CN104640644B - 辊轧设备、辊轧机及辊轧方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及管子辊轧设备(10)，其包括旋转式穿孔机(20)、处理台(30)以及主辊轧机(40)。所述旋转式穿孔机和处理台布置成使得离开旋转式穿孔机和处理台的穿孔坯件(51)被布置成使得不规则的尾部(511)面向主辊轧机(40)并且使得规则的头部(510)面向芯棒(41)。本发明还涉及一种辊轧机(40)，其包括多个轧制台(43)，每个轧制台包括多个轧制辊子(42)，所述轧制辊子(42)的径向位置h可调整。所述辊轧机还包括控制回路，其用于计算和/或测量所述辊子的旋转轴线r与所述管(52)的后部边缘(520)之间的距离d。所述控制回路还设计成，当所述距离d呈现为预定值d0时使所述轧制辊子在每个轧制台(43n)中朝着管的外侧径向移动。
Description
技术领域
本发明涉及一种能够对用于对较长的中空物体进行辊轧的设备进行的改进。更具体而言，本发明涉及一种能够对如下类型的辊轧设备进行的改进，所述辊轧设备包括具有四个或更多的轧制台的连续式辊轧机，每个轧制台具有两个或多个径向可移动的辊子。
背景技术
在下面的描述中将以非限制性示例的方式来具体参考包括连续式辊轧机的无缝管辊轧设备。这种辊轧机(仅作为示例来考虑)为限动芯棒类型，并且包括六个轧制台，每个轧制台包括三个径向可移动的辊子。因此应理解根据本发明的改进可以同样应用于不同的辊轧机，例如，就轧制台的数目和/或存在于每个台中的辊子的数目而言。
已知类型的设备10(在图1中以示意性的形式示出)通常包括旋转式穿孔机，例如Mannesmann或Stiefel型。用于处理穿孔坯件的台30位于旋转式穿孔机的紧接着的下游处，进入实际的辊轧机40中的进入点布置地远离所述台。
通常可预先加热的坯料50给送至旋转式穿孔机20。所述旋转式穿孔机设计成对所述坯料穿孔并对其进行初始的轴向伸长。从那里获得的扁并且内部中空的半制成品51一般称为穿孔坯件。
典型的穿孔坯件具有规则形状的前端510(或“头部”)。在实际中该头部为坯料前表面简单穿孔的结果，该头部首先受到穿孔加工。相反地，穿孔坯件的后端511(或“尾部”)通常为不规则的，这是因为由于穿孔加工而产生的全部应力及全部变形的作用在该处积累。穿孔坯件的尾部因此经常边缘参差不齐并且经常包括材料局部分离的部分。这些部分可呈现不同的构造，导致不同的缺陷，取决于其特定的构造，所述不同的缺陷可称为“羽毛状”、“钱币状”或“洋葱圈状”。
在穿孔坯件的头部与尾部之间的另一个重要的区别涉及离开穿孔机时的温度。在实际中，首先进行加工的头部与穿孔机的较冷的表面接触，并且一旦加工完，所述头部有时间将由于变形而产生的部分的热消散到周围环境中。另一方面，在穿孔机的表面由于之前的加工操作而已经被加热时，所述尾部被穿孔机加工，并且一旦被释放时，仍旧保留全部的热。因此基本上，尾部比头部更热。
在旋转式穿孔机的下游，在适合的台30上，所述穿孔坯件承受脱氧处理，旨在从旋转式穿孔机运送到辊轧机的过程中防止或者在任何情况下限制在穿孔坯件的内表面上形成氧化物。
在该处理之后，穿孔坯件51被运送到辊轧机并且在这里被芯棒41接合，所述芯棒41在轧制加工过程中支撑穿孔坯件51，从内部对抗辊子的作用。
通常芯棒41经由尾部511而插入到穿孔坯件51中，如上面已经提到的，尾部511常常具有会引起问题(而且性质严重)的不同的缺陷。例如，除了别的以外，影响穿孔坯件的尾部的缺陷还很可能包括材料碎片，所述材料碎片几乎完全与穿孔坯件的主体脱离。如果这些碎片中的一个即使仅占据部分的(芯棒进入穿孔坯件的)空间，仍然容易困在芯棒与在该芯棒上被支撑的穿孔坯件之间。由于碎片质量更小并且仅局部连接至穿孔坯件的主体，因此碎片通常会比穿孔坯件的剩余部分更冷。在这种情况下，在随后的轧制过程中碎片的存在将引起在芯棒上的较高的局部应力，并且同时，碎片的存在将在管的内壁上留下不期望的印记。
为了将与芯棒41插入到穿孔坯件的尾部中有关的风险降至最低，芯棒的速度必须显著降低。
穿孔坯件51在通过主辊轧机40时通过轧制台43的连续作用而变形，直到获得半制成品的管52。
在已知的辊轧加工中(在图3和图4中示意性地示出)，半制成品的管52的内直径由芯棒41限定，同时管壁的期望的厚度是通过将穿孔坯件51的厚壁变薄而实现的。通过调整轧制辊子42的径向位置h来调整期望的变薄，所述轧制辊子42对管的外壁施压。
通过将趋向使辊子42朝着轧制轴线X移动的力的作用与趋向使辊子42远离该轴线的力进行平衡而实现对辊子42的径向位置h的控制。
趋向将辊子42朝着轴线X移动的力通过特定的主致动器(未示出)产生，所述主致动器通常为液压式的，并且每个主致动器在径向方向上对特定的辊子支持装置施压。相反，趋向使辊子42远离轴线X移动的力由所述管在被轧制时的反作用及其它辅助致动器(未示出)来产生，所述辅助致动器中的每一个设计成确保主致动器与各自的辊子支持装置之间的接触。
由于由主致动器产生的力必须使正在加工的管产生塑性变形，因此所述由主致动器产生的力实质大于由辅助致动器产生的力。
通常辊轧加工反过来导致半制成品的管52的尾部的不规则的构造或者甚至是边缘参差不齐的区域。因此，明显的是由轧制导致的不规则区域被加到之前已经由旋转穿孔操作而导致的不规则区域，管的尾部可容易地呈现出其机械完整性不确定的状况。因此在这些状况下，尾部碎片形成实际脱离的风险增加，这种事件风险对整个设备的运行产生不利影响，即使仅是临时的。
作用在每个辊子42上并且设计成在轧制过程中使径向位置h保持固定的压力P通过对每个主致动器基于相对复杂的逻辑进行控制而获得，所述逻辑必须考虑不同的因素。
例如，广泛已知的是，在所有其他条件相同的情况下，管的更热的部分相比于管的更冷的部分的轧制需要较小的径向压力，用以获得相同的变形。
因此清楚的是，管理主致动器的压力控制的逻辑以及因此辊子的径向位置h必须考虑这个因素以及其他因素，用以获得尽可能沿整个管52恒定的壁厚s。
在对控制致动器的逻辑进行定义时必须考虑的另一个因素是：在没有任何其他特定修正因数的情况下，在整个管的轧制过程中保持辊子的相同的径向位置(图3中以h0表示)导致在管自身的头部和尾部的壁的增厚53。发生在头部和尾部的这一现象是不同的，但是具有相同的效果：产生了在管52的终端部分的增厚的区域53以及不规则的几何形状(或“凸缘”)。
在管的前端处，当管进入到每个台43n时，前部边缘对辊子42的冲击导致辊子向外的脉冲位移。紧接着在冲击之后，辊子恢复到其正确位置，但所述向外的径向位移使得在管的前部边缘附近获得的壁厚比所期望的要大。
在管的尾部端，这一现象(在图3中示意性地示出)稍微更加复杂，并且与在管的轧制过程中作用在管的特定部分上的外部限制的特殊特性相关联。管52的全部的中心部分在实际中被每个台43n辊轧，而同时在之前的台43n-1内部每个相邻的部分仍然正在被加工，并且因此受到限制。另一方面，在所述管的尾部已经被之前的台43n-1释放并且管的任何其他部分没有附接到该台的时候，该管的尾部部分总是在受到更少的限制的条件下被每个台43n辊轧。这种现象的最终效果与描述用于所述头部的最终效果类似，并导致在管52的尾部部分处的壁的不期望的增厚53。
因此，对于管52的尾部端，壁相对于期望的厚度s的增厚53被加至已存在的缺陷(其在对坯料50穿孔的时候出现)。
对于这些问题最简单的解决措施是将头部和尾部的如下部分切除：该部分超过关于管52的壁的期望的厚度s的最大公差。
尽管这种措施比较简单，然而其成本也较高，这是因为其导致较大百分比数量的待加工材料被浪费。在实际中因考虑到，在制成品的管长度为80-100米的情况下，头部和尾部所浪费的材料的整体数量可为3米(即，大约长度的3％)。还应考虑到，在以质量来表示时，准确来说是由于这些部分具有更大的厚度，因而这些浪费的材料达到甚至更高的百分比值。
通常用于解决这种类型的问题(在图4中示意性地示出)的另一个方法是采用所谓的渐缩的方法。这种方法设想在管52的端部部分(即，头部和尾部)处将辊子42朝着轧制轴线X精确地移动，犹如给予一个小于s的壁的厚度。这在图4.b中所示，在棍子的轴线r与芯棒41之间的距离以h1表示，其小于h0。这两个现象(即，一方面自发的增厚，而另一方面由辊子施予的渐缩效果)在管52上的净效果是获得了规则的壁厚(参见图4.c)。
然而，已经发现，尽管渐缩效果不错，但是其具有另一个主要的缺点。在实际中，在尾部部分产生的更大的压力导致对于芯棒41而言特别严重的热和机械应力条件，特别是在特定区域中。芯棒的该现象变得特别严重的区域是那些与上个台协作以用于轧制尾部部分的区域。
特别而言，考虑到典型地六台辊轧机，第六台436执行相当轻地轧制作用，其尤其旨在对送出的管提供统一的最后加工。另一方面，更主要的轧制作用由第四台434和第五台435来进行。由于芯棒41的涉及这个轧制操作的部分在已经承受前三个台431-3的轧制后到达第四台434和第五台435的位置，因此其热和机械应力条件已经相当严峻。径向压力的进一步增加(其旨在避免管52的尾部部分的壁的增厚53)使得芯棒的应力状态更加严峻。
管52的后部边缘的不连续而导致芯棒的应力状态进一步恶化。通过管的后部边缘形成的台阶部具有集中应力的效果，并且增加了由辊子42通过管52施加在芯棒41的特定区域410上的压力的效果。
这些严重的应力峰值具有如下效果：在相对较少数量的循环之后在芯棒41的壁上产生显著的磨损状态。
由于芯棒自身相对于整个设备的成本而言成本非常高，因而芯棒的这个过早形成的磨损是一个主要的问题。在实际中，购买新的芯棒和磨损的芯棒的重新调整都是非常昂贵的，磨损芯棒的重新调整的过程是一个相当复杂的过程，其包括检测芯棒、重新加工芯棒(其是可能的，即，在芯棒的直径能够减少至更小的尺寸的情况下，其可以转过来具有工业实用性)、表面的制备、镀铬翻新等步骤。由于重新调整常常必须由外部承包商来执行，除了与技术维修操作相关的成本之外，还必须考虑物流方面所涉及的成本和时间，即具有巨大尺寸和重量的芯棒的拆卸、处理和运输，
因此，渐缩的整个作用一方面减少了与所制造的管相关的废料的百分比量，但另一方面也显著增加了设备的管理成本。
因此如已经所看到的，尽管已广泛使用并公认，但这种类型的辊轧设备10不是没有缺点。
发明内容
因此，本发明的目的在于提供辊轧设备的改进，其至少能够部分地克服参考背景技术在上文中所提到的缺点。
特别地，本发明的任务在于提供对于辊轧设备的改进，其解决与不规则区域有关的问题，并解决通常对穿孔坯件的尾部造成影响的缺陷。
此外，本发明的另一个任务在于提供对于辊轧设备的改进，其至少部分地解决芯棒的过早形成磨损的问题。
最后，本发明的另一个任务在于提供对于辊轧设备的改进，其可以应用于现有的设备，而不需要巨大的经济支出。
所述目的和这些任务通过根据权利要求1所述的辊轧设备，根据权利要求3所述的辊轧机，以及根据权利要求2和4所述的辊轧方法而实现。
附图说明
为了更充分地理解本发明并意识到其优点，下面将参考附图来对本发明的实施方案的非限制性的示例进行描述，在这些附图中：
图1示出了根据现有技术的辊轧设备的示意性平面图；
图2示出了根据本发明的辊轧设备的示意性平面图；
图3.a、3.b和3.c示出了根据已知方法的示意性的三个轧制步骤；
图4.a、4.b和4.c示出了根据已知方法的示意性的三个轧制步骤；
图5.a、5.b和5.c示出了根据本发明的方法的示意性的三个轧制步骤。
具体实施方式
在这些附图中，附图标记10表示作为整体的用于辊轧较长的中空物体(典型地为无缝管)的设备。
如图2所示，根据本发明的设备10包括：旋转式穿孔机20、用于处理穿孔坯件51的台30，以及主辊轧机40。
旋转式穿孔机20设计成在其入口处接收坯料50，并且对坯料50纵向穿孔，从而获得具有规则的头部510和(经常为)不规则的尾部511的穿孔坯件51。
所述台30设计成对穿孔坯件51进行脱氧处理。
主辊轧机40包括多个轧制台43并且设计成在其入口处接收穿孔坯件51，并在芯棒上轧制穿孔坯件51，从而获得半制成品的管52。
旋转式穿孔机20和处理台30布置成使得离开它们的穿孔坯件51：
-布置成使得其纵向轴线基本与主辊轧机40的轧制轴线X平行；并且
-布置在芯棒41的末端与主辊轧机40的第一台431之间。
在根据本发明的设备10中，旋转式穿孔机20和处理台30还布置成如下方式：使得离开它们的穿孔坯件51布置成使得不规则的尾部511面向主辊轧机40的第一台431，并且使得规则的头部510面向芯棒41的末端。
如上所述，穿孔坯件51的尾部511经常(但不总是)具有不规则的形状。然而应注意到使用根据本发明的设备，能够对任何穿孔坯件进行辊轧，而不管尾部511的情况如何。换言之，在经常的情况下(其中尾部511为不规则的或者甚至边缘参差不齐)，使用根据本发明的设备10，相比于常规的设备有可能得到显著的优点。然而，与此同时，根据本发明的设备10不会在那些极少的情况(其中尾部511具有规则的形状)下产生任何不利影响。
根据本发明的另一方面，本发明还涉及用于辊扎较长的中空物体的方法。根据本发明的方法包括如下步骤：
-提供坯料50；
-借助旋转式穿孔机20对坯料50进行纵向穿孔，从而获得具有规则头部510和经常为不规则的尾部511的穿孔坯件51；
-使穿孔坯件51受到脱氧处理；
-将芯棒41插入到穿孔坯件51中；
-在主辊轧机40中轧制在芯棒上的穿孔坯件51，从而获得半制成品的管52。
此外，在根据本发明的方法中，芯棒41经由规则的头部510而被插入到穿孔坯件51的内部，并且穿孔坯件51的不规则的尾部511被首先引入到主辊轧机40中。
如本领域技术人员将会理解的，使用根据本发明的设备10和辊轧方法，有可能克服参考现有技术所述的缺点。特别地，将芯棒41经由始终为规则的头部510而引入到穿孔坯件51的内部的事实包括如下的显著优点：其消除了与在芯棒41与正在辊轧的管52的壁之间被插入较冷的碎片的可能性有关的任何风险。
此外，穿孔坯件51的特定定向使得由轧制过程导致的不规则的和/或边缘参差不齐的区域不会与之前从旋转式穿孔机操作中出现的那些结合。在实际中，由于旋转式穿孔机而造成的不规则的区域位于穿孔坯件51的尾部(该尾部随后形成为管52的前端部)上。另一方面，管的尾部端从穿孔坯件的始终为规则的头部获得。因此，最终的效果是显著地减少了管碎片会在轧制过程中形成分离从而会对整个设备的正确运行造成不利影响的可能性。
根据另一方面，本发明还涉及用于辊轧半制成品的管52的辊轧机40。
根据本发明的辊轧机40包括沿着轧制轴线X布置的多个轧制台431-6，其中每个轧制台43n包括多个轧制辊子42，其能够围绕各自的旋转轴线r旋转，所述轧制辊子的径向位置借助于致动器可调整。
所述辊轧机40还包括控制回路，其适合于控制轧制辊子42的径向位置h，从而获得对于半制成品的管52的壁而言沿着轧制轴线X尽可能保持恒定的厚度s，并且尽可能的与期望的厚度相同。
在根据本发明的辊轧机40中，控制回路包括如下的装置，其适合于计算和/或测量每个轧制台43n的辊子42的旋转轴线r与管52的后部边缘520之间沿着轧制轴线X投影的距离d。
此外，在根据本发明的辊轧机40中，所述控制回路设计成，当距离d呈现为预定值d0时使轧制辊子42在每个轧制台43n中朝着半制成品的管52的外侧径向移动。这在图5.b和图5.c中显示，其中辊子的轴线r与芯棒41之间的距离在常规的渐缩时从h0减少至h1，而在达到距离d0时，立即从h1改变为h2(h2>h0)。
根据本发明的另一个方面，本发明还涉及第二种用于辊轧较长的中空物体51、52的方法，其包括如下步骤：
-提供穿孔坯件51；
-将芯棒41插入到穿孔坯件51中；
-提供主辊轧机40，其包括多个轧制台431-6，每个轧制台43n包括多个轧制辊子42，其能够围绕各自的旋转轴线r旋转，所述轧制辊子的径向位置h借助于致动器可调整；
-在主辊轧机40中轧制在芯棒上的穿孔坯件51，从而获得半制成品的管52。
轧制辊子42的径向位置h受到控制从而获得对于半制成品的管52的壁而言沿着轧制轴线X尽可能保持恒定的厚度s，并且尽可能的与期望的厚度相同。
根据本发明的第二种方法还包括如下步骤：
-计算和/或测量每个轧制台43n的辊子42的旋转轴线r与管52的后部边缘520之间沿着轧制轴线X投影的距离d；以及
-当距离d呈现为预定值d0时使轧制辊子42在每个轧制台43n中朝着半制成品的管52的外侧径向移动。
设计成计算和/或测量旋转轴线r与后部边缘520之间的距离d的装置可包括本身为已知类型的传感器，其能够在后部边缘520沿着轧制轴线X移动的过程中识别并追踪该后部边缘520的位置。
取代所述传感器或者除了传感器之外，所述设计成计算和/或测量距离d的装置还可包括如下类型的本身为已知类型的传感器：其能够在管52的后部边缘520在轧制辊子42的下方通过时识别记录在每个台53中的压力峰值。这里应注意到，除了在两个连续的台之间的轴间距离明显是精确已知之外，管52沿着设备的进给速度也是已知的。所述速度在实际中可以通过特定的传感器探测，或者也可以通过管52的长度(其在每个台43中通过已知的因素而增加)与轧制时间(可取代为轧制时间对于所有的台43为恒定)之间的比率来计算。因此，当知道后部边缘520离开台43n-1的时刻以及轴间距离和管的速度时，有可能实时计算后部边缘520与下一台43n的辊子的轴线r之间的距离d。
本领域技术人员已经能够容易地从上述描述中意识到，使用根据本发明的辊轧机40及所述第二种辊轧方法，相比于现有技术可获得显著的优势。
在实际中在管52的后部边缘520的附近的渐缩的中断允许避免芯棒(在常规的渐缩方法中发生的)过早产生的磨损。在任何情况下，根据本发明的方法产生必须被切断和废弃的端部部分，这是因为其厚度超过允许的公差。然而，该部分在任何情况下由于轧制造成的不规则而将不得不被移除；此外，增厚的部分的长度由于自发性而无法确定并因此为随机现象，但是通过控制回路而被确定，并因此大约等于d0。
显然，为了满足任何会被提出的特定要求，本领域技术人员可对根据本发明的设备10、辊轧机40以及所述方法进行进一步的修改和变化，此外所有这些修改和变化都包含在由接下来的权利要求所限定的本发明的保护范围内。
Claims (4)
1.用于在芯棒(41)上辊轧较长的中空物体(51，52)的设备(10)，其包括：
-旋转式穿孔机(20)，其设计成在其入口处接收坯料(50)，并且对所述坯料(50)纵向穿孔，从而获得具有规则的头部(510)和不规则的尾部(511)的穿孔坯件(51)；
-用于处理所述穿孔坯件(51)的处理台(30)；
-主辊轧机(40)，其包括多个轧制台(43)并设计成在其入口处接受所述穿孔坯件(51)，并且在芯棒上辊轧所述穿孔坯件(51)，从而获得半制成品的管(52)，
其中，所述旋转式穿孔机(20)和处理台(30)布置成使得离开所述旋转式穿孔机(20)和处理台(30)的所述穿孔坯件(51)：
-布置成使得所述穿孔坯件(51)的纵向轴线基本与主辊轧机(40)的轧制轴线X平行；并且
-布置在芯棒(41)的末端与主辊轧机(40)的第一个轧制台(431)之间，
其特征在于所述旋转式穿孔机(20)和处理台(30)还布置成如下方式：使得离开它们的穿孔坯件(51)布置成使得不规则的尾部(511)面向主辊轧机(40)的第一个轧制台(431)并且使得规则的头部(510)面向芯棒(41)的末端。
2.根据权利要求1所述的用于在芯棒(41)上辊轧较长的中空物体(51，52)的设备(10)，其中所述主辊轧机(40)包括沿着轧制轴线X布置的多个轧制台(431-6)，每个轧制台(43n)包括能够围绕各自的旋转轴线(r)旋转的多个轧制辊子(42)，所述轧制辊子(42)的径向位置h借助于致动器而能够调整；
所述主辊轧机(40)还包括控制回路，其适合于控制轧制辊子(42)的径向位置h，从而获得对于半制成品的管(52)的壁而言沿着轧制轴线X尽可能保持恒定的厚度(s)，并且尽可能的与期望的厚度相同；
其中，所述控制回路包括如下的装置，该装置适合于计算和/或测量轧制辊子(42)的旋转轴线(r)与管(52)的后部边缘(520)之间沿着轧制轴线X投影的距离d，
并且，其中所述控制回路设计成，当所述距离d呈现为预定值d0时使轧制辊子(42)在每个轧制台(43n)中朝着半制成品的管(52)的外侧径向移动。
3.用于辊轧较长的中空物体(51，52)的方法，其包括如下步骤：
-提供坯料(50)；
-借助旋转式穿孔机(20)对坯料(50)纵向穿孔，从而获得具有规则头部(510)和不规则的尾部(511)的穿孔坯件(51)；
-使穿孔坯件(51)受到脱氧处理；
-将芯棒(41)插入到穿孔坯件(51)中；
-在主辊轧机(40)中轧制在芯棒上的穿孔坯件(51)，从而获得半制成品的管(52)，
其特征在于，所述芯棒(41)经由规则的头部(510)而被插入到所述穿孔坯件(51)的内部，并且所述穿孔坯件(51)的不规则的尾部(511)被首先引入到主辊轧机(40)中。
4.根据权利要求3所述的用于辊轧较长的中空物体(51，52)的方法，其还包括如下步骤：
-提供主辊轧机(40)，其包括多个轧制台(431-6)，每个轧制台(43n)包括能够围绕各自的旋转轴线(r)旋转的多个轧制辊子(42)，所述轧制辊子(42)的径向位置h借助于致动器而能够调整；
-在主辊轧机(40)中轧制在芯棒上的穿孔坯件(51)，从而获得半制成品的管(52)；
其中轧制辊子(42)的径向位置h受到控制从而用以获得对于半制成品的管(52)的壁而言沿着轧制轴线X尽可能保持恒定的厚度(s)，并且尽可能的与期望的厚度相同；
-计算和/或测量每个轧制台(43n)的轧制辊子(42)的旋转轴线(r)与管(52)的后部边缘(520)之间沿着轧制轴线X投影的距离d；以及
-当所述距离d呈现为预定值d0时使轧制辊子(42)在每个轧制台(43n)中朝着半制成品的管(52)的外侧径向移动。
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