具有可更换的侧向引导设备的用于无缝管的交叉轧制式轧制机架

发明领域

本发明的领域是使用交叉轧制式轧制机架(cross-rolling rolling stand)制造无缝轧制管(seamless rolled pipes)。

背景技术

无缝管的轧制操作以多个步骤进行，包括穿孔步骤、轧制步骤(也定义为精加工步骤)、以及用于校准至所需的最终直径的校准步骤。

这些步骤中的一些或全部通过具有带有斜交轴线的工作辊的轧制机架(也简称为斜轧机(oblique rolling mill))进行。这些轧制机架中的工作辊通过螺旋运动来产生被轧制的主体的进给。斜轧机，也被称为交叉轧机(cross rolling mill)，通常是具有两个或三个工作辊的单机架类型。

进入轧机的待被轧制的工件可以是实心的，即其可以是坯料，并且在这种情况下，轧机是穿孔机(perforator)；或者被处理的材料是预先穿孔的中空主体，并且在这种情况下，轧制机架被称作辗轧机(elongator)。

在具有两个具有斜交轴线的辊的轧制机架的情况下，过去20年中优选的布置是辊大体上布置成在竖直方向上一个在另一个之上。在这种情况下，总是水平地设置两个侧向引导设备(lateral guide devices)，该设备倾向于容纳被轧制的主体的膨胀，即在轧制机架的入口和出口之间在外径上的变化。

过去最常见的侧向引导设备是固定类型的，被称作引导瓦(shoe guides)，其是成形滑动件，待被轧制的材料在其上滑动。最近，机动的引导盘已经被使用来制成侧向引导设备，由于其大的直径，因此其具有大的体积。例如在公开US3845646和US4387584中描述了这种类型的侧向引导件的方案。

在两种类型的侧向引导件中，始终提供使引导设备沿着径向方向接近轧制轴线和移动远离轧制轴线的功能。在轧制机架的某些情况下，同样提供侧向引导件还沿着平行于轧制轴线的纵向方向的调节以及沿着竖直方向的调节。

轧制机架已知具有安装在转台(turret)上的固定侧向引导件，转台可旋转180°，以便一旦固定引导件磨损，允许该固定引导件到达置换位置并同时允许将新的引导件带入工作位置。

具有固定的侧向引导件或由可旋转的引导盘(尤其在GB1441472A中描述)组成的机架的这些方案没有一个真正满足市场的所有需求，因此感到需要改进具有带有斜交轴线的工作辊的轧制机架的通用性。

发明概述

本发明的主要目的是提供一种轧制机架，该轧制机架具有两个具有斜交轴线的辊，该轧制机架在其操作上是通用的且灵活的并且具有降低的维护成本。

该目的通过根据权利要求1所述的用于轧制无缝管的轧制机架来实现，该轧制机架界定水平轧制轴线R并且包括：

两个工作辊，其具有斜交轴线并布置成一个在另一个之上，

两个侧向引导件，其用于待被轧制的工件，该两个侧向引导件在特定的第一轧制操作中是两个固定的引导瓦，并且在特定的第二轧制操作中是两个可旋转的引导盘，该两个可旋转的引导盘是围绕竖直轴线可旋转的，两个侧向引导件中的每一个布置在轧制轴线R的一侧处，

两个马达，其用于产生两个可旋转的引导盘的旋转运动，

两个可旋转的转台，其是围绕其竖直轴线可旋转的，该两个可旋转的转台用于定位侧向引导件，该两个可旋转的转台包括连接件和传动装置，连接件用于紧固固定的引导瓦并替代性地用于紧固可旋转的引导盘，传动装置用于将由马达产生的旋转运动传递到两个可旋转的引导盘，

至少两个紧固止停件，其用于将固定的引导瓦紧固在工作位置，

以便允许在轧制机架的操作寿命的各个时间段内使用固定的引导瓦和使用可旋转的引导盘来进行轧制操作。

根据本发明的另一方面，上述目的通过一种置换轧制机架的侧向引导件的方法来实现，其中提供本发明的轧制机架，两个具有一个或更多个相应的固定的引导瓦的引导瓦保持件安装在该轧制机架上，该方法包括以下步骤：

-将两个可旋转的转台与两个引导瓦保持件和固定的引导瓦一起移动远离工作位置，

-自动将引导瓦保持件的冷却回路管道从可旋转的转台断开，并从轧制机架移除引导瓦保持件，

-将两个可旋转的引导盘朝向轧制机架运送，

-将可旋转的引导盘钩在可旋转的转台上，释放锁定制动器使其抵抗可旋转的转台的旋转，接合来自马达的运动的传动装置，

-使可旋转的引导盘接近轧制位置。

凭借本发明的特征的组合，有利结果是，安装可旋转的转台以便更容易地且更快速地置换引导瓦，并且以通过闭合回路冷却引导瓦保持件组件，引导瓦本身以可移除的方式紧固到该引导瓦保持件组件。

引导瓦保持件的连续的或以其他方式受控的冷却提升了引导瓦的耐用性，在缺少冷却的情况下，引导瓦通常持续几百个工件后就会显示出明显的磨损、炽裂或断裂。

本发明的轧制机架的通用性允许使用同样的机架获得更多种类的轧制产品，因为其可用于各种操作条件。固定的引导瓦相对于旋转的引导件的优点是改善了被轧制材料的包容性(containment)，并且改善了轧制主体在轧机出口处的圆柱形形状。另一方面，使用固定的引导瓦的缺点是相对于可旋转的引导盘的耐用性较短，并且需要补偿由于引导瓦周期性地接近轧制轴线的磨损，因此在某些操作条件下优选通过以快速和简单的操作置换固定的引导件来使用侧向的可旋转的引导盘。

明显的是，这种系统是非常通用的，因此允许对于每种类型待被轧制的产品的优化方案。此外，其是可应用于轧制穿孔工件和实心工件的轧制机架的方案，即作为穿孔机架以及作为辗轧机或精加工机架。

此外，由于其不需要将冷却水提供到引导瓦上(将冷却水提供到引导瓦是非常常见的做法)，因此通过将被轧制的材料保持在超过1000℃的温度来减少被轧制材料的冷却，这完全有利于连续的轧制操作。

从属权利要求提到本发明的优选的实施方案。

附图简述

按照根据本发明的借助于附图以非限制性示例示出的轧制机架的优选的但非排他性的实施方案的详细描述，本发明的另外的特征和优点将变得更明显，在附图中：

图1描绘了根据本发明的处于第一操作构型的轧制机架的在轧制轴线方向上的前视图；

图2描绘了图1中的轧制机架的细节的前视图；

图3描绘了处于第一操作位置的图1中的轧制机架的细节的俯视图；

图4描绘了处于第二操作位置的图1中的轧制机架的另外的细节的俯视图；

图5描绘了图1中的轧制机架的细节的平面图；

图6描绘了图1中的轧制机架的放大的分解细节的前视图；

图7描绘了图1中的轧制机架在平行于轧制轴线的竖直平面上的剖面图；

图8描绘了图1中的轧制机架的细节的沿着竖直平面的轴向剖面；

图9描绘了图8中的细节的侧视图；

图10描绘了图1中的轧制机架的另外的细节的沿着竖直平面的轴向剖面；

图11描绘了根据本发明的处于第二操作构型的轧制机架的在轧制轴线方向上的前视图；

图12描绘了图11中的机架的侧视图；

图13描绘了图11中的机架的平面图；

图14描绘了根据本发明的处于准备更换可旋转的侧向引导盘的构型的轧制机架的在轧制轴线方向上的前视图；

图15描绘了图14中的机架的平面图；

图16描绘了根据本发明的处于可旋转的侧向引导盘被固定侧向引导件置换的构型的轧制机架的在轧制轴线方向上的前视图；

图17描绘了图16中的机架的平面图；

图18描绘了根据本发明的处于固定侧向引导件被插入且在到达操作位置之前的构型的轧制机架的在轧制轴线方向上的前视图；

图19描绘了图18中的机架的平面图；

附图中相同的标记对应于相同的元件或部件。

发明的实施方案的详细描述

具体参考附图，根据本发明的轧制机架1界定轧制线R，该轧制线R与空间坐标X、Y、Z的笛卡尔坐标系中的轴线Y重合。轧制机架包括框架2、也被称作引导瓦6、7的两个侧向引导件，框架2包含两个竖直工作辊3、4(即布置在轧制轴线R的上方和下方)，待被轧制的元件5在该工作辊3、4之间穿过。两个引导瓦6、7紧固在两个相应的引导瓦保持件8、9上，该两个引导瓦保持件8、9分别安装在可旋转的转台10、11上。图3示出了可旋转的转台10，该可旋转的转台10允许引导瓦保持件8围绕竖直轴线在中间位置朝向置换位置旋转，在该中间位置，两个引导瓦6和6’紧固至该引导瓦保持件8。为了在引导瓦6磨损之后将其置换，其被设置为从引导瓦6包含待被轧制的元件5的其操作位置将引导瓦6移除，并通过将引导瓦6带入更换和置换位置来用第二备用引导瓦6’将其置换。这通过使引导瓦保持件8旋转180°来发生，以便在已经将可旋转的转台10径向移动远离其操作位置之后，将引导瓦6’抵着待被轧制的元件5定位在操作位置。

包括可旋转的转台10、引导瓦保持件8和其他辅助元件的该结构由基座12支撑，基座12具有三个自由度，需要三个自由度以允许引导瓦保持件8以及操作中的引导瓦6沿着方向X、Y、Z执行移动以便定位在合适的稳定区域(resting zone)上。

类似地，基座13允许包括可旋转的转台11和引导瓦保持件9的第二结构沿着方向X、Y、Z移动。可旋转的转台11允许引导瓦保持件9执行以上关于引导瓦保持件8所述的相同的功能。图4示出了处于其工作位置的引导瓦保持件9。不需要对引导瓦保持件9更详细地进一步描述，因为其完全等同于引导瓦保持件8的描述，并且这对于本领域的技术人员是明显的。

特别参考图7，基座13沿着三个轴线X、Y、Z的移动是由于两个滑动引导件14和15所引起的，该两个滑动引导件14和15布置成像相对的倾斜平面一样的“V”型构型。通过控制引导件14和15的平面的相互位置，引导瓦7可以执行在三个空间方向上所需的移动。基座13沿着轴线X(即垂直于图7中的平面的轴线)的滑动是通过使引导件14和15的表面沿着方向X滑动来实现的。基座13可执行的沿着轴线X的行程是相当大的，在150mm的范围。这个行程是在轧制期间的操作行程，而基座13及由其承载的所有部件可以滑动大得多的行程，这允许引导瓦保持件9远离轧制线R移动使其从机架脱离所需的量，如在下文对置换侧向引导件的过程的说明中所解释的。

具有承载引导件14和15的两个倾斜侧的两个锁定件(locks)16、17或止停件(blocks)可以通过两个相应的千斤顶(jacks)18、19的作用而平行于轴线Y接近彼此或移动远离彼此。由此，使包括引导瓦保持件9和可旋转的转台11的该结构执行沿着方向Z(即在附图中向上)和沿着方向Y(即沿着轧制方向)的移动是可能的。所得到的引导瓦7沿着方向Z的移动具有有限的行程，即约+/-12mm。这种向上竖直移动通过使用千斤顶18、19将两个锁定件16、17沿着会聚的方向推向彼此来实现，而向下竖直移动通过使两个锁定件16、17远离彼此移动而发生。通过沿着平行于轴线Y的方向致动千斤顶18和19，实现承载引导瓦保持件9和可旋转的转台11的该结构沿着平行于轴线Y的方向的移动。在平行于轴线Y的方向上所允许的行程约为+/-50mm。

由于具有其承载的部件的第二基座12与基座13完全相等且对称，因此第二基座12的移动以与如上所述的方式相同的方式来实现。

有利地，两个引导瓦保持件8、9设置有用于冷却引导瓦6、6’和7、7’的强制液体循环回路，现在仅对于引导瓦保持件8对该回路进行描述，另一个引导瓦保持件9具有相对于轧制轴线R完全相等且对称的构成。每个引导瓦6、6’设置有冷却液体的递送管和冷却液体的排放管，冷却液体通常为水，尽管不排除在本技术领域中使用的其他液体。因此，对于安装在引导瓦保持件8上的所有引导瓦，在引导瓦保持件8上存在至少两个管。在这种情况下，引导瓦保持件8具有四个管20、21、22、23，因为在引导瓦保持件8上安装有两个引导瓦6、6'。显然，如果引导瓦保持件具有多于两个引导瓦，例如三个引导瓦，则管道的数量将为六个。在这种用于示例的情况下，对于引导瓦6，存在管20和管23，管20带来冷水，管23在冷水已经将引导瓦6冷却之后将热水排出。

引导瓦保持件8包括两个紧固单元24、25或止停件，其中一个在图1和图2中示出，而第一紧固单元在这些附图中被隐藏。类似地，引导瓦保持件9具有两个防旋转单元26、27，其中单元26在图7中示出，而第二防旋转单元在图1、图2和图7中示出。防旋转单元26、27在图8、图9、图10中更详细地示出。这些防旋转单元的功能是保持在轧制期间在给定时刻操作的引导瓦7处于与元件5的接触位置以及产生抵抗旋转扭矩的反作用力，该旋转扭矩由在轧制期间引导瓦7在被碾压的元件5上的压力接触产生。

在图8中以竖直平面上的剖面并且在图9中以侧视图详细示出的防旋转单元26包括外气缸28，该外气缸28在其中包含液压控制的滑动活塞29。活塞29包含管道以用于使冷却液体在其中通过。当防旋转单元26处于其接合引导瓦保持件9的操作位置时，防旋转单元26使活塞29升起以接合与完全类似于以上关于引导瓦保持件9所述的管道20、21、22、23的管道中的一个连接的管道。在防旋转单元24、25、26、27中的冷却液体递送装置上提供开关阀，以避免在引导瓦保持件8和9移动期间水的泄露，引导瓦保持件8和9的移动是用于用安装在同样的引导瓦上的另一个新的引导瓦来置换磨损的引导瓦，或用于用侧向旋转引导件50、51来置换引导瓦保持件，如下所描述的。显然，开关阀仅在引导瓦保持件8、9被止停在操作位置中时打开，而在其他情况下，开关阀处于闭合位置。

当执行引导瓦中的一个的置换操作时，例如，用安装在引导瓦保持件9上的备用引导瓦7’来置换引导瓦7时，通过致动液压控制回路来降低防旋转单元26的活塞29和防旋转单元27的活塞29’，以脱离冷却液体管道并且使至引导瓦保持件9的通路无约束，由此引导瓦保持件9可围绕可旋转的转台11的竖直轴线旋转并且使磨损的引导瓦7的位置与新的引导瓦7’的位置颠倒。

当引导瓦保持件9已经执行其180°的旋转并且引导瓦7’已经到达其在元件5处的操作位置时，活塞29和29’被升高以将引导瓦保持件9止停在其新的位置并且接合引导瓦保持件9的对应的支撑止停件38’和38”中的冷却液体管道。

布置在引导瓦保持件9的对由轧制产生的扭矩不产生反作用力的一侧上的防旋转单元26(即在考虑轧制方向时布置在引导瓦保持件的下游侧的防旋转单元)在活塞29的端部处具有平坦面30，该平坦面30相对于竖直方向倾斜，以便补偿在活塞29和引导瓦保持件9之间产生的间隙，因为在这样的一侧上作用在引导瓦保持件上的扭矩倾向于产生距离。倾斜面30与布置在引导瓦保持件9的支撑止停件38'上的对应的倾斜面相匹配。如果在轧制期间由于间隙的增加而在接触面之间产生分离，则活塞29被升高并且恢复在倾斜面之间的接触。

为了确保活塞29不围绕其轴线旋转，以及因此确保面30不失去其与引导瓦保持件的主体上的对应的倾斜面的共面性，设置有活塞29的防旋转设备，该防旋转设备用锁定螺钉39制成，该防旋转设备防止活塞29围绕其轴线的旋转，同时允许活塞29的轴向滑动。

布置在引导瓦保持件的上游的防旋转单元27完全类似于单元26，其中气缸28’包括液压活塞29’，然而在该液压活塞29’中端部不具有倾斜接触平面，这种单元为产生抵抗由引导瓦7与待被轧制的物体5之间的接触产生的扭矩的反作用力的单元。

同样在这种情况下，设置有活塞29’的防旋转设备，该防旋转设备用锁定螺钉39’制成，该锁定螺钉39’防止活塞29’在气缸28’内围绕其轴线旋转。

这里已经描述的是当固定的引导瓦安装在轧制机架1上时的轧制机架1。根据本发明，轧制机架1也可使用由可旋转的引导盘组成的侧向引导件来执行轧制操作，因此在轧制机架1中还设置有有助于其在该不同的模式中的操作的其他部件。

轧制机架1包括马达40和减速单元41，减速单元41用于减速由马达40传递到可旋转的转台10的运动。当固定的侧向引导件或引导瓦安装在轧制机架1上时，马达40不供应动力并且减速单元41被止停，以有助于对抗由于在轧制期间作用在引导瓦保持件8上的力而输出到可旋转的转台10上的扭矩。

不需要重复对包括引导瓦保持件9和可旋转的转台11的第二结构的描述，因为其在其部件和功能上完全类似于包括可旋转的转台10的上述第一结构，并且相对于轧制轴线R与上述第一结构对称。

可旋转的转台10能够承载引导瓦保持件8、防止在上述操作模式中的旋转，并且还能够在第二操作模式中操作，在第二操作模式中，可旋转的引导盘50安装在可旋转的转台10上，可旋转的引导盘由马达40通过减速单元41引起旋转。由于引导盘的外表面的切向速度可为被轧制的工件的进给速度的约两倍，所以涉及相当大的旋转值。同样在这种情况下，可旋转的转台11和可旋转的引导盘51被布置在其中的部分以与上述方式完全类似的方式形成，该部分的描述不再重复。

借助于图11至图19，用固定的侧向引导件来置换可旋转的侧向引导盘的操作以如下所述的方式发生，这些附图中仅包括理解置换操作所需的元件的标记。

图11、图12、图13中的三个视图示出了安装有侧向的可旋转的引导盘50、51的轧制机架1的工作位置。两个马达40、40’被接合，并且通过减速单元41、42将运动传递到两个相应的引导盘50、51。当两个引导盘50、51待被安装在引导瓦保持件8和9上的固定的引导瓦6、7置换时，该两个引导盘50、51必须被停止并且如果有必要的话被冷却。在具有安装在上方的可旋转的引导盘50、51的机架1的操作期间，四个防旋转单元24、25、26、27使活塞29、29’(以及在附图中未示出的其他两个)降低至不干涉可旋转的引导盘的体积的位置。

如图14和图15中可看到，具有可旋转的引导盘50、51以及与基座12和13集成的其他部件的基座12和13被致使沿着箭头X1、X2的方向滑动，因此将两个引导盘50、51定位至自由位置，以便以合适的方式(例如吊车)抓取该两个引导盘50、51，并且以便将其运送至维护区域或另一个适当的区域。

图16和图17中示出的轧制机架1的位置示出了引导盘50、51的抽出位置和将两个引导瓦保持件8、9朝向机架运送的步骤。防旋转单元24、25、26、27仍然保持在降低位置。引导瓦保持件8、9被朝向机架运送并被插入相应的转台中，而可旋转的引导盘50、51通过合适的方式(例如桥式吊车)被带走。在该构型中，减速单元41、42被止停，因为没有移动从马达40、40’被传递。防旋转单元24、25、26、27被升高至两个引导瓦保持件8、9的锁定位置，并且冷却回路被连接，如上所述。

图18和图19示出了具有引导瓦保持件8、9的轧制机架1，该引导瓦保持件8、9在引导瓦6、7接近轧制位置(如图1所示)之前被插在相应的可旋转的转台10、11上。

明显的是，用可旋转的引导盘50、51来置换安装在引导瓦保持件8和9上的固定的引导瓦6、7的操作以完全类似于上述的置换操作发生。

在轧制机架仅具有可旋转的引导盘50、51的操作模式中，还需要用其他新的可旋转的引导盘来置换磨损的引导盘。在这种情况下，置换可旋转的引导盘以类似于上述方式的方式发生，但在这种情况下，防旋转单元24、25、26、27保持在使活塞被降低的位置，在这种置换操作中不需要使用防旋转单元24、25、26、27。

本发明的机架的一个有利的变型包括在轧制机架中仅存在两个防旋转单元，两个引导件保持件8、9中的每个对应于一个防旋转单元。在引导瓦保持件9的情况下，防旋转单元27被保留而防旋转单元26被去除。类似地，在引导瓦保持件8的情况下，防旋转单元25被保留而防旋转单元24被去除，其是产生对在轧制期间产生的扭矩的反作用力所严格要求的，在轧制期间产生的扭矩通常保持在相同的方向。

根据上述说明，本发明的轧制机架的优点是明显的。

该机架是更通用的，因为取决于待被轧制的产品所指定的需求，机架可以安装固定的侧向引导件和可旋转的侧向引导盘，用一个来置换另一个，并且置换在短时间内发生。

当机架安装有固定的侧向引导件和机动的可旋转的引导盘时，这些引导件具有用于调节其沿着轴线X、Y、Z的移动的装置。

通过提高轧制机架被提供的冷却能力，还可以延长固定的引导瓦的操作寿命。