一种薄带材单机架连轧机及实施方法与流程

本发明属于板带材轧制技术领域，特别适用于一种高效生产薄带和极薄带材的单机架连轧机及其轧制方法。

背景技术：

随着微制造、微机电等新型制造行业的兴起，市场对于极薄带材的需求十分迫切。目前市场上金属、合金、金属基复合材料为材质的极薄带材多数通过轧制生产获得，生产设备多用多辊轧机。以森吉米尔20辊轧机为代表的传统多辊轧机设备投资大、占地面积大，结构复杂，生产、运行、维护成本高。同时受限于同步轧制最小可轧厚度，多辊轧机轧薄能力较低，为得到极薄带通常需要很多道次反复轧制，导致极薄带的生产效率低、成本高。国外曾经有多机架森吉米尔连轧机的尝试，但因成本太高，技术上又非常复杂而没有得到推广应用。

技术实现要素：

根据现有技术所存在的问题，本发明的目的是提出一种轧薄能力强、生产道次少能高效生产极薄带材的异步轧制单机架连轧机及其轧制方法。具体技术方案如下：

一种薄带材单机架连轧机，包括压下装置、牌坊、辊系、多个活套、多个传动电机、多个张力电机及辊缝调整装置，其特征在于：具有多个直径相等或不相等的工作辊，包括主动辊和被动辊，每个主动辊一端均与传动电机通过联轴器、万向接轴相连，通过对主动辊线速度进行控制来实施多道次异步轧制或异步加同步轧制，随着轧制道次数的增加，各个轧辊的线速度沿轧制方向依次增大，最后一个道次可以采用异步轧制，也可以采用同步轧制；采用同步轧制时，最后二支轧辊的辊径相等，轧辊传动速度相等；

在二个相邻道次之间，设有由活套辊撑起的活套，活套辊在液压缸或重力的作用下，沿着与牌坊窗口相垂直的方向移动，使出口侧的带材产生前张力，入口侧的带材产生后张力，张力值的大小根据工艺需要设定，并根据生产情况实时调整液压缸或重力的作用力来控制张力值；

牌坊可以水平放置或者垂直放置，牌坊窗口内布置有工作辊，可根据需要增设支撑辊，使用支撑辊时，支撑辊在顺列布置的工作辊两端，对两端的工作辊起到支撑作用；

在牌坊的前后布置有开卷机和卷取机，带材经开卷机、导向辊陆续送入由相邻二支轧辊构成的各个辊缝，然后经导向辊由卷取机收卷，轧件每通过一道辊缝，完成一个道次的轧制；

多个大直径轧辊、小直径轧辊，大小轧辊在同一平面内间隔放置，大直径轧辊为主动辊，分别由多个传动电机传动；小直径轧辊为被动辊；轧机其余部件包括压下装置、牌坊、多个活套、多个张力电机及辊缝调整装置；

所述牌坊采用水平放置，大直径轧辊和小直径轧辊通过轴承座置于牌坊窗口内，其中中间大直径轧辊轴承座固定，其余轧辊轴承座与牌坊滑动连接，各轧辊轴承座之间均装有平衡弹簧，在牌坊前后两端均设有压下装置，压下装置与两端轧辊轴承座之间设有轧制力传感器；

所述传动电机分别通过联轴器、万向接轴与大直径轧辊一端相连，传动电机分置于牌坊两侧，其中两端大直径轧辊所连传动电机放置于同一侧，中间大直径轧辊所连传动电机放置于另一侧；

所述活套置于牌坊下方及牌坊上方，活套由活套辊及液压缸组成，作用在活套辊上的作用力由液压缸来控制，从而控制道次间张力的大小，液压缸的行程不小于活套辊的移动距离；每个活套均设有上下限位传感器，防止活套超出量程；每个液压缸均配备一个压力传感器，用于测量道次间张力；

通过调整相邻二个轧辊的转速来控制活套辊上下移动距离，进而控制活套长度；活套移动范围由安装在活套上的限位开关控制，控制策略如下：

1)当活套长度接近允许最小值时，减慢下游轧辊转速，或者加快上游轧辊转速；

2)当活套长度接近允许最大值时，加快下游轧辊转速，或者减慢上游轧辊转速；

3)在任何一对轧辊进行了转速调整的同时，依据秒流量相等原则，对其余辊组进行级联调速；

所述压下装置采用液压缸来实现；

所述轧机还包括开卷机和卷取机以及导向辊、测量辊和测厚仪，二个测量辊的一端均安装有编码器，用于测量轧件的入口速度和出口速度；二个测量辊支架底部均设有张力传感器用于测量机架间张力；在轧件的入口及出口处均设有测厚仪，用于监控轧件在当前轧程的厚度变化；二个导向辊的作用是保证测量辊的包角在卷径变化时保持不变；

所述各轧制力传感器信号输出终端、各液压缸压力传感器信号输出终端、各张力传感器信号输出终端、各限位传感器信号输出终端、各个编码器信号输出终端、各测厚仪信号输出终端、各液压缸控制端、各主电机控制端、各张力电机控制端均与主控计算机相连。

轧机可根据需要选择n个工作辊，3≤n≤7；其中有i个主动辊，(n-1)/2≤i≤n；n-i个被动辊。

轧件在各个辊缝中蛇形穿过，每通过一道辊缝后，需绕过相应活套辊进入下一道辊缝；轧机由n个辊组成辊系时，一个轧程内可进行n-1道次的轧制，其中奇数道次与偶数道次的轧制方向相反。

各活套控制装置通过液压缸提供道次间张力，活套量程内张力恒定；

随着轧制道次数的增加，各个轧辊的线速度沿轧制方向依次增大，最后一个道次可以采用异步轧制，也可以采用同步轧制；采用同步轧制时，最后二支轧辊的辊径相等，轧辊传动速度相等.

本发明进一步公开了所述薄带材单机架连轧机实施方法，其具体实施步骤如下：

步骤一：松开压下装置，各工作辊在平衡弹簧的作用下处于最大辊缝位置，首先将轧件置于卷筒上，再将轧件另一端穿过导向辊、测量辊，顺序送入第一道、第二道、第三道、第四道辊缝，轧件每通过一道辊缝后绕过相应活套辊进入下一道辊缝，如此依次绕过在牌坊下方和牌坊上方的活套辊，最后经测量辊、导向辊引出，将轧件端头缠绕在卷取机上，转动开卷机和卷取机将轧件初步张紧；

步骤二：启动主控计算机，通过压下装置分别对各工作辊施加轧制力，监控由轧制力传感器所反馈的轧制力大小，直至将轧制力调整至设定值；

步骤三：通过第一液压缸、第二液压缸、第三液压缸对轧件施加目标张力；

步骤四：启动第一传动电机、第二传动电机、第三传动电机，根据所需轧制速度，选择电机转速，通常情况下，三个大直径工作辊的转速沿轧制方向依次增大，实现异步轧制，三个大直径工作辊辊之间的异速比大小可根据实际生产情况进行实时调整；

步骤五：通过控制第一传动电机、第二传动电机、第三传动电机的转速来控制第一活套辊、二活套辊、第三活套辊的上下移动位置，进而来调整各道次间的活套量，使异步单机架连轧稳定进行；

步骤六：在即将完成一卷带材一组四个道次的轧制之前，逐步降低第一传动电机、第二传动电机、第三传动电机的转速直至停机；

步骤七：计算机通过测厚仪检验是否为最终轧程，如果未到最终轧程，则第一传动电机、第二传动电机、第三传动电机进入反转程序，原开卷机变为卷取机，原卷取机变为开卷机，重复进行步骤二，进入下一轧程四个道次的轧制；

步骤八：如果完成了最后一个轧程，将道次间张力卸载，压下装置卸载轧制力，轧制过程结束。

本发明的有益效果：

1、在单机架内实现多道次连轧，一个轧程内可以实现更大的压下量，提高极薄带轧制生产效率；

2、在单机架内实现多道次连轧，减少了设备投资与占地，同时生产、运行、维护费用也相应减少；

3、本发明由于轧辊之间互为支撑，轧辊的横向弹性变形受到限制，可以提高轧辊的横向刚度，轧件横向厚度偏差小，可提高产品的板形质量。

4、本发明采用以异径及异速为不对称条件进行异步轧制，可大幅降低轧制力，降低了设备要求和维护成本；

5、本发明与传统多辊轧机相比，突破了同步轧制最小可轧厚度极限，具有更强的轧薄能力，相同条件下能得到更薄的轧件；

附图说明

图1为辊系、轧件、轧制道次关系示意图；

图2为牌坊与辊系结构示意图；

图3为单机架异径5辊异步轧制轧机的俯视图；

图4为单机架异径5辊异步轧制轧机的前视图；

其中，1—牌坊，2—大直径轧辊，3—小直径轧辊，4—大直径轧辊轴承座，5—小直径轧辊轴承座，6—轧制力传感器，7—平衡弹簧，8—压下液压缸，9—轧辊平衡装置，10—高压油进入口，11—第一张力电机，12—第二张力电机，13—第一卷筒，14—第二卷套，15—导向辊，16—测量辊，17—张力传感器，18—编码器，19—第一传动电机，20—第二传动电机，21—第三传动电机，22—万向接轴，23—联轴器，24—减速机，25—轧件，26—基座，27—第一液压缸，28—第二液压缸，29—第三液压缸，30—第一活套辊，31—第二活套辊，32—第三活套辊，33—测厚仪，34—限位传感器。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步的详细说明。

单机架异径五辊异步轧制轧机，其中大直径轧辊2共三个，小直径轧辊3共二个，大小轧辊在同一平面内间隔放置，三个大直径轧辊2为主动辊，分别由三个传动电机传动；二个小直径轧辊3为被动辊。轧机其余部件包括：压下装置8、牌坊1、第一传动电机19、第二传动电机20、第三传动电机21、第一张力电机11、第二张力电机12及第一、第二、第三活套装置。

所述牌坊1采用水平放置，其中三个大直径轧辊2和二个小直径轧辊3以图2的方式分别通过大直径轧辊轴承座4和小直径轧辊轴承座5置于牌坊1窗口内，其中中间大直径轧辊轴承座4固定，其余轧辊轴承座与牌坊滑动连接，各轧辊轴承座之间均装有平衡弹簧7，在牌坊前后两端均设有压下装置8，压下装置8与两端轧辊轴承座之间设有轧制力传感器6。

所述三个传动电机分别通过万向接轴22、联轴器23、减速机24与三个大直径轧辊一端相连，传动电机分置于牌坊1两侧，其中第一传动电机19与第三传动电机21放置于同一侧，第二传动电机20放置于另一侧。

所述第一活套装置由第一液压缸27与第一活套辊30组成，第二活套装置由第二液压缸28与第二活套辊31组成，第三活套装置由第三液压缸29与第三活套辊32组成，第一活套装置、第三活套装置置于牌坊1下方，第二活套装置置于牌坊1上方，作用在活套辊上的作用力由液压缸来控制，从而控制道次间张力的大小，液压缸的行程不小于活套辊的移动距离；每个液压缸均配备一个压力传感器，用于测量道次间张力。

通过调整相邻二个轧辊的转速来控制活套辊上下移动距离，进而控制活套长度；活套移动范围由安装在活套上的限位传感器34控制，控制策略如下：

1)当活套长度接近允许最小值时，减慢下游轧辊转速，或者加快上游轧辊转速；

2)当活套长度接近允许最大值时，加快下游轧辊转速，或者减慢上游轧辊转速；

3)在任何一对轧辊进行了转速调整的同时，依据秒流量相等原则，对其余辊组进行级联调速；

所述压下装置采用压下液压缸8来实现。

所述单机架连轧机配备开卷机和卷取机以及导向辊和测量辊，开卷机由第一张力电机11和第一卷筒13组成，卷取机由第二张力电机12和第二卷筒14组成，二个测量辊16的一端均安装有编码器18，用于测量轧件25的入口速度和出口速度；二个测量辊支架底部均设有张力传感器17用于测量机架间张力。在轧件的入口及出口处均设有测厚仪33，用于监控轧件25在当前轧程的厚度变化。二个导向辊15的作用是保证测量辊16的包角在卷径变化时保持不变。

带材经开卷机、导向辊陆续送入由相邻二支轧辊构成的各个辊缝，然后经导向辊由卷取机收卷，轧件每通过一道辊缝，完成一个道次的轧制，全部通过由n个工作辊组成的辊系时，可进行n-1的轧制，其中奇数道次与偶数道次的轧制方向相反；

单机架连轧机各个轧制道次之间的出口轧件速度关系如下：

vh<vh1<vh2<…<vhn-1＝vh(1)

各主动辊的设定线速度关系如下：

v1<v2<…<vi-1≤vi(2)

其中：vh为轧机第一道次入口速度，vh为轧件最后一道次出口速度，式(1)中下标表示轧制道次，式(2)下标表示各主动辊沿轧制方向依次编号。

当(2)式右端取等号时，表示最后一个轧制道次采用同步轧制，通常起到平整作用。

单机架连轧机的变形如下：

μ＝μ1·μ2···μn-1＝h/h(4)

其中δhj和μj分别为第j道次的压下量和延伸系数，δh和μ分别为总压下量和总延伸系数，h和h分别为原料和成品的厚度。辊系、带材、轧制道次之间的关系如图1.

所述轧制力传感器6信号输出终端、液压缸压力传感器信号输出终端、张力传感器17信号输出终端、各限位传感器34信号输出终端、各个编码器18信号输出终端、各测厚仪33信号输出终端、各液压缸控制端、各主电机控制端均与主控计算机相连。

本实施例中的轧件20为q195钢薄带，轧件25的初始厚度为0.1mm，宽度为50mm，大直径工作辊2直径为120mm，辊身长度为120mm，小直径工作辊3直径为50mm，辊身长度为130mm。轧件25目标厚度为0.005mm以下。

步骤一：松开压下装置8，各工作辊在平衡弹簧7的作用下处于最大辊缝位置，首先将轧件25置于第一卷筒13上，再将轧件25另一端穿过导向辊15、测量辊16，顺序送入第一道、第二道、第三道、第四道辊缝，轧件25每通过一道辊缝后绕过相应活套辊进入下一道辊缝，如此依次绕过第一活套辊30、第二活套辊31、第三活套辊32，最后经牌坊1另一端测量辊16、导向辊15引出，将轧件25端头缠绕在第二卷筒14上，转动开卷机和卷取机将轧件25初步张紧；

步骤二：启动主控计算机，通过压下装置分别对各工作辊施加轧制力，监控由轧制力传感器6所反馈的轧制力大小，直至将轧制力调整至p1、p2；

步骤三：通过第一张力电机11对轧件25施加tb的后张力，通过第二张力电机12对轧件25施加tf的前张力，通过第一液压缸27、第二液压缸28、第三液压缸29分别对轧件25施加t1、t2、t3的目标张力；

步骤四：启动第一传动电机19、第二传动电机20、第三传动电机21，根据所需轧制速度，选择电机转速，保持第一传动电机19的转速n1、第二传动电机20的转速n2、第三传动电机21的转速n3的比值为：n1:n2:n3＝1:1.3:1.69，以实现异步轧制，异速比大小可根据实际生产情况进行实时调整；

步骤五：根据第一活套辊30、第二活套辊31、第三活套辊32上张力传感器所反馈的道次间张力大小，通过控制第一传动电机19、第二传动电机20、第三传动电机21的转速来控制第一活套辊30、第二活套辊31、第三活套辊32的上下移动位置，进而通过第一液压缸27、第二液压缸28、第三液压缸29来调整个道次间的活套量，使异步单机架连轧稳定进行；

步骤六：在即将完成一卷轧机25一组四个道次的轧制之间，逐步降低第一传动电机19、第二传动电机20、第三传动电机21的转速直至停机；

步骤七：通过测厚仪检验是否为最终轧程，如果未到最终轧制，则第一传动电机19、第二传动电机20、第三传动电机21进入反转程序，原开卷机变为卷取机，原卷取机变为开卷机，重复进行步骤二并调整相应轧制参数，进入下一轧程四个道次的轧制；

步骤八：如果完成了最后一个轧程，通过第一液压缸27、第二液压缸28、第三液压缸29将第一活套辊辊30、第二活套辊31、第三活套辊32向牌坊1移动以卸载道次间张力，压下装置8卸载轧制力，轧制过程结束。

实施例中的方案并非用以限制本发明的专利保护范围，凡未脱离本发明所为的等效实施或变更，均包含于本案的专利范围中。