专利名称：小规格圆钢连续轧制方法及其导卫装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及小规格圆钢连轧轧制方法。
背景技术：
目前国内外常规小圆钢、线棒材钢厂轧机为多机架轧机(机架数一般大于12)，类似于6V-H(机架间距大、大辊径、辊身长度长)的连轧机一般轧制较大规格圆钢，采用带单导轮D0的箱-方-椭圆-圆孔型系统，如图1所示，6V-H连轧机为全平立交替布置，轧件扭转倾向较小，并且各机架均可单独调速，可按各道电机负荷近似相等分配延伸。但圆钢产品规格范围存在局限性，按照原设计规定，6V-H连轧设备所能轧制圆钢的最小直径规格为φ100mm，以前由于工艺条件等因素的限制，实际所能轧制圆钢的直径尺寸下限为φ110mm，φ90mm规格已超出六连轧原设计规格下限，按常规思路设计，无法保证顺利轧制φ90mm圆钢，必须对所有六机架孔型重新进行设计。常规小圆钢、线棒材连轧轧制时，轧机间距一般在2-3米，而初轧6V-H连轧机原设计为轧制较大规格连轧坯，机架间距较大(5.5米)，且轧机原设计圆坯轧制采用单导轮系统，对小规格轧制存在最大的难点是机架间距大、轧件所承受扭转力矩大，夹持力小，稳定性差，轧件在轧机间容易产生倒钢、扭转，导致圆钢表面产生耳子、折迭等缺陷，严重者可能会冲导卫造成严重事故。
国内外一般小圆钢轧机辊径为500-650mm，辊身长度较短(800mm左右)，而初轧6V-H连轧机辊身长度1100至1300mm，辊径700-800mm，轧制力矩大，轧制时轧辊弹跳大，尤其按原先设计H4孔型入口处没有滚动导轮，使得操作调整难度增加，也不利于稳定轧制，这与小规格圆钢要求的高精度构成了一对矛盾，给孔型设计提出了更高的要求，孔型设计必须兼顾轧制稳定、尺寸精度、操作调整三方面因素。
发明内容
本发明的目的在于设计一种小规格圆钢连轧孔型系统，而且可以充分利用现有资源，把初连轧机改造成为可以生产各种规格圆钢的成品轧机。
为达到上述目的，本发明的小规格圆钢连轧轧制方法，采用箱-方-椭圆-圆-椭圆-圆型系统，坯料经立辊轧机、水平轧机交替六机架连轧出成品，且，在中间圆孔型H4机架、成品圆孔型H6机架前设入口导轮。
其中，坯料连轧的总延伸率μ∑＝3.5～4.5；平均延伸率为μ＝1.2～1.3。
连轧机原料中间方断面尺寸设计为宽度150～170mm、厚度150～170mm。
本发明采用的小规格圆钢连轧孔型系统，为箱-方-椭圆-圆-椭圆-圆孔型系统。
其中，所述的椭圆孔V5孔型高度h＝(0.77～0.95)d，孔型宽度b＝(1.45～1.80)d，其中d为成品圆钢直径；圆孔型H4基圆直径D＝(1.15～1.35)d，孔型宽度b＝(1.02～1.05)D，其中d为成品圆钢直径；椭圆形孔V3的尺寸为孔型高度h＝(0.78～1.05)D、孔型宽度b＝(1.24～1.53)D，其中D为圆孔型H4的基圆直径。
轧件在圆-椭圆-圆孔型中的宽展系数β为圆孔型H4为0.4～0.5，椭圆孔型V5为0.8～1.2，圆孔型H6为0.3～0.5。
6VH连轧各机架平均减面率为15％～25％。
6VH连轧孔型采用箱-方-椭圆-圆-椭圆-圆型孔型系统首先，充分考虑到中间坯的外形、尺寸，来决定连轧机的粗轧孔型。从提高轧制效率，降低轧制温度的方面考虑，采用扁箱——方箱孔型，因此在前面2个道次采用矩——方孔型系统，V1机架孔型为带有直线孔型侧壁的浅槽扁箱孔型，H2机架孔型为带有直线孔型侧壁及大直径圆弧槽底的方型孔型，该延伸孔型的主要作用是令轧件延伸，同时减小轧件断面，并为轧件正确、顺利地进入精轧孔创造良好的条件。为了达到同样的延伸效率，孔型形状对所需的轧制力也有一定影响，总的影响趋势是孔型侧壁的约束力大，则消耗的轧制力能也大。H2机架方型孔槽底大直径圆弧及30mm过渡内圆弧半径的设计保证了轧件能够平滑地过渡到V3椭圆孔，同时避免了轧制力过大，H2机架减面率不到20％，为6个机架中最低的一个，从而有效地避免金属由于剧烈的不均匀变形而产生局部应力，为轧件稳定进入精轧孔型提供了良好的条件。
精轧孔型设计思路为采用圆—椭圆—圆孔型系统。精轧孔决定圆钢产品尺寸的精确性。该孔型系统的特点是轧件变形和冷却均匀，易去除轧件表面的氧化铁皮，成品表面质量较好，成品尺寸比较精确，可以从中间圆孔型轧出多种规格的圆钢，共用性强。
椭圆孔型V3机架设计为单圆弧椭圆孔，单圆弧椭圆孔增强了轧件在孔型中的稳定性，避免了双半径圆弧椭圆孔型轧制小规格圆钢时出现轧件在孔型内倒钢及不利于调整的情况，使轧件从一种断面平滑地转换到另一种断面。这种单圆弧椭圆孔形状及平滑变形特点有利于稳定轧制，去除轧件上的氧化铁皮，使轧件具有良好的表面质量，便于制作孔型样板，也利于轧辊的车削加工。
椭圆孔型V5机架设计为单圆弧椭圆孔，椭圆孔V5宽展系数β为0.8～1.2，设计时考虑V5机架出口轧件面积与宽度，从而保证圆孔型机架H6咬入时接触点稳定性。
圆孔型H6机架是生产φ90mm圆钢的成品机架，成品孔的设计合理与否，将直接决定产品断面尺寸的精确性，并直接影响到产品的质量。本发明的圆孔型机架H6成品孔型采用由孔型两侧用切线联结的扩张角法，圆钢的高度尺寸h在水平机架上是通过调整成品孔的上辊或下辊来控制的，而水平方向的尺寸b主要是通过椭圆孔型V5机架椭圆孔的高度尺寸来改变。对角线方向的尺寸差则用某一轧辊的轴向移动等办法来解决。因为轧件横截面上、长度方向上的温度不均匀，往往会影响到宽展的变化，在设计时充分考虑到成品孔过充满而产生耳子的情况。圆钢成品孔惯用的设计方法是双半径圆弧法，但该种方法存在圆钢直径很容易超出公差范围及公差带减小、操作调整范围变窄、成品尺难以控制、工程能力指数下降等缺点。
本发明的圆孔型机架H6成品孔型设计作图简单，便于制作轧槽样板；其中心张角比较小，使轧件的真圆度提高，轧制时金属超出标准圆的部位比较少；且，增大了侧压作用，使限制轧件宽展的作用增强，更有利于控制成品宽度方向的尺寸；轧件充满孔型时，辊缝斜线直径仍不会超出公差范围；可以减少因孔型磨损后在中心张角30°对应的圆周上直径超出公差范围的现象。
由于椭圆轧件在圆孔中轧制不稳定，因此对进入圆孔的椭圆轧件必须使用经过精确调整的滚动导卫装置来夹持，避免椭圆轧件在圆孔型中因不正确轧制而产生“耳子”。
本发明采用的小规格圆钢连轧用导卫装置，包括本体、两托架、进料导板、至少两个导轮；其中，所述的两托架分设于所述的本体两侧，并固定于本体底座上，其一端与本体上部相连接，另一端由连杆连接；所述的进料导板设置于两托架间，固定于本体底座上；至少两个导轮分别通过连接件活动设置于两托架的外端部。
进一步，所述的导卫装置还设有滚动轴承，该滚动轴承设置于连接件端部。
所述的导卫装置还设有弹簧，该弹簧设置于连杆上。
还设有棘轮，该棘轮设于本体上，所述的托架通过销轴与该棘轮螺纹配合。
所述的导轮为双圆弧曲面。
本发明的有益效果是采用“箱-方-椭圆-圆-椭圆-圆孔型系统”的孔型配置，1.延伸系数小，孔型形状能使轧件从一种断面平滑地转换到另一种断面，从而避免金属由于剧烈的不均匀变形而产生局部应力，同时避免压下量过大，使钢坯咬入较容易；2.在此孔型系统中轧出的轧件没有尖锐的棱角，轧件冷却均匀；3.孔型形状及变形特点有利于去除轧件上的氧化铁皮，使轧件具有良好的表面；4.必要时可在延伸孔型中获得圆断面成品从而减少换辊；5.增加圆孔型H4机架入口导轮，导轮的双圆弧曲面既使椭圆轧件能顺利进入导轮，又保证轧件与入口导轮的接触闭合性良好，增大了侧压作用，确保椭圆轧件在圆孔型H4中轧制位置稳定，使椭圆孔型V3、圆孔型H4机架间轧制稳定性得到大大增强，从而为轧件顺利通过以后机架孔型并轧制出小规格圆钢创造了良好的条件。
图1为现有技术的示意图。
图2为本发明孔型系统的示意图。
图3为本发明箱型孔型V1的示意图。
图4为本发明方型孔型H2的示意图。
图5为本发明椭圆孔型V3的示意图。
图6为本发明圆孔型H4的示意图。
图7为本发明椭圆孔型V5的示意图。
图8为本发明圆型孔型H6的示意图。
图9为本发明导卫装置的示意图。
图10为本发明导卫装置的示意图。
图11为本发明导卫装置的示意图。
图12为图11的A-A剖视示意图。
图13为图12的C-C剖视示意图。
图14为本发明导向辊的放大示意图。
具体实施例方式
参见图2，本发明的小规格圆钢连轧轧制方法，采用箱V1-方H2-椭圆V3-圆H4-椭圆V5-圆型H6系统，坯料经立辊轧机、水平轧机交替六机架连轧出成品；在圆孔型H4机架、成品圆孔型H6机架前设入口导轮D1、D2。
参见图3～图8，其所示为本发明箱V1-方H2-椭圆V3-圆H4-椭圆V5-圆型H6系统的孔型结构图。
参见图3，V1机架孔型为带有直线孔型侧壁的浅槽扁箱孔型。
参见图4，H2机架孔型为带有直线孔型侧壁及大直径圆弧槽底的的方形孔型，该延伸孔型的主要作用是令轧件延伸，同时减小轧件断面，并为轧件正确、顺利地进入精轧孔创造良好的条件。为了达到同样的延伸效率，孔型形状对所需的轧制力也有一定影响，总的影响趋势是孔型侧壁的约束力大，则消耗的轧制力能也大。H2机架方形孔槽底大直径圆弧及30mm过渡内圆弧半径的设计保证了轧件能够平滑地过渡到V3椭圆孔，同时避免了轧制力过大，H2机架减面率为18.5，为6个机架中最低的一个，从而有效地避免金属由于剧烈的不均匀变形而产生局部应力，为轧件稳定进入精轧孔型提供了良好的条件。
参见图5，椭圆孔型V3机架设计为单圆弧椭圆孔。椭圆圆弧半径R3为87mm，槽口宽度为158mm，椭圆圆弧与槽口平面之间采用圆弧过渡，圆弧半径为10mm。
如图7所示，椭圆孔型V5机架设计为单圆弧椭圆孔，椭圆圆弧半径R5为76mm，槽口宽度为130mm，椭圆圆弧与槽口平面之间采用圆弧过渡，圆弧半径为8mm，椭圆孔V5宽展系数β为1.1，设计时考虑V5机架出口轧件面积与宽度，椭圆孔V5出口轧件面积为8170mm2，减面率为23.3％，从而保证圆孔型H6机架咬入时接触点稳定性。
如图8所示，圆孔型H6机架是生产φ90mm圆钢的成品机架，成品孔的设计合理与否，将直接决定产品断面尺寸的精确性，并直接影响到产品的质量。圆钢的高度尺寸h在水平机架上是通过调整成品孔的上辊或下辊来控制的，而水平方向的尺寸b主要是通过V5机架椭圆孔的高度尺寸来改变。在设计φ90mm孔型时充分考虑到成品孔过充满而产生耳子的情况。圆钢成品孔惯用的设计方法是双半径圆弧法，但该种方法存在圆钢直径很容易超出公差范围及公差带减小、操作调整范围变窄、成品尺难以控制、工程能力指数下降等缺点。本发明在研究设计φ90mm孔型时，成品孔型大胆采用由孔型两侧用切线联结的扩张角法，H6机架的孔型图参见附图8，该设计法具有以下5个优点1、作图简单，便于制作轧槽样板。
2、其中心张角比较小，使轧件的真圆度提高，轧制时金属超出标准圆的部位比较少。
3、增大了侧压作用，使限制轧件宽展的作用增强，更有利于控制成品宽度方向的尺寸。
4、轧件充满孔型时，辊缝斜线直径仍不会超出公差范围。
5、可以减少因孔型磨损后在中心张角20°对应的圆周上直径超出公差范围的现象。
成品圆孔型设计为孔型两侧用切线联结的扩张角法，热膨胀系数取1.013，该孔型的主要尺寸参数如下孔型宽度B6＝93.4mm孔型高度H6＝91.2mm扩张角α＝20°辊缝值10mm过渡圆弧半径R6＝5mm成品圆孔型中心张角比较小(α＝20°)，使轧件的真圆度大大提高，更有利于尺寸精度的控制。为φ90mm圆钢产品直径公差控制在±1.0mm，椭圆度控制在不大于直径公差的0.75倍提供了重要的保证。
φ90mmV1～H6孔型尺寸如表1所示表1
再请参见图10～图14，本发明采用的小规格圆钢连轧用导卫装置，包括本体1、进料导板2、2’、两托架3、3’、两个导轮5、5’、棘轮4、弹簧9、滚动轴承10；其中，所述的两托架3、3’分设于本体1两侧，固定于本体1底座101上，其一端由连接件7与本体1相固定连接，另一端由螺栓11与本体1上部102相固定连接；弹簧9设置于连接件7上；所述的进料导板2、2’设置于两托架3、3’间，固定于底座101上；两个导轮5、5’分别通过连接件8、8’活动设置于两托架3、3’的外端部，导轮5、5’为双圆弧曲面；所述的滚动轴承10设置于连接件8、8’即轮轴81’的两端；所述的棘轮4设于本体1上，所述的托架3、3’通过销轴6与该棘轮4螺纹配合。
综上所述，本发明对6V-H全平立交替布置φ90mm连轧孔型进行了大胆的设计、创新，通过采用箱-方-椭-圆-椭-圆孔型系统代替原来的带单导轮的箱-方-椭-圆孔型系统；同时，增加了H4机架入口导轮，即采用带双导轮的孔型系统，椭圆轧件能顺利进入导轮、孔型，又保证轧件与入口导轮的接触闭合性，增大了侧压作用，从而成功地大批量生产出超出六连轧原设计规格下限的φ90mm圆钢产品，产品质量符合标准要求。
权利要求
1.小规格圆钢连续轧制方法，采用箱-方-椭圆-圆-椭圆-圆型孔型系统，坯料经立辊轧机、水平轧机交替六机架连轧出成品，且在中间圆孔型(H4)机架、成品圆孔型(H6)机架前设带入口导轮的导卫装置。
2.如权利要求1所述的小规格圆钢连续轧制方法，其特征在于，坯料连轧的总延伸率μ∑＝3.5～4.5；平均延伸率为μ＝1.2～1.3。
3.如权利要求1所述的小规格圆钢连续轧制方法，其特征在于，椭圆孔型(V5)机架与圆型孔型(H6)机架间采用张力轧制。
4.如权利要求1所述的小规格圆钢连续轧制方法，其特征在于，所述的坯料断面尺寸为宽度150～170mm、厚度150～170mm。
5.小规格圆钢连轧孔型系统，其特征在于，其为箱-方-椭圆-圆-椭圆-圆孔型系统，立-平交替排列。
6.如权利要求5所述的小规格圆钢连轧孔型系统，其特征在于，各机架孔型平均减面率为15％～25％。
7.如权利要求5所述的小规格圆钢连轧孔型系统，其特征在于，所述的椭圆孔型(V3)、椭圆孔型(V5)为单圆弧椭圆孔。
8.如权利要求5或7所述的小规格圆钢连轧孔型系统，其特征在于，所述的椭圆孔(V5)孔型高度h＝(0.77～0.95)d，孔型宽度b＝(1.45～1.80)d，其中d为成品圆钢直径；圆孔型(H4)基圆直径D＝(1.15～1.35)d，孔型宽度b＝(1.02～1.05)D，其中d为成品圆钢直径；椭圆形孔(V3)的尺寸为孔型高度h＝(0.78～1.05)D、孔型宽度b＝(1.24～1.53)D，其中D为圆孔型(H4)的基圆直径。
9.如权利要求5所述的小规格圆钢连轧孔型系统，其特征在于，轧件在圆-椭圆-圆孔型中的宽展系数β为圆孔型(H4)为0.4～0.5，椭圆孔型(V5)为0.8～1.2，圆孔型(H6)为0.3～0.5。
10.小规格圆钢连轧用导卫装置，其特征在于，包括，本体，包括底座；两托架，分设于所述的本体两侧，并固定于本体底座上，其一端与本体上部相连接，另一端由连杆连接；进料导板，设置于两托架间，固定于本体底座上；至少两个导轮，分别通过连接件活动设置于两托架的外端部。
11.如权利要求10所述的小规格圆钢连轧用导卫装置，其特征在于，还设有滚动轴承，该滚动轴承设置于连接件端部。
12.如权利要求10所述的小规格圆钢连轧用导卫装置，其特征在于，还设有弹簧，该弹簧设置于连杆上。
13.如权利要求10所述的小规格圆钢连轧用导卫装置，其特征在于，还设有棘轮，该棘轮设于本体上，所述的托架通过销轴与该棘轮螺纹配合。
14.如权利要求10所述的小规格圆钢连轧用导卫装置，其特征在于，所述的导轮为双圆弧曲面。
全文摘要
小规格圆钢连轧轧制方法，采用箱－方－椭圆－圆－椭圆－圆型系统，坯料经立辊轧机、水平轧机交替六机架连轧出成品，且在中间圆孔型(H4)机架、成品圆孔型(H6)机架前设入口导轮。本发明具有如下特点孔型延伸系数小，孔型形状使轧件从一种断面平滑地转换到另一种断面，避免金属由于剧烈的不均匀变形而产生局部应力；轧出的轧件没有尖锐的棱角，轧件冷却均匀；孔型形状及变形特点有利于去除轧件上的氧化铁皮，使轧件具有良好的表面；通过增加中间圆孔型(H4)机架入口导轮，确保椭圆轧件在圆孔型(H4)中轧制位置稳定，使椭圆孔型(V3)、圆孔型(H4)机架间轧制稳定性得到大大增强，为轧件顺利通过以后机架孔型创造了良好的条件。
文档编号B21B1/16GK1640567SQ200410015930
公开日2005年7月20日 申请日期2004年1月18日 优先权日2004年1月18日
发明者徐震, 陈林 申请人:宝山钢铁股份有限公司