CN111760912B - 热轧带钢无头轧制中间坯连接方法及*** - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种热轧带钢无头轧制中间坯连接方法及***，属于热轧带钢技术领域，本连接方法包括：在把经粗轧工序后的先行中间坯和紧接着该先行中间坯而被输送的后续中间坯连续地输送给精轧工序前的过程中将两者首尾端对接，其中：在对接前使两者首尾端于其宽度方向各自形成有平直端面，再在对接中使两者首尾端的平直端面被依次对齐、间隔、封闭、铝热反应、熔融连接、冷却而实现连接。本连接***包括沿轧线方向依次布置的粗轧机、剪切机、连接装置、精轧机，连接装置包括封闭机构和喷射机构。本发明解决了中间坯连接设备复杂且可靠性差的问题。
Description
技术领域
本发明属于热轧带钢技术领域，具体涉及一种热轧带钢无头轧制中间坯连接方法及***。
背景技术
热轧带钢无头轧制技术是目前世界钢铁生产最先进的技术之一，它可以将若干块粗轧后的中间坯连接起来，连续进入精轧机组，由精轧机组连续稳定地轧制，并由层流冷却线稳定地进行冷却和相变控制，最后经飞剪剪切并由卷取机卷成多个热轧带钢卷。与常规轧制相比，无头轧制可显著提高生产效率和成材率，改善穿带性能，减少轧辊辊耗，并实现极薄带等新产品的稳定生产。
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。而且激光器所需功率非常大，明显增加装备投资及生产成本。剪切压接法采用特殊设计的剪切机，将中间坯搭接区沿斜面剪切，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。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。
总结现有的中间坯连接方式，最主要的问题就是设备投资大、维护成本高，以及设备占地面积大或连接机构需要行走的空间大，这对于空间已固定的现有生产线改造，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热轧带钢无头轧制中间坯连接方法及***，用于解决现有技术中中间坯连接设备复杂且可靠性差的问题。
本发明是通过以下技术方案来实现的：
本发明提供的一种热轧带钢无头轧制中间坯连接方法，在把经粗轧工序后的先行中间坯和紧接着该先行中间坯而被输送的后续中间坯连续地输送给精轧工序前的过程中将两者首尾端对接，其中：在对接前使两者首尾端于其宽度方向各自形成有平直端面，再在对接中使两者首尾端的平直端面被依次对齐、间隔、封闭、铝热反应、熔融连接、冷却而实现连接。
优选的，先行中间坯的尾端平直端面与后续中间坯的首端平直端面具有相互平行并相对板坯宽度方向成所定的角度的直面。
优选的，控制铝热反应前的板坯温度为950℃～1050℃，控制冷却后的板坯温度为950℃～1100℃。
本发明还提供的一种热轧带钢无头轧制中间坯连接***，用于实现上述的连接方法，包括沿轧线方向依次布置的粗轧机、剪切机、连接装置、精轧机，所述连接装置包括封闭机构和喷射机构，所述剪切机用于将先行中间坯的尾端和后续中间坯的首端切割出平直端面，所述封闭机构用于对间隔所定的距离的两平直端面实施封闭，其内的夹层设有冷却回路，所述喷射机构用于向封闭起的两平直端面的间隔喷入焊接粉末，由板坯的高温为焊接粉末提供铝热反应条件，使焊接粉末生成熔融铁水而填满间隔形成接合部，并由冷却回路对接合部进行快速冷却。
进一步，所述粗轧机与剪切机之间还设有热卷箱。
进一步，所述连接装置与精轧机之间还设有去毛刺机。
进一步，所述喷射机构设有喷射速度、喷射角度和喷射量均可调的喷嘴，所述喷嘴设置为多个，沿板坯宽度方向间隔布置。
进一步，所述焊接粉末为Al、Fe2O3以及Fe3O4的混合物，其中Fe2O3和Fe3O4混合物的体积占比与板坯氧化铁皮厚度成反比。
进一步，所述焊接粉末中含有使铝热反应生成的Al2O3与铁水分离的造渣剂，其主要成分为CaO、SiO2以及B2O3。
进一步，所述封闭机构的夹层设置在内层和外层之间，其内层由铜板制成，外层由钢板制成，所述内层的内表面涂覆添加镍、铬、钨合金的镀层，所述夹层的冷却回路由铜管制成，其内冷却介质为水。
本发明的优点在于：
1、本发明连接工艺设备简单，由带冷却功能的封闭机构以及可调整喷射速度、喷射角度和喷射量的喷射机构构成，其占地面积小，维护成本低。
2、本发明采用较为成熟的自蔓延高温合成技术，可以快速稳定实现大截面、异形截面中间坯以及不同钢种之间的连接，其连接方式可靠，并大大扩展了产品范围。
3、本发明由于中间坯连接前处于高温状态，为铝热反应提供了必要的温度条件，反应后生成的熔融铁水冷却后实现牢固的冶金连接，其连接强度高。
4、由于中间坯表面存在的氧化铁皮会影响固态连接效果，一般的中间坯连接方式在连接前都需要进行除鳞工序，而本发明中氧化铁作为反应物参与了铝热反应，不仅减少了连接前的除鳞工序，还节省了焊接粉末中氧化物的使用量。
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进一步的详细描述，其中：
图1为本发明的连接***示意图。
图2为本发明的连接装置的封闭机构和喷射机构工作示意图。
图3为本发明的连接装置的封闭机构冷却接合部示意图。
图4为本发明的中间坯的接合部示意图。
图5为本发明的连接装置的封闭机构的局部透视图。
元件标号说明：后续中间坯1、先行中间坯2、封闭机构3、喷射机构4、焊接粉末5、接合部6、粗轧机7、热卷箱8、剪切机9、精轧机10、去毛刺机11。
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。
请参阅附图1-5所示，本实施例提供的热轧带钢无头轧制中间坯连接***，是设置在热连轧生产线上粗轧机7与精轧机10之间，行进中的中间坯的按行进方向依次经过剪切机9、连接装置和去毛刺机11；所述连接装置包括封闭机构3和喷射机构4，其中，剪切机9用于将先行中间坯2的尾端和后续中间坯1的首端切割出平直端面，封闭机构3用于对间隔所定的距离的两平直端面实施封闭，其内的夹层设有冷却回路，喷射机构4用于向封闭起的两平直端面的间隔喷入焊接粉末5，由板坯的高温为焊接粉末5提供铝热反应条件，使焊接粉末5生成熔融铁水而填满间隔形成接合部6，并由冷却回路对接合部6进行快速冷却。
基于热轧带钢无头轧制中间坯连接***的连接方法包括：在把经粗轧工序后的先行中间坯2和紧接着该先行中间坯2而被输送的后续中间坯1连续地输送给精轧工序前的过程中将两者首尾端对接，其中：在对接前使两者首尾端于其宽度方向各自形成有平直端面，再在对接中使两者首尾端的平直端面被依次对齐、间隔、封闭、铝热反应、熔融连接、冷却而实现连接。具体的，利用剪切机9将粗轧机7后的中间坯端部切平齐，使相邻两个中间坯的首尾形成平直端面；再将先行中间坯2与后续中间坯1的首尾端部对齐，并且首尾端的平直端面之间保持一定间距；在其行走到连接装置时，封闭机构3夹紧先行中间坯2和后续中间坯1并形成四周封闭的连接腔室，喷射机构4对准两平直端面的间隙喷入焊接粉末5，高温板坯为反应提供热反应温度条件，焊接粉末5与高温板坯的首尾端部发生铝热反应，且板坯表面氧化铁皮可作为反应物参与反应，瞬间释放热量并生成熔融铁水而填满连接腔室并形成接合部6；然后，合上连接腔室盖板，开启封闭机构3中的冷却回路的循环水***，通过封闭机构3自带的冷却回路对熔融连接的接合部6进行快速冷却，熔融铁水冷却到950℃～1100℃实现接合部6牢固的冶金连接，并满足进入精轧机10轧制的温度条件；最后，封闭机构3自动卸除，利用去毛刺机11去除接合部6多余的毛刺，防止其进入精轧机10后损伤精轧机轧辊，最后进入精轧机10轧制；封闭机构3和喷射机构4返回至原位，等待下一次工作指令。
在本实施例中控制中间坯进入连接装置的温度为950℃～1050℃。
在本实施例中的先行中间坯2的尾端平直端面与后续中间坯1的首端平直端面具有相互平行并相对板坯宽度方向成所定的角度的直面。
在本实施例中的粗轧机7与剪切机9之间还设有热卷箱8，能够均匀温度及提高表面质量并且在加工过程中起到工艺缓冲作用，同时，热卷箱8还可以用来储备中间坯，以便有足够的时间和空间进行中间坯连接。
在本实施例中的喷射机构4设有喷射速度、喷射角度和喷射量均可调的喷嘴，喷嘴设置为多个，沿板坯宽度方向间隔布置。
在本实施例中的焊接粉末5为Al、Fe2O3以及Fe3O4的混合物，其中Fe2O3和Fe3O4混合物的体积占比与板坯氧化铁皮厚度成反比。
在本实施例中的焊接粉末5中含有微量成分为CaO、SiO2以及B2O3构成的造渣剂，使铝热反应生成的Al2O3与铁水分离，防止反应生成的Al2O3保留在铁水内部，降低接合部6的连接强度。
在本实施例中的封闭机构3的夹层设置在内层和外层之间，其内层由铜板制成，外层由钢板制成，所述内层的内表面涂覆添加镍、铬、钨合金的镀层，减小钢水与凹槽内壁摩擦阻力，防止粘结。所述夹层的冷却回路由铜管制成，其内冷却介质为水。
对于25mm～30mm的中间坯，铝热反应后生成的熔融铁水温度约1500℃，该封闭机构3能在10s内将接合部6的温度降至980℃～1050℃，使接合部6实现牢固冶金连接的同时，也满足进入精轧机10轧制的温度条件。
采用上述方案，本发明中连接***简单，由带冷却功能的封闭机构3以及可调整喷射速度、喷射角度和喷射量的喷射机构4构成，其占地面积小，维护成本低。并采用较为成熟的自蔓延高温合成技术，可以快速稳定实现大截面、异形截面中间坯以及不同钢种之间的连接，其连接方式可靠，大大扩展了产品范围。同时，由于中间坯连接前处于高温状态，为铝热反应提供了必要的温度条件，且反应后生成的熔融铁水冷却后实现牢固的冶金连接，其连接强度高。还由于中间坯表面存在的氧化铁皮会影响固态连接效果，一般的中间坯连接方式在连接前都需要进行除鳞工序，而本发明中氧化铁作为反应物参与了铝热反应，不仅减少了连接前的除鳞工序，还节省了焊接粉末5中氧化物的使用量。
以上所述仅为本发明的优选实施例，并不用于限制本发明，显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。
Claims (4)
1.一种热轧带钢无头轧制中间坯连接***，其特征在于，包括沿轧线方向依次布置的粗轧机（7）、剪切机（9）、连接装置、精轧机（10），所述连接装置包括封闭机构（3）和喷射机构（4），所述剪切机（9）用于将先行中间坯（2）的尾端和后续中间坯（1）的首端切割出平直端面，所述封闭机构（3）夹紧先行中间坯（2）和后续中间坯（1）并形成四周封闭的连接腔室，用于对间隔所定的距离的两平直端面实施封闭，其内的夹层设有冷却回路，所述喷射机构（4）用于向封闭起的两平直端面的间隔喷入焊接粉末（5），由板坯的高温为焊接粉末（5）提供铝热反应条件，使焊接粉末（5）生成熔融铁水而填满间隔形成接合部（6），并由冷却回路对接合部（6）进行快速冷却；连接腔室具有可合上的盖板；
所述喷射机构（4）设有喷射速度、喷射角度和喷射量均可调的喷嘴，所述喷嘴设置为多个，沿板坯宽度方向间隔布置；
所述焊接粉末（5）为Al、Fe2O3以及Fe3O4的混合物，其中Fe2O3和Fe3O4混合物的体积占比与板坯氧化铁皮厚度成反比；
所述焊接粉末（5）中含有使铝热反应生成的Al2O3与铁水分离的造渣剂，其主要成分为CaO、SiO2以及B2O3；
所述封闭机构（3）的夹层设置在内层和外层之间，其内层由铜板制成，外层由钢板制成，所述内层的内表面涂覆添加镍、铬、钨合金的镀层，所述夹层的冷却回路由铜管制成，其内冷却介质为水。
2.根据权利要求1所述的热轧带钢无头轧制中间坯连接***，其特征在于，所述粗轧机（7）与剪切机（9）之间还设有热卷箱（8）。
3.根据权利要求1所述的热轧带钢无头轧制中间坯连接***，其特征在于，所述连接装置与精轧机（10）之间还设有去毛刺机（11）。
4.一种热轧带钢无头轧制中间坯连接方法，该方法基于权利要求1-3任一所述的热轧带钢无头轧制中间坯连接***，在把经粗轧工序后的先行中间坯（2）和紧接着该先行中间坯（2）而被输送的后续中间坯（1）连续地输送给精轧工序前的过程中将两者首尾端对接，其特征在于，在对接前使两者首尾端于其宽度方向各自形成有平直端面，再在对接中使两者首尾端的平直端面被依次对齐、间隔、封闭、铝热反应、熔融连接、冷却而实现连接；
先行中间坯（2）的尾端平直端面与后续中间坯（1）的首端平直端面具有相互平行并相对板坯宽度方向成所定的角度的直面；
控制铝热反应前的板坯温度为950℃～1050℃，控制冷却后的板坯温度为950℃～1100℃；
焊接粉末（5）与高温板坯的首尾端部发生铝热反应，且板坯表面氧化铁皮可作为反应物参与反应，瞬间释放热量并生成熔融铁水而填满连接腔室并形成接合部（6）；然后，合上连接腔室盖板。
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