专利名称：带材轧机的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种带有有时直接支承在支撑辊上的或通过中间辊支承在支撑辊上的、特别是可沿轴向彼此反向移动的工作辊的轧机。
在轧制技术中，一方面逐渐出现了在长度、宽度和厚度上平整的且逐渐落入小公差范围内的带材。当利用已知轧机令人满意地替带材中部解决了上述平整和公差问题时，在带边附近却出现了板形异常。这是因为轧辊弹性形变由承载区向带材附近的非承载区减小。起始于带材边部的弹性形变上限加上带材局部宽展，在带材边部有一定压下量的情况下使轧带边缘过量减薄。
在这种情况下，轧辊和轧件之间的摩擦越小并且工作辊越细，带厚就越易突变。轧件越硬并且工作辊越粗，带材边部减薄就越严重。如冷轧1250mm带材时，此边部减薄区可能包括15-40mm宽的带边。在轧辊和轧件之间的摩擦恶化的情况下，如因粗轧而出现在串列轧机终轧机架中的那种情况下，边部减薄区可能扩展到离带边大于40mm远的地方。因此，通常通过剪边除去一部分厚度不均的带材边部。这种剪边与另一加工步骤并据此与相应的费用及附加切废量相关联。
DE3038865C1公开了一种带有可沿轴向彼此反向移动的工作辊对、中间辊、支撑辊的轧机，而且还可利用此轧机在没有附加投资的情况下减小带边压下。在这里，各可移动的轧辊至少在局部辊身长度上具有不同于与轴平行直线的弯曲轮廓，此弯曲轮廓最好沿整个辊身长度伸展，其中工作辊对的两个轧辊辊形只在确定的轧辊轴向位置上无缝隙地互补。这样就可以通过具有弯曲轮廓的轧辊的小位移来调整辊缝形状及带材横截面形状并同时减小带边压下以防止边部过量减薄。但是只在加工整条带材时才能实现对带边的影响。
在另一种已知的用于避免带边减薄并降低与此有关的切废量的解决方案中，提出了一种带有两个在辊一端呈锥形缩径的工作辊的轧机，其中，一个辊与另一个转180度的辊配合。如此使工作辊对定位，即轧带边缘位于锥形辊端区内。通常由于轧辊压扁在承载辊面段和靠近带材的未承载段之间变化而造成了带边减薄，与此相比，由于辊缝因辊呈锥形而在带材边部张大，所以对带边的压下量有所减少。但此方法有下述缺点，即在绝对常见的简单的带材运行过程中造成带材裂纹。造成裂纹的原因是，未跟踪轧辊，而在带材运行侧出现明显的最小压下量和高张力。
因此，另一方面，通常对轧制生产单位来说，随减小边缘减薄而出现的剪边报废量下降不那么重要，而通过避免带材裂纹，从而提高工作可靠性则更为重要。根据经验可以通过长的、根据情况略呈浪形的、无张力的带边来避免带材裂纹。然而，通常只能通过影响平坦度的调整装置如轧辊移动装置、弯辊装置或热凸度调整装置不充分地使仅限于紧靠带边区的带材超常延伸。但用细工作辊轧制是例外，在小辊径轧制中确实可以控制带边部的平坦度，可是带材中部没有受到足够的影响。
因此，上述已知措施还无法完全满足对带材边部在板形精度和平坦度方面变得严格的要求，同时也不能完全避免带材裂纹。
本发明的任务在于提供一种上述类型的轧机，可以利用此轧机影响与形状精度和平坦度方面的带边几何形状并减小带边压下和边缘减薄及避免带材裂纹。
此任务是通过权利要求1所述的技术特征解决的。在从属权利要求中公开了本发明的优选的实施形式。
本发明可以使比其它辊段内的压扁量和变椭量大的轧辊压扁和变椭出现在高弹性辊段内。在强性较小的辊段内，可以在相同压下量下获得较大工作辊有效半径，从而与相邻的带材区域相比，属于此辊段的带材区域具有较长的终轧长度。同时可以独立加工带边。因为可如此地改变轧辊在带材边部的压扁量，使对带边平坦度的间接调节得以实现。
在全实心轧辊的情况下，在带边的轧辊压扁由于受到待轧带材附近的未承载辊面的“遥控”(Matratzen效应)是极小的，并据此边部的局部辊径和与此有关的边缘压下是极大的，此时可以利用本发明的轧辊在带边获得较大的轧辊压扁，这使带厚沿宽度方向变得均匀。
通过这种可对压扁量和辊半径的构成施加的影响，一方面可间接影响带边厚度并据此避免了不利的带边过量减薄。不需要对带材进行剪边，据此也免于大量切废，并同时延长了轧辊寿命。另一方面，特别是对于如下情况，即虽然应该控制带材运动以便针对带边位置跟踪轧辊，但是带材不是面对轧辊对中心对称的运行，仍可减少带材裂纹危险。据此，本发明的轧辊不像与上述已知轧辊那样通过非对称的厚度压下并据此直接地影响带边和带材，而是通过不同的压扁量和不同的半径的间接影响同时对带边和带材产生上述有利的影响。
本发明的一个实施形式规定了轧辊包括一延伸于局部辊身长度上的芯轴，与包围芯轴的辊套相比，芯轴弹性模量较小。轧辊在某辊段内由弹性模量小的芯轴(如灰口铸铁)和弹性模量大的辊套(如钢)组合而成，而在与此相邻辊段内，轧辊全部由辊套材料构成。当针对带边位置装入这种轧辊时，不仅可以影响带材中部的平坦度，也尽可能与带材中部无关地影响带边平坦度。
根据本发明的一个有利的实施形式，至少一个轧辊在延伸于轴颈和辊套面之间的辊段内具有至少一个同心环绕辊轴的凹槽。这种结构形式可以专门加工带边。轧辊作用方式的基础是，带有局部空心设置的紧靠辊套的辊段的、具有同心凹槽的辊身及与轧辊中部相邻的实心辊身具有不同压扁量。由于根据本发明在一侧或两侧开设了凹槽，所以可以通过因有空心凹槽而无内支承的、靠近轧辊表面的辊区在带边获得较大的轧辊压扁量。
原则上可行的是，本发明的轧辊只在辊端或轴颈端出现压扁。在由此轧辊和另一可沿轴向移动的同结构轧辊组成的优选方案中，保证了可以基本与带材宽度无关地针对带边位置进行定位，这是因为对压扁特性的影响可以出现在各轧辊上并因此出现在带材两边。
在本发明的带槽轧辊中，环形槽开设在轴颈和与之相邻的辊身之间的过渡段内，这是有利的。然而，槽的位置另行布置在此过渡段直到辊套面的区域内也是有利的。此凹槽可以紧靠辊套面，但在此要注意的是，靠近辊套的辊段应足够厚，以避免裂纹危险。
在带槽轧辊中，凹槽最好从辊端开始伸向辊身中部。根据不同的轧辊和根据轧件所需的轧制性能，适当地匹配凹槽长度，从而对轧辊压扁特性产生最佳影响并影响带边，即减小带边压下并避免带材边部减薄。通过已提及的、有效的、沿轴向彼此反向移动轧辊得到进一步最佳板厚调整。
在带有本发明凹槽的轧辊中，由于在轧辊端部形成了空心槽，所以出现了一个靠近辊套的辊段和一个位于其内的靠近轴线的辊区。靠近轧辊表面的辊区相应于凹槽为空心结构，即在利用材料弹性的情况下，此靠近轧辊表面的辊区可以在承受轧制力时退让到空腔内。所以，轧辊外形在此区域内变得平坦。在这种情况下，本方案不局限于在轧辊每侧开设一个同心的环形槽。同样还可以在辊身一侧开设多个同心凹槽。
除了单侧开槽辊身外，所设的同心环绕转轴的凹槽也可从两端侧伸入到辊身的轴颈和辊套面之间的区域内。在可选配范围内可以看到的是两个两端各开槽的轧辊的组合或一个传统轧辊与一个两端开槽轧辊的组合。
同心凹槽的形状原则上是任意的。该形状最好遵循所希望的辊身特性并可通过有限元法计算预先确定。
根据一个实施形式，更靠近轧辊轴线的槽面(从径向看)平行于轧辊轴线，而更靠近轧辊表面的槽面向槽底逐渐缩小。
在另一个实施形式中，更靠近轧辊轴线的槽面和更靠近轧辊表面的槽面直至槽底都平行于轧辊轴线，这两个槽面具有在横截面图中看是不变的间距。
可与此不同的是，凹槽不是基本平行于轧辊轴线，而是从辊端侧的槽部开始一直伸向辊轴或伸向辊套面，即凹槽设计成内扩的或内缩的结构。
带槽轧辊的外形可任意选择。在未承载状态下，实心辊段外形仍然是带槽辊段外形。例如可以是带有传统凸度的筒形轧辊或圆柱形轧辊。还可以采用特殊形状，如CVC磨削辊。辊套面形状和性能原则上不受限制；辊套面可采用各种形状。
当本发明的带槽轧辊在针对带边而被适当地定位之后由于辊套在带材边部缺少内支承而经受了较大的压扁并据此使带材边部的减薄量有所减少，本发明的另一方案规定，可以通过选择部分充满或全部充满凹槽的填充物的材料或复合材料来灵活调节轧辊边部的整体弹性。轧辊边部的整体弹性则是由辊套弹性和填充物的弹性相加构成的。其中，填充物的材料具有比轧辊材料小的弹性模量，以便由此调整轧辊的边部弹性。
填充物最好是如从辊侧插入凹槽中的塞堵或在转出辊体时从端部装入槽中的轴套。
作为填充物，即塞堵或轴套的材料，可以采用其弹性高于轧辊材料弹性的钢。此外，还可以使用其它金属、高温塑料或复合材料。据此可以提高轧辊在其边部的压扁特性的变化可能性。另一有利作用在于，不接触带材而与支承辊接触的辊段通过轧制过程承受较低负荷。为了影响轧辊压扁量及为了使轧辊适应待轧工件要求和性能，在带有填充物的实施形式中，使用了相应选择的填充物材料所产生的阻尼作用。
轧辊沿其长度具有不同弹性的原则可通过本发明的另一项建议如此得以实现，即在至少一个辊颈上设置一个由具有与其它辊段不同的弹性模量的材料制成的轴套。按照本发明，当轧辊根据另一个实施形式具有厚度变化的辊套时，由于逐渐改变辊套厚度而对整体弹性进行了连续调整。
在任何情况下，不同的弹性和相应不同的压扁量可直接用于影响平坦度，例如轧机的中间辊或支撑辊沿带材实施相应不同的弹性。
本发明的其它细节和优点体现在权利要求书和以下说明中，该说明对在附图中示出的本发明的实施例作进一步描述。其中
图1以纵断面示意地示出了带有根据第一实施形式设计的轧辊的工作辊对，图2以纵断面示意地示出了本发明轧辊的另一个实施形式，图3以纵断面示意地示出了(沿轧制方向看过去)图2所示工作辊的调整或布置结构，图4以纵断面示意地示出了本发明轧辊的另一个实施形式，图5图4所示轧辊变型的局剖图，图6带有一安装在辊颈上的轴套的轧辊的局剖图，图7以局剖纵断面图示出了轧辊对的布置结构，其中轧辊沿辊身根据不同弹性被分成两个以上的辊段，图8示出了带有本发明另一种结构的轧辊的辊对布置结构，其中一个轧辊以局剖纵断面图示出。
在图1所示的两个可沿轴向反向移动的轧辊1的布置结构中，轧辊1包括一延伸于局部辊身长度上的芯轴2。与包围芯轴的辊套3相比，芯轴弹性模量较小。芯轴2例如由灰口铸铁制成，辊套3例如由钢制成。与全由较低弹性的材料制成的相邻辊段相比，芯轴2的材料的高弹性在此轧辊段内不仅产生较大的压扁，而且引起轧辊变椭。在上述钢制实心材料区内，当在工作位置上以大压下量加工待轧金属带4时，轧辊1出现较大工作半径，从而与相邻带材区相比，此带材区具有较长的终轧长度；由此提高了轧制过程中的工作可靠性，特别重要的是由于防止了带材裂纹而提高了工作可靠性，这是因为可获得一种局限于带材边部附近的带材超常延伸并同时可以获得无张力带材边部。由于轧辊1在其余区域内的弹性原因，带材边部过量减薄问题同时得到缓解。
在图2中示出了一个至少在辊身的一个端部具有较大的压扁特性的圆柱形轧辊10的另一实施形式。从轧辊端侧5开始，在轧辊一侧开有一环绕轧辊转轴或轴颈12同心伸展的凹槽6。由于存在此空心凹槽，在辊身中产生一个靠近轧辊表面的辊区7和一位于内部的靠近轴线的辊区8。靠近轧辊表面的辊区7在楔形凹槽6范围内是空心的。在此实施形式中，更靠近轧辊轴线的槽面9与轧辊轴线平行，更靠近轧辊线表面的槽面11向槽底逐渐缩小。辊身在凹槽范围内的轧辊表面形状14就是实心断面辊身部分的形状的继续，在这里是圆柱状。
图3示出了工作辊对10的布局，该工作辊分别在端侧5中的一侧开有凹槽6。轧辊10可向着带材沿轴向彼此反向移动，使各槽底13相对带材各边部15处于一适当位置。具体做法是，在图示的位置上槽底13约布置在带材边部15的高度上。由于靠近轧辊表面的辊区7因空心凹槽而缺少内支承，因此在轧制过程中与实心辊身不同在带材边部15出现了此带材区的明显较高的压扁。据此减少了边部压下，带材厚度沿宽度方向分布变得均匀并进而极大地减弱了边部过度减薄。由于带材边部过度减薄有所减少，可以减轻轧辊磨损。这不仅降低了因以往需要的对超差的带材边部剪边所产生的切废量，而且提高了轧辊工作寿命。
图4示出了轧辊10的一个变型。也是单侧凹槽6的槽面9、11直到槽底13具有一(从横断面图中看)不变的相互间距，即更靠近轧辊轴线的槽面9和更靠近轧辊表面的槽面11相对轧辊轴线或轴颈12平行延伸。凹槽6范围内的轧辊表面形状14与实心截面内的辊段的形状一样，呈圆柱形。将部分充填凹槽空间的塞堵16插入凹槽6中。据此，靠近轧辊表面的辊区7只是部分空心设置，即仅受到局部支承。在图5所示的轧辊10中则是另外一种情况，其中，一具有相应弹性的插入轴套17填满残余的辊区7。
在图6所示的轧辊100中，通过一被套到轧辊或轴颈上的轴套18实现了局部辊身长度的有限范围内有所增大的压扁和高弹性，此轴套具有比其余的轧辊部分的材料小的弹性模量。此外，轴颈12可以是圆柱形，或是如在轴套18中用虚线所示的锥形，前提条件是，轴套孔有一个与之相配的形状。
在如图7所实现的、以成对布局示出的轧辊200中，在两个以上的辊段上应用了沿辊身具有不同弹性的原理，在这里仍然主要是用以避免带材裂纹，具体做法是，在彼此间隔的两个区域内的芯轴202中装入了其弹性模量比芯轴材料小的填充物19、20。当希望对除带材边部15之外的带材区域进行目标明确的、局部的平坦度调整时，此实施方式非常有利。
在如图8所示的成对布置的轧辊300中，由于辊套21厚度逐步改变(参见图8中的上辊)，轧辊整体弹性也在变，即在这种情况下，不存在不同材料组合。
在两辊机架或多辊机架中，如在冷轧或热轧时可以采用上述虽设计成不同结构但都沿辊身长度产生不同弹性的轧辊1、10、100、200、300。此外，对单向机架和可逆机架，如串列式轧机和可逆式轧机来说，上述轧辊的应用前景也被同样看好。
权利要求
1.一种具有可直接支承在支撑辊上或通过中间辊支承在支撑辊上的工作辊的轧机，特别是具有可沿轴向彼此反向移动的工作辊的轧机，其特征在于，至少一个轧辊(1，10，100，200，300)在辊身长度上具有不同弹性，特别是此轧辊设计成至少在局部上具有较大的压扁量。
2.如权利要求1所述的轧机，其特征在于，轧辊(1，10，100，200，300)由一延伸于局部辊身长度上的芯轴(2)构成，与包围芯轴的辊套(3)相比，芯轴具有较小的弹性模量。
3.如权利要求1所述的轧机，其特征在于，至少一个轧辊(1)在延伸于辊颈(12)与轧辊表面之间的辊区内具有至少一个同心绕轧辊轴线伸展的凹槽(6)。
4.如权利要求3所述的轧机，其特征在于，此凹槽(6)开设在相应轧辊辊身的一侧。
5.如权利要求3或4所述的轧机，其特征在于，更靠近芯轴的槽面(9)平行于轧辊轴线，而更靠近轧辊表面的槽面(11)向槽底(13)逐渐缩小。
6.如权利要求3或4所述的轧机，其特征在于，更靠近轧辊轴线的槽面(9)和更靠近轧辊表面的槽面(11)直至槽底(13)平行于轧辊轴线伸展并且具有一在轧辊断面图中看是不变的凹槽直径。
7.如权利要求5或6所述的轧机，其特征在于，此凹槽(6)是被部分填充的。
8.如权利要求7所述的轧机，其特征在于，此凹槽(6)是被完全或部分用填充物(16，17)填充的。
9.如权利要求8所述的轧机，其特征在于，可以通过选择填充物(16，17)的材料和复合材料来调整辊身边部的整体弹性。
10.如权利要求8或9所述的轧机，其特征在于，填充物(16，17)的材料或复合材料的弹性模量小于轧辊材料的弹性模量。
11.如权利要求8所述的轧机，其特征在于，环形塞堵(16)被插入凹槽(6)中以支承靠近轧辊表面的辊区(7)。
12.如权利要求1和3-11中任何一项权利要求所述的轧机，其特征在于，轧辊(300)具有一其厚度不同的辊套(21)。
13.如权利要求1和3-12中任何一项权利要求所述的轧机，其特征在于，一个由具有与辊身其它部分的不同的弹性模量的材料制成的轴套(18)安装在至少一个轴颈(12)上。
14.如权利要求1-13中任何一项权利要求所述的轧机，其特征在于，轧辊(1，10，100，200，300)具有任意的外形。
全文摘要
在一种具有可直接支承在支撑辊上或通过中间辊支承在支撑辊上的工作辊的轧机中,特别是在具有可沿轴向彼此反向移动的工作辊(1)的轧机中,当至少一个轧辊(1)在辊身长度上具有不同弹性时,特别是此轧辊设计成在至少一个局部沿辊身具有较大的压扁量时,在形状精度和平坦度方面控制了待轧金属板(4)的边缘几何形状,减小了带边压下并避免了带材边部过度减薄或带材裂纹。
文档编号B21B27/02GK1172703SQ97114090
公开日1998年2月11日 申请日期1997年7月3日 优先权日1996年7月3日
发明者H·G·哈通, J·芒克, H·P·里克特 申请人:Sms舒路曼-斯玛公司