CN110560486B - 一种热轧带钢无头轧制中间坯连接装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于钢铁轧制技术领域，涉及一种热轧带钢无头轧制中间坯连接装置及方法，所述矫直机将中间坯的头、尾矫直成平直端面，采用剪切机将两块中间坯的头、尾切成一定斜边，使其端部对齐，再用接合机对中间坯进行连接；所述接合机的本体固定，其焊接头与中间坯分别以不同速度、向不同方向移动，形成的连接轨迹与中间坯端部斜边结合部轨迹重合，从而实现连接。本发明设备简单、占地面积小，连接强度高、连接范围广，克服了中间坯连接时空间限制的问题，在常规生产线空间有限的条件下实现中间坯的连接，并适用于不同材质板坯间的连接。
Description
技术领域
本发明属于钢铁轧制技术领域，涉及一种热轧带钢无头轧制中间坯连接装置及方法。
背景技术
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分切成所要求重量的钢卷。与常规热轧单块轧制相比较，无头轧制具有以下显著优点：消除带钢轧制过程中不稳定部分，使质量稳定，并提高收得率；可实现超薄和宽薄产品的生产；当轧制薄带材时，生产稳定，生产率提高；机架间带钢张力保持稳定，使带钢厚度及平直度偏差减小；减少了穿带和甩尾次数，减少了对轧辊的冲击和损害；产品组织性能更均匀。
目前热轧带钢无头轧制形式主要有常规热轧无头轧制和薄板坯连铸连轧无头轧制。自1989年世界第一条短流程CSP生产线在美国纽柯钢铁公司投产以来，薄板坯连铸连轧经过30年的发展，已成为热轧板带的重要生产方式之一，但该技术主要应用于新建产线，且产品范围较常规热连轧窄。常规热轧无头轧制生产由于连铸和轧制分离，不管是在产品覆盖范围还是在产品质量方面均优于薄板坯连铸连轧无头轧制；而且从市场角度来看，国内热轧板产能已严重过剩，新建项目的机会很少。因此，基于现有常规热连轧产线的常规热连轧无头轧制产线改造，不仅可以提高产品质量和生产效率，达到高质量发展的目标；也能将现有热连轧产线更充分的利旧和利用，符合节能环保的号召。
现有常规热连轧生产改为无头轧制生产，最关键的技术问题就是粗轧后中间坯的连接问题。由于无头轧制采用带张力轧制模式，且中间坯与精轧机要保持秒流量相等，因此热状态下中间坯的连接速度与质量影响着无头轧制能否实现：若连接速度过慢、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；更重要的是，由于常规热轧无头轧制主要面向现有已建成的热连轧生产线的改造，生产线空间已经固定，因此连接设备不宜庞大、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实现工业应用的有感应加热连接法、激光加热连接法和剪切压接法。
感应加热连接法是川崎制铁开发的连接技术，该方法采用电磁感应加热，在中间坯头尾产生很大的感应电流，使其发热、升温，然后将结合面压接完成连接。这种连接方法大约需要20s的连接时间。由于中间坯连接过程中需要保持与精轧工序匹配的移动速度，因此连接机构也必须保持与中间坯等速的移动，根据目前中间坯1m/s的移动速度，庞大的感应加热机构需要移动至少20m才能完成焊接，而现有热连轧产线空间固定，要满足连接设备20m的走行空间，不易实现。
激光热焊接法是新日铁开发的连接技术，它与感应加热连接法相似，采用激光加热后焊接。激光热焊接法也需要连接设备在连接过程中移动，因此也存在连接设备移动空间限制的问题。剪切压接法是三菱日立与浦项共同开发的连接技术，采用特殊设计的剪切机，将中间坯搭接区沿斜面剪切，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。剪切压接法可以在1s内完成中间坯的连接，因此连接设备不需要移动。但这种连接方法是对剪切面施加压力进行的物理连接，连接效果受连接材料的化学成分影响较大，当连接材料中碳或其他合金元素含量较高时，连接强度受到影响，因此目前仅能用于低碳钢或低合金钢的连接；同时，由于要满足物理连接所需的极大压力，该设备体积庞大，其长度约17m，占用空间大、设备投资及维护成本高。
总之，现有应用的中间坯连接方式，除了连接适用范围窄限制了生产产品种类外，最主要的问题是连接机构需要行走焊接，占用产线空间大，这对于空间已固定的现有生产线，无疑是最大的阻碍。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种连接钢种范围广、设备占用产线空间小的热轧带钢无头轧制中间坯连接装置及方法。
为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种热轧带钢无头轧制中间坯连接方法，包括以下步骤：提供用于剪切中间坯的剪切机、用于连接中间坯的接合机、用于精轧中间坯的精轧机，所述接合机上设有焊接头；切头尾：利用剪切机将第一中间坯的尾部及第二中间坯的头部去除，切成一定的斜边；第一中间坯尾部斜边与第二中间坯的头部斜边匹配对齐形成结合部；连接：持续向精轧机方向移动第一中间坯与第二中间坯，当结合部通过接合机时，接合机焊接头与第一方向呈角度θ移动，通过调整焊接头的移动速度与角度θ，使焊接轨迹与结合部重合，利用焊接头产生的热量使结合部软化并发生塑性流动，连接第一中间坯与第二中间坯；其中，第一方向为第一中间坯与第二中间坯的运动方向。
可选地，步骤“粗轧”后的中间坯的厚度为25mm～38mm，温度为950℃～1100℃。
可选地，在步骤“切头尾”之前，还包括以下步骤，矫直：利用矫直机平整粗轧后的第一中间坯的尾部、第二中间坯的头部。
可选地，在步骤“连接”之后，还包括以下步骤，去毛刺：利用去毛刺机将结合部形成的多余部分去掉。
可选地，在步骤“连接”过程中，第一中间坯与第二中间坯同步以速度V1向精轧机方向移动；焊接头以速度V2进行移动，第一中间坯尾部斜边与第二中间坯的头部斜边长度一致，均为L，B为中间坯宽度。
可选地，θ为80°～100°。
可选地，连接过程中，焊接头的运动方向垂直于第一方向，第一中间坯尾部斜边或第二中间坯的头部斜边角度为α，
可选地，连接过程中第一中间坯与第二中间坯始终以速度V1向精轧机方向移动，移动方向平行于生产线中心线。
可选地，另一中间坯的斜边角度为β，α+β＝180°。
可选地，在步骤“连接”中，接合机采用摩擦焊接、激光焊接、等离子焊接中一种或几种的结合进行焊接。
可选地，在步骤“连接”中，接合机的焊头可以采用1组，或者多组同时工作。
一种热轧带钢无头轧制中间坯连接装置，包括粗轧机、剪切机、接合机及精轧机，所述剪切机包括用于剪切中间坯的切刀，所述接合机上设有焊接头；第一中间坯与第二中间坯速度相等地匀速运动，其运动方向为第一方向，焊接头以与第一方向呈角度θ的方向进行匀速运动，并在运动过程中对中间坯进行焊接，形成直线结合部轨迹，完成对第一中间坯与第二中间坯的连接；按照第一中间坯的运动方向，依次设置所述粗轧机、所述剪切机、所述接合机及所述精轧机。
可选地，所述粗轧机与剪切机之间设有热卷箱。
可选地，所述结合机与精轧机之间设有去毛刺机。
可选地，所述粗轧机与所述剪切机之间还设有矫直机。
可选地，焊接头可采用1组或多组，当选用多组焊接头时，焊接头沿连接轨迹等间距布置，且每个焊接头的行程均大于相邻的两个焊接头之间的间距。
本发明的有益效果在于：
本发明的接合机通过其本体固定、焊接头可动的方式对中间坯进行连接，接合机本体不跟随中间坯行走，减少了连接设备行走空间，节约了产线空间、减少了占地面积，能够更广泛的适用于已建成的空间有限的生产线改造，并省去了接合机本体设备行走焊接时所需的行走设备投资和维护成本；焊接方式采用摩擦焊接、激光焊接、等离子焊接等几种方式中的一种或几种结合，焊接方式灵活、成熟可靠，可连接的材料范围广。
本发明的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本发明的实践中得到教导。本发明的目标和其他优点可以通过下面的说明书来实现和获得。
附图说明
为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作优选的详细描述，其中：
图1为本发明的装置示意图；
图2为本发明装置的Z向示意图；
图3为本发明的结合部示意图；
图4为实施例1接合机示意图；
图5为实施例1在t时刻至t+n时刻的Z向视图；
图6为实施例2在t时刻至t+n时刻的Z向视图。
具体实施方式
以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员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与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。
其中，附图仅用于示例性说明，表示的仅是示意图，而非实物图，不能理解为对本发明的限制；为了更好地说明本发明的实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。
本发明实施例的附图中相同或相似的标号对应相同或相似的部件；在本发明的描述中，需要理解的是，若有术语“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本发明的限制，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。
请参阅图1-图6，附图中的元件标号分别表示：1-第二中间坯、2-第一中间坯、3-结合部、4-本体、5-焊接头、6-已结合区域、7-未结合区域、8-粗轧机、9-热卷箱、10-矫直机、11-剪切机、12-夹持装置、13-中间坯接合机、14-去毛刺机、15-精轧机。
实施例1
如图1、图2所示，本实施例提供一种热轧带钢无头轧制中间坯的连接装置，在粗轧机8后，热卷箱9与精轧机15之间，设置矫直机10、剪切机11、夹持装置12和接合机13以及去毛刺机14。
所述矫直机10可矫直第一中间坯2与第二中间坯1的头、尾部位。所述剪切机11可剪切第一中间坯2与第二中间坯1的头、尾形状，并剪切成相互匹配的斜边形状。所述接合机13对第一中间坯2与第二中间坯1的头尾斜边结合部3进行连接。连接完成后，所述去毛刺机14将结合部3产生的多余部件去除，再进入精轧机15进行精轧。图1中X方向(第一方向)为粗轧指向精轧的方向，也是与生产线中心线平行的方向。图2中Y方向为与X方向成一定水平角度的方向。
本方案的操作步骤如下：
S1切头尾，第一中间坯2与第二中间坯1均以速度V1向X方向(即第一方向)移动，通过剪切机11被剪切成头尾相互匹配的斜边，两个相互匹配的斜边对齐形成斜边结合部3；
S2连接，当步骤S1中的结合部3经过接合机13时，接合机13的本体4固定不动，焊接头5由机构带动以速度V2向Y方向移动，并在其移动过程中对结合部3进行焊接。
在步骤S2中，由于第一中间坯2与第二中间坯1以V1的速度沿X方向移动、焊接头5以V2的速度沿Y方向移动，因此第一中间坯2与第二中间坯1与焊接头5形成的相对合运动形成了焊接轨迹，该焊接轨迹沿结合部3形成，使结合部3软化并发生塑性流动，从而连接第一中间坯2与第二中间坯1，完成焊接后，焊接头5返回初始位置。
由于在连接过程中，接合机13的本体4固定不动，只有焊接头5移动，并可以通过对速度V1、V2的大小、方向的调整，来调整焊接轨迹，控制焊缝的形成方向及形成速度，因此本方案实施时只需考虑接合机13本体4的固定占地空间，而不用考虑连接设备行走所需的占地空间(X方向空间)，这大大节约了产线空间、减少了占地面积，也使该技术能更广泛的适用于现有的空间有限的生产线改造，并省去接合机13本体4设备行走焊接时所需的设备投资成本和维护成本。
本方案的实施过程中，也可以应用以下辅助设备以达到更优的实现效果。可以通过矫直机10将第一中间坯2与第二中间坯1的头、尾进行矫直，使其保持平直对齐，有利于第一中间坯2与第二中间坯1的连接；可以通过剪切机11去除第一中间坯2与第二中间坯1的头、尾部位，提高焊接效率，并将第一中间坯2与第二中间坯1头、尾剪切成相互匹配的斜边形状，使其满足焊接时的结合部3的轨迹要求；可以通过去毛刺机14防止结合部3产生的多余部件(毛刺)进入精轧机后损伤轧辊辊面；可以通过对称设置在中间坯的两侧的夹持装置12，将第一中间坯2与第二中间坯1的头、尾部对正和相对稳定。
在本方案的实施过程中，也可以应用以下优选方案以达到更优的实现效果。所述接合机13的焊接头5采用从宽度方向的一侧到另一侧的逐渐连接方式对结合部3进行焊接。其焊接方式可以采用摩擦焊接、激光焊接、等离子焊接等几种方式中的一种或几种结合，或者与其他焊接方式的结合，例如超声波+激光焊接结合方式。这些焊接方式灵活、成熟可靠，可连接的材料范围广，还降低了无头轧制的工艺难度以及设备投入；可以达到更高的焊接头连接强度，提高带钢无头轧制的工艺质量，提高生产效率。
实施例2
本实施例与实施例1不同的是，本实施例中应用多个焊接头5对结合部3进行焊接。此处给出2个焊接头5的具体方案，在不同的实施条件下，也可以采用多个焊接头5实现类似的功能。
如图6所示，图6为沿中间坯的宽度方向上，接合机13设置2个焊接头5，两个焊接头5沿连接轨迹等间距布置，布置间距为0.5L，且每个焊接头5行程大于相邻的两个焊接头5之间的间距。当第一中间坯2与第二中间坯1的结合部3经过接合机13时，两个焊接头5同时开始焊接，以速度V2向Y方向移动，焊接头5行程大于相邻的两个焊接头5之间的间距。采用这种方法可以减少连接时间。焊接头5行程大于相邻的两个焊接头5之间的间距，是为了将行程衔接部位的孔洞消除，使连接更加牢固。
采用本发明提供的方法及装置，在进行精轧之前，将第一中间坯2与第二中间坯1的头、尾形状进行剪切，并剪切成相匹配的形状，通过本体4固定、焊接头5可动的接合机13对中间坯进行连接，减少连接设备行走空间，节约产线空间、减少占地面积，能够更广泛的适用于已建成的空间有限的生产线改造，并省去了接合机本体设备行走焊接时所需的行走设备投资和维护成本；焊接方式采用摩擦焊接、激光焊接、等离子焊接等几种方式中的一种或几种结合，焊接方式灵活、成熟可靠，可连接的材料范围广。
最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
Claims (13)
1.一种热轧带钢无头轧制中间坯连接方法，其特征在于，包括以下步骤：
提供用于剪切中间坯的剪切机、用于连接中间坯的接合机、用于精轧中间坯的精轧机，所述接合机上设有焊接头；
切头尾：利用剪切机将第一中间坯的尾部及第二中间坯的头部去除，切成一定的斜边；第一中间坯尾部斜边与第二中间坯的头部斜边匹配对齐形成结合部；
连接：持续向精轧机方向移动第一中间坯与第二中间坯，当结合部通过接合机时，接合机焊接头与第一方向呈角度θ移动，通过调整焊接头的移动速度与角度θ，使焊接轨迹与结合部重合，利用焊接头产生的热量使结合部软化并发生塑性流动，连接第一中间坯与第二中间坯；
其中，第一方向为第一中间坯与第二中间坯的运动方向。
2.如权利要求1中所述的热轧带钢无头轧制中间坯连接方法，其特征在于，在步骤“切头尾”之前，还包括以下步骤，矫直：利用矫直机平整粗轧后的第一中间坯的尾部、第二中间坯的头部。
3.如权利要求1中所述的热轧带钢无头轧制中间坯连接方法，其特征在于，在步骤“连接”之后，还包括以下步骤，去毛刺：利用去毛刺机将结合部形成的多余部分去掉。
4.如权利要求1中所述的热轧带钢无头轧制中间坯连接方法，其特征在于，在步骤“连接”过程中，第一中间坯与第二中间坯同步以速度V1向精轧机方向移动；焊接头以速度V2进行移动，第一中间坯尾部斜边与第二中间坯的头部斜边长度一致，均为L，B为中间坯宽度。
5.如权利要求4中所述的热轧带钢无头轧制中间坯连接方法，其特征在于，连接过程中，焊接头的运动方向与第一方向呈角度θ，θ为80°～100°，第一中间坯尾部斜边或第二中间坯的头部斜边角度为α，
6.如权利要求5中所述的热轧带钢无头轧制中间坯连接方法，其特征在于，另一中间坯的斜边角度为β，α+β＝180°。
7.如权利要求5中所述的热轧带钢无头轧制中间坯连接方法，其特征在于，连接过程中，焊接头的运动方向与第一方向呈角度θ，θ为90°。
8.如权利要求1中所述的热轧带钢无头轧制中间坯连接方法，其特征在于，在步骤“连接”中，接合机采用摩擦焊接、激光焊接、等离子焊接中一种或几种的结合进行焊接。
9.如权利要求1中所述的热轧带钢无头轧制中间坯连接方法，其特征在于，在步骤“连接”中，接合机的焊头可以采用1组，或者多组同时工作。
10.一种热轧带钢无头轧制中间坯连接装置，其特征在于：包括粗轧机、剪切机、接合机及精轧机，所述剪切机包括用于剪切中间坯的切刀，所述接合机上设有焊接头；第一中间坯与第二中间坯速度相等地匀速运动，其运动方向为第一方向，焊接头以与第一方向呈角度θ的方向进行匀速运动，并在运动过程中对中间坯进行焊接，形成直线结合部轨迹，完成对第一中间坯与第二中间坯的连接；按照第一中间坯的运动方向，依次设置所述粗轧机、所述剪切机、所述接合机及所述精轧机。
11.如权利要求10中所述的热轧带钢无头轧制中间坯连接装置，其特征在于：所述粗轧机与剪切机之间设有热卷箱。
12.如权利要求10中所述的热轧带钢无头轧制中间坯连接装置，其特征在于：所述接合机与精轧机之间设有去毛刺机。
13.如权利要求10中所述的热轧带钢无头轧制中间坯连接装置，其特征在于：所述粗轧机与所述剪切机之间还设有矫直机。
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2019
- 2019-09-04 CN CN201910833498.2A patent/CN110560486B/zh active Active
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