CN103495605A - 一种板材热轧设备与方法 - Google Patents

Abstract

一种板材热轧方法：其特征在于按以下步骤进行：（1）通过交流电源对金属管架施加交流电，使两个轧辊上的金属管架产生磁场，启动轧辊，通过磁场感应将轧辊表面加热至200～900℃；同时并向金属管架的各圆弧形金属管内通入水并保持水流动；（2）将金属板带材送入轧辊中进行轧制，轧辊转速为10～4800rpm，轧制力为200～20000kN，轧制时通过磁场感应保持轧辊表面温度为200～900℃，向金属管架的各圆弧形金属管内通入水并保持水流动。

Description

一种板材热轧设备与方法

技术领域

本发明属于轧钢技术领域，特别涉及一种板材热辊温轧装置及方法。 

背景技术

随着轧钢装备制造水平的提高，轧制技术正向着自动化、高速化和智能化方向发展，轧钢生产效率和产品质量控制水平越来越高。普通钢和铁素体不锈钢、低硅无取向硅钢等特殊钢的连续化生产工艺技术问题已经得到解决；针对某些金属材料在冷轧过程中存在变形抗力大和塑性差的问题，目前采用传统的温轧工艺方法；传统的温轧工艺方法是在热轧机或冷轧机上对轧件加热至再结晶温度以下，再进行轧制的方法；由于加热轧件内部原子热运动速度加快，金属晶粒产生回复，轧制过程中变形金属在滑移变形机制作用下，轧件克服了位错增值和柯氏气团等阻碍作用，金属内部组织产生软化，轧制变形容易实现。但是由于传统温轧工艺方法轧制板带材的厚度一般较薄，板带材的热容量较小，板带材的加热和散热速度较快，轧制过程温度板带材不均匀，容易造成轧制过程的稳定性控制等问题还难以解决，该方法的应用受到一定限制。开发一种金属板带材的轧制装置及方法是目前急需解决的问题。 

发明内容

针对现有金属板带材在轧制技术上的问题，本发明提供一种金属板带材的热辊温轧装置及方法，通过对轧辊加热，使轧制过程处于升温状态并更容易控制，尤其在难加工金属板带材的加工过程中提高塑性变形能力和稳定性。 

本发明的金属板带材的热辊温轧装置包括双辊轧机，其特征在于：在双辊轧机的每个轧辊近距离处设置一个加热装置，该加热装置为金属管架，金属管架由两个对称设置的金属管组和一个连接管构成；每个金属管架上的两个金属管组通过连接管互相连通；每个金属管组由上汇总管、下汇总管和多个圆弧形金属管构成，每个圆弧形金属管的上下两端分别与上汇总管和下汇总管连通；每个金属管架中，其中一个金属管组上设有进水口与进水管连通，另一个金属管组上设有出水口与出水管连通，两个金属管组分别连接交流电源的两极；各圆弧形金属管与轧辊之间的距离为2～10mm，各圆弧形金属管的弧度为120゜～130゜，金属管组的宽度至少为轧辊轴向长度的90%。 

上述装置中，每个轧辊上的金属管架上的两个金属管组通过连接管互相连通，连接管的两端分别连接两个金属管组的上汇总管或下汇总管上；其中当连接管的两端分别连接两个金属管组的上汇总管时，两个金属管组的下汇总管上分别设有进水口和出水口，并且电源的两极分别设置在两个金属管组的下汇总管上；当连接管的两端分别连接两个金属管组的下汇总管时，两个金属管组的上汇总管上分别设有进水口和出水口，并且电源的两极分别设置在两 个金属管组的上汇总管上。 

上述装置中，每个金属管组的进水口和进水管之间设有绝缘垫，每个金属管组的出水口和出水管之间设有绝缘垫。 

上述的圆弧形金属管选用铜管，圆弧形金属管的内径为10～12mm，壁厚为1～1.5mm；在同一金属管组中相邻的圆弧形金属管的间距为2～10mm。 

本发明的采用上述装置进行金属板带材的热辊温轧方法按以下步骤进行： 

1、通过交流电源对金属管架施加交流电，使两个轧辊上的金属管架产生磁场，启动轧辊，通过磁场感应将轧辊表面加热至200～900℃；同时并向金属管架的各圆弧形金属管内通入水并保持水流动； 

2、将金属板带材送入轧辊中进行轧制，轧辊转速为10～4800rpm，轧制力为200～20000kN，轧制时通过磁场感应保持轧辊表面温度为200～900℃。 

上述方法中，施加交流电时交流电的工作频率为30～1000kHZ。 

上述方法中，金属板带材送入轧辊前的温度为常温。 

上述方法中，金属板带材进入轧制后脱离轧机前的温度为180～680℃。 

上述方法中，金属板带材厚度为1.5～2.55mm，轧制后变形率为33～95%。 

本发明的原理是，采用金属管架装置设置在轧辊表面，轧制前先将轧辊加热，并在圆弧形金属管中通入水进行冷却，然后对金属板带材进行轧制，金属板带材进入辊缝后被加热导致组织软化，并发生晶粒回复，晶粒晶界产生滑移或孪晶变形，位错等组织缺陷减少，能够保证轧制的顺利进行；实验表明，本发明的装置及方法尤其适用于轧制难加工金属材料；难加工金属板带材是指材质为高硅钢、镁、镁合金、钛、钛合金、钼、钼合金或马氏体不锈钢的板带材，采用本发明的装置和方法对上述材质的板带材轧制可取得良好效果。本发明的方法成本较低，操作方便，具有良好的应用前景。 

附图说明

图1为本发明实施例中的金属板带材的热辊温轧装置结构示意图； 

图中1、上轧辊，2、下轧辊，3、金属板带材，4-1、上轧辊第一上汇总管，4-2、上轧辊第一下汇总管，4-3、上轧辊第一圆弧形金属管，5-1、上轧辊第二上汇总管，5-2、上轧辊第二下汇总管，5-3、上轧辊第二圆弧形金属管，6-1、下轧辊第一下汇总管，6-2、下轧辊第一上汇总管，6-3、下轧辊第一圆弧形金属管，7-1、下轧辊第二下汇总管，7-2、下轧辊第二上汇总管，7-3、下轧辊第二圆弧形金属管，8、第一绝缘垫，9、第二绝缘垫，10、第三绝缘垫，11、第四绝缘垫，12、上轧辊进水管，13、下轧辊进水管，14、下轧辊出水管，15、上轧辊出水管，16、上轧辊连接管，17、下轧辊连接管，18、交流电源，19、水箱，20、水泵。 

具体实施方式

本发明实施例中采用的轧机为二辊板带轧机，传动方式为二辊传动，工作辊直径Φ100～1500mm，工作辊轴向长度：150～2000mm，工作辊材质为9Cr2Mo锻钢或冷硬铸铁，轧辊电机功率为20～2000kW。 

本发明实施例中采用的交流电源的工作频率为30～1000kHZ，最大输出功率为10～110kW，输入功率为11～120kVA，供电电源为50Hz/3φ380V。 

本发明实施例中圆弧形金属管、上汇总管、下汇总管和连接管均采用铜管。 

本发明实施例中采用的Fe-6.5wt%Si高硅钢的成分按重量百分比为Si6.4～6.5%，C0.03～0.05%，Mn0.065～0.075%，S0.02～0.035%，Als0.023～0.03%，N0.007～0.009%,Cu0.08～0.1%,余量为Fe；采用的AZ31镁合金的成分按重量百分比为Al2.7～2.9%，Zn0.94～1.14%，Mn0.311～0.331%，Si0.0163～0.0195%，Cu0.0017～0.0021%，Fe0.0023～0.0028%,Ni0.0006～0.0009%,余量为Mg；采用的TC4钛合金的成分按重量百分比为Al5.5～6.75%，V3.5～4.5%，Fe0.3～0.4%，C0.07～0.08%，N0.012～0.015%，H0.012～0.015%，O0.18～0.2%，余量为Ti；采用的Mo-1钼的成分按重量百分比为C0.002～0.003%，O0.003～0.004%，Si0.002～0.0025%，Fe0.003～0.004%，Al0.001～0.002%，Ni0.008～0.009%，Ca0.001～0.0018%,余量为Mo；采用的9Cr18Mo马氏体不锈钢的成分按重量百分比为C0.95～1.1%，Cr16～18%，Mo0.4～0.7%，余量为Fe。 

实施例1 

采用的二辊板带轧机的上下轧辊尺寸均为Φ180mm×300mm，轧辊材质为9Cr2Mo锻钢，轧机的轧制力为50吨，轧制速度可控； 

金属板带材的热辊温轧装置结构如图1所示，双辊轧机包括上轧辊1和下轧辊2；两个轧辊近距离处分别设有一个金属管架，金属管架由两个对称设置的金属管组和一个连接管构成；每个金属管组由上汇总管、下汇总管和多个圆弧形金属管构成； 

上轧辊1上方外侧的金属管架中，上轧辊第一圆弧形金属管4-3、上轧辊第一上汇总管4-1和上轧辊第一下汇总管4-2构成一个金属管组，上轧辊第一圆弧形金属管4-3上下两端分别与上轧辊第一上汇总管4-1和上轧辊第一下汇总管4-2连通； 

上轧辊第二圆弧形金属管5-3、上轧辊第二上汇总管5-1和上轧辊第二下汇总管5-2构成另一个金属管组，上轧辊第二圆弧形金属管5-3的上下两端分别与上轧辊第二上汇总管5-1和上轧辊第二下汇总管5-2连通； 

上轧辊第一下汇总管4-2和上轧辊第二下汇总管5-2通过上轧辊连接管16连通； 

上轧辊第一上汇总管4-1和上轧辊第二上汇总管5-1上分别设有一个进水口和一个出水口，进水口和出水口分别与上轧辊进水管12和上轧辊出水管15连通；进水口与上轧辊进水管12之间设有第四绝缘垫11，出水口与上轧辊出水管15之间设有第三绝缘垫10； 

上轧辊第一上汇总管4-1和上轧辊第二上汇总管5-1上分别与交流电源18的两极通过导线连接； 

上轧辊第一圆弧形金属管4-3和上轧辊第二圆弧形金属管5-3均为多个圆弧形金属管，各圆弧形金属管的弧度为120゜，各圆弧形金属管与上轧辊表面的距离为5mm；圆弧形金属管的内径为10mm，壁厚为1mm；每个金属排管中的各相邻圆弧形金属管的间距为2mm； 

下轧辊2外侧的金属管架中，下轧辊第一圆弧形金属管6-3、下轧辊第一下汇总管6-1和下轧辊第一上汇总管6-2构成一个金属管组；下轧辊第一圆弧形金属管6-3的上下两端分别与下轧辊第一上汇总管6-2和下轧辊第一下汇总管6-1； 

下轧辊第二圆弧形金属管7-3、下轧辊第二下汇总管7-1和下轧辊第二上汇总管7-2构成另一个金属管组；下轧辊第二圆弧形金属管7-3的上下两端分别与下轧辊第二上汇总管7-2和下轧辊第二下汇总管7-1连通； 

下轧辊第一上汇总管6-2和下轧辊第二上汇总管7-2通过下轧辊连接管17连通； 

下轧辊第一下汇总管6-1和下轧辊第二下汇总管7-1下分别设有一个出水口和一个进水口，出水口和进水口分别与下轧辊出水管14和下轧辊进水管13连通；进水口与下轧辊进水管13之间设有第二绝缘垫9，出水口与下轧辊出水管14之间设有第一绝缘垫8； 

下轧辊第一下汇总管6-1和下轧辊第二下汇总管7-1下分别通过导线与交流电源18的两极连接； 

下轧辊第一圆弧形金属管6-3和下轧辊第二圆弧形金属管7-3均为多个圆弧形金属管，各圆弧形金属管的弧度为120゜，各圆弧形金属管与上轧辊表面的距离为5mm；圆弧形金属管的内径为10mm，壁厚为1mm；每个金属排管中的各相邻圆弧形金属管的间距为2mm； 

各金属管组的宽度为轧辊的轴向长度的105%； 

采用上述装置进行金属板带材的热辊温轧；采用的金属板带材原料的材质分别为Fe-6.5wt%Si高硅钢和AZ31镁合金；两种材料的厚度均为2.55mm，宽度为140mm，长度为300mm； 

通过交流电源对各圆弧形金属管施加交流电，使圆弧形金属管产生磁场，同时启动轧辊，通过磁场感应对轧辊表面进行感应加热，将金属板带材送入轧辊中进行轧制；向金属管架的各圆弧形金属管内通入水并保持水流动；轧制共进行5道次； 

轧制高硅钢时，保持轧辊表面温度855±5℃，第一道次轧制后的高硅钢厚度为2.0mm，压下率21.6%，轧辊转速10rpm，轧制力420kN，高硅钢温度为470℃；第二道次轧制的高硅 钢厚度为1.5mm，压下率25%，轧辊转速10rpm，轧制力475kN，高硅钢温度为485℃；第三道次轧制后的高硅钢厚度为1.15mm，压下率23.3%，轧辊转速12rpm，轧制力455kN，高硅钢温度为490℃；第四道次轧制后的高硅钢厚度为0.9mm，压下率21.7%，轧辊转速15rpm，轧制力430kN，高硅钢温度为490℃；第五道次轧制后的高硅钢厚度为0.72mm，压下率20%，轧辊转速20rpm，轧制力380kN，高硅钢温度为495℃；第五道次轧制后高硅钢宽度为153mm，长度为972mm； 

轧制AZ31镁合金时，保持轧辊表面温度655±5℃，第一道次轧制后的AZ31镁合金厚度为2.0mm，压下率21.6%，轧辊转速10rpm，轧制力357kN，AZ31镁合金温度为280℃；第二道次轧制的AZ31镁合金厚度为1.5mm，压下率25%，轧辊转速10rpm，轧制力410kN，AZ31镁合金温度为285℃；第三道次轧制后的AZ31镁合金厚度为1.15mm，压下率23.3%，轧辊转速12rpm，轧制力391kN，AZ31镁合金温度为290℃；第四道次轧制后的AZ31镁合金厚度为0.9mm，压下率21.7%，轧辊转速15rpm，轧制力371kN，AZ31镁合金温度为295℃；第五道次轧制后的AZ31镁合金厚度为0.72mm，压下率20%，轧辊转速20rpm，轧制力329kN，AZ31镁合金温度为300℃；第五道次轧制后AZ31镁合金宽度为149mm，长度为998mm。 

实施例2 

采用的二辊板带轧机的轧辊材质为冷硬铸铁； 

金属板带材的热辊温轧装置结构同实施例1，不同点在于： 

（1）各圆弧形金属管的弧度为125゜，每个金属管组中的各相邻圆弧形金属管的间距为4mm；金属管组与轧辊表面的距离为10mm；圆弧形金属管的内径为12mm，壁厚为1.5mm； 

（2）各金属管组的宽度为轧辊的轴向长度的90%； 

采用上述装置进行金属板带材的热辊温轧；采用的金属板带材原料的材质为TC4钛合金，材料的厚度为2.5mm，宽度为130mm，长度为300mm； 

轧制TC4钛合金时，轧辊表面温度865±5℃，第一道次轧制后的钛合金厚度为2.1mm，压下率16%，轧辊转速10rpm，轧制力445kN，钛合金温度为460℃；第二道次轧制的钛合金厚度为1.7mm，压下率19%，轧辊转速10rpm，轧制力485kN，钛合金温度为465℃；第三道次轧制后的钛合金厚度为1.4mm，压下率17.6%，轧辊转速12rpm，轧制力455kN，钛合金温度为470℃；第四道次轧制后的钛合金厚度为1.15mm，压下率17.9%，轧辊转速15rpm，轧制力430kN，钛合金温度为470℃；第五道次轧制后的钛合金厚度为1.0mm，压下率13%，轧辊转速20rpm，轧制力380kN，钛合金温度为475℃；第五道次轧制后钛合金宽度为151mm，长度为646mm。 

实施例3 

采用的二辊板带轧机同实施例1， 

金属板带材的热辊温轧装置结构同实施例1，不同点在于： 

（1）各圆弧形金属管的弧度为130゜，每个金属管组中各相邻圆弧形金属管的间距为5mm；各圆弧形金属管与轧辊表面的距离为20mm；圆弧形金属管的内径为12mm，壁厚为1.5mm； 

（2）各金属管组的宽度等于轧辊的轴向长度； 

采用上述装置进行金属板带材的热辊温轧；采用的金属板带材原料的材质为Mo-1钼；材料的厚度为2.5mm，宽度为135mm，长度为300mm； 

轧制钼时，轧辊表面温度835±5℃，第一道次轧制后的钼厚度为2.0mm，压下率20%，轧辊转速10rpm，轧制力430kN，钼温度为440℃；第二道次轧制的钼厚度为1.6mm，压下率20%，轧辊转速10rpm，轧制力485kN，钼温度为455℃；第三道次轧制后的钼厚度为1.3mm，压下率18.8%，轧辊转速12rpm，轧制力465kN，钼温度为460℃；第四道次轧制后的钼厚度为1.1mm，压下率15.4%，轧辊转速15rpm，轧制力438kN，钼温度为460℃；第5道次轧制后的钼厚度为0.95mm，压下率13.6%，轧辊转速20rpm，轧制力386kN，钼温度为465℃；第五道次轧制后钼宽度为162mm，长度为658mm。 

实施例4 

采用的二辊板带轧机同实施例1， 

热辊温轧装置结构同实施例1，不同点在于： 

（1）上轧辊外侧的金属管架中，两个上汇总管通过连接管连通，两个下汇总管分别设有进水口和出水口，两个下汇总管分别通过导线连接交流电源的两极； 

（2）下轧辊外侧的金属管架中，两个下汇总管通过连接管连通；两个上汇总管分别设有进水口和出水口，两个上汇总管分别通过导线连接交流电源的两极； 

（3）各圆弧形金属管的弧度为130゜，每个金属管组中的各相邻圆弧形金属管的间距为10mm；各圆弧形金属管与轧辊表面的距离为15mm；圆弧形金属管的内径为12mm，壁厚为1.5mm； 

（4）各金属管组的宽度为轧辊轴向长度的110%； 

采用上述装置进行金属板带材的热辊温轧；采用的金属板带材原料的材质为9Cr18Mo马氏体不锈钢； 

材料的厚度为2.5mm，宽度为120mm，长度为200mm； 

轧制马氏体不锈钢时，轧辊表面温度655±5℃，第一道次轧制后的马氏体不锈钢厚度为2.0mm，压下率21.6%，轧辊转速10rpm，轧制力277kN，马氏体不锈钢温度为280℃；第二 道次轧制的马氏体不锈钢厚度为1.5mm，压下率25%，轧辊转速10rpm，轧制力330kN，马氏体不锈钢温度为285℃；第三道次轧制后的马氏体不锈钢厚度为1.15mm，压下率23.3%，轧辊转速12rpm，轧制力308kN，马氏体不锈钢温度为290℃；第四道次轧制后的马氏体不锈钢厚度为0.9mm，压下率21.7%，轧辊转速15rpm，轧制力293kN，马氏体不锈钢温度为295℃；第五道次轧制后的马氏体不锈钢厚度为0.72mm，压下率20%，轧辊转速20rpm，轧制力262kN，马氏体不锈钢温度为300℃；第五道次轧制后马氏体不锈钢宽度为143mm，长度为592mm。 

Claims (9)

1.一种板材热轧方法：其特征在于按以下步骤进行：（1）通过交流电源对金属管架施加交流电，使两个轧辊上的金属管架产生磁场，启动轧辊，通过磁场感应将轧辊表面加热至200～900℃；同时并向金属管架的各圆弧形金属管内通入水并保持水流动；（2）将金属板带材送入轧辊中进行轧制，轧辊转速为10～4800rpm，轧制力为200～20000kN，轧制时通过磁场感应保持轧辊表面温度为200～900℃，向金属管架的各圆弧形金属管内通入水并保持水流动。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述的施加交流电，交流电的工作频率为30～1000kHZ。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于金属板带材送入轧辊前的温度为常温。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于金属板带材进入轧制后脱离轧机前的温度为180～680℃。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于金属板带材厚度为1.5～2.55mm，轧制后变形率为33～95%。

6.一种板材热轧设备，包括双辊轧机，其特征在于：在双辊轧机的每个轧辊近距离处设置一个加热装置，该加热装置为金属管架，由两个对称设置的金属管组和一个连接管构成；每个金属管架上的两个金属管组通过连接管互相连通；每个金属管组由上汇总管、下汇总管和多个圆弧形金属管构成，每个圆弧形金属管的上下两端分别与上汇总管和下汇总管连通；每个金属管架中，其中一个金属管组上设有进水口与进水管连通，另一个金属管组上设有出水口与出水管连通，两个金属管组分别连接交流电源的两极；各圆弧形金属管与轧辊之间的距离为2～10mm，各圆弧形金属管的弧度为120゜～130゜，金属管组的宽度至少为轧辊轴向长度的90%。

7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于所述的每个金属管架上的两个金属管组通过连接管互相连通，连接管的两端分别连接两个金属管组的上汇总管或下汇总管上；其中当连接管的两端分别连接两个金属管组的上汇总管时，两个金属管组的下汇总管上分别设有进水口和出水口，并且电源的两极分别设置在两个金属管组的下汇总管上；当连接管的两端分别连接两个金属管组的下汇总管时，两个金属管组的上汇总管上分别设有进水口和出水口，并且电源的两极分别设置在两个金属管组的上汇总管上。

8.根据权利要求6所述的装置，其特征在于每个金属管组的进水口和进水管之间设有绝缘垫，每个金属管组的出水口和出水管之间设有绝缘垫。

9.根据权利要求6所述的装置，其特征在于所述的圆弧形金属管选用铜管，圆弧形金属管的内径为10～12mm，壁厚为1～1.5mm；在同一金属管组中相邻的圆弧形金属管的间距为2～10mm。

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