一种具有内冷机制的多段式凸度调控轧辊

摘要

本发明公开了一种具有内冷机制的多段式凸度调控轧辊，芯辊表面设有多个等间距布置的环状凹槽，并配有与环状凹槽匹配的环槽封闭环。芯辊一侧沿轴向至内设有两个呈180度对称布置的轴向水道孔。每一个环状凹槽与轴向水道孔之间都设有两个对称布置的径向通孔。水道可有效提升热引起的凸度热平衡速率，提升辊凸度调控速率。圆盘式电磁棒安装于芯辊中心轴向通孔，位于两个芯辊的环状凹槽中心位置处。扁平式涡状螺旋线圈与滑环相连，再与外置变频电源、冷却机相连。温度传感器外置信号线与滑环相连接，再联至温度控制模块。本发明板形柔性调控能力强、调控域广，能够形成辊型稳定、连续可变的高阶辊型曲线。

说明书

技术领域

本发明涉及冶金工业轧钢设备领域，尤其涉及到一种具有内冷机制的多段式凸度调控轧辊。

背景技术

板形控制是板带材生产的重要手段。伴随着钢铁产业升级的推进，钢铁市场对于板带材产品的要求愈发严格，尤其是在板形、板厚及产品性能方面。为进一步发挥现有机型的生产潜力，向板带材生产注入新的活力，辊型控制成为当下板形控制技术的研究热点。液压弯辊技术、CVC系列技术、分段冷却技术、VC系列技术、DSR系列技术等辊型控制技术相继应用于生产实践，并取得一系列良好成效。其中，液压弯辊、CVC系列技术、分段冷却技术主要是以弯辊、原始辊凸度或是外部分段水冷的形式来实现对固定辊型的在线调控；VC系列技术、DSR系列技术则是以内部液压驱动来实现柔性辊型的在线调控。本发明人曾发明“一种可柔性调节辊型曲线的轧辊”(CN102527727A)，该发明以轧辊内部电热胀棒为驱动元件，借助电磁感应加热原理，实现柔性辊型的在线调控，具有调控能力强、轧辊刚度高的特点。此外，本发明人还发明了“一种分段柔性辊凸度调控轧辊”(CN108372204A)，该发明以内置的圆环形电磁棒为驱动元件，可实现分段辊凸度柔性调控，形成高阶辊型曲线。

但上述技术均存在着不同的问题：液压弯辊、CVC系列技术、分段冷却技术等固定辊型在线调控方法，因其调控对于初始辊型的依赖度较高，而初始辊型在轧辊服役过程中极易发生磨损而改变，难以实现长期稳定的板形控制效果。VC系列技术、DSR系列技术因其液压元件驱动特性，使得其在服役中往往会表现出刚度差、调控量受限的问题，仅能作为支撑辊、平整辊使用。“一种可柔性调节辊型曲线的轧辊”(CN102527727A)在服役过程中发现，其感应加热区与胀形接触区相分离会产生温度轴向传播，造成辊凸度波动。“一种分段柔性辊凸度调控轧辊”(CN108372204A)在服役过程中发现，圆盘式电磁棒轴向通孔会略降低轧辊刚度，致使服役环境受限。

发明内容

针对上述技术问题，本发明的目的在于提供一种板型柔性调控能力强、调控域广，并具有形成稳定连续可变高阶辊型曲线及内冷机制的分段式凸度调控轧辊。

为实现上述目的，本发明是根据以下技术方案实现的：

一种具有内冷机制的多段式凸度调控轧辊，其特征在于，包括芯辊、环槽封闭环、辊套、圆盘式电磁棒、爪状线圈定位装置、扁平式涡状螺旋线圈、温度传感器、电磁棒端盖、温度信号线、滑环，其中所述芯辊为圆柱体芯辊，芯辊内置中心轴向通孔；所述芯辊表面设有多个等间距布置的环状凹槽；所述环槽封闭环与所述芯辊表面的环状凹槽相配合，与芯辊表面焊接并磨削，形成封闭环腔；所述芯辊一侧沿轴向至内设有两个呈180度对称布置的轴向水道孔，所述轴向水道孔深度比环状凹槽阵列总长度深；每个环状凹槽与对应的每个轴向水道孔之间都设有两个对称布置的径向通孔；轧辊冷却时，由外置水泵向轴向水道孔供冷却液，冷却液顺着轴向水道孔，经与轴向水道孔相连的径向通孔流入各个环状凹槽，随后再经由另一侧径向通孔流入另一轴向水道孔，直至流出芯辊；所述辊套与所述芯辊采用热装并保持过盈配合；所述圆盘式电磁棒安装于所述芯辊中心轴向通孔，位于两个相邻的环状凹槽中心位置处；所述圆盘式电磁棒两端设有圆形凹槽，圆形凹槽内设有小孔，小孔位于圆形凹槽中心，圆盘式电磁棒的圆形凹槽侧壁设有螺纹；所述圆盘式电磁棒的圆形凹槽内部以及电磁棒端盖都设有爪状线圈定位装置，两处的爪状线圈定位装置的安装位置对称；扁平式涡状螺旋线圈由爪状线圈定位装置固定，经由导电、导水通路，与所述滑环相连，再与外置变频电源、冷却机相连，所述温度传感器的外置信号线与所述滑环相连，再连接至外设的温度控制模块，所述温度控制模块进行信号转换并实时传输转换信号，芯辊中心通孔填充与轧辊本体材料相同的金属填充物。

上述技术方案中，所述芯辊和所述圆盘式电磁棒采用合金模具钢材料。

上述技术方案中，所述爪状线圈定位装置采用耐高温陶瓷。

上述技术方案中，电磁棒端盖采用铁镍合金，并镀有纳米级氧化锆镀层。

上述技术方案中，扁平式涡状螺旋线圈采用空心紫铜管，呈螺旋式布置，外部包裹绝缘材料。

上述技术方案中，轴向水道孔深度比环状凹槽阵列总长度深15mm，以便轴向水道覆盖全部环状凹槽，为环状凹槽提供冷却液。

本发明与现有技术相比，具有如下优点：

(1)相比于传统形式的VC轧辊和DSR轧辊，本发明利用电磁感应技术将电磁棒快速加热，电磁棒受热膨胀并向芯辊传递热量。芯辊内孔局部受热径缩形成的内约束机制配合电磁棒热胀形机制，为辊型调控提供更大的内源接触压力。

(2)本发明电磁棒设有良好隔磁隔热性能的装置，可以将磁场及温度场限制在电磁棒周边空间区域内，可以短时、迅速构成热平衡、力平衡机制，极大地提高了辊型调控效率。

(3)本发明轧辊的芯辊内部开设环形凹槽，可作为冷却水道。工作中可由轴向孔供冷却液，限制辊型电磁调控技术中因电磁棒感应加热膨胀所形成的温度场，在轧辊内部的轴向蔓延，提升了热平衡的形成效率，进而提高辊型电磁调控响应速率。

(5)本发明的扁平式涡状螺旋线圈，采用横向磁通电磁感应加热方式，直接对电磁棒接触区进行电磁感应加热，且受热均匀，进而提升了辊型电磁调控技术的调控速率。

(6)本发明采用电磁棒无轴向通孔，提升了辊型电磁调控轧辊整体刚度。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它附图。

图1是本发明的主视剖面示意图；

图2是图1局部放大视图示意图；

图3是图1局部放大视图示意图；

图4是单个圆盘式电磁棒的装配示意图；

图5是本发明的圆盘式电磁棒编号示意图；

图6是本发明的圆盘式电磁棒4-1、4-3、4-5通电加热下的辊型曲线图；

图7是本发明的圆盘式电磁棒4-2、4-4通电加热下的辊型曲线图；

图8是本发明的圆盘式电磁棒4-1、4-2、4-5通电加热下的辊型曲线图；

其中，1-芯辊、2-环槽封闭环、3-辊套、4-圆盘式电磁棒、5-爪状线圈定位装置、6-扁平式涡状螺旋线圈、7-温度传感器、8-电磁棒端盖、9-金属填充物、10-温度信号线、11-滑环。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“径向”、“轴向”、“上”、“下”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“设置”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在图1-图3所示的本发明主视剖面示意简图中，芯辊1为圆柱体芯辊，最好采用合金模具钢材料，芯辊1内置中心轴向通孔，可用于安装圆盘式电磁棒4；芯辊1表面设有多个等间距布置的环状凹槽，其可作为辊体冷却布流通道；环槽封闭环2与芯辊1表面的环状凹槽相配合，与芯辊1表面焊接并磨削，形成封闭环腔，其内部可通冷却水或冷却油；芯辊1一侧沿轴向至内设有两个呈180度对称布置的轴向水道孔，轴向水道孔深度比环状凹槽阵列总长度深15mm，其可作为辊体冷却布流的输入通道和输出通道；每一个环状凹槽与对应的轴向水道孔之间都设有两个对称布置的径向通孔，其可用于连通环状凹槽与轴向水道孔。

轧辊冷却时，由外置水泵向轴向水道孔供冷却液，冷却液顺着轴向水道孔，经与该轴向水道孔相连的径向通孔流入各个环状凹槽，随后再经由另一侧径向通孔流入另一轴向水道孔，直至流出芯辊1。辊套3与芯辊1采用热装并保持过盈配合。

圆盘式电磁棒4最好选用与芯辊1相同材料，其安装于芯辊1中心轴向通孔，位于两个芯辊1的环状凹槽中心位置处；如图4所示，圆盘式电磁棒4两端设有圆形凹槽，圆形凹槽内设有小孔，小孔位于圆形凹槽中心，用于安装温度传感器；其内部设置有多个爪状线圈定位装置5，圆盘式电磁棒4的圆形凹槽侧壁设有螺纹，用于电磁棒端盖8螺纹联接配合。所述圆盘式电磁棒的圆形凹槽内部以及电磁棒端盖都设有爪状线圈定位装置，两处的爪状线圈定位装置的安装位置对称，用于安装扁平式涡状螺旋线圈6；爪状线圈定位装置5最好采用耐高温陶瓷，其具有着良好的耐热性与绝缘性，避免在感应加热过程中产生的局部高温融化爪状线圈定位装置5，使线圈脱离现有位置；电磁棒端盖8最好采用铁镍合金，并镀有纳米级氧化锆镀层，用于降低扁平式涡状螺旋线圈6电磁感应加热过程中产生的磁泄露，并避免多棒加热中棒间热影响和磁影响。

扁平式涡状螺旋线圈6最好采用空心紫铜管，整体呈螺旋式布置，外部包裹绝缘材料；扁平式涡状螺旋线圈6由爪状线圈定位装置5固定，经由导电、导水通路，与滑环11相连，再与外置变频电源、冷却机相连，用于为扁平式涡状螺旋线圈6供电及冷却水。

温度传感器的外置信号线与滑环11相连接，再连至温度控制模块，温度控制模块进行信号转换并实时传输转换信号。芯辊1中心通孔填充与轧辊本体材料相同的金属填充物9，用于保持轧辊刚度。圆盘式电磁棒4、电磁棒端盖8、填充金属填充物9均设有中心通孔，用于布线、布管。

本发明的工作过程大致如下：

本发明以电磁学、传热学和力学为基础，基于感应加热原理和金属受热膨胀原理，进而提出电磁调控新技术。此发明通过外置变频电源对扁平式涡状螺旋线圈用电，扁平式涡状螺旋线圈对其周边金属体进行横向磁通电磁感应加热；圆盘式电磁棒将以其受热膨胀及外约束机制在芯辊上形成凸度，进而实现辊凸度调节。电磁调控过程中，外置水泵向轧辊内部布流水道供冷却液，进而隔绝圆盘式电磁棒向轧辊传递温度过程中温度辊内轴向传递。圆盘式电磁棒上设置的热电偶用于监测圆盘式电磁棒温度，将温度传递给外置控制系统，进而实现辊型电磁调控动态调节、形成稳定的辊型曲线。

对本发明的具体实施例进行效果测试，采用5个电磁棒，每个电磁棒端部附着两个扁平式涡状螺旋线圈，如图5所示。其中圆盘式电磁棒编号依次为4-1、4-2、4-3、4-4、4-5。根据不同的组合形式对电磁棒进行通电加热。当对圆盘式电磁棒4-1、4-3、4-5进行供电，所产生的辊型曲线如图6；当对圆盘式电磁棒4-2、4-4进行供电，所产生的辊型曲线如图7；当对圆盘式电磁棒4-1、4-2、4-5进行供电，所产生的辊型曲线如图8。

以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。