CN1276273A - 反对称变型拱形辊及组合方法 - Google Patents

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CN1276273A
CN1276273A CN00107533.0A CN00107533A CN1276273A CN 1276273 A CN1276273 A CN 1276273A CN 00107533 A CN00107533 A CN 00107533A CN 1276273 A CN1276273 A CN 1276273A
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弗拉基米尔·B·金茨堡
罗伊·J·伊萨
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Abstract

本发明的方法和设备是具有反对称轮廓的辊轧机及使用方法。反对称外廓是关于轧辊中心线左右两侧的外廓用相同的但符号相反的多项式描述。用本发明的方法和设备形成一族金属条带外廓,其中轧辊偏移前形成的条带外廓族由带n次项的多项式函数表示,而通过偏移至少一个具有反对称外廓的上辊和至少一个具有反对称外廓的下辊得到的条带外廓族由带(n－1)次项的多项式函数表示,其中的n都包含1—5。

Description

反对称变型拱形辊及组合方法
本发明涉及一种用于减小辊轧机局部轧辊磨损以及修正辊轧机中金属条带外廓变形的方法和设备。
各种条带外廓具有许多被确定的共同形状，如平板状的或矩形的、重心或凸面高度中心或凹面的形状。通常描述的是得到最终具有凸面外廓的金属条带。另外并非只是主要的凸面外廓，而且为临界的凸面外廓。为此，通常希望得到多项式的凸面外廓。换句话说，可按多项式函数以数学方式描述凸面外廓，特别是顶缘和底缘的曲率。
至少通过两种公知方法，即轧辊挠曲或轧辊偏移中的一种实现得到多项式凸面外廓。轧辊挠曲是指把载荷放在轧机机台工作辊的辊颈端上，为使工作辊弯曲，通常只放在上工作辊的辊颈端上，并因此而使金属条带外廓改形。
正轧辊挠曲的基本作用是加大条带中心的压缩量，同时减小条带边缘的压缩量。相反，负轧辊挠曲在条带边缘给出加大的压缩量，并可导致条带中心处压缩量的减小。
另一种修正金属条带外廓方法是利用轧辊的偏移，这指的是轧机机台中的至少一个非圆柱形轧辊处的轴向偏移。在至少一个非圆柱形轧辊处的轴向偏移改变各工作辊之间间隙的形状。工作辊之间的这个间隔限定了这个间隙。通过轧辊的偏移改变轧辊的间隙还可以引起条带外廓的“修正”，形成多项式外廓。修正的条带外廓包含选择金属条带表面的曲率，而不改变条带的尺度。条带外廓的变化取决于被偏移的轧辊、工作辊、中间辊或支承辊的形状。并非所有轧辊的形状或者它们的组合都能形成轧辊间隙，也即为得到多项式外廓而修正条带外廓。通过轧辊的偏移修正条带外廓取决于非圆柱形轧辊或者被偏移的各轧辊的形状，以及拟被修正的条带外廓的形状。
轧辊的挠曲和轧辊的偏移形成多种条带外廓。通过轧辊挠曲和轧辊偏移关于辊轧机形成的多种条带外廓被称为条带外廓族。条带外廓族包含条带外廓的包络。条带外廓的包络越大，轧机得到所需外廓的能力越大。
现有技术轧辊偏移的一个实例是所谓普通变型拱形(CVC)辊，其中各工作辊和各支承辊都具有S形或瓶形的外廓，这种外廓用于通过轧辊的双向偏移提供对轧辊间隙外廓的调节。CVC系统的缺陷在于它需要特殊的对称轧辊研磨，并产生对称的支承辊磨损图样。进而，它不能明显地改善避免使用几组轧辊，这些轧辊用以轧制各种尺寸范围的板或条带，所述板或条带可在给定的轧制设备中受到辊轧。
当使材料在上下工作辊的弯曲的内部拱形部分之间受到辊轧时，即使上下工作辊轴向偏移，轧辊间隙的变化也很小，而且提供轧辊的挠曲补偿这种变化，可使工作辊在预定的范围内周期地沿轴向偏移。这样做使得工作辊因辊轧所受的磨损消散，可长时间保持工作辊的内部拱形。于是，就能在对窄材料进行辊轧操作之后实现宽材料的辊轧操作，并可省去关于拟被辊轧的材料宽度的辊轧操作次序的限制。
本发明的主要目的是要提供一种方法和设备，它给出辊轧机内的一族条带外廓，用于修正条带外廓的较大变化。
本发明的目的在于提供一种方法和设备，用于减少辊轧机的工作辊的局部辊轧磨损。
本发明的另一目的在于提供一种方法和设备，能够提供经济的和有效的方式实现精确的轧件外廓的控制。
本发明的又一目的在于提供一种轧机机台，它能与现存的辊轧机工艺兼容。
本发明的再一目的在于提供一种大的条带外廓包络。
通过以下结合附图的详细描述，将使本发明的其它目的、特点及优点变得愈为清晰。
本发明是一种用于减少辊轧机中局部辊轧磨损以及修正辊轧机中减少条带外廓的变化的方法和设备。这可以利用具有反对称外廓的轧辊来实现。反对称外廓是这样一种外廓，其中关于轧辊中心线的右侧和左侧的轮廓由同一多项式描述，但具有相反的符号。本发明的方法和设备是一种辊轧机具有反对称外廓的轧辊和一种使用此种辊轧机的方法。可利用本发明的方法和设备形成一族金属条带外廓，其中所形成的一族先于轧辊偏移的条带外廓是由具有n次项的多项式函数表示的条带外廓，其中的n最好包含1-5，通过偏移产生的一组条带外廓是由具有(n-1)次项的多项式表示的外廓，其中n最好包含1-5，而所述偏移至少一个上辊具有反对称外廓，至少一个下辊具有反对称外廓。
图1a是两个长条形轧辊的外廓形状；
图1b是两个二次项形轧辊的外廓形状；
图1c是两个三次项形轧辊的外廓形状；
图1d是两个四次项形轧辊的外廓形状；
图1e是两个CVC轧辊的外廓形状；
图1f是两个UPC轧辊的外廓形状；
图1g是两个K-WRS轧辊的外廓形状；
图2是现有技术中两个支承辊和两个工作辊的外廓形状；
图3是表示现有技术中具有被定位成产生普通平板条带的工作辊的4-hi轧机的截面示意图；
图3a是由图3轧机机台得到的条带外廓；
图4是表示现有技术中具有被偏移以产生带凸面外廓的条带的工作辊的4-hi轧机的截面示意图；
图4a是由图4轧机机台得到的条带外廓；
图5是表示现有技术中具有被偏移成产生带凹面外廓的条带的工作辊的4-hi轧机机台的截面示意图；
图5a是由图5轧机机台得到的条带外廓；
图6是本发明的两个支承辊和两个工作辊的外廓形状；
图7是表示本发明具有被定位成产生普通平板条带的工作辊的4-hiIVC轧机机台的截面示意图；
图7a是由图7轧机机台得到的条带外廓；
图8是表示本发明具有被偏移以产生带凸面外廓的条带的工作辊的4-hi IVC轧机机台的截面示意图；
图8a是由图8轧机机台得到的条带外廓；
图9是表示本发明具有被偏移以产生带凹面外廓的条带的工作辊的4-hi IVC轧机机台的截面示意图；
图9a是由图9轧机机台得到的条带外廓；
图10是表示本发明4-hi IVC轧机机台的截面示意图，示出轧辊偏移行程“S”；
图11是本发明4-hi IVC轧机中的中心线处轧辊间隙变化与工作辊的轧辊偏移行程间的关系曲线；
图12是本发明4-hi IVC轧机中的轧辊间隙差与工作辊的轧辊偏移行程间的关系曲线；
图13是本发明4-hi IVC轧机中的等效轧辊拱与工作辊的轧辊偏移行程间的关系曲线；
图14示意地表示本发明具有轧辊偏移装置和轧辊挠曲装置的有相关控制的简化IVC轧机的截面图；
图15是本发明另一实施例的具有两个支承辊和两个工作辊的外廓形状；
图16是表示本发明具有完美接触的工作辊并被偏移以产生带凸面外廓的条带的4-hi IVC轧机机台的截面示意图；
图16a是表示具有轧辊间隙的图16轧机机台的截面示意图；
图17是表示本发明具有完美接触工作辊并被定位以得到普通平板条带的工作辊的4-hi IVC轧机机台的截面示意图；
图17a是表示具有轧辊间隙的图17轧机机台的截面示意图；
图18是表示本发明具有完美接触工作辊并被偏移以得到具有凹面外廓条带的工作辊的4-hi IVC轧机机台的截面示意图；
图18a是表示具有轧辊间隙的图18轧机机台的截面示意图；
图19是表示本发明具有被偏移的工作辊以得到具有凸面外廓条带的工作辊的4-hi IVC轧机机台的截面示意图；
图19a是表示普通轧机机台的截面示意图，示出所需的比较工作辊，用以得到具有与图19的条带相比较的凸面外廓的条带；
图20是表示本发明具有被定位以得到普通平板条带的工作辊的4-hiIVC轧机机台的截面示意图；
图20a是表示普通轧机机台的截面示意图，示出所需的比较工作辊，用以得到具有与图20的条带相比较的普通平板条带；
图21是表示本发明具有被偏移的工作辊以得到具有凹面外廓条带的工作辊的4-hi IVC轧机机台的截面示意图；
图21a是表示普通轧机机台的截面示意图，示出所需的比较工作辊，用以得到具有与图21的条带相比较的凹面外廓的条带；
图22是本发明的两个工作辊的外廓形状；
图23是中央隆起的条带的条带外廓；
图24是对于4-hi IVC轧机和具有圆柱形轧辊的4-hi轧机的条带外廓包络的象限曲线；
图25是条带厚度随离开本发明4-hi IVC轧机机台的工作辊中心距离变化的曲线；
图26是条带厚度随离开具有圆柱形轧辊的4-hi IVC轧机机台的工作辊中心距离变化的曲线；
图27是对于正工作辊偏移的等效工作辊外廓与离开本发明4-hi IVC轧机机台的工作辊中心距离间的关系曲线；
图28是对于负工作辊偏移的等效工作辊外廓与离开本发明4-hi IVC轧机机台的工作辊中心距离间的关系曲线；
图29是本发明4-hi IVC轧机机台中a1对n的关系曲线；
图30是本发明4-hi IVC轧机机台中a2对n的关系曲线；
图31是本发明4-hi IVC轧机机台中等效工作辊隆起对工作辊偏移行程间的关系曲线；
图32是表示本发明具有IVC工作辊和支承辊的6-hi轧机机台的截面示意图，所述工作辊和支承辊有完美的接触并被偏移以得到具有凸面外廓的条带；
图32a是表示具有轧辊间隙的图32轧机机台的截面示意图；
图33是表示本发明具有IVC工作辊和支承辊的6-hi轧机机台的截面示意图，所述工作辊和支承辊有完美的接触并被定位以得到普通平板条带：
图33a是表示具有轧辊间隙的图33轧机机台的截面示意图；
图34是表示本发明具有IVC工作辊和支承辊的6-hi轧机机台的截面示意图，所述工作辊和支承辊有完美的接触并被偏移以得到具有凹面外廓的条带；
图34a是表示具有轧辊间隙的图34轧机机台的截面示意图；
本发明指的是一种有效的和适应性强的设备和方法，用以修正以不同的和变化的多项式函数表征的条带外廓。本发明的设备和方法采用具有壳体的轧机机台，所述壳体用于安装各轧辊，使它们被支轴在轧辊轴承座中，并且至少两种轧辊，如工作辊、中间辊或支承辊具有反对称外廓，被称为反对称变型拱形辊(IVC)。具有IVC辊的轧机被称为反对称变型拱形辊轧机(IVC轧机)。反对称外廓是这样一种外廓，其中一个轧辊关于中心线的右侧和左侧的外廓由有相反符号的相同多项式描述。换句话说，该轧辊的右侧和左侧与圆柱形外廓的偏差量相同，但方向相反。
对于金属条带制品，尤其是钢制品重要的是控制最终的金属条带的形状，它的截面表示条带外廓的变化。热轧金属制品能够对制品直接控制形状，因此能够控制条带外廓，因为受热的金属是可加工的并且热轧成形金属条带的外廓。相反地，对于冷轧过程，制品不需改变相对的条带外廓(条带中心处条带隆起对条带厚度之比)，因为变化的外廓将引起金属条带不平度的问题。这代之以在最后的轧机中“修正”条带外廓。
修正条带外廓包括选择金属条带表面的曲率而不改变条带的尺度。通过改变尺度或改变条带隆起的位置来改变条带的外廓会引起不平度的问题，因而希望避免这种改变。
金属条带有上下表面，两个侧面和两个端面。条带的上下表面具有最大的表面面积。由四个边缘限定以金属条带的断面描述的条带外廓，即与金属条带上下表面相应的上下边缘和相应于两个侧面的两个侧边缘。
有多种不同的轧机轧辊外廓及其外廓组合。最普通的轧机轧辊是如附图1a-g及函数f(Y)所表示的那样，函数f(Y)是多项式函数，其中x为距离轧辊中心的距离：
线性轧辊    Y＝0.02x
二次轧辊    Y＝0.002x2
三次轧辊    Y＝0.0001x3
四次轧辊    Y＝0.000002x4
CVC轧辊     Y＝0.0001634x3-0.3021x
UPC轧辊     Y＝-0.00002374x3+0.002590x2+0.05640x
K-WRS轧辊Y＝0.00000081x4-0.000034x3-0.00295x2+0.015x
在设计轧辊外廓时，必须考虑四个基本要素：第一个要素是由随着所需条带外廓变化的轧辊偏移所引起的轧辊间隙外廓的兼容性。当使具有n次多项式外廓的轧辊偏移时，所述偏移产生由(n-1)次多项式表示的条带外廓的变化。例如，CVC轧辊的外廓(图1e)由包含三次和一次组分的多项式表示，如下式(1)所示，其中“an”(n＝0-3)是常数：
                y＝a3X3-a1X                        (1)这个CVC轧辊的偏移将引起条带外廓的变化，它由包含二次组分的多项式表示，被示于公式(2)中
                y＝a2X2                            (2)然而，实际的条带外廓包含其它多项式组分，既有较低次的也有较高次的。从实际观点着眼，可由下式(3)所示的包含第一次、第二次、第三次和第四次组分的多项式表示，式中的“a”为常数：
          y＝a4X4+a3X3+a2X2+a1X              (3)如果包含第一次、第二次、第三次和第四次组分的多项式描述条带外廓，则轧辊外廓的多项式必须包含第一次、第二次、第三次、第四次和第五次组分，如公式(4)所示：
        y＝a5X5+a4X4+a3X3+a2X2+a1X         (4)如上所述，公知的轧辊外廓多项式(图1a-g)中没有一个包含高于第五次的组分。
第二个要素是轧辊偏移“E”的有效性。这个要素被确定为条带外廓的改变Δc对轧辊偏移行程s之比，如公式(5)所示： E = Δc s - - - ( 5 ) 可以得到相同条带外廓变化Δc的轧辊偏移行程s越短，轧辊偏移的操作机构越有效。为了提高轧辊偏移的有效性e，须采用关于轧辊的轴向上卷和向下卷的条带外廓。在公知的轧辊外廓中间，只有三次外廓和CVC外廓符合这一要求。
第三要素是各轧辊之间的辊轧接触面的形状。为了减小局部接触的压力，就希望避免轧辊中行程“挠曲”，比如典型地是对于二次轧辊(图1b)、CVC轧辊(图1e)和UPC轧辊(图1f)的形状。
第四个要素是研磨轧辊外廓的简单性。在各种普通轧辊中，轧辊外廓是关于轧辊的中心线为对称的。这允许采用标准的研磨机构，达到非常高的精度，以此可以经济的方式制作轧辊的外廓。所有关于轧辊偏移所采用的公知轧辊外廓都是非对称的。这意味着并不关于轧辊的中心线对称。为了研磨这种外廓，就需要非常昂贵的研磨机构。非对称轧辊外廓不可避免会降低关于条带外廓的轧辊偏移的效果。不过，可以通过采用反对称的外廓简化研磨过程，其中轧辊关于其中心线的右部和左部的外廓由具有相反符号的相同多项式描述，如下面的公式(6)和(7)所示，式中的“a”为常数：
轧辊左侧：y＝a4X4+a3X3+a2X2+a1X             (6)
轧辊右侧：y＝-a4X4-a3X3-a2X2-a1X            (7)反对称外廓能够用标准的研磨机构以非常高的精度生产。总之，公知的轧辊外廓中没有一个符合上述所有四个要求。而具有反对称外廓的轧辊符合所有这些要求。
本发明的轧制设备和方法采用具有反对称外廓的轧辊(IVC辊)。通过采用IVC辊，人们可以减少辊轧机中的局部轧辊磨损，以及能够修正辊轧机中金属条带外廓的变化。
首先，美国专利US 4,656,859中描述了一种现有技术的采用变型拱形轧辊的辊轧机机台并被示于图2中，它作为4-hi轧机机台的标准表示。上支承辊2是反对称的，并可绕纵轴4转动。换句话说，上支承辊2具有向外凸的凸面部分6和相邻的凹面部分8。上支承辊2从较小的端部19到较大的端部12是发散的。有如图中所表明的，在离由中心线所指示的轧辊2中心距离X处，关于上支承辊2的左右两侧离中心(X＝0)的竖向偏移等于Y。
上工作辊14被布置成与上支承辊2接触，所述上工作辊14可绕纵轴16旋转。上工作辊14具有凸面部分18，用以与上支承辊2的凹面部分8接触。上工作辊14还具有圆柱形部分20，用以与凸面部分6接触。
上工作辊14的下面是可绕纵轴24旋转的下工作辊22。下工作辊22的一端具有圆柱形部分26，相对的一端为凹面部分28。下工作辊22与下支承辊30接触，下支承辊30具有纵轴32、凹面部分34和凸面部分36。凹面部分34用以与圆柱形部分26接触，凸面部分36用以下工作辊22的凹面部分28接触。有如图中所指明的那样，在离轧辊30中心(由中心线指示)距离为X处，关于下支承辊30的左右两侧离中心(X＝0)的竖向偏移等于Y。
在这种公知的系统中，可使上工作辊14和下工作辊22偏移，以形成多种条带外廓，基本为平板、凸面及凹面的金属条带。图2的轧机机台的工作情况被示于图3-5中。安装这种轧机机台构造，工作辊14和下工作辊22的双向偏移可以形成有如体3a-5a所示的多种条带外廓。图3中的上工作辊14和下工作辊22被配置成得到金属条带39的普通平板条带外廓38，如图3a所示。图4中的上工作辊14和下工作辊22被偏移，得到金属条带39的凸面条带外廓40，如图4a所示。图5中的上工作辊14和下工作辊22被偏移，得到金属条带39的凹面条带外廓42，如图5a所示。图4和图5的轧机机台的缺点是上工作辊14和下工作辊22二者都必须被偏移，并且二辊在上工作辊14和下工作辊22之间靠近金属条带边缘的位置将易于磨损。局部的轧辊磨损可通过轧辊的偏移得到减轻。
一般的说，辊轧机中各轧辊的轴向偏移被用于实现以下功能：
1)减少条带边缘附近的局部轧辊磨损；
2)给出轧辊间隙的变形外廓。通过采用普通圆柱形轧辊，并通过在滚过一定的圈数之后它们的定期轴向偏移来实现第一目标。偏移的量和前次到下一次偏移滚过的圈数通常都会影响这种减少磨损的效果。这些参数与被辊轧的制品的几何形状及硬度有关。具有代表性的轧辊偏移图样将包含在滚过一圈之后使轧辊偏移20mm。
通过采用具有非圆柱形外廓的轧辊实现第二个目标。上辊和下辊的轴向偏移可以是沿同一方向的或者是沿相反方向的，换句话说，可使轧辊彼此相向地偏移，或者使它们彼此离开地偏移。
如图2-5所示，双向偏移所用的工作辊一般都具有由上面所说的一个多项式函数描述的外廓(图1a-g)。这种系统的主要问题是它需要两个工作辊都偏移。另一个问题来自这样的事实，即用于实现最佳条带外廓的工作辊偏移的图样与为使局部轧辊磨损的减小最佳所需要的轧辊偏移图样不相符。因此，双向偏移一次只能实现一种功能。
在如图2所示的公知系统中，通过采用IVC支承辊实现多种条带外廓。然而，工作辊具有不同的外廓。工作辊的一侧是非圆柱形的，或为伸展的或为收缩的，而另一侧是圆柱形的。各工作辊关于各支承辊的一维偏移(图3-5)得到多种条带外廓。与双向偏移相比，这种一维偏移允许使用简单的轧辊偏移机构。不过，它不能减轻工作辊上局部辊轧磨损的问题。
本发明可以形成多种条带外廓，而且在工作过程中还能同时减少局部辊轧磨损。用于修正条带外廓并减少局部辊轧磨损的本发明设备(图6)具有圆柱形工作辊44和IVC工作辊46。所示设备还具有上IVC支承辊48和下IVC支承辊50。本设备可以具有一个以上的上支承辊或下支承辊。本设备还有一壳体(未示出)，为的是安装各轧辊和至少用于偏移上IVC工作辊46的装置。对于每个IVC辊而言，在离开由中心线表示的轧辊中心的距离X处，关于该IVC辊的左右两侧，离开X＝0的中心的竖向偏移等于Y。
图6轧机机台的工作情况被示于图7-9中。图7中的圆柱形工作辊44和IVC工作辊46被配置成得到金属条带45的普通平板条带外廓52，如图7a所示。图8中的IVC工作辊46被偏移，以得到凸面条带外廓54，如图8a所示；而图9中的IVC工作辊46被偏移，以得到凹面条带外廓56，如图9a所示。在有如图6-9所示的本发明中，上IVC支承辊48和下IVC支承辊50，以及IVC工作辊46都具有IVC外廓，而圆柱形工作辊44纯粹是圆柱体的。这就可以通过只偏移IVC工作辊46就能够得到多种硬度外廓。通过利用不同的偏移图样可使圆柱形工作辊46偏移，以减小局部辊轧磨损。图7-9中的所述IVC辊的方向彼此相反。
图10是表示本发明4-hi IVC轧机机台的截面示意图，示出轧辊偏移行程“S”。图10的4-hi IVC轧机机台是与图6-9所示同样的轧机机台，具有所示出的上工作辊轴向操纵机构58和下工作辊轴向操纵机构60。轴向操纵机构58和60分别是轴向偏移上工作辊46和下工作辊44的装置。其它图中标号都相应于图6-9中类似的部分。当IVC工作辊46被偏移距离“S”时，在金属条带45与IVC工作辊46之间形成一个间隙。这个被称为轧辊间隙的间隙改变了沿金属条带45长度方向的厚度。下述参数被示于图10中：δ1＝左轧辊边缘处轧辊间隙的改变；δ2＝右轧辊边缘处轧辊间隙的改变；以及δ0＝轧辊中间处轧辊间隙的改变。
表1示出图10所示主要轧辊间隙的参数和它们彼此间的关系。
                     表1
    参数     工作辊偏移
    从左到右    从右到左
左轧辊边缘处的轧辊间隙改变 δ1＝-2bs(2x+s) δ1＝2bs(2x-s)
右轧辊边缘处的轧辊间隙改变 δ2＝-2bs(2x-s) δ2＝2bs(2x+s)
轧辊中间处的轧辊间隙改变 δ0＝-2bs2 δ0＝2bs2
左右边缘处轧辊间隙之间的差 δ12＝-4bs2 δ12＝-4bs2
等效工作辊的拱 cr＝-2bs(2x-s) cr＝2bs(2x-s)
表1中的符号δ1＝左轧辊边缘处的轧辊间隙改变δ2＝右轧辊边缘处的轧辊间隙改变δ0＝轧辊中间处的轧辊间隙改变δ12＝δ1-δ2＝左右边缘处轧辊间隙之间的差cr＝等效工作辊的拱s＝工作辊偏移行程x＝轧辊有效辊身长度的一半y＝轧辊外廓的改变b＝轧辊外廓的多项式系数
正如从表1所看到的，在偏移过程中，IVC工作辊46中间处的轧辊间隙改变量为δ0。另外，由于轧辊间隙差δ12的缘故，使轧辊间隙变得略显不对称。图11以曲线方式示出对于最大的条带宽度1730mm及b＝0.000001055而言，关于整个轧辊偏移行程长度s上δ0的变化。以平滑的反对称曲线表示，大约偏移行程从-150mm到150mm而言，δ0的变化从大约0.05mm到大约-0.05mm。图12以曲线方式示出对于最大的条带宽度1730mm及b＝0.000001055而言，关于整个轧辊偏移行程长度s，轧辊间隙差δ12的变化。与此相比，图13以曲线方式示出对于最大的条带宽度1730mm及b＝0.000001055而言，关于整个轧辊偏移行程长度s，等效工作轧辊的拱cr。等效工作轧辊的拱cr指的是为得到如果没有轧辊偏移时等效的条带外廓，所需的工作辊拱形的形状。
对于本发明的设备和方法，为得到工业质量的金属条带，必须修正金属条带45与IVC工作辊46之间变化的轧辊间隙。图14示出用于修正间隙的装置和控制系统，这是本发明的简单IVC轧机的截面示意图，具有轧辊偏移装置、轧辊挠曲装置及相关的控制装置。
图14的设备是与图10中的轧机机台相同的，被示为方框图，以表示控制装置。图14中的轧机机台62具有上IVC支承辊64、下IVC支承辊66、IVC工作辊68和圆柱形工作辊70。IVC工作辊68和圆柱形工作辊70之间是金属条带72。IVC工作辊68被支承于工作辊轧辊轴承座74和76内。圆柱形工作辊70被支承于工作辊轧辊轴承座78和80内。上IVC支承辊64被支承于工作辊轧辊轴承座82和84内，而下IVC支承辊66被支承于工作辊轧辊轴承座86和88内。
这个用于偏移IVC工作辊68和修正金属条带72与IVC工作辊68之间间隙的系统的工作情况如下：使IVC工作辊68从第一位置偏移至第二位置，其间的距离称为轧辊偏移行程s。从检测轧辊偏移行程s的位置传感器90产生输出信号Us，随之将其送至过程控制器92。过程控制器92计算两个标准的参考信号U1和U2，分别用以调整液压缸94和96的位置，作为轧辊偏移行程s的函数。液压缸94和96是一种装置，至少用于调整一个上轴承辊64的竖向位置。其它类似的气压型或丝杠螺旋型调整装置也可以。分别由两个位置调整器98和100将参考符号U1和U2加到两个实际液压缸位置参考符号Ugr1和Ugr2上，以得到总信号，后两者分别测量液压缸的实际位置。然后将总信号与两个液压缸位置传感器102和104所产生的两个液压缸反馈位置信号Uga1和Uga2比较。所述信号在两个位置调整器98和100中比较。通过两个总信号与两个液压缸反馈位置信号Uga1和Uga2的比较，产生两个输出误差信号ΔU1和ΔU2。两个输出误差信号ΔU1和ΔU2是差值信号，因为它们表示总信号与两个液压缸反馈位置信号Uga1和Uga2之间的差。所产生的两个输出误差信号ΔU1和ΔU2从位置调整器98和100输出到两个伺服阀106和108。伺服阀106和108分别控制输入液压缸94和96将从中输出的液流，从而调整和调节上IVC支承辊64和IVC工作辊68的位置。
在本发明的另一实施例中，将图6的圆柱形工作辊代之以IVC工作辊。图15表示本发明的一个4-hi轧机机台，具有上IVC支承辊110、下IVC支承辊112、上IVC工作辊114和下IVC工作辊116。图15的一般IVC轧机并不限于4-hi类型的，可以有一个以上的上下支承辊或中间辊(未示出)。本设备还有一壳体(未示出)，为的是安装各轧辊和用于偏移各轧辊的装置。每个轧辊是反对称的，因为在离开由中心线表示的轧辊中心的距离X处，关于该轧辊的左右两侧，离开X＝0的中心的竖向偏移等于Y。
对于图15的4-hi轧机机台的主要轧辊偏移图样被示于图16-18中。图16是表示本发明具有完美接触的上IVC工作辊114和下IVC工作辊116并被偏移，以关于金属条带118产生带凸面条带外廓的4-hi IVC轧机机台的截面示意图。图16a是表示具有轧辊间隙的图16轧机机台的截面示意图。图17是表示本发明具有完美接触的上IVC工作辊114和下IVC工作辊116并被定位，以关于金属条带120产生普通平板条带外廓的4-hi IVC轧机机台的截面示意图。图17a是表示具有轧辊间隙的图17轧机机台的截面示意图。图18是表示本发明具有完美接触的上IVC工作辊114和下IVC工作辊116并被偏移，以关于金属条带122产生带凹面条带外廓的4-hi IVC轧机机台的截面示意图。图18a是表示具有轧辊间隙的图18轧机机台的截面示意图。
图15-18中的上下轧辊都是建立在反对称形状基础上的。两组工作辊及支承辊都是建立在一样的基础上的，但两种上辊的形状对两种下辊偏移180°，因此它们彼此互补，形成对称的轧辊间隙形状。换句话说，所述各辊相向面对。
图15中IVC辊的轧辊外廓由两个具有二次和/或四次项的多项式函数以数学方式表示。每个多项式函数表示沿轧辊长度之半的外廓，其中轧辊长度也称为轧辊辊身长度。在轧辊辊身中心处两个函数具有它们的起点，其中一个函数具有向上的凹面，而另一个具有向下的凹面。在这种系统中，各轧辊都可以利用双向偏移机构沿水平方向被偏移一个距离s，如图16-18所示，以减小所述局部磨损并提供易变化的外廓。
图19-21表示对于本发明的4-hiIVC轧机的IVC轧辊与等效轧辊拱之间关系的三个典型实例，其中四个IVC轧辊具有完美的接触。这些实例是：
1.负拱：当IVC工作辊对着IVC支承辊向内偏移时，发生这种拱(图19)；
2.零偏移拱：这是在不存在轴向偏移情况下发生的拱(图20)；
3.正拱：当IVC工作辊对着IVC支承辊向外偏移时，发生这种拱(图21)。
图19-21每一个中的轧机机台都有两个IVC支承辊124和126以及两个IVC工作辊128和130。利用4-hi轧机，可以得到通过偏移工作辊128和130发生的关于金属条带132的条带外廓(负拱)，分别如图19a-21a所示，其中所述4-hi轧机具有建立在等效拱基础上的圆柱形支承辊134和136以及工作辊138和140，所述等效拱是通过偏移该4-hiIVC轧机的IVC工作辊128和130得到的。为了使图19-21的轧机与图19a-21a中的等效轧机比较，点划中心线穿过每个轧机各支承辊的中心，以“b”表示轧辊辊身长度之半。Sm是工作辊偏移行程的最大值。
参照图22，上IVC辊142和下IVC辊144的IVC外廓的数学推导如下：
上IVC辊142和下IVC辊144由两个函数表示，每一个都有抛物线(图1b)和/或四次曲线(图1d)的多项式部分。在图22的点划线表示的工作辊中心(x＝0)处，所述二函数平滑地连接。一个函数引起向上的凹面，而另一个引起向下的凹面。图22表示在偏移位置的上IVC辊142和下IVC辊144。
所述IVC轧辊外廓y被表示如下：
对于向上的凹面    y＝x4+a2x2
对于向下的凹面    y＝-a1x4-a2x2其中
a1＝四次多项式项的系数
a2＝二次多项式项的系数
x＝距轧辊中心的距离系数a1和a2按公式(8)和(9)被计算如下： a 1 = n C ecm 4 s m ( n + 1 ) [ 4 b ( b 2 + s m 2 ) - s m 3 ] - - - ( 8 ) a 2 = C ecm 4 s m ( n + 1 ) ( 2 b - s m ) - - - ( 9 ) 其中
Sm＝工作辊偏移行程的最大值
Cecm＝对于最大偏移行程的等效工作辊拱的最大值
n＝轧辊辊外廓的二次组分和四次组分之间的分配因子
b＝支承辊主体长度之半当n＝0时，a1＝0和轧辊外廓只由二次组分限定。当n＝∞时，a2＝0和轧辊外廓只由四次组分限定。
类似于图19a-21a，与偏移行程“s”对应的等效工作辊外廓Ce是：1)对于Sm≤x≤b
        Ce＝c1x3+c2x+c3                     (10)其中
c1＝16a1s    c2＝8s(2a1s2+a2)    c3＝-4s2(a1s2+a2)2)对于0≤x≤Sm
        Ce＝d1x4+d2x2                      (11)其中
d1＝4a1    d2＝4(6a1s2+a2)
如图24所示，用有如公式(12)和(13)确定的参数U1和U2计算条带外廓包络： U 1 = h 0 - h q ′ + h q ′ 2 U 2 = h 0 - h i ′ + h i ′ ′ 2 式中的以下参数被示于图23中：
h0＝中心处条带的厚度hq′，hq″＝中间点q′和q″处的条带厚度hi′，hi″＝i′和i″点处的条带厚度(假设i′和i″点离条带边缘25.4mm)参数U1和U2限定条带外廓包络的面积。不同的条带外廓具有不同的总面积。条带外廓的包络是关于辊轧设备可能的条带外廓族或组。
采用本发明的IVC轧机，先于偏移形成的一族条带外廓是由具有n次项的多项式函数表示的条带外廓，其中的n最好包含1-5；通过偏移得到的这族条带外廓是由具有(n-1)次项的多项式函数表示的条带外廓，其中的n最好包含1-5，这里所述的这族条带外廓中至少一个上轧辊具有反对称外廓以及至少一个下轧辊具有反对称外廓。
为进一步表示本发明IVC轧机的优点，开发出一个工作实例，它具有如下参数：
      具有IVC工作辊和IVC支承辊的4-hi轧机
      工作辊直径＝584mm
      支承辊直径＝1422mm
     工作辊辊身长度＝1976mm
     支承辊辊身长度＝1676mm
     条带宽度＝1232mm
     条带引入部分厚度＝1.575mm
     条带引出部分厚度＝0.975mm
     辊轧力＝1378吨
     工作辊挠曲力，BF＝±80公吨
     工作辊偏移行程，s＝±150mm(只是IVC辊)
图24是表示两个4-hi轧机的条带外廓包络的象限曲线，引入上面限定的那样，一个轧机具有全是圆柱形轧辊，另一个轧机具有全是IVC轧辊，关于具有值5的IVC辊具有分配系数n。曲线上的点与下面的工作辊挠曲力(BF)及偏移行程(s)相关：
    点   挠曲力，BF(吨)   偏移行程，s(mm)
    A     80     0
    B     -80     0
    C     80     150
    D     80     -150
    E     -80     -150
    F     -80     150
封闭折线CDEF表示对于有如上面加入工作辊挠曲及偏移所描述的本发明的4-hiIVC轧机可能的条带外廓包络。封闭折线CDEF是通过对各条带外廓标绘参数U1和U2形成的区域。图24象限曲线中的这一封闭折线越大，可能形成的条带外廓包络就越大，并且关于所述轧机可能修正的各种条带外廓的数目也越大。图24中，n的值越小，所述封闭折线的面积越大；n的值越大，所述封闭折线的面积越小。n的值越大，条带外廓越高于四次。通过比较，图24中的AB线表示具有全是圆柱形轧辊的4-hi轧机。这条线以画线的方式表示，只能形成有限的二次条带外廓区域。多个外廓都是二次的，并且只随轧辊挠曲力变化。
具有所加给的挠曲的IVC辊提供一个由封闭折线CDEF的面积表示的宽的条带拱形控制范围。由于各IVC辊的形状，偏移行程和挠曲力的联合变化造成宽范围的条带拱形控制。所述封闭折线的每一边对应于正/负工作辊偏移或正/负工作辊挠曲。采用具有轧辊挠曲的圆柱形辊提供对条带拱形的有限控制，只沿直线变化。
如上面的参数所描述的那样，图25是在挠曲力和轧辊偏移情况下，条带厚度随离开本发明4-hi IVC轧机机台的工作辊中心距离变化的曲线。本例中的n＝5，并且采用3-维有限元方法计算条带厚度或条带外廓。加给上工作辊的挠曲力形成二次修正，因为该力将把金属条带弯曲成抛物线形状。如图18和18a所示，150mm的正工作辊偏移造成正的拱形控制，这意味着将会造成凹面条带外廓。图25中具有开口之方形的曲线说明80吨的挠曲力与150mm的正轧辊偏移的联合效应。金属条带表现出，与条带中心相比，边缘处的厚度略有增大。这就是所预期的作为正拱形控制形成凹面条带外廓。因为这种轻微的边缘拱形，使得轧辊偏移的效果比挠曲力的效果大。
在具有负拱形控制的80吨挠曲力情况下，如图16和16a所示，工作辊彼此相向偏移150mm，金属条带将有中央拱起，有如实三角的曲线所指明的那样。这种拱起并不像由实方块的曲线所表示的情况那样陡峭，所述实方块的情况是加给负80吨的挠曲力的情况。
图26是条带厚度随离开具有圆柱形轧辊的4-hi IVC轧机机台的工作辊中心距离变化的曲线。因为圆柱形轧辊不偏移，所以该曲线示出没有轧辊偏移时挠曲力的效果。正如所预期的，会得到凸面条带外廓。较为陡峭的拱起是由作为与正80吨相反的负80吨的挠曲力引起的，有如空心圆曲线和实心圆曲线的不同曲率所指明的那样。
再有，参照有如上面的参数所指明的本发明IVC轧机，图27表示对于150mm的正工作辊偏移，作为参数n的函数的等效工作辊外廓，而图28表示对于150mm的负工作辊偏移的等效外廓。如果n＝0，则a1＝0，并且IVC辊具有反向抛物线外廓，这造成在偏移过程中的等效三角形轧辊外廓。如果0＜n＜∞，则IVC辊具有反向抛物线和四次曲线外廓的组合，这造成在偏移过程中的等效三次曲线的轧辊外廓。由于b＞＞sm，sm≤x≤b范围内的等效外廓比0≤x≤sm范围内的等效外廓更加占主导地位，其中sm是拱形辊偏移行程的最大值。图29和30表示系数a1和a2作为n的函数的变化。图31表示等效工作辊的拱作为偏移行程“s”的函数。正如所预期的，其结果为一反对称的曲线。
可将IVC轧机族对于2-hi轧机、4-hi轧机和6-hi轧机总计于表2中。表2中的“x”代表所述轧辊为一IVC辊。未被标记“x”的各轧辊都是圆柱形的。
                         表2
  情况编号   轧机类型                  偏移的轧辊
  上WR   下WR  上IR  下IR 上BUR 下BUR
    1   2-hi     x     x
    234   4-hi     x     x
    x     x
    x     x     x     x
    567891011   6-hi     x     x
    x     x
    x     x
 x  x  x  x
 x  x  x  x
 x  x  x  x
 x  x  x  x  x  x
    表2中使用下列缩写：
    WR＝工作辊
    IR＝中间辊
    BUR＝支承辊
    Bot＝底部或下部
    Top＝顶部或上部
例如，情况10被示于图32-34中。情况10表示的轧机机台具有IVC支承辊146和148、中间辊150和152，以及工作辊154和156。工作辊154和156之间是金属条带158。图32a-34a表示图32-34的轧机机台具有轧辊间隙。
IVC轧机族包括具有IVC轧辊和圆柱形轧辊的轧机。IVC轧机族可以包括表2中未予表示的其它轧机，如8-hi轧机或10-hi轧机。虽然2-hi、4-hi及6-hi轧机都是比较一般的，但本发明的IVC轧机并不限于只是两个工作辊、两个中间辊(如果需要的话)和两个支承辊(如果需要的话)。本发明的IVC轧机可以有两个以上的支承辊或两个以上的中间辊。
在表2所示的IVC轧机族中，最好轧机内没有轧辊间隙，换句话说，各轧辊间接触而无间隙。轧辊间的间隙在轧辊上引起接触压力。为了减小轧辊间的间隙，各轧辊最好具有同样的反对称外廓。不过，所示轧机族并不包括这样的轧机，其中相同轧机机台中的IVC辊具有由不同多项式函数确定的反对称外廓。
虽然已经说明和描述了本发明的几个实施例，但对于那些熟悉本领域的人员将能清楚，可以存在他们的多种变型个改型。所附各权利要求中给定包含所有这样的变型和改型，他们都落在本发明的精神和范围内。

Claims (16)

1.一种辊轧机，包括：
用于安装各轧辊的壳体；
至少一个具有反对称外廓的上支承辊；
上工作辊，与所述至少一个上支承辊相对定向并与所述至少一个上支承辊接触，所述上工作辊具有反对称外廓；
与所述上工作辊有一定间隔的下工作辊，它有圆柱形外廓；
至少一个下支承辊，与所述下工作辊相对定向并与该下工作辊接触，所述至少一个下支承辊具有反对称外廓；
用于在所述壳体内相对于所述至少一个上支承辊和至少一个下支承辊偏移所述上工作辊和下工作辊的装置，用以作为轧辊偏移位置的函数产生一族条带外廓。
2.如权利要求1所述的辊轧机，其特征在于所述具有反对称外廓的轧辊具有由不同多项式函数限定的反对称外廓。
3.如权利要求1所述的辊轧机，其特征在于偏移前形成的条带外廓族是由具有n次项的多项式函数表示的条带外廓，其中n最好包含1-5，通过偏移具有反对称外廓的上工作辊得到的条带外廓族是由具有n-1次项的多项式函数表示的条带外廓，其中n最好包含1-5。
4.如权利要求1所述的辊轧机，其特征在于所述具有反对称外廓的轧辊由两个多项式函数确定，每个函数有四次项和二次项。
5.一种2-hi辊轧机，包括：
用于安装各轧辊的壳体；
至少一个具有反对称外廓的上支承辊；
上工作辊，具有定位在拟被辊轧的金属条上面的反对称外廓；
下工作辊，具有定位于拟被辊轧的金属条下面的反对称外廓，并被与所述上工作辊相对定向；
用于在所述壳体内彼此相对地偏移所述上工作辊和下工作辊的装置，用以作为轧辊偏移位置的函数产生一族条带外廓；
其特征在于偏移前形成的条带外廓族是由具有n次项的多项式函数表示的条带外廓，其中n最好包含1-5，而通过偏移具有反对称外廓的上工作辊和具有反对称外廓的下工作辊得到的条带外廓族是由具有n-1次项的多项式函数表示的条带外廓，其中n最好包含1-5。
6.如权利要求5所述的辊轧机，其特征在于所述有反对称外廓的轧辊具有由不同多项式函数限定的反对称外廓。
7.如权利要求5所述的辊轧机，其特征在于所述有反对称外廓的轧辊由两个多项式函数限定，每一个都具有四次项和二次项。
8.如权利要求5所述的辊轧机，其特征在于所述反对称轧辊外廓y被表示如下：
   对于向上的凹面    y＝a1x4+a2x2
   对于向下的凹面    y＝-a1x4-a2x2其中
a1＝四次多项式项的系数
a2＝二次多项式项的系数
x＝距轧辊中心的距离系数a1和a2计算如下： a 1 = n C ecm 4 s m ( n + 1 ) [ 4 b ( b 2 + s m 2 ) - s m 3 ] a 2 = C ecm 4 s m ( n + 1 ) ( 2 b - s m ) 其中
Sm＝工作辊偏移行程的最大值
Cecm＝对于最大偏移行程的等效工作辊拱的最大值
n＝轧辊辊外廓的二次组分和四次组分之间的分配因子
b＝支承辊主体长度之半。
9.一种辊轧机，包括：
用于安装各轧辊的壳体；
上工作辊，具有定位在拟被辊轧的金属条上面的反对称外廓；
至少另一个在拟被辊轧的金属条上面的轧辊，从具有反对称外廓的轧辊和圆柱形轧辊构成的组中选择它；
下工作辊，具有定位于拟被辊轧的金属条下面的反对称外廓；
至少另一个在拟被辊轧的金属条下面的轧辊，从具有反对称外廓的轧辊和圆柱形轧辊构成的组中选择它；
用于在所述壳体内彼此相对地偏移至少一个在拟被辊轧的金属条上面的具有反对称外廓的轧辊和至少一个在拟被辊轧的金属条下面的具有反对称外廓的下辊的装置，用以作为轧辊偏移位置的函数产生一族条带外廓；
其特征在于偏移前形成的条带外廓族是由具有n次项的多项式函数表示的条带外廓，其中n最好包含1-5，而通过偏移至少一个具有反对称外廓的上辊和至少一个具有反对称外廓的下辊得到的条带外廓族是由具有n-1次项的多项式函数表示的条带外廓，其中n最好包含1-5。
10.如权利要求9所述的辊轧机，其特征在于所述辊轧机是4-hi轧机。
11.如权利要求10所述的辊轧机，其特征在于所述辊轧机从这样一组中选择，该组包括具有两个有反对称外廓的工作辊和两个圆柱形支承辊的轧机；具有两个圆柱形工作辊和两个有反对称外廓的支承辊的轧机；以及具有两个有反对称外廓的工作辊和两个有反对称外廓的支承辊的轧机。
12.如权利要求9所述的辊轧机，其特征在于所述辊轧机是6-hi轧机。
13.如权利要求12所述的辊轧机，其特征在于所述辊轧机从这样一组中选择，该组包括具有两个有反对称外廓的工作辊、两个圆柱形中间辊和两个圆柱形支承辊的轧机；具有两个圆柱形工作辊、两个有反对称外廓的中间辊和两个圆柱形支承辊的轧机；具有两个圆柱形工作辊、两个圆柱形中间辊和两个有反对称外廓的支承辊的轧机；具有两个有反对称外廓的工作辊、两个有反对称外廓的中间辊和两个圆柱形支承辊的轧机；具有两个圆柱形工作辊、两个有反对称外廓的中间辊和两个有反对称外廓的支承辊的轧机；具有两个有反对称外廓的工作辊、两个圆柱形中间辊和两个有反对称外廓的支承辊的轧机；以及具有两个有反对称外廓的工作辊、两个有反对称外廓的中间辊和两个有反对称外廓的支承辊的轧机。
14.如权利要求9所述的辊轧机，其特征在于所述反对称轧辊外廓y被表示如下：
  对于向上的凹面    y＝a1x4+a2x2
  对于向下的凹面    y＝-a1x4-a2x2其中
a1＝四次多项式项的系数
a2＝二次多项式项的系数
x＝距轧辊中心的距离系数a1和a2计算如下： a 1 = n C ecm 4 s m ( n + 1 ) [ 4 b ( b 2 + s m 2 ) - s m 3 ] a 2 = C ecm 4 s m ( n + 1 ) ( 2 b - s m ) 其中
Sm＝工作辊偏移行程的最大值
Cecm＝对于最大偏移行程的等效工作辊拱的最大值
n＝轧辊辊外廓的二次组分和四次组分之间的分配因子
b＝支承辊主体长度之半。
15.一种操纵辊轧机的方法，所提供的辊轧机具有：
用于安装各轧辊的壳体；
至少一个具有反对称外廓的上支承辊；
上工作辊，它相对于所述至少一个上支承辊被定向，并与所述至少一个上支承辊接触，所述上工作辊具有反对称外廓；
下工作辊，与所述上工作辊有一定间隔并有圆柱形外廓；
至少一个下支承辊相对于所述下工作辊被定向，并与所述下工作辊接触，所述至少一个下支承辊具有反对称外廓；
用于在所述壳体内相对于所述至少一个上支承辊和所述至少一个下支承辊偏移所述上工作辊和所述下工作辊的装置，用以作为轧辊偏移位置的函数形成一族条带外廓；
用于调整所述至少一个上支承辊的竖向位置的装置；
所述方法包括以下步骤：
使上工作辊从第一位置偏移至第二位置；
测量第一位置到第二位置的距离；
根据测量的距离生成第一输出信号；
计算来自所述调整至少一个上支承辊竖向位置的装置的两个标准参考信号；
将该二标准参考信号加给两个实际位置信号，表示所述调整至少一个上支承辊竖向位置的装置的实际位置，得到两个总信号；
比较两个总信号和两个实际液压缸反馈信号，表示用于在偏移工作辊之后竖向调整装置的实际位置；
根据比较两个总信号和两个实际液压缸反馈信号得到一差值信号；
根据所述差值信号调节所述上工作辊的竖向位置。
16.如权利要求15所述的方法，其特征在于所述用于调整至少一个上支承辊竖向位置的装置是液压缸。
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