热轧轧机系统的制作方法

专利名称：热轧轧机系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种能够平稳地生产厚度均匀的板材(钢板)的热轧轧机系统。
在通过热轧生产薄板时，重要的是使薄板坯的尾端部分平稳地穿过每架轧机以及形成厚度均匀的板材。当用轧辊轧制薄板坯时，由于板的中心凸厚和边部减薄使得薄板坯被轧制成厚度不均匀，其中板的中心凸厚会增加板材沿宽度方向的中间部分的厚度，而边部减薄会使板材侧边部分的厚度急剧减小。当轧制薄板时，易于产生被称为折印的缺陷，即，板材的尾端部分被折叠地轧制。中心凸厚是由于轧辊的弯曲而引起的板材厚度在宽度方向上从侧边向中间的增大。边部减薄是由于分别形成于对板材施加压力的轧辊工作部分和不对板材施加压力的轧辊非工作部分(对应于板材边缘外侧的空间的轧辊部分)的边界处并且具有圆弧形状的轧辊肩部所引起的板材侧边部分的厚度以弯曲的斜面急剧减小。折印是指当张力未作用于轧机之间的薄板坯上时折叠变得不稳定的薄板坯的尾端部分。折叠是由于不稳定的尾端部分撞击到侧导板或类似物上而发生的并且折叠的尾端部分进入了轧机中。如果出现了中心凸厚部分或折印，就会降低板材的精度。若发生折印，则会损伤轧辊且需要对轧辊进行磨削，并因此使产量大大下降。
当板材较薄时，更容易发生折印。当减小薄板坯的厚度时，薄板坯是以大压下量进行轧制的，在薄板坯上施加一个很高的轧制力，并因此增大了使薄板坯横向移动的力。如果薄板坯撞到配置在轧机前面的导板或类似物上，则薄板坯的尾端部分容易被弯曲。因此，可以被热轧轧机轧制的钢板厚度的下限为1.2mm。
在“(280)千叶3HOT中的无头轧制概论(Overview of endlessrolling on Chiba 3 HOT)”，CAMP-ISIJ，卷10(1997)-1088，和JP-A6-106207中公开了用于稳定地热轧厚度在1.2mm左右或以下的钢板并防止折印的技术。在这些公开出版物中公开的技术涉及在前一薄板坯的尾端部分进入精轧机之前，将随后的薄板坯的前端连接到前一薄板坯的尾端上，以减少无张力尾端部分的数量。一个不可避免的尾端部分在厚度为1.6mm或以上的状态下被轧制，以避免折印。
利用上述公开出版物中公开的技术稳定地生产薄板所需的设备的成本与传统的热轧轧机相比相当高，因为这类设备需要一个用于在短时间内将薄板坯连接在一起的专门的连接装置，而且必须改变热轧生产线的总体配置。因此，为了实施前述技术必须对传统的热轧轧机作重大改变。改进工作需要花费很长的时间，并且必须长时间地停滞生产。尽管前述装置可以防止折印，但它难以抑制由前述装置所造成的板材中心凸厚和边部减薄。
本发明的一个目的是提供一种可以抑制板材的中心凸厚和边部减薄并能防止在薄板坯的尾端部分出现折印的结构简单的板材热轧轧机系统。
本发明的热轧轧机系统具有一个精轧机，该精轧机由一个前段和一个后段组成，其中，①前段包括两台或两台以上CVC轧机或辊组交叉式(pair-cross)轧机，以及②后端包括两台或两台以上轧辊直径不同式轧机。
①中的CVC轧机是一种公知的轧机，它包括具有沿轴向变化的外直径且可以轴向移动的轧辊(CVC轧辊)。辊组交叉式轧机是一种公知的轧机，它包括一对分别设置有工作辊和支承辊的辊组，两辊组相互不平行地设置，互相交叉，两组中工作辊的中间部分相互最为接近，并且两组之间的位置关系(两组间的角度)可以改变。在这些轧机中，辊缝的形状可以改变。在CVC轧机中可以通过轴向移动具有不同外直径的CVC轧辊来改变辊缝，而在辊组交叉式轧机中可以通过改变交叉的轧辊之间的位置关系来改变辊缝。这些轧机的改变辊缝的能力比简单地利用轧辊弯曲的轧机高。
②中的轧辊直径不同式轧机是一台包括一对分别具有不同直径的工作辊的轧机，且仅驱动大直径的工作辊转动。由于工作辊对中的一个辊的直径较小，所以轧辊直径不同式轧机可以很容易地借助一个小轧制力以大压下量轧制薄板坯。由于通过仅驱动大直径的工作辊而在薄板坯上作用一个剪切力，所以轧辊直径不同式轧机可以比工作辊直径相同的常规轧机更容易地以大压下量对薄板坯进行轧制。因此，即使轧辊直径不同式轧机的轧制力低于常规轧机或①中所述且包含在前段中的轧机的轧制力，它也可以以与常规轧机或①中所述且包含在前段中的轧机相同的压下量轧制薄板坯。由此，即使轧辊直径不同式轧机的机架数目少且轧辊直径不同式轧机具有紧凑的布局，它也可以实现前述作用，并以足够的压下量轧制薄板坯。轧辊直径不同式轧机可通过对常规轧机作很小的改动而获得，例如将具有较大直径的辊对中的一个辊换成直径较小的轧辊。因此，如果可以获得用以构成本发明的热轧轧机系统的现有轧机，则可以低成本地简单构成本发明的热轧轧机系统。
具有在①和②中所述布局的本发明的热轧轧机系统可以抑制板材的中心凸厚和边部减薄的形成，并减少由于下述操作a)至c)而在板材尾端部分上形成折印的频率。
a)板材的中心凸厚可通过改变和控制精轧机前段部分①中辊缝的形状而加以抑制。板材的中心凸厚是由于辊缝相对于宽度方向，即沿着轧辊轴线的方向的不均匀性而造成的，这主要是由轧机的轧辊弯曲引起的。当利用①中所述的轧机适当地改变和控制辊缝时，可减小薄板坯的中心凸厚部分或制造出具有最佳中心凸厚的板材。通过改变辊缝来控制板材的中心凸厚部分常常会损害板材的平直度和类似的指标。由于这种控制是由精轧机的前段来实施的，所以可以利用中段或后段改善板材的平直度。当借助前段来减小板材的中心凸厚时，后段只需维持较小的中心凸厚，因而轧辊直径不同式轧机可以稳定地进行轧制作业。
b)可通过利用精轧机后段的部分②在小轧制力下轧制薄板坯来减少薄板坯的尾端部分发生折印的可能性。当不受任何张力的薄板坯尾端部分横向移动(移向轧制线的右边或左边)并撞击轧机中的导向板或类似物时，便形成折印。对折印的研究结果表明，薄板坯的尾端部分在轧制力低时难以横移。这意味着薄板坯尾端部分的横移是由于轧制装置不精确对称而产生的；即，当轧机的轧辊不严格对称时，薄板坯会被推向右侧或左侧。因而，轧制力越小，将薄板坯向右或左偏压的力越小，并且尾端部分横移的倾向越小。因此，即使在轧制相当薄的带材时，该轧机在尾端部分上形成折印的可能性也非常小。通常，在精轧机上薄板坯尾端部分的横移(移动宽度)大于后段的轧机。因而，可由后段的轧机以较小的轧制力有效防止折印地轧制薄板坯。
c)通过在精轧机后段的部分②中以小轧制力轧制薄板坯可抑制边部减薄的发生。由于边部减薄是由分别形成于轧辊的用于对薄板坯施加压力的工作部分和对应于薄板坯边缘外侧的空间的轧辊部分的边界处且具有圆弧形状的肩部引起的，所以可通过以小轧制力将轧辊压在薄板坯上从而形成浅浅的凹陷来减小边部减薄。
由于该热轧轧机系统的①中的轧机(CVC轧机或辊组交叉式轧机)为两架或两架以上，所以可以有效地抑制板材的中心凸厚。由于②的轧机(轧辊直径不同式轧机)具有两架或两架以上，所以可以通过使用一个非常小的轧制力来以必要的压下量轧制薄板坯，从而有效地抑制折印和边部减薄的发生。
本发明的热轧轧机系统除了上述组成部分外还可以进一步包括一个用于防止在上游侧的粗轧机末架轧机和精轧机的首架轧机之间板材的温度下降的防止温度下降装置，该防止温度下降装置可以是一个隧道炉，一个薄板坯卷取机/开卷机或一个薄板坯加热器。
将被精轧机轧制的板材以取决于精轧机的轧制速度的低速度运动。因此，板材在精轧机前方停留一段很长的时间，并且温度朝着薄板坯的尾端部分下降。板材在精轧机后段中的温度低于其在精轧机前段中的温度。该热轧轧机系统借助于防止温度下降装置将在被精轧机轧制之前的板材的温度保持在所需的水平或使板材的温度上升。当板材的温度足够高时，与板材温度不够高时相比，精轧所需的轧制力较低。因此，这种可借助防止温度下降装置防止板材温度下降的热轧轧机系统能够利用小的轧制力实现精轧操作(特别是精轧机后段的操作)。由于薄板坯的前端部分和尾端部分可以保持同一温度，所以轧制负荷不变，并可实现稳定的轧制。因而，可以有效地抑制边部减薄和折印的发生。
附图的简要说明

图1a是本发明第一实施例中的热轧轧机系统的示意图；图1b是沿图1a的b-b线所截取的CVC轧机的主要部分的主视图；图1c是一个类似于图1b的主视图，其中工作辊轴向地相互移动以改变辊缝；图1d是对应于图1a中d所指示的部分的轧辊直径不同式轧机主要部分的侧视图；图2a是本发明第二实施例中热轧轧机系统的示意图；图2b是本发明第三实施例中热轧轧机系统的示意图；图2c是本发明第四实施例中热轧轧机系统的示意图；图3是一台辊组交叉式轧机的视图；以及图4是表示在精轧机前侧的板材中的温度分布的曲线图。
下面将描述本发明的优选实施例。图1a是本发明第一个实施例中的热轧轧机系统A的全视图，图1b示出了包含在图1a所示热轧轧机系统A中的CVC轧机所包括的一对工作辊31a和31b(沿图1a中的b-b线截取的视图)，图1c示出了沿轴向彼此相对地移动以改变辊缝的工作辊，而图1d示出了包含在图1a所示热轧轧机系统A中的轧辊直径不同式轧机32(在图1a中由d表示的部分)。
热轧轧机系统A是通过布置如下的组成部分而构成的。加热炉1设置在上游端(图1a中的左侧)，一个粗轧机10设置在加热炉1的后方。加热炉1是一个用于将初轧板坯，即原料，加热到1200℃左右的加热装置。粗轧机10将已加热的初轧板坯轧制成厚度约为30mm的板材。图1a中有代表性地由单个机架表示粗轧机10。该粗轧机10可以有多个机架。具有六个机架的精轧机30设置在粗轧机10的后方，而用于卷取轧制板材的卷取机40设置在精轧机30的后方。
该热轧轧机系统A具有如下的配置，以用于平稳地生产厚度等于或小于1.2mm(特别是等于或小于1.0mm)且具有高尺寸精度的薄钢板材。
精轧机30的前段的三个机架31A，31B和31C是所谓的CVC轧机，即，其轧辊直径从轧辊的一端到另一端连续变化的轧机。如图1a所示，CVC轧机是四辊轧机，每一个均具有工作辊31a，31b和支承辊31c，31d。如图1b所示，每架轧机的工作辊31a和31b具有一个隆起(CVC，直径连续变化)。如图1c所示，工作辊31a和31b可同时分别沿相反的轴向方向移动。当通过轴向移动工作辊31a和31b来调整工作辊31a和31b之间的位置关系时，可改变工作辊31a和31b之间的辊缝的形状，即，工作辊31a和31b与板材x接触的部分的缝隙的形状。也可将已知的弯辊装置与工作辊31a和31b相结合。
精轧机30后段的三架轧机32A，32B和32C是所谓的轧辊直径不同式轧机。如图1a所示，轧辊直径不同式轧机是四辊轧机，每一轧机具有工作辊32a，32b和支承辊32c，32d。如图1d所示，工作辊32a和32b分别具有不同的直径。只有直径较大的下工作辊32b由图中未示出的电动机等驱动旋转，而小直径的上工作辊32a是自由辊，没有任何驱动力施加于其上。每个机架上安装有图中未示出的众所周知的工作辊弯曲装置，用于弯曲工作辊32a，32b。在作为轧辊直径不同式轧机的三个机架32A，32B和32C的每一个中，上工作辊32a均具有较小的直径，只有下工作辊32b被驱动。因此，在板材x上施加一个剪切力。由于上工作辊具有较小的直径，所以即使轧制力较小，也能够以足够的压下量轧制板材。
在热轧轧机系统A中，前段的三个机架31A，31B和31C的工作辊31a和31b如图1c所示地沿轴向偏移，以便校正板材x的中心凸厚部分，而不管其厚度和宽度如何，由此形成一个最佳的中心凸厚部分。通过后段32的三个机架32A，32B和32C，即轧辊直径不同式轧机，利用小轧制力，可以减少板材x中的边部减薄。装有六架精轧机30的热轧轧机系统A能够抑制中心凸厚和边部减薄的形成并能够生产尺寸精度高的板材。当采用传统的热轧轧机系统轧制薄钢板以便生产1.2mm厚、1220mm宽的薄钢板时，在距离薄钢板边缘25mm的部分上形成平均约为50μm的中心凸厚。由本发明的发明人所进行的研究证明，利用该热轧轧机系统A，在生产厚1.2mm、宽1220mm的薄钢板或者厚1.0mm、宽1000mm的薄钢板时，可以将中心凸厚限制在平均约为15μm，并且其最大值约为30μm。
当采用这一热轧轧机系统A轧制板材时，利用后段32的三个机架32A，32B和32C，采用小轧制力可有效地防止在板材x的尾端部分上形成折印。在利用这种小轧制力轧制板材x时，可以抑制向板材x施加不对称的力(向右侧和左侧施加不同的力)，以降低板材向右或向左的变位。即使板材x的厚度小到1.2mm或更低，热轧轧机系统A也可降低折印发生的频率并能够平稳地进行生产。当用传统的热轧轧机系统生产1.2mm厚、1220mm宽的薄钢板时，形成折印的频率比约为3％(每100个钢板产生三个折印)。当采用本发明的热轧轧机系统A生产同样的薄钢板时，折印形成的频率比可被限制到0.5％左右，而当用热轧轧机系统A生产1.0mm厚、1220mm宽的薄钢板时，该频率比的数值可被限制在3％左右。
图2a，2b和2c示出了本发明的其它实施例。图2a中所示的热轧轧机系统B配备有一个设置在粗轧机10的最后一个机架与精轧机30的第一架轧机31A之间的隧道炉21。隧道炉21是一台沿轧制线延伸的隧道式炉子，并可以用设置于炉内的加热装置，例如燃烧器等加热板材。粗轧机10的最后一个机架与精轧机30的第一个机架31A的板材进给速度彼此不同(前者的板材进给速度比后者快)。由于以取决于精轧机30的出口速度的低速轧制从前者输出的板材，在精轧机30进口处的板材温度从板材的前端到尾端地不断降低。隧道炉21则防止了这种温度的下降。轧制经加热的从而防止了温度下降的板材所必需的轧制力小于轧制未经加热的板材所必需的轧制力。由于前端部分和尾端部分可被以基本上相同的轧制力轧制，精轧机30中的轧机，特别是后段32的轧辊直径不同式轧机32A，32B和32c的轧制力可相当低，这增强了抑制边部减薄和折印的作用。通常，在板材尾端部分的温度下降是最大的。因此，隧道炉21在抑制折印的形成方面的效果非常显著。从而，热轧轧机系统B(类似地，后面将要描述的热轧轧机系统C和D)能够比热轧轧机系统A更有效地降低形成折印的频率。
如图2a所示，热轧轧机系统B的精轧机30具有七架轧机。与图1a所示热轧轧机系统A相似，后段32的三架轧机32A，32B和32C为轧辊直径不同式轧机。热轧轧机系统B与图1a所示热轧轧机系统A的不同之处在于它设有一个具有四架轧机31A，31B，31C和31D的前段，其中这四架机架设有CVC轧辊。精轧机30的轧机(机架)数目与粗轧机10的机架数目类似，可根据板材的厚度和等级以及生产速度恰当地确定。至少精轧机30的前段31的某些机架可以是众所周知的辊组交叉式轧机36，如图3所示，这种轧机可以改变辊缝的形状。辊组交叉式轧机36是一种众所周知的轧机，它包括一对由工作辊36a和支承辊36c组成的辊组和由工作辊36b和支承辊36d组成的辊组，将轧辊设置成使这对辊组相互不平行并且相互交叉，工作辊36a和36b的中间部分相互最靠近，并且可以改变这对辊组之间的位置关系(辊组对之间的角度)。热轧轧机系统的设计可以在不超出本发明的范围的前提下加以改变。例如，后段32的轧机可以是装有CVC轧机的轧辊直径不同式轧机。类似地，可以对在图2b和图26中示出的热轧轧机系统C和D以及在图1a中示出的热轧轧机系统A进行这类变化。
图2b中所示的热轧轧机系统C在粗轧机10的末架轧机和精轧机30的首架轧机31A之间设有一个薄板坯卷取机/开卷机22。卷取机/开卷机22是一种用于卷取和开卷板材(薄板坯)的设备，例如在市场上可从Steltech有限公司(加拿大)买到的Coilbox。由于如上所述在将板材送进精轧机30之前板材的温度有下降的倾向，所以通过将长板材卷取成一个带卷而抑制长板材的温度下降，然后将板材开卷并传送给精轧机30，以减小板材的温度下降。因而，可用小的轧制力对板材进行精轧，这有效地防止了形成边部减薄和折印。
图2c中所示的热轧轧机系统D设有与图2b所示类似的卷取机/开卷机22，同时在卷取机/开卷机22之后和精轧机30之前设置一个薄板坯加热器23。薄板坯加热器23利用诸如燃烧器之类的加热装置对板材的前端部分和尾端部分进行加热，以便提高被卷取机/开卷机22卷取的板材前端部分和尾端部分的温度，因为其前端部分和尾端部分的温度易于下降。折印发生在板材的尾端部分上。因此，当板材的尾端部分被薄板坯加热器23加热时，板材的尾端部分可由降低的轧制力进行轧制，从而可有效地降低折印发生的速度。
根据本发明的热轧轧机系统可以发挥如下的作用。
1)抑制板材中中心凸厚部分和边部减薄部分的形成，同时可以降低板材尾端部分上形成折印的频率。由于即使在板材相当薄时也很难形成折印，因此可以稳定地生产具有例如厚约1.2mm或更薄的薄板材，并能以高的尺寸精度轧制板材。
2)由于不需要特殊的装置和设备，设备成本较低，而且可简单地通过改装现有的热轧轧机系统而在短期内构造根据本发明的热轧轧机系统。
3)置于粗轧机和精轧机之间的用于防止板材温度下降的加热装置进一步有效地抑制了边部减薄和折印的形成，这是因为当板材的温度在板材被传送给精轧机之前下降时，可以用较小的轧制力进行精轧。
权利要求
1.一种热轧轧机系统，该系统具有一个包括一个前段和一个后段的精轧机；其特征为，前段包括两架或多架CVC轧机，以及后段包括两架或多架轧辊直径不同式轧机。
2.如权利要求1所述的热轧轧机系统，其特征为，轧辊直径不同式轧机的每一个均包括一个大直径的被驱动旋转的轧辊和一个小直径的可自由旋转的轧辊。
3.如权利要求2所述的热轧轧机系统，其特征为，具有大直径的轧辊是一个下轧辊，具有小直径的轧辊是一个上轧辊。
4.如权利要求1所述的热轧轧机系统，进一步包括一个布置在精轧机上游侧的粗轧机，同时在粗轧机和精轧机之间设有用于防止板材温度下降的防止温度下降装置。
5.如权利要求4所述的热轧轧机系统，其特征为，所述防止温度下降装置是一台隧道炉，其中设有一个加热装置，并允许板材通过该隧道炉。
6.如权利要求4所述的热轧轧机系统，其特征为，防止温度下降装置是一台板材卷取机/开卷机。
7.如权利要求4所述的热轧轧机系统，其中，防止温度下降装置是一台用于加热板材的前端部分和尾端部分的加热器。
8.一种热轧轧机系统，该系统具有一个包括一前段和一后段的精轧机；其特征为，前段包括两架或多架辊组交叉式轧机；以及后段包括两架或多架轧辊直径不同式轧机。
9.如权利要求8所述的热轧轧机系统，其特征为，轧辊直径不同式轧机的每一个均包括一个被驱动旋转的大直径轧辊和一个小直径的可自由旋转的轧辊。
10.如权利要求9所述的热轧轧机系统，其特征为，具有大直径的轧辊是一个下轧辊，具有小直径的轧辊是一个上轧辊。
11.如权利要求8所述的热轧轧机系统，进一步包括一个布置于精轧机上游侧的粗轧机，以及一个设置于粗轧机和精轧机之间的用于防止板材温度下降的防止温度下降装置。
12.如权利要求8所述的热轧轧机系统，其特征为，所述防止温度下降装置是一台设有加热装置的隧道炉，该隧道炉允许板材通过其中。
13.如权利要求8所述的热轧轧机系统，其特征为，所述防止温度下降装置是一台板材卷取机/开卷机。
14.如权利要求8所述的热轧轧机系统，其特征为，所述防止温度下降装置是一台用于加热板材前端部分和尾端部分的加热器。
全文摘要
一种板材热轧轧机,其中的精轧机(30)被分成一个前段(31)和一个后段(32),前段(31)上设有两架或多架CVC轧机(31A,31B),后段(32)上设有两架或多架轧辊直径不同式轧机(32A,32B),由此,当轧制约1.2mm厚或更薄的薄板材时,可抑制中心凸厚和边部减薄的发生,同时还可防止在板材的尾端部分发生拉伸,从而可稳定地生产轧制板材。
文档编号B21B37/44GK1277568SQ99801542
公开日2000年12月20日 申请日期1999年9月6日 优先权日1998年9月8日
发明者足立明夫, 高桥昌范, 吉川种浩, 高冈真司, 竹士伊知郎 申请人:川崎重工业株式会社, 中山制钢所