线棒材轧机及连轧机组 一、发明名称：线棒材轧机及连轧机组二、发明所属技术领域：
本发明涉及一种金属棒线材Y型三辊热轧轧机，涉及轧机工作机座三个辊系独立驱动、独立径间和轴向调整，涉及轧机C型传动箱，涉及该轧机同一规格具有互换性，涉及轧机C型传动箱和轧机工作机座对应出轴使用可双向离合的短行程联接系统，涉及辊系辊片夹紧系统和轧辊轴承密封方式，涉及将所有C型传动箱和轧机工作机座联成一体的框架系统，涉及该轧机各种连轧机组组合。
本发明国际分类：B21B 13/00、B21B 13/08
B21B 1/18、B21B 27/02三、本发明所涉及的国外专利及文献
(根据所查阅的结果与本发明有关专利、文献很多，KOCKS公司154个专利与此有关的有几十个，文献从1954年以后直到1999年也很多，此处就主要的列举如下)
(一)专利：
US 5857371
US 5657540
US 5566564
US 4408476
US 3316746
US 3181332
GB 2168280A
DE 2908409
EP 047949A1(申请号)
二、文献：
(1)“IRON and STEEL ENGINEER”
December 1986
Jan 1978
(2)MPT international
1995 No.2
1995 No.6
1998 No.4
1999 No.1
(三)美国裕博国际公司超级螺检样本及相关技术资料四、现有技术：
Y型三辊线棒材轧机在国外称KOCKS轧机，是德国KOCKS公司首先开发出来的，至今已有六十年历史，围绕该轧机该公司在不断发展该轧机方面取得很多专利，该公司几乎垄断了这一领域。只有日本在这方面申请过专利。意大利发展了另一种三辊Y型轧机主要用在钢丝冷轧和有色金属热轧。KOCKS轧机主要报道刊物是美国“钢铁工程师”德国“冶金设备和技术”。
作为钢的热连轧该公司曾经在各国建有10几条生产线，近年来很少建这样的轧机，我国钢铁业没有引进过KOCKS轧机，该公司近年来将KOCKS轧机发展为3、4、5架减径定径机组(RSB)在各国推广。
KOCKS轧机有许多优点：(1)轧制过程中轧件处于压应力状态，从而有利于合金钢这类低塑性材料的加工，并取得高成材率。(2)变形金属在孔型中全断面流动，从而使轧材致密、碳化物破碎均匀。(3)轧制中轧件头部不劈列，从而轧制中事故少。(4)变形金属在孔型中限制宽展，从而节能和适合多钢种轧制。(5)优良的控温控轧条件，从而可取得高力学性能产品。(6)能轧出远高于二辊轧机所轧出钢材的精度，从而可以在生产银亮钢棒时以轧代拔。(7)可实现无序轧制，从而可以生产任意规格的棒材，因而KOCKS轧机特别适合于优质钢、难变形合金、合金钢的生产。
现有KOCKS线棒材轧机有两种机型，即传统的机内锥形齿轮传动轧辊的KOCKS轧机和机外独立传动轧辊的KOCKS轧机。
传统的KOCKS轧机特点是紧凑，微张轧制。问题是：(1)一般径向，轴向对轧辊不设调整装置；(2)辊片不能方便地装卸，辊片磨损后必须用专用机床在轧机机架内进行加工；(3)机内锥形齿轮要用稀油润滑，有复杂的密封问题，并限制此种轧机线速度在30米/秒以下；(4)一般多架连轧机组各架速度均不可调，对不同钢种实行一种微张力轧制事实上不可能，即使限制宽展，不同钢种宽展差别还是很大的。
机座外传动的KOCKS线棒材轧机，有两种用途，一种是放在常规二辊连轧棒材轧机(通常18架)后作减径定径机组用，称作KOCKS RSB由三、四、五架组合而成。另一种是8架一10架为一组，作线棒材连轧机用。
机外传动的KOCKS三辊线棒材轧机将传统的机内齿轮传动改为机外独立驱动轧辊，轧机辊片机外加工，辊片可很方便地更换。该机型效果是很大的：(1)突破了KOCKS轧机终轧速度有限的界限。由30米/秒提高到80米/秒，这完全可以满足高合金钢生产要求；(2)使用新机型作减径定径机组用时，使现有线棒材二辊连轧机组生产效率大幅度提高，即增加产量，降低成本，提高线棒材收得率；(3)有效地实现控温控轧，提高轧材力学性能；(4)通条线棒材尺寸公差可控制在±0.1mm，从而为以轧代拔生产银亮钢创造条件；(5)棒材表面光洁；(6)脱碳层薄；(7)可实现线棒材尺寸规格的“自由轧制”，把通条线棒材尺寸规格1mm-2mm为一个间隔，提高到0.1-0.2mm为规格尺寸间隔。
机外传动的KOCKS三辊线棒材轧机存在问题是：(1)价格太高，用户难以承受；(2)结构复杂庞大；(3)为方便更换轧机，机外传动离合采用复杂的单向摆动式长行程进退液压机构(见MPT附件)；(4)仍保留了偏心套间锥齿轮集体集中径向调整，即灵活地轧辊单独驱动而径向调整却仍然缺乏自由。造成相互干扰，并给制造、安装、调整带来很大不便；(5)外传动C型架和轧机工作机座各架次间没有通用性；(6)夹紧轧辊的拉杆端部螺纹施加预紧为采用复杂的液压装置(如US5657540所示)；(7)轧机工作机座因传动部分过大轧机机架局部凸起，不利于机械加工。
此外，92年欧洲专利局公布了日本一个Y型三辊轧机专利的申请，公布号为0479749A1，属于定径机组，体积远低于KOCKS RSB，保留了轧辊机内锥齿轮集体传动，而径向调整却采用单独调整。所提机型(即0479749A1中图6、7、8)问题是：
(1)工作机座结构极复杂，其使用滚动轴承至少是24个，是传统KOCKS三辊轧机三倍，是机外传动KOCKS三辊轧机二倍，传动齿轮内部还有花键连接等，削弱了机架强度，增加了稀油润滑密封难度。(2)图8所示轧辊夹持方式，既复杂又浪费了辊片材料，更不适应高耐磨高脆性如碳化钨类辊片，轧Φ46-Φ50圆钢20％压缩率，其轧制力矩是很高的。(3)图5所示轧辊径向调整方案在使用上很困难，难以实现，如蜗杆、液压马达、编码器、齿轮损坏必须将机架两半拆开，小型三辊轧机如轧辊直径210mm时，机座内空间装不下这些装置。编码器与齿轮采用刚性联接是不行的，要加柔性联轴节，这样所需空间更大。为消灭反冲，机内调装正齿轮难以进行。径向调整没有设计手工调整的功能。(4)没有设计轧辊轴向调整装置。还应指出KOCKS机外传动机型其中一个偏心套就是通过蜗杆、蜗轮或锥形齿轮对来实现径向调整的，液压马达与编码器相连，在数控机床中广泛应用。
有如此多优点的KOCKS轧机，特别是十分有利于铸态合金钢开坯并可以大幅度提高成材率的KOCKS轧机，虽经多年努力，始终在轧钢工业中扮演配角，在二辊轧机后上若干机组，因无法与二辊轧机竞争，市场越来越少，最后依赖以制造二辊轧机为主的达涅利公司推广减径定径机组，其原因是：(1)KOCKS轧机价格远高于二辊轧机。(2)KOCKS轧机备件量大。(3)KOCKS轧机处理事故不如二辊轧机方便。(4)二辊轧机单机传动，轧辊径向、轴向调整幅度大。(5)KOCKS轧机片面强调集体传动、紧凑，限制了使用范围。
关于线棒材连轧机传动和布置KOCKS公司也取得不少专利，在有关刊物上作过不少报道。通用的KOCKS10架连轧机组是前8架由一个主电机经一齿轮箱集体驱动，后两架由两直流电机单独驱动，在最近美国专利号5566564(1996)5857371(1999)该公司提出了新的方案。前者提出10架线棒材连轧机组中第1架单独驱动，中间七架集体驱动，后两架一个电机经调速系统来驱动。后者提出各架轧机经调速器单独驱动。这些专利都指明可以用来生产线材，KOCKS线材轧机线速度已发展到80米/秒以上，显然这两个专利所提方案生产线材时线速不可能超过30米/秒。因为工业用直流电机转速在1500转/分以下。在5857371专利中电机悬挂、变速机悬挂只适用于小型化轧机，只适用于生产有色金属，对于大型化轧钢机，该方案显然不适合，几吨重甚至几十吨重电机和变速设备在高速运转时振动是很大的。另外，在生产品种多、强度高、塑性低、宽展差别大的高合金钢时，KOCKS轧机集体传动，单靠微张轧制，问题不少，各架轧机不能调速只适合较单一钢种轧制。五、本发明所要解决的问题
为了克服以上几种机型存在问题，我们提出一整套关于Y型三辊轧机全新设计方案，称作CY型三辊轧机。使这种三辊技术所需设备便于制造，便于安装调试，便于使用，能在大幅度降低制造成本基础上能得到广泛的应用。
根据我们设计方案，设计了一种C型传动箱，该箱为七件组合成的，该箱内三个轴头与轧机三个轧辊辊系出轴轴头通过齿形联轴器相联。该齿形联轴系统分别从C形传动箱和轧机工作机座两个方向用专门液压装置相向或反向啮合或分离。C形传动箱每个只有一个总出轴，C形传动箱及所含轧机座工作机座这样来设计，同一规格轧机，其中任何一架旋转180度就是另一架，即各架可以互换。
轧机工作机座由机架和辊系构成，机架由两半组成，分开装上辊系，然后用螺栓组合起来。机架基本上为六面体，各面平行，仅辊系外露机架处切去一角，以保证不削弱机架强度条件下，便于轴向调整和安装液压装置和联接轴。在机架适当地方开孔以便从机架外装卸径向调整装置。从轧制中心到机架上下平面尺寸相等，以保证机架互换性。
轧机三个辊系分别使用液压装置，经过蜗杆蜗轮作径向调整，独立地用螺纹套作轴向调整，互不关联，并可在不拆开机架条件下，从机外装卸整个调整装置，液压马达轴端齿轮，蜗杆轴端齿轮，编码器相关轴轴端齿轮都放在机外。其中液压马达轴端齿轮和编码器相关轴轴端齿轮由两半组合而成，用超级螺栓在其中一半相对另一半错开以消除反冲后用预紧力紧固之。此外，本设计予留手动调整。
轧机轧辊轴承采用特殊的密封系统，除轴向和径向同时采用密宫式机械密封外还采用气体密封。为此设计了相关进油进气系统。轴承采用油脂润滑时，进油孔是定期压进油脂，进气孔提供压缩空气，保证轧制时冷却水和氧化皮不进入轴承。当用油气润滑轴承时，通过进油孔供应油气。
辊片靠两半轴法兰夹紧产生摩擦力克服轧制力矩，用超级螺检产生预紧力拉紧两半轴法兰，而不是用通常使用的液压螺母或复杂的液压装置。超级螺栓是美国产品，一个主螺母以及在主螺母上若干顶推螺钉，几百吨预紧力，就是通过顶堆螺钉实现的，用小搬手就可以拧动顶推螺钉。
由于所设计的轧机具有互换式，同一规格轧机，可以按照不同用途加以组合。3、4、5架组合与联动箱相连可以形成减径定径机组(RSB)。6、8、10架组合而各架单独与行星传动箱和直流电机相连可用于开坯、粗轧、中轧。10架组合以一个主电机(直流)集体驱动，除去一架外其他九架带有差动调速，即以一个既有增速又有差动系统的联动箱串连所有轧机，作为高速Y型三辊线材轧机。这样，针对合金钢提出一条连轧生产线，即六架开坯、六架粗轧、10架中轧，跟以4架RSB生产棒材，在RSB之后，偏离棒材轧制线，再跟以10架线材连轧机组，继续轧RSB来料以生产线材。开坯、粗、中轧机架间距不片面追求紧凑，适当拉开距离，电动机、行星传动箱都安装混凝土基础上。开坯、粗、中轧只起延伸作用，取消每组后两架复杂的传动拖动系统，以一个RSB取代之。
所有组合后连轧机组的C型传动箱和轧机工作机座由一个框架系统强有力连成一个稳定的系统。其中工作机座可随时根据需要予以更换。
由以上叙述，可以看到新设计优点：
1.在保证Y型三辊轧机使用性能不变条件下，本设计简化了结构，从而易于制造，易于安装，易于调试，由于大幅度降低制造成本，为大范围采用该设备创造了条件。
2.由于设计具有通用性和互换性，可以根据需要任意组合。该轧机既可用于开坯、粗轧、中轧、精轧，亦可专门用于减径定径。
3.由于本设计采用了各架轧机轧速可调，孔型面积可调，从而可以广泛而高效地用于各种合金钢生产。
4.不仅轧辊主传动各轧辊独立，且轧辊径向，轴向调整亦可各身独立，从而大大简化了孔型精密调整。
5.轧辊辊系头部与C形传动箱出轴采用双向液压离合，从而保证在不采用大摆头大行程条件下，很容易地推进推出轧机工作机座。
6.所采用的径向调整方案，保证了既可手动，又可电动，所有系统中重要另部件随时可以更换，编码器不会损坏。无论大轧机(如750型)小轧机(如210型)都可以用这种径向调整。
7.所采用的设计方案，保证了轧机机架为真正各面平行的六面体，从而易于加工。
8.辊环轻型化，可使用高耐磨而且有脆性的辊片。夹紧辊片的拉杆头部采用超级螺检施加预紧力，既简单又可靠，又快速。六、本发明采用后，对钢铁工业的影响
1.我国黑色冶金企业和德国谈判了近30年。希图引进KOCKS线棒材轧机，都因价格太高而没有成功。我国在1970年曾研制过老式KOCKS轧机，由于轧辊加工问题无法解决，以及不可调轧机在生产中遇到难题多，没有坚持下去。
2.从1990年以来，我国很多专家呼吁尽快引进和开发Y型三辊轧制技术，以尽快改变我国特钢生产落后局面，在许多重要期刊上介绍这一技术。
3.按本发明设计出轧机推广后，将对我国钢铁工业的影响的是：
(1)1999年5月28日国家知识产权局公布的一种高合金线棒材生产工艺流程和轧机机列(申请号：981248551申请人：方崇实)，该专利申请涉及到我们一系列专利，如已批准的移动式液体金属模电渣铸造装置(实用新型专利，专利持有人：方崇实)，液体金属电渣堆焊和连续电渣铸锭装置(实用新型专利，专利持有人：方崇实)和此次申请发明专利也是其中一个环节。在不久，依靠这些技术组合成世界上第一代超短流程高合金钢生产线。从根本上改变我国及世界高合金线棒材生产，产品质量低，成材率低，成本高的局面，将使我国高合金钢产品有可能大量进入国际市场。
(2)我国普钢线棒材，优钢线棒材生产已经向连轧发展。但通条钢尺寸公差波动大，轧机利用率达不到设计水平，轧机调整频繁，成材率波动大。引入国产化CY RSB，将使我国线棒材尺寸公差，力学性能大幅度提高，轧机利用率提高，成材率提高，产品可以在优质优价情况下大量出口。
(3)CY型三辊轧机国产化，不仅使我国在Y型三辊技术一举赶上德国水平。由于国产化，价格是德国的1/6-1/7，这样不仅会使国内钢铁企业能够接受，能在国内广泛推广，也能使该设备向国外出口。
(4)许多国内外传统的压力加工压缩比理论是建立在常规钢锭模铸和二辊轧制的基础上，常规连铸和电渣半连铸与Y型全连轧相结合将从根本上改变原有压缩比理论。七、本发明有关附图有：
图1：为CY型三辊轧机减轻定径机组机列图(展示其中一架)
图2：为CY型三辊轧机C型传动箱结构图
图3：为CY型三辊轧机工作机座图(含有辊系、径向调整装置)
图4：为CY型三辊轧机径向调整装置图(包括液压马达、蜗杆蜗轮、编码器、组合齿轮等)
图5：为CY型三辊轧机轧辊辊系图(含有轴承密封、辊系夹紧系统)
图6：为CY型三辊轧机C型传动箱与轧机工作机座间齿形联轴器双向离合图。
图7：为CY型三辊轧机减径定径机组平面布置图
图8：为CY型三辊轧机开坯连轧机组、粗轧连轧机组、中轧连轧机组和线材连轧机组综合平面布置图
图9：为CY型三辊轧机减径定径机组C型传动箱、轧机工作机产固定框架系统图。八、本发明所附各图详细介绍：
图1为CY型三辊轧机减径定径机机组(CY-RSB)机列图，4为C型传动箱，5为轧机工作机座，经过6、7、8齿形联轴器将C型传动箱4动力分别传到轧机5，C型传动箱固定在底座70上，3为联动箱，经齿形联轴器10将动力传给C型传动箱，2为行星减速机，经弹性联轴器11将动力传至联动箱，1为主电机(直流)，经联轴器12将动力传至行星减速机，9为固定轧机工作机座的液压系统。
图2为CY型三辊轧机C型传动箱，其箱体由带有安装孔的水平箱体13、17和主箱体14、15、16以及斜箱体18、19等七件用螺栓(未示出)组装而成，20、20b、28代表8对齿轮系将主传动一分为三，22、23、24代表C型传动箱对应轧机工作机座的三个出轴轴头，25、26、27分别是轧机工作机座三个辊系出轴轴头，21为C型传动箱向着联动箱出轴轴头，C型传动箱上下边与轧机工作机座轧制中心对称即1/2L＝1/2L，即C型传动箱旋转180度上下边对中心不变。所有传动系统轴承为滚动轴承(未示出)。
图3为CY型三辊轧机工作机座5，它由29、30两半机架用螺栓组合而成，机座内装有三套辊系即在此图上由(26、44)(27、44)(25、44)示出，其中44为辊系中的辊片。机座内还装有三套径向调整装置31。机座上下边与轧制中心(即三辊片形成的孔型中心)对称，即L/2＝L/2，即机座旋转180度，对称性不变。
图4为CY型三辊轧机工作机座5内径向调整装置，蜗轮32装在偏心套上(图五41)由蜗杆33驱动，蜗杆33一端伸出机座28之外除可手动(33b)调整外还可通过齿轮37，组合齿轮38，柔性联轴节39和编码器40相联，也通过齿轮37，组合齿轮35与液压马达34相联，即液压马达34经组合齿轮35驱动齿轮37带动蜗杆33驱动蜗轮实现径向调整，而径向调整是由编码器40反馈信号到控制中心与预定值比较后控制中心通过液压控制系统控制液压马达34转数(控制系统未示出)。在组合齿轮上装有超级螺栓36，当组合齿轮35、38一半调到消除及冲后即用超级螺栓36紧锁之。从图4可清楚看出33、34、40等件很容易从机架28装进和卸出。
图5示出CY型三辊轧机辊系图，辊片44由两半轴法兰42、43夹持，拉杆45借助于超级螺母47施加予紧力将两半轴法兰42、43紧紧压住辊片44，所产生的摩擦力平衡轧制力矩，螺套46用于轴向调整辊片44。当松开超级螺母47，使用螺套46即可使43离开辊片44，使用螺杆45可使半轴42向左移，于是辊片44即可卸下，蜗轮32用于径向调整偏心套41。通气孔49进压缩空气防止水及氧化皮进入轴承起气体密封作用，档片50为径向密封，档坯51、52为轴向密封，50、51、52组成机械迷宫式密封，本设计采用气体密封和迷宫密封相结合。进油通道48即可进油脂，亦可进油气。
图6示出机座5的辊系带外齿轴头26、27和C型传动箱4中斜箱体18、19出轴轴头23、24之间齿形联轴器双向液压离合。液压缸54可推动齿套53前进后退(54与53之间有分离插头未示出)，液压缸56可推动带外齿头的长轴55前进后退。长轴55在齿形联轴器57中借助滑键而前进后退。(液压缸56与长轴55之间有液压分离插头未示出)，从图5可以看出，当套53向左，长轴55向右，传动即分离，反之即实现传动联接。
图7示出CY-RSB组合平面布置图
C型传动箱4(含轧机工作机座5)四架(也可用3架、5架)经过齿形联轴器与联动箱3相联，此联传动箱设有超越离合器未示出。联动箱3经过齿形联轴器10、58分别与2、2b减速机相联，减速机2、2b经过联轴节12，12b与直流电机1、1b相联。
图8：为CY型三辊轧机开坯连轧机组、粗轧连轧机组、中轧连轧机组和线材连轧机组综合平面布置图
59为CY型三辊轧机开坯机连轧机组，六架轧机4A(含轧机工作机座5A)，分别由电动机(直流)1A和行星减速机2A经联轴器12A、58A或12A、11A来施动，轧机间间距适当拉大。
60为CY型三辊轧机六架粗轧连轧机组，轧机4B(含轧机工作机座5B)，由电动同1B、行星减速机2B经联轴器12B、58B或12B、11B来分别施动，轧机间距适当拉大，CY型三辊轧机机组60和59间实行脱头轧制，其距离根据CY型三辊轧机机组60最后一架轧件长度设置。
61为CY型三辊轧机10架连轧中轧机组，轧机4C(含轧机工作机座5C)由电动机1C和行星减速或增速机2C经联轴器12C、58C或12C、11C分别来驱动，轧机间距尽可能小，行星传动箱2C是增速还是减速根据工艺来具体确定。
62为CY型三辊轧机减径定径机组，已在图7中说明，但行星传动箱是减速还是增速是根据工艺来确定，轧件从CY-RSB62出来直线走去为棒材，如经引导装置(未示出，62、63间距足够大)引入CY型三辊轧机线材连轧机组63为线材轧机供坯，为实现控温控轧在61、62间要留出水冷装置位置(未示出)。
63为CY型三辊轧机十架线材连轧机组，十架轧机4D(含轧机工作机座5D)由主电动机(直流)65与增速、差动调速联动箱68(箱内具体结构未示出)经联轴器66、69来驱动，9个小直流电机64经联轴器67与联动箱68中差动装置相连，微调各架轧机线速度，必要还要在主电机65与联动箱间装行星增速机。
图9以CY型三辊轧机减径机组作例子来展示一框架系统，该框架把C型传动箱4及轧机作机座28牢固地联成整体。底座70，横梁71、72、72b，纵梁77，托梁79，吊梁78组成框架系统，它们用螺栓(未示出)联成整体。吊梁78悬挂C型传动箱4上部即13、19或17、18，压梁77装有液压装置从上部和两侧把轧机工作机座28固定住。座梁74、80设有滑道，轧机工作机座5可沿座梁74、80推进拉出。其它连轧机组都有类似结构。