从专利技术角度分析变凸度轧辊技术发展

谢　旺

（国家知识产权局专利局专利审查协作江苏中心，江苏 苏州 215163）

从专利技术角度分析变凸度轧辊技术发展

谢旺

（国家知识产权局专利局专利审查协作江苏中心，江苏 苏州 215163）

随着生产技术的不断发展，用户对带钢的质量和品种的要求越来越高，变凸度轧辊作为一种近年来发展较新的轧辊，在板带材生产领域得到了较好的应用。本文针对变凸度轧辊的专利申请进行了统计，对国内外专利申请量、申请人分布等多方面进行了分析，并阐述了变凸度轧辊领域的专利申请发展趋势，给出了其技术领域的发展脉络，了解到了VC轧辊和CVC轧辊的发展路线。

变凸度；轧辊；VC；CVC

1.概述

通常意义下，板带质量主要是指板带材应具有满足使用要求的高尺寸精度和良好的板形。要满足上述要求，就必须使用不同凸度的工作辊，以便形成合适的辊缝形状，即辊缝形状必须与希望的带钢断面形状一致。对于不同尺寸规格的带钢，只有一种最佳凸度能够良好地控制板形。因而，为了满足生产工艺需求，传统轧机必须配备多套不同凸度的轧辊。这样传统轧机换辊过程无形中降低了生产效率，同时备用多套轧辊浪费了大量的资金，因而传统的轧机已经不能适应现代化的工业生产。

20世纪70年代，日本住友金属工业株式会社（SUMQ）研制出一种可变凸度轧辊，称为VC轧辊（Variable Crown Roll）或液压胀形轧辊，其板形控制能力强，反应速度快，比其他各种现有技术更适合板形的在线控制，并且该项技术特别方便于现有轧机的改造，因此，该项技术在板带材生产领域得到了较好的应用。

20世纪80年代，德国西马克公司（SMS）研制出一种可以连续改变轧辊凸度的轧机，其具有一对连续变凸度轧辊，称为CVC轧辊（Continuously Variable Crown Roll），由于其独特的控制板带截面形状和控制板形的特性，自研制成功后，在钢板带和铝板带轧制中获得了广泛地应用。

除了上述两种较为有效的板形控制方法，也还有其他板形控制方法，例如轧辊弯辊法、轧辊局部冷却控制方法、HC轧机、K-WRS轧机、UPC轧机、PCM轧机，但国内外对VC辊、CVC辊的研究较多，其专利申请量也较多，因而，本文主要针对VC辊、CVC辊进行研究，对国内外变凸度轧辊专利技术进行分析。

2.变凸度轧辊专利全球申请量趋势分析

变凸度轧辊的专利申请在中国起步时间较晚，该领域的第一个专利出现在1989年，此后的20年内总体数量保持在低位，直到2008年以后才开始出现专利数量的大幅上升，在2013年的申请量达到最高值，近5年来，变凸度轧辊技术得到了高度重视，国内专利申请量呈迅猛攀升趋势，上升势头强劲。从专利申请人的分布分析，国内变凸度轧辊的研究主要集中在CVC轧辊，并且申请人主要为科研院校以及大型钢铁企业。

对比全球历年相关申请的申请量趋势，对变凸度轧辊的专利申请最早出现在20世纪70年代，申请量极少，这主要是因为变凸度轧辊的研究还处于初级阶段；从20世纪80年代开始，关于变凸度轧辊技术的申请量开始大幅上涨，这主要是因为变凸度轧辊在应用中取得了较好的效果，申请人大量申请专利，到20世纪90年代，申请量开始放缓。从专利申请人的分布分析，住友金属工业株式会社（SUMQ）的申请量高居榜首，并遥遥领先其他申请人。排名其次的是西马克公司（SMS），这两个申请人分别研制出了VC辊和CVC辊，因而在相应的技术分支上都处于领导地位。

3.变凸度轧辊专利技术发展路线

目前，变凸度轧辊的研究主要集中在VC辊和CVC辊，因而主要针对VC辊、CVC辊进行研究。

3.1VC轧辊

VC轧辊由芯轴和辊套组成。在芯轴和辊套之间设有液压腔，高压液体经高速旋转的高压接头由芯轴进入液压腔。在高压液体的作用下，辊套外胀，产生一定的凸度。调整液体压力的大小，可以无级改变辊套凸度，迅速校正轧辊的弯曲变形和压扁变形，达到控制板材的目的。辊套和芯轴两端在一定长度内采用过盈配合，一方面对高压液体起密封作用，另一方面在承受轧制载荷时，传递所需要的扭矩，并保证轧辊的整体刚度。

VC辊的专利最早出现在1975年，是由住友金属工业株式会社（SUMQ）提出的（优先权号：JP13331275A），其中VC轧辊由芯轴和辊套组成，在芯轴和辊套之间设有液压腔，高压液体经高速旋转的高压接头由芯轴进入液压腔，在高压液体的作用下，辊套外胀，产生一定的凸度，从而获得一种变凸度轧辊。之后住友金属工业株式会社（SUMQ）陆续申请了大量关于VC辊的专利，这些专利申请涉及的主要是单个液压腔，在1981年，住友金属工业株式会社（SUMQ）又申请了一种涉及多个液压腔的申请（优先权号：JP13889081A），通过控制轧辊内的多个液压腔，能更加快速和方便地调节轧辊的凸度。中国关于VC辊的研究起步较晚，专利申请量也较少，首先由东北重型机械学院秦皇岛分校（现燕山大学）于1989年提出（申请号：CN89108636.6），之后陆续有宝钢、苏州有色金属研究院有限公司等一些公司提出关于VC辊的专利申请。在2010年，宝钢提出了涉及多个液压腔的专利申请（申请号：CN201010524921.X），其余的专利申请主要是涉及单个液压腔的专利申请。

3.2CVC轧辊

CVC轧辊辊型为非圆柱面的回转体，外形呈瓶状（S形），上下辊相同，装成一正一反，互为180°，构成S形辊缝。通过轴向反向移动上下轧辊，就可实现轧辊凸度连续变化与控制。当轧辊未抽动时，辊缝略呈S形，轧辊工作凸度等于零，即为平辊型或中性凸度；当上辊向左下辊向右移动等距离，即大头抽出时，此时中间辊缝变大，辊缝凸度增大，则形成辊凸度为负的轧辊，轧辊工作凸度小于零，称负凸度控制；反之，如果上辊向右下辊向左移动等距离时，即小头抽出时，此时中间辊缝变小，辊缝凸度减小，则形成辊凸度为正的轧辊，轧辊工作凸度大于零，称正凸度控制。由此可见，调节CVC轧辊的抽动方向和距离，就可调节原始辊凸度的正负与大小，相当于一对轧辊具有可变的原始辊凸度。工作辊移动的距离不同，辊缝的凸度也随之而变。这样，便可以获得从中凹到中凸连续变化的辊缝形状，实现辊缝凸度的无级调控。

最早关于CVC轧辊的专利是由德国西马克公司（SMS）于1980年提出的（优先权号：DE3038865A），其通过将轧辊辊型为非圆柱面的回转体，外形呈瓶状（S形），上下辊相同，装成一正一反，互为180°，构成S形辊缝，通过轴向反向移动上下轧辊，就可实现轧辊凸度连续变化与控制。西马克公司（SMS）还申请了多个关于CVC轧辊的专利申请，例如1982年提出的（优先权号：DE3213496A），1985年提出的（优先权号：DE3525638A），1986年提出的（优先权号：DE3600144A）。之后陆续有日本的申请人提出关于CVC轧辊的专利申请，如新日本制铁株式会社（YAWA）于1985年提出的（优先权号：JP13966685A），川崎重工业株式会社（KAWJ）于1986年提出的（优先权号：JP16090486A），住友金属工业株式会社（SUMQ）于1986年提出的（优先权号：JP24509886A）。中国申请人最早于1989年由北京科技大学提出的（申请号：CN89202773.8），之后陆续有宝钢、首钢、武钢等一些公司提出关于CVC轧辊的专利申请。从CVC轧辊全球的发展趋势来看，CVC轧辊全球专利申请的第一个峰值出现在1986年，这是因为CVC轧辊是在20世纪80年代由德国西马克公司（SMS）研制出的，经过几年的发展，在1986年达到申请量的第一个峰值，之后申请量逐渐平稳，直到2008年，随着中国申请量的增加，申请量达到第二个峰值，并最终在2012年达到申请量最高的峰值。

结语

变凸度轧辊技术领域的专利申请量主要集中在日本和德国，特别是集中在住友金属工业株式会社（SUMQ）和德国西马克公司（SMS），我国在该技术领域也有一定的专利申请量，但这些专利的申请时间普遍在2000年以后，特别是近些年来，随着我国经济总量不断增长以及知识产权的完善，国内专利申请量以较快的速度在增长，但研究深度方面仍不及国外，因此，国内申请人可以通过多研究和借鉴国外的前沿技术，来增强我国在变凸度轧辊技术领域中的竞争实力。

［1］康贵信，李谋谓，陈志健，等.VC轧辊的凸度生成与板形控制［J］.北京科技大学学报，1992（1）：25-30.

［2］候张宝.热宽带钢轧机的板形控制技术［J］.轧钢，1995，12（1）：12-15.

［3］徐乐江.板带冷轧机板形控制与机型选择［M］.北京：冶金工业出版社，2007.

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