CN102728611A - 用于在轧钢机中生产定制长度钢材的方法和设备 - Google Patents

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Abstract

一种应客户要求生产定尺剪切的钢材的方法，所述方法包括以下步骤：从轧机生产连续长度的钢材；在不降低轧机速度的情况下将所述连续长度的钢材剪切成客户要求长度；以及使用两个捆扎站中的一个捆扎客户要求长度的钢材，所述两个捆扎站设置成接收并捆扎已剪切钢材。

Description

用于在轧钢机中生产定制长度钢材的方法和设备
技术领域
本发明涉及生产定制长度钢材的方法和设备，且具体地说是以连续操作进行。
更具体地说，本发明涉及生产应客户要求的具有特定长度的钢材。
钢材，不管它们是用于建筑用钢材或用作特殊钢，在商业模式中均具有基本缺陷：它们都是商品，而在建立轧钢生产线用于钢材的生产时需要大量的资本投入。本发明将商业的内在“商品”属性转换为“大量定制化”(mass customization)商业，从而在该过程中获取更多价值。本发明将允许轧机在线生产定尺剪切钢材且同时显着地减少端部损失。其可以用最小的附加投入结合到任何现有轧机中。
背景技术
现行钢材以12m、15m或18m的“标准长度”且以相同尺寸钢材通常为2吨的“标准捆重量”提供。在建筑钢材的情况下，它们仍必须根据特定柱、梁或楼板的建筑结构的设计剪切成较短长度。这些短特定长度通常不设计为任何标准长度的倍数(multiple)，且因而在剪切时将导致剪切损失。在这种定尺剪切操作通常在建筑地点上或在建筑地点外的“剪切和弯曲”工场中执行。在“剪切和弯曲”操作中，通常预期钢材会有5％的损失，即使用最佳的计算机辅助优化程序也是如此。该5％在建筑项目中相当可观，尤其面对当今高昂的钢材价格。
12m、15m和18m标准长度被选择以最大程度地使用船和货车的货舱的空间，同时标准捆长度还用于优化船和货车的起重设备的能力。
现时有一项技术称为热钢坯“闪光焊接”(flash welding)，其中，在离开加热炉时，钢坯的尾部在线焊接到下一个钢坯的头部。这种操作将允许在没有任何首尾的情况下连续地轧制钢材；这类似于连续铸造机中的“连铸”。该无头轧制(endless rolling，或连续轧制)过程的主要目的是使得轧机中的切头和切尾以及冷床处的短料损失最小化。采用该闪光焊接过程与冷床之前的非常高精度的现代飞剪装置一起，对于120m长的钢材，在冷床上能够持续地实现+50/-00mm的精度。相比2.5％的一般工业损耗，这是大约0.05％的头尾剪切损失。
闪光焊接过程在钢坯的每个闪光焊接驳口处产生高温。温度的上升将导致驳口的宽展减少而延伸增加，继而导致驳口部分成品的截面积会小于其它部分，且有可能低于钢材标准中规定的最小面积。美国专利No.6,929,167B2Pong等教导了消除这种颈缩的方法。在实际生产过程中，在轧制生产线中设置测量器以监测中间坯的尺寸，结果表明，该方法能够使驳口截面积与其它部分保持一致。
采用闪光焊接和能保持驳口截面积的方法，在线定尺剪切可以在几乎无损耗的情况下用150方坯生产公称直径50mm(2英寸)至10mm([3/8]英寸)及12m长度的各种直径的钢材。由于钢坯的起始重量有限，其将导致每个直径的钢材的最终长度不一。每件钢坯经轧制后的钢材的总长度将不会正好是12m(40英尺)的标准钢材长度的倍数，这会导致短料损失。这通常为2.5％。采用上述无头轧制，钢坯被首尾焊接以形成不间断的钢坯，将没有短料损失。
在建筑螺纹钢标准BS4449或ASTM615的规定中，只要不损害钢材强度，则允许尺寸公差。通常，BS4449(2005)这种许可尺寸公差是+/-4.5％。让我们把目标是定在-3％，即，负公差的钢材，但是不影响钢材的强度。采用单根钢坯轧制，-3％负公差的钢材将导致短料长度的增加。这将导致浪费。采用焊接钢坯的无头轧制，较长端部件将进入下一个进来的件中且变成其一部分，因而，该-3％将作为可用钢完全回收且没有浪费。
由于装运或运输原因，这种最终钢材通常剪切至12m(40英尺)、15m(50英尺)或18m(60英尺)长度。由于柱、梁或板的不同长度，建筑地点的实际长度需求并不会精确地为12m、15m或18m。这些钢材必须以独立操作剪切。剪切至特定钢材长度的一般会造成5％的损耗。
定尺剪切钢材生产方法和设备的示例从US 2011-036137A已知。该文献描述了将连续轧制长度的钢材分批剪切成不同长度的过程，长度为客户所需长度的倍数，然后将所述钢材首先剪切成客户所需长度的两倍，且然后分成两半至客户所需长度。然后捆扎以用于运输出厂。
发明内容
本发明的目的是提供一个在线连续焊接，连续轧制，连续剪切，生产适用长度的钢材，又不降低轧线产能的方法和设备。
本发明的进一步目的是允许这种方法和设备连续地生产通常需要中断连续操作的短长度钢材。
本发明的具体目的是提供一种可以在不影响轧制速度的情况下根据客户订单在线生产定尺剪切短件的方法和设备。
从一方面看，本发明提供一种应客户要求生产定尺剪切的钢材的方法，所述方法包括以下步骤：从轧机生产连续长度的钢材；在不降低轧机速度的情况下将所述连续长度的钢材剪切成客户要求长度；以及使用两个捆扎站中的一个捆扎客户要求长度的钢材，所述两个捆扎站设置成接收并捆扎已剪切钢材。
本发明人认识到，随着连续轧制钢材剪切的长度变短，钢筋根数将会增加，要捆扎的钢材的次数增加。然而，这变成问题，尤其是在期望长度短于标准长度时，该钢材根数的增加会在下游工序产生瓶颈。因而，生产率不能进一步增加，且连续轧制定尺剪切钢材生产方法不能在不降低连续长度钢材的产能(这将降低轧机的生产率)的情况下生产短钢材。然而，在本发明中设置多个路径处理从轧机输送来钢材且提高钢材生产效率。且还允许在连续轧制过程中快速生产短，尤其是比标准长度更短的定尺剪切钢材。
从另一方面看，本发明提供一种用于生产客户要求长度的钢材的设备，所述设备包括：轧机，用于生产连续长度的钢材；联接到CPU的剪切装置，所述CPU配置成操作所述剪切装置，以与生产的连续长度钢材的生产同时生产被剪切至客户所需长度的钢材；和至少两个捆扎站，所述至少两个捆扎站设置成从冷剪装置接收已剪切钢材，从而生产客户所需长度的钢材。
所附权利要求包括从属权利要求，所述从属权利要求限定本发明的上述方面的优选实施例。
以下详细描述参考附图详细描述本发明的示例性实施例。
附图说明
图1是轧钢线的一部分的示意图，其中，已轧制形成并剪切成特定长度定尺钢材在两个捆扎站处捆扎。
图2示意性地示出了用于形成定尺剪切的操作的中央处理器(CPU)。
具体实施方式
在图1中示出了轧机11的出口10，已轧制钢材12以高速率从出口10连续地送出。钢材12由已焊接的连续钢坯轧制出来。飞剪装置13在轧机出口10的下游，飞剪装置13由中央处理单器(CPU)控制剪切钢材12且形成给定长度的钢材14，已剪切钢材14堆放在运输辊道16的运输辊15上。
如前文所述，当前实例限于在轧机生产大约120m长度的钢材，因为这长度是当前轧线能够以高轧制速率生产的最佳长度。
本发明允许在不降低生产速率的情况下生产特定任意较短长度，且具体地将钢材长度剪切至与工作所需长度相对应的客户所需长度，从而完全消除工作地点的剪切浪费以及在工作地点进行生产剪切的需要。这将在稍后更充分阐述。剪切钢材14然后横向平移到冷床16的齿形槽中经受冷却。钢材14从一个齿形槽到另一个齿形槽逐级地前移，直到其达到最后齿形槽，其中，钢材14此时已被冷却且准备好横向平移到滑移装置(shuffle device)SD，在此，给定数量(例如，10左右)的钢材被收集且形成批次钢材14层。冷床和滑移装置的结构和操作是常规的就不详细描述。
滑移装置上的批次钢材14然后侧向移动到靠近滑移装置SD设置的运输辊道17上。运输辊道17具有运输辊18，所述运输辊18被驱动以将各批次钢材14与前移到运输辊道17上的方向相反地向前移动。
为了跟上生产速率且进行短定尺剪切，两个冷剪19，20和各自的活动檔板21，22沿运输辊道17按顺序设置，以将钢材14剪切至期望长度。以1000吨或更大力的冷剪，且其固定在紧固的刚性基础装置中。两部冷剪以20m的间隔安装以处理预期会有大量的定尺剪切钢材。具体地，钢材14移动至活动檔板21控制的停止位置，在活动檔板21处，冷剪装置19从钢材端部隔开一距离，该距离等于期望定尺剪切钢材长度的两倍。钢材前移到活动檔板22，在可移动活动檔板22处，冷剪装置20将所述钢材一分为二成至最终期望长度。当两部冷剪19，20均已经剪切钢材时，便会得到期望剪切长度的钢材23。活动檔板21，22可调节位置以调整冷剪剪切钢材14的长度。通过钢材的该双重剪切，可以保持生产速率。而且，当对于随后批次要改变钢材的长度时，活动檔板被调节以与期望新长度相对应。
接下来，定尺剪切件经由两个链式运输带中的一个作侧向移动，以供应给两个捆扎站24a，24b中的一个，其中，件23被捆扎且准备好用于装运。从冷剪20的前半部分剪切的钢材供应给捆扎站24a，而从冷剪20的后半部分剪切的钢材供应给捆扎站24b。
捆扎站24a，24b中的每个包括运输辊道25a，25b，已剪切钢材23堆放在在运输辊道25a，25b上。钢材23前移到常规收集器26a，26b，其中，运输辊道的运输辊呈是凹形的阵列设置，以便收集成捆的钢材。
为了捆扎具有较短长度钢材(即，显着小于12m，例如8m或更小)，需要打三个隔开的结，以确保运输过程中不会散开。当钢材的长度基于新客户订单变化时，结的间隔或间距必须相应地变化。此外，根据本发明，所有打捆操作以一个步骤(stop)同时执行以跟上轧机速度。通常，两端的结位于距端部给定距离处，而中间结在它们之间的中间位置。收集到的钢材供应给三个隔开的常规捆扎机27a，27b，28a，28b，29a，29b，所述捆扎机在处于合适间隔位置30，31，32处进行打捆。结30，31和32同时进行打捆然后经由各自的运输辊道25a，25b从捆扎站24a，24b向前移动以从轧机输送出去。
根据本发明，第二和第三部捆扎机28a，28b，29a和29b固定在可移动的支架上，从而在钢材长度变化时它们可以快速地调节间隔。这会减少已剪切钢材沿捆扎站移动时所需的时间。可移动捆扎机28a，28b，29a，29b分别连接到各自的液压缸33a，33b，34a，34b，所述液压缸连接到CPU以控制捆扎机的位置。
捆扎站24a，24b同时操作以捆扎定尺剪切钢材23。
本发明使提供建筑地点所需的特定短长度定尺剪切变为可能，并挽回与现有技术有关的所有损失，同时还不减慢轧机的生产率。
本发明的关键部件是CPU，所述CPU控制钢坯入炉、以及以下组件。
a)飞剪13
b)齿形托料板及冷床步进动作
c)运输辊道17
d)运输辊道25
e)冷剪19，20
f)活动档板(gauge stop)21，22
g)捆扎机27a，27b，28a，28b，29a，29b
h)液压缸33a，33b，34a，34b
示例
以下示例将详细阐述轧机获得定尺剪切钢材的操作过程。
记录每根进入加热炉钢坯的重量。这些重量将与最终产品重量进行比较以获得该过程的材料损失，该材料损失主要是氧化损失。如前文所述，由于使用闪光焊接的方法，因而会减小切头损失，没有切尾损失。
操作者根据被轧制钢材的具体尺寸的订单输入精确数量和精确特定长度，用于飞剪13的指令。操作员可以按照订单要求的钢材款式输入所需的数量和长度，用于控制飞剪13进行剪切。
在常规方法的情况下：
如果要从12m标准长度剪切6.4m钢材的订单，会得到一条6.4m钢材和一条5.6m的短料。
如果从15m标准长度剪切，将会得到两条6.4m和一条2.2m的短料。
如果从18m标准长度剪切，将会得到两条6.4m和一条5.2m的短料。
这些短长度通常放在一旁用于可能需要更短长度的建筑项目中，又或者将它们作为废料处理。所有这些选择都是不希望的。
在本发明的情况下，操作者将在CPU的可编程逻辑中设置飞剪剪切13的次序，以产生特定长度的倍数供飞剪剪切。假定典型冷床能够接收120m长的钢材，CPU的可编程逻辑将允许操作者将飞剪设定为115.2m的剪切长度，这是6.4m的18倍。如果订单是500根6.4m，那么设置剪切27根115.2m，最后一支剪切为89.6m，从而得到总长度3200m或者500根6.4m。
冷床将在最后剪切89.6m之后自动移动两个步距，以将该批次与下一批次分开。
如果下一个订单是5.2m，操作者将输入109.2m，这在先前6.4m批次之后产生21件5.2m。如果该5.2m订单是例如400根，那么109.2m的剪切次数将是18，最后剪切114.4m。该订单的总长度是2080m，产生400件5.2m最终长度。同样，冷床将自动前进两个步距将该新批次从下一批次分开。重复以上操作便可以得到其它相同直径钢材的任何特定长度和数量。
当每个批次钢材通过步进动作离开冷床16时，该批次钢材将以常规方式侧向横移到运输辊道17。每个批次将独立地传输到冷剪19，20中，以便最终剪切至预订长度。在该情况下，第一批次将是115.2m，最后一根是89.6m，最终剪切为6.4m，第二批次将是109.2m，最后一根是114.4m，最后剪切为5.2m。冷剪的剪切能力将确定每次剪切多少根来自于相同批次长度的钢材。值得注意的是，由于进入冷床的每根钢材的尾端此刻作为前端输送到冷剪，因而，由于飞剪13的剪口很整齐所以将不需要冷剪对钢材的头部进行修整。这有助于附加的材料节省。
使用两个固定在线冷剪19，20以便跟上轧机剪切这种短钢材的轧制容量。每个冷剪装置将具有其相应活动档板21，22。在该示例中，第一部活动档板21将设置在12.8m，即2×6.4m，已剪切钢材将输送动到设置在6.4m的下一部活动档板24且由第二部冷剪剪切至6.4m。在每个特定长度的批次完成后，活动档板21，22将根据来自于CPU的信号自动地移动到下一个位置且被锁定。在该示例中，第一部活动档板21将移动至10.4m，即2×5.2m，而第二部活动档板22将移动至5.2m。
短钢材的捆扎次数比较频密，需要设置两道精整工序(24a，24b)。每个特定长度的钢材将独立地收集到一足够重量的成捆钢材后使用两个捆扎站24a，24b中的一个来进行打捆处理。CPU的可编程逻辑中的附加指令将发送至在线捆扎机27a，27b，28a，28b，29a，29b，从而可以沿短钢材的长度方向以合适间隔进行打结。第二部和第三部捆扎机28a，28b，29a，29b是可移动的，而第一部捆扎机27a，27b是固定的，从而设置打结的合适间距并且允许同时进行打捆操作以减少沿常规捆扎站输送的短钢材所需要的时间。已打捆钢材经由各自的运输辊道25a，25b离开各自的捆扎站24a，24b。每个已打捆钢材被称重且用合适的钢材代码标签标记，所述标签标明合同编号、尺寸、长度、根数和弯曲钢材表。
在独立操作中，特定长度的这些捆装钢材传送到轧机附近的弯曲工场。该弯曲工场将根据弯钢材表进行每个钢材的必要弯曲。这些已剪切和弯曲的钢材然后将准备好用于输送至建筑地点，以便安装在各种梁或柱或楼板中。
总而言之，本发明的轧制操作应当节省常规制造中多达10％的损失，且能够在没有附加成本的情况下给客户提供特定数量的定尺剪切钢材。
虽然本发明已经参考所公开实施例进行描述，但是本领域技术人员将清楚，在权利要求限定的本发明范围内，可以进行许多变型和变化。

Claims (17)

1.一种应客户要求生产定尺剪切的钢材的方法，所述方法包括以下步骤：
从轧机生产连续长度的钢材；
在不降低轧机速度的情况下将所述连续长度的钢材剪切成客户要求长度；以及
使用两个捆扎站中的一个捆扎客户要求长度的钢材，所述两个捆扎站设置成接收并捆扎已剪切钢材。
2.根据权利要求1所述的方法，还包括：同时操作所述两个捆扎站以捆扎从上游输送来的客户要求长度的钢材。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其中，所述捆扎站中的至少一个具有多个捆扎机，且其中，第一部捆扎机保持轴向固定，其位置而与客户要求长度无关。
4.根据权利要求3所述的方法，其中，捆扎站的其它捆扎机中的至少一个是能轴向移动的。
5.根据权利要求4所述的方法，输送能轴向移动的捆扎机能响应于客户要求长度变化而改变其轴向位置。
6.根据任一项前述权利要求所述的方法，其中，客户要求长度的钢材分别或同时通过各自的运输链或运输带进入或离开各自捆扎站。
7.根据任一项前述权利要求所述的方法，其中，在不降低轧机速度的情况下将所述连续长度的钢材剪切成客户要求长度包括：
将所述连续长度的钢材剪切至客户订单的钢材长度的倍数的钢材，
在在线冷剪中将所述钢材首先剪切成客户订单的钢材长度的两倍，最后剪切成两半至客户所需长度。
8.根据权利要求7所述的方法，其中，在最后剪切之后位于所述在线冷剪的第一侧上的客户所需长度的钢材传输至第一捆扎站，且其中，在最后剪切之后位于所述在线冷剪的与所述第一侧相对的第二侧上的客户所需长度的钢材传输至第二捆扎站。
9.根据任一项前述权利要求所述的方法，其中，捆扎客户所需长度的钢材包括使用设置成接收并捆扎已剪切钢材的多于两个捆扎站中的一个。
10.一种用于生产客户要求长度的钢材的设备，所述设备包括：
轧机，用于生产连续长度的钢材；
联接到CPU的剪切装置，所述CPU配置成可控制所述剪切装置，将连续长度的钢材剪切至客户所需长度的钢材；和
至少两个捆扎站，所述至少两个捆扎站设置成从冷剪装置接收已剪切钢材，从而生产客户所需长度的钢材。
11.根据权利要求10所述的设备，其中，所述捆扎站中的至少一个具有多个捆扎机，且其中，第一部捆扎机保持轴向固定，其位置与客户所需长度无关。
12.根据权利要求11所述的设备，其中，捆扎站的其它捆扎机中的至少一个是能轴向移动的。
13.根据权利要求12所述的设备，其中，所述能轴向移动的捆扎机由所述CPU控制，并根据客户订单长度改变其轴向位置。
14.根据权利要求10-13中任一项所述的设备，还包括：分别设置成将客户所需长度的钢材供应给各自捆扎站的两条链式运输带，或者分别设置成从第一和第二捆扎机送出所述钢材的两条运输带，或者以上两者。
15.根据权利要求10-14中任一项所述的设备，包括多于两个捆扎站，所述捆扎站设置成从冷剪装置接收已剪切钢材，以产生客户所需长度钢材。
16.根据权利要求10-15中任一项所述的设备，其中，剪切装置包括：
在所述轧机出口处的飞剪装置；
所述CPU控制所述飞剪装置，以将所述连续长度的钢材剪切至这样的长度：每个长度表示客户订单的钢材长度的倍数；
两个在线冷剪装置，钢材连续地供应给所述在线冷剪装置，
所述冷剪装置具有各自的活动档板，
所述冷剪装置和所述活动档板连接到所述CPU，所述CPU定位并操作所述冷剪装置，使得一个冷剪装置将所述长度剪切成与客户所需长度的两倍件，另一个冷剪装置将已剪切钢材剪切成两半，以产生剪切至客户所需长度。
17.根据权利要求16所述的设备，其中，所述设备设置成使得：在最后剪切之后位于所述在线冷剪装置的第一侧上的客户所需长度的钢材传输至第一捆扎站，且其中，在最后剪切之后位于所述在线冷剪装置的与所述第一侧相对的第二侧上的客户所需长度的钢材传输至第二捆扎站。
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