CN1059135C - 钢坯的连续热轧方法 - Google Patents

Abstract

将前面钢坯的后端和后面钢坯的前端分别上下夹在其间，并使用外周具有切断刀具的滚筒剪断机将其切断，然后用高频感应加热进行加热、升温、相互压紧接合，再送给压延设备进行连续热精轧，本发明的特征是：在向同一方向移送钢坯时，利用共两组切断刀具来分别各自切断前面钢坯的后端以及后面钢坯的前端，其一组切断刀具在钢坯的正反两面的刀刃的方向相反，另一组切断刀具是刀刃的方向与上一组切断刀具的刀刃的方向相反，因此在利用横向方式的高频感应加热接合钢坯时，使产生的错位极小，从而实现无板断裂的稳定的连续热轧。

Description

钢坯的连续热轧方法

技术领域：

本发明涉及将数块至数十块薄钢坯、扁钢坯、中小型钢坯或大钢坯等钢坯进行对接而实施连续热轧的钢坯连续热轧方法。

背景技术：

在对每块钢坯进行加热、粗轧、精轧而加工为所需厚度的钢板时，即在所谓分批式热轧流水线中，因为轧制材料的啮合不良而容易使流水线停机，而且还有因为材料的前端、后端部位的形状不良所引起有效利用率显著降低的问题。

为此，至今所采用的方式是：在精轧前预先把应轧制的钢坯的后端、前端对接，然后再将此连续供给热轧流水线进行轧制(无间断轧制)。

这方面可以参考特开昭58-122109号公报登载的方法，即：将前面钢坯的后端和后面钢坯的前端其整个面对接连接，然后再进行轧制。或者参照特开平4-89120号公报登载的方法，即：在热精轧设备的入口侧，把前面钢坯的后端和后面钢坯的前端隔开一定间隙对面放置，在该范围沿钢坯的板厚方向施加交变磁场，进行感应加热使之升温，压紧而接合两钢坯。

在这样的钢坯连续热轧中，在接合前，要用例如滚筒式剪断机等端头剪切机把钢坯端部的不良部分切断，在该切断工序中，因为钢坯端部会向上或者向下产生翘曲，所以在压紧钢坯时会发生上下错开被接合的不良情况(以后将这种错开称为错位)。

在切断工序中，当由端头剪切机切断时产生钢坯端部的翘曲是因为在切断面产生弯矩，由于通常是使用同一切断刀具切断前面钢坯、后面钢坯，因此其翘曲的方向正好相反。而且，在这种状态下加热、升温、压紧时，因为其翘曲在上下有很大间隔，实际上使接合面积减小，因此在该工序后所继续的精轧过程中，钢板会在接合部产生断裂。特别是在使用所谓横向式感应加热作为加热手段向钢坯的板厚方向施加交变磁场进行感应加热时，除了要确保加热线圈的设置空间，还必须在远离钢坯端部的位置使用夹紧支撑钢坯的夹板，该夹板具有向钢坯端部伸出的上下成对的夹紧部件，但是在使用该夹板时，在钢坯相互压紧过程中翘曲的影响更令人担心。

而且，在特开平5-185111号公报所登载的切断装置是在沿轧制材料的移送方向排列上下成为一对的两组滚筒，该两组滚筒分别相互逆向旋转，而且，安装在各对滚筒上的刀具的方向相反；在特开昭56-27719号公报以及特开昭56-119311号公报所登载的技术是：滚筒型剪断机以不同圆周速度切断钢坯的端部，而在特开平7-251203号公报所登载的技术是：在把多个热轧用的长型钢材用激光焊接接合而进行连续热轧时，可以使用飞剪机以平面平行关系来切断钢材的端部，但是，即使应用这些技术，也不能减小引起错位原因的钢坯的翘曲。

本发明的目的是提出能够实施稳定连续热轧的方法，即使加热方式是使用横向式的高频感应加热的情况，也可以使位于钢坯接合部位的错位极小，不会有接合不良以及切断不佳等问题。

发明的公开：

发明者为实现上述目的而反复进行了刻心研究，结果发现，使前面钢坯的后端和后面钢坯的前端向同一方向产生翘曲，而且由滚筒剪断机以不同圆周速度切断，则可以减小翘曲的绝对量，这对于实现所预期的目的极为有效。本发明即是基于上述的认识。

即：把前面钢坯的后端和后面钢坯的前端上下夹在其间，并利用外周具有切断刀具的滚筒剪断机分别将其切断，然后用高频感应加热将各端加热、升温、相互压紧进行接合，然后再送给轧制设备进行连续热轧，本发明的钢坯连续热轧方法的特征是：在向同一方向移送各钢坯时，利用合计两组切断刀具分别各自切断前面钢坯的后端和后面钢坯的前端，其中一组切断刀具在钢坯正反两面的刀刃的方向相反，而另一组切断刀具的刀刃与上一组切断刀具的刀刃方向相反；利用本发明无论是切断哪个端部，位于钢坯正面或者反面的切断刀具中，刀背向前旋转的切断刀具的移动速度比刀刃向前的旋转刀具的移动速度要大，以这种不同圆周速度进行切断，而且使切断钢坯时的不同圆周速度率在5％以下。

本发明可以利用1台滚筒剪断机来切断，但也可以利用沿钢坯移送方向前后排列的2台滚筒剪断机来切断

图的简单说明：

图1是切断刀具主要部分的说明图。

图2是以不同圆周速度率为正时切断刀具主要部分的轨迹图。

图3是从前形式滚筒剪断机的模式图。

图4是以等圆周速度切断钢坯的说明图。

图5(a)、(b)、(c)是从前方式的钢坯的翘曲状况、接合状况、轧制后的状况。

图6是表示根据本发明切断钢坯的状态。

图7(a)、(b)是表示根据从前方式切断钢坯情况的说明图。

图8(a)、(b)是表示根据本发明方式切断钢坯情况的说明图。

图9(a)、(b)是表示根据本发明切断时的钢坯的翘曲状况和连接状况。

图10是以不同圆周速度率为正切断钢坯情况的说明图。

图11是以不同圆周速度率为负切断钢坯情况的说明图。

图12是表示不同圆周速度率和翘曲(曲率)关系的说明图。

图13是表示切断后的钢坯端部突出量的说明图。

图14是表示不同圆周速度率和突出量关系的说明图。

图15(a)、(b)是表示用相同圆周速度切断和用不同圆周速度切断时的钢坯端面形状的比较图。

图16是表示适用本发明的其它结构例的滚筒剪断机。

图17是连续热轧设备的结构图。

图18是表示实施例的适宜例3中所使用的滚筒剪断机的模式图。

实施发明的最佳形式：

本发明中，位于切断钢坯状态时的一组切断刀具的主要部分如图1所示，1是刀刃，2是刀背，关于不同圆周速度率f，图2是表示不同圆周速度率为正时切断刀具的主要部分及其轨迹，而且主要是安装在滚筒剪断机的上下旋转滚筒的切断刀具的前端，以Vf表示刀背向前旋转的切断刀具的移动速度，以Vb表示刀刃向前旋转的切断刀具的移动速度，则有f＝(Vf-Vb)/Vb×100％)。下面参照附图具体说明本发明。

图3所示的从前的方式中，例如：使设置在钢坯上方的刀背向前旋转的切断刀具和设置在钢坯下方的刀刃向前旋转的切断刀具的移动速度相同(等圆周速度)，把前面钢坯的后端以及后面钢坯的前端分别切断(图7a、b)。图4是表示切断时刚刚切入的状况(切断前面钢坯后端的情况)，图中O、Q是切断刀具的刀尖、面OP、面QR是切断刀具切入钢坯时的接触面。在该切断方式中，因为切断刀具的接触面OP和QR是在面OQ的前后，所以在钢坯上产生以虚线断面为中心的弯矩M(图中箭头)，切断后的前面钢坯S1的后端向上翘曲。另外，在切断后面钢坯的前端时，因为钢坯上作用有以虚线断面为中心向着同一方向的弯矩，所以后面钢坯S2的前端向下翘曲(图7b)。因此，在接合前面钢坯和后面钢坯时会形成图5(a)所示的状况。

而且，当把具有这种翘曲的钢坯就这样加热、升温、压紧而接合时，会产生如图5(b)所示的错位，在精轧时如图5所示，错位的部分会斜着进入母材而产生板厚薄的部分，所以轧制时有板断裂的危险，因此，虽然对于所允许的错位量d因加工板厚稍有不同，但应设法使其在板厚的大约10％以下。

本发明中，因为是各自用两组切断刀具分别切断前面钢坯与后面钢坯的端部，其一组切断刀具是在钢坯正反两面的刀刃的方向相反，而另一组切断刀具的刀刃与上一组切断刀具的刀刃的方向相反，所以使得前面钢坯和后面钢坯的翘曲的方向相同，因此能够大幅度地减小钢坯接合部位的错位。

图6是实施本发明中所适用的滚筒式端头剪断机。该端头剪断机是由分别设置在钢坯正反两面的滚筒d1、d2和固定保持在这些滚筒表面的切断刀具c₁，c₁′、c₂，c₂′组成，这些切断刀具c₁，c₁′、c₂，c₂′分别组成组，处于钢坯切断状态时的无论那个组的切断刀具的刀刃的方向都相反，而且c₁，c₁′、和c₂，c₂′的刀刃的方向也相反。

在同一图中，滚筒d1、d2安装在滚筒卡盘上，该滚筒卡盘设置于机架内(图略)并能自由旋转，上侧的滚筒逆时针旋转，下侧的滚筒顺时针旋转，前面钢坯以及后面钢坯从纸面的左侧向右侧移送过程中，由固定在滚筒d1、d2表面上的一组切断刀具c1，c1′和另一组切断刀具c2，c2′分别切断。

图7(a)、(b)以及图8(a)、(b)是对应用从前的滚筒剪断机切断钢坯时的切断状况与利用本发明切断时的切断状况进行比较。

在利用同一个切断刀具切断钢坯的图7(a)、(b)的情况下，一般在切断前面钢坯的后端与切断后面钢坯的前端时，要使其翘曲量还有翘曲方向相同当然很难，但是如图8(a)、(b)所示进行切断时，通过分别调整各组切断刀具的间隙，也可以减小切断钢坯时的翘曲量，使错位减小。

用上述图6所示的剪断机切断钢坯时，虽然可以用切断刀具的c₁，c₁′、c₂，c₂′切断前面钢坯或是后面钢坯，但重要的是在切断时必须要使翘曲的方向一致。

如上所述，利用切断刀具c₁，c₁′、c₂，c₂′分别切断前面钢坯以及后面钢坯的端部时，因为钢坯端部的翘曲如图9(a)所示为同一方向，所以通过其后的加热、升温、压紧而能实现图9(b)所示的良好接合。

但是，还不能说上述的方法已经把翘曲量减小到十分满意的程度，而且，因为翘曲量因时间不同会发生波动，所以可靠性尚有不足，因此，为了解决此问题，发明者进一步研究的结果新发现了：在切断时若利用不同圆周速度，则不仅能够减小翘曲的绝对量，而且能够抑制不稳定。

例如，利用图10说明使前面钢坯S1的后端向上侧翘曲而切断的情况。图10所示的状态是：在刀背向前旋转的切断刀具的移动速度Vf比刀刃向前旋转的切断刀具的移动速度Vb大的不同圆周速度(不同圆周速度率5％)下进行切断时，刀具刚刚切入的状态。不同圆周速度率为正时(5％)的弯矩M比图4所示的以等圆周速度切断时的弯矩M要小。这是因为刀背向前旋转的切断刀具的移动速度Vf比另一方的切断刀具的移动速度大，所以包含切断刀具的刀尖O的垂直面如图10所示位于另一方的切断刀具的刀背的一侧，包含切断刀具的刀尖Q的垂直面位于另一方的切断刀具的刀背的一侧，切断刀具的接触面OP、QR相互重叠(虚线范围)，这样，不同圆周速度为正时的翘曲非常小。

与此相反，以不同圆周速度率为负切断时的弯矩M和以不同圆周速度率为正的情况不同，比图4所示状况下切断时的弯矩M要大。

图11所示的状态是：刀背向前旋转的切断刀具的移动速度Vf比刀背向前旋转的切断刀具的移动速度Vb要小、以不同圆周速度率为负(-5％)进行切断时，刀具刚刚切入的状态。不同圆周速度率为负(-5％)的情况与不同圆周速度率为正的情况不同，刀背向前旋转的切断刀具的移动速度Vf比另一方的切断刀具的移动速度要小，所以，如图11所示，包含切断刀具的刀尖O的垂直面位于另一方的切断刀具的刀刃一侧，包含切断刀具的刀尖Q的垂直面位于另一方切断刀具的刀刃一侧，因为切断刀具的接触面OP和QR离开图中虚线的范围，所以在以不同圆周速度率为负时的翘曲要比以等圆周速度时的翘曲要大。以上说明的是切断前面钢坯的后端的情况，在切断后面钢坯的前端时，在钢坯的下方设置刀背向前旋转的切断刀具、在钢坯的上方设置刀刃向前而旋转的切断刀具，可以使前者刀尖的移动速度比后者刀尖的移动速度要大的不同圆周速度来进行切断，这样进行切断减小了向上翘曲的翘曲量。图12表示的是前面钢坯的后端以及后面钢坯的前端分别向上翘曲切断时的不同圆周速度率和钢坯的翘曲(曲率)间的关系。这里与前述相同，不同圆周速度率f可以由刀背向前旋转的切断刀具的移动速度Vf、刀刃向前旋转的切断刀具的移动速度Vb而求得：f＝(Vf-Vb)/Vb×100％。

以这种不同圆周速度实施切断时，应使不同圆周速度率为5％以下，其理由是：因为虽然如图12所示，不同圆周速度率越大，对于减小钢坯的翘曲量越有利，但是，当超过5％时，图13所示的钢坯端部的突出量(可以认为是与切断部分截面积相等的矩形时从其端面至最大突出部的长度)会如图14所示那样大，即使在钢坯的端部在其厚度方向可以使用施加交变磁场加热的横向式的高频感应加热，担心也会引起接合不良(突出量的许可值约为5mm)，特别是在不同圆周速度率为2～3％时，可以使翘曲量小，而且，可以避免位于接合面的不良断面形状。

而且，因为存在着后面钢坯的翘曲比前面钢坯的翘曲要大的倾向，所以虽然前面钢坯、后面钢坯都是以不同圆周速度率切断，但是为了减小翘曲的差，最好是使切断后面钢坯时的不同圆周速度率比切断前面钢坯时的不同圆周速度率大。

图15(a)、(b)表示的是：旋转滚筒以等速切断时钢坯端部的形状和以不同圆周速度切断时端部形状的比较情况(未图示翘曲情况)。

为了实现不同圆周速度率的切断，可以控制旋转滚筒的旋转速度，或者至少是调整设置在上下旋转滚筒上的切断刀具的长度或者是调整滚筒的直径之一。

图16是用于实施本发明中的理想滚筒式端头剪切机的其它结构例。该端头剪切机分别设置在钢坯的正反两面，是由为切断前面钢坯后端的滚筒d1、d2和固定在这些滚筒表面的切断刀具c₁、c₁′以及为切断后面钢坯前端的滚筒d3、d4和固定在这些滚筒表面的切断刀具c₂、c₂′所组成，此切断刀具组中无论是c₁、c₁′和c₂、c₂′哪一组，位于切断钢坯状态的刀刃的方向都相反，而且，c₁、c₁′和c₂、c₂′的刀刃的方向也相反。

图16中的3、4是支架，在设置于该支架3、4内的滚筒卡盘上分别安装能自由旋转的滚筒d1、d2以及d3、d4，钢坯在从纸面的左侧向右侧移送过程中，由各切断刀具切断。

利用切断刀具c1，c1′、c2，c2′在不同圆周速度下分别切断前面钢坯以及后面钢坯的端部时，因为钢坯端部的翘曲不仅其方向相同，而且其翘曲量极小，所以可以在基本无错位的状态下进行加热、升温、压紧，结果使在轧制中不会发生板的断裂。

而且，在用上述图6所示的滚筒剪断机切断钢坯时，从切断前面钢坯的后端至切断后面钢坯的前端，需要时间延迟，以使后面钢坯的切断部位和滚筒剪断机的切断刀具的位置同步，但是如图16所示，因为用滚筒剪断机切断前面钢坯的时间和切断后面钢坯的前端的时间能够分别由滚筒d1、d2、和d3、d4来任意确定，所以优点是可以缩短切断所需时间的间隔。

图17是设置由图6所示的结构所组成的切断装置的一例钢坯连续热轧设备。图中5是粗轧机，6是切断前面钢坯s1以及后面钢坯s2的各端部的切断装置，7是接合装置，该接合装置分别将切断钢坯的端部用高频感应加热、升温，并在加热中或是加热后压紧而接合两钢坯，8是氧化皮清除机，9是连续热精轧接合钢坯的精轧机组。

在由上述结构所组成的设备中，特别是接合装置7的作为高频感应加热装置使用横向式感应加热线圈，该横向式感应加热线圈在钢坯的厚度方向具有上下对置钢坯的一对磁极，并在其相互之间施加交变磁场进行加热、升温，但是如前所述，在使用这种感应加热线圈时，因为装置设置的空间问题，由钢坯各端部的夹板很难夹紧固定，所以这些夹板应该使用具有上下分别夹住前面钢坯以及后面钢坯的并向各钢坯端部伸出夹持部件的装置。特别是为了对夹住部位实现更有效的加热，可以在通过磁通的范围沿钢坯的宽度方向有间隔地设置切成梳齿状的凹口，进而在跨越钢坯之间设置绝缘材料。

实施例1

下面对使用图17所示的热轧设备，用下述的要领把宽1600mm、厚30mm的薄钢坯(钢种：低碳钢)切断、加热、升温、压紧并接合之后，供给目标板厚为1.5～5mm的精轧，调查在该轧制中的板的断裂情况。

比较例1

用图3所示的等圆周速度的滚筒剪断机切断前面薄钢坯以及后面薄钢坯(参照图7，前面钢坯向上翘曲的曲率半径r：约2000mm，翘曲量d：约30mm，翘曲长度L：约400mm；后面钢坯向下翘曲的曲率半径r：约1000mm，翘曲量d：约50mm，翘曲长度L：约600mm)，然后由接合装置将其部位加热、升温约10秒(高频感应加热，加热条件：输出1000Hz，升温速度100℃/秒)，使接合预定面熔融，然后压紧两薄钢坯(压紧力：100tonf)进行接合(此时的错位量为5～8mm左右)，经过氧化皮清除机供给精轧(轧制条件：机架之间的张力设定为：前段0.5～1kgf/mm²，后段为1～1.5kgf/mm²，在第1～第3机架压下率为30～50％，在第4～第7机架压下率为15～30％)。结果，精轧板厚在2mm以下时，在轧钢机后段的机架之间多次发生位于接合部位的板的断裂，特别是在板厚为1.5mm的情况时，钢坯连续通过率下降了90％。

适宜例1

利用图6所示的等圆周速度的滚筒剪断机切断前面薄钢坯以及后面薄钢坯(参照图9：前面钢坯的翘曲状况与比较例相同，后面钢坯的曲率半径r：约1000mm，翘曲量d：约50mm(翘曲方向与比较例相反)，翘曲长度L：约600mm)，然后由接合装置将其部位加热、升温约10秒(高频感应加热，加热条件与比较例1相同)，使接合预定面熔融，然后将两薄钢坯压紧(压紧力100tonf)接合(此时的错开量为0～2mm左右)，供给精轧板厚为1.5～5mm的精轧(轧制条件与比较例1相同)。其结果证实了，即使精轧板厚为1.5mm时，在连续轧制100根薄钢坯的范围内也完全没有发现板的断裂，可以实施稳定的连续热轧。

适宜例2

利用图16所示的等圆周速度的滚筒剪断机切断前面薄钢坯以及后面薄钢坯(前面薄钢坯、后面薄钢坯的翘曲情况与适宜例1相同)，然后由接合装置将其部位加热、升温约10秒(高频感应加热，加热条件与比较例1相同)，使接合预定面熔融，然后将两薄钢坯压紧(压紧力100tonf)并接合(此时的错开量为0～2mm左右)，供给精轧板厚为1.5～5mm的精轧(轧制条件与比较例1相同)。其结果证实了，即使精轧板厚为1.5mm时，在连续轧制100根薄板坯的范围内也完全没有发现板的断裂，可以实施稳定的连续热轧。

实施例2

下面对使用图17所示的热轧设备，用下述的要领把宽1200mm、厚30mm的薄钢坯(钢种：低碳钢)切断、加热、升温、压紧而接合之后，供给目标板厚为0.8～5mm的精轧，调查轧制中板的断裂情况。

比较例2

用图3所示的等圆周速度的滚筒剪断机切断前面薄钢坯以及后面薄钢坯(参照图7，前面薄钢坯向上翘曲的曲率半径r：约2000mm，翘曲量d：约30mm，翘曲长度L：约400mm；后面薄钢坯向下翘曲的曲率半径r ：约1000mm，翘曲量d：约50mm，翘曲长度L：约600mm)，然后由接合装置将该部位加热·升温约10秒(高频感应加热，加热条件：输出1000Hz，升温速度100℃/秒)，使接合预定面熔融，然后压紧两薄钢坯(压紧力：75tonf)进行接合(此时的错位量为5～8mm左右)，经过氧化皮清除机供给精轧(轧制条件：机架间的张力设定为：前段0.5～1kgf/mm²，后段为1～1.5kgf/mm²，在第1～第3机架压下率为30～50％，在第4～第7机架压下率为15～30％)。结果证明了，当精轧板厚在2mm以下时，在轧钢机后段的机架间多次发生板位于接合部的断裂，特别是在精轧板厚为1.5mm的情况时，钢坯连续通过率下降了90％。

适宜例3

用图18所示的滚筒剪断机(旋转角速度上下滚筒相同，到上下切断刀具刀尖的半径r在切断前面薄钢坯时，r_f1/r_b1＝1.02(不同圆周速度率2％)，而在切断后面薄钢坯时，r_f2/r_b2＝1.04(不同圆周速度率4％))分别切断前面薄钢坯以及后面薄钢坯(前面薄钢坯的翘曲状况：向上翘曲、曲率0.4m^-1(曲率半径2500mm)，翘曲量25mm，突出量4mm；后面薄钢坯的翘曲状况：向上翘曲、曲率0.7m^-1(曲率半径1400mm)，翘曲量30mm，突出量4mm)，然后由接合装置将此部位加热、升温约10秒(高频感应加热，加热条件与比较例2相同)，使接合预定面熔融，然后将两薄钢坯压紧(压紧条件：75tonf)并接合(此时的错位量为0～1mm左右)，供给精轧板厚为0.8～5mm的精轧(轧制条件与比较例2相同)。其结果证实了，即使在精轧板厚为0.8mm情况下，在连续轧制100根薄板坯的范围内也完全没有板的断裂，能够实施稳定的连续热轧。

以上对切断时当翘曲的方向向上而使其翘曲减小的情况进行了说明，当然本发明也包括了当翘曲的方向向下时而使其翘曲减小的情况。

工业上利用的可能性

根据本发明，在利用由横向式的高频感应加热而接合钢坯时，因为能够使所产生的错位极小，所以能够实施无板断裂的稳定的连续热轧。

Claims (5)

1.一种钢坯的连续热轧方法，将前面钢坯的后端和后面钢坯的前端分别上下夹在其间，并使用外周具有切断刀具的滚筒剪断机将其切断，然后对各端用高频感应加热、升温、相互压紧并接合，然后再送给轧制设备进行连续热精轧，其特征在于：在向同一方向移送各钢坯时，利用两组切断刀具分别各自切断前面钢坯的后端以及后面钢坯的前端，其一组切断刀具在钢坯的正反两面的刀刃的方向相反，另一组切断刀具的刀刃和上一组切断刀具的刀刃的方向相反。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于：无论是切断前面钢坯或后面钢坯时，在位于钢坯正面或者反面的切断刀具中，要使刀背向前旋转的切断刀具的移动速度比刀刃向前旋转的切断刀具的移动速度要大，以这种不同圆周速度进行切断。

3.如权利要求2所述的方法，其特征在于：以不同圆周速度率5％以下来进行钢坯的切断。

4.如权利要求1所述的方法，其特征在于：利用1台滚筒剪断机，使用两组切断刀具来切断钢坯。

5.如权利要求1所述的方法，其特征在于：利用沿钢坯的移送方向纵列设置的两台滚筒剪断机，使用两组切断刀具来切断钢坯。

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