CN103842105A - 用于管或圆形件的轧制机架 - Google Patents

Abstract

一种用于管或圆形件的轧制机架，该轧制机架包括两个或更多个辊（10、20、30），该两个或更多个辊界定轧制机架的同轴于相同机架的轧制轴线Y的轧制截面，每个辊具有界定相应对称直线（B）的相应轧制表面（S1）、具有距轧制轴线的值为H2的径向距离的两个间隙区域以及具有在相应表面与相应对称直线的交点处距轧制轴线的值为H1的径向距离的槽底区域（1），该对称直线（B）穿过轧制轴线并穿过相应表面的对称中心，从而确定相应表面的第一半和第二半，其特征在于，对每个辊而言，在所述相应轧制表面上，该轧制机架提供了至少一个第一推压区域（2）和至少一个第二推压区域（3）。

Description

用于管或圆形件的轧制机架

发明领域

本发明涉及一种用于校准或压下轧机的轧制机架，该轧机具有用于由钢或其它金属制成的管的多个辊。

现有技术

用已知的校准或压下用于钢管或圆形件的轧机做出的校准具有的特征是具有外表面的椭圆化度，其旨在作为通常用H2表示的为相邻辊之间的间隙区域（因此该区域通常也称为间隙区域）中处理的主体所留的空间和通常用H1表示的为在辊的槽底区域处处理的主体所留的空间之间的比率。不论机架当前是由多少个辊制成的，例如2个、3个或4个辊，椭圆化度发生在每个辊处。

根据现有技术，被包括在槽底区域和间隙区域之间的辊的角扇区具有作为α的函数增加的距离H（α），α是与轧制轴线Y上的中央顶点的角度并且使线B作为穿过辊的底部区域的一边。图1示出了现有技术的四辊校准轧制机架的实例。

该类型的轧机通常是多机架型的，其中按顺序沿着轧制轴线Y的机架和减小的校准截面确保了不论构成每个机架的辊的数目，在奇数位置的机架的槽底区域与在偶数位置的机架的间隙区域相匹配，并且在偶数位置的机架的槽底区域与在奇数位置的机架的间隙区域相匹配。

在一般情况下，每个辊的工作扇区在度数上等于α_辊=360°/NR，其中NR表示每个机架的辊的数目。

因此，对于具有2个辊的机架，工作扇区具有角宽度α_辊=360°/2=180°，

对于3辊机架，α_辊=360°/3=120°，

对于4辊机架，α_辊=360°/4=90°，以及随着NR增加等等。

因此，奇数机架和偶数机架之间的偏移角变成β=α_辊/2，即

对于2辊机架，β=180°/2=90°，

对于3辊机架，β=120°/2=60°，

对于4辊机架，β=90°/2=45°。

图2示出了投影在相同截面上的现有技术的两个连续机架的情况，其中NR=3，以角β=60°偏移。

图3示出了在极参考系中的具有轧制表面的伸展S的轧辊的四分之一横截面，以及图4示出了在笛卡尔轴参考系的投影中的辊的相同表面S的图案。因此，表示校准轮廓的函数R_通过=H（α）通常是偶函数，具有对α=0°而言的相对最小值和间隙区域中的最大值。

轧机的最后的机架通常具有理想圆形截面，以消除管或圆形件在先前机架中通过后可以发现的管或圆形件的截面中的任何形状缺陷。

轧制实践和理论模拟证实通过每个机架的辊的槽底区域朝向中心径向挤压的材料倾向于在间隙区域中过度填充。随着每个轧制机架的辊的数目降低并且管壁的标称直径与厚度之间的比率增加，该趋势更加显著。特别地，已经看到，随着最近在轧机中引进四辊机架，沿从彼此以90°角偏移的四个方向朝着中心Y推动的管的材料在另一方面倾向于也在间隙区域中收缩。该现象是很容易理解的，因为在圆周方向上被包括在一个推压点和下一个推压点之间的角扇区减小且因此，管或圆形件的材料在其变形过程中更被引导。

现有技术的轧机通常提供一种更加椭圆形的校准装置，即对于薄管而言具有较大比率的H2/H1和对于大型管而言具有较小的H2/H1，这迫使要用到大量的校准辊装置，增加了轧机的成本。

文献US3842635公开了一种用于借助于芯棒对管进行冷轧的具有三个辊的轧制机架。机架的每个辊在由穿过辊的槽底区域的直线和轧制轴线测量到的角度Φ处具有两个相对最小的辊表面半径值。这种槽轮廓被推荐用于压下辊，在任何情况下，压下辊必须随后进行精轧，精轧完全改变了呈现复杂的、非圆形的形状，例如三角形或六边形的管的外表面的截面。该文献没有解决实现理想圆形最终截面的管形状的问题。

专利EP1707281中已经做出使被轧制的管的最终轮廓在厚度减小顺序的最后更圆，防止形成管的多边形内截面以及消除间隙区域中的过度填充的尝试，专利EP1707281公开了一种解决方案，使用了一系列轧制机架，其中辊具有槽轮廓和可变半径，该可变半径从穿过槽底区域的直线处的最小半径沿着轧制轴线增大。半径逐步或部分地增加直到达到间隙处的最大值。在实践中，辊底和辊的外侧之间的理论接触部布置在槽底处。在该解决方案中，只有一个辊槽表面的相对最小半径。此轮廓具有沿整个槽轮廓总是朝向相同侧部的弯曲部。当管具有较厚的壁时，该解决方案似乎更适合，而其对于轧制具有较薄的壁的管而言不是最佳的。

虽然这些解决方案提供了实现高品质的最终管截面，但是它们并不总是满足需要最高品质的轧制材料例如管和圆形件的市场需求，以及具有尽可能少量的压下和校准机架。

发明概述

本发明的目的是提供一种用于管或圆形件的轧制机架，该轧制机架使轧制的管或圆形件的形状更均匀，并且其用于使辊的整个队列尽可能短。

本发明的另一个目的是同样使用具有较少数量的辊的轧制机架和用标称直径和管壁厚度之间的较大比率来确保相同的轧制品质。

该目的和其它目的通过根据权利要求1所述的用于管或圆形件的轧制机架来实现，该轧制机架包括两个或更多个轧辊，该两个或更多个轧辊界定轧制机架的同轴于轧制机架的轧制轴线的轧制截面，每个辊具有界定相应对称直线的相应轧制表面、两个间隙区域，以及槽底区域，该对称直线穿过轧制轴线并穿过相应表面的对称中心，从而确定相应表面的第一半和第二半，两个间隙区域具有距轧制轴线的值为H2的径向距离，槽底区域具有在相应表面与相应对称直线的交点处距轧制轴线的值为H1的径向距离，其特征在于，对于每个辊而言，在所述相应轧制表面上，该轧制机架提供了至少三个推压区域，其中的第一推压区域沿周向布置在相应对称直线上，第二推压区域以与相应对称直线的值为αR的角距离在相应槽底区域和相邻间隙区域之间沿周向布置在相应表面的第一半中，以及第三推压区域以与相应对称直线的值为αL的角距离在相应槽底区域和相邻间隙区域之间沿周向布置在相应表面的第二半中。

根据本发明，在任何实施方式中，对称直线和间隙区域之间的可以是可变数目的中间推压区域总是紧挨保留在槽底处即α=0°处的推压区域。

本发明的轧制机架使用减小沿轧制截面圆周的两个连续压力点之间的角距离的原理，以便使管在其表面上的变形更加均匀。类似已知的现有技术解决方案中具有三个以下数目的推压点由于推压点保持太远离彼此而不允许实现同样的轧制品质水平。

技术方面的优势很清楚，因为对于具有厚壁的管和具有薄壁的管而言，使用这种类型的校准再也不需要使轧机具有独立的校准形状，标称直径是相等的。

增加推压点数目产生的另外的优点是，通常，由于变形不均匀，在具有等于推压点数目两倍的边数的管内产生了多边形形状。因此，对于具有每个机架3个辊的轧机和传统的校准而言形成了六边形。对于很厚的管而言，内多边形形状效果更加明显。因此，多边形的边数越大，多边形形状越像一个圆。

附图简述

从借助于所附图表通过非限制性实例说明的轧制机架的优选但非排他性的实施方式的详细描述，本发明的另外的特征和优点将显得更清楚，其中：

图1示出了正交于现有技术的4辊轧制机架的轧制轴线Y的截面；

图2示出了正交于处于奇数位置中的轧制机架下游的轧制轴线Y的截面，并且其中现有技术的处于偶数位置中的轧制机架在背景中；

图3示出了现有技术的轧制机架的一个角扇区的放大截面图；

图4示出了显示图3的扇区的轧制表面投影在笛卡尔轴参考系中的曲线的图解；

图5示出了显示根据本发明的第一实施方式的轧制机架的辊的轧制表面S1投影在笛卡尔轴参考系中的曲线的拉伸的图解；

图6示出了显示根据本发明的第二实施方式的轧制机架的辊的轧制表面S2投影在笛卡尔轴参考系中的曲线的拉伸的图解；

图7示出了横向于具有对应于根据本发明的图5的曲线的轧制表面的3辊机架的第一型式的轧制轴线Y的部分截面；

图8示出了横向于具有对应于根据本发明的图6的曲线的轧制表面的3辊机架的第二型式的轧制轴线Y的部分截面；

图9示出了横向于具有对应于根据本发明的图5的曲线的轧制表面的4辊机架的第一型式的轧制轴线Y的部分截面；

图10示出了横向于具有对应于根据本发明的图6的曲线的轧制表面的4辊机架的第二型式的轧制轴线Y的部分截面；

图11示出了4辊机架的辊的截面，其中轧制表面根据本发明具有第一轮廓变型；

图12示出了显示图11的辊的轧制表面S1投影在笛卡尔轴参考系中的曲线的一半的图解；

图13示出了4辊机架的辊的截面，其中轧制表面根据本发明具有第二轮廓型式；

图14示出了显示图13的轧辊的轧制表面S2投影在笛卡尔轴参考系中的曲线的一半的图解；

图15示出了正交于处于偶数位置中的轧制机架下游的轧制轴线Y的截面，并且其中根据本发明的处于奇数位置中的轧制机架在背景中。

本发明优选实施方式的详细描述

根据本发明，图5至图8示出了具有三个辊的轧制机架的两种实施方式，该三个辊具有不同形状的轧制表面。

第一型式的轧制机架包括完全等于彼此的三个校准辊10、20、30，即，其中NR=3，各自具有轧制表面S1。根据本发明，该轧制表面S1的形状可以由曲线R_通过=H（α）表示，即，作为随着角度α变化的轧制轴线Y之间的距离的函数，该函数是偶函数，其中相对最小NP的三个点1、2、3位于由下列角度值α分别确定的区域中，角度值α由穿过轧制轴线Y的直线B和辊10的表面的中点所测定，从而形成对表面S1的两半而言的对称轴线，其中角度α具有值0°：

α_L=-(360°/3)/NR+/-5°

α₁=0°

α_R=-αL。

这些值被示出沿图5的曲线投影在笛卡尔轴系中，只示出了辊10的表面S1的一半，另一半相对于其中α=α₁=0°的纵轴等于该曲线并与该曲线完全对称。

在轧制表面上需要相对最小NP的至少三个点以实现本发明的优点。用数学术语解释该情况意为函数R(α)/α的导数有必要在整个轮廓上改变6次正负号。很显然，对辊10描述的内容以相同的方式对轧制机架的其他辊20、30进行重复。

第二实施方式的轧制机架包括三个辊11、21、31，各自具有轧制表面S2。因为在该情况下，提供了五个最小点（NP=5），所以对于每个辊而言在待轧制的管或圆形件上有五个推压区域1'、2'、3'、22'、33'。这等同于函数R(α)/α的导数沿整个轮廓改变10次正负号的情况。这些区域可仅理想地近似为点，而它们实际上是接触表面，在这些区域处，具有分别对应于以下角度值的表面S2的区域中沿圆周布置的曲线R_通过的相对最小值：

α_LL=-(360°*2/NR)/5+/-5°

α_L=-(360°/NR)/5+/-5°

α₁=0

α_R=-αL

α_RR=-αLL

这些值被示出投影在笛卡尔轴系上的图6的曲线上，但仅示出了表面S2的一半，另一半是完全相似的并因此未示出。

该公式的归纳用于确定每个辊的轧制表面S2上的大于五个的最小点NP的数目，即，用于其中函数R(α)/α的导数沿着整个轮廓改变大于10次正负号的情况，因此是：

α₁=-[360°*(NP-1)/2]*(1/NR)*(1/NP)

α₂=α₁+(360°/NR)/NP

α₃=α₂+(360°/NR)/NP

..并且对于通用的数目K而言

αK=α(K-1)+(360°/NR)/NP。

为了简单起见，在通式中没有强调每个推压区域的重心位置的+/-5°的可能变化，每个区域的重心对应于代表整个区域的理想的点，并且在示意性附图中已将这样的点给出作为每个区域的标称位置。在任何情况下，应理解的是，考虑到两个相邻的最小区域之间的实际距离，此时最小区域的相应重心以+/-5°移位也是可能的。

总结以上描述的内容，即，除非以包括在+5°和-5°之间范围中的一角度变化，压力区域在名义上将会是在图7、8、9、10中所示的下列组合中：

在具有三辊机架的图7中，其中每个辊具有相对于对称直线B以角度α=-40°、0°、40°定位的三个推压区域1、2、3。

在具有三辊机架的图8中，其中每个辊11、21、31具有相对于对称直线B以角度α=-48°、-24°、0°、24°、48°定位的五个推压区域1'、2'、22'、3'、33'。

在具有四辊机架40、50、60的图9中，其中每个辊具有相对于对称直线B以角度α=-30°、0°、30°定位的三个推压区域1”、2”、3”。

在具有四辊机架41、51、61的图10中，其中每个辊具有相对于对称直线B以角度α=-36°、-18°、0°、18°、36°定位的五个推压区域1”’、2”’、3”’、22”’、33”’。

在图9和图10中，其中机架具有NR=4，第四个辊未示出但具有与分别以40和41表示的上辊完全对称的形状。

HL或HLL和HR或HRR的值优选地等于但不一定等于槽底的值H1。

对应的图11和图12示出了本发明的型式的辊10，其中辊具有三个推压区域，NP=3，其中HR≠H1。对称地，HL≠H1适用于具有三个推压点的轧制表面的另一半。

以这种方式，例如，对于具有NR=3的机架（见图7）而言，在该型式中，在每个机架上共有9个每隔40°分布的压力点布置在标称位置中。在对应于间隙区域或间隙H2的区域中，R_通过的值将高于以αL和αR邻近于相同间隙定位的两个压力点。这是图12的实施方式的情况。

同样地，对于四辊机架而言，考虑到其标称位置，共有12个每隔30°分布的压力区域。在对应于间隙区域或间隙H2的区域中，R_通过的值高于以α_L和α_R邻近于相同间隙定位的两个压力点。

对于图13和图14中示出的型式而言，其中示出了具有五个推压区域的辊11，NP=5，值HL≠HLL≠H1是对于每个辊的表面的一半而言的，而对称地用于轧制表面的另一半，我们得到HR≠HRR≠H1。

对于在任何位置中的机架而言，使用与压力区域的数目NP和辊的数目NR有关的以上描述的各种分布，下一个机架的压力区域相对于先前的机架的那些压力区域自动地处于中间位置中，从而允许正确的直径减小。

图15示出了在轧制机架处取的轧机的截面。例如，处于偶数位置中的机架在前景中且第二轧制机架例如奇数位置机架在背景中。在该型式中，轧制机架具有NR=4的辊和每个辊NP=3的推压点。参考标号80表示奇数机架的轧制材料上的推压区域在此被定位在偶数机架中的非推压区域。相反地，参考标号90表示其中处于奇数位置的机架不推压轧制材料的区域，并且处于偶数位置中的机架的推压区域定位在这里。附图中所示的概念可以同样地扩展到具有随意的辊数目NR和压力区域数目NP的轧机的所有辊中。

与具有一个压力点的传统校准相比，具有根据本发明的辊的轮廓的轧制材料的椭圆度更小。被处理的材料的截面的刚度特性和轧制材料在轴向方向上的连续性允许在径向方向上也在不与辊接触的区域中发生收缩。事实上，材料不能跟随这种突然的凹度变化。这意味着在角度α的方向上交替辊和轧制材料之间的接触区域，防止了管或圆形件的材料渗入到间隙区域中，渗入到间隙区域中在轧制材料的外表面上显著地留下痕迹。

因此，使用包括根据本发明的机架的轧机校准的优点是，管保持不太椭圆，因为材料几乎径向地推压在沿校准截面的周边均匀分布的大量的点中，在一个压力点和下一个压力点之间的区域中，材料被推向中心并因此趋向于不填充校准轮廓形状，在任何情况下，防止渗到一个辊和下一个辊之间的间隙区域中和随之而来的表面缺陷。

这种现象允许甚至对于大和薄的厚度做出校准，特别对于具有每个机架四个辊的机架的型式，并且其中一个压力点与下一个压力点之间的距离被限制为30°，对应于NP=3的情况。

在以上描述的所有情况下，在包括根据本发明的轧制机架的辊的系列的末端处还提供了具有理想圆形截面的用于最终校准的机架。

Claims (9)

1.一种用于管或圆形件的轧制机架，其包括两个或更多个轧辊（10、20、30）、（11、21、31）、（40、50、60）、（41、51、61）），所述两个或更多个轧辊界定所述轧制机架的同轴于所述轧制机架的轧制轴线（Y）的轧制截面，每个辊具有界定相应对称直线（B）的相应轧制表面（S1、S2）、两个间隙区域，以及槽底区域（1、1’、1？、1’？），所述对称直线（B）穿过所述轧制轴线（Y）并穿过所述相应表面（S1、S2）的对称中心，从而确定所述相应表面（S1、S2）的第一半和第二半，所述两个间隙区域具有距所述轧制轴线（Y）的值为H2的径向距离，所述槽底区域具有在所述相应表面（S1、S2）与相应对称直线（B）的交点处距所述轧制轴线（Y）的值为H1的径向距离，其特征在于，对每个辊而言，在所述相应轧制表面（S1、S2）上，所述轧制机架提供至少三个推压区域，所述至少三个推压区域中的第一推压区域布置在所述相应对称直线（B）上，第二推压区域（（2）、（2”）、（2’、22’）、（2”、22”)）以与所述相应对称直线（B）的值为αR的角距离沿周向布置在所述相应表面（S1、S2）的第一半中所述相应槽底区域（1、1’、1”、1”’）和相邻的间隙区域之间，以及第三推压区域（（3）、（3”）、（3’、33’），（3”、33”））以与所述相应对称直线（B）的值为αL的角距离沿周向布置在所述相应表面（S1、S2）的第二半中所述相应槽底区域（1、1’、1”、1”’）和相邻的间隙区域之间。

2.根据权利要求1所述的轧制机架，其中所述第二推压区域（（2）、（2”）、（2’、22’）、（2”、22”））具有距所述轧制轴线（Y）的值为HR的径向距离，且所述第三推压区域（（3）、（3”）、（3’、33’）、（3”、33”））具有距所述轧制轴线（Y）的值为HL的径向距离，并且其中所述值HR和HL等于或大于值H1且小于值H2。

3.根据权利要求2所述的轧制机架，其中第二个第二推压区域（22’、22”）以与所述相应对称线（B）的值为α_RR的角距离设置在所述相应表面（S1、S2）的第一半中，且第二个第三推压区域（33’、33”）以与所述相应对称线（B）的值为α_LL的角距离设置在所述相应表面（S1、S2）的第二半中。

4.根据权利要求2所述的轧制机架，其中所述角度α_R和α_L具有彼此相等的值。

5.根据权利要求3所述的轧制机架，其中所述角度α_R、α_L具有彼此相等的绝对值，并且所述角度α_RR、α_LL具有彼此相等的绝对值。

6.根据权利要求从1到5中任一项所述的轧制机架，包括两个轧辊。

7.根据权利要求从1到5中任一项所述的轧制机架，包括三个轧辊。

8.根据权利要求从1到5中任一项所述的轧制机架，包括四个轧辊。

9.一种用于管或圆形件的轧机，所述轧机包括两个或更多个根据权利要求从1到8中任一项所述的轧制机架以及具有理想圆形轧制截面的最终轧制机架。

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