CN110125184B - 热轧带钢无头轧制中间坯的连接方法及系统 - Google Patents

热轧带钢无头轧制中间坯的连接方法及系统 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种热轧带钢无头轧制中间坯的连接方法及系统，在热连轧生产线上粗轧机与精轧机之间，按中间坯的运动方向依次设置切头剪、剪切机、高压水除鳞装置、提升装置与压力机；该方法包括：利用切头剪将粗轧后的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；利用剪切机将后一块的中间坯的头部或前一块的中间坯的尾部切齿形成齿形区域；利用高压水对相邻两块首尾部进行除鳞；利用提升装置将具有齿形区域的中间坯一端搭接在另一块中间坯的端部上；采用压力机施加压力依靠齿形区域对中间坯端部进行剪切和挤压，使前后两块中间坯的搭接区域通过塑性变形连接在一起。本发明通过齿槽与中间坯的交错咬合，提高了连接可靠性。

Description

热轧带钢无头轧制中间坯的连接方法及系统
技术领域
本发明涉及热轧带钢技术领域，特别是涉及一种热轧带钢无头轧制中间坯的连接方法及系统。
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和成材率，改善穿带性能，减少轧辊辊耗，并实现极薄带等新产品的稳定生产。
然而，现有无头轧制技术中，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；若连接设备复杂，不仅占用空间过多，使设备安装位置受到限制，还会增加投资及生产维护成本。
发明内容
鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种热轧带钢无头轧制中间坯的连接方法及系统，用于解决现有技术中中间坯连接速度慢且可靠性差的问题。
为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种热轧带钢无头轧制中间坯的连接方法，在热连轧生产线上粗轧机与精轧机之间，按中间坯的运动方向依次设置切头剪、剪切机、高压水除鳞装置、提升装置与压力机；所述连接方法包括：
利用切头剪将粗轧后的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；
利用剪切机将后一块的中间坯的头部或前一块的中间坯的尾部切齿形成齿形区域；
利用高压水对前一块的中间坯的尾部与后一块的中间坯的头部进行除鳞；
利用提升装置将具有齿形区域的中间坯一端搭接在另一块中间坯的端部上；
采用压力机施加压力依靠齿形区域对中间坯端部进行剪切和挤压，使前后两块中间坯的搭接区域通过塑性变形连接在一起。
本发明的另一目的在于提供一种热轧带钢无头轧制中间坯的连接系统，包括：
在热连轧生产线上粗轧机与精轧机之间，按中间坯的运动方向依次设置切头剪、剪切机、高压水除鳞装置、提升装置与压力机；
所述切头剪，用于将粗轧后的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；
所述剪切机，用于将后一块的中间坯的头部或前一块的中间坯的尾部切齿形成齿形区域；
所述高压水除鳞装置，用于对前一块的中间坯的尾部与后一块的中间坯的头部进行除鳞；
所述提升装置，用于将具有齿形区域的中间坯一端搭接在另一块中间坯的端部上；
所述压力机，用于施加压力依靠齿形区域对中间坯端部进行剪切和挤压，使前后两块中间坯的搭接区域通过塑性变形连接在一起。
如上所述，本发明的热轧带钢无头轧制中间坯的连接方法及系统，具有以下有益效果：
本发明中前后两块中间坯是在高温状态下使用压力机实现压齿连接，连接速度快；其中，压力机对齿形区域施加压力时，通过齿形区域内上部齿槽对下部的中间坯产生大的剪切和挤压力，使下部的中间坯发生强烈塑性变形，并产生无氧化的新鲜界面，新鲜界面间通过大挤压力实现连接；由于齿槽与中间坯的交错咬合，形成大面积的机械咬合，进一步加强连接效果；由于中间坯连接区域的物理结合面大于中间坯的横截面，并且这种交错结合面在之后的精轧过程中，因为大的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，提高了连接可靠性，保证了在精轧过程中不会发生断带；同时，与现有的感应加热连接、激光加热连接等连接装置相比，本发明通过压力机实现连接，而压力机作为一种普通设备，其结构简单、设备投资及维护成本低。
附图说明
图1显示为本发明提供的一种热轧带钢无头轧制中间坯的连接方法流程图；
图2显示为本发明提供的一种热轧带钢无头轧制中间坯的连接方法第一实施例流程图；
图3显示为本发明提供的一种热轧带钢无头轧制中间坯的连接方法第二实施例流程图；
图4显示为本发明提供的一种热轧带钢无头轧制中间坯的连接系统设备示意图；
图5显示为本发明提供的一种热轧带钢无头轧制中间坯的端部齿形示意图；
图6显示为本发明提供的一种热轧带钢无头轧制中间坯的连接示意图。
元件标号说明：
1 后一块的中间坯
2 前一块的中间坯
3 切头剪
4 提升装置
5 剪切机
6 高压水除鳞装置
7 压力机
8 剪料头分离装置
9 齿形区域
10 接合区域
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。
在以下描述中，参考附图，附图描述了本申请的若干实施例。应当理解，还可使用其他实施例，并且可以在不背离本申请的精神和范围的情况下进行机械组成、结构、电气以及操作上的改变。下面的详细描述不应该被认为是限制性的，并且本申请的实施例的范围仅由公布的专利的权利要求书所限定。这里使用的术语仅是为了描述特定实施例，而并非旨在限制本申请。空间相关的术语，例如“上”、“下”、“左”、“右”、“下面”、“下方”、“下部”、“上方”、“上部”等，可在文中使用以便于说明图中所示的一个元件或特征与另一元件或特征的关系。
虽然在一些实例中术语第一、第二等在本文中用来描述各种元件，但是这些元件不应当被这些术语限制。这些术语仅用来将一个元件与另一个元件进行区分。例如，第一转向摆动可以被称作第二转向摆动，并且类似地，第二转向摆动可以被称作第一转向摆动，而不脱离各种所描述的实施例的范围。
请参阅图1，为本发明提供的一种热轧带钢无头轧制中间坯的连接方法流程图，包括：
在热连轧生产线上粗轧机与精轧机之间，按中间坯的运动方向依次设置切头剪、剪切机、高压水除鳞装置、提升装置与压力机；所述连接方法包括：
步骤S1，利用切头剪将粗轧后的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；
其中，采用切头剪切掉中间坯的头部和尾部，例如，前一块的中间坯2的尾部与后一块的中间坯1的尾部均为平直端面，即，便于前一块的中间坯2的尾部与后一块的中间坯1的头部对齐。另外，所述粗轧机粗轧后的中间坯的厚度为20～40mm，温度为950～1050℃，例如，经粗轧后的中间坯的厚度为20、25、30、35、40毫米。
步骤S2，利用剪切机将后一块的中间坯的头部或前一块的中间坯的尾部切齿形成齿形区域；
其中，将连续相邻的中间坯首尾部中的一端切齿形成齿形区域，所述剪切机设有齿形刀具，根据选择的齿形刀具的类型将中间坯的端部加工为不同的齿形区域。所述齿形区域的形状包括矩形齿、锯齿、梯形齿或柱形齿(圆柱形齿形或不规则的椭圆柱齿形)中的一个或几个的组合，齿形刀具的形状决定被切的中间坯的齿形区域的形状。
步骤S3，利用高压水对前一块的中间坯的尾部与后一块的中间坯的头部进行除鳞；
其中，采用高压水除鳞装置进行除鳞(即，钢铁在高温状态下被氧化，在其表面形成一层致密的氧化铁皮(鳞片))，利用高压水的机械冲击力来除去氧化铁皮，避免轧制过程中，轧辊压入到带钢表面，影响带钢表面质量，同时，残留的氧化铁皮也会加速轧辊的磨损，降低轧辊的使用寿命，从而确保了带钢的稳定性。
步骤S4，利用提升装置将具有齿形区域的中间坯一端搭接在另一块中间坯的端部上；
其中，使用提升装置一方面可使得具有齿形区域的中间坯一端放置在另一块的中间坯的端部上面，另一方面，使得具有齿形区域的中间坯的一端能够对齐另一块的中间坯的端部相对放置，即，使得前后两块中间坯的首尾部形成的搭接区域首尾对正，有利于后续压合时达到标准。
步骤S5，采用压力机施加压力依靠齿形区域对中间坯端部进行剪切和挤压，使前后两块中间坯的搭接区域通过塑性变形连接在一起。
其中，压力机7抬起，然后快速压下，将后一块的中间坯头部的齿形区域9压入前一块的中间坯2的尾部，由于后一块的中间坯1的齿形区域9对前一块的中间坯2的尾部进行剪切和挤压(再或者，将前一块的中间坯尾部的齿形区域9压入后一块的中间坯2的头部，由于前一块的中间坯1的齿形区域9对后一块的中间坯2的头部进行剪切和挤压)，通过齿槽间的剪切塑性变形，产生无氧化的新鲜界面，新鲜界面间通过大挤压力实现连接；由于齿槽与中间坯的交错咬合，形成大面积的机械咬合(接合区域10)，进一步加强连接效果；压合完成后，压力机7抬起并回到初始位置。
在本实施例中，由于前后的中间坯是通过机械连接，适用范围很广，针对不同钢种和规格的带钢，如，同类的带钢，或，不同类型的带钢都可按上述方式连接中间坯。由于中间坯连接区域的物理结合面大于中间坯的横截面，并且这种交错结合面在之后的精轧过程中，因为大的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，提高了连接可靠性，保证了在精轧过程中不会发生断带，与现有的感应加热连接、激光加热连接等连接装置相比，本发明通过压力机实现连接，而压力机作为一种普通设备，其结构简单、设备投资及维护成本低。
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，即，在热卷箱与精轧机之间按中间坯的运动方向依次设置切头剪、剪切机、高压水除鳞装置、提升装置与压力机。另外，粗轧机之后的热卷箱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。
请参阅图2，为本发明提供的一种热轧带钢无头轧制中间坯的连接方法第一实施例流程图，包括：
在上述实施例中，即，步骤S1至S5中，在步骤S4之前，还包括：
步骤SA，利用冷却装置降低所述中间坯齿形区域的温度使其冷却至800℃～850℃。
其中，该冷却装置可为高压水除鳞装置，也可为其它方式的冷却装置，通过该冷却装置使具有齿形区域的中间坯端部的温度冷却至800℃～850℃，相对另一块的中间坯端部的温度为950～1050℃，例如，当具有齿形区域的中间坯端部的温度冷却至800℃，对应的另一块的中间坯的温度为950℃，而当具有齿形区域的中间坯端部的温度冷却至850℃，对应的另一块的中间坯的温度为1050℃，在上述范围内，只要满足具有齿形区域的中间坯端部的温度低于另一块中间坯的温度即可，在此不一一赘述。
由于具有齿形区域的中间坯端部的温度低于另一块中间坯端部的温度，造成被切成齿形区域的头部的硬度高于另一块的中间坯的端部的硬度，在压力机对齿形区域施加压力时，温度较低的上部齿槽对下部的中间坯产生大的剪切和挤压力，使下部的中间坯发生强烈塑性变形，并产生无氧化的新鲜界面，新鲜界面间通过大挤压力实现连接；由于齿槽与中间坯的交错咬合，形成大面积的机械咬合，进一步加强连接效果；由于中间坯连接区域的物理结合面大于中间坯的横截面，并且这种交错结合面在之后的精轧过程中，因为大的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，提高了连接可靠性，保证了在精轧过程中不会发生断带。
请参阅图3，为本发明提供的一种热轧带钢无头轧制中间坯的连接方法第二实施例流程图，包括：
在上述步骤S1至S5的基础上，还包括：
步骤S6，利用剪料头分离装置在连接的中间坯进入精轧机之前完成剪料头分离。
在本实施例中，通过剪料头分离装置去除中间坯连接区域挤出的飞边或凸起，确保两个连接后的中间坯的连接区域的表面能够光滑平整，便于后续进入精轧机进行精轧，以确保不会损坏后续的精轧机。
请参阅图4，为本发明提供的一种热轧带钢无头轧制中间坯的连接系统设备示意图，包括：
在热连轧生产线上粗轧机与精轧机之间，按中间坯的运动方向依次设置切头剪3、剪切机5、高压水除鳞装置6、提升装置4与压力机7；
其中，所述粗轧机粗轧后的中间坯的厚度为20～40mm，温度为950～1050℃，例如，经粗轧后的中间坯的厚度为20、25、30、35、40毫米。
所述切头剪3，用于将粗轧后的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；
其中，采用切头剪切掉中间坯的头部和尾部，例如，前一块的中间坯2的尾部与后一块的中间坯1的尾部均为平直端面，即，便于前一块的中间坯2的尾部与后一块的中间坯1的头部对齐。
所述剪切机5，用于将后一块的中间坯的头部或前一块的中间坯的尾部切齿形成齿形区域；
其中，将连续相邻的中间坯首尾部中的一端切齿形成齿形区域，所述剪切机设有齿形刀具，根据选择的齿形刀具的类型将中间坯的端部加工为不同的齿形区域。所述齿形区域9的形状包括矩形齿、锯齿、梯形齿或柱形齿(圆柱形齿形或不规则的椭圆柱齿形)中的一个或几个，齿形刀具的形状决定被切的中间坯的齿形区域的形状，如图5所示，后一块的中间坯的头部被切割成矩形齿。
所述高压水除鳞装置6，用于对前一块的中间坯的尾部与后一块的中间坯的头部进行除鳞；
其中，采用高压水除鳞装置进行除鳞(即，钢铁在高温状态下被氧化，在其表面形成一层致密的氧化铁皮(鳞片))，利用高压水的机械冲击力来除去氧化铁皮，避免轧制过程中，轧辊压入到带钢表面，影响带钢表面质量，同时，残留的氧化铁皮也会加速轧辊的磨损，降低轧辊的使用寿命，从而确保了带钢的稳定性。
所述提升装置4，用于将具有齿形区域的中间坯一端搭接在另一块中间坯的端部上；
其中，使用提升装置一方面可使得具有齿形区域的中间坯一端放置在另一块的中间坯的端部上面，另一方面，使得具有齿形区域的中间坯的一端能够对齐另一块的中间坯的端部相对放置，即，使得前后两块中间坯的首尾部形成的搭接区域首尾对正，有利于后续压合时达到标准。
所述压力机7，用于施加压力依靠齿形区域对中间坯端部进行剪切和挤压，使前后两块中间坯的搭接区域通过塑性变形连接在一起。
其中，压力机7抬起，然后快速压下，将后一块的中间坯头部的齿形区域9压入前一块的中间坯2的尾部，由于后一块的中间坯1的齿形区域9对前一块的中间坯2的尾部进行剪切和挤压(再或者，将前一块的中间坯尾部的齿形区域9压入后一块的中间坯2的头部，由于前一块的中间坯1的齿形区域9对后一块的中间坯2的头部进行剪切和挤压)，通过齿槽间的剪切塑性变形，产生无氧化的新鲜界面，新鲜界面间通过大挤压力实现连接；由于齿槽与中间坯的交错咬合，形成大面积的机械咬合10，进一步加强连接效果；压合完成后，压力机7抬起并回到初始位置。
在本实施例中，由于前后的中间坯是通过机械连接，适用范围很广，针对不同钢种和规格的带钢，如，同类的带钢，或，不同类型的带钢都可按上述方式连接。由于中间坯连接区域的物理结合面大于中间坯的横截面，并且这种交错结合面在之后的精轧过程中，因为大的塑性变形而迅速扩大进而形成更加牢固的物理焊合区，如图6所示，因此，提高了连接可靠性，保证了在精轧过程中不会发生断带，且与现有的感应加热连接、激光加热连接等连接装置相比，本发明通过压力机实现连接，而压力机作为一种普通设备，其结构简单、设备投资及维护成本低。
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，即，在热卷箱与精轧机之间按中间坯的运动方向依次设置切头剪、剪切机、高压水除鳞装置、提升装置与压力机。另外，粗轧机之后的热卷箱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。
在上述实施例中，所述连接系统还包括：
冷却装置，设置在所述提升装置之前，用于降低在后一块的中间坯齿形区域的温度使其冷却至800℃～850℃。
其中，该冷却装置可为高压水除鳞装置，也可为其它方式的冷却装置，通过该冷却装置使具有齿形区域的中间坯端部的温度冷却至800℃～850℃，相对另一块的中间坯的温度为950～1050℃，例如，当具有齿形区域的中间坯端部的温度冷却至800℃，对应的另一块的中间坯的温度为950℃，而当具有齿形区域的中间坯端部的温度冷却至850℃，对应的另一块的中间坯的温度为1050℃，在上述范围内，只要满足具有齿形区域的中间坯端部的温度低于另一块中间坯的温度即可，在此不一一赘述。
由于具有齿形区域的中间坯端部的温度低于另一块中间坯端部的温度，造成被切成齿形区域的头部的硬度高于另一块的中间坯的端部的硬度，在压力机对齿形区域施加压力时，温度较低的上部齿槽对下部的中间坯产生大的剪切和挤压力，使下部的中间坯发生强烈塑性变形，并产生无氧化的新鲜界面，新鲜界面间通过大挤压力实现连接；由于齿槽与中间坯的交错咬合，形成大面积的机械咬合，进一步加强连接效果；由于中间坯连接区域的物理结合面大于中间坯的横截面，并且这种交错结合面在之后的精轧过程中，因为大的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，提高了连接可靠性，保证了在精轧过程中不会发生断带。
上述实施例中，所述连接系统还包括：
剪料头分离装置，设置在所述压力机之后，用于在连接的中间坯进入精轧机之前完成剪料头分离。
在本实施例中，通过剪料头分离装置去除中间坯连接区域挤出的飞边或凸起，确保两个连接后的中间坯的连接区域的表面能够光滑平整，便于后续进入精轧机进行精轧，以确保不会损坏后续的精轧机。
综上所述，本发明中前后两块中间坯是在高温状态下使用压力机实现压齿连接，连接速度快；其中，压力机对齿形区域施加压力时，温度较低的齿形区域内的上部齿槽对下部的中间坯产生大的剪切和挤压力，使下部的中间坯发生强烈塑性变形，并产生无氧化的新鲜界面，新鲜界面间通过大挤压力实现连接；由于齿槽与中间坯的交错咬合，形成大面积的机械咬合，进一步加强连接效果；由于中间坯连接区域的物理结合面大于中间坯的横截面，并且这种交错结合面在之后的精轧过程中，因为大的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，提高了连接可靠性，保证了在精轧过程中不会发生断带；同时，连接设备简单，设备投资及生产维护成本低。所以，本发明有效克服了现有技术中的连接速度慢、连接强度不足等缺点而具高度产业利用价值。
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。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 (8)

1.一种热轧带钢无头轧制中间坯的连接方法，其特征在于，在热连轧生产线上粗轧机与精轧机之间，按中间坯的运动方向依次设置切头剪、剪切机、高压水除鳞装置、提升装置与压力机；所述连接方法包括：
利用切头剪将粗轧后的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；
利用剪切机将后一块的中间坯的头部或前一块的中间坯的尾部切齿形成齿形区域；
利用高压水对前一块的中间坯的尾部与后一块的中间坯的头部进行除鳞；
利用冷却装置降低所述中间坯的齿形区域的温度使其冷却至800℃～850℃，使另一块中间坯端部的温度为950～1050℃；
利用提升装置将具有齿形区域的中间坯一端搭接在另一块中间坯端部上；
采用压力机施加压力依靠齿形区域对中间坯端部进行剪切和挤压，使前后两块中间坯的搭接区域通过塑性变形连接在一起。
2.根据权利要求1所述的热轧带钢无头轧制中间坯的连接方法，其特征在于，所述剪切机设有齿形刀具，根据选择的齿形刀具的类型将中间坯的端部加工为不同的齿形区域。
3.根据权利要求2所述的热轧带钢无头轧制中间坯的连接方法，其特征在于，所述齿形区域的形状包括矩形齿、锯齿、梯形齿或柱形齿中的一个或几个。
4.根据权利要求1所述的热轧带钢无头轧制中间坯的连接方法，其特征在于，利用剪料头分离装置在连接的中间坯进入精轧机之前完成剪料头分离。
5.一种热轧带钢无头轧制中间坯的连接系统，其特征在于，包括：在热连轧生产线上粗轧机与精轧机之间，按中间坯的运动方向依次设置切头剪、剪切机、高压水除鳞装置、提升装置与压力机；
所述切头剪，用于将粗轧后的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；
所述剪切机，用于将后一块的中间坯的头部或前一块的中间坯的尾部切齿形成齿形区域；
所述高压水除鳞装置，用于对前一块的中间坯的尾部与后一块的中间坯的头部进行除鳞；
冷却装置，用于降低所述中间坯齿形区域的温度使其冷却至800℃～850℃，使所述另一块中间坯端部的温度为950～1050℃；
所述提升装置，用于将具有齿形区域的中间坯一端搭接在另一块中间坯端部上；
所述压力机，用于施加压力依靠齿形区域对中间坯端部进行剪切和挤压，使前后两块中间坯的搭接区域通过塑性变形连接在一起。
6.根据权利要求5所述的热轧带钢无头轧制中间坯的连接系统，其特征在于，所述剪切机设有齿形刀具，根据选择的齿形刀具的类型将中间坯的端部加工为不同的齿形区域。
7.根据权利要求6所述的热轧带钢无头轧制中间坯的连接系统，其特征在于，所述齿形区域的形状包括矩形齿、锯齿、梯形齿或柱形齿中的一个或几个。
8.根据权利要求5所述的热轧带钢无头轧制中间坯的连接系统，其特征在于，还包括：剪料头分离装置，用于在连接的中间坯进入精轧机之前完成剪料头分离。
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