CN104815907B - 一种热轧带钢中间坯的快速连接模具及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种热轧带钢中间坯的快速连接模具及方法，该模具包括上模和下模；所述上模和所述下模相互咬合；所述上模和所述下模的咬合面上均设置有多个柱形齿。所述方法包括：首先利用剪切机将粗轧后中间坯的头尾切平齐，使中间坯形成平直头尾端面；再将前后两块中间坯的头尾端部对齐形成搭接区；最后利用压力机和压力机上的所述模具对中间坯的搭接区实施压力塑性变形连接，由此，使前后两块中间坯的搭接区通过剧烈塑性变形咬合连接在一起。本发明的中间坯的快速连接模具及方法，工艺设备简单，能够快速地连接中间坯，压制后的中间坯连接强度高。

Description

一种热轧带钢中间坯的快速连接模具及方法

技术领域

本发明涉及材料成形技术领域，特别是指一种热轧带钢中间坯的快速连接模具及方法。

背景技术

热轧带钢无头轧制技术是目前世界钢铁生产最先进的技术之一，它可以将若干块粗轧后的中间坯连接起来，连接起来的中间坯连续进入精轧机组，由精轧机组连续稳定地轧制，并由层流冷却线稳定地进行冷却和相变控制，最后经飞剪剪切并由卷取机卷成多个热轧带钢卷。与常规轧制相比，无头轧制可显著提高生产效率、成材率、并保证多个带卷具有极高的尺寸形状精度和均匀一致的组织性能，同时也将显著改善精轧穿带性能，减少轧辊辊耗，并实现极薄宽带钢等新产品的稳定生产。

在无头轧制技术中，粗轧后中间坯的连接技术是实现无头轧制的首要关键技术。由于精轧机组采用张力轧制，热状态下中间坯的连接质量影响无头轧制能否实现，若连接时间过长，不仅影响生产效率，还将产生明显温降，使后续精轧难以进行，若连接强度不高、质量不好，则连接处容易发生断带，使连续精轧不能进行并产生堆钢等生产事故；同时要求连接设备不宜复杂，否则不但会使设备安装位置受到限制，还会增加投资及生产维护成本。

现有技术中，中间坯的连接方法，主要有感应加热连接法、激光加热连接法、机械剪切压合连接法和压齿连接法等。

感应加热连接法是将前块带坯尾端与后块带坯前端之间保持一微小间隙，在这种状态下于板厚方向施加交变磁场，就会在两块带坯的结合端面产生感应电流。带坯端面由于这一感应电流引起的焦耳热而发热、升温、熔化，然后将熔化端面对压、冷却而完成焊合连接。这种连接方法，由于在感应加热时，流过带坯端部角部的电流远小于流过中部的电流，使连接面端部残留未结合部。同时，连接区的温度高于带坯其它部分的温度，其强度也低于其它区域，并且在连接区上下表面产生毛刺，需要快速剔除，因此，连接区成为无头轧制过程中的薄弱环节，容易产生断带。另外，由于此方式为熔化焊合连接，因此，不同钢种因化学成分及物理冶金特性不同，焊合连接区的强度将收到影响。

激光加热连接法与感应加热连接法相比，可消除未结合部的存在，但仍然是结合部的区域通过激光熔化，并要求对接端面高精度平齐，对剪切质量及精度要求很高，使对接面保持极小的缝隙才能进行激光熔化焊接，以及适用钢种有限的问题；而且激光器所需功率非常大，明显增加装备投资维护及生产成本。

机械剪切压合连接法是采用特殊设计的剪切压力机，将中间坯搭接区沿斜面切断的同时，对斜切面施加压力使之沿剪切面形成物理结合。这种连接方法由于对剪切面施加压力进行物理连接，主要适用于同种材质连接，不同种材质连接时，同样存在因化学成分及物理冶金特性不同，使连接区的强度收到影响，同时，该设备庞大，占用空间大、设备投资及维护成本高等问题。

压齿连接方式是对前一中间坯的尾部和后一中间坯的头部先压成沿宽度方向的几条沟槽，然后再将沟槽区搭接并对搭接区施加压力、进行塑性连接的两步成形连接方法，由于要先在端部压制沟槽，并且还要在第二步中进行对准和施压，因此该方法成形所用时间较长，加工效率较低。

总之，现有技术中的中间坯连接方式，均存在设备投资大、中间坯连接强度不高、连接速度较慢、时间较长或者不适用于异种钢材的连接、设备庞大、投资大、维护成本高这些问题中的一种或几种。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种工艺设备简单、连接强度高、连接速度快、适用范围广的热轧带钢中间坯的快速连接模具及方法，以解决现有技术所存在的中间坯连接设备适用范围小、强度低、设备投资及维护成本较大等问题。

为解决上述技术问题，本发明实施例提供一种热轧带钢中间坯的快速连接模具，包括上模和下模；所述上模和所述下模相互咬合；

所述上模和所述下模的咬合面上均设置有多个柱形齿。

其中，所述柱形齿的高度小于或等于中间坯的厚度，所述柱形齿的直径等于或小于中间坯厚度的2倍。

其中，所述模具沿中间坯宽度方向的宽度大于中间坯的宽度。

其中，所述柱形齿沿中间坯宽度方向排列在所述上模和所述下模的咬合面上。

其中，所述多个柱形齿为不等高柱形齿。

本发明实施例还提供一种热轧带钢中间坯的快速连接方法，包括如下步骤：

步骤一、在热连轧生产线粗轧机与精轧机之间，设置剪切机和压力机；

步骤二、利用剪切机将粗轧后相邻两个中间坯的端部切平齐，使相邻两个中间坯的头尾形成平直的端面；

步骤三、将前块中间坯尾部与后块中间坯的头部上下交错搭接在一起，形成搭接区；

步骤四、利用所述压力机及安装在该压力机上的如权利要求1-3任一的模具对中间坯的搭接区实施压力塑性变形连接，使前后两块中间坯的搭接区通过塑性变形咬合连接在一起。

其中，所述步骤二中，粗轧后中间坯的厚度为20～40mm。

其中，所述步骤二中，粗轧后中间坯的温度为900～1100℃。

其中，所述剪切机与所述粗轧机之间设置有热卷箱。

本发明的上述技术方案的有益效果如下：

上述方案中，通过在模具咬合面上设置多个柱形齿，来对前后两个中间坯的端部进行施压，从而使两块中间坯的搭接区通过剧烈塑性变形咬合连接在一起，大大增强了中间坯的连接强度；并且，由于两个中间坯之间主要是机械连接，因此适用于大多数的钢材。同时，模具结构简单，与模具配合的剪切机成本低廉，设备投资较少。

本发明的中间坯的快速连接模具及方法，工艺设备简单，能够快速地连接中间坯，压制后的中间坯连接强度高。

附图说明

图1为本发明实施例提供的热轧带钢中间坯的快速连接模具的结构示意图；

图2为图1中尺寸结构图；

图3为本发明实施例提供的热轧带钢中间坯的快速连接模具的咬合示意图；

图4为图3的咬合面剖面图；

图5本发明实施例的热轧带钢中间坯的快速连接方法加工流程图。

[主要元件符号说明]

1、上模；

2、下模；

3、柱形齿；

4、中间坯；

41、前块中间坯；

42、后块中间坯；

10、粗轧机；

20、热卷箱；

30、剪切机；

40、中间坯快速连接模具；

50、精轧机。

具体实施方式

为使本发明要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。

为解决现有技术中中间坯连接设备适用范围小、强度低、设备投资较大的问题，本发明实施例提供一种工艺设备简单、连接强度高、连接速度快、适用范围广的热轧带钢中间坯的快速连接模具。

如图1所示，本发明实施例提供的热轧带钢中间坯的快速连接模具，包括上模1和下模2；所述上模1和所述下模2相互咬合；相互咬合的意思即为在使用过程中相互靠近，并且模具在水平面的凸起部分完全为平面。所述上模1和所述下模2的咬合面上均设置有多个柱形齿3。上模1和下模2上的多个柱形齿3可以在竖直方向上相对布置或交错布置，以形成牙齿咬合状。

柱形齿3优选为圆柱形齿，也可以为类圆柱形的椭圆形截面的齿。

如图2、图3和图4所示，实际使用过程中，本发明实施例的模具的上模1和下模2，分别固定在压力机上，以对中间坯4进行冲压。中间坯4由于处于流水线中，前后两个中间坯4分别为，前块中间坯41和后块中间坯42。通过压力机的作用，将前块中间坯41的尾部和后块中间坯42的头部形成搭接区，再使模具对该搭接区进行冲压，从而使搭接区通过剧烈塑性变形咬合连接在一起，大大增强了中间坯的连接强度；并且，由于两个中间坯之间主要是机械连接，因此适用于大多数的钢材。同时，模具结构简单，与模具配合的剪切机成本低廉，设备投资较少。

在上述实施例基础上，所述柱形齿3的高度小于或等于中间坯的厚度，所述柱形齿的直径等于或小于中间坯厚度的2倍。在这样的柱形齿尺寸下，用该模具加工的中间坯可以形成牢固的机械连接；并且在塑性变形的局部使前块中间坯和后块中间坯的材料融合在一起。

在上述实施例基础上，进一步，所述模具沿中间坯宽度方向的宽度大于中间坯4的宽度。即上模1和下模2的宽度均大于中间坯4的宽度。

优选的，所述柱形齿3沿中间坯4宽度方向排列在所述上模1和所述下模1的咬合面上。如图3和图4所示，这样能够使前块中间坯41和后块中间坯42的端部完全产生塑形变形，更有利于搭接后的牢固度。

在上述实施例基础上，进一步，所述多个柱形齿3为不等高柱形齿，以使咬合面更加多变，从而使前块中间坯41和后块中间坯42的结合面更加复杂和巨大。

如图5，并参照图1到图4，本发明实施例还提供一种热轧带钢中间坯的快速连接方法，包括如下步骤：

步骤一、在热连轧生产线粗轧机10与精轧机50之间，设置剪切机30和压力机40。在粗轧机10之后加入剪切机的目的是将经粗轧后的前块中间坯41后端和后块中间坯42的前端因粗轧变形产生的舌头形和鱼尾形端部切平齐，以便于对齐连接。另方面，在目前的传统热连轧线上，为了使中间坯4顺利进入精轧机组50穿带轧制和事故处理，也都在粗轧工艺和精轧工艺之间设置剪切机30。一般情况下，为了均匀温度及提高表面质量并且在加工过程中起到工艺缓冲作用，在粗轧机和剪切机之间还可以设置热卷箱20。

另外，粗轧机10之后的热卷箱20还可以用来储备中间坯，以便有足够的时间和空间进行中间坯连接，因此压力机40设置于热卷箱20及剪切机30之后。

本发明的方法是即是通过以上的设备连接，以便实现后面的精轧机50实现连续无头轧制。

步骤二、利用剪切机30将粗轧后相邻两个中间坯的端部切平齐，使相邻两个中间坯的头尾形成平直的端面。即，将前块中间坯41后端和后块中间坯42的前端切平齐。

步骤三、将前块中间坯41尾部与后块中间坯42的头部上下交错搭接在一起，形成搭接区；即如图2、3所示。

步骤四、利用所述压力机40及安装在该压力机上的上述快读连接模具对中间坯4的搭接区实施压力塑性变形连接，使前后两块中间坯的搭接区通过塑性变形咬合连接在一起。

本发明提供的热轧带钢无头轧制中间坯的快速连接方法，通过利用装有一排短柱模具的压力机对前后两块粗轧后中间坯端部的搭接区实施一次压力连接，使两块中间坯的连接区产生剧烈塑性变形的机械咬合而连接成为一体，从而实现本发明的目的。

在上述实施例基础上，所述步骤二中，粗轧后中间坯的厚度为20～40mm；粗轧后中间坯的温度为900～1100℃。

本发明的热轧带钢中间坯的快速连接方法具有如下优点：

1、工艺设备简单

只需在常规热连轧生产线粗轧机后的热卷箱和精轧机之间，设置一台剪切机和一台压力机以及中间坯头尾对正辅助机构即可，两块中间坯头尾的表面不需除鳞等特殊处理。同时，中间坯连接模具结构简单，与模具配合的剪切机成本低廉，设备投资较少。

2、连接强度高

本发明中的两块中间坯是在高温状态下通过压力机实现大塑性变形机械连接，连接区域内的两块中间坯之间因上下带有多个柱形齿构成错齿咬合产生大的塑性变形，从而形成大面积的机械咬合、焊合区；由于咬合、焊合区形成的物理结合面远大于中间坯的横截面，并且这种结合面在之后的多道次精轧过程中，因为大的压下塑性变形而迅速扩大进而形成更加牢固的物理焊合区，因此，本发明中两块中间坯的连接强度高，保证了在精轧过程中不会发生断带。

3、连接速度快

在本发明实施过程中，两块中间坯在搭接后，经过压力机及其模具一次压缩(一般压制时间不超过1秒钟)完成压接，连接速度快。

4、适用范围大

本发明的方法，既能够适用于不同钢种热连轧中间坯之间的连接，也能够适用于难轧制钢种与易轧制不同钢种中间坯之间的连接。由于本发明中的方法是机械连接法，并且是在1000℃左右的高温状态下连接，因而对前后中间坯的冶金成分、力学性能以及表面状态均没有特别要求，因此可进行不同钢种热连轧中间坯之间的连接。同时，即使是焊接性能不好的钢种，也可采用本方法实现连接，从而扩展了热带带钢无头轧制的产品范围。

以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (2)

1.一种热轧带钢中间坯的快速连接模具，其特征在于，包括上模和下模；所述上模和所述下模相互咬合；

所述上模和所述下模的咬合面上均设置有多个柱形齿；

其中，所述柱形齿的高度小于或等于中间坯的厚度，所述柱形齿的直径等于或小于中间坯厚度的2倍；

其中，所述模具沿中间坯宽度方向的宽度大于中间坯的宽度；

其中，所述柱形齿沿中间坯宽度方向排列在所述上模和所述下模的咬合面上；

其中，所述多个柱形齿为不等高柱形齿。

2.一种热轧带钢中间坯的快速连接方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤一、在热连轧生产线粗轧机与精轧机之间，设置剪切机和压力机；

步骤二、利用剪切机将粗轧后相邻两个中间坯的端部切平齐，使相邻两个中间坯的头尾形成平直的端面；

步骤三、将前块中间坯尾部与后块中间坯的头部上下交错搭接在一起，形成搭接区；

步骤四、利用所述压力机及安装在该压力机上的如权利要求1的模具对中间坯的搭接区实施压力塑性变形连接，使前后两块中间坯的搭接区通过塑性变形咬合连接在一起；

其中，所述步骤二中，粗轧后中间坯的厚度为20～40mm；

其中，所述步骤二中，粗轧后中间坯的温度为900～1100℃；

其中，所述剪切机与所述粗轧机之间设置有热卷箱。