CN106624341B - 一种中间坯连接方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种中间坯连接方法，在前、后块中间坯之间，加入一连接块，使连接块产生振动，连接块的端面与前后块中间坯端面摩擦生热，连接块与前、后块中间坯的端面接触部位达到粘塑性状态，再对后块中间坯施加顶锻力，使前、后块中间坯通过连接块连接在一起，连接块由位于中间坯连接装置前的剪切机对前后块中间坯中任一块的头尾定尺剪切获得。本发明工艺设备简单、连接强度高、连接速度快、能耗低，适用于不同材质板坯间的连接。

Description

一种中间坯连接方法

技术领域

本发明属于热轧设备领域，涉及一种应用于钢铁行业常规热轧改无头轧制过程中,中间坯的连接方法。

背景技术

传统板带热连轧精轧机组生产均以单块中间坯进行轧制，进入精轧机组一般要经历穿带、加速轧制、减速轧制、抛钢、甩尾等过程。在精轧过程中，特别是薄规格轧制时，易在精轧机架间板带头部咬入受阻，形成堆钢、打滑和尾部甩尾折叠，甩尾形成折叠咬入，从而产生轧辊表面损伤等；在卷取时因板带前端蛇形、折弯等造成卷取困难形成堆钢等；单坯块轧制，每块轧坯都要进行载荷预测和辊缝值设定，若轧制力预测不准，因轧制力预测误差会引起带钢厚度、凸度变化和机架间板形波动；在薄规格轧制中，由于带钢散热快，为保证薄带钢轧制温度，需尽量提高穿带速度和稳定轧制速度，但穿带速度提高后，各种穿带问题和头部折叠等引起的故障率增多，因此传统热轧生产薄规格受到一定限制；另外，精轧机卷与卷之间的间隔时间也影响轧机产能的发挥。

热轧带钢无头轧制是指在精轧阶段轧制坯料不分块，一次穿带，进行连续精轧，轧后的带钢由高速飞剪按要求重量进行分卷。无头轧制在解决上述间断轧制问题的同时超越间断轧制的限制：通过无头尾轧制解决穿带问题；通过稳定轧制提高质量稳定性和成材率；通过减少穿带次数、并使卷取间隙时间几乎为零提高生产效率；可生产超越过去极限轧制尺寸的超薄带钢或宽幅薄板，以及通过润滑轧制和强制冷却轧制新品种。无头轧制技术，提高板带成材率、尺寸形状精度及薄规格超薄规格比例，实现部分“以热代冷”、降低轧辊消耗取得了显著的收效。该项技术是钢铁生产技术的一次飞跃，代表了当今世界热轧带钢的前沿技术。

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关键技术之一。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着无头轧制能否实现，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；并且连接设备不宜复杂，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。

目前，无头轧制中间坯连接方法主要有叠轧压接法、对接压接法、焊接法、机械连接法、还原火焰处理连接法、直接通电连接法、感应加热连接法和激光焊接法等。在这些连接方法中，达到工业应用的有感应加热连接法、激光加热连接法和剪切摩擦连接法。

感应加热连接法是川崎制铁采用的连接技术，该方法是将前板坯尾端与后板坯前端之间保持一微小间隙，在此状态下对板厚方向施加交变磁场，就会在两块板坯的结合端面产生感应电流。板坯端面由于这一感应电流引起的焦耳热而发热、升温，然后将结合面压接完成连接。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，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。

激光热焊接法是新日铁采用的连接技术，与感应加热连接法相比，可消除连接端面未结合部的存在，但仍然存在结合部的温度高于其它部位，以及适用钢种有限的问题；而且激光器所需功率非常大，明显增加装备投资及生产成本。

剪切摩擦连接法是采用特殊设计的剪切机，将中间坯搭接区沿斜面切断，通过剪切形成两个无氧化表面，剪切力使新形成的两个表面发生相对运动，发生摩擦，产生大量热能，加速了表面的扩散，剪切机剪切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，使连接区的强度受到影响，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。

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、不适用于异种钢材的连接、设备庞大、维护成本高这些问题中的一种或几种。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种结构简单、连接强度高、连接速度快的热轧板带无头轧制中间坯的连接方法。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明的技术方案如下：

一种中间坯连接方法，在前、后块中间坯之间，加入一连接块，使连接块产生振动，连接块的端面与前后块中间坯端面摩擦生热，连接块与前、后块中间坯的端面接触部位达到粘塑性状态，再对后块中间坯施加顶锻力，使前、后块中间坯通过连接块连接在一起。

采用线性摩擦焊接的方法，被焊材料不熔化，焊接区金属为锻造组织，无熔化焊接的缺陷；在顶锻压力的作用下，焊接区产生了一些力学冶金效应，并且摩擦表面会产生自清理作用，不存在氧化层；摩擦焊接时间短，热影响区窄，热影响区组织无明显粗化。

其中，连接块由位于中间坯连接装置前的剪切机对前、后块中间坯中任一块的头尾定尺剪切获得。连接块与中间坯同等温度、同等材质，而且质量小，振动所需能耗少。

其中，所述连接块的振动方向为水平方向或竖直方向，即垂直于中间坯的方向或沿中间坯的宽度方向。

进一步地，采用中间坯连接装置实现上述方法，其中，中间坯连接装置包括连接块上料装置、连接块加热保温装置和中间坯连接装置本体；所述中间坯连接装置本体包括用于施加顶锻力的顶锻装置，用于夹持中间坯的入口夹持装置和出口夹持装置，连接块夹持振动装置和用于保证中间坯连接装置本体与中间坯同速运动的走行装置。

其中，连接块上料装置为离线装置，位于中间坯连接装置本体外，用于接收由热卷箱之后的剪切机切分的连接块，并将连接块输送至连接块加热保温装置中；连接块加热保温装置为离线装置，位于中间坯连接装置本体外，用于连接块的加热保温，使连接块达到中间坯相同的温度。

其中，所述中间坯连接装置本体由走行装置驱动，中间坯连接装置本体在靠近粗轧机一侧停稳后，连接块加热保温装置将连接块输送至中间坯连接装置本体，由连接块夹持振动装置夹紧，前块中间坯带尾由出口夹持装置夹紧，后块中间坯带头由入口夹持装置夹紧，连接块位于前、后块中间坯之间，由连接块夹持振动装置驱动连接块产生振动并与前、后块中间坯端面产生摩擦生热，当连接端面达到粘塑性状态后，顶锻装置通过入口夹持装置向后块中间坯施加顶锻压力，使前、后块中间坯通过连接块连接；走行装置用于驱动中间坯连接装置本体，使其与中间坯同速运动，实现中间坯的在线连接，连接完毕后，驱动中间坯连接装置本体返回到初始位置，准备下一块板坯的连接。

其中，连接块夹持振动装置的振动频率范围为10Hz-300Hz；振幅小于等于10mm，优选为3mm-5mm；顶锻装置位于入口夹持装置前，顶锻装置通过入口夹持装置向后块中间坯施加顶锻压力在10MPa-200MPa；

其中，连接块夹持振动装置位于中间坯上方或侧面，振动装置安装在上方时，连接块垂直于中间坯表面上下振动；振动装置安装在侧面时，连接块沿中间坯宽度方向振动。

其中，出口夹持装置和入口夹持装置均设置有上、下夹持块，上、下夹持块长度大于中间坯的宽度。

本发明的上述技术方案的有益效果如下：

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第一架精轧机之间，设置一套夹送辊、一套剪切机、一套中间坯连接装置、一套去毛刺机，以及一套毛刺吹扫装置。由于顶锻时会将端面的氧化膜破碎并挤出，因此不需除鳞等特殊处理。

2、连接速度快：

由于连接块及中间坯自身温度达到950℃～1100℃，因此只需很短时间的摩擦即可达到适合焊接的粘塑性状态。

3、连接强度高，适用于不同材质的板坯连接：

采用线性摩擦焊接的方法，被焊材料不熔化，焊接区金属为锻造组织，无熔化焊接的缺陷；在顶锻压力的作用下，焊接区产生了一些力学冶金效应，并且摩擦表面会产生自清理作用，不存在氧化层；摩擦焊接时间短，热影响区窄，热影响区组织无明显粗化。这些特点有利于获得与母材等强的焊接接头，同时也决定了本装置及方法广泛的工艺适应性，适合于不同材质的板坯连接。

4、能耗少

连接块与中间坯同等温度、同等材质，而且质量小，振动所需能耗少。相比摩擦片的形式，对连接块没有其它特殊要求，摩擦产生的热量全部都用于连接部位升温。

附图说明

图1为本发明中间坯连接装置实施例的结构示意图；

图2为图1俯视图；

图3为图1中连接块沿中间坯宽度方向振动示意图；

图4为图1中连接块上下振动示意图。

零件标号说明：

1 连接块

2 连接块夹持振动装置

3 连接块上料装置

4 连接块加热保温装置

5 入口夹持装置

6 出口夹持装置

7 顶锻装置

8 中间坯

81 后块中间坯

82 前块中间坯

9 走行装置

具体实施方式

以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效。

实施例

本发明提供一种中间坯连接方法，在前、后块中间坯之间，加入一连接块1，对连接块1施加振动，使其端面与前、后块中间坯端面摩擦生热，端面接触附近达到粘塑性状态，再通过对后块中间坯81施加顶锻力，使前、后块中间坯通过连接块1连接在一起；连接块1由剪切机对前、后块中间坯中任一块的头尾定尺剪切获得。连接块1的振动方向为水平方向或竖直方向，即垂直于中间坯8的方向或沿中间坯8的宽度方向。

本发明所述的中间坯连接方法采用中间坯连接装置实现，参见如图1和图2所示，中间坯连接装置包括连接块上料装置3、连接块加热保温装置4和中间坯连接装置本体；其中，连接块上料装置3为离线装置，位于中间坯连接装置本体外，用于接收由热卷箱之后的剪切机切分的连接块1，并将连接块1输送至连接块加热保温装置4中；连接块加热保温装置4为离线装置，位于中间坯连接装置本体外，用于连接块1的加热保温，使连接块1达到中间坯相同的温度。

所述中间坯连接装置本体包括用于施加摩擦力和顶锻力的顶锻装置7，用于夹持中间坯的入口夹持装置5和出口夹持装置6，连接块夹持振动装置2和用于保证中间坯连接装置本体与中间坯同速运动的走行装置9，具体地连接块夹持振动装置2、入口夹持装置5和出口夹持装置6安装在同一机架上，走行装置9安装在机架下方，用于驱动机架、连接块夹持振动装置2、入口夹持装置5和出口夹持装置6与中间坯同速运动。连接块夹持振动装置2用于夹持连接块1并对连接块施加振动。

其中，连接块夹持振动装置2具有一夹住连接块1的夹持机构和带动夹持机构和连接块1进行振动的振动器，振动器可采用多种形式，如电机驱动的机械式振动器，也可以是液压振动器或者电磁振动器等，满足振幅可控、频率可控的要求。

顶锻装置7主要是对后块中间坯81施加力，使后块中间坯81能够快速压紧及持续压紧连接块1和前块中间坯82，可采用电机驱动或液压驱动，进一步可以通过杠杆放大顶锻力。

连接块加热保温装置4就是一个加热炉，可以为各种加热形式，如电阻、电磁等，温度可控。加热炉外侧设置一个推钢装置，将加热炉内的连接块1推送至机架内，由连接块夹持振动装置2接收。

连接块上料装置3采用运输链的结构形式，剪切机切分的连接块下落到下方的溜槽上，在经过溜槽滑落到运输链上，通过运输链传送至连接块加热保温装置4的炉门处，再经过推钢机构或者溜槽进入加热炉内。

中间坯连接装置本体在热轧中工艺的使用为：在常规热连轧生产线粗轧机后的热卷箱和第一架精轧机之间，依次设置夹送辊、剪切机、中间坯连接装置本体、去毛刺机、以及毛刺吹扫装置。由于顶锻时会将端面的氧化膜破碎并挤出，因此不需除鳞等特殊处理。其中，连接块1由中间坯连接装置本体前方的剪切机对前、后块中间坯中任一块的头尾定尺剪切获得。

其中，中间坯连接装置本体由走行装置9驱动，中间坯连接装置本体在靠近粗轧机一侧停稳后，连接块加热保温装置4将连接块1输送至中间坯连接装置本体，由连接块夹持振动装置2夹紧，前块中间坯82带尾由出口夹持装置6夹紧，后块中间坯81带头由入口夹持装置5夹紧，连接块1位于前、后块中间坯之间，由连接块夹持振动装置2驱动连接块1产生振动并与前、后块中间坯端面产生摩擦生热，当连接端面达到粘塑性状态后，顶锻装置7通过入口夹持装置5向后块中间坯81施加顶锻压力，使前、后块中间坯通过连接块1连接；走行装置9用于驱动中间坯连接装置本体，使其与中间坯同速运动，实现中间坯的在线连接，连接完毕后，驱动中间坯连接装置本体返回到初始位置，准备下一块板坯的连接。

其中，连接块夹持振动装置2的振动频率范围为10Hz-300Hz；振幅小于等于10mm，优选为3mm-5mm；

其中，顶锻装置7位于入口夹持装置5前，顶锻装置7通过入口夹持装置5向后块中间坯81施加顶锻压力在10MPa-200MPa；

如图3和图4所示，连接块夹持振动装置2可位于中间坯8上方或侧面，连接块夹持振动装置2安装中间坯8在上方时，连接块1垂直于中间坯表面上下振动；连接块夹持振动装置2安装在中间坯8侧面时，连接块1沿中间坯宽度方向振动。

其中，出口夹持装置6和入口夹持装置5均设置有上、下夹持块，上、下夹持块长度大于中间坯的宽度，以保证夹持的稳定性；此外，如果顶锻装置7带夹持功能则可省去入口夹持装置5。

本发明工艺设备简单：只需在常规热连轧生产线粗轧机后的热卷箱和第一架精轧机之间，设置一套夹送辊、一套剪切机、一套中间坯连接装置、一套去毛刺机，以及一套毛刺吹扫装置。由于顶锻时会将端面的氧化膜破碎并挤出，因此不需除鳞等特殊处理。

连接速度快：由于连接块及中间坯自身温度达到950℃～1100℃，因此只需很短时间的摩擦即可达到适合焊接的粘塑性状态。

连接强度高，适用于不同材质的板坯连接：采用线性摩擦焊接的方法，被焊材料不熔化，焊接区金属为锻造组织，无熔化焊接的缺陷；在顶锻压力的作用下，焊接区产生了一些力学冶金效应，并且摩擦表面会产生自清理作用，不存在氧化层；摩擦焊接时间短，热影响区窄，热影响区组织无明显粗化。这些特点有利于获得与母材等强的焊接接头，同时也决定了本装置及方法广泛的工艺适应性，适合于不同材质的板坯连接。

能耗少：连接块与中间坯同等温度、同等材质，而且质量小，振动所需能耗少。相比摩擦片的形式，对连接块没有其它特殊要求，摩擦产生的热量全部都用于连接部位升温。

任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (9)

1.一种中间坯连接方法，其特征在于：在前、后块中间坯之间加入连接块，使连接块产生振动，所述连接块由剪切机对前、后块中间坯中任一块的头尾定尺剪切获得；连接块的端面与前、后块中间坯端面摩擦生热，连接块与前、后块中间坯的端面接触部位达到粘塑性状态，再对后块中间坯施加顶锻力，使前、后块中间坯通过连接块连接在一起。

2.根据权利要求1所述的一种中间坯连接方法，其特征在于：所述连接块的振动方向为水平方向或竖直方向。

3.根据权利要求1所述的一种中间坯连接方法，其特征在于：采用中间坯连接装置实现上述方法，中间坯连接装置包括连接块上料装置、连接块加热保温装置和中间坯连接装置本体；所述中间坯连接装置本体包括用于施加顶锻力的顶锻装置、用于夹持中间坯的入口夹持装置和出口夹持装置、连接块夹持振动装置和用于保证中间坯连接装置本体与中间坯同速运动的走行装置。

4.根据权利要求3所述的一种中间坯连接方法，其特征在于：所述连接块上料装置和连接块加热保温装置为离线装置，位于中间坯连接装置本体外，所述连接块上料装置用于接收剪切机切分的连接块，并将所述连接块输送至所述连接块加热保温装置中，所述连接块加热保温装置用于将连接块加热保温以及将其输送至中间坯连接装置本体。

5.根据权利要求3或4所述的一种中间坯连接方法，其特征在于：所述中间坯连接装置本体在靠近粗轧机一侧停稳后，连接块加热保温装置将连接块输送至中间坯连接装置本体，由连接块夹持振动装置夹紧，前块中间坯带尾由出口夹持装置夹紧，后块中间坯带头由入口夹持装置夹紧，连接块位于前、后块中间坯之间，由连接块夹持振动装置驱动连接块产生振动并与前、后块中间坯端面摩擦，当连接端面达到粘塑性状态后，顶锻装置通过入口夹持装置向后块中间坯施加顶锻压力，使前、后块中间坯通过连接块连接；走行装置用于驱动中间坯连接装置本体，使其与中间坯同速运动，实现中间坯的在线连接，连接完毕后，驱动中间坯连接装置本体返回到初始位置，准备下一块板坯的连接。

6.根据权利要求3或4所述的一种中间坯连接方法，其特征在于：所述连接块夹持振动装置安装在中间坯的上方，所述连接块垂直于中间坯上下表面振动；或连接块夹持振动装置安装在中间坯侧面，连接块沿中间坯宽度方向振动。

7.根据权利要求3所述的一种中间坯连接方法，其特征在于：所述连接块夹持振动装置的振动频率范围为10Hz-300Hz；振幅小于等于10mm。

8.根据权利要求3所述的一种中间坯连接方法，其特征在于：所述顶锻装置位于入口夹持装置前，顶锻装置通过入口夹持装置向后块中间坯施加的顶锻压力为10MPa-200MPa。

9.根据权利要求3所述的一种中间坯连接方法，其特征在于：所述出口夹持装置、入口夹持装置均包括上、下夹持块，上、下夹持块的长度大于中间坯的宽度。