具有液压调节的斜轧机

技术领域

本发明涉及用于在心轴(Dorn)上将坯料轧制成空心坯料的斜轧机

背景技术

当使用所谓的曼内斯曼工艺在心轴上轧制金属空心坯料时，通过两个以上的主工作辊在位于辊之间的心轴上将预加热的坯料(在钢的情况下，被预热到约1250℃的坯料)轧制成空心坯料。在轧制操作期间，工作辊将基本上径向定向的轧制力施加在坯料上，并被安装和支撑在轧机机架(所谓的轧机支架)中，使得至少工作辊之间的辊隙可以被调节成将要生产的空心坯料的期望壁厚。为此，机械主轴驱动器已使用了数十年，其能够在轧制操作之前和之后至少进行一次辊隙调节。然而，不能够在轧制操作期间进行辊隙调节，特别是在轧制操作期间不能够自动地调节辊隙。

发明内容

因此，本发明的目的是给出一种用于在心轴上将坯料轧制成空心坯料的斜轧机和方法，通过该斜轧机和方法解决了现有技术中已知的问题，并能够优选在轧制操作期间自动补偿确定的干扰变量。

在本发明的意义上，该目的通过具有权利要求1的特征的斜轧机和具有权利要求13的特征的方法来解决。在从属权利要求和以下说明中阐述了本发明的有利实施例。

根据本发明的第一方面，给出了一种用于在心轴上将坯料轧制成空心坯料的斜轧机，其中代替先前使用的机械调节元件(例如，主轴驱动器)，设置液压调节元件(优选，液压盒(hydraulische Kapseln))以实现辊隙的改变，优选地还实现至少一个工作辊的轧辊轴线相对于坯料的对准。通过液压调节元件实现的辊隙相对于作为工件的坯料的改变被理解为根据需要使工作辊相对于彼此重新对准，由此辊隙的尺寸和几何形状在轧制操作期间也保持为可变的。因此，在轧制操作期间，在相应的轧制过程之间，实现了相对于将要再成形为空心坯料的坯料的对准，并且在轧制操作期间，也因此或替代地实现了至少一个轧辊轴线相对于其它工作辊的对准。在此优选地，液压调节元件以本领域常规方式连接到止动件，工作辊通过该止动件可调节地安装在相应的轧机机架中。

借此，首次提供了一种斜轧机，该斜轧机由于液压调节元件而在轧制操作期间也可以允许辊隙几何形状的改变或任何其它类型的干扰变量补偿。

根据本发明，通过液压调节元件将工作辊预设成彼此相距一定距离(即，所谓的辊隙)。在根据本发明的斜轧机中，由心轴杆保持的心轴对称地位于工作辊之间，其中，在心轴上将坯料轧制成空心坯料。由于工作辊的倾斜定位并由于通过工作辊的倾斜定位对坯料的推进作用，坯料通过固定布置在辊隙中的心轴再成形为空心坯料。

然而，在轧制期间产生巨大的力，这些力尤其将工作辊彼此推开。整个轧机机架的形状通过作用在工作辊上的力而发生扩张或以其它方式变形，这最终还导致预设的辊隙及其几何形状发生改变。

通常，工作辊(例如，上工作辊和下工作辊)在不同的空间方向上以不同程度移动。在一个或多个工作辊牢固地连接到轧机机架和/或基座并因此在负载下仅经历最小程度的移动的情况下更是如此。在此情况下，先前设置的工作辊以及可选的心轴的布置都会丢失。特别因为例如上、下工作辊根据设计而以不同程度地向上或向下移动，所以辊隙增大，并且工作辊以及可选的心轴的布置的对称性相对彼此移位。最终，工作辊的中心朝向彼此并且朝向心轴移动，并从而朝向斜轧机的出口侧移动，这导致了对于生产的空心坯料的质量的不期望的影响。由于工作辊中心相对于彼此的移动，在空心坯料的壁厚分布中出现增大的偏心率，这最终还可能出现在轧制的成品管中。

到目前为止，这类干扰变量只能在轧制操作结束之后确定，并通过在随后的轧制操作之前将工作辊相对于彼此重新调节来补偿。到目前为止，在轧制操作期间基于在线测量的数据进行动态干扰变量补偿(特别是，操纵变量补偿)是不可能的。根据本发明的液压调节元件的应用克服了先前存在的斜轧机的缺点。

根据本发明，通过使用优选为液压盒的液压调节元件，能够动态地最小化或完全补偿支架扩张以及因此伴随的轧辊位置相对于彼此的偏移。特别是首先提出了如下方案，即，即使在负载条件变化时(例如，在轧制时)，优选实时地通过适当改变辊隙，还优选地通过使至少一个工作辊的轧辊轴线相对于坯料或任何其它工作辊的对准来优选最大程度地针对辊隙变化和辊隙偏移补偿干扰变量。

优选地，干扰变量控制用作工作辊的液压调节元件的操纵变量，这些变量作用在水平地横向于轧制方向的x方向上，作用在垂直于轧制方向的y方向上以及作用在朝向出口侧的轧制方向的z方向上。

除了工作辊(优选为，上工作辊和下工作辊)之外，根据本发明第一方面的斜轧机优选地具有盘或导靴(Führungsschuhe)，该盘或导靴侧向地限定辊隙并且可用于影响坯料和排出的空心坯料在辊隙内的中心定位。这些所谓的狄舍尔盘(Diescherscheiben)通常具有将要轧制的空心坯料形状的周向轮廓，并被布置在斜轧机内，以便可以相对于空心坯料进行调节。在这种情况下，优选地，狄舍尔盘或导靴还具有液压调节元件，该液压调节元件可优选地支持或能够实现动态的、在线的干扰变量补偿。

在根据本发明的斜轧机的另一优选实施例中，提供了一种测量构件，利用该测量构件可以确定辊隙几何形状的变化和/或辊隙位移和/或工作辊在空间中的位置及其在轧制操作期间的变化。在这种情况下，特别优选地，该测量构件连接到评估单元，该评估单元适于确定将要补偿的干扰变量。因此，提供了一种斜轧机，其能够优选地例如根据待测量的机架扩张以及与此相关的工作辊和可选的心轴的相对彼此的布置变化而动态地、持续地确定轧制操作的任何变化。测量构件原则上可以布置在轧机机架或其安装元件的任何位置上，其中优选为基本上直接在工作辊上进行测量，而在诸如狄舍尔盘或导靴等导向元件处的间接测量例如还可以允许通过相应的相关性分析得出承载负载的轧机机架中的工作辊或各个导向元件的位置的结论。

在此特别优选地，测量构件包括光学图像采集单元，该图像采集单元可以将测量单元从轧机机架移开并分开否则作用在测量单元上并干扰测量结果的环境。特别优选地，测量构件包括相机，优选地包括CCD相机。借助于此类相机，轧机中的测量单元可以定位在轧机机架的几乎任何位置，并且同时可选地在相应的校准之后提供所有期望的测量结果。

在这种情况下，特别优选地，测量构件能够拍摄连接到轧机机架的图元，优选能够拍摄连接到工作辊的调节元件的一个或多个图元，并然后能够确定图元在轧制操作期间的位置变化和/或形状变化。在这种情况下，特别优选地，至少一个图元是有源发光体，在本发明的特别优选实施例中，该有源发光体被设计为具有定义直径的圆形或者具有定义形状的椭圆形。同样优选地，图元被设计为正方形或矩形，其中例如，对一个或多个图元对角线在负载下的变化进行的评估可以表示轧机机架的扩张或变形。

因此，一方面，这提供了直接和立即测量每个轧机机架扩张和/或变形的可能性，另一方面，通过将图元设计为有源发光体有利地以特别简单的方式支持了图像采集。最后，通过将图元优选地设计为具有定义直径的圆形或具有预定形状的椭圆形或具有已知对角线尺寸的正方形或矩形，一方面以特别简单的方法支持了测量校准，另一方面，不仅提供了在轧机机架扩张期间拍摄图元的位置变化的可能性，而且还提供了拍摄由于轧机机架的任何其它类型的变形而导致的图元形状变化的可能性。如果光学图像采集不仅能够拍摄图元的中心点(圆形)或主轴的交点(椭圆形)或表面对角线的交点(正方形或矩形)，还能够拍摄图元的整个面，而且至少能够拍摄图元边缘及其中心点，则可以特别有利的使用光学图像采集。该测量方法的优点在于，它提供了能够评估平面图元的多个点以确定单个点的可能性。与仅允许单个点观察的常规激光测量相比，降低了干扰的敏感性。此外，面观察还允许对测量装置进行一次性校准，而不论其位置如何，因此可以自由选择测量装置的位置，甚至在必要时甚至可以将一次测量改变为下次测量。

根据本发明的第二方面，提供了一种通过用于在心轴上轧制坯料的斜轧机，特别优选通过根据本发明的第一方面的斜轧机从坯料制造空心坯料的方法。根据本发明，优选为液压盒的液压调节元件在轧制操作期间改变辊隙，优选地还改变至少一个工作辊的轧辊轴线相对于坯料的对准，该液压调节元件例如直接或通过轧辊止动件(Walzeneinbaustücke)间接地连接到工作辊。因此，提供了一种方法，该方法首次使得能够在轧制操作期间改变辊隙几何形状，从而抵消为保证轧制操作的质量或优化质量而确定的任何干扰变量。

特别优选地，当评估单元通过测量的辊隙几何形状的变化和/或辊隙位移和/或工作辊在空间中的位置及其在轧制操作期间的变化事先确定了干扰变量时，则随后如上所述地改变辊隙。然后，特别有利地，在适当的控制和调节单元与评估单元相互作用下，将用于补偿操纵变量的信号输出到液压调节元件。

在这种情况下，特别优选地，评估单元连接到测量构件，优选地连接到布置成与轧机机架间隔一定距离的光学测量构件，特别是连接到具有光学图像采集单元的测量构件。在本发明的优选实施例中，该测量构件可以拍摄连接到轧机机架的图元，优选地可以拍摄连接到工作辊的轧辊调节元件的一个或多个图元，并确定它们在轧制操作期间的位置和/或形状的变化。优选地，通过光学测量构件高精度地且动态地拍摄图元的运动，其中上工作辊的变化量Δx1(t)和Δy1(t)或下工作辊的变化量Δx2(t)、Δy2(t)优选在线确定，并通过评估单元传送到控制和调节单元，以最小化或补偿操纵变量。然后优选地，通过合适的算法在线计算上工作辊和/或下工作辊的液压调节元件的新操纵变量，并调节各个轧辊位置，以使辊隙的绝对误差最小化，并恢复到关于原始中心的对称性。

因此，提供了一种方法，该方法能够通过简单且不易受干扰的方法以及精确且在线可用的方式进行非常精确和高动态的干扰变量补偿，从而首次在斜轧机的轧制操作期间，可以对当前进行的轧制操作产生影响。

为此，有利地，除了工作辊(优选，上工作辊和/或下工作辊)的位置之外，心轴的定位和/或位置也为或仅为动态变化的，并且除此以外或独立于其它变化，狄舍尔盘相对于坯料或空心坯料的定位和/或位置也是动态变化的，以便实现或至少支持对先前确定的干扰变量的补偿。

总体上，根据以上更详细说明的两个方面，本发明能够动态补偿轧制中的轧机的扩张并减少或消除由斜轧机生产的管中的缺陷。优选地，在不接触轧机机架且与轧机机架分离的情况下检测测量值，因此不受辊隙附近的干扰测量结果的影响，并且允许根据当地条件将测量构件以最大可能的灵活性布置到轧机机架。在轧制过程期间，可以检测轧机机架的运动并在随后的轧制中进行补偿，可选地也可以在进行轧制过程期间进行补偿。为了检测补偿所需的数据，可以同时在多个点进行测量，而且测量构件可以被固定地安装，也可以被设计成移动的。

为了进行测量，可以以特别优选的方式使用光学图像采集，该图像采集使用

因此，该测量可以记录在轧制操作期间确定的轧机机架的运动以及由此产生的辊隙的变化和辊隙几何形状的变化，并在操作期间用于重新调节工作辊或其它操纵变量。通过图元在轧机机架上的优选为已知的形状和尺寸，因此在测量构件相对于轧机机架布置时也可以被设置有角度偏移，然后在校准测量装置时应考虑该角度偏移。因此，可以将在斜轧制过程中产生的蒸气的影响和其它干扰测量结果的影响限制在不可避免的最小范围内。

附图说明

下面将参考多个图形图示更详细地说明本发明，其中在这些附图中仅给出了本发明的示例性和示意性图示。

图1示出了根据本发明第一实施例的斜轧机的一部分的示意图。

图2示出了根据本发明第二实施例的斜轧机的一部分的示意图。

图3示出了应用根据本发明的方法的流程图。

具体实施方式

图1示出了第一实施例中的包括上工作辊1和下工作辊2的斜轧机的操作模式。上、下工作辊1、2被设计为在其大端面处彼此连接的两个截头锥体的形式，并且在图1的从左到右的方向(z方向)上对坯料3再成形时，该上、下工作辊与布置在心轴杆4上的心轴5一起作用。在相对于坯料3适当地调节上和下工作辊1、2的情况下，通过上和下工作辊1、2分别围绕它们的纵向轴线1a或2a的旋转，使坯料3穿过上和下工作辊1、2之间的辊隙并越过心轴5而被从入口侧6输送到出口侧7。液压调节元件8a、8b和9a、9b分别布置在上、下工作辊1、2的相应端部，通过所述液压调节元件，几乎可以任意地改变工作辊1、2的相对于彼此以及相对于坯料3的位置，特别是在垂直于轧制方向的y方向上以示出的方式改变。通过液压调节元件8a、8b、9a、9b的垂直调节，也可以至少在y方向和z方向这两个方向上改变上和下工作辊1、2之间的辊隙。

图2示出了根据本发明的轧机的主要部分的另一实施例，该轧机包括上工作辊1和下工作辊2，每个工作辊均呈现出具有不连贯的壳轮廓的截头锥体形状。在上和下工作辊1、2之间也形成有辊隙10，坯料3通过在朝向心轴5的z方向上的运动进入该间隙中，且在上和下工作辊1、2与局部固定的穿孔心轴5的共同作用下将该坯料再成形为空心坯料(未示出)。液压调节元件8a、8b和9a、9b布置在上和下工作辊1、2的两端处，通过该液压调节元件可以改变辊隙10和轧辊轴线1a、1b的局部位置。

图3示出了根据本发明的方法的示意性流程图，该方法借助于根据本发明的携带有上工作辊1和下工作辊2的斜轧机11进行。图元MM1和MM2布置在轧机11的轧机机架中，并且在轧制操作期间通过远程布置的相机(未示出)持续高精度地、动态地监测图元的位置和形状。通过测量单元(未示出)检测上工作辊1在x方向和y方向上的每个位置变化Dx1(t)、Δy1(t)和下工作辊2在x方向和y方向上的每个位置变化Dx2(t)、Δy2(t)，并将它们传送到评估单元(也未示出)。接着，在评估单元中确定是否将由摄像单元(未示出)拍摄的图元MM1、MM2的位置变化视为将要补偿的操纵变量。如果是这种情况，由评估单元确定的干扰变量被传递到作为控制和调节单元的HGC调节器(液压间隙控制-调节器)。将其它过程参数输入到控制和调节单元(HGC)，从而基于事先规定的算法将控制命令Y1、Y2输出到液压调节元件8、9。通过相对于心轴(未示出)调节上工作辊1和/或下工作辊2，这些液压调节元件8、9改变了辊隙的几何形状，并且必要时改变了轧辊轴线(未示出)相对彼此的对准。因此，在轧制操作期间在持续检测和评估测量数据时，能够高动态地在线输出控制和调节指令，这些控制和调节指令可以对轧制结果和斜轧制过程的进程产生积极影响。

附图标记列表

1 工作辊

1a、1b 轧辊轴线

2 工作辊

2a、2b 轧辊轴线

3 坯料

5 心轴

8 调节元件

8a、8b 调节元件

9 调节元件

9a、9b 调节元件

10 辊隙

11 斜轧机

HGC 液压辊隙控制

MM1 图元

MM2 图元