從專利技術角度分析變凸度軋輥技術發展

謝　旺

（國家知識產權局專利局專利審查協作江蘇中心，江蘇 蘇州 215163）

從專利技術角度分析變凸度軋輥技術發展

謝旺

（國家知識產權局專利局專利審查協作江蘇中心，江蘇 蘇州 215163）

隨著生產技術的不斷發展，用戶對帶鋼的質量和品種的要求越來越高，變凸度軋輥作為一種近年來發展較新的軋輥，在板帶材生產領域得到了較好的應用。本文針對變凸度軋輥的專利申請進行了統計，對國內外專利申請量、申請人分布等多方面進行了分析，并闡述了變凸度軋輥領域的專利申請發展趨勢，給出了其技術領域的發展脈絡，了解到了VC軋輥和CVC軋輥的發展路線。

變凸度；軋輥；VC；CVC

1.概述

通常意義下，板帶質量主要是指板帶材應具有滿足使用要求的高尺寸精度和良好的板形。要滿足上述要求，就必須使用不同凸度的工作輥，以便形成合適的輥縫形狀，即輥縫形狀必須與希望的帶鋼斷面形狀一致。對于不同尺寸規格的帶鋼，只有一種最佳凸度能夠良好地控制板形。因而，為了滿足生產工藝需求，傳統軋機必須配備多套不同凸度的軋輥。這樣傳統軋機換輥過程無形中降低了生產效率，同時備用多套軋輥浪費了大量的資金，因而傳統的軋機已經不能適應現代化的工業生產。

20世紀70年代，日本住友金屬工業株式會社（SUMQ）研制出一種可變凸度軋輥，稱為VC軋輥（Variable Crown Roll）或液壓脹形軋輥，其板形控制能力強，反應速度快，比其他各種現有技術更適合板形的在線控制，并且該項技術特別方便于現有軋機的改造，因此，該項技術在板帶材生產領域得到了較好的應用。

20世紀80年代，德國西馬克公司（SMS）研制出一種可以連續改變軋輥凸度的軋機，其具有一對連續變凸度軋輥，稱為CVC軋輥（Continuously Variable Crown Roll），由于其獨特的控制板帶截面形狀和控制板形的特性，自研制成功后，在鋼板帶和鋁板帶軋制中獲得了廣泛地應用。

除了上述兩種較為有效的板形控制方法，也還有其他板形控制方法，例如軋輥彎輥法、軋輥局部冷卻控制方法、HC軋機、K-WRS軋機、UPC軋機、PCM軋機，但國內外對VC輥、CVC輥的研究較多，其專利申請量也較多，因而，本文主要針對VC輥、CVC輥進行研究，對國內外變凸度軋輥專利技術進行分析。

2.變凸度軋輥專利全球申請量趨勢分析

變凸度軋輥的專利申請在中國起步時間較晚，該領域的第一個專利出現在1989年，此后的20年內總體數量保持在低位，直到2008年以后才開始出現專利數量的大幅上升，在2013年的申請量達到最高值，近5年來，變凸度軋輥技術得到了高度重視，國內專利申請量呈迅猛攀升趨勢，上升勢頭強勁。從專利申請人的分布分析，國內變凸度軋輥的研究主要集中在CVC軋輥，并且申請人主要為科研院校以及大型鋼鐵企業。

對比全球歷年相關申請的申請量趨勢，對變凸度軋輥的專利申請最早出現在20世紀70年代，申請量極少，這主要是因為變凸度軋輥的研究還處于初級階段；從20世紀80年代開始，關于變凸度軋輥技術的申請量開始大幅上漲，這主要是因為變凸度軋輥在應用中取得了較好的效果，申請人大量申請專利，到20世紀90年代，申請量開始放緩。從專利申請人的分布分析，住友金屬工業株式會社（SUMQ）的申請量高居榜首，并遙遙領先其他申請人。排名其次的是西馬克公司（SMS），這兩個申請人分別研制出了VC輥和CVC輥，因而在相應的技術分支上都處于領導地位。

3.變凸度軋輥專利技術發展路線

目前，變凸度軋輥的研究主要集中在VC輥和CVC輥，因而主要針對VC輥、CVC輥進行研究。

3.1VC軋輥

VC軋輥由芯軸和輥套組成。在芯軸和輥套之間設有液壓腔，高壓液體經高速旋轉的高壓接頭由芯軸進入液壓腔。在高壓液體的作用下，輥套外脹，產生一定的凸度。調整液體壓力的大小，可以無級改變輥套凸度，迅速校正軋輥的彎曲變形和壓扁變形，達到控制板材的目的。輥套和芯軸兩端在一定長度內采用過盈配合，一方面對高壓液體起密封作用，另一方面在承受軋制載荷時，傳遞所需要的扭矩，并保證軋輥的整體剛度。

VC輥的專利最早出現在1975年，是由住友金屬工業株式會社（SUMQ）提出的（優先權號：JP13331275A），其中VC軋輥由芯軸和輥套組成，在芯軸和輥套之間設有液壓腔，高壓液體經高速旋轉的高壓接頭由芯軸進入液壓腔，在高壓液體的作用下，輥套外脹，產生一定的凸度，從而獲得一種變凸度軋輥。之后住友金屬工業株式會社（SUMQ）陸續申請了大量關于VC輥的專利，這些專利申請涉及的主要是單個液壓腔，在1981年，住友金屬工業株式會社（SUMQ）又申請了一種涉及多個液壓腔的申請（優先權號：JP13889081A），通過控制軋輥內的多個液壓腔，能更加快速和方便地調節軋輥的凸度。中國關于VC輥的研究起步較晚，專利申請量也較少，首先由東北重型機械學院秦皇島分校（現燕山大學）于1989年提出（申請號：CN89108636.6），之后陸續有寶鋼、蘇州有色金屬研究院有限公司等一些公司提出關于VC輥的專利申請。在2010年，寶鋼提出了涉及多個液壓腔的專利申請（申請號：CN201010524921.X），其余的專利申請主要是涉及單個液壓腔的專利申請。

3.2CVC軋輥

CVC軋輥輥型為非圓柱面的回轉體，外形呈瓶狀（S形），上下輥相同，裝成一正一反，互為180°，構成S形輥縫。通過軸向反向移動上下軋輥，就可實現軋輥凸度連續變化與控制。當軋輥未抽動時，輥縫略呈S形，軋輥工作凸度等于零，即為平輥型或中性凸度；當上輥向左下輥向右移動等距離，即大頭抽出時，此時中間輥縫變大，輥縫凸度增大，則形成輥凸度為負的軋輥，軋輥工作凸度小于零，稱負凸度控制；反之，如果上輥向右下輥向左移動等距離時，即小頭抽出時，此時中間輥縫變小，輥縫凸度減小，則形成輥凸度為正的軋輥，軋輥工作凸度大于零，稱正凸度控制。由此可見，調節CVC軋輥的抽動方向和距離，就可調節原始輥凸度的正負與大小，相當于一對軋輥具有可變的原始輥凸度。工作輥移動的距離不同，輥縫的凸度也隨之而變。這樣，便可以獲得從中凹到中凸連續變化的輥縫形狀，實現輥縫凸度的無級調控。

最早關于CVC軋輥的專利是由德國西馬克公司（SMS）于1980年提出的（優先權號：DE3038865A），其通過將軋輥輥型為非圓柱面的回轉體，外形呈瓶狀（S形），上下輥相同，裝成一正一反，互為180°，構成S形輥縫，通過軸向反向移動上下軋輥，就可實現軋輥凸度連續變化與控制。西馬克公司（SMS）還申請了多個關于CVC軋輥的專利申請，例如1982年提出的（優先權號：DE3213496A），1985年提出的（優先權號：DE3525638A），1986年提出的（優先權號：DE3600144A）。之后陸續有日本的申請人提出關于CVC軋輥的專利申請，如新日本制鐵株式會社（YAWA）于1985年提出的（優先權號：JP13966685A），川崎重工業株式會社（KAWJ）于1986年提出的（優先權號：JP16090486A），住友金屬工業株式會社（SUMQ）于1986年提出的（優先權號：JP24509886A）。中國申請人最早于1989年由北京科技大學提出的（申請號：CN89202773.8），之后陸續有寶鋼、首鋼、武鋼等一些公司提出關于CVC軋輥的專利申請。從CVC軋輥全球的發展趨勢來看，CVC軋輥全球專利申請的第一個峰值出現在1986年，這是因為CVC軋輥是在20世紀80年代由德國西馬克公司（SMS）研制出的，經過幾年的發展，在1986年達到申請量的第一個峰值，之后申請量逐漸平穩，直到2008年，隨著中國申請量的增加，申請量達到第二個峰值，并最終在2012年達到申請量最高的峰值。

結語

變凸度軋輥技術領域的專利申請量主要集中在日本和德國，特別是集中在住友金屬工業株式會社（SUMQ）和德國西馬克公司（SMS），我國在該技術領域也有一定的專利申請量，但這些專利的申請時間普遍在2000年以后，特別是近些年來，隨著我國經濟總量不斷增長以及知識產權的完善，國內專利申請量以較快的速度在增長，但研究深度方面仍不及國外，因此，國內申請人可以通過多研究和借鑒國外的前沿技術，來增強我國在變凸度軋輥技術領域中的競爭實力。

［1］康貴信，李謀謂，陳志健，等.VC軋輥的凸度生成與板形控制［J］.北京科技大學學報，1992（1）：25-30.

［2］候張寶.熱寬帶鋼軋機的板形控制技術［J］.軋鋼，1995，12（1）：12-15.

［3］徐樂江.板帶冷軋機板形控制與機型選擇［M］.北京：冶金工業出版社，2007.

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