本發(fā)明屬于熱軋設(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)板帶熱連軋精軋機組生產(chǎn)均以單塊中間坯進行軋制，進入精軋機組一般要經(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，易在精軋機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，每塊軋坯都要進行載荷預(yù)測和輥縫值設(shè)定，若軋制力預(yù)測不準，因軋制力預(yù)測誤差會引起帶鋼厚度、凸度變化和機架間板形波動；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，精軋機卷與卷之間的間隔時間也影響軋機產(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，進行連續(xù)精軋，軋后的帶鋼由高速飛剪按要求重量進行分卷。無頭軋制在解決上述間斷軋制問題的同時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，實現(xiàn)部分“以熱代冷”、降低軋輥消耗取得了顯著的收效。該項技術(shù)是鋼鐵生產(chǎn)技術(shù)的一次飛躍，代表了當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)是實現(xiàn)無頭軋制的關(guān)鍵技術(shù)之一。由于精軋機組采用張力軋制，熱狀態(tài)下中間坯的連接質(zhì)量影響著無頭軋制能否實現(xiàn)，若連接時間過長，不僅影響生產(chǎn)效率，還將產(chǎn)生明顯溫降，使后續(xù)精軋難以進行，若連接強度不高、質(zhì)量不好，則連接處容易發(fā)生斷帶，使連續(xù)精軋不能進行；并且連接設(shè)備不宜復(fù)雜，否則不但會使設(shè)備安裝位置受到限制，還會增加投資及生產(chǎn)維護成本。

目前，無頭軋制中間坯連接方法主要有疊軋壓接法、對接壓接法、焊接法、機械連接法、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)下對板厚方向施加交變磁場，就會在兩塊板坯的結(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，流過帶坯端部角部的電流遠小于流過中部的電流，使連接面端部殘留未結(jié)合部。同時，連接區(qū)的溫度高于帶坯其它部分的溫度，其強度也低于其它區(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)計的剪切機，將中間坯搭接區(qū)沿斜面切斷，通過剪切形成兩個無氧化表面，剪切力使新形成的兩個表面發(fā)生相對運動，發(fā)生摩擦，產(chǎn)生大量熱能，加速了表面的擴散，剪切機剪切的同時對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剪切面施加壓力進行物理連接，主要適用于同種材質(zhì)連接，不同種材質(zhì)連接時，同樣存在因化學成分及物理冶金特性不同，使連接區(qū)的強度受到影響，同時，該設(shè)備龐大，占用空間大、設(shè)備投資及維護成本高等問題。

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、維護成本高這些問題中的一種或幾種。

技術(shù)實現(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，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到粘塑性狀態(tài)，再對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)生了一些力學冶金效應(yīng)，并且摩擦表面會產(chǎn)生自清理作用，不存在氧化層；摩擦焊接時間短，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對前、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，振動所需能耗少。

其中，所述連接塊的振動方向為水平方向或豎直方向，即垂直于中間坯的方向或沿中間坯的寬度方向。

進一步地，采用中間坯連接裝置實現(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，連接塊夾持振動裝置和用于保證中間坯連接裝置本體與中間坯同速運動的走行裝置。

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，中間坯連接裝置本體在靠近粗軋機一側(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，由連接塊夾持振動裝置驅(qū)動連接塊產(chǎn)生振動并與前、后塊中間坯端面產(chǎn)生摩擦生熱，當連接端面達到粘塑性狀態(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)動中間坯連接裝置本體，使其與中間坯同速運動，實現(xiàn)中間坯的在線連接，連接完畢后，驅(qū)動中間坯連接裝置本體返回到初始位置，準備下一塊板坯的連接。

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

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)線粗軋機后的熱卷箱和第一架精軋機之間，設(shè)置一套夾送輥、一套剪切機、一套中間坯連接裝置、一套去毛刺機，以及一套毛刺吹掃裝置。由于頂鍛時會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到950℃～1100℃，因此只需很短時間的摩擦即可達到適合焊接的粘塑性狀態(tài)。

3、連接強度高，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)生了一些力學冶金效應(yīng)，并且摩擦表面會產(chǎn)生自清理作用，不存在氧化層；摩擦焊接時間短，熱影響區(qū)窄，熱影響區(qū)組織無明顯粗化。這些特點有利于獲得與母材等強的焊接接頭，同時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，振動所需能耗少。相比摩擦片的形式，對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示意圖；

圖4為圖1中連接塊上下振動示意圖。

零件標號說明：

1 連接塊

2 連接塊夾持振動裝置

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

具體實施方式

以下由特定的具體實施例說明本發(fā)明的實施方式，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)點及功效。

實施例

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，對連接塊1施加振動，使其端面與前、后塊中間坯端面摩擦生熱，端面接觸附近達到粘塑性狀態(tài)，再通過對后塊中間坯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由剪切機對前、后塊中間坯中任一塊的頭尾定尺剪切獲得。連接塊1的振動方向為水平方向或豎直方向，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，連接塊夾持振動裝置2和用于保證中間坯連接裝置本體與中間坯同速運動的走行裝置9，具體地連接塊夾持振動裝置2、入口夾持裝置5和出口夾持裝置6安裝在同一機架上，走行裝置9安裝在機架下方，用于驅(qū)動機架、連接塊夾持振動裝置2、入口夾持裝置5和出口夾持裝置6與中間坯同速運動。連接塊夾持振動裝置2用于夾持連接塊1并對連接塊施加振動。

其中，連接塊夾持振動裝置2具有一夾住連接塊1的夾持機構(gòu)和帶動夾持機構(gòu)和連接塊1進行振動的振動器，振動器可采用多種形式，如電機驅(qū)動的機械式振動器，也可以是液壓振動器或者電磁振動器等，滿足振幅可控、頻率可控的要求。

頂鍛裝置7主要是對后塊中間坯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，可采用電機驅(qū)動或液壓驅(qū)動，進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)置一個推鋼裝置，將加熱爐內(nèi)的連接塊1推送至機架內(nèi)，由連接塊夾持振動裝置2接收。

連接塊上料裝置3采用運輸鏈的結(jié)構(gòu)形式，剪切機切分的連接塊下落到下方的溜槽上，在經(jīng)過溜槽滑落到運輸鏈上，通過運輸鏈傳送至連接塊加熱保溫裝置4的爐門處，再經(jīng)過推鋼機構(gòu)或者溜槽進入加熱爐內(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)線粗軋機后的熱卷箱和第一架精軋機之間，依次設(shè)置夾送輥、剪切機、中間坯連接裝置本體、去毛刺機、以及毛刺吹掃裝置。由于頂鍛時會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對前、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，中間坯連接裝置本體在靠近粗軋機一側(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，由連接塊夾持振動裝置2驅(qū)動連接塊1產(chǎn)生振動并與前、后塊中間坯端面產(chǎn)生摩擦生熱，當連接端面達到粘塑性狀態(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)動中間坯連接裝置本體，使其與中間坯同速運動，實現(xiàn)中間坯的在線連接，連接完畢后，驅(qū)動中間坯連接裝置本體返回到初始位置，準備下一塊板坯的連接。

其中，連接塊夾持振動裝置2的振動頻率范圍為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，連接塊夾持振動裝置2可位于中間坯8上方或側(cè)面，連接塊夾持振動裝置2安裝中間坯8在上方時，連接塊1垂直于中間坯表面上下振動；連接塊夾持振動裝置2安裝在中間坯8側(cè)面時，連接塊1沿中間坯寬度方向振動。

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)線粗軋機后的熱卷箱和第一架精軋機之間，設(shè)置一套夾送輥、一套剪切機、一套中間坯連接裝置、一套去毛刺機，以及一套毛刺吹掃裝置。由于頂鍛時會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到950℃～1100℃，因此只需很短時間的摩擦即可達到適合焊接的粘塑性狀態(tài)。

連接強度高，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)生了一些力學冶金效應(yīng)，并且摩擦表面會產(chǎn)生自清理作用，不存在氧化層；摩擦焊接時間短，熱影響區(qū)窄，熱影響區(qū)組織無明顯粗化。這些特點有利于獲得與母材等強的焊接接頭，同時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，振動所需能耗少。相比摩擦片的形式，對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，對上述實施例進行修飾或改變。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。