CN111581751B - 一种在连轧机上使用的初轧潜孔型设计方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种在连轧机上使用的初轧潜孔型设计方法，属于轧钢技术领域，是针对现有轧辊辊身利用率低的现状所提出的，其具体步骤包括在不改变现有孔型侧壁斜度的情况下，减小现有孔型的刻槽深度；根据潜孔型的刻槽深度和潜孔型的数量，得出轧辊边缘的辊环宽度；在轧辊上布设潜孔型的数量，需满足S≥h要求；在轧辊工作直径相同的情况下，根据潜孔型的刻槽深度，确定轧辊直径。本发明在保证特殊钢产品轧制质量的前提下，将现有孔型设计成潜孔型，使轧辊上孔型的刻槽深度减少一半，进而使孔型槽底处在硬度层较高的位置，保证了轧辊的过钢量要求，降低轧辊的使用成本。

Description

一种在连轧机上使用的初轧潜孔型设计方法

技术领域：

本发明属于轧钢技术领域，具体涉及一种在连轧机上使用的初轧潜孔型设计方法。

背景技术：

在轧钢长材生产领域，各生产企业为降低轧辊消耗，在孔型设计上运用了很多创新方法，比较典型的是采用平辊无孔型轧制，取代连轧机初轧的箱型—箱型—椭圆型—圆型孔型系统轧制，有效地降低了轧辊的吨钢消耗。但是，由于平辊无孔型轧制在变形过程中，使轧件角部形成尖角，在后续过渡到圆形的过程中易形成表面折叠缺陷，因此，平辊无孔型轧制仅适用于对表面质量要求不高的建筑材料使用，不适合特殊钢产品生产。在原料使用上，平辊无孔型轧制仅适用于方形形状的连铸坯。

在特殊钢材生产领域，棒、线材连轧机所采用的初轧孔型多数为箱型—箱型—椭圆型—圆型孔型系统，该孔型系统在生产中存在如下问题：

(1)轧辊硬度层浪费

目前，特殊钢棒、线材连轧机所采用的的坯料规格较大，尤其是大规格棒材，坯料规格更为突出，因此，对1、2架连轧机均采用箱型孔型的设计方式。由于箱型孔型的设计刻槽较深，导致轧辊在车削孔型时，离表面层较近的高硬度层被车削掉，使轧辊高硬度层没有得到充分利用。表面高硬度层被车削掉的轧辊，不仅降低了轧辊轧制的过钢量，增加轧辊吨钢消耗，而且使孔型加工量大，增加车削工时。

(2)辊身利用率低

箱型孔型由于刻槽深，因此在孔型侧壁斜度固定的情况下，孔型外口的宽度大，在布置孔型时，占用轧辊辊身的长度多，导致轧辊的辊身利用率低。

(3)轧辊重量大

由于箱型孔型刻槽较深，轧辊的辊身直径与工作直径差值大，因此，在保证轧辊工作直径的前提下，轧辊的辊身直径也相应较大，增加了轧辊的重量。

发明内容：

本发明为克服现有连轧机初轧孔型在设计上存在的缺陷，提供了一种在连轧机上使用的初轧潜孔型设计方法，该设计方将孔型刻槽深度减小，充分利用轧辊辊身的有效长度，有效降低了轧辊重量。

本发明采用的技术方案在于：一种在连轧机上使用的初轧潜孔型设计方法，包括：在轧辊的表面上加工有箱型状的孔型，所述孔型的侧壁为倾斜设置，具体包括以下步骤：

步骤1：根据现有孔型的刻槽深度，通过以下公式，确定潜孔型的刻槽深度，潜孔型的侧壁斜度与现有孔型侧壁斜度相同，

h₂＝1/2h₁

式中：h₂为潜孔型的刻槽深度，h₁为现有孔型的刻槽深度；

步骤2：根据潜孔型的刻槽深度和潜孔型的数量，得出应用潜孔型时轧辊边缘的辊环宽度S₂；

步骤3：在轧辊上布设潜孔型的数量，需满足S₂≥h₂要求；

步骤4：在轧辊工作直径相同的情况下，根据潜孔型的刻槽深度h₂，通过以下公式，确定轧辊直径；

D₂＝d₂+2h₂

式中：D₂为潜孔型的轧辊直径，d₂为轧辊工作直径，h₂为潜孔型的刻槽深度。

优选地，所述步骤1中，潜孔型的槽底为凹形底。

优选地，所述凹形底的设计方法为将两条直线与平直槽底倾斜设置，且直线平直槽底间的夹角为α，在潜孔型的中间位置相交，将两条相交线用圆角过渡，形成潜孔型的凹形底，所述潜孔型的凹形底与平直槽底的间距为N，过渡圆角半径R为孔型外口宽度的I倍,即：R＝I*L₂。

优选地，所述α的取值范围为1～2°，N的取值范围为2～3mm，所述I的取值为3。

优选地，所述步骤5：在轧辊长度和轧辊工作直径不变的情况下，应用潜孔型后通过以下公式可得出减少的轧辊重量

W＝π*(D₁ ²/4-D₂ ²/4)*B*k

式中：W为减少的轧辊重量，D₁为应用现有孔型的轧辊辊身直径，D₂为应该潜孔型的轧辊辊身直径，B为轧辊辊身长度，k为金属比重。

本发明的有益效果是：

1、本发明在保证特殊钢产品轧制质量的前提下，将现有孔型设计成潜孔型，使轧辊上孔型的刻槽深度减少一半，进而使孔型槽底处在硬度层较高的位置，保证了轧辊的过钢量要求，降低轧辊的使用成本，有效减少轧辊硬度层浪费。

2、由于潜孔型的刻槽深度减小，在孔型侧壁斜度固定的情况下，潜孔型的孔型外口宽度也随之减小，同时，潜孔型刻槽深度的减小，可以减少轧辊的辊身直径与工作直径的差值，轧辊在轧辊工作直径相同的情况下，轧辊直径减少了，降低了轧辊重量，节省了轧辊购置成本。

3、由于潜孔型的外口宽度减少，在布置孔型时，原设计的轧辊辊身只能布设一个孔型，而按潜孔型设计方法可以布置两个孔型，使轧辊辊身得到了充分利用，提高了轧辊辊身的利用率，孔型数量的增加，使轧辊的过钢量也随之增加，降低了轧辊的使用成本。

4、本发明将平直型孔型槽底改变成凹型孔型槽底，通过改变孔型槽底形状，解决氧化铁皮压入轧件上表面所造成的表面质量问题，节省了钢材表面修磨的清理成本。

附图说明：

图1为本发明的结构示意图；

图2为现有轧辊结构示意图；

图3为潜孔型的结构示意图；

图4为现有孔型的结构示意图；

图5为潜孔型在轧辊上的结构示意图；

其中：1轧辊、2现有孔型、3潜孔型。

具体实施方式：

如图1和图5所示，本发明为一种在连轧机上使用的初轧潜孔型设计方法，在轧辊1的表面上加工有箱型状的孔型，所述孔型的侧壁为倾斜设置，具体包括以下步骤：

步骤1：根据现有孔型2的刻槽深度，通过以下公式，确定潜孔型3的刻槽深度，潜孔型3的侧壁斜度与现有孔型2侧壁斜度相同，即：

h₂＝1/2h₁

式中：h₂为潜孔型的刻槽深度，h₁为现有孔型的刻槽深度

由于潜孔型3的刻槽深度减少，使轧辊辊身直径D₂与轧辊工作直径d₂的差值比原设计减少了一半，进而使潜孔型3槽底处在硬度层较高的位置，不仅提高了轧辊1的过钢量，而且还使孔型加工量减少。

步骤2：潜孔型3设计的孔型不仅可以减少孔型外口宽度，同时，还可以使轧辊边缘辊环的允许宽度变小，增加孔型的布设数量，提高轧辊辊身利用率。当轧辊边缘辊环的允许宽度值S＝h或略大于h时，轧辊辊身利用率高；当轧辊边缘辊环的允许宽度值S<h时，轧辊1的辊身利用率低，此时的S值较大，轧辊辊身浪费严重。轧辊边缘辊环的允许宽度值可按下列公式进行计算，即：

S＝1/2(B-L_1+n-l_n)

式中：S为轧辊边缘的辊环宽度，B为轧辊辊身长度，L为外口宽度，l为两个孔型间的辊环宽度，n为两个孔型间的辊环数量。

步骤3：在轧辊1上布设潜孔型的数量，需满足S₂≥h₂要求，式中：S₂为应用潜孔型3时轧辊边缘的辊环宽度。由于潜孔型3设计的孔型刻槽深度和外口宽度减少，轧辊边缘辊环宽度S₂与孔型刻3槽深度所发生的关系变化，满足了铸铁轧辊边缘辊环宽度S₂略大于h₂的要求，因此，如图1所示按潜孔型3设计方法可以布置两个孔型，使轧辊1的过钢量增加一倍，轧辊辊身的长度得到了充分利用。如图2和图4所示，现有孔型2设计的轧辊边缘辊环宽度与孔型刻槽深度的关系为S₁<h₁，不满足铸铁轧辊边缘辊环宽度要求，因此，按现有孔型2设计方法只能布置一个孔型。

步骤4：在轧辊工作直径相同(即d₁＝d₂)的情况下，根据潜孔型3的刻槽深度h₂，通过以下公式，确定轧辊直径；

D₂＝d₂+2h₂

式中：D₂为轧辊直径，d₂为轧辊工作直径，h₂为潜孔型的刻槽深度。

所述步骤5：在轧辊长度和轧辊工作直径不变的情况下，减少孔型刻槽深度，可以减少轧辊重量，应用潜孔型3后通过以下公式可得出减少的轧辊重量，即：

W＝π*(D₁ ²/4-D₂ ²/4)*B*k

式中：W为减少的轧辊重量，D₁为应用现有孔型的轧辊辊身直径，D₂为应该潜孔型的轧辊辊身直径，B为轧辊辊身长度，k为金属比重。

进一步地，所述步骤1中，潜孔型3设计的目的，不仅是减少轧辊1硬度层的浪费，而且还要通过潜孔型3槽底的凹形底结构，使轧件在轧制过程中的上下面形成凸型的形状，避免在轧制过程中的冷却水在轧件的上表面存留，以此来解决氧化铁皮压入轧件上表面所造成的表面质量问题。如图3所示，所述潜孔型3槽底的凹形底设计方法为将两条与平直槽底成1～2°夹角的直线，在潜孔型的中间位置相交，两条相交线用圆角过渡，形成潜孔型的凹形底，所述潜孔型3的凹形底与平直槽底的间距为N，N的取值范围为2～3mm，过渡圆角半径R为孔型外口宽度的I倍,即：R＝I*L₂，所述I的取值为3。

具体案例：

以直径为840mm，辊身长度为750mm的800轧机为例，按照潜孔型设计与原孔型设计存在如下差别：

1、孔型刻槽深度变浅

现有孔型2设计的孔型刻槽深度h₁为82mm，潜孔型3设计的孔型刻槽深度h₂为41mm，潜孔型3设计比现有孔型2设计的刻槽深度减少了一半。由于刻槽深度的减少，使孔型槽底处在硬度层较高的位置，轧辊淬硬层得到了充分利用。

2、孔型外口宽度变小

现有孔型2设计的孔型外口宽度L₁为318mm，潜孔型3设计的孔型外口宽度L₂为305mm，潜孔型3设计比现有孔型设计的孔型外口宽度减少了13mm。

3、轧辊辊身利用率

如图1所示，由于潜孔型3的孔型外口宽度减少，潜孔型3设计可以在辊身长度B为750mm的轧辊上布设两个孔型。在两个孔型间的辊环宽度l设定为40mm的条件下，潜孔型设计的轧辊边缘辊环宽度S₂为50mm，满足S₂略大于h₂的铸铁轧辊边缘辊环宽度要求，轧辊辊身得到充分利用，因此，按潜孔型设计时可布设两个孔型，两个孔型间的辊环数量n＝1。

如图2所示，如果按现有孔型2设计在轧辊1辊身长度B为750mm的轧辊上布置两个孔型，在两个孔型间的辊环宽度l设定为40mm的条件下，其边缘辊环宽度S₁为37mm，未满足S₁＝h₁或略大于h₁的铸铁轧辊边缘辊环宽度要求。因此，按现有孔型2设计只能布置一个孔型，没有辊环，所以两个孔型间的辊环数量n＝0，其边缘辊环宽度S₁为216mm，S₁值较大，轧辊辊身浪费严重。

4、轧辊重量减少

在轧辊工作直径相同(d₁＝d₂)均为676mm的情况下，潜孔型的轧辊直径D₂值可按公式D₂＝d₂+2h₂进行计算，案例中，现有孔型2设计的轧辊直径D₁＝676+2*82＝840mm，潜孔型设计的轧辊直径D₂＝676+2*41＝758mm，潜孔型3设计比现有孔型2设计的轧辊直径减少了82mm，轧辊重量减少了π*(D₁ ²/4-D₂ ²/4)*B*k＝3.14*(0.84m*0.84m/4-0.758m*0.758m/4)*0.75m*7.85t/m²＝0.605t。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，这些具体实施方式都是基于本发明整体构思下的不同实现方式，而且本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。

Claims (2)

1.一种在连轧机上使用的初轧潜孔型设计方法，包括：在轧辊(1)的表面上加工有箱型状的孔型，所述孔型的侧壁为倾斜设置，其特征在于，具体包括以下步骤：

步骤1：根据现有孔型(2)的刻槽深度，通过以下公式，确定潜孔型(3)的刻槽深度，潜孔型(3)的侧壁斜度与现有孔型(2)侧壁斜度相同，

h₂＝1/2h₁

式中：h₂为潜孔型的刻槽深度，h₁为现有孔型的刻槽深度；

步骤2：根据潜孔型(3)的刻槽深度和潜孔型(3)的数量，得出应用潜孔型(3)时轧辊边缘的辊环宽度S₂；

步骤3：在轧辊(1)上布设潜孔型(3)的数量，需满足S₂≥h₂要求；

步骤4：在轧辊(1)工作直径相同的情况下，根据潜孔型(3)的刻槽深度h₂，通过以下公式，确定轧辊(1)的直径；

D₂＝d₂+2h₂

式中：D₂为潜孔型的轧辊直径，d₂为轧辊工作直径，h₂为潜孔型的刻槽深度；

所述步骤1中，潜孔型(3)的槽底为凹形底；

所述凹形底的设计方法为将两条直线与平直槽底倾斜设置，且直线平直槽底间的夹角为α，在潜孔型(3)的中间位置相交，将两条相交线用圆角过渡，形成潜孔型(3)的凹形底，所述潜孔型(3)的凹形底与平直槽底的间距为N，过渡圆角半径R为孔型外口宽度的I倍,即：R＝I*L₂；

所述α的取值范围为1～2°，所述N的取值范围为2～3mm，所述I的取值为3。

2.如权利要求1所述的一种在连轧机上使用的初轧潜孔型设计方法，其特征在于：步骤5：在轧辊(1)长度和轧辊(1)工作直径不变的情况下，应用潜孔型(3)后通过以下公式可得出减少的轧辊重量

W＝π*(D₁ ²/4-D₂ ²/4)*B*k

式中：W为减少的轧辊重量，D₁为应用现有孔型的轧辊辊身直径，D₂为应该潜孔型的轧辊辊身直径，B为轧辊辊身长度，k为金属比重。

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