本发明涉及连续轧制的方法和实施该方法的连续轧机，该方法用来将钢和有色金属的锭材轧制成做为各种产品原材料的坯料或将上述坯料轧制成成品。 迄今为止，连续铸造的锭材通常用来轧制成如棒钢之类产品，在初轧机中，连续铸造的锭材先轧制成坯料，将坯料再加热，然后在型材轧钢机或线材轧钢机中将其轧制成各种产品。
迄今为止在初轧中使用的轧机通常是一种卧辊轧机和立辊轧机交错设置的连续轧机。在这种设置中，卧辊轧机和立辊轧机在型材轧钢机和线材轧钢机中都是被驱动的。
在本说明书和权利要求书中所用的“卧辊轧机”这个术语应理解为这样一种轧机，其结构为在被轧制材料的宽度方向上具有一对平行的工作辊，以将被轧制材料夹持在辊对中进而在被轧制材料的厚度方向上对其进行压缩。而在本文和权利要求书中所用的“立辊轧机”这个术语应理解为这样一种轧机，其结构为在垂直于被轧制材料表面的方向上具有一对工作辊，以将被轧制材料的纵边夹持在辊对中进而在被轧制材料的宽度方向上对其进行压缩。本文中所用的“被驱动的轧机”这种说法应理解为上述所提的工作辊是受驱动旋转的。
立辊轧机的设备成本为同功率的卧辊轧机的三倍或更多，这是由于立辊轧机的工作辊驱动装置应位于轧机机架的上部。由于同一原因，立辊轧机的高度大于五米，因此，轧机厂房不可避免地会更高、更长。这样，立辊轧机的设备成本和厂房的建造成本都要比卧辊轧机大得多。
为了克服上述缺陷，本发明的申请人在日本专利公开187203/83号官方公报（专利申请号70208/82）上提出了一种在具有交错设置卧辊轧机和立辊轧机的连续轧机中设置非驱动式立辊轧机的技术思想。但是，这种仅使立辊轧机成为非驱动式轧机的技术思想是不够的，这是因为在驱动的卧辊轧机和下游端的非驱动的立辊轧机之间的被轧制材料会弯曲，给连续轧制带来困难。为此，非驱动式立辊轧机中材料的断面收缩率预定为上游端的驱动卧辊轧机中材料的断面收缩率的66%或更少。在这样的结构布置中，由卧辊轧机造成的材料厚度缩小总量变成约为由立辊轧机造成的材料宽度缩小总量的两倍。因此，当需要方形截面的坯料或产品时，不可避免地要采用具有较大平面度的矩形截面材料，因为该结构布置不能采用方形截面材料。
另一方面，棒钢材料的质量要求非常严格，尤其是减少非金属杂质和中心分离是一个重要问题。轧制如扁钢坯这样的材料是不允许的，这是由于它会导致中心分离。广泛采用的钢坯一般具有从300毫米厚乘300毫米宽至300毫米厚乘400毫米宽的截面尺寸。在上述专利申请中公开的工艺技术中采用所述方形或近似方形截面的钢坯是困难的。
本发明的目的是提供一种具有交错布置的卧辊轧机和立辊轧机的连续轧机，其中，通过非驱动的立辊轧机和驱动的卧辊轧机可获得两方向大致相等的断面收缩率。
按照本发明的连续轧机包括具有交错设置的卧辊轧机和立辊轧机的2n+1个机座（n为大于或等于1的整数）。卧辊轧机具有一对被驱动的水平工作辊设置在包括第一个和最后一个机座的每个奇数机座上。立辊轧机具有一对非驱动的垂直工作辊设置在包括第二个机座的每个偶数机座上。机座的结构布置应满足下列条件：
0.1＜di/Di＜0.4……（1）
Li/Di＜4.0……（2）
式中，di：相邻的机座之间的被轧制材料的厚度
Li：工作辊的轴间距离
i：1，2，3，……n
Di：卧辊轧机工作辊的外径
在本发明的另一种结构中，上述连续轧机在下游端可设置普通轧机。
在根据本发明的采用包括交错设置卧辊轧机和立辊轧机其中带有或不带有普通轧机的连续轧机的连续轧制方法中，可对材料进行单向轧制也可进行可逆式轧制，可逆轧制中使材料绕轧制方向旋转90°角。
在根据本发明的具有非驱动立辊轧机的连续轧制中，为了获得与具有驱动的立辊轧机的连续轧机相同的压缩效果，送出被轧制材料的驱动的卧辊轧机辊轴和接受被轧制材料的非驱动立辊轧机辊轴之间的距Li及两辊轴之间的材料厚度di预定在由上述公式（1）和（2）确定的范围内。采用该范围内的Li和di值，非驱动的立辊轧机可产生与驱动的卧辊轧机同等的或更佳的断面收缩率，而不会使材料产生弯曲。
当被轧制的材料从将其推出的驱动的卧辊轧机释放出来后，材料被设置在上述非驱动的立辊轧机下流的驱动的卧辊轧机从非驱动的立辊轧机中拉出来。这样，拉力施加到被轧制材料上，轧制的结果有赖于驱动的卧辊轧机中打滑的情况。
打滑的现象可很容易地通过增加工作辊和被轧制材料的接触面积及使工作辊表面粗糙，因而增加工作辊和被轧制材料之间的摩擦系数来防止。特别是，防滑效果可简单地通过采用限制被轧制材料的边缘的箱式孔型而得到增加。
通过联系附图的如下描述可对本发明有更深入的理解，其中：
图1为简略表示本发明的连续轧机结构布置的平面图;
图2为本发明的连续轧机最小机组单元的侧视图;
图3为先有技术中连续轧机中驱动和非驱动轧机产生的材料断面收缩率关系的图表;
图4为本发明中连续轧机中驱动和非驱动轧机产生的材料断面收缩率关系的图表;
图5为将本发明的连续轧机用做初轧机的实例的平面图;
图6为将本发明的连续轧机用做型材轧机的实例的平面图;
图7为将本发明的连续轧机用做线材轧机的实例的平面图;
图8为将本发明的连续轧机用做初轧机的实例的平面图。
本发明一些优选的实施例和例子现将参考附图进行详细描述。其中，图1为简略表明本发明的连续轧机10的结构布置的平面图。被轧制材料20在图1中从右向左运动。连续轧机10的机座在轧制方向上从上游至下流用数字标记为第一、第二、……第i、……第2n和第（2n+1）个并由S1、S2……Si……S2n和S2n+1分别表示。
卧辊轧机1H、3H、……（2i-1）H……（2n+1）H，每个都包括一对被驱动的水平工作辊11，分别设置在包括第一个机座S1和最后一个机座S2n+1的奇数机座S（2i-1）上（i＝1，2，3……n+1）。
立辊轧机2V、4V……2iv……2nv，每个都包括一对非驱动的垂直工作辊12，分别设置在包括第二个机座S2的偶数机座S2i上（i＝1，2，……n）。
在本发明的连续轧机10中，具有最少数字号机座的轧机包括轧机1H、2V和3H，下文中将其称为最小机组单元的连续轧机10m。
在第（2i-1）个机座S（2i-1）和第（2i）个机座S（2i）（i＝1，2，……n）之间即位于相邻两机座之间的被轧制材料20i部分具有的厚度为di，上述相邻机座的工作辊11和12之间的轴距用Li表示。第（2i-1）个机座S（2i-1）上的卧辊轧机的水平辊直径用Di表示。
图2为本发明的最小单元连续轧机10m的侧视图，其中，非驱动立辊轧机2V设置在驱动的卧辊轧机1H和3H之间，2V、1H和3H这些轧机相互之间安装非常紧凑。水平工作辊11和垂直工作辊12分别靠轧机的轧辊轴承座111和121支承。
在上述本发明的连续轧机中，两相邻机座之间的被轧制材料的厚度di、轧辊的轴间距Li和轧辊外径Di由于如下所述的原因限制在由公式（1）和（2）所确定的条件范围内。
通过推动材料进行轧制的结果有赖于材料的弯曲和在卧辊中滑动的情况。首先，使材料产生弯曲的弯曲应力与辊轴间距离Li的平方成反比，与材料厚度的一次方成正比。另一方面，当推动材料时，材料中产生的应力是为了通过空转的立辊轧机来轧制材料，应力的增加基本上与立辊轧机产生的断面收缩率成正比。
因此，当驱动的卧辊轧机和非驱动的立辊轧机的轧辊轴间距Li尽量减小，而从卧辊轧机释放的材料的厚度尽量大时就可能造成大的断面收缩率。
在卧辊轧机和立辊轧机的轧辊相互接触的情况下，轧辊的轴间距离Li最小。为了在此条件下在卧辊轧机和立辊轧机中获得相同的断面收缩率，材料的厚度di必须等于或大于轧辊直径Di的1/10。另一方面，当材料厚度等于或大于轧辊直径Di的 4/10 时，卧辊轧机就不能充分咬住材料。因此，当从卧辊轧机中释放的材料厚度di为轧辊直径的 4/10 时，卧辊和立辊轧机的轧辊轴间距Li必须等于或小于轧辊直径的4倍，为的是在卧辊和立辊轧机中获得相同的断面收缩率。
由于上述原因，在卧辊和立辊轧机中获得相同的断面收缩率所需条件为：
0.1＜di/Di＜0.4
Li/Di＜4.0
本发明的连续轧机可用于各种目的，如初轧，型材，线材轧制，热轧等等。而且，当需要时，在本发明的连续轧机中，材料可进行单向、可逆或绕轧制方向转动90°轧制。本发明的连续轧机可在其下游设置传统的连续轧机。
通过本发明的连续轧机得到改进的断面收缩率的例子现将描述如下。
在此例子中，轧制操作在如下条件下进行：水平工作辊和垂直工作辊直径Di＝300毫米，卧辊轧机出口端被轧制材料厚度di＝45至105毫米（di/Di＝0.15至0.35），水平和垂直工作辊轴间距Li＝1300毫米，或715毫米（Li/Di＝4.33或2.38），轧制温度1100℃，采用低碳镇静钢为材料。在本实例中，由驱动轧机和非驱动轧机产生的断面收缩率之间的关系见图3和图4，其中，图3表明了立辊轧机为非驱动的先有技术连续轧机的轧制结果而图4表明了本发明连续轧机的轧制结果。
在Li＝1300毫米（Li/Di＝4.33）的先有技术轧机中，立辊轧机产生的断面收缩率约为图3中所示的卧辊轧机产生的断面收缩率的70%。另一方面，如图4所示，在Li＝715毫米（Li/Di＝2.38）的本发明的轧制过程中，该值可高达100%。
本发明的连续轧制方法，现将参照某些实例详细描述如下。
采用图5所示连续轧机10进行的轧制，该轧机具有如下所述结构布置并满足下述条件：
机座数：7个
第一、第三、第五和第七个机座S1，S2，S5和S7是驱动的卧辊轧机（1H、3H、5H和7H）
第二、第四和第六个机座S2、S4和S6是非驱动的立辊轧机（2V、4V和6V）。
工作辊的轴间距离Li：1.4米
连续轧机全长：8.4米
水平或垂直辊外径Di：900毫米
相邻机座之间的被轧制材料的厚度di：340至220毫米
初轧方坯（原料）：厚400毫米×宽300毫米
钢坯（产品）：厚180毫米×宽180毫米
轧制程序：见表1。
表1
被轧制 被轧制
机座号 轧机 材料厚度 材料宽度 断面收缩率
400毫米 300毫米 （%）
1 卧辊驱动 340 305 13.6
2 立辊非驱动 347 265 11.3
3 卧辊驱动 275 270 19.7
4 立辊非驱动 286 215 17.1
5 卧辊驱动 222 222 19.8
6 立辊非驱动 230 176 17.8
7 卧辊驱动 180 180 19.8
为了进行比较，将先有技术连续轧机的结构和轧制结果描述如下。
下面未特别表明的那些数据则同上述值一样。
Li.5.0米
连续轧机的全长：30米
钢坯（产品）：厚180毫米×宽220毫米
轧制程序：见表2。
表2
被轧制 被轧制
机座号 轧机 材料厚度 材料宽度 断面收缩率
400毫米 300毫米 （%）
1 卧辊驱动 340 305 13.6
2 立辊非驱动 345 276 8.2
3 卧辊驱动 275 281 18.2
4 立辊非驱动 281 244 11.2
5 卧辊驱动 222 250 19.1
6 立辊非驱动 228 215 11.4
7 卧辊驱动 180 220 19.2
型材的轧制是按下列结构布置进行的，其中，本发明的连续轧机10做为串列式粗轧机设置在传统的串列式中间轧机30的上游并要符合下述条件：
机座数：7个
第一、第三、第五和第七个机座S1、S3、S5和S7是驱动的卧辊轧机
第二、第四和第六个机座S2、S4和S6是非驱动的立辊轧机
工作辊的轴间距离Li：0.9米
连续轧机的全长：5.4米
水平或垂直工作辊外径Di：550毫米
相邻机座之间的被轧制材料厚度di：140至90毫米
钢坯（原料）：直径180毫米
钢棒（产品）：直径75毫米
轧制程序：见表3
在本例子中，具有较强的宽展限制的箱式孔型的工作辊用做水平辊而具有较弱的宽展限制的箱式孔型的工作辊用做垂直工作辊。
表3
被轧制 被轧制
机座号 轧机 材料厚度 材料宽度 断面收缩率
180毫米 180毫米（%）
1 卧辊驱动 140 184 20.5
2 立辊非驱动 150 140 18.4
3 卧辊驱动 110 144 24.6
4 立辊非驱动 122 100 23.0
5 卧辊驱动 90 104 23.2
6 立辊非驱动 102 71 22.6
7 卧辊驱动 75 75 22.3
为了进行比较，将先有技术连续轧机的结构和轧制结果描述如下。
串列式粗轧机具有6个机座，采用交替设置卧辊和立辊轧机的结构形式。
Li：4.5米
串列式轧机的全长：25米
轧制程序：见表4
表4
被轧制 被轧制
机座号 轧机 材料厚度 材料宽度 断面收缩率
180毫米 180毫米 （%）
1 卧辊驱动 145 130 24.6
2 立辊驱动 125 200 22.8
3 卧辊驱动 130 90 18.4
4 立辊驱动 95 151 23.8
5 卧辊驱动 75 75 21.3
6 立辊驱动 65 110 38.9
在从尺寸为115×115毫米的坯料生产直径为20毫米或更小的线材的线材轧机中，迄今为止的串列式粗轧机包括八个卧辊轧机，其中，材料在每一道次都被扭转90°并交错设置的菱形轧辊孔型和方形孔型轧制，材料在出口的尺寸为45×45毫米。在本例中，轧辊直径为450毫米，水平和垂直工作辊的轴间距为3.5米。
在采用连续轧机10（图7）的实例中，如表5所示，水平工作辊直径从500毫米至400毫米逐渐减小且水平和垂直工作辊的轴间距朝下游方向逐渐减小以防止被轧制材料弯曲。由于必须使被轧制材料在出口处具有方形截面，因此如表5所示，轧辊孔型设置为：在第五和第六个机座为菱形孔型，在最后一个机座为方形孔型。
表5
在将扭转材料的传统的线材轧机改建成不扭转材料的交错设置卧辊轧机和立辊轧机的串列式轧机中，若使用本发明的连续轧机，轧机成本减小到具有驱动的垂直轧辊的传统轧机的一半或更少且不需改建轧机厂房。驱动的立辊轧机的外壳约为8米，大约是卧辊轧机外壳高度的3倍。因此，如果一驱动的立辊轧机装在一传统的卧辊轧机机房中，在立辊轧机和吊车之间就可能产生碰撞，所以，必须重建轧机厂房。
在上述第一个实例中，钢坯通过串列轧机在单程轧制中完成精轧。但是，这种单程设置不适于从连续铸造钢锭生产各种规格的钢坯。因此，在本实例中，实行了包括旋转材料的可逆轧制。
如图8所示，在包括两个驱动的卧辊轧机1H、3H和一个非驱动的立辊轧机2V的最小单元连续轧机10m中，可逆轧制按三道进行，以从300毫米厚×300毫米宽的钢锭生产各种截面尺寸的钢坯。普通的侧面导板40设置在连续轧机10m的进口和出口侧，以平稳引导被轧制材料20。
材料在轧道之间进行旋转以便改变钢锭的厚度和宽度收缩率，因而产生各种断面尺寸的钢坯。所用的轧辊都是孔型轧辊，材料在第二和第三道轧制前进行移位。轧辊可全为平的，轧制材料时，轧道中心可以是固定的，且没有移位。轧辊直径为800毫米，辊轴间距为1.3米。轧制程序见表6和表7。
表6
注意：代表被轧制材料相对其截面转动90°角。
表7
注意：代表材料转动90°。
在生产热轧带材的带材热轧机中，如图8所示，最小机组单元的连续轧机10m包括两个驱动的卧辊轧机和一个非驱动的立辊轧机，该单元处于串列粗轧机和加热炉之间做为取代传统的立式氧化皮清理机的装置。通过三个道次的可逆轧制，扁钢锭在宽度和厚度上都缩小到适于产品宽度的最佳材料宽度值并提供给串列式粗轧机。水平工作辊直径为1200毫米，垂直工作辊直径为800毫米，轧辊轴间距1.5米。本实例轧制程序见表8。
表8
轧制 被轧制 被轧制
机座号 轧机 材料厚度 材料宽度 断面收缩率
道次 250毫米 975毫米 （%）
1 卧辊驱动 230 980 7.5
1 2 立辊非驱动 230 920 5.1
3 卧辊驱动 215 934 6.1
3 卧辊驱动 200 938 6.5
2 2 立辊非驱动 200 890 5.1
1 卧辊驱动 185 894 7.0
1 卧辊驱动 170 898 7.6
3 2 立辊非驱动 170 850 5.3
3 卧辊驱动 155 855 8.3
如上所述，根据本发明，由于立辊轧机为非驱动的，连续轧制的整套设备可以尺寸更小、价格更低，还能得到与采用驱动式立辊轧机大致相同的收缩率。
虽然在前述说明书中，我们已经描述并图示了一些本发明的优选实施例和例子，但是，应该懂得这些例子仅用于示例和解释的目的，在附加的权利要求所限定的范围内，可设计出或实施其他多种形式的结构布置。