DE69206178T2

DE69206178T2 - Verfahren und Vorrichtung zum Verbinden erwärmten Materials in einem Warmwalzwerk.

Info

Publication number: DE69206178T2
Application number: DE69206178T
Authority: DE
Inventors: Ryohei Kinose; Teruo Sekiya; Yasutsugu Yoshimura
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1991-03-20
Filing date: 1992-03-12
Publication date: 1996-07-11
Anticipated expiration: 2012-03-13
Also published as: DE69206178D1; EP0505088B1; US5205471A; EP0505088A1; JPH04294802A

Description

Die Erfindung betrifft Verfahren und Vorrichtungen zum Verbinden von Stahlteilen in einem Warmwalzwerk.
Ein Warmwalzwerk, z.B. eine Stahlband-Warmwalzanlage, ist wohlbekannt. Eine typische bekannte Anlage verfügt über eine Einheit für kontinuierliches Gießen, einen Heizofen, eine Vorwalzstation und eine Endwalzstation. Ein warmgewalzter Stahlblock, der durch die Einheit für kontinuierliches Giessen hergestellt wurde, wird dadurch in das gewünschte Produkt umgewandelt, daß er im Ofen erwärmt wird, gefolgt von einem Warmwalzen in der Vor- und Endwalzstation. Da der Stahl im Heizprozeß in Form von Walzblöcken verarbeitet wird, wird er im allgemeinen mit bestimmten Intervallen zwischen aufeinanderfolgenden Walzblöcken oder -stücken gewalzt.
Kürzlich wurde ein kontinuierlicher Walzvorgang vorgeschlagen. Zu kontinuierlichem Walzen gehört es, daß die Stahlwalzblöcke oder -stücke entweder vor dem Walzen oder während des Walzprozesses miteinander verbunden werden. Es wird erwartet, daß es zu großen Einsparungen an Energie und Arbeit sowie zu einer Verbesserung der Ausbeute und zu verbesserter Produktivität führt, wenn kontinuierliches Walzen auf kommerzieller Basis erzielt wird.
Wegen der hohen Geschwindigkeiten, der hohen Temperaturen und der großen Kräfte, zu denen es beim Walzen von Stahl kommt, ist es schwierig, einen kontinuierlichen Walzvorgang zu erzielen. Dokumente aus dem Stand der Technik enthalten eine Anzahl von Vorschlägen.
JP-A-60/170581 und JP-A-62/234679 beschreiben jeweils das Verbinden aufeinanderfolgender Stahlstücke durch Aufschmelzen ihrer benachbarten Flächen unter Verwendung von Hochfrequenz-Induktionsheizung.
JP-A-61/253178 beschreibt das Aufschmelzen benachbarter Flächen durch das Erzeugen eines Bogens mittels Gleichstrom.
JP-A-62/127185 beschreibt das Aufschmelzen überlappender, miteinander zu verbindender Flächen, während Oxidzunder unter Verwendung eines Stroms von Eisenpulver in Sauerstoffgas von den Oberflächen abgeblasen wird.
Trotz dieser bereits erfolgten Offenbarungen wurde eine Technik für kontinuierliches Walzen noch nicht kommerziell realisiert. Es wird angenommen, daß dies der Fall ist, da die folgenden drei Bedingungen bisher nicht vollständig erfüllt waren: (1) die Stirnflächen der Stahlstücke müssen auf mindestens 1500ºC gebracht werden; (2) Oxidzunder auf den zu verbindenden Flächen darf einen bestimmten Grenzwert nicht überschreiten und (3) die zu verbindenden Flächen müssen im wesentlichen eben sein.
Eine der oben angegebenen Veröffentlichungen, nämlich JP-A- 62/127185, legt Nachdruck auf das Beseitigen von Oxidzunder. Jedoch führt die Verwendung nur von gegen die Oberflächen gerichtetem Sauerstoffgas zu unzureichendem Heizen. Die anderen Verfahren, die Hochfrequenz- und Induktionsheizung und Schmelzen durch Bögen verwenden, sind der Tendenz nach nicht dazu in der Lage, das Zentrum einer zu verbindenden Fläche zu beheizen. Ferner leiden sie unter Schwierigkeiten hinsichtlich Oxidzunders.
CH-A-248544 offenbart das Verbinden von Metallstücken mittels Aufschmelzens der Fläche jedes Stücks unter Verwendung verstellbarer Gebläseschweißbrenner, wobei dann die Stücke zum Verbinden sehr schnell zusammengebracht werden.
Die bekannte Technologie berücksichtigt den Punkt (3) überhaupt nicht. Die Stirnflächen der Walzstahlstücke werden im allgemeinen durch eine Trommelabschermaschine abgeschert, was zu Scherflächen führt, die weder in der Breite noch der Dicke gerade sind. Selbst bei zweckentsprechendem Aufheizen werden diese Flächen nur an zufälligen Orten miteinander verbunden, was zur Tendenz führt, daß die Verbindung bei den hohen Spannungen zerstört wird, wie sie im Material während eines Walzvorgangs bestehen. Um eine derartige Verbindung an zufälligen Punkten zu vermeiden, kann eine große Zusammendrückkraft in Längsrichtung verwendet werden, jedoch besteht dann die Tendenz, daß der Stahl ausgebaucht wird oder sich aus der Ausrichtungsrichtung verbiegt, mit daraus sich ergebenden Schwierigkeiten.
Diese vorhandenen Schwierigkeiten wurden im wesentlichen in unserer Europäischen Patentanmeldung EP-A-460655 angesprochen, von der ein Teil in einer Beziehung gemäß Artikel 54(3) EPÜ zur vorliegenden Anmeldung steht. In dieser Anmeldung, die den nächstkommenden Stand der Technik offenbart, ist das Verbinden der Walzstahlstücke unter Verwendung einer Längsreihe schmelzender Schweißbrenner beschrieben, um die Enden der Stahlstücke durch einen Schmelzvorgang abzutrennen. Die schmelzenden Schweißbrenner können für den schmelzenden Trennvorgang in Querrichtung verstellt werden, um eine ebene Schmelzfläche zu erzeugen, die für einen Verbindungsvorgang geeignet ist. Die Stücke können während des schmelzenden Schneidvorgangs oder nach diesem zusammengedrückt werden.
Die Erfindung zielt darauf ab, neuartige Verfahren und Vorrichtungen zum Verbinden von Stahlstücken in einem Warmwalzprozeß zu schaffen. Insbesondere wird vorzugsweise versucht, die oben angegebenen drei Schwierigkeiten zu überwinden, die im Stand der Technik vorhanden sind. Es wird auch versucht, bestimmte Schwierigkeiten zu berücksichtigen, die in EP-A-460655 nicht berücksichtigt sind.
Die Erfinder haben der Schwierigkeit betreffend Oxidzunder weitere Arbeit und Überlegungen gewidmet. Sie haben herausgefunden, daß es nicht ausreicht, einfach Oxidzunder zu entfernen, wie es im Stand der Technik vorgeschlagen ist. Es ist auch erforderlich, darauf zu achten, daß sich Oxidzunder in der Zeit zwischen dem Schmelzen des Stahls und dem Verbinden zweier Stücke nicht neu bildet. Wenn sich Oxidzunder über ein vorgegebenes Ausmaß hinaus neu bildet, ist die Unverletzlichkeit der Verbindung bedroht. Jedoch haben die Erfinder entdeckt, daß dann, wenn die Verbindung an den Seitenenden der Verbindung zwischen den zwei Stücken gut ausgebildet ist, dieselbe ihre Unversehrtheit trotz Unstetigkeiten an irgendwelchen anderen Stellen entlang der Verbindung aufrechterhalten kann. Umgekehrt stellt eine schlechte Verbindung aufgrund z.B. eines Neuwachstums an Oxidzunder an den Seitenenden der Verbindung einen wesentlichen Beitrag zu einer Schwächung der Verbindung beim anschließenden Ablauf, insbesondere beim Endwalzen, dar.
Auf Grundlage dieses neuen Verständnisses sind die folgenden neuen Verfahrens- und Vorrichtungsgesichtspunkte vorgeschlagen, gemäß denen es sichergestellt ist, oder ermöglicht ist, daß die Zeit, die zwischen dem Schmelzen von Stahl an den Seitenenden der Verbindungslinie und dem Zusammendrücken der Stahlstücke vergeht, nicht größer als eine vorgegebene kritische Zeit tc für die Neubildung von Oxidzunder ist. Dies wird unter Verwendung einer Technik erzielt, bei der mehrere schmelzende Schweißbrenner entlang den benachbarten Enden der zwei zu verbindenden Stahlstücke, vorzugsweise mit einem kleinen Zwischenraum zwischen diesen zwei Stücken, bei einer Schmelzverstellung seitlich verstellt werden, um dort entlang zumindest ein teilweises Aufschmelzen hervorzurufen, worauf folgend die zwei Stücke in Längsrichtung zusammengepreßt werden, um die Verbindung auszubilden.
Gemäß einer Erscheinungsform ist ein Verfahren gemäß Anspruch 1 zum Verbinden aufeinanderfolgender Stahlstücke geschaffen, die in einem Warmwalzwerk verarbeitet werden.
Gemäß einer anderen Erscheinungsform sind Vorrichtungen gemäß den Ansprüchen 10, 11 zum Verbinden aufeinanderfolgender Stahlstücke in einem Warmwalzwerk geschaffen.
Die Einstellung der maximalen Zeit, die zwischen dem Aufschmelzen und dem Zusammenpressen der Seitenenden der Verbindung verstreicht, kann auf eine Anzahl von Arten erzielt werden. Es ist möglich, die Beziehung zwischen der vorgegebenen Endposition eines schmelzenden Schweißbrenners am Ende seiner Schmelzverstellung bezogen auf die Seitenkante des Stahlstücks einzustellen. Es ist möglich, die Beziehung zwischen der Seitenkante eines Stahlstücks und einer Position einzustellen, an der ein schmelzender Schweißbrenner mit seiner Schmelzverstellung beginnt. Die schmelzenden Schweißbrenner, die die zwei entgegengesetzten Seitenkanten des Stahls aufschmelzen, können ihre Schmelzverstellungen in derselben Querrichtung ausführen. Sie können ihre Schmelzverstellungen auch mit derselben Quergeschwindigkeit ausführen. Tatsächlich laufen bei einer bevorzugten Ausführungsform alle schmelzenden Schweißbrenner bei der Schmelzverstellung mit derselben Geschwindigkeit und in derselben Richtung in Querrichtung.
Gemäß einer anderen Möglichkeit werden die jeweiligen Quergeschwindigkeiten der schmelzenden Schweißbrenner, die die zwei Querenden der Verbindung aufschmelzen, bei ihren Schmelzverstellungen abhängig von der vorgegebenen oder eingestellten Querlage dieser Kanten eingestellt.
Es können Erfassungseinrichtungen vorhanden sein, vorzugsweise sowohl stromaufwärts als auch stromabwärts bezüglich des Verbindungsorts, um die Positionen der Seitenkanten der zu verbindenden Stücke zu ermitteln. Zusätzlich oder alternativ kann mindestens eine Seitenführung dazu verwendet werden, das Zentrum eines Stahlstücks in Breitenrichtung zu bestimmen. Vorzugsweise sind Seitenführungen sowohl für das vorauslaufende als auch das folgende Stahlstück vorhanden.
Jede der derartigen Seitenführungen und Erfassungseinrichtungen ist funktionsgemäß mit einer geeigneten Steuerung verbunden, damit das Signal von diesen durch die Steuerung dazu verwendet werden kann, Steuersignale zu bestimmen, die an den Antrieb oder die Antriebe ausgegeben werden, die die schmelzenden Schweißbrenner steuern.
Um eine variable Schmelzverstellung unter den schmelzenden Schweißbrennern zu erzielen, wie sie im allgemeinen bei der Erfindung erforderlich ist, werden die schmelzenden Schweißbrenner vorzugsweise als mehrere Sätze verteilt. Jeder Satz enthält mindestens einen, allgemeiner jedoch mindestens drei schmelzende Schweißbrenner, die miteinander verbunden sind, um sich zusammen als Einheit zu bewegen. Insbesondere sind die schmelzenden Schweißbrenner, die an den jeweiligen Seitenenden der Stahlstücke oder benachbart zu diesen verwendet werden, wünschenswerterweise zu zwei derartigen Sätzen zusammengefaßt, die eine gewisse erforderliche Steuerungsunabhängigkeit aufweisen, wie oben angegeben. Der Einfachheit halber ist es möglich, die gesamte Serie schmelzender Schweißbrenner in gerade zwei Sätze aufzuteilen, einen Satz für jede Seite des Verarbeitungspfads. Jeder Satz enthält geschickterweise eine einheitliche Montageeinrichtung, wie eine Schelle oder dergleichen, zum Halten aller schmelzender Schweißbrenner dieses Satzes.
Zwei Sätze können mechanisch gesondert vorliegen und sich auf die Steuerung durch gesonderte Antriebssysteme stützen, um ihre Wirkungen zu koordinieren. Bei einer anderen Version können zwei derartige Sätze mittels eines einstellbaren Verbinders angeschlossen sein, der selbststeuerbar ist. Die Einstellung des Verbinders kann dazu verwendet werden, den Abstand zwischen den Sätzen einzustellen, z.B. vor dem Ausführen einer Schmelzverstellung. Während der Schmelzverstellung können sich die zwei miteinander verbundenen Sätze dann zusammen als einer mit derselben Geschwindigkeit bewegen.
Andere Gesichtspunkte der Erfindung, wie in den Ansprüchen dargelegt, betreffen solche Kombinationen von Verfahren und Vorrichtungen, wie hier offenbart, die für das vorliegende Konzept charakteristisch sind, d.h., daß sie eine unabhängige Einstellung des Schmelzvorgangs an den seitlichen Verbindungsenden ermöglichen.
Gemäß anderen Gesichtspunkten schafft die Erfindung ein allgemeines Verfahren zum Verarbeiten von Stahl, bei dem Stahlstücke hergestellt, vorgewalzt und endgewalzt werden, wobei aufeinanderfolgende Stücke durch ein Verfahren, wie es oben beschrieben ist, oder unter Verwendung einer Vorrichtung, wie sie oben beschrieben ist, miteinander verbunden werden, entweder vor dem Vorwalzen oder zwischen dem Vorwalzen und dem Endwalzen.
Auf ähnliche Weise ist gemäß einem weiteren Gesichtspunkt ein Warmwalzwerk mit einer Verbindungsvorrichtung gemäß einem der oben offenbarten Gesichtspunkte geschaffen. Die Verbindungsvorrichtung kann vor der Vorwalzvorrichtung, z.B. unmittelbar nach einem Heizofen liegen, oder sie kann zwischen der Vorwalzvorrichtung und der Endwalzvorrichtung liegen.
Die Erfinder haben klargestellt, daß die Grenzzeit "tc" für Neuwachstum von Oxidzunder bei normalem warmgewalztem Stahl im allgemeinen 5 bis 10 Sekunden beträgt. Wie oben angegeben, ist es nicht immer erforderlich, Stahlstücke kontinuierlich über ihre gesamte Breite miteinander zu verbinden. Wir haben vielmehr herausgefunden, daß eine zuverlässige Verbindung dann geschaffen werden kann, wenn die Verbindung an den Seitenkanten, d.h. an den Enden der Verbindungslinie, vollständig ist.
Diese Bedingung kann selbst dann erfüllt werden, wenn die Breiten und Ausrichtungen aufeinanderfolgender Stahlstücke variieren, wenn eine zweckentsprechende Erfassungs- oder Führungseinrichtung verwendet wird, die mit einer Steuerung für die schmelzenden Schweißbrenner verbunden ist. Wenn ein Stück schmaler als das andere ist, bestimmen die Kanten dieses Stücks die Enden der Verbindungslinie; eine Steuerungsvorrichtung kann so programmiert sein, daß sie diese Situation erkennt und die Schweißbrenner entsprechend antreibt. Andere Situationen können auf entsprechende Weise behandelt werden. Seitenführungen ermöglichen die Einstellung einer geeigneten Startposition für die Schmelzverstellung, und zwar selbst dann, wenn ein Stahlstück von der Mitte des Verarbeitungspfads abweicht.
Die Erfindung betreffende Prinzipien werden nun detaillierter erörtert und es werden spezielle Ausführungsbeispiele beschrieben.
In den Zeichnungen ist folgendes dargestellt:
Fig. 1 ist eine perspektivische, schematische Ansicht, die Elemente einer ersten die Erfindung verkörpernden Verbindungsvorrichtung zeigt;
Fig. 2 ist eine schematische Seitenansicht, die Stadien einer Stahlband-Warmwalzanlage bei einem Ausführungsbeispiel zeigt;
Fig. 3 ist eine Ansicht ähnlich der von Fig. 2, die ein anderes Ausführungsbeispiel zeigt;
Fig. 4 veranschaulicht in Draufsicht Stadien eines die Erfindung verkörpernden Verbindungsverfahrens;
Fig. 5 ist eine schematische Schnittansicht einer Verbindungsstelle, die zeigt, wie schlechte Verbindungen auftreten können;
Fig. 6 ist eine Fig. 5 entsprechende Ansicht, die die Steuerung des Prozesses zum Erzielen einer guten Verbindungsstelle veranschaulicht;
Fig. 7 zeigt in Draufsicht Stadien eines weiteren die Erfindung verkörpernden Verbindungsprozesses;
Fig. 8 zeigt in Draufsicht Stadien eines weiteren die Erfindung verkörpernden Verbindungsprozesses;
Fig. 9 ist eine schematische, perspektivische Ansicht ähnlich der der Fig. 1, und sie zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung;
Fig. 10 zeigt in Draufsicht Stadien eines weiteren die Erfindung verkörpernden Verbindungsprozesses; und
Fig. 11 ist eine schematische Schnittansicht an einer Verbindungsstelle, die ein weiteres Prozeßausführungsbeispiel veranschaulicht.
Die Fig. 2 und 3 zeigen allgemeine Merkmale einer typischen Stahlband-Warmwalzanlage. Diese umfaßt der Reihe nach eine Vorrichtung 51 für kontinuierliches Gießen, einen Heizofen 52, eine Vorwalzstation 53 mit mehreren Walzgestellen, eine Endwalzstation 54 ebenfalls mit mehreren Walzgestellen, einen Abkühlofen 55, eine Schervorrichtung 56 und eine Aufwickelvorrichtung 57. Eine Vorrichtung 58 zum Verbinden aufeinanderfolgender Stahlstücke miteinander kann, wie es durch einen Pfeil J gekennzeichnet ist, entweder zwischen dem Heizofen 52 und der Vorwalzstation 53 (Fig. 2), d.h. zum Miteinanderverbinden von Walzstücken nach dem Heizen, oder zwischen der Vorwalz- und Endwalzstation 53, 54 (Fig. 3) angeordnet sein, d.h. zum Miteinanderverbinden von stabförmigen Stücken nach dem Vorwalzen und vor dem Endwalzen. Um Walzblöcke (Fig. 2) miteinander zu verbinden, ist es normalerweise bevorzugt, die Verbindungsvorrichtung 58 entlang dem Verbindungspfad zu verstellen, während der Verbindungsvorgang für die Walzblöcke ausgeführt wird. Es ist möglich, einen ähnlichen Ablauf zu verwenden, wenn Stäbe miteinander verbunden werden. Jedoch ist es bevorzugt, einen Schlingenkanal (ein solcher ist dem Fachmann bekannt), zu verwenden, um eine Nichtübereinstimmung der Laufgeschwindigkeiten eines vorangehenden und eines folgenden Walzstahlstücks aufzufangen, da die Geschwindigkeit dieser Stücke hoch ist. Wenn ein Schlingenkanal verwendet wird, können Walzstahlstücke mit geringerer Geschwindigkeit oder sogar im Stillstand miteinander verbunden werden.
Eine Verbindungsvorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nun entsprechend den Fig. 1 und 4 bis 6 erläutert. Gemäß Fig. 1 ist 1 ein vorangehendes Walzstahlstück und 2 ist ein folgendes Walzstahlstück. Das vorangehende und das folgende Stück 1 und 2 werden transportiert, während sie von einer Tischwalze 3 abgestützt und an einer gewünschten Position angehalten werden. Nahe dem Hinterende eines vorangehenden Walzstahls und dem Vorderende eines folgenden Walzstahls sind zwei Paare von Andrückwalzen 4 und 5 angeordnet. Die Andrückwalzen 4 und 5 haben die Funktion, den vorauslaufenden Walzstahl 1 und den folgenden Walzstahl 2 festzuhalten und die gegenseitige Position der beiden Materialien so zu fixieren, daß ein vorgegebener Zwischenraum g zwischen den beiden Endflächen gewährleistet ist. Sie können auch so arbeiten, daß sie auf die beiden Endflächen dadurch Druck ausüben, daß die Walzstähle 1 und 2 relativ in der Richtung zum Verringern des Zwischenraums g verstellt werden.
An Rahmen 7 und 7a sind in einer festgelegten Höhe über den Walzstählen 1 und 2 in der Breitenrichtung mit einem vorgegebenen Intervall mittels Schweißbrennerschellen 8 und 8a mehrere schmelzende Schweißbrenner 6 angeordnet, die in der Breitenrichtung in zwei Einheiten unterteilt sind.
Andererseits ist der Rahmen 7 über eine Verbindungsstange 9 mit einer Kurbelwelle 10 verbunden, die ihrerseits mit einem Motor 12 verbunden ist, wobei sie durch ein Lager 11 drehbar gehalten wird. Wenn sich der Motor 12 dreht, wird der Rahmen 7 durch die Kurbelwelle 10 in der Querrichtung hinund herbewegt und demgemäß werden auch die an der Schweißbrennerschelle 8 angebrachten mehreren schmelzenden Schweißbrenner 6 hin- und herbewegt. Andererseits ist der andere Rahmen 7a über eine Verbindungsstange 9a mit der anderen Kurbelwelle 10a verbunden, die ihrerseits mit einem Motor 12a verbunden ist, wobei sie drehbar von einem Lager 11a gehalten wird. Wenn sich der Motor 12a dreht, läuft der Rahmen 7a mittels der Kurbelwelle 10a hin und her und demgemäß laufen mehrere an der Schweißbrennerschelle 8a angebrachte schmelzende Schweißbrenner hin und her. Die Motoren 12 und 12a werden durch eine Mikroprozessorsteuerung 37 gesteuert.
Jeder schmelzende Schweißbrenner 6 ist über Schläuche 13 und 14 mit einer Sauerstoffflasche 15 und einer Acetylenflasche 16 verbunden, und von diesen Gasflaschen wird Sauerstoffund Acetylengas geliefert. Jeder schmelzende Schweißbrenner 6 ist mit einer feinen Eisenpulver-Zuführleitung 19 versehen, die über einen Schlauch 20 mit einer Pulverzuführeinheit 22 verbunden ist, die feines Eisenpulver und eine Luft- oder Stickstoffflasche 23 enthält. Durch Zuführen von Luft und Stickstoff aus der Gasflasche 23 wird dem eine Flamme 24 erzeugenden schmelzenden Schweißbrenner 6 feines Eisenpulver 21 zugeführt.
Derartige Schweißbrenner werden gemäß dem Dokument EP-A- 460655 verwendet. Die Flamme benötigt eine Sauerstoffumgebung zum Erreichen der erforderlichen Temperatur. Demgemäß können sie geschickterweise nicht dichter als mit ungefähr 30 mm beabstandet werden. Die übliche "Schrittweite" beträgt ungefähr 35 mm. Der Einfachheit halber sind nur einige wenige dargestellt. Tatsächlich können einige zehn vorhanden sein.
Die Andrückwalzen 4 und 5 sind mit einzelnen (nicht dargestellten) Motoren verbunden, und sie werden unabhängig voneinander angetrieben. Da die Andrückwalzen 4 und 5 die Walzstähle 1 und 2 nur dann halten, wenn diese miteinander verbunden werden, und sie zu anderen Zeiten in offenem Zustand gehalten werden, werden die Andrückwalzen 4 und 5 durch jeweilige (nicht dargestellte) Betätigungszylinder gehalten, durch die sie angehoben und abgesenkt werden können.
Unter Bezugnahme auf Fig. 4 wird nun ein Ausführungsbeispiel für ein Verbindungsverfahren unter Verwendung der oben angegebenen Verbindungsvorrichtung erläutert.
Wie es in Fig. 4 (a) dargestellt ist, wird ein vorangehender Walzstahl 1 durch die Andrückwalze 5 festgehalten und ein folgender Walzstahl 2 wird durch die Tischwalze 3 (siehe Fig. 1) hertransportiert. Nachdem der folgende Walzstahl 2 an der Andrückwalze 4 vorbeigelaufen ist, wird er weitertransportiert, während er von der Andrückwalze 5 unterstützt wird, um das Ende des folgenden Walzstahls dem Hinterende des vorangehenden Walzstahls, der an einer festen Position liegt, nahezubringen. Dann wird der Zwischenraum "g" zwischen dem Hinterende des vorangehenden Walzstahls und dem Vorderende des folgenden Walzstahls auf einen vorgegebenen Abstand eingestellt, der folgende Walzstahl wird angehalten und dann werden beide Walzstähle durch die Andrückwalzen 4 und 5 gehalten.
Danach wird die Beziehung zwischen der Seitenkante jedes der Walzstähle 1, 2 und Startpositionen für den Durchlauf des schmelzenden Schweißbogens in eine vorgegebene Beziehung gebracht. Dies erfolgt durch unabhängiges Antreiben der Motoren 12a und 12, gesteuert durch die vorprogrammierte Steuerung 37 (siehe Fig. 1) und durch Einstellen des Abstands zwischen den Schweißbrennerschellen 8 und 8a abhängig von der Breite der Walzstähle 1 und 2. Der Zweck dieses Vorgangs ist es, die Zeit einzustellen, die zwischen dem Aufschmelzen durch den schmelzenden Schweißbrenner 6 an den Kanten der beiden Walzstähle und dem Andrücken durch die Andrückwalzen 4 und 5 verstreicht, um die Zeitgrenze für Neuwachstum von Oxidzunder nicht zu überschreiten, wobei die Beziehung zwischen der Seitenkante des Walzstahls und der Position, an der der Durchlauf des schmelzenden Schweißbrenners 6 endet, auf eine gewünschte Bedingung eingestellt ist.
Danach wird eine Injektionsströmung von Schneidgas oder feinem Eisenpulver durch die mehreren schmelzenden Schweißbrenner 6, die an den Schweißbrennerschellen 8 und 8a liegen, gegen die Stähle geblasen. Gleichzeitig werden die die mehreren Schweißbrenner 6 haltenden Schweißbrennerschellen 8 und 8a mit derselben Geschwindigkeit (typischerweise 5 bis 15 mm/s) ausgehend von der in Fig. 4 (b) dargestellten Stellung in die in Fig. 4 (c) dargestellte Stellung verstellt. Dabei wird der in Fig. 4 (c) schraffiert dargestellte Abschnitt entlang der gesamten Dicke des Walzstahls aufgeschmolzen, wodurch Flächen ausgebildet werden, die miteinander verbunden werden können. Wenn der Schmelzvorgang abgeschlossen ist, werden die Andrückwalzen 4 und 5, die die Walzstähle 1 und 2 halten, in den durch Pfeile in Fig. 1 angezeigten Richtungen gedreht. Demgemäß werden die Walzstähle 1 und 2 in solchen Richtungen angetrieben, daß sie sich einander nähern, und dann werden die miteinander zu verbindenden Flächen so zusammengepreßt, wie es in Fig. 4 (d) dargestellt ist, daß die beiden Stücke miteinander verbunden werden.
Das dem Verbindungsverfahren dieses Ausführungsbeispiels zugrundeliegende Prinzip wird durch die Fig. 5 und 6 erläutert. Da das Verbindungsverfahren dieses Ausführungsbeispiels die Stahlstücke 1, 2 zusammenpreßt, nachdem die schmelzenden Schweißbrenner 6 einen vorgegebenen Weg in der Breitenrichtung zurückgelegt haben, variiert die Zeit, die ab dem Schmelzen bis zum Anpressen verstreicht, abhängig von der Position in der Breitenrichtung. Fig. 5 erläutert ein Beispiel für die Zeit, die vom Aufschmelzen bis zum Anpressen verstreicht. Im Zustand von Fig. 5 (a) wird Schneidgas von mehreren schmelzenden Schweißbrennern (mit a - z markiert) eingeblasen, um den Schmelzvorgang zu starten. Die Schweißbrennerschellen 8 und 8a laufen in der Breitenrichtung, und wenn sie die in Fig. 5 (b) dargestellte Position erreichen, werden die zwei Stücke aneinandergepreßt. Fig. 5 (c) zeigt die Zeit, die nach dem Durchlaufen eines Schweißbrenners 6 an jeder Position in der Breitenrichtung verstreicht. Beide Walzstähle 1 und 2 werden nach einer Durchlaufzeit zusammengedrückt, die durch eine Linie (a - x) ausgedrückt ist, die mit einer bestimmten Steigung geneigt ist, die durch die Durchlaufgeschwindigkeit des Schweißbrenners bestimmt ist. Obwohl ein folgender Schweißbrenner bei allen Hüben der Schweißbrennerschelle denselben Ort aufschmilzt, ist die Durchlaufzeit nach dem Aufschmelzen durch den abschließenden Schweißbrenner durch die in Fig. 5 (c) dargestellte fette Linie wiedergegeben.
Es hat sich herausgestellt, daß dann, wenn die Durchlaufzeit ab dem Schmelzen bis zum Aufeinanderdrücken verlängert wird, Oxidzunder neu entsteht, was die Verbindung unvollständig macht. Es existiert eine bestimmte Grenzzeit "tc" betreffend das Neuwachstum von Oxidzunder, und die Verbindung wird in Abschnitten, in denen die Durchlaufzeit diese Grenzzeit überschreitet, nicht immer vollständig. Abschnitte, in denen diese Grenzzeit "tc" überschritten ist, sind in Fig. 5 (b) durch freie (unschraffierte) Teile gekennzeichnet.
Es hat sich herausgestellt, daß Walzstähle zwar nicht vollständig über die gesamte Breite miteinander verbunden sein müssen, wenn ein Walzen in einem End-Warmwalzwerk erfolgt, daß jedoch ein Aufgehen an der Verbindungsstelle im folgenden Endwalzvorgang auftreten kann, wenn ein unvollständiger Verbindungsteil an der Seitenkante des Walzstahls (rechts in Fig. 5 (b)) besteht, so daß sie Spannungen bei Zug zwischen Walzgestellen konzentrieren, was manchmal zum Bruch führt. Um diesen Effekt zu verhindern, sind die in der Breitenrichtung unterteilten Schweißbrennerschellen 8 und 8a bei diesem Ausführungsbeispiel so konstruiert, daß sie unabhängig voneinander in Querrichtung durchlaufen, wobei sie jeder normalen Variation der Breite von Walzstahl entsprechen können. Die Beziehung zwischen den Kantenorten der Walzstähle 1, 2 und den Startpositionen für den Durchlauf des schmelzenden Schweißbrenners 6 wird daher für den in Fig. 6 (a) dargestellten Zustand eingestellt, während die Beziehung zwischen den Kanten der Walzstähle und den Endpositionen für den Durchlauf der schmelzenden Schweißbrenner 6 für den in Fig. 6 (b) dargestellten Zustand eingestellt wird. Für diese Einstellung werden optimale Startpositionen für den Durchlauf der Schweißbrennerschellen 8 und 8a, wie in Fig. 6 (a) dargestellt, abhängig von der in der Steuerung 37 abgespeicherten Information für die Walzstahlbreite berechnet, und die Motoren 12/12a werden entsprechend dem Ergebnis angetrieben. Demgemäß liegt, wie es in Fig. 6 (c) dargestellt ist, die Durchlaufzeit ab dem Schmelzen bis zum Aneinanderdrücken an den beiden Seitenkanten des Walzstahls 2 innerhalb der Grenzzeit "tc", wodurch eine Verringerung der Verbindungsfestigkeit an den Enden der Walzstahlverbindung aufgrund eines Neuwachstums von Oxidzunder verhindert ist.
Der typische Schweißbrennerhub beträgt 50 bis 100 mm.
Da sowohl das Hinterende eines vorangehenden Walzstahls als auch das Vorderende eines folgenden Walzstahls durch die eingeblasene Strömung aus den schmelzenden Schweißbrennern 6 geschmolzen werden, werden im wesentlichen die gesamten Endflächen innerhalb kurzer Zeit auf einen für den Verbindungsvorgang geeigneten Zustand aufgeschmolzen, um saubere zu verbindende Flächen zu erhalten. Eine gleichmäßige, hochgenaue Verbindung kann durch eine kleine Andrückkraft erzielt werden, um eine Verbindung hoher Festigkeit zu erzeugen.
Da die vom Aufschmelzen bis zum Aneinanderdrücken an den beiden Kanten der Walzstähle 1 und 2 verstreichende Zeit so eingestellt wird, daß sie die Grenzzeit "tc" für Neuwachstum von Oxidzunder nicht überschreitet, wenn mehrere schmelzende Schweißbrenner in Querrichtung verstellt werden, wird das Neuwachstum von Oxidzunder an der Endkante des Walzstahls nach dem Schmelzvorgang auf ein solches Ausmaß begrenzt, daß kein Einfluß auf die gegenseitige Verbindung besteht, so daß die Verbindung am Ende hervorragend wird, was die Verbindungsfestigkeit verstärkt. Auf diese Weise war es möglich, ein Aufbrechen von Verbindungen von Walzstahlstücken beim folgenden Endwalzen zu verhindern, so daß ein stabiler kontinuierlicher Walzvorgang möglich ist und die Ausbeute verbessert werden kann. Bei Versuchen war es möglich, Walzstahl guter Qualität herzustellen.
Ein weiteres Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Verbindungsvorrichtung wird unter Bezugnahme auf Fig. 7 erläutert. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist, wie beim vorigen Ausführungsbeispiel, ein einstellbarer Zylinder 25 vorhanden, um den Abstand zwischen zwei Schweißbrennerschellen 8 und 8a einzustellen, anstatt die Schweißbrennerschellen 8 und 8a hinsichtlich ihres Schmelzhubs unabhängig zu bewegen. Wenn der Abstand zwischen den zwei Schweißbrennerschellen 8 und 8a durch den Zylinder anfangs festgelegt wurde, werden die kombinierten Schweißbrennerschellen anschließend verstellt, um denselben Ablauf wie beim vorigen Ausführungsbeispiel hinsichtlich des Aufschmelzens, des Zusammendrückens und des Miteinanderverbindens auszuführen.
Dieses Ausführungsbeispiel hat den Vorteil, daß nur ein Paar Antriebsmechanismen zum Verstellen der kombinierten Schweißbrennerschellen, einschließlich der Kurbelwellen 10/10a, der Lager 11/11a und der Motoren 12/12a dem Erfordernis hinsichtlich der Bewegung des Systems genügen kann.
Unter Bezugnahme auf Fig. 8 wird noch ein anderes Ausführungsbeispiel der Erfindung erläutert. Bei diesem Ausführungsbeispiel sind Seitenführungen 33, 34 zum Führen eines vorangehenden Stahls 1 und eines folgenden Stahls 2 zusätzlich zum Aufbau des in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiels vorhanden. Sie zentrieren den vorangehenden und den folgenden Stahl 1 und 2, um die Beziehung zwischen den Positionen der Schweißbrennerschellen 8, 8a zum Beginn ihrer Schmelzhübe sowie die Seitenkanten der Walzstähle festzulegen. Die Schritte für die gegenseitige Verbindung, wie sie in Fig. 8 (a)/(b) dargestellt sind, sind dieselben wie in Fig. 4.
Wenn eines der Walzstahlstücke 1 oder 2 vom Zentrum des Pfads in Breitenrichtung abweicht, kann eine optimale Startposition für den Durchlauf, wie anhand von Fig. 6 erläutert, dadurch eingestellt werden, daß der Stahl mittels den Seitenführungen 33 und 34 zentriert wird.
Ein weiteres Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Verbindungsvorrichtung wird unter Bezugnahme auf die Fig. 9 und 10 erläutert. Bei diesem Ausführungsbeispiel sind zusätzlich zum Aufbau des in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiels Positionsdetektoren 35, 36 zum Erfassen der Querpositionen eines vorangehenden Stahls 1 und eines folgenden Stahls 2 über den Verarbeitungspfad stromaufwärts und stromabwärts bezüglich der schmelzenden Schweißbrenner 6 angebracht. Sie sind mit der Steuerung 37 verbunden, die ihre Erfassungssignale erhält. Geeignete Detektoren sind für sich zur Verwendung bei Walzwerken bekannt. Ein üblicher Typ verfügt über einen langgestreckten Lichtemitter an einer Seite des Pfads, der einer Reihe von Detektoren über die andere Seite gegenübersteht. Die Steuerung 37 berechnet die optimalen Startpositionen für den Durchlauf der Schweißbrennerschellen 8 und 8a abhängig von der Positionsinformation zu Walzstählen, wie durch die Positionsdetektoren 35, 36 erfaßt, und sie steuert die Motoren 12 und 12a entsprechend an. Demgemäß kann die Steuerung, wenn sich die Breite der Walzstähle 1 und 2 ändert, wie auch dann, wenn sie in ihrer Breitenrichtung von der Pfadmitte abweichen, die Startposition für den Durchlauf der Schweißbrennerschellen 8 und 8a automatisch so einstellen, daß immer noch die optimale Position, wie die in Fig. 6 dargestellte, festgelegt ist. Die Schritte (a) (d), wie sie für das gegenseitige Verbinden in Fig. 10 dargestellt sind, sind dieselben wie in Fig. 4.
Unter Bezugnahme auf die Fig. 9 und 11 wird noch ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung erläutert. Bei den vorigen Ausführungsbeispielen werden die Startpositionen für den Durchlauf der Schweißbrennerschellen 8 und 8a so eingestellt, daß die Durchlaufzeit vom Aufschmelzen bis zum Zusammenpressen die Grenzzeit "tc" unabhängig von der Breite der Position der Walzstähle 1, 2 nicht überschreitet. Bei diesem Ausführungsbeispiel werden die Startpositionen für den Durchlauf der Schweißbrennerschellen 8 und 8a nicht eingestellt, sondern stattdessen werden die jeweiligen Durchlaufgeschwindigkeiten Va und Vz der Schweißbrennerschellen 8 und 8a so eingestellt, daß die Endposition für den Durchlauf die optimale Position für das gegenseitige Verbinden ist. D.h., daß, obwohl die Startpositionen für den Durchlauf in Fig. 11 (a) dieselben wie in Fig. 5 (a) sind, die Endposition für den Durchlauf in Fig. 11 (b) dieselbe wie in Fig. 6 (b) ist, und wie es durch ta und tz in Fig. 11 wiedergegeben ist, ist die Durchlaufgeschwindigkeit Va der Schweißbrennerschelle 8 langsamer gemacht als die Durchlaufgeschwindigkeit Vz der Schweißbrennerschelle 8a unmittelbar vor der spätesten Endposition für den Durchlauf, um die Endposition zu verändern. Bei dieser Einstellung berechnet die Steuerung 37 die Durchlaufgeschwindigkeit Vz abhängig von der Positionsinformation der Walzstähle, wie durch die Positionsdetektoren 35 und 36 erfaßt, um optimale Endpositionen für den Durchlauf der Schweißbrennerschellen 8 und 8a zu erhalten und um die Motoren 12 und 12a zu steuern.
Dieses Ausführungsbeispiel hat die Wirkung einer Verringerung der gesamten Zykluszeit, da die Einstellung der Startpositionen für den Durchlauf der Schweißbrennerschellen 8 und 8a vor dem Beginn des Schmelzvorgangs weggelassen werden kann.

Claims

1. Verfahren zum Verbinden aufeinanderfolgender Stahlstükke (1, 2), die durch ein Warmwalzwerk laufen, in dem mehrere schmelzende Schweißbrenner (6) bei einer Schmelzverstellung an der Stoßlinie zwischen benachbarten Enden der Stücke (1, 2) über den Walzbearbeitungsweg verstellt werden, um für ein Aufschmelzen mindestens eines der Enden zu sorgen, und dann die Stücke (1, 2) in Längsrichtung zusammengepreßt werden, um sie zu verbinden;

wobei

- die mehreren schmelzenden Schweißbrenner (6) als mehrere Sätze (8, 8a) vorhanden sind, von denen jeder mindestens einen Schweißbrenner (6) enthält, wobei ein erster dieser Sätze dazu dient, ein Aufschmelzen an einem Querende der Verbindung vorzunehmen, und ein zweiter der Sätze dazu dient, ein Aufschmelzen am anderen Querende der Verbindung vorzunehmen;

- die Seitenkanten der Stahlstücke (1, 2) positionsmäßig bestimmt werden;

- auf Grundlage der bestimmten Kantenpositionen eine gesteuerte Einsteliverstellung des ersten und zweiten Schweißbrennersatzes (8, 8a) erfolgt, wobei es sich um eine Relativverstellung zwischen diesen in einer Querrichtung handelt, um die Zeit zwischen dem Aufschmelzen des Stahls an den Querenden der Verbindung, infolge der Aufschmelz-Querverstellung der Schweißbrenner (6), und dem Zusammenpressen der Stahlstücke (1, 2) unter einer vorgegebenen Zeitgrenze für Neuausbildung von Oxidzunder nach dem Aufschmelzen zu halten.

2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem der erste und der zweite Schweißbrennersatz mindestens drei Schweißbrenner (6) enthält.

3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, bei dem sich der erste und zweite Schweißbrennersatz (8, 8a) während ihrer Aufschmelzverstellung gemeinsam in derselben Querrichtung bewegen.

4. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem die gesteuerte Einstellverstellung ein unabhängiges Auswählen jeweiliger Startpositionen für die Aufschmelzverstellungen des ersten und zweiten Schweißbrennersatzes (8, 8a) umfaßt.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei dem die gesteuerte Einstellverstellung das unabhängige Auswählen jeweiliger Geschwindigkeiten für die Aufschmelzverstellungen des ersten und zweiten Schweißbrennersatzes (8, 8a) umfaßt.

6. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem die Seitenkantenpositionen des Stahls dadurch bestimmt werden, daß ihre Positionen unter Verwendung von Positionsdetektoren (35, 36) erfaßt werden.

7. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem die Seitenkantenpositionen des Stahls dadurch bestimmt werden, daß der Stahl unter Verwendung von Seitenführungen (33, 34) positioniert wird.

8. Verfahren zum Verarbeiten von Stahl, bei dem Stahlstükke hergestellt werden, die Stücke vorgewalzt werden und sie endgewalzt werden, wobei aufeinanderfolgende Stücke entweder vor dem Vorwalzen oder zwischen dem Vorwalzen und dem Endwalzen durch ein Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7 miteinander verbunden werden.

9. Verfahren nach Anspruch 8, das ferner ein Abkühlen, Abscheren und Aufwickeln des verbundenen Stahls nach dem Endwalzen umfaßt.

10. Vorrichtung zum Verbinden aufeinanderfolgender Stahlstücke in einem Warmwalzwerk, mit:

- einem ersten und einem zweiten Schweißbrennersatz (8, 8a), die jeweils mindestens einen aufschmelzenden Schweißbrenner (6) enthalten und die quer zum Verarbeitungsweg des Heißwalzwerks angeordnet sind, um mindestens jeweilige Querbereiche der Endkanten der Stahlstücke bei ihrem Einsatz aufzuschmelzen;

- einem einstellbaren Verbindungsteil (25), das den ersten und zweiten Satz aufschmelzender Schweißbrenner (6) verbindet;

- einer Einrichtung zum Einstellen der Länge des Verbindungsteils, um den Abstand zwischen den Sätzen zu verändern; und

- einer Einrichtung zum gemeinsamen Verstellen der verbundenen Sätze (8, 8a) bei einer Aufschmelz-Querverstellung in derselben Richtung.

11. Vorrichtung zum Verbinden aufeinanderfolgender, Stahlstücke in einem Warmwalzwerk, mit:

- einem ersten und einem zweiten Schweißbrennersatz (8, 8a), die jeweils mindestens einen aufschmelzenden Schweißbrenner (6) enthalten und die quer zum Verarbeitungsweg des Heißwalzwerks angeordnet sind, um mindestens jeweilige Querbereiche der Endkanten der Stahlstücke bei ihrem Einsatz aufzuschmelzen; und

- einer jeweiligen einstellbaren Antriebseinrichtung zum gleichzeitigen Verstellen des ersten und zweiten Schweißbrennersatzes (8, 8a) mit unabhängig voneinander wählbaren, verschiedenen jeweiligen Geschwindigkeiten bei jeweiligen Aufschmelz-Querverstellungen.

12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 oder 11, mit Seitenführungen (33, 34), die an den Seiten des Verarbeitungswegs angeordnet sind, um die Mitten zweier aufeinanderfolgender Stahlstücke beim Gebrauch festzulegen.

13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 12, mit einer Positionsdetektoreinrichtung (35, 36) zum Erfassen der Querkantenpositionen von Stahlstücken im Verarbeitungsweg während des Einsatzes.

14. Warmwalzwerk mit einer Verbindungseinrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 13.

15. Warmwalzwerk nach Anspruch 14, bei dem die Verbindungsvorrichtung zwischen einem Heizofen (52) und einer Vorwalzstation (53) oder zwischen einer Vorwalzstation (53) und einer Endwalzstation (54) liegt.