TWI474910B - 鋼廠中生產切成所欲長度桿條的方法及裝置 - Google Patents

Description

鋼廠中生產切成所欲長度桿條的方法及裝置 技術領域

本發明涉及生產定制長度鋼材的方法和設備，且具體地說是以連續操作進行。

更具體地說，本發明涉及生產應客戶要求的具有特定長度的鋼材。

鋼材，不管它們是用於建築用鋼材或用作特殊鋼，在商業模式中均具有基本缺陷：它們都是商品，而在建立軋鋼生產線用於鋼材的生產時需要大量的資本投入。本發明將商業的內在“商品”屬性轉換為“大量定制化”(mass customization)商業，從而在該過程中獲取更多價值。本發明將允許軋機線上生產定尺剪切鋼材且同時顯著地減少端部損失。其可以用最小的附加投入結合到任何現有軋機中。

背景技術

現行鋼材以12 m、15 m或18 m的“標準長度”且以相同尺寸鋼材通常為2噸的“標準捆重量”提供。在建築鋼材的情況下，它們仍必須根據特定柱、梁或樓板的建築結構的設計剪切成較短長度。這些短特定長度通常不設計為任何標準長度的倍數(multiple)，且因而在剪切時將導致剪切損失。在這種定尺剪切操作通常在建築地點上或在建築地點外的“剪切和彎曲”工廠中執行。在“剪切和彎曲”操作中，通常預期鋼材會有5%的損失，即使用最佳的電腦輔助優化 程式也是如此。該5%在建築項目中相當可觀，尤其面對當今高昂的鋼材價格。

12 m、15 m和18 m標準長度被選擇以最大程度地使用船和貨車的貨艙的空間，同時標準捆長度還用於優化船和貨車的起重設備的能力。

現時有一項技術稱為熱鋼坯“閃光焊接”(flash welding)，其中，在離開加熱爐時，鋼坯的尾部線上焊接到下一個鋼坯的頭部。這種操作將允許在沒有任何首尾的情況下連續地軋製鋼材；這類似於連續鑄造機中的“連鑄”。該無頭軋製(endless rolling，或連續軋製)過程的主要目的是使得軋機中的切頭和切尾以及冷床處的短料損失最小化。採用該閃光焊接過程與冷床之前的非常高精度的現代飛剪裝置一起，對於120 m長的鋼材，在冷床上能夠持續地實現+50/-00 mm的精度。相比2.5%的一般工業損耗，這是大約0.05%的頭尾剪切損失。

閃光焊接過程在鋼坯的每個閃光焊接駁口處產生高溫。溫度的上升將導致駁口的寬展減少而延伸增加，繼而導致駁口部分成品的截面積會小於其它部分，且有可能低於鋼材標準中規定的最小面積。美國專利No.6,929,167B2 Pong等教導了消除這種頸縮的方法。在實際生產過程中，在軋製生產線中設置測量器以監測中間坯的尺寸，結果表明，該方法能夠使駁口截面積與其它部分保持一致。

採用閃光焊接和能保持駁口截面積的方法，線上定尺剪切可以在幾乎無損耗的情況下用150方坯生產公稱直徑 50 mm(2英寸)至10 mm([3/8]英寸)及12m長度的各種直徑的鋼材。由於鋼坯的起始重量有限，其將導致每個直徑的鋼材的最終長度不一。每件鋼坯經軋製後的鋼材的總長度將不會正好是12m(40英尺)的標準鋼材長度的倍數，這會導致短料損失。這通常為2.5%。採用上述無頭軋製，鋼坯被首尾焊接以形成不間斷的鋼坯，將沒有短料損失。

在建築螺紋鋼標準BS4449或ASTM615的規定中，只要不損害鋼材強度，則允許尺寸公差。通常，BS4449(2005)這種許可尺寸公差是+/-4.5%。讓我們把目標是定在-3%，即，負公差的鋼材，但是不影響鋼材的強度。採用單根鋼坯軋製，-3%負公差的鋼材將導致短料長度的增加。這將導致浪費。採用焊接鋼坯的無頭軋製，較長端部件將進入下一個進來的件中且變成其一部分，因而，該-3%將作為可用鋼完全回收且沒有浪費。

由於裝運或運輸原因，這種最終鋼材通常剪切至12 m(40英尺)、15 m(50英尺)或18 m(60英尺)長度。由於柱、梁或板的不同長度，建築地點的實際長度需求並不會精確地為12 m、15 m或18 m。這些鋼材必須以獨立操作剪切。剪切至特定鋼材長度的一般會造成5%的損耗。

定尺剪切鋼材生產方法和設備的示例從US 2011-036137A已知。該文獻描述了將連續軋製長度的鋼材分批剪切成不同長度的過程，長度為客戶所需長度的倍數，然後將所述鋼材首先剪切成客戶所需長度的兩倍，且然後分成兩半至客戶所需長度。然後捆紮以用於運輸出廠。

發明概要

本發明的目的是提供一個線上連續焊接，連續軋製，連續剪切，生產適用長度的鋼材，又不降低軋線產能的方法和設備。

本發明的進一步目的是允許這種方法和設備連續地生產通常需要中斷連續操作的短長度鋼材。

本發明的具體目的是提供一種可以在不影響軋製速度的情況下根據客戶訂單線上生產定尺剪切短件的方法和設備。

從一方面看，本發明提供一種應客戶要求生產定尺剪切的鋼材的方法，所述方法包括以下步驟：從軋機生產連續長度的鋼材；在不降低軋機速度的情況下將所述連續長度的鋼材剪切成客戶要求長度；以及使用兩個捆紮站中的一個捆紮客戶要求長度的鋼材，所述兩個捆紮站設置成接收並捆紮已剪切鋼材。

本發明人認識到，隨著連續軋製鋼材剪切的長度變短，鋼筋根數將會增加，要捆紮的鋼材的次數增加。然而，這變成問題，尤其是在期望長度短於標準長度時，該鋼材根數的增加會在下游工序產生瓶頸。因而，生產率不能進一步增加，且連續軋製定尺剪切鋼材生產方法不能在不降低連續長度鋼材的產能(這將降低軋機的生產率)的情況下生產短鋼材。然而，在本發明中設置多個路徑處理從軋機輸送來鋼材且提高鋼材生產效率。且還允許在連續軋製過程中快速生產短，尤其是比標準長度更短的定尺剪切鋼材。

從另一方面看，本發明提供一種用於生產客戶要求長度的鋼材的設備，所述設備包括：軋機，用於生產連續長度的鋼材；聯接到CPU的剪切裝置，所述CPU配置成操作所述剪切裝置，以與生產的連續長度鋼材的生產同時生產被剪切至客戶所需長度的鋼材；和至少兩個捆紮站，所述至少兩個捆紮站設置成從冷剪裝置接收已剪切鋼材，從而生產客戶所需長度的鋼材。

所附申請專利範圍包括附屬請求項，所述附屬請求項界定本發明的上述方面的優選實施例。

以下詳細描述參考附圖詳細描述本發明的示例性實施例。

圖式簡單說明

第1圖是軋鋼線的一部分的示意圖，其中，已軋製形成並剪切成特定長度定尺鋼材在兩個捆紮站處捆紮。

第2圖示意性地示出了用於形成定尺剪切的操作的中央處理器(CPU)。

具體實施方式

在第1圖中示出了軋機11的出口10，已軋製鋼材12以高速率從出口10連續地送出。鋼材12由已焊接的連續鋼坯軋製出來。飛剪裝置13在軋機出口10的下游，飛剪裝置13由中央處理單器(CPU)控制剪切鋼材12且形成給定長度的鋼材14，已剪切鋼材14堆放在運輸輥道16的運輸輥15上。

如前文所述，當前實例限於在軋機生產大約120 m長度 的鋼材，因為這長度是當前軋線能夠以高軋製速率生產的最佳長度。

本發明允許在不降低生產速率的情況下生產特定任意較短長度，且具體地將鋼材長度剪切至與工作所需長度相對應的客戶所需長度，從而完全消除工作地點的剪切浪費以及在工作地點進行生產剪切的需要。這將在稍後更充分闡述。剪切鋼材14然後橫向平移到冷床16的齒形槽中經受冷卻。鋼材14從一個齒形槽到另一個齒形槽逐級地前移，直到其達到最後齒形槽，其中，鋼材14此時已被冷卻且準備好橫向平移到滑移裝置(shuffle device)SD，在此，給定數量(例如，10左右)的鋼材被收集且形成批次鋼材14層。

冷床和滑移裝置的結構和操作是常規的就不詳細描述。

滑移裝置上的批次鋼材14然後側向移動到靠近滑移裝置SD設置的運輸輥道17上。運輸輥道17具有運輸輥18，所述運輸輥18被驅動以將各批次鋼材14與前移到運輸輥道17上的方向相反地向前移動。

為了跟上生產速率且進行短定尺剪切，兩個冷剪19，20和各自的活動檔板21，22沿運輸輥道17按順序設置，以將鋼材14剪切至期望長度。以1000噸或更大力的冷剪，且其固定在緊固的剛性基礎裝置中。兩部冷剪以20m的間隔安裝以處理預期會有大量的定尺剪切鋼材。具體地，鋼材14移動至活動檔板21控制的停止位置，在活動檔板21處，冷剪裝置19從鋼材端部隔開一距離，該距離等於期望定尺剪切鋼材長度的兩倍。鋼材前移到活動檔板22，在可移動活 動檔板22處，冷剪裝置20將所述鋼材一分為二成至最終期望長度。當兩部冷剪19，20均已經剪切鋼材時，便會得到期望剪切長度的鋼材23。活動檔板21，22可調節位置以調整冷剪剪切鋼材14的長度。通過鋼材的該雙重剪切，可以保持生產速率。而且，當對於隨後批次要改變鋼材的長度時，活動檔板被調節以與期望新長度相對應。

接下來，定尺剪切件經由兩個鏈式運輸帶中的一個作側向移動，以供應給兩個捆紮站24a，24b中的一個，其中，件23被捆紮且準備好用於裝運。從冷剪20的前半部分剪切的鋼材供應給捆紮站24a，而從冷剪20的後半部分剪切的鋼材供應給捆紮站24b。

捆紮站24a，24b中的每個包括運輸輥道25a，25b，已剪切鋼材23堆放在在運輸輥道25a，25b上。鋼材23前移到常規收集器26a，26b，其中，運輸輥道的運輸輥呈是凹形的陣列設置，以便收集成捆的鋼材。

為了捆紮具有較短長度鋼材(即，顯著小於12 m，例如8 m或更小)，需要打三個隔開的結，以確保運輸過程中不會散開。當鋼材的長度基於新客戶訂單變化時，結的間隔或間距必須相應地變化。此外，根據本發明，所有打捆操作以一個步驟(stop)同時執行以跟上軋機速度。通常，兩端的結位於距端部給定距離處，而中間結在它們之間的中間位置。收集到的鋼材供應給三個隔開的常規捆紮機27a，27b，28a，28b，29a，29b，所述捆紮機在處於合適間隔位置30，31，32處進行打捆。結30，31和32同時進行打捆然 後經由各自的運輸輥道25a，25b從捆紮站24a，24b向前移動以從軋機輸送出去。

根據本發明，第二和第三部捆紮機28a，28b，29a和29b固定在可移動的支架上，從而在鋼材長度變化時它們可以快速地調節間隔。這會減少已剪切鋼材沿捆紮站移動時所需的時間。可移動捆紮機28a，28b，29a，29b分別連接到各自的液壓缸33a，33b，34a，34b，所述液壓缸連接到CPU以控制捆紮機的位置。

捆紮站24a，24b同時操作以捆紮定尺剪切鋼材23。

本發明使提供建築地點所需的特定短長度定尺剪切變為可能，並挽回與現有技術有關的所有損失，同時還不減慢軋機的生產率。

本發明的關鍵部件是CPU，所述CPU控制鋼坯入爐、以及以下組件。

a)飛剪13

b)齒形托料板及冷床步進動作

c)運輸輥道17

d)運輸輥道25

e)冷剪19，20

f)活動檔板(gauge stop)21，22

g)捆紮機27a，27b，28a，28b，29a，29b

h)液壓缸33a，33b，34a，34b

示例

以下示例將詳細闡述軋機獲得定尺剪切鋼材的操作過程。

記錄每根進入加熱爐鋼坯的重量。這些重量將與最終產品重量進行比較以獲得該過程的材料損失，該材料損失主要是氧化損失。如前文所述，由於使用閃光焊接的方法，因而會減小切頭損失，沒有切尾損失。

操作者根據被軋製鋼材的具體尺寸的訂單輸入精確數量和精確特定長度，用於飛剪13的指令。操作員可以按照訂單要求的鋼材款式輸入所需的數量和長度，用於控制飛剪13進行剪切。

在常規方法的情況下：如果要從12 m標準長度剪切6.4 m鋼材的訂單，會得到一條6.4 m鋼材和一條5.6 m的短料。

如果從15 m標準長度剪切，將會得到兩條6.4 m和一條2.2 m的短料。

如果從18 m標準長度剪切，將會得到兩條6.4 m和一條5.2 m的短料。

這些短長度通常放在一旁用於可能需要更短長度的建築項目中，又或者將它們作為廢料處理。所有這些選擇都是不希望的。

在本發明的情況下，操作者將在CPU的可程式設計邏輯中設置飛剪剪切13的次序，以產生特定長度的倍數供飛剪剪切。假定典型冷床能夠接收120 m長的鋼材，CPU的可程式設計邏輯將允許操作者將飛剪設定為115.2 m的剪切長度，這是6.4 m的18倍。如果訂單是500根6.4 m，那麼設置剪切27根115.2 m，最後一支剪切為89.6 m，從而得到總 長度3200 m或者500根6.4 m。

冷床將在最後剪切89.6 m之後自動移動兩個步距，以將該批次與下一批次分開。

如果下一個訂單是5.2 m，操作者將輸入109.2 m，這在先前6.4 m批次之後產生21件5.2 m。如果該5.2 m訂單是例如400根，那麼109.2 m的剪切次數將是18，最後剪切114.4 m。該訂單的總長度是2080 m，產生400件5.2 m最終長度。同樣，冷床將自動前進兩個步距將該新批次從下一批次分開。重複以上操作便可以得到其它相同直徑鋼材的任何特定長度和數量。

當每個批次鋼材通過步進動作離開冷床16時，該批次鋼材將以常規方式側向橫移到運輸輥道17。每個批次將獨立地傳輸到冷剪19，20中，以便最終剪切至預訂長度。在該情況下，第一批次將是115.2 m，最後一根是89.6 m，最終剪切為6.4m，第二批次將是109.2 m，最後一根是114.4 m，最後剪切為5.2m。冷剪的剪切能力將確定每次剪切多少根來自於相同批次長度的鋼材。值得注意的是，由於進入冷床的每根鋼材的尾端此刻作為前端輸送到冷剪，因而，由於飛剪13的剪口很整齊所以將不需要冷剪對鋼材的頭部進行修整。這有助於附加的材料節省。

使用兩個固定線上冷剪19，20以便跟上軋機剪切這種短鋼材的軋製容量。每個冷剪裝置將具有其相應活動檔板21，22。在該示例中，第一部活動檔板21將設置在12.8 m，即2×6.4 m，已剪切鋼材將輸送動到設置在6.4 m的下一部活 動檔板24且由第二部冷剪剪切至6.4 m。在每個特定長度的批次完成後，活動檔板21，22將根據來自於CPU的信號自動地移動到下一個位置且被鎖定。在該示例中，第一部活動檔板21將移動至10.4 m，即2×5.2 m，而第二部活動檔板22將移動至5.2 m。

短鋼材的捆紮次數比較頻密，需要設置兩道精整工序(24a，24b)。每個特定長度的鋼材將獨立地收集到一足夠重量的成捆鋼材後使用兩個捆紮站24a，24b中的一個來進行打捆處理。CPU的可程式設計邏輯中的附加指令將發送至線上捆紮機27a，27b，28a，28b，29a，29b，從而可以沿短鋼材的長度方向以合適間隔進行打結。第二部和第三部捆紮機28a，28b，29a，29b是可移動的，而第一部捆紮機27a，27b是固定的，從而設置打結的合適間距並且允許同時進行打捆操作以減少沿常規捆紮站輸送的短鋼材所需要的時間。已打捆鋼材經由各自的運輸輥道25a，25b離開各自的捆紮站24a，24b。每個已打捆鋼材被稱重且用合適的鋼材代碼標籤標記，所述標籤標明合同編號、尺寸、長度、根數和彎曲鋼材表。

在獨立操作中，特定長度的這些捆裝鋼材傳送到軋機附近的彎曲工廠。該彎曲工廠將根據彎鋼材表進行每個鋼材的必要彎曲。這些已剪切和彎曲的鋼材然後將準備好用於輸送至建築地點，以便安裝在各種梁或柱或樓板中。

總而言之，本發明的軋製操作應當節省常規製造中多達10%的損失，且能夠在沒有附加成本的情況下給客戶提 供特定數量的定尺剪切鋼材。

雖然本發明已經參考所公開實施例進行描述，但是本領域技術人員將清楚，在申請專利範圍限定的本發明範圍內，可以進行許多變型和變化。

10‧‧‧出口

11‧‧‧軋機

12，14，23‧‧‧鋼材

13‧‧‧飛剪裝置

15，18‧‧‧運輸輥

16‧‧‧運輸輥道/冷床

17，25a，25b‧‧‧運輸輥道

19，20‧‧‧冷剪/冷剪裝置

21，22‧‧‧活動檔板

24a，24b‧‧‧捆紮站

26a，26b‧‧‧收集器

27a，27b，28a，28b，29a，29b‧‧‧捆紮機

30，31，32‧‧‧間隔位置/結

33a，33b，34a，34b‧‧‧液壓缸

第1圖是軋鋼線的一部分的示意圖，其中，已軋製形成並剪切成特定長度定尺鋼材在兩個捆紮站處捆紮。

第2圖示意性地示出了用於形成定尺剪切的操作的中央處理器(CPU)。

10‧‧‧出口

11‧‧‧軋機

12，14，23‧‧‧鋼材

13‧‧‧飛剪裝置

15，18‧‧‧運輸輥

16‧‧‧運輸輥道/冷床

17，25a，25b‧‧‧運輸輥道

19，20‧‧‧冷剪/冷剪裝置

21，22‧‧‧活動檔板

24a，24b‧‧‧捆紮站

26a，26b‧‧‧收集器

27a，27b，28a，28b，29a，29b‧‧‧捆紮機

30，31，32‧‧‧間隔位置/結

33a，33b，34a，34b‧‧‧液壓缸

Claims (13)

1. 一種生產因應客戶要求之定尺剪切的鋼材的方法，該方法包括以下步驟：從一軋機生產一連續長度的鋼材；在維持該軋機生產該連續長度之鋼材的情況下，將該連續長度的鋼材剪切成客戶要求的長度；以及使用兩個捆紮站中的一個來捆紮自該軋機送出之客戶要求長度的鋼材，該兩個捆紮站設置成接收並且捆紮已剪切之鋼材；其中該兩個捆紮站中的至少一個具有數個捆紮機，且其中，最接近該捆紮站中該客戶要求長度的鋼材被輸入俾供捆紮的端部的捆紮機係無關於客戶要求的鋼材長度而被保持軸向固定不動，且其中該捆紮站的其它捆紮機中的至少一個是可以軸向移動的。
2. 如請求項1的方法，還包括：同時操作該兩個捆紮站以捆紮從該軋機輸送來的客戶要求長度的鋼材。
3. 如請求項1的方法，更包含：回應於客戶要求之鋼材長度的變化而移動該可移動的捆紮機或各個可移動的捆紮機的軸向位置。
4. 如請求項1的方法，其中，該兩個捆紮站包含第一及第二捆紮站，又客戶要求長度的鋼材係分別經由第一及第二輸送裝置饋入該第一及第二捆紮站，或係分別或同時經由該第一及第二輸送裝置離開該第一及第二捆紮站。
5. 如請求項1的方法，其中，在維持該軋機生產該連續長度之鋼材的情況下將該連續長度的鋼材剪切成客戶要求的長度係包括：將該連續長度的鋼材剪切至連續的片段，各個片段具有客戶要求的鋼材長度的倍數，在線上冷剪中將該等片段首先剪切成客戶要求的鋼材長度的兩倍，然後剪切成兩半至客戶要求的鋼材長度。
6. 如請求項5的方法，其中，在最後剪切之後位於該線上冷剪的第一側上的客戶要求長度的鋼材被輸送至第一捆紮站，且其中，在最後剪切之後位於該線上冷剪的與該第一側相對的第二側上的客戶要求長度的鋼材被輸送至第二捆紮站。
7. 如請求項1的方法，其中，捆紮自該軋機送出之客戶要求長度的鋼材係包括使用設置成接收及捆紮已剪切鋼材的多於兩個之捆紮站中的一個。
8. 一種生產因應客戶要求之定尺剪切的鋼材的設備，該設備包括：一軋機，用於生產一連續長度的鋼材；一聯接到CPU的剪切裝置，該CPU係配置成可控制該剪切裝置，而及時配合連續生產的鋼材長度，來生產剪切至客戶要求長度的鋼材；及至少兩個捆紮站，該至少兩個捆紮站係設置成從冷剪裝置接收已剪切鋼材，從而生產客戶要求長度的鋼材； 其中該捆紮站中的至少一個具有多個捆紮機，其中最接近該捆紮站中該客戶要求長度的鋼材被輸入俾供捆紮的端部的捆紮機係無關於客戶要求的鋼材長度而被保持軸向固定不動；且其中該捆紮站的其它捆紮機中的至少一個是可以軸向移動的。
9. 如請求項8的設備，其中，該可移動的捆紮機或各個可移動的捆紮機係連接至該CPU俾因應客戶要求之鋼材長度的改變而移動。
10. 如請求項8至9中任一項的設備，其中，該至少兩個捆紮站包含第一及第二捆紮站，又該設備還包括：設置成分別將客戶要求長度的鋼材供應給該第一及第二捆紮站的第一及第二輸送裝置，或者設置成分別或同時從第一和第二捆紮機將該鋼材移出的第一及第二輸送裝置。
11. 如請求項8的設備，包括多於兩個的捆紮站，該捆紮站設置成從冷剪裝置接收已剪切鋼材，俾以生產客戶要求長度的鋼材。
12. 如請求項8的設備，其中，該剪切裝置包括：在該軋機之出口處的一飛剪裝置；該CPU連接至該飛剪裝置，以將該連續長度的鋼材剪切至以下的長度：每個長度表示客戶要求的鋼材長度的倍數；兩個線上冷剪裝置，具該長度的鋼材連續地供應給該線上冷剪裝置， 該冷剪裝置具有各自可調整的活動檔板，該冷剪裝置和該活動檔板連接到該CPU，該CPU定位並操作該冷剪裝置，使得一個冷剪裝置將具該長度的鋼材剪切成具客戶要求長度的兩倍的物件，以及另一個冷剪裝置將已剪切的該物件剪切成兩半，以生產剪切至客戶要求之長度的鋼材。
13. 如請求項12的設備，其中，該設備係設置成使得：在最後剪切之後位於該線上冷剪裝置的第一側上的客戶要求長度的鋼材被輸送至第一捆紮站，且其中，在最後剪切之後位於該線上冷剪裝置的與該第一側相對的第二側上的客戶要求長度的鋼材被輸送至第二捆紮站。