CN114951271A - 一种金属带材轧制装置及轧制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种金属带材轧制装置及轧制方法，工作辊为表面设有波浪形凹凸部的柱状结构，工作辊的曲面形状使得其轴线方向各点的线速度不同，在轧制过程中能够产生金属的横向剪切揉搓，配合轧制过程中上工作辊和下工作辊的转速差产生的金属纵向揉搓，使金属在变形区内被“双向揉搓”，改善了金属在轧制变形区内的应力状态，可以最大限度地减小轧制力，生产具有高硬度的超薄带材；并且配合异步轧制的方法，改变了变形区内的压应力状态还增加了剪变形，可以明显地降低轧制压力、能增大一个轧程的总变形量、减少轧制道次和中间退火次数，并进一步提高轧机的轧薄能力；同时还能够防止支撑辊主传动时与两工作辊之间发生打滑的问题，提高带材的表面质量。

Description

一种金属带材轧制装置及轧制方法

技术领域

本发明涉及轧制技术领域，尤其是指一种金属带材轧制装置及轧制方法。

背景技术

金属带材是指长宽比很大的金属材料，包括钢带、铜带、铝带、不锈钢带、钛带或合金带等；其中厚度较大的带材由热轧机轧制生产，厚度较小的带材则需要在热轧带材的基础上用冷轧机进一步轧制减薄，直至达到成品厚度要求。

但是随着电子电器行业、仪器仪表行业、微型机电等行业的发展，对各种小型或微型零部件结构或功能材料的金属带材的厚度要求越来越薄，如哈氏合金薄带、因瓦合金、钟表发条等，有些最小厚度仅为几微米；

而现有的轧制设备一般都是靠减少两个沿相反方向转动的工作辊间的辊缝值，使金属沿与轧辊轴向垂直方向做纵向流动延伸，来实现带材厚度减薄的，但是由于带材越薄轧制力越大，工作辊的弹性变形量越大，所以，在轧制变形抗力较大且厚度很薄的带材时，会出现带材厚度小于轧辊的弹性变形量的情况，使现有的轧制装置及方法无法生产出硬度更高厚度更薄的金属带材。

发明内容

为此，本发明所要解决的技术问题在于克服现有技术中的轧制设备及轧制方法很难生产硬度更高厚度更薄的金属带材的问题。

为解决上述技术问题，本发明提供了一种金属带材轧制装置，包括，

轧制单元，所述轧制单元包括工作辊组和压力装置，所述工作辊组包括上工作辊和下工作辊，所述上工作辊和下工作辊为表面设有波浪形凹凸部的柱状结构，所述上工作辊和下工作辊的波浪形凹凸部均以其中部对称设置，且所述上工作辊的凸部/凹部与所述下工作辊的凹部/凸部相互契合；所述压力装置用于控制上工作辊和下工作辊之间的压靠力，且所述压力装置上设置有压力传感器；

助轧单元，所述助轧单元包括沿轧制方向分别设置于所述轧制单元两侧的第一助轧辊组和第二助轧辊组；

导卫测速单元，所述导卫测速单元包括沿轧制方向分别设置于所述轧制单元两侧的第一导卫测速组件和第二导卫测速组件；

卷拉单元，所述卷拉单元包括第一卷拉机和第二卷拉机，卷曲在所述第一卷拉机上的带材依次经过第一导卫测速组件和第一助轧辊组穿过两个工作辊之间，并依次经过所述第二助轧辊组和所述第二导卫测速组件卷到第二卷拉机上；

整形单元，所述整形单元用于对第二卷拉机上的半成品带材进行整形。

在本发明的一个实施例中，还包括支撑辊组，所述支撑辊组包括上支撑辊和下支撑辊，所述上支撑辊用于支撑所述上工作辊，所述下支撑辊用于支撑所述下工作辊。

在本发明的一个实施例中，所述上工作辊及所述下工作辊表面的凹凸高度差为0.01mm-5mm。

在本发明的一个实施例中，所述上工作辊和所述下工作辊的中部贴合时，两者端部之间的间隙为0.01mm-0.08mm。

在本发明的一个实施例中，还包括用于测量带材厚度的测厚仪，所述测厚仪设置有多个并对称设置于所述轧制单元的两侧。

在本发明的一个实施例中，所述上工作辊可以为只有一个凸部的凸辊或只有一个凹部的凹辊，所述下工作辊可以为与所述上工作辊匹配的凹辊或凸辊。

在本发明的一个实施例中，还包括控制器，所述控制器用于控制所述轧制单元、助轧单元和卷拉单元。

一种金属带材轧制方法，利用上述任意一项所述的金属带材轧制装置对金属带材进行轧制，包括以下步骤，

步骤S1：所述轧制单元在预定的穿带辊缝和穿带速度下空机运行预定时长，且设置所述上工作辊的转速大于所述下工作辊的转速；

步骤S2：所述第一卷拉机以穿带速度转动，牵引其上的带材依次通过第一导卫测速组件和第一助轧辊组送入上工作辊和下工作辊之间，并以穿带速度依次通过第二助轧辊组和第二导卫测速组件，最终卷曲到第二卷拉机上，直到带材在第二卷拉机上卷曲预设长度后完成穿带；

步骤S3：将带材的压力值、辊缝值、卷拉力值和带材的运行速度等参数调整至预定值，实时检测带材的厚度数据并与设计值比对，动态调整各参数的数值，对带材进行动态轧制；当第一卷拉机41上的带材剩余预设长度时，将带材的速度降至穿带速度，直至带材全部卷到第二卷拉机42上，装置停止，带材完成一个道次的轧制；

步骤S4：装置轧制方向反转，重复步骤S1-步骤S3，进行下一道次的轧制，直至带材的厚度达到预定厚度，半成品带材轧制完成；

步骤S5：将半成品带材送入整形单元进行整形切边，制成带材成品。

在本发明的一个实施例中，所述上工作辊和所述下工作辊的转速为20rpm-900rpm，且所述上工作辊和所述下工作辊的转速差为10％-45％。

本发明的上述技术方案相比现有技术具有以下优点：

本发明所述的一种金属带材轧制装置及轧制方法，上工作辊和下工作辊为表面设有波浪形凹凸部的柱状结构，上工作辊和下工作辊的波浪形凹凸部均以其中部对称设置，工作辊的曲面形状使得两工作辊轴线方向上各点的线速度不同，在金属带材轧制的过程中能够产生金属的横向剪切揉搓，配合轧制过程中上工作辊和下工作辊的转速差产生的金属的纵向揉搓，使金属在变形区内被“双向揉搓”，改善了金属在轧制变形区内的应力状态，可以最大限度地减小轧制力，生产具有高硬度的超薄带材；因此，与常规轧制相比，可以明显地降低轧制压力、能增加每个道次的变形量，减少总轧制道次以及中间退火次数，提高轧机的轧薄能力和生产效率；同时还能够防止支撑辊主传动时与两工作辊之间发生打滑的问题，提高带材的表面质量。

附图说明

为了使本发明的内容更容易被清楚的理解，下面根据本发明的具体实施例并结合附图，对本发明作进一步详细的说明，其中

图1是本发明优选实施例的金属带材轧制装置的整体结构示意图；

图2为图1所示金属带材轧制装置的轧制单元的结构示意图；

图3为图1所示金属带材轧制装置的工作辊组和支撑辊组的示意图。

说明书附图标记说明：1、轧制单元；11、工作辊组；111、上工作辊；112、下工作辊；12、支撑辊组；121、上支撑辊；122、下支撑辊；13、压力装置；131、压力传感器；2、助轧单元；21、第一助轧辊组；22、第二助轧辊组；3、导卫测速单元；31、第一导卫测速组件；32、第二导卫测速组件；4、卷拉单元；41、第一卷拉机；42、第二卷拉机；43、曲面压辊；5、测厚仪；6、控制器；7、整形单元。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，以使本领域的技术人员可以更好地理解本发明并能予以实施，但所举实施例不作为对本发明的限定。

实施例一

参照图1-图3所示，本发明的一种金属带材轧制装置，包括，

轧制单元1，轧制单元1包括工作辊组11和压力装置13，工作辊组11包括上工作辊111和下工作辊112，上工作辊111和下工作辊112为表面设有波浪形凹凸部的柱状结构，上工作辊111和下工作辊112的波浪形凹凸部均以其中部对称设置，且上工作辊111的凸部/凹部与下工作辊112的凹部/凸部相互契合；压力装置13用于控制上工作辊111和下工作辊112之间的压靠力，且压力装置13上设置有压力传感器131；

助轧单元2，助轧单元2包括分别设置于轧制单元1两侧的第一助轧辊组21和第二助轧辊组22；

导卫测速单元3，导卫测速单元3包括分别设置于轧制单元1两侧的第一导卫测速组件31和第二导卫测速组件32；

卷拉单元4，卷拉单元4包括第一卷拉机41和第二卷拉机42，卷曲在第一卷拉机41上的带材依次经过第一导卫测速组件31和第一助轧辊组21穿过两个工作辊之间，并依次经过第二助轧辊组22和第二导卫测速组件32卷到第二卷拉机42上；

整形单元7，所述整形单元7用于对第二卷拉机42上的半成品带材进行整形。

具体的，第一助轧辊组21和第二助轧辊组22均由多只曲面辊组成，多只曲面辊分为上下两排，其中，位于上排的曲面辊的形状与上工作辊111的形状相同，位于下排的曲面辊的形状与下工作辊112的形状相同。

具体的，第一导卫测速组件31和第二导卫测速组件32均包括导向辊，导向辊的形状与下工作辊112的形状相同，且导向辊的端部设置有用于测量轧制速度的测速编码器。

具体的，第一卷拉机41和第二卷拉机42的上方均设置有用于防止带材甩尾的曲面压辊43，且曲面压辊43的形状与上工作辊111的形状相同；两个卷拉机的电机上设置有编码器，用于速度的测量。

可以想到的是，现有的轧制装置及轧制方法，都是靠减少两个沿相反方向转动的轧辊间的辊缝值，使金属沿与轧辊轴向垂直方向做纵向流动延伸，来实现带材厚度的减薄；且与带材直接接触的工作辊和防止工作辊发生挠曲变形的支撑辊的辊面均为圆柱形，或只设有与轧制时产生的弹性变形相对应的极小的凹凸度，使其在承受轧制负荷状态下与带材接触表面保持平直；

本发明的金属带材轧制装置，将上工作辊111和下工作辊112设置为表面设有波浪形凹凸部的柱状结构，波浪形凹凸部使得上工作辊111和下工作辊112轴线方向上各点的线速度不同，在金属带材轧制的过程中能够产生金属的横向剪切揉搓，配合轧制过程中金属的纵向揉搓，使金属在变形区内被“双向揉搓”，改善了金属在轧制变形区内的应力状态；同时第一卷拉机和第二卷拉机在轧制的过程中，其中一个作为放料装置，一个作为收料装置，带材被第一卷拉机和第二卷拉机“拉紧”，产生的卷拉力配合助轧单元，进一步提高装置轧制高强度超薄带材的能力，可以最大限度地减小轧制力，生产具有更高硬度的超薄带材。

同时可以想到的是，工作辊曲面的设计还能够防止支撑辊主传动时与工作辊之间发生打滑的问题，在一定程度上可以提高带材的表面质量。

进一步的，还包括支撑辊组12，支撑辊组12包括上支撑辊121和下支撑辊122，上支撑辊121的波浪形表面紧贴上工作辊111表面，用于支撑上工作辊111，下支撑辊122的波浪形表面紧贴下工作辊112表面，用于支撑下工作辊112。可以想到的是，将上支撑辊121和下支撑辊122设置成分别与上工作辊111和下工作辊112凹凸度相匹配的形状，能够使支撑辊与其支承的工作辊的辊面相吻合，在阻止工作辊弹性变形的同时，能够增加支撑辊与工作辊之间的接触面积，防止工作辊与支撑辊之间打滑，保证整个轧制过程的稳定进行。

具体的，轧制单元1包括机架，上支撑辊121、上工作辊111、下工作辊112和下支撑辊122从上到下依次转动设置在机架上，且配套连接有主传动装置；并且还设置有压力装置13，压力装置13为液压缸或压下电机，并且压力装置13上设置有测速编码器或液压AGG，用以对轧辊的位置进行监测，同时压力装置13还连接有压力传感器131，用于对轧制压力和压靠力进行实时测量。

具体的，在进行金属带材轧制之前，启动压力装置13，直到压力传感器131的数值达到压靠力设计值后停止，此时轧辊的位置为“零位”，且所述压靠力设计值为10-100吨。

进一步的，上工作辊111及下工作辊112表面的凹凸高度差为0.01mm-5mm。

进一步的，上工作辊111和下工作辊112的中部贴合时，两者端部之间的间隙为0.01mm-0.08mm。可以想到的是，上工作辊111和下工作辊112的凹凸度可以完全匹配，同时也可以将上工作辊111和下工作辊112设置为当两者的中部贴合时，从中部的贴合位置向两端出现间隙逐渐增大的缝隙的情况。

进一步的，还包括用于测量带材厚度的测厚仪5，测厚仪5设置有多个并对称设置于轧制单元1的两侧。

进一步的，上工作辊111可以为只有一个凸部的凸辊或只有一个凹部的凹辊，下工作辊112可以为与上工作辊111匹配的凹辊或凸辊。可以想到的是，上工作辊111和下工作辊112可以为表面设有波浪形凹凸部的柱状结构，其表面可以具有多个凸部和凹部。

进一步的，还包括控制器6，控制器用于控制轧制单元1、助轧单元2和卷拉单元4。具体的，可以将整个轧制装置的各部分进行整合联动，根据实时的厚度反馈值、轧制压力值、速度值等机组大数据，动态调整主电机、卷拉电机和助轧电机的转速以及压力值，以达到各道次的带材厚度要求；同时可以对机组的启停进行控制。

可以想到的是，在对金属带材进行轧制前，可以将每一个道次的第一卷拉机41、导向辊、助轧单元2、工作辊组11、第二卷拉机42的初始穿带转速和辊缝值输入控制器；将每一个道次的导向辊、助轧单元2、工作辊组11或支撑辊组12的速度模型和辊缝值及第一卷拉机41和第二卷拉机42的速度模型、轧制力初始值输入控制器，通过控制器进行动态控制。

一种金属带材轧制方法，利用上述任意一项的金属带材轧制装置对金属带材进行轧制，包括以下步骤，

步骤S1：空转，轧制单元1在预定的压下力，穿带辊缝和穿带速度下空机运行5min-20min，其中，穿带辊缝值为被轧制道次的带材厚度的2倍-12倍，穿带速度为1rpm-5rpm，且设置上工作辊111的转速大于下工作辊112的转速；

步骤S2：穿带，第一卷拉机41以穿带速度转动，牵引其上的带材依次通过第一导卫测速组件31和第一助轧辊组21送入上工作辊111和下工作辊112之间，并以穿带速度依次通过第二助轧辊组22和第二导卫测速组件32，最终卷曲到第二卷拉机42上，直到带材在第二卷拉机42上卷曲1-5圈后完成穿带；可以想到的是，在穿带前可以对上工作辊111和下工作辊112喷洒工艺润滑液或润滑油，同时在工作辊组11的两侧还可以设置吹扫装置，进一步保证轧制的带材最终的质量；具体的，两个卷拉机的转速在30rpm-800rpm之间，但在同一道次内两者的转速不同；

步骤S3：轧制，将带材的压力值、辊缝值、卷拉力值和带材的运行速度等参数调整至预定值，并根据测厚仪实测厚度数据与设计值比对，动态调整各参数的数值，对带材进行动态轧制；当第一卷拉机41上的带材剩余2圈-5圈时，将带材的速度降至穿带速度，直至带材全部卷到第二卷拉机42上，装置停止，带材完成一个道次的轧制；

步骤S4：装置轧制方向反转，重复步骤S1-步骤S3，进行下一道次的轧制，直至带材的厚度达到预定厚度，半成品带材轧制完成；

步骤S5：将半成品带材送入整形单元7进行整形切边，制成带材成品。

具体的，轧制装置还包括整形单元7，通过整形单元7对卷曲在第二卷拉机42上的半成品带卷进行整形和切边，制成成品带材，成品带材的最小厚度可以达到0.002mm，整形单元7可以是整形机。

进一步的，上工作辊111和下工作辊112的转速为20rpm-900rpm，且上工作辊111和下工作辊112的转速差为10％-45％。可以想到的是，由于横向揉搓与异步轧制改变了变形区内的压应力状态，增加了剪变形，因此，与常规轧制相比，可以明显地降低轧制压力、能增大每个道次变形量、减少轧制道次和中间退火次数、提高轧机的轧薄能力和轧制效率。

实施例二

参照图1-图3所示，在实施例一的基础上，将上工作辊111设置为凹辊，凹辊的凹陷深度为2.55mm，将下工作辊112设置为凸辊，凸辊的凸起高度为2.6mm,并且使凸辊与凹辊中部贴合时，凸辊与凹辊两端之间的间隙为0.05mm；同时将上支撑辊121加工成凸形，凸起高度为2.55mm,将下支撑辊设置为凹形，凹入的深度为2.6mm，使相互配合的工作辊与支撑辊的凹凸度相吻合。制作第一卷拉机卷筒和第二卷拉机卷筒，两卷筒均设置为凸形的卷筒，且凸起的高度为2.55mm；设置第一卷拉机和第二卷拉机的曲面压辊43，曲面压辊43均设置为凹形，且凹入的深度为2.55mm；设置助轧单元中位于上排的曲面辊为凹形辊且凹入深度为2.55mm，位于下排的曲面辊为凸形辊，凸起高度为2.55mm；加工凸形的导向辊且其凸度为2.55mm；并对上述各部件进行组装。

启动压力装置13，直到压力传感器131显示的力值达到压靠力设计值30吨后停止，此时轧辊位置视为“零”位。

将每一个道次的第一卷拉机41、导向辊、工作辊组11、第二卷拉机42的初始穿带转速、轧制转速、辊缝值或压力值输入可编程序控制器。

将原料带卷装入开卷机，将带卷倒到第一卷拉机41上并与上工作辊111/下工作辊112对正。

打开可编程序控制器或操作器上的启动开关，使轧制单元1和卷拉单元4执行第一道次轧制规程。即轧制单元1在穿带辊缝和速度下运行5分钟-20分钟，然后第一卷拉机41和第二卷拉机42以穿带速度转动，人工或机械牵引第一卷拉机41上的原料带卷的头部依次通过第一导卫测速组件31和第一助轧辊组21,送入上工作辊111和下工作辊112之间，以穿带速度通过后的带材头部依次通过第二助轧辊组22和第二导卫测速组件32到达第二卷拉机42，进入第二卷拉机42的卷筒后缠绕1-5圈完成穿带。穿带完成后，轧制单元1和卷拉单元4按指定速度模型并压下到指定辊缝值或压力值，测厚仪5闭环，进行稳定轧制。当第一卷拉机卷筒上的带材剩下2-5圈后，轧制单元1和卷拉单元4降到穿带速度，两卷拉机的曲面压辊43压住带卷直到卷完，曲面压辊43抬起、轧制单元1和卷拉单元4停止，完成本道次轧制。之后手动或自动启动相邻下一个道次空转、穿带与轧制规程，直到最后一个道次完成，制成半成品带卷。

将半成品带卷引入整形机、拉矫机制成成品带卷，经切边、打包制成成品带材。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。

Claims (9)

1.一种金属带材轧制装置，其特征在于，包括，

轧制单元，所述轧制单元包括工作辊组和压力装置，所述工作辊组包括上工作辊和下工作辊，所述上工作辊和下工作辊为表面设有波浪形凹凸部的柱状结构，所述上工作辊和下工作辊的波浪形凹凸部均以其中部对称设置，且所述上工作辊的凸部/凹部与所述下工作辊的凹部/凸部相互契合；所述压力装置用于控制上工作辊和下工作辊之间的压靠力，且所述压力装置上设置有压力传感器；

助轧单元，所述助轧单元包括沿轧制方向分别设置于所述轧制单元两侧的第一助轧辊组和第二助轧辊组；

导卫测速单元，所述导卫测速单元包括沿轧制方向分别设置于所述轧制单元两侧的第一导卫测速组件和第二导卫测速组件；

卷拉单元，所述卷拉单元包括第一卷拉机和第二卷拉机，卷曲在所述第一卷拉机上的带材依次经过第一导卫测速组件和第一助轧辊组穿过两个工作辊之间，并依次经过所述第二助轧辊组和所述第二导卫测速组件卷到第二卷拉机上；

整形单元，所述整形单元用于对第二卷拉机上的半成品带材进行整形。

2.根据权利要求1所述的金属带材轧制装置，其特征在于：还包括支撑辊组，所述支撑辊组包括上支撑辊和下支撑辊，所述上支撑辊用于支撑所述上工作辊，所述下支撑辊用于支撑所述下工作辊。

3.根据权利要求1所述的金属带材轧制装置，其特征在于：所述上工作辊及所述下工作辊表面的凹凸高度差为0.01mm-5mm。

4.根据权利要求1所述的金属带材轧制装置，其特征在于：所述上工作辊和所述下工作辊的中部贴合时，两者端部之间的间隙为0.01mm-0.08mm。

5.根据权利要求1所述的金属带材轧制装置，其特征在于：还包括用于测量带材厚度的测厚仪，所述测厚仪设置有多个并对称设置于所述轧制单元的两侧。

6.根据权利要求1所述的金属带材轧制装置，其特征在于：所述上工作辊可以为只有一个凸部的凸辊或只有一个凹部的凹辊，所述下工作辊可以为与所述上工作辊匹配的凹辊或凸辊。

7.根据权利要求1所述的金属带材轧制装置，其特征在于：还包括控制器，所述控制器用于控制所述轧制单元、助轧单元和卷拉单元。

8.一种金属带材轧制方法，利用权利要求1-7中任意一项所述的金属带材轧制装置对金属带材进行轧制，其特征在于：包括以下步骤，

步骤S1：所述轧制单元在预定的穿带辊缝和穿带速度下空机运行预定时长，且设置所述上工作辊的转速大于所述下工作辊的转速；

步骤S2：所述第一卷拉机以穿带速度转动，牵引其上的带材依次通过第一导卫测速组件和第一助轧辊组送入上工作辊和下工作辊之间，并以穿带速度依次通过第二助轧辊组和第二导卫测速组件，最终卷曲到第二卷拉机上，直到带材在第二卷拉机上卷曲预设长度后完成穿带；

步骤S3：将带材的压力值、辊缝值、卷拉力值和带材的运行速度等参数调整至预定值，实时检测带材的厚度数据并与设计值比对，动态调整各参数的数值，对带材进行动态轧制；当第一卷拉机上的带材剩余预设长度时，将带材的速度降至穿带速度，直至带材全部卷到第二卷拉机上，装置停止，带材完成一个道次的轧制；

步骤S4：装置轧制方向反转，重复步骤S1-步骤S3，进行下一道次的轧制，直至带材的厚度达到预定厚度，半成品带材轧制完成；

步骤S5：将半成品带材送入整形单元进行整形切边，制成带材成品。

9.根据权利要求8所述的金属带材轧制方法，其特征在于：所述上工作辊和所述下工作辊的转速为20rpm-900rpm，且所述上工作辊和所述下工作辊的转速差为10％-45％。

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