一種中間坯連接方法與流程

本發(fā)明屬于熱軋?jiān)O(shè)備領(lǐng)域，涉及一種應(yīng)用于鋼鐵行業(yè)常規(guī)熱軋改無頭軋制過程中,中間坯的連接方法。

背景技術(shù)：

傳統(tǒng)板帶熱連軋精軋機(jī)組生產(chǎn)均以單塊中間坯進(jìn)行軋制，進(jìn)入精軋機(jī)組一般要經(jīng)歷穿帶、加速軋制、減速軋制、拋鋼、甩尾等過程。在精軋過程中，特別是薄規(guī)格軋制時(shí)，易在精軋機(jī)架間板帶頭部咬入受阻，形成堆鋼、打滑和尾部甩尾折疊，甩尾形成折疊咬入，從而產(chǎn)生軋輥表面損傷等；在卷取時(shí)因板帶前端蛇形、折彎等造成卷取困難形成堆鋼等；單坯塊軋制，每塊軋坯都要進(jìn)行載荷預(yù)測和輥縫值設(shè)定，若軋制力預(yù)測不準(zhǔn)，因軋制力預(yù)測誤差會(huì)引起帶鋼厚度、凸度變化和機(jī)架間板形波動(dòng)；在薄規(guī)格軋制中，由于帶鋼散熱快，為保證薄帶鋼軋制溫度，需盡量提高穿帶速度和穩(wěn)定軋制速度，但穿帶速度提高后，各種穿帶問題和頭部折疊等引起的故障率增多，因此傳統(tǒng)熱軋生產(chǎn)薄規(guī)格受到一定限制；另外，精軋機(jī)卷與卷之間的間隔時(shí)間也影響軋機(jī)產(chǎn)能的發(fā)揮。

熱軋帶鋼無頭軋制是指在精軋階段軋制坯料不分塊，一次穿帶，進(jìn)行連續(xù)精軋，軋后的帶鋼由高速飛剪按要求重量進(jìn)行分卷。無頭軋制在解決上述間斷軋制問題的同時(shí)超越間斷軋制的限制：通過無頭尾軋制解決穿帶問題；通過穩(wěn)定軋制提高質(zhì)量穩(wěn)定性和成材率；通過減少穿帶次數(shù)、并使卷取間隙時(shí)間幾乎為零提高生產(chǎn)效率；可生產(chǎn)超越過去極限軋制尺寸的超薄帶鋼或?qū)挿“?，以及通過潤滑軋制和強(qiáng)制冷卻軋制新品種。無頭軋制技術(shù)，提高板帶成材率、尺寸形狀精度及薄規(guī)格超薄規(guī)格比例，實(shí)現(xiàn)部分“以熱代冷”、降低軋輥消耗取得了顯著的收效。該項(xiàng)技術(shù)是鋼鐵生產(chǎn)技術(shù)的一次飛躍，代表了當(dāng)今世界熱軋帶鋼的前沿技術(shù)。

在無頭軋制技術(shù)中，粗軋后中間坯的連接技術(shù)是實(shí)現(xiàn)無頭軋制的關(guān)鍵技術(shù)之一。由于精軋機(jī)組采用張力軋制，熱狀態(tài)下中間坯的連接質(zhì)量影響著無頭軋制能否實(shí)現(xiàn)，若連接時(shí)間過長，不僅影響生產(chǎn)效率，還將產(chǎn)生明顯溫降，使后續(xù)精軋難以進(jìn)行，若連接強(qiáng)度不高、質(zhì)量不好，則連接處容易發(fā)生斷帶，使連續(xù)精軋不能進(jìn)行；并且連接設(shè)備不宜復(fù)雜，否則不但會(huì)使設(shè)備安裝位置受到限制，還會(huì)增加投資及生產(chǎn)維護(hù)成本。

目前，無頭軋制中間坯連接方法主要有疊軋壓接法、對(duì)接壓接法、焊接法、機(jī)械連接法、還原火焰處理連接法、直接通電連接法、感應(yīng)加熱連接法和激光焊接法等。在這些連接方法中，達(dá)到工業(yè)應(yīng)用的有感應(yīng)加熱連接法、激光加熱連接法和剪切摩擦連接法。

感應(yīng)加熱連接法是川崎制鐵采用的連接技術(shù)，該方法是將前板坯尾端與后板坯前端之間保持一微小間隙，在此狀態(tài)下對(duì)板厚方向施加交變磁場，就會(huì)在兩塊板坯的結(jié)合端面產(chǎn)生感應(yīng)電流。板坯端面由于這一感應(yīng)電流引起的焦耳熱而發(fā)熱、升溫，然后將結(jié)合面壓接完成連接。這種連接方法，由于在感應(yīng)加熱時(shí)，流過帶坯端部角部的電流遠(yuǎn)小于流過中部的電流，使連接面端部殘留未結(jié)合部。同時(shí)，連接區(qū)的溫度高于帶坯其它部分的溫度，其強(qiáng)度也低于其它區(qū)域，因此，連接區(qū)成為無頭軋制過程中的薄弱環(huán)節(jié)，容易產(chǎn)生斷帶。

激光熱焊接法是新日鐵采用的連接技術(shù)，與感應(yīng)加熱連接法相比，可消除連接端面未結(jié)合部的存在，但仍然存在結(jié)合部的溫度高于其它部位，以及適用鋼種有限的問題；而且激光器所需功率非常大，明顯增加裝備投資及生產(chǎn)成本。

剪切摩擦連接法是采用特殊設(shè)計(jì)的剪切機(jī)，將中間坯搭接區(qū)沿斜面切斷，通過剪切形成兩個(gè)無氧化表面，剪切力使新形成的兩個(gè)表面發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)，發(fā)生摩擦，產(chǎn)生大量熱能，加速了表面的擴(kuò)散，剪切機(jī)剪切的同時(shí)對(duì)斜切面施加壓力使之沿剪切面形成物理結(jié)合。這種連接方法由于對(duì)剪切面施加壓力進(jìn)行物理連接，主要適用于同種材質(zhì)連接，不同種材質(zhì)連接時(shí)，同樣存在因化學(xué)成分及物理冶金特性不同，使連接區(qū)的強(qiáng)度受到影響，同時(shí)，該設(shè)備龐大，占用空間大、設(shè)備投資及維護(hù)成本高等問題。

總之，現(xiàn)有技術(shù)中的中間坯連接方式，均存在設(shè)備投資大、中間坯連接強(qiáng)度不高、連接速度較慢、不適用于異種鋼材的連接、設(shè)備龐大、維護(hù)成本高這些問題中的一種或幾種。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

鑒于以上所述現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明的目的在于提供一種結(jié)構(gòu)簡單、連接強(qiáng)度高、連接速度快的熱軋板帶無頭軋制中間坯的連接方法。

為實(shí)現(xiàn)上述目的及其他相關(guān)目的，本發(fā)明的技術(shù)方案如下：

一種中間坯連接方法，在前、后塊中間坯之間，加入一連接塊，使連接塊產(chǎn)生振動(dòng)，連接塊的端面與前后塊中間坯端面摩擦生熱，連接塊與前、后塊中間坯的端面接觸部位達(dá)到粘塑性狀態(tài)，再對(duì)后塊中間坯施加頂鍛力，使前、后塊中間坯通過連接塊連接在一起。

采用線性摩擦焊接的方法，被焊材料不熔化，焊接區(qū)金屬為鍛造組織，無熔化焊接的缺陷；在頂鍛壓力的作用下，焊接區(qū)產(chǎn)生了一些力學(xué)冶金效應(yīng)，并且摩擦表面會(huì)產(chǎn)生自清理作用，不存在氧化層；摩擦焊接時(shí)間短，熱影響區(qū)窄，熱影響區(qū)組織無明顯粗化。

其中，連接塊由位于中間坯連接裝置前的剪切機(jī)對(duì)前、后塊中間坯中任一塊的頭尾定尺剪切獲得。連接塊與中間坯同等溫度、同等材質(zhì)，而且質(zhì)量小，振動(dòng)所需能耗少。

其中，所述連接塊的振動(dòng)方向?yàn)樗椒较蚧蜇Q直方向，即垂直于中間坯的方向或沿中間坯的寬度方向。

進(jìn)一步地，采用中間坯連接裝置實(shí)現(xiàn)上述方法，其中，中間坯連接裝置包括連接塊上料裝置、連接塊加熱保溫裝置和中間坯連接裝置本體；所述中間坯連接裝置本體包括用于施加頂鍛力的頂鍛裝置，用于夾持中間坯的入口夾持裝置和出口夾持裝置，連接塊夾持振動(dòng)裝置和用于保證中間坯連接裝置本體與中間坯同速運(yùn)動(dòng)的走行裝置。

其中，連接塊上料裝置為離線裝置，位于中間坯連接裝置本體外，用于接收由熱卷箱之后的剪切機(jī)切分的連接塊，并將連接塊輸送至連接塊加熱保溫裝置中；連接塊加熱保溫裝置為離線裝置，位于中間坯連接裝置本體外，用于連接塊的加熱保溫，使連接塊達(dá)到中間坯相同的溫度。

其中，所述中間坯連接裝置本體由走行裝置驅(qū)動(dòng)，中間坯連接裝置本體在靠近粗軋機(jī)一側(cè)停穩(wěn)后，連接塊加熱保溫裝置將連接塊輸送至中間坯連接裝置本體，由連接塊夾持振動(dòng)裝置夾緊，前塊中間坯帶尾由出口夾持裝置夾緊，后塊中間坯帶頭由入口夾持裝置夾緊，連接塊位于前、后塊中間坯之間，由連接塊夾持振動(dòng)裝置驅(qū)動(dòng)連接塊產(chǎn)生振動(dòng)并與前、后塊中間坯端面產(chǎn)生摩擦生熱，當(dāng)連接端面達(dá)到粘塑性狀態(tài)后，頂鍛裝置通過入口夾持裝置向后塊中間坯施加頂鍛壓力，使前、后塊中間坯通過連接塊連接；走行裝置用于驅(qū)動(dòng)中間坯連接裝置本體，使其與中間坯同速運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)中間坯的在線連接，連接完畢后，驅(qū)動(dòng)中間坯連接裝置本體返回到初始位置，準(zhǔn)備下一塊板坯的連接。

其中，連接塊夾持振動(dòng)裝置的振動(dòng)頻率范圍為10Hz-300Hz；振幅小于等于10mm，優(yōu)選為3mm-5mm；頂鍛裝置位于入口夾持裝置前，頂鍛裝置通過入口夾持裝置向后塊中間坯施加頂鍛壓力在10MPa-200MPa；

其中，連接塊夾持振動(dòng)裝置位于中間坯上方或側(cè)面，振動(dòng)裝置安裝在上方時(shí)，連接塊垂直于中間坯表面上下振動(dòng)；振動(dòng)裝置安裝在側(cè)面時(shí)，連接塊沿中間坯寬度方向振動(dòng)。

其中，出口夾持裝置和入口夾持裝置均設(shè)置有上、下夾持塊，上、下夾持塊長度大于中間坯的寬度。

本發(fā)明的上述技術(shù)方案的有益效果如下：

1、工藝設(shè)備簡單：

只需在常規(guī)熱連軋生產(chǎn)線粗軋機(jī)后的熱卷箱和第一架精軋機(jī)之間，設(shè)置一套夾送輥、一套剪切機(jī)、一套中間坯連接裝置、一套去毛刺機(jī)，以及一套毛刺吹掃裝置。由于頂鍛時(shí)會(huì)將端面的氧化膜破碎并擠出，因此不需除鱗等特殊處理。

2、連接速度快：

由于連接塊及中間坯自身溫度達(dá)到950℃～1100℃，因此只需很短時(shí)間的摩擦即可達(dá)到適合焊接的粘塑性狀態(tài)。

3、連接強(qiáng)度高，適用于不同材質(zhì)的板坯連接：

采用線性摩擦焊接的方法，被焊材料不熔化，焊接區(qū)金屬為鍛造組織，無熔化焊接的缺陷；在頂鍛壓力的作用下，焊接區(qū)產(chǎn)生了一些力學(xué)冶金效應(yīng)，并且摩擦表面會(huì)產(chǎn)生自清理作用，不存在氧化層；摩擦焊接時(shí)間短，熱影響區(qū)窄，熱影響區(qū)組織無明顯粗化。這些特點(diǎn)有利于獲得與母材等強(qiáng)的焊接接頭，同時(shí)也決定了本裝置及方法廣泛的工藝適應(yīng)性，適合于不同材質(zhì)的板坯連接。

4、能耗少

連接塊與中間坯同等溫度、同等材質(zhì)，而且質(zhì)量小，振動(dòng)所需能耗少。相比摩擦片的形式，對(duì)連接塊沒有其它特殊要求，摩擦產(chǎn)生的熱量全部都用于連接部位升溫。

附圖說明

圖1為本發(fā)明中間坯連接裝置實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為圖1俯視圖；

圖3為圖1中連接塊沿中間坯寬度方向振動(dòng)示意圖；

圖4為圖1中連接塊上下振動(dòng)示意圖。

零件標(biāo)號(hào)說明：

1 連接塊

2 連接塊夾持振動(dòng)裝置

3 連接塊上料裝置

4 連接塊加熱保溫裝置

5 入口夾持裝置

6 出口夾持裝置

7 頂鍛裝置

8 中間坯

81 后塊中間坯

82 前塊中間坯

9 走行裝置

具體實(shí)施方式

以下由特定的具體實(shí)施例說明本發(fā)明的實(shí)施方式，熟悉此技術(shù)的人士可由本說明書所揭露的內(nèi)容輕易地了解本發(fā)明的其他優(yōu)點(diǎn)及功效。

實(shí)施例

本發(fā)明提供一種中間坯連接方法，在前、后塊中間坯之間，加入一連接塊1，對(duì)連接塊1施加振動(dòng)，使其端面與前、后塊中間坯端面摩擦生熱，端面接觸附近達(dá)到粘塑性狀態(tài)，再通過對(duì)后塊中間坯81施加頂鍛力，使前、后塊中間坯通過連接塊1連接在一起；連接塊1由剪切機(jī)對(duì)前、后塊中間坯中任一塊的頭尾定尺剪切獲得。連接塊1的振動(dòng)方向?yàn)樗椒较蚧蜇Q直方向，即垂直于中間坯8的方向或沿中間坯8的寬度方向。

本發(fā)明所述的中間坯連接方法采用中間坯連接裝置實(shí)現(xiàn)，參見如圖1和圖2所示，中間坯連接裝置包括連接塊上料裝置3、連接塊加熱保溫裝置4和中間坯連接裝置本體；其中，連接塊上料裝置3為離線裝置，位于中間坯連接裝置本體外，用于接收由熱卷箱之后的剪切機(jī)切分的連接塊1，并將連接塊1輸送至連接塊加熱保溫裝置4中；連接塊加熱保溫裝置4為離線裝置，位于中間坯連接裝置本體外，用于連接塊1的加熱保溫，使連接塊1達(dá)到中間坯相同的溫度。

所述中間坯連接裝置本體包括用于施加摩擦力和頂鍛力的頂鍛裝置7，用于夾持中間坯的入口夾持裝置5和出口夾持裝置6，連接塊夾持振動(dòng)裝置2和用于保證中間坯連接裝置本體與中間坯同速運(yùn)動(dòng)的走行裝置9，具體地連接塊夾持振動(dòng)裝置2、入口夾持裝置5和出口夾持裝置6安裝在同一機(jī)架上，走行裝置9安裝在機(jī)架下方，用于驅(qū)動(dòng)機(jī)架、連接塊夾持振動(dòng)裝置2、入口夾持裝置5和出口夾持裝置6與中間坯同速運(yùn)動(dòng)。連接塊夾持振動(dòng)裝置2用于夾持連接塊1并對(duì)連接塊施加振動(dòng)。

其中，連接塊夾持振動(dòng)裝置2具有一夾住連接塊1的夾持機(jī)構(gòu)和帶動(dòng)夾持機(jī)構(gòu)和連接塊1進(jìn)行振動(dòng)的振動(dòng)器，振動(dòng)器可采用多種形式，如電機(jī)驅(qū)動(dòng)的機(jī)械式振動(dòng)器，也可以是液壓振動(dòng)器或者電磁振動(dòng)器等，滿足振幅可控、頻率可控的要求。

頂鍛裝置7主要是對(duì)后塊中間坯81施加力，使后塊中間坯81能夠快速壓緊及持續(xù)壓緊連接塊1和前塊中間坯82，可采用電機(jī)驅(qū)動(dòng)或液壓驅(qū)動(dòng)，進(jìn)一步可以通過杠桿放大頂鍛力。

連接塊加熱保溫裝置4就是一個(gè)加熱爐，可以為各種加熱形式，如電阻、電磁等，溫度可控。加熱爐外側(cè)設(shè)置一個(gè)推鋼裝置，將加熱爐內(nèi)的連接塊1推送至機(jī)架內(nèi)，由連接塊夾持振動(dòng)裝置2接收。

連接塊上料裝置3采用運(yùn)輸鏈的結(jié)構(gòu)形式，剪切機(jī)切分的連接塊下落到下方的溜槽上，在經(jīng)過溜槽滑落到運(yùn)輸鏈上，通過運(yùn)輸鏈傳送至連接塊加熱保溫裝置4的爐門處，再經(jīng)過推鋼機(jī)構(gòu)或者溜槽進(jìn)入加熱爐內(nèi)。

中間坯連接裝置本體在熱軋中工藝的使用為：在常規(guī)熱連軋生產(chǎn)線粗軋機(jī)后的熱卷箱和第一架精軋機(jī)之間，依次設(shè)置夾送輥、剪切機(jī)、中間坯連接裝置本體、去毛刺機(jī)、以及毛刺吹掃裝置。由于頂鍛時(shí)會(huì)將端面的氧化膜破碎并擠出，因此不需除鱗等特殊處理。其中，連接塊1由中間坯連接裝置本體前方的剪切機(jī)對(duì)前、后塊中間坯中任一塊的頭尾定尺剪切獲得。

其中，中間坯連接裝置本體由走行裝置9驅(qū)動(dòng)，中間坯連接裝置本體在靠近粗軋機(jī)一側(cè)停穩(wěn)后，連接塊加熱保溫裝置4將連接塊1輸送至中間坯連接裝置本體，由連接塊夾持振動(dòng)裝置2夾緊，前塊中間坯82帶尾由出口夾持裝置6夾緊，后塊中間坯81帶頭由入口夾持裝置5夾緊，連接塊1位于前、后塊中間坯之間，由連接塊夾持振動(dòng)裝置2驅(qū)動(dòng)連接塊1產(chǎn)生振動(dòng)并與前、后塊中間坯端面產(chǎn)生摩擦生熱，當(dāng)連接端面達(dá)到粘塑性狀態(tài)后，頂鍛裝置7通過入口夾持裝置5向后塊中間坯81施加頂鍛壓力，使前、后塊中間坯通過連接塊1連接；走行裝置9用于驅(qū)動(dòng)中間坯連接裝置本體，使其與中間坯同速運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)中間坯的在線連接，連接完畢后，驅(qū)動(dòng)中間坯連接裝置本體返回到初始位置，準(zhǔn)備下一塊板坯的連接。

其中，連接塊夾持振動(dòng)裝置2的振動(dòng)頻率范圍為10Hz-300Hz；振幅小于等于10mm，優(yōu)選為3mm-5mm；

其中，頂鍛裝置7位于入口夾持裝置5前，頂鍛裝置7通過入口夾持裝置5向后塊中間坯81施加頂鍛壓力在10MPa-200MPa；

如圖3和圖4所示，連接塊夾持振動(dòng)裝置2可位于中間坯8上方或側(cè)面，連接塊夾持振動(dòng)裝置2安裝中間坯8在上方時(shí)，連接塊1垂直于中間坯表面上下振動(dòng)；連接塊夾持振動(dòng)裝置2安裝在中間坯8側(cè)面時(shí)，連接塊1沿中間坯寬度方向振動(dòng)。

其中，出口夾持裝置6和入口夾持裝置5均設(shè)置有上、下夾持塊，上、下夾持塊長度大于中間坯的寬度，以保證夾持的穩(wěn)定性；此外，如果頂鍛裝置7帶夾持功能則可省去入口夾持裝置5。

本發(fā)明工藝設(shè)備簡單：只需在常規(guī)熱連軋生產(chǎn)線粗軋機(jī)后的熱卷箱和第一架精軋機(jī)之間，設(shè)置一套夾送輥、一套剪切機(jī)、一套中間坯連接裝置、一套去毛刺機(jī)，以及一套毛刺吹掃裝置。由于頂鍛時(shí)會(huì)將端面的氧化膜破碎并擠出，因此不需除鱗等特殊處理。

連接速度快：由于連接塊及中間坯自身溫度達(dá)到950℃～1100℃，因此只需很短時(shí)間的摩擦即可達(dá)到適合焊接的粘塑性狀態(tài)。

連接強(qiáng)度高，適用于不同材質(zhì)的板坯連接：采用線性摩擦焊接的方法，被焊材料不熔化，焊接區(qū)金屬為鍛造組織，無熔化焊接的缺陷；在頂鍛壓力的作用下，焊接區(qū)產(chǎn)生了一些力學(xué)冶金效應(yīng)，并且摩擦表面會(huì)產(chǎn)生自清理作用，不存在氧化層；摩擦焊接時(shí)間短，熱影響區(qū)窄，熱影響區(qū)組織無明顯粗化。這些特點(diǎn)有利于獲得與母材等強(qiáng)的焊接接頭，同時(shí)也決定了本裝置及方法廣泛的工藝適應(yīng)性，適合于不同材質(zhì)的板坯連接。

能耗少：連接塊與中間坯同等溫度、同等材質(zhì)，而且質(zhì)量小，振動(dòng)所需能耗少。相比摩擦片的形式，對(duì)連接塊沒有其它特殊要求，摩擦產(chǎn)生的熱量全部都用于連接部位升溫。

任何熟悉此技術(shù)的人士皆可在不違背本發(fā)明的精神及范疇下，對(duì)上述實(shí)施例進(jìn)行修飾或改變。因此，舉凡所屬技術(shù)領(lǐng)域中具有通常知識(shí)者在未脫離本發(fā)明所揭示的精神與技術(shù)思想下所完成的一切等效修飾或改變，仍應(yīng)由本發(fā)明的權(quán)利要求所涵蓋。