一种行星轧机的冷却方法与流程

本发明涉及一种行星轧机的冷却方法，其主要用于行星轧机轧制变形区的冷却，属于金属管材加工方法技术领域。

背景技术：

行星轧机是一种具有公知技术的金属管材斜轧管机。行星轧机主要由主辅电机驱动。轧制时，主辅电机驱动轧机回转体上安装的轧辊围绕轧制中心线公转，同时轧辊绕各自的轴线自转。轧制过程中，通过主辅电机转速的调整，轧后的管材出轧机后不产生转动，如此可以轧制超长的管材。专利号us6792781,ep2116312所发明的轧机也属于这类轧机。

由于工艺先进，行星轧机在铜管行业得到了很大的推广，现在我国几乎100％的空调制冷用铜管都是由行星轧机生产的。最近20年来，随着技术的逐步完善，行星轧机轧制铜管的产量和质量也获得了很大的提高。在产量方面，行星轧机最初的年产仅有5000-6000吨，至10年前已经达到了年产20000吨左右的水平。考虑实际工作日等因素，换算成小时产量是4吨/小时。

近10年来，本领域的工程技术人员一直试图继续提高行星轧机的小时产量，但却遇到了很大的技术问题。更高速的管材轧制会产生管材直径变大，螺距不均，管材外表面波浪状或产生扭管等现象，造成轧管失败。由于这种情况的产生，行星轧机轧制铜管的小时产量遭遇瓶颈，一直徘徊不前。

进一步的分析研究表明，上述管材高速轧制时产生的问题是轧制进入了失稳状态所造成的，是由行星轧机的轧管特性所决定的。行星轧机轧管具有单道次大变形量的特征，单道次变形量超过90％。这么大的单道次变形量会产生很大的变形热，这种变形热导致的温升可以超过铜的再结晶温度。行星轧机在轧制铜管时，一边轧制，一边要进行冷却，现有轧制产量下产生的变形热与现有的冷却方式和冷却量相匹配，可以保证轧制中的管材处在稳定的轧制状态下，轧制的铜管外表面光洁，平整。如果继续提高轧速，这种变形热会持续增加，而现有技术的冷却方法无法满足更高速轧制工况下冷却的需要。在这种情况下，被轧管材的变形区会继续升温，这种升温的结果会造成管材变软、刚性变差。变软的管材变形抗力降低，使管材的抗扭性变差。尤其是在轧制变形区的出口部分，管壁经轧制后变薄，又软又薄的管材抗扭能力更差。由此，高速轧制的管材因无法控制变形区的温度持续升高容易产生轧制失稳的现象。总结以上现象，更高速轧制时管材的冷却不够是产生轧制失稳的主要原因，也是无法进一步提高行星轧机产量的主要原因。

基于对上述原因的分析，本发明人作了很多的相应工作，如：在现有冷却方式不变的情况下加大冷却泵的流量，加大泵的压力等。本发明人发现：采用中高压水泵，如：将泵的压力增加到30kg/cm²，或加大流量，将泵的流量提高至100m³/h，没有得到预期的效果，采用大压力和大流量，很难作到精确的冷却控制，容易损坏轧机。

本领域内的技术人员对上述问题也作了一系列的工作，如：中国专利公开号cn1370640a、cn201380188y、cn202199593u、cn202162210u，都对行星轧机的冷却方法和冷却装置作了一定的改进，力求得到更好的冷却效果，追求更好的轧管品质和更高的产量。但是，上述工作对轧机产量的提高效果有限。

图5为现有行星轧机轧管原理图。通过对图5的分析，可以更加清晰的给出现有技术冷却效果不佳的原因。如图5所示，被轧管坯101由内孔穿入芯棒102，芯棒102由芯杆固定在轧制变形区k内。三辊行星轧机的三个轧辊103均匀的布置在轧机回转体上。轧辊103绕轧制中心线c-c公转，每个轧辊也绕各自的轴线ac、bc自转。在轧制后，被轧管坯101被加工成轧制管材107。

轧制过程中，部分冷却水104喷在轧辊103上，另一部分冷却水104喷在成形区的管材上。这种静止不动的喷头一般有两种形式，一种是喷盘106结构，如图5中所示，在喷盘106朝向成形区域的方向上打有多组冷却小孔。另一种是喷嘴结构，若干组市售的金属喷嘴对成型区域进行冷却水的喷射冷却。由于轧制工艺的需要，喷盘或喷嘴上小孔的大小、角度和数量被专门的设计，冷却水乳化液的成份也是特殊配制的，用以达到冷却效率的最优化。

图5中，在轧制变形区的出口部分h中，管壁厚已经接近或达到最终壁厚的尺寸。管壁相对较薄，在这个区域内的管材特别容易产生失稳现象。轧制时轧机回转体旋转的公转转速达到350-500rpm，这种高速旋转的轧辊会将静态喷盘或喷嘴所喷射的冷却液打散，使冷却水很难喷注到轧制变形区的出口部分h。增大冷却水流量和压力也很难让更多的冷却液喷注到所需的区域内，现有技术的这种静止喷盘或喷嘴冷却效率低，冷却强度不够，无法进一步提高轧机产量。

技术实现要素：

本发明的目的是针对现有技术中的不足，提供一种行星轧机的冷却方法，其能较大幅度提升行星轧机变形区的冷却效果，从而提高行星轧机的轧制质量和产量。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种行星轧机的冷却方法，其用于行星轧机的冷却；所述行星轧机具有喷头、轧辊、回转体、轧制中心线和轧制变形区；其特征在于：所述轧机工作时，所述喷头与回转体围绕所述轧制中心线同步旋转，所述喷头向所述轧制变形区喷射冷却水，及/或所述喷头向所述轧辊喷射冷却水。

更进一步，所述喷头安装在轧辊的辊缝之间。

更进一步，所述喷射冷却水的方向与轧辊自转的方向相同。

更进一步，所述喷射冷却水的方向与轧辊自转的方向相反。

采用上述技术方案后的有益效果：

1、提高冷却效率，提高行星轧机的产量

轧辊通过轧辊座安装在回转体上,轧机工作时，轧辊旋转工作，喷头围绕所述轧制中心线与轧辊座同步公转。在旋转过程中，喷头向轧制变形区及/或轧辊喷射冷却水，形成旋转冷却。而这些喷注的冷却水并不会被同步旋转的轧辊打散。轧辊轧制时绕被轧管材360°的高速旋转，冷却水喷头也以同步的速度旋转，边旋转边喷注。这样的冷却，所有的冷却液均喷注到管材变形区域，被轧管材在360°都能获得均匀的冷却。这种旋转冷却能直接对准轧制变形区内的指定区域，可以做到定点冷却。如将喷嘴按装在轧辊的辊缝之间，专门对变形区出口部分h区域进行冷却，可以有效的改善高速轧制工况下所轧管材的冷却能力，可以有效的控制轧管变形区内轧件的温度及铜管的软硬度，使铜管在更高的轧速下不至于失稳，大幅度提升轧制效率。

2、提高轧辊的使用寿命

可以将喷头装在轧辊座上，在行星轧机的辊缝间向轧辊和被轧铜管的轧制变形区喷注冷却液。可以沿轧辊自转的方向顺喷或逆轧辊自转的方向逆喷，使刚离开变形区的轧辊工作面得到及时的冷却，从而提高轧辊的使用寿命。

3、轧制铝管

铝合金管的行星轧制一直是一个难题。铝金属具有更低的熔点和软化温度，行星轧机轧铝管时单道次变形量的轧制造成的温升会产生粘轧辊和粘芯棒的现象。轧制过程中，喷头向轧制变形区或轧辊喷射冷却水，实现高效冷却,可以有效的降低变形区的温度，有效的减少粘辊、粘芯棒现象的发生。

附图说明

图1是本发明行星轧机的冷却方法实施例一的装置示意图；

图2是图1的局部结构放大图；

图3是轧辊和喷头的三维位置示意图；

图4是本发明行星轧机的冷却方法实施例二的装置示意图

图5是现有行星轧机的冷却方法示意图。

图中：

101、被轧管坯，102、芯棒，103、轧辊，104、冷却水,106、喷盘，107、轧制管材；

201、冷却水进口一，202、辅伞齿，203、中心管水套一，204、主伞齿，205、回转体，206、喷水组件一，207、轧辊座，208、喷头；

301、密封件一，302、螺栓，303、轴承一，304、中心管总成，305、密封水室一，306、连接管；

401、拨板一，402、拨板二，403、密封水室二，404、轴承二，405、喷水组件二，406、水套二，407、冷却水进口二，408、密封件二，409、进水环，410、出口喷头座，411、旋转喷盘；

h、轧制变形区的出口部分，k、变形区，g、回转体旋转方向，c-c、轧制中心线，ac、轧辊自己的轴线一，bc、轧辊自己的轴线二。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例，对发明作进一步详细地说明。

实施例一

图1给出了运用本发明方法的一种装置示意图。

由图1可以看出，行星轧机主辅电机(图中未显示)分别驱动主伞齿204和辅伞齿202转动，主伞齿204带动回转体205转动。回转体205上装有三个轧辊座207，轧辊座207上装有轧辊103。轧管时，在主辅电机的驱动下，回转体205，轧辊座207和轧辊103绕轧制中心线c-c公转。同时轧辊103也按轧辊自己的轴线ac或bc自转。

图1还可以看出，冷却水由轧机入口处的冷却水进口201进入，经轧机中心管水套一203进入喷水组件一206后与喷头208相连。喷水组件一206与回转体205紧固相连。轧制时两者具有同步的转速，这时喷头可以用与行星轧机回转体205同样的公转速度旋转，一边旋转一边向轧机变形区k及/或轧辊103喷射冷却水。

被轧管坯101经轧制后成为轧制管材107。

优选：前述喷射冷却水的方向与轧辊自转的方向相同或相反。

图2是图1的局部结构放大图。由图2可以看出，冷却水由泵组经冷却水进口一201、中心管水套一203进入冷却水密封水室一305，密封水室一305通过连接管306与冷却喷头208相连。图1-2中，若干个连接管306与喷头208相连。喷头208亦可固定在轧辊座207或回转体205上。组装时，一组螺栓302将回转体205与喷水组件206紧固相连。轴承一303保证喷水组件206，冷却管306与喷头208绕轧机中心管总成304旋转，多个密封件一301防止冷却液泄漏。如此，使喷头208能绕轧制中心线c-c旋转。

所述轧机工作时，即：行星轧机轧管时。回转体205绕轧制中心线c-c高速旋转，回转体旋转方向g详见图2。回转体旋转的同时也带动喷水组件206同步转动。冷却水依次通过冷却水进口一201、冷却液中心管水套一203、喷水组件206、连接管306和喷头208，以旋转喷射的方式喷向轧制变形区(k)及/或轧辊103。

不采用连接管306和喷头208的喷射结构。直接将喷水组件206的右侧面开一组小孔，小孔与密封水室305相通。如此，小孔作为冷却水喷头。这种结构是一种旋转喷盘结构，它也是行星轧机旋转冷却的一种结构。

图3，为本发明行星轧机冷却方法的三维图，优选：喷头208安装在3个行星轧机轧辊103的辊缝之间，喷头208向轧制变形区k及/或轧辊103旋转喷注冷却液。回转体旋转方向g详见图3。轧管时，喷头208与回转体同步旋转。此时，喷头喷出的冷却液104从辊缝中经过喷到轧制变形区k及/或轧辊103，同步转动的轧辊103无法阻挡冷却液喷射的路径，所有冷却液都无阻挡的喷至轧制变形区k及/或轧辊103。

实施例二

图4给出了实施例二的原理图。与实施例一区别的是实施例二选择了在轧机的出口部分对轧制变形区k及/或轧辊103进行旋转冷却。

出口喷头座410固定在轧机的保护罩(图中未画出)上。轧机的保护罩与地面固定。喷水组件二405通过轴承二404安装在出口喷头座410上。喷水组件二405的右边与进水环409相接，进水环409内设有冷却水进口二407，冷却水进口二407与喷水组件二405内的水套二406和密封水室二403相通。喷水组件二405的左侧面是旋转喷盘411，旋转喷盘411上开一组小孔，该小孔与密封水室二403相通。如此，旋转喷盘上的小孔作为冷却水喷头。这种结构是另一种旋转喷盘结构。工作时，使冷却水进口二407泵入的冷却水进入密封水室二408并通过旋转喷盘411向轧制变形区k及/或轧辊103喷射。密封件二408确保喷水组件二405旋转时冷却水的密封。

旋转喷盘411的旋转能由回转体205带动。如：在回转体上设计了一个拨板一401，在喷水组件二405相应的位置上设置了拨板二402，轧机主机转动时，轧机回转体205转动，拨板一401拨动拨板二402同步转动，使在轧管时喷水组件二405与回转体205同步旋转，实现旋转冷却。

为具体说明效果，本发明人进行了相关实验，实验结果如下表：

上表说明：

本发明例1，

采用本发明冷却方式和现有冷却方式结合的方法进行冷却。两个冷却都设有流量调节功能。管坯咬入时选择小流量冷却，随着轧制正常逐步进入正常冷却。旋转冷却流量20m³/h，静止冷却20m³/h。

本发明例2，

为单独的本发明冷却方法。喷嘴旋转冷却。

本发明例3，

在轧机的出口部分采用旋转喷盘冷却方式，旋转喷盘处打3组小孔。每组小孔在圆周上约占60°的范围，旋转冷却时这3组小孔的位置与辊缝位置对应。

结论：由上表可见，在同样坯管规格的情况下，净轧时间下降约3-4分钟，行星轧机轧制铜管的生产效率得到巨大提升。

本发明不限于上述实施例，凡采用等同替换或等效替换形成的技术方案均属于本发明要求保护的范围。