辊型。由此，本发明可生成各种连续可变的高阶辊型曲线，实现板形的柔性调节。本发明具有补偿轧辊磨损，消除局部高次浪形的功效。

Description

一种可柔性调节辊型曲线的轧辊

技术领域

本发明涉及板带轧机技术领域，特别是涉及一种可柔性调节辊型曲线的轧辊。

背景技术

在板带材工业生产中，轧辊作为实现板带材加工的工具被安装在二辊轧机、四辊轧机、六辊HC（High Crown，高性能轧辊凸度）轧机和多辊轧机中。为了使轧机具有板形调节功能，通常采用液压弯辊、串辊、喷水、CVC（Continuous Variable Crown，连续可变凸度）辊型等多种辊型调节方式，借以改变承载辊缝形状，达到板形控制目的。除此之外，美国、英国、日本等也相继提出了将电加热器作为热源放置在轧辊通心孔内进行分段局部加热调节板形的构想。一种方式是在轧辊通心孔分段放置热源，采用由6组铠式加热棒组装成的加热器来对轧辊内孔进行局部加热，试图解决轧辊辊型曲线调节问题。另一种方式为检测辊型外部轮廓，在轧辊通心孔内部，利用分段柱棒式热源加热器对其接触部位进行局部加热，试图调节轧辊外部辊型曲线。

但是，发明人在进行本发明时发现，上述两种方式都具有以下缺陷：由于内孔不同加热区域不能沿径向定向传热，导致各段辊体径向温度沿轴向均化，各段之间所存在的温度耦联关系难以解决，热源处没有温度传感器，无法进行量化温度调节。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提供一种可柔性调节辊型曲线的轧辊，可生成各种连续可变的高阶辊型曲线，实现板形的柔性调节。

为达到上述目的，本发明提供一种可柔性调节辊型曲线的轧辊，所述轧辊包括带有通心孔的轧辊本体、滑环部件、温度检测与控制模块、电源、k组内胀驱动力部件和k±1组绝热定距环，其中k为自然数；

所述k组内胀驱动力部件和k±1组绝热定距环间隔安装在所述轧辊本体的通心孔中。所述滑环部件安装在所述轧辊本体的端部；

所述内胀驱动力部件包括电热载流体、温度传感器和电热胀棒；所述电热胀棒与所述轧辊本体的通心孔过盈装配；所述电热载流体设置在所述电热胀棒上，用于对所述电热胀棒加热；所述温度传感器设置在所述电热胀棒上，用于采集所述电热胀棒的温度信号；

所述电源通过所述滑环部件为所述电热载流体供电，所述温度传感器通过所述滑环部件将采集到的温度信号发送给所述温度检测与控制模块；

所述温度检测与控制模块用于根据所述温度传感器采集到的温度信号和预先设定的温度值生成温控信号，通过所述温控信号控制所述电源对所述电热载流体的供电。

其中，所述轧辊本体和电热胀棒由不发生塑性变形的材料制成。

其中，所述电热胀棒由体胀系数大、强度高的金属材料制成。

其中，每组内胀驱动力部件由电源独立供电，并独立向所述温度检测与控制模块发送温度信号。

其中，所述k的范围为1~50；辊型曲线曲线函数可展开为泰勒级数，其阶次n等于电热胀棒的数量的2倍，该曲线函数如下：

其中n=2k。

其中，所述温控信号包括测量温度、供电时间和时断频率，所述电热胀棒的加热温度小于或等于300℃。

其中，所述电热载流体为热阻或电感。

其中，所述电热胀棒为中间细两端粗的柱形，所述电热载流体设置在所述电热胀棒的中间细的部位。

其中，所述电热胀棒为中间粗两端细的柱形，所述电热载流体设置在所述电热胀棒的两端细的部位。

其中，所述电热胀棒为表面具有螺旋槽状分布的螺柱，所述电热载流体设置在所述螺柱的凹槽内，所述螺柱或过盈装配有外套。

与现有技术相比较，本发明具有以下有益效果：

（1）本发明通过对过盈装配在轧辊本体的通心孔中的电热胀棒进行加热，使电热胀棒产生内胀驱动力，促使轧辊辊型曲线按辊型控制要求进行预控和在线调节，并通过温度检测和信号分析，给出最优化辊型，实现最佳辊缝形状控制，达到板形控制的目的； 

（2）本发明可生成各种连续可变的高阶辊型曲线，具有辊型柔性调节功能，电热温度响应快、适应各种板形调节，对提高板带材平直度和实现高速轧制具有重要实用价值；

（3）本发明具有补偿轧辊磨损，消除局部高次浪形的功效；

（4）本发明不仅可调节具有四次曲线的浪形，还可以对各种高次浪形及局部浪形进行有效控制；辊型曲线易于构造，如CVC轧机辊型、HC轧机辊型等，板形调节功能较传统具有更强的调节能力；本发明不仅适用板带冷轧，还适用于板带热轧。

附图说明

图1是本发明实施例1的一种可柔性调节辊型曲线的轧辊的结构示意图。

图2是本发明实施例1的可柔性调节辊型曲线的轧辊轴剖面图。

图3是本发明实施例1的内胀驱动力部件的结构示意图。

图4是本发明实施例2的内胀驱动力部件的结构示意图。

图5是本发明实施例3的内胀驱动力部件的结构示意图。

其中，1.通孔螺钉，2.轧辊本体，3. 绝热定距环，4.内胀驱动力部件，5.端部螺钉，6.电热载流体，7.温度传感器，8. 温度信号线，9.电热胀棒，10.信号连线，11.供电线，12.地线，13.滑环部件，14.连接法兰，15.螺钉。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

实施例1

本实施例的一种可柔性调节辊型曲线的轧辊的结构如图1和图2所示，包括带有通心孔或台阶式同心孔的轧辊本体2、滑环部件13、连接法兰14、螺栓15、温度检测与控制模块、电源、k组内胀驱动力部件4和k±1组绝热定距环3，其中k为自然数。本实施例中轧辊本体2带有通心孔，且电热胀棒9与轧辊本体2保持过盈装配。

所述k组内胀驱动力部件4和k±1组绝热定距环3间隔安装在所述轧辊本体2的通心孔中；本实施例中在轧辊本体2的通心孔内部采用静配合方式安装内胀驱动力部件4，在内胀驱动力部件之间安装多组绝热定距环3，通过两端部螺钉1、5将内胀驱动力部件4和绝热定距环3封装在轧辊本体2的通心孔中。

所述内胀驱动力部件4的结构如图3所示，包括电热载流体6、温度传感器7和电热胀棒9；所述电热胀棒9与轧辊本体2的通心孔保持过盈配合，所述电热载流体6设置在所述电热胀棒9上，用于对所述电热胀棒9加热；所述温度传感器7设置在所述电热胀棒9上，用于采集所述电热胀棒9的温度信号，温度信号通过温度信号线8输出。

所述电源通过所述滑环部件13为所述电热载流体6供电，其中所述电源通过供电线11和地线12与所述滑环部件13连接；所述温度传感器7通过所述滑环部件13将采集到的温度信号发送给所述温度检测与控制模块，其中所述滑环部件13通过信号连线10传输所述温度信号。

所述温度检测与控制模块用于根据所述温度传感器7采集到的温度信号和预先设定的温度值生成温控信号，通过所述温控信号反馈控制所述电源对所述电热载流体6的供电。

所述轧辊本体2和电热胀棒9由不发生塑性变形的材料制成，本实施例中所述电热胀棒9由体胀系数大、强度高的金属材料制成。

每组内胀驱动力部件4由电源独立供电，并独立向所述温度检测与控制模块发送温度信号。电热胀棒的数量k由板形缺陷控制形式确定，对于宽带钢轧制，电热胀棒的数量一般为1~50。当板形不良时，根据不良板形产生的位置，对应残余应力为拉应力区进行供电，并使受热膨胀的电热胀棒推动局部接触的轧辊内孔及其辊体产生径向变形。当工作辊内孔装有电热胀棒时，可直接调整板形；当支承辊装有电热胀棒时调节辊间压力分布。

所述滑环部件13安装在所述轧辊本体2的端部，用于供电和温度信号传输。本实施例中，在轧辊本体端部安装由供电滑环和测温信号输出滑环，滑环的环数由电热胀棒的数量确定。

供电加热温度直接由温度传感器测出并传送给温度检测与控制模块。温度检测与控制模块将输出的实测温度信号与设定温度及其板形检测信号进行对比，生成温控信号，实现电热胀棒温度及内胀驱动力的反馈控制，所述温控信号包括测量温度、供电时间和时断频率。本实施例中温度传感器采用热电偶，温度检测与控制模块的功能由计算机实现。

所述电热载流体6为热阻或电感，本实施例中采用电感。当电感中通过电流时，电热胀棒迅速升温并沿径向产生内胀驱动力，由此能够快速推动辊体产生径向变形。当电热胀棒的加热温度使辊型曲线达到板形良好目标设定值时，通过对电热胀棒温度检测和温度反馈，实现电热胀棒恒温和恒定内胀驱动力控制，通常电热胀棒温度不超过300℃。

    当需要调节辊型时，分别对每一组内胀驱动力部件4供电，以电阻热或电感热方式使内胀驱动力部件4中的电热胀棒9产生内胀驱动力并推动轧辊本体中心通孔接触区产生径向变形。当每组电热胀棒通有不同电流时，轧辊本体由此产生的径向变形量沿轧辊轴向分布不同，并生成具有不同调节功能的高次辊型曲线。其中辊型曲线曲线函数可展开为泰勒级数，其阶次n等于电热胀棒的数量的2倍，该曲线函数如下：

其中n=2k。

本实施例中，所述电热胀棒9为带有测温元件的中部加热（或螺旋柱加热）电热胀棒，其结构如图3所示，该电热胀棒为中间细两端粗的柱形，所述电热载流体6设置在所述电热胀棒9的中间细的部位。

本实施例的轧辊本体2开有中心通孔，将电热胀棒9以过盈配合方式安装在轧辊本体2的通心孔内并通电升温，在绝热定距环3作用下，电热胀棒9产生定向升温和径向膨胀并产生内胀驱动力。内胀驱动力受温度控制，温度传感器7测出温度信号后经信号采集、放大、处理后，在计算机上输出温控信号。 

通常在轧辊本体的通心孔内安装多组内胀驱动力部件4，每一组都是独立供电和独立信号输出，供电电流的大小取决于电感或电阻的大小及最佳控温量。当供给每组电流强度不同时，电热胀棒所产生的径向膨胀量亦不同，并推动轧辊产生不均匀径向变形。

本发明可用于安装板带冷轧工作辊、中间辊和支承辊，可用于板带热轧工作辊、中间辊和支承辊。

本发明是一种应用于板带轧机辊系直接调控承载辊缝形状和辊间接触力的新式轧辊，适用于开发制造新式板带轧机及其板形柔性控制系统，其原理是：将带有辊型柔性调控轧辊安装在轧机上、下工作辊（或支承辊）位置。当轧制板形不良时，需要立即启动调控轧辊辊型。在板形调控辊中，对与板带非浪形区域（残余应力为拉应力区）对应的的电热胀棒进行供电升温，使电热胀棒沿径向热胀后迫使轧辊辊径增大，由此来增加局部辊缝相对压下量，借以调控板形。本辊型调控方法具有热惯性小，轧辊定向胀径迅速，适应轧钢高速生产和板形闭环控制等特点。

实施例2

本实施例与实施例1基本相同，本实施例与实施例1的不同之处在于：所述电热胀棒9为端部加热（或螺旋加热）电热胀棒，其结构如图4所示，该电热胀棒9为中间粗两端细的柱形，所述电热载流体6设置在所述电热胀棒9的两端细的部位。

实施例3

本实施例与实施例1基本相同，本实施例与实施例1的不同之处在于：所述电热胀棒9为螺旋柱状加热（或心部加热）电热胀棒，其结构如图5所示，该电热胀棒9为表面具有螺旋槽状分布的螺柱或过盈装配外套，所述电热载流体6设置在所述螺旋槽内。

通过以上实施例可以看出，本发明具有以下有益效果： 

（1）本发明通过对过盈装配在轧辊本体的通心孔中的电热胀棒进行加热，使电热胀棒产生内胀驱动力，促使轧辊辊型曲线按辊型控制要求进行预控和在线调节，并通过温度检测和信号分析，给出最优化辊型，实现最佳辊缝形状控制，达到板形控制的目的； 

（2）本发明可生成各种连续可变的高阶辊型曲线，具有辊型柔性调节功能，电热温度响应快、适应各种板形调节，对提高板带材平直度和实现高速轧制具有重要实用价值；

（3）本发明具有补偿轧辊磨损，消除局部高次浪形的功效；

（4）本发明不仅可调节具有四次曲线的浪形，还可以对各种高次浪形及局部浪形进行有效控制；辊型曲线易于构造，如CVC轧机辊型、HC轧机辊型等，板形调节功能较传统具有更强的调节能力；本发明不仅适用板带冷轧，还适用于板带热轧。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和替换，这些改进和替换也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种可柔性调节辊型曲线的轧辊，其特征在于，所述轧辊包括带有通心孔的轧辊本体、滑环部件、温度检测与控制模块、电源、k组内胀驱动力部件和k±1组绝热定距环，其中k为自然数；

所述k组内胀驱动力部件和k±1组绝热定距环间隔安装在所述轧辊本体的通心孔中，所述滑环部件安装在所述轧辊本体的端部；

所述内胀驱动力部件包括电热载流体、温度传感器和电热胀棒；所述电热胀棒与所述轧辊本体的通心孔过盈装配；所述电热载流体设置在所述电热胀棒上，用于对所述电热胀棒加热；所述温度传感器设置在所述电热胀棒上，用于采集所述电热胀棒的温度信号；

所述电源通过所述滑环部件为所述电热载流体供电，所述温度传感器通过所述滑环部件将采集到的温度信号发送给所述温度检测与控制模块；

所述温度检测与控制模块用于根据所述温度传感器采集到的温度信号和预先设定的温度值生成温控信号，通过所述温控信号反馈控制所述电源对所述不同电热载流体的供电。

2.根据权利要求1所述的可柔性调节辊型曲线的轧辊，其特征在于，所述轧辊本体和电热胀棒由不发生塑性变形的材料制成。

3.根据权利要求2所述的可柔性调节辊型曲线的轧辊，其特征在于，所述电热胀棒由体胀系数大、强度高的金属材料制成。

4.根据权利要求1所述的可柔性调节辊型曲线的轧辊，其特征在于，每组内胀驱动力部件由电源独立供电，并独立向所述温度检测与控制模块发送温度信号。

5.根据权利要求4所述的可柔性调节辊型曲线的轧辊，其特征在于，所述k的范围为1~50；辊型曲线曲线函数可展开为泰勒级数，其阶次n等于电热胀棒的数量的2倍，该曲线函数如下：

其中n=2k。

6.根据权利要求1所述的可柔性调节辊型曲线的轧辊，其特征在于，所述温控信号包括测量温度、供电时间和时断频率，所述电热胀棒的加热温度小于或等于300℃。

7.根据权利要求1所述的可柔性调节辊型曲线的轧辊，其特征在于，所述电热载流体为热阻或电感。

8.根据权利要求1至7任一项所述的可柔性调节辊型曲线的轧辊，其特征在于，所述电热胀棒为中间细两端粗的柱形，所述电热载流体设置在所述电热胀棒的中间细的部位。

9.根据权利要求1至7任一项所述的可柔性调节辊型曲线的轧辊，其特征在于，所述电热胀棒为中间粗两端细的柱形，所述电热载流体设置在所述电热胀棒的两端细的部位。

10.根据权利要求1至7任一项所述的可柔性调节辊型曲线的轧辊，其特征在于，所述电热胀棒为表面具有螺旋槽状分布的螺柱，所述电热载流体设置在所述螺柱的凹槽内，所述螺柱或过盈装配有外套。

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