謝　旺

（國家知識產(chǎn)權(quán)局專利局專利審查協(xié)作江蘇中心，江蘇 蘇州 215163）

從專利技術(shù)角度分析變凸度軋輥技術(shù)發(fā)展

謝旺

（國家知識產(chǎn)權(quán)局專利局專利審查協(xié)作江蘇中心，江蘇 蘇州 215163）

隨著生產(chǎn)技術(shù)的不斷發(fā)展，用戶對帶鋼的質(zhì)量和品種的要求越來越高，變凸度軋輥?zhàn)鳛橐环N近年來發(fā)展較新的軋輥，在板帶材生產(chǎn)領(lǐng)域得到了較好的應(yīng)用。本文針對變凸度軋輥的專利申請進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)，對國內(nèi)外專利申請量、申請人分布等多方面進(jìn)行了分析，并闡述了變凸度軋輥領(lǐng)域的專利申請發(fā)展趨勢，給出了其技術(shù)領(lǐng)域的發(fā)展脈絡(luò)，了解到了VC軋輥和CVC軋輥的發(fā)展路線。

變凸度；軋輥；VC；CVC

1.概述

通常意義下，板帶質(zhì)量主要是指板帶材應(yīng)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(guī)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(chǎn)工藝需求，傳統(tǒng)軋機(jī)必須配備多套不同凸度的軋輥。這樣傳統(tǒng)軋機(jī)換輥過程無形中降低了生產(chǎn)效率，同時備用多套軋輥浪費(fèi)了大量的資金，因而傳統(tǒng)的軋機(jī)已經(jīng)不能適應(yīng)現(xiàn)代化的工業(yè)生產(chǎn)。

20世紀(jì)70年代，日本住友金屬工業(yè)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(qiáng)，反應(yīng)速度快，比其他各種現(xiàn)有技術(shù)更適合板形的在線控制，并且該項(xiàng)技術(shù)特別方便于現(xiàn)有軋機(jī)的改造，因此，該項(xiàng)技術(shù)在板帶材生產(chǎn)領(lǐng)域得到了較好的應(yīng)用。

20世紀(jì)80年代，德國西馬克公司（SMS）研制出一種可以連續(xù)改變軋輥凸度的軋機(jī)，其具有一對連續(xù)變凸度軋輥，稱為CVC軋輥（Continuously Variable Crown Roll），由于其獨(dú)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(yīng)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(jī)、K-WRS軋機(jī)、UPC軋機(jī)、PCM軋機(jī)，但國內(nèi)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(jìn)行研究，對國內(nèi)外變凸度軋輥專利技術(shù)進(jìn)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?jiān)谥袊鸩綍r間較晚，該領(lǐng)域的第一個專利出現(xiàn)在1989年，此后的20年內(nèi)總體數(shù)量保持在低位，直到2008年以后才開始出現(xiàn)專利數(shù)量的大幅上升，在2013年的申請量達(dá)到最高值，近5年來，變凸度軋輥技術(shù)得到了高度重視，國內(nèi)專利申請量呈迅猛攀升趨勢，上升勢頭強(qiáng)勁。從專利申請人的分布分析，國內(nèi)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(yè)。

對比全球歷年相關(guān)申請的申請量趨勢，對變凸度軋輥的專利申請最早出現(xiàn)在20世紀(jì)70年代，申請量極少，這主要是因?yàn)樽兺苟溶堓伒难芯窟€處于初級階段；從20世紀(jì)80年代開始，關(guān)于變凸度軋輥技術(shù)的申請量開始大幅上漲，這主要是因?yàn)樽兺苟溶堓佋趹?yīng)用中取得了較好的效果，申請人大量申請專利，到20世紀(jì)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(yè)株式會社（SUMQ）的申請量高居榜首，并遙遙領(lǐng)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(yīng)的技術(shù)分支上都處于領(lǐng)導(dǎo)地位。

3.變凸度軋輥專利技術(shù)發(fā)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(jìn)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(shè)有液壓腔，高壓液體經(jīng)高速旋轉(zhuǎn)的高壓接頭由芯軸進(jìn)入液壓腔。在高壓液體的作用下，輥套外脹，產(chǎn)生一定的凸度。調(diào)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(dá)到控制板材的目的。輥套和芯軸兩端在一定長度內(nèi)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(xiàn)在1975年，是由住友金屬工業(yè)株式會社（SUMQ）提出的（優(yōu)先權(quán)號：JP13331275A），其中VC軋輥由芯軸和輥套組成，在芯軸和輥套之間設(shè)有液壓腔，高壓液體經(jīng)高速旋轉(zhuǎn)的高壓接頭由芯軸進(jìn)入液壓腔，在高壓液體的作用下，輥套外脹，產(chǎn)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(yè)株式會社（SUMQ）陸續(xù)申請了大量關(guān)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(yè)株式會社（SUMQ）又申請了一種涉及多個液壓腔的申請（優(yōu)先權(quán)號：JP13889081A），通過控制軋輥內(nèi)的多個液壓腔，能更加快速和方便地調(diào)節(jié)軋輥的凸度。中國關(guān)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(jī)械學(xué)院秦皇島分校（現(xiàn)燕山大學(xué)）于1989年提出（申請?zhí)枺篊N89108636.6），之后陸續(xù)有寶鋼、蘇州有色金屬研究院有限公司等一些公司提出關(guān)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?zhí)枺篊N201010524921.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(zhuǎn)體，外形呈瓶狀（S形），上下輥相同，裝成一正一反，互為180°，構(gòu)成S形輥縫。通過軸向反向移動上下軋輥，就可實(shí)現(xiàn)軋輥凸度連續(xù)變化與控制。當(dāng)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(dāng)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(fù)的軋輥，軋輥工作凸度小于零，稱負(fù)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(diào)節(jié)CVC軋輥的抽動方向和距離，就可調(diào)節(jié)原始輥凸度的正負(fù)與大小，相當(dāng)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(xù)變化的輥縫形狀，實(shí)現(xiàn)輥縫凸度的無級調(diào)控。

最早關(guān)于CVC軋輥的專利是由德國西馬克公司（SMS）于1980年提出的（優(yōu)先權(quán)號：DE3038865A），其通過將軋輥輥型為非圓柱面的回轉(zhuǎn)體，外形呈瓶狀（S形），上下輥相同，裝成一正一反，互為180°，構(gòu)成S形輥縫，通過軸向反向移動上下軋輥，就可實(shí)現(xiàn)軋輥凸度連續(xù)變化與控制。西馬克公司（SMS）還申請了多個關(guān)于CVC軋輥的專利申請，例如1982年提出的（優(yōu)先權(quán)號：DE3213496A），1985年提出的（優(yōu)先權(quán)號：DE3525638A），1986年提出的（優(yōu)先權(quán)號：DE3600144A）。之后陸續(xù)有日本的申請人提出關(guān)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(yōu)先權(quán)號：JP13966685A），川崎重工業(yè)株式會社（KAWJ）于1986年提出的（優(yōu)先權(quán)號：JP16090486A），住友金屬工業(yè)株式會社（SUMQ）于1986年提出的（優(yōu)先權(quán)號：JP24509886A）。中國申請人最早于1989年由北京科技大學(xué)提出的（申請?zhí)枺篊N89202773.8），之后陸續(xù)有寶鋼、首鋼、武鋼等一些公司提出關(guān)于CVC軋輥的專利申請。從CVC軋輥全球的發(fā)展趨勢來看，CVC軋輥全球?qū)＠暾埖牡谝粋€峰值出現(xiàn)在1986年，這是因?yàn)镃VC軋輥是在20世紀(jì)80年代由德國西馬克公司（SMS）研制出的，經(jīng)過幾年的發(fā)展，在1986年達(dá)到申請量的第一個峰值，之后申請量逐漸平穩(wěn)，直到2008年，隨著中國申請量的增加，申請量達(dá)到第二個峰值，并最終在2012年達(dá)到申請量最高的峰值。

結(jié)語

變凸度軋輥技術(shù)領(lǐng)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(yè)株式會社（SUMQ）和德國西馬克公司（SMS），我國在該技術(shù)領(lǐng)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(jīng)濟(jì)總量不斷增長以及知識產(chǎn)權(quán)的完善，國內(nèi)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(nèi)申請人可以通過多研究和借鑒國外的前沿技術(shù)，來增強(qiáng)我國在變凸度軋輥技術(shù)領(lǐng)域中的競爭實(shí)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(xué)學(xué)報，1992（1）：25-30.

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

［3］徐樂江.板帶冷軋機(jī)板形控制與機(jī)型選擇［M］.北京：冶金工業(yè)出版社，2007.

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