專利名稱：待軋鋼坯大剛度導(dǎo)向的方法和裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明與把待軋鋼坯導(dǎo)向軋鋼機(jī)以生產(chǎn)各種形狀的鋼材，諸如鋼絲、鋼棒和H截面鋼梁的方法和裝置有關(guān)。更具體地說，本發(fā)明與應(yīng)用于特種鋼的低溫?zé)彳?、高速軋制和高?fù)載軋制的更硬鋼材的導(dǎo)向裝置的方法有關(guān)，這就往往增加了作用在鋼坯導(dǎo)向裝置上的負(fù)荷。
以常規(guī)來說，已知各種型號的鋼坯導(dǎo)向裝置，諸如輥輪導(dǎo)向型或摩擦導(dǎo)向型。例如，如圖3所示的常規(guī)軋輥導(dǎo)向型的導(dǎo)向裝置具有一對輥輪保持器1，輥輪保持器具有用于引導(dǎo)待軋鋼坯3的導(dǎo)向輥輪2，二導(dǎo)向輥輪2之間所定的輥輪間隙可根據(jù)鋼坯3的尺寸分別通過驅(qū)動一活塞缸4使輥輪保持器1繞樞軸5轉(zhuǎn)動而進(jìn)行調(diào)正。
按目前該領(lǐng)域的工藝水平，輥輪導(dǎo)向型的鋼坯導(dǎo)向裝置基本上用于軋制圓鋼、鋼絲、鋼條和其它型面的鋼材并已有一很長歷史。然而，有關(guān)導(dǎo)向普通待軋鋼坯而作用于導(dǎo)向輥輪的負(fù)荷所實測數(shù)據(jù)的信息卻從未公開過，故而對它從未有系統(tǒng)地研究，在導(dǎo)向待軋鋼坯時，實際上也沒有進(jìn)行考慮，也就是說，輥輪導(dǎo)向型導(dǎo)向裝置完全憑本技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)工程師的經(jīng)驗來設(shè)計和使用。
對于上述在鋼坯導(dǎo)向設(shè)備中產(chǎn)生的負(fù)載可作如下結(jié)論在鋼坯導(dǎo)向設(shè)備中的導(dǎo)輥所作用的負(fù)載下增到最大負(fù)載值FT，該最大負(fù)載值是按照待軋鋼坯截面形狀、尺寸以及變形的阻力所確定的完全塑性扭矩T(理論值)反算得出的。事實上，迄今只認(rèn)為負(fù)載F約為最大負(fù)載值FT的20%到60%，所以認(rèn)為能承受上述大小負(fù)載的導(dǎo)輥型導(dǎo)向設(shè)備已足夠并可形成一撓曲的結(jié)構(gòu)。在現(xiàn)存的情況下，到目前為止增加導(dǎo)輥型導(dǎo)向設(shè)備剛度的想法是不切合實際的。
只是已審查的日本實用新型NoSHO61-1929公開了導(dǎo)輥型鋼坯導(dǎo)向設(shè)備的剛度，但在上述日本的實用新型及迄今所公布的任何其它文獻(xiàn)中都未提到，在相對作用于導(dǎo)輥上的負(fù)載，如何確定導(dǎo)輥間所形成最合適輥隙增值的技術(shù)構(gòu)思。
近年來，為了改進(jìn)軋制鋼坯和制造適合實用的高強(qiáng)度鋼材的勞動生產(chǎn)率、節(jié)能、合理化流程(例如采用流程內(nèi)熱處理)，諸如高速型和/或低溫?zé)彳埿偷拇筘?fù)載軋制技術(shù)已取得進(jìn)展。在這種嚴(yán)格的軋制條件下，在軋制過程中不可避免地會經(jīng)常發(fā)生鋼坯歪斜而成軋制技術(shù)中急待解決的嚴(yán)重問題。
具有高的尺寸、型面形狀精度和無瑕疵表面的優(yōu)質(zhì)鋼材是當(dāng)今用戶嚴(yán)格所要求的。雖然為了使軋鋼機(jī)造得更堅固已對它進(jìn)行了改進(jìn)，因此顯著地提高了鋼材的質(zhì)量，然而導(dǎo)輥型導(dǎo)向裝置幾乎未取得進(jìn)展，仍舊會遇到鋼坯的軋制故障，發(fā)生尺寸的不連貫的缺點以及諸如所獲得最終產(chǎn)品表面瑕疵的毛病。
這些缺點是由具有相對撓性結(jié)構(gòu)的導(dǎo)輥型導(dǎo)向裝置的低的剛度所引起的，這被認(rèn)為鋼坯在壓力下通過導(dǎo)向裝置時引起鋼坯歪斜的原因。因為圖3所示的導(dǎo)向裝置是由上述撓性結(jié)構(gòu)形成的，當(dāng)待軋的鋼坯3如圖4所示箝在導(dǎo)輥2之間時，待軋鋼坯3即發(fā)生歪斜。
本發(fā)明的目的是提供一鋼坯大剛度導(dǎo)向方法以及能防止待軋的鋼坯在導(dǎo)向裝置的導(dǎo)向件之間形成的輥隙中發(fā)生歪斜，相對于作用在鋼坯上的負(fù)載變化，通過減小導(dǎo)向件之間輥隙的增值以便排除引起可能的軋制故障、尺寸的不連續(xù)以及所獲得最終制成品諸如圓鋼和型鋼的表面瑕疵。
本發(fā)明另一目的是提供一更能改進(jìn)生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)鋼材的鋼坯軋制技術(shù)的鋼坯導(dǎo)向方法。
為了達(dá)到上述的目的，根據(jù)本發(fā)明，提供一種通過使用位于軋制機(jī)架之間的導(dǎo)向裝置引導(dǎo)一待軋鋼坯的方法，該方法包括按下式確定鋼坯與導(dǎo)向件的接觸部分上導(dǎo)向件的剛度(K)K＝Fmax/Smax式中，F(xiàn)max代表作用在導(dǎo)向件上的最大負(fù)載，而Smax代表確定接觸部分之間輥隙增值范圍之內(nèi)的最大允許值。
Fmax的條件如下Fmax＝mXFT， 1.0≤m≤2.0＝mXT/L其中，F(xiàn)T是作用在導(dǎo)向件上述接觸部分上的負(fù)載，當(dāng)鋼坯導(dǎo)入導(dǎo)向件之間時，由所產(chǎn)生的扭矩推導(dǎo)出負(fù)載。T是根據(jù)待軋鋼坯的型面和尺寸以及軋制溫度所定出完全塑性扭矩的理論值，而L是由鋼坯所接觸導(dǎo)向件的接觸部分之間距離提供的力矩臂。
在Fmax條件下，則Smax的條件如下Smax＝n×δ1 0.2≤n≤0.8式中，δ1是待軋鋼坯恰在接觸部分之間所限定的輥隙中完全傾斜到90°之前，接觸部分之間輥隙的增值。
上述Smax的條件所提供的最大Fmax的條件表明接觸部分之間輥隙的增值隨作用在接觸部分的負(fù)載F而變化，至多變?yōu)镕max。例如Fmax為1.6FT則Smax變?yōu)?.6δ1。
另外，本發(fā)明提供一種導(dǎo)向裝置，具有裝在軌制機(jī)架之間的導(dǎo)向件用以導(dǎo)向待軋鋼坯，其中鋼坯在接觸部分與導(dǎo)向件相接觸而在接觸部分的導(dǎo)向件的剛度(K)由上述方程式(K＝Fmax/Smax)所限定，這樣，在上述Fmax的條件下，接觸部分之間輥隙的增值S就限定上述Smax的范圍內(nèi)。
簡言之，根據(jù)本發(fā)明的鋼坯導(dǎo)向方法和裝置通過滿足下述三個條件，就具有防止導(dǎo)向件之間導(dǎo)向的鋼坯不發(fā)生歪斜的效果條件1Fmax＝mXFT， 1.0≤m≤2.0條件2Smax＝nxδ1 0.2≤n≤0.8條件3K＝Fmax/Smax在理解了下文敘述的實施例以后，本發(fā)明的其它目的還變得明顯。實際上在本發(fā)明使用過程中對本專業(yè)的人員可能還會發(fā)現(xiàn)上文未涉及的其它優(yōu)點。
下文中參照附圖將會詳細(xì)說明本發(fā)明的其它目的和特點，其中

圖1是代表系數(shù)(m和n)之間關(guān)系的坐標(biāo)圖;
圖2是一示明具有橢圓截面的鋼坯的截面圖來確定幾何參數(shù);
圖3是一表明常規(guī)輥輪導(dǎo)向件的平面圖;
圖4是鋼坯位于導(dǎo)輥之間處于傾斜狀態(tài)的放大前視圖。
現(xiàn)通過舉例方式敘述本發(fā)明的輥導(dǎo)型鋼坯導(dǎo)向裝置的一個實施例。
為了解決待軋鋼坯在導(dǎo)向裝置中歪斜的缺陷，必須在軋制鋼坯中，闡明作用在導(dǎo)向裝置中導(dǎo)輥的負(fù)載最大值以及在導(dǎo)輥之間輥隙中的鋼坯正好完全傾斜到90°之前導(dǎo)輥之間形成輥隙的寬度，而且，這些軋鋼數(shù)據(jù)應(yīng)該加以歸納以符合各種軋制條件。
如上所述，對作用在導(dǎo)輥上的負(fù)載的最大值進(jìn)行長時期的研究揭示了軋制各種鋼坯的條件由以下方程式(1)來滿足，圖1則表明由研究所取得的數(shù)據(jù)，據(jù)此得出以下方程(1)Fmax/FT≤2 (1)式中Fmax表示在軋制相同鋼坯的過程中作用在導(dǎo)輥上的最大負(fù)載。
FT是作用在導(dǎo)輥上的負(fù)載，用一根據(jù)待軋鋼坯幾何型面、形狀、尺寸以及變形阻力所確定的整個塑性力矩的理論值T，由下列方程(2)來限定此負(fù)載FTFT＝T/L(2)式中L表示一根據(jù)鋼坯型面的形狀和尺寸以及導(dǎo)輥之間形成輥隙的尺寸所確定的力矩臂(待軋鋼坯與導(dǎo)輥接觸中接觸點之間的距離)。
作為一實例，如圖2所示，具有一橢圓截面的鋼坯3的完全塑性力矩T(理論值)由下式表示T＝(π/3)×Kfm(a3-45ab3+4b3) (3)式中Kfm表示在鋼坯軋制溫度下二維平面內(nèi)的平均變形阻力。
下面討論有關(guān)在鋼坯正好完全傾斜到90°之前，如何來確定導(dǎo)輥之間的輥隙的問題，導(dǎo)輥之間的輥隙δ1可由一結(jié)構(gòu)法來確定，例如用-CAD系統(tǒng)(計算機(jī)輔助設(shè)計系統(tǒng))或其它合適的結(jié)構(gòu)法。即在鋼坯的幾何截面形狀和尺寸以及導(dǎo)輥的尺寸都為已知情況下，當(dāng)導(dǎo)輥的之間的輥隙δ1逐漸擴(kuò)大時鋼坯也逐漸傾斜的狀態(tài)才能描述。
作為導(dǎo)輥之間剛度(kold)的研究之結(jié)果，發(fā)現(xiàn)當(dāng)鋼坯開始在輥輪導(dǎo)向設(shè)備內(nèi)傾斜時，其剛度包括在下列的范圍之內(nèi)Kold＜1.25×FT/δ1(4)通過調(diào)查防止鋼坯傾斜的條件和對一個接一個導(dǎo)向裝置試生產(chǎn)的情況，才能建立本發(fā)明的輥輪導(dǎo)向裝置的剛度設(shè)計。
第一，為了防止鋼坯歪斜，在作用在導(dǎo)輥上最大負(fù)載值Fmax下，導(dǎo)輥之間最大程度輥隙的情況可由下式限定Smax＝n×δ1 0.2≤n≤0.8 (5)有一種情況，當(dāng)導(dǎo)輥之間輥隙S的增值系數(shù)n超過0.8，從而可能產(chǎn)生軋制故障時，在導(dǎo)輥間導(dǎo)向的鋼坯即被完全傾斜90°。因此，輥隙增值(S)系數(shù)(n)應(yīng)小于0.8。當(dāng)輥隙增值(S)的系數(shù)(n)小于0.2時，就有可能在下列情況下，鋼材制品會發(fā)生表面瑕疵。
上述系數(shù)(n)的最佳值是根據(jù)各種軋制條件所確定，諸如所軋制鋼坯的品種、軋制溫度，軋制速度、截面形狀、鋼坯尺寸以及在軋制拉模板上形成的成串的孔。然而，按發(fā)明人的經(jīng)驗，系數(shù)n的最佳值最好為0.2≤n≤0.5。該系數(shù)(n)的技術(shù)含意是在軋鋼過程中，鋼坯在導(dǎo)輥內(nèi)允許多大的傾角。在這方面，各公司的軋鋼廠對確定最佳值有不同的觀點。
因此，導(dǎo)輥之間形成輥隙的增值(S)應(yīng)確定在上述的方程(5)所限定的范圍之內(nèi)。
第二，長期研究結(jié)果表明，在軋制各種鋼坯時，作用在導(dǎo)輥上最大的負(fù)載值Fmax應(yīng)確定在下列方程(6)所限定的范圍內(nèi)。
Fmax＝m×FT， 1.0≤m≤2.0 (6)因此，鋼坯只有在一定的導(dǎo)輥剛度(K)下才能防止漫長的軋制過程中鋼坯在導(dǎo)向設(shè)備中導(dǎo)輥之間的輥隙內(nèi)發(fā)生歪斜，此導(dǎo)輥剛度K由下式給出K＝Fmax/Smax
雖然Fmax/FT比值以及方程(6)中系數(shù)(m)的最佳值也可根據(jù)軋鋼機(jī)的軋制情況來確定，但是，以發(fā)明者的經(jīng)驗來說，從設(shè)計立場出發(fā)，1.5≤m≤0.5為最優(yōu)條件。
雖然在正常溫度下軋制普通鋼坯可使用0.6≤m≤1.0范圍內(nèi)的實際測量值，但是，希望系數(shù)m為最優(yōu)條件。
雖然在正常溫度下軋制普通鋼坯可使用0.6≤m≤1.0范圍內(nèi)的實際測量值，但是，希望系數(shù)m為1.0≤m≤2.0范圍內(nèi)的設(shè)計測量值，這是因為輥輪調(diào)整機(jī)構(gòu)必須調(diào)正以對付軋制條件的變化而且還要補(bǔ)救在軋鋼機(jī)中導(dǎo)輥或其它部件的微小偏移，在長期軋制過程中不可避免地會發(fā)生這種部件間微小偏移，而產(chǎn)生了在軋鋼機(jī)中輥輪或輥導(dǎo)布置調(diào)正中的不匹配，因此對輥輪導(dǎo)向裝置增加了過大的負(fù)擔(dān)。
圖1顯示本發(fā)明的輥輪導(dǎo)向裝置的技術(shù)和設(shè)計構(gòu)思以及本發(fā)明的效果。圖1還示出系數(shù)(m)和系數(shù)(n)之間的關(guān)系。通過使用具有成串的橢圓孔和圓孔的軋制拉模板并在鋼坯完全傾斜到90°之前導(dǎo)輥之間的輥隙δ1設(shè)定均為2毫米的條件下，在常溫或低溫下，普通鋼，特種鋼和不銹鋼鋼坯分別軋制成鋼材制品。在圖1中符號O意味著不發(fā)生鋼坯歪斜而符號△意味鋼坯產(chǎn)生許多表面瑕疵。
而且，圖1表示最佳系數(shù)(m)和(n)落入由無因次數(shù)(m＝Fmax/Ft)為0.1和0.2的兩水平虛線以及無因次數(shù)(n＝S/δ1)為0.2和8.0的兩垂直虛線的交點(A，B，C，D)所圍成的區(qū)域內(nèi)，在上述區(qū)域內(nèi)的一點與原點的連線斜率表明所要求的最小無因次剛度。
下面敘述輥導(dǎo)裝置的剛度。
迄今以來人們認(rèn)為作用在輥導(dǎo)裝置上的最大負(fù)載值滿足Fmax＜FT (8)由于在常溫下，軋制普通鋼坯的操作是由操作人員所積累的經(jīng)驗進(jìn)行的，故作用在輥導(dǎo)裝置上的負(fù)載過去定為上文所述最大負(fù)載值FT的20%到60%。為此理由，迄今以來一直采用低剛度的撓曲結(jié)構(gòu)的輥導(dǎo)裝置。
然而，正常溫度下的特種鋼坯在嚴(yán)峻條件下而進(jìn)行軋制的過程中，經(jīng)常會發(fā)生鋼坯在輥導(dǎo)裝置內(nèi)的歪斜。為了徹底解決此問題，本發(fā)明清楚地引入了“輥導(dǎo)裝置的剛度”的概念，以便提供一種使待軋鋼坯不發(fā)生如上所述歪斜的鋼坯導(dǎo)向機(jī)構(gòu)。
第一，作用在輥導(dǎo)裝置的負(fù)載符合下述方程所表述的關(guān)系的情況多次被確認(rèn)。
Fmax＜FT (9)按照上述情況而作出本發(fā)明。
最大負(fù)載Fmax超過FT的原因是作用在輥導(dǎo)裝置上的負(fù)載是放置在導(dǎo)輥之間的鋼坯彈性變形所引起的，此理由肯定是不能否認(rèn)的，而且當(dāng)嵌在導(dǎo)輥之間的鋼坯以某種程度歪斜時，鋼坯在持續(xù)負(fù)荷下會有點塑性拉伸，這樣就需要輥導(dǎo)裝置能經(jīng)受住負(fù)載。
第二，防止鋼坯在輥導(dǎo)裝置內(nèi)產(chǎn)生完全傾斜90°的要求是由方程(5)來限定，所以在輥導(dǎo)設(shè)備的技藝和設(shè)計中引起一場革命。
根據(jù)本發(fā)明，采取措施來對付上述要求，而新研制的“大剛度型輥導(dǎo)裝置”就能防止鋼坯在導(dǎo)輥之間的歪斜，所以就能生產(chǎn)具有高尺寸和型面精度以及無瑕疵表面的優(yōu)質(zhì)鋼材。根據(jù)本發(fā)明，該大剛度型鋼坯導(dǎo)向方法和裝置能應(yīng)用到一普通條件下操作的常規(guī)軋鋼機(jī)并產(chǎn)生滿意的軋制效果。
上述本發(fā)明大剛度型鋼坯導(dǎo)向方法和輥輪導(dǎo)向裝置可應(yīng)用于在包括軋制溫度和軋制速度的各種條件下軋制各種鋼坯。因此，如上所述，根本的是從上述軋制鋼坯的極端情況出發(fā)定出作用在導(dǎo)輥上的最大負(fù)載值Fmax。況且，導(dǎo)輥之間的輥隙希望在上述條件下定得愈小愈好，考慮到這些條件，從上述的方程(7)中就可以確定導(dǎo)輥裝置的足夠剛度(K)。
具體地說，首先通過增加裝置各部件的剛性并改進(jìn)裝置各部件的截面形狀和尺寸，第二把預(yù)應(yīng)力加到裝置上，第三為了在軋鋼機(jī)中容納該裝置加寬輥隙，那么輥輪導(dǎo)向裝置就會產(chǎn)生足夠的剛度。
很明顯，設(shè)計本發(fā)明的輥輪導(dǎo)向裝置的技術(shù)和構(gòu)思決不受限制，也可以應(yīng)用到不用導(dǎo)輥的摩擦型鋼坯導(dǎo)向裝置。在摩擦型導(dǎo)向裝置中，一套筒導(dǎo)向裝置相當(dāng)于輥輪導(dǎo)向型裝置中待軋鋼坯的導(dǎo)向裝置，而且在本發(fā)明中對待軋鋼坯的理解不應(yīng)到受到限制。
按照本發(fā)明，通過導(dǎo)向裝置運行的鋼坯可防止在導(dǎo)輥之間的輥隙中發(fā)生歪斜，這樣軋制鋼坯的各種頭痛之事諸如軋制故障，鋼材尺寸和截面形狀的精度變壞以及鋼材的表面缺陷都能有效地避免。結(jié)果，軋鋼的效率和鋼材的勞動生產(chǎn)率都能得以改善，產(chǎn)品的產(chǎn)量和質(zhì)量都會大幅度提高。
雖然本發(fā)明以某種具體的最佳實施例形式敘述，但是，顯然對于所公開的最佳實施例，在結(jié)構(gòu)、零件的組合和布置等細(xì)節(jié)方面可加以變化，而并不超出本發(fā)明的范圍。
權(quán)利要求
1.一種大剛度型的導(dǎo)向方法，通過采用放置在軋制機(jī)架之間的導(dǎo)向裝置，用于導(dǎo)向具有多種截面形狀和尺寸的待軋鋼坯，該方法包括按照下式確定上述導(dǎo)向裝置與鋼坯相接觸的接觸部分的剛度(K)的步驟K=Fmax/Smax式中Fmax表示作用在上述導(dǎo)向裝置上的最大負(fù)載并由下式限定Fmax=m×FT，1.0≤m≤2.0=m×T/L式中FT是作用在上述接觸部分的負(fù)載，這是由軋制待軋的鋼坯時所產(chǎn)生的力矩而定出，T是根據(jù)上述鋼坯的截面形狀和尺寸以及軋制溫度所定出的完全塑性力矩的理論值，L是由鋼坯與導(dǎo)向裝置相接觸的接觸部分之間的距離所提供的力矩臂，Smax表示確定由接觸部分所限定的輥隙增值的范圍內(nèi)允許的最大值，在Fmax的條件下，由下式確定并限定Smax=n×δ1，0.2≤n≤0.8式中δ1是恰好在鋼坯完全傾斜到90°之前，接觸部分之間上述輥隙的增值。
2.一種大剛度導(dǎo)向裝置，具有裝在軋制機(jī)架之間的導(dǎo)向件用于導(dǎo)向具有各種截面形狀和尺寸的待軋鋼坯，其中鋼坯與導(dǎo)向裝置在接觸部分相接觸，上述導(dǎo)向裝置在與鋼坯接觸部分的剛度(K)由以下方程限定K＝Fmax/Smax式中Fmax表示作用在上述導(dǎo)向裝置上的最大負(fù)載，且由下式限定Fmax＝m×FT，1.0≤m≤2.0＝m×T/L式中FT是作用在上述接觸部分的負(fù)載，這是由軋制待軋鋼坯時所產(chǎn)生的力矩而定出，T是根據(jù)上述鋼坯的截面形狀和尺寸以及軋制溫度所定出的完全塑性力矩的理論值，L是由上述鋼坯與導(dǎo)向裝置相接觸的接觸部分之間的距離所提供的力矩臂，Smax表示確定由接觸部分所限定的輥隙增值的范圍內(nèi)最大的允許值，在Fmax的條件下，由下式限定Smax＝n×δ1，0.2≤n≤0.8式中δ1是恰好在鋼坯完全傾斜到90°之前，接觸部分之間上述輥隙的增值。
全文摘要
一大剛度型導(dǎo)向裝置用于導(dǎo)向待軋鋼坯，具有滿足下述條件而提高剛性的導(dǎo)向件，即與鋼坯接觸部分的剛度(K)由下式限定K＝F
文檔編號B21B1/16GK1090229SQ93109270
公開日1994年8月3日 申請日期1993年8月5日 優(yōu)先權(quán)日1993年1月28日
發(fā)明者岡田莊司, 中村團(tuán), 國奧秀雄, 涉谷謙司, 窪田哲, 稻村浩一, 池田晴乙, 鈴木孝也, 村田杏坪 申請人:壽產(chǎn)業(yè)株式會社