專利名稱：在局部溫度擾動(dòng)下控制熱軋產(chǎn)品截面的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種對(duì)連續(xù)焊接金屬坯的滾軋進(jìn)行控制的方法，其中所述連續(xù)焊接金屬坯具有沿該金屬坯的一系列焊縫。
背景技術(shù)：
對(duì)單個(gè)金屬坯的滾軋而言，傳統(tǒng)的滾軋機(jī)控制及操作已經(jīng)可以接受，但是隨著連續(xù)焊接金屬坯新技術(shù)的到來(lái)，必須重新考慮控制策略及操作以實(shí)現(xiàn)該工藝的全部?jī)?yōu)點(diǎn)。所述優(yōu)點(diǎn)包括產(chǎn)量和生產(chǎn)率提高、廢品減少、以及偏差更一致。然而，焊接工藝升高了焊縫相對(duì)于金屬坯剩余部分的溫度并形成了一個(gè)小區(qū)域，該區(qū)域更軟并且對(duì)滾軋力的阻抗更低。所述高溫可在焊縫上形成過(guò)大的尺寸變化，超出為產(chǎn)品指定的允差，而這是不可接受的。
在熱軋中被滾軋材料通過(guò)軋輥的動(dòng)作由許多參數(shù)控制。這些參數(shù)中最重要的變量是材料的溫度。較高溫度的材料在滾軋中容易伸長(zhǎng)較多，而較低溫度材料將會(huì)伸展得更開。伸長(zhǎng)和伸展的變化使得產(chǎn)品的排出速度變化。
在連續(xù)滾軋機(jī)中，材料可同時(shí)出現(xiàn)在許多對(duì)的軋輥之間并且軋輥對(duì)的相對(duì)速度必須保持平衡以避免材料在軋輥對(duì)的機(jī)座之間累積或拉伸。
在所謂的粗軋機(jī)座中，僅在金屬坯的頭部設(shè)定自動(dòng)拉力控制。在金屬坯的頭部及其余部分之間的任意溫度差將會(huì)導(dǎo)致不準(zhǔn)確的速度設(shè)置。冷的頭部可導(dǎo)致材料在機(jī)座之間累積而熱的頭部將會(huì)致使材料在機(jī)座之間拉伸。
材料在機(jī)座之間的累積是不穩(wěn)定且有害的情形，并且操作者通常設(shè)定所述相對(duì)速度以避免該情形并且從而在粗軋機(jī)座之間以拉力進(jìn)行滾軋。正是該拉力成為了焊縫中尺寸變化的原因。
通過(guò)在中間和精處理機(jī)座中使用活套挑(looper)，可連續(xù)地對(duì)小截面材料進(jìn)行控制?；钐滋敉ㄟ^(guò)測(cè)量形成于相鄰機(jī)座之間的材料環(huán)的位移而控制所述機(jī)座中的相對(duì)軋輥速度。上升的套增加速度差，而下降的套通過(guò)調(diào)整上游機(jī)座降低所述差值。但是僅僅在焊縫通過(guò)機(jī)座后，焊縫的瞬態(tài)效應(yīng)短暫地升高套的高度。從而，速度控制施加到了材料的誤差部分。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種消除材料焊接部分中的拉力的方法，并進(jìn)一步在金屬坯中引入壓力以校正在上下游機(jī)座之間產(chǎn)生的尺寸變化。
根據(jù)本發(fā)明，滾軋機(jī)座中的軋輥的速度根據(jù)金屬坯中焊縫的出現(xiàn)而調(diào)整，以在位于所述滾軋機(jī)座下游及下一個(gè)下游機(jī)座的上游的焊縫處在該金屬坯中產(chǎn)生壓縮，而在該金屬坯中在所述焊縫處產(chǎn)生壓縮和材料集聚。
本發(fā)明的方法跟蹤通過(guò)粗軋機(jī)座的焊縫并以不同級(jí)別和時(shí)間段對(duì)材料的壓力施加控制以適應(yīng)于材料和焊接情形，并且其成品在下游使用合適的測(cè)量?jī)x器進(jìn)行監(jiān)控。
本發(fā)明還能用于滾軋材料中其它可檢測(cè)到的瞬態(tài)擾動(dòng)。


圖1示意性地示出了通過(guò)滾軋機(jī)的連續(xù)機(jī)座滾軋金屬坯的設(shè)備。
圖2A為根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)在連續(xù)機(jī)座之間滾軋帶焊縫金屬坯的示意圖。
圖2B類似于圖2A，示出了本發(fā)明方法的效果。
具體實(shí)施例方式
參照附圖1，其中可見滾軋機(jī)1帶有一系列用于滾軋金屬坯B的機(jī)座2。各機(jī)座2包括軋輥3，軋輥3作用于金屬坯以生產(chǎn)滾軋制成品。
各機(jī)座中軋輥3的速度由計(jì)算機(jī)5的控制下的相應(yīng)的速度控制設(shè)備4控制。
根據(jù)本發(fā)明，金屬坯為連續(xù)的焊接金屬坯并且通過(guò)與形成焊縫的焊接機(jī)(未示出)相聯(lián)的傳感器6提供的信息而跟蹤金屬坯中的焊縫。跟蹤調(diào)節(jié)器7連接到計(jì)算機(jī)5以對(duì)機(jī)座中的軋輥速度進(jìn)行調(diào)節(jié)而消除金屬坯在焊縫處形成的不規(guī)則部位。當(dāng)金屬坯從圖1所示的最后一個(gè)機(jī)座2排出時(shí)，測(cè)量該金屬坯的尺寸并將之在顯示器8上示出，且將該尺寸信息饋送到計(jì)算機(jī)5。
排出滾軋機(jī)控制系統(tǒng)使用一種控制反饋方法來(lái)調(diào)整滾軋機(jī)的速度而校正測(cè)得的變量誤差，其中所述變量誤差反映拉伸的程度或各機(jī)座速度之間的不協(xié)調(diào)程度。所述測(cè)量在滾軋工序后進(jìn)行并且向所有后續(xù)的材料進(jìn)行調(diào)整。
在材料經(jīng)過(guò)機(jī)座的距離為到下一機(jī)座的一半距離和整個(gè)距離之間后，對(duì)誤差進(jìn)行檢測(cè)。在小于相鄰機(jī)座間距離的一半處的任何瞬態(tài)誤差將不會(huì)被校正，并且可在后續(xù)的材料中引入不利的速度變化?，F(xiàn)有的滾軋機(jī)控制系統(tǒng)不能適用于新的金屬坯焊接工藝，在新的金屬坯焊接工藝中已發(fā)展持續(xù)時(shí)間為1.5秒的熱點(diǎn)(hot spots of 1-second duration)。
預(yù)見到對(duì)滾軋機(jī)座的已知瞬態(tài)誤差進(jìn)行識(shí)別及跟蹤將使得可進(jìn)行合適的調(diào)整以僅校正瞬態(tài)誤差而不擾亂滾軋材料的其余部分。
測(cè)量顯示，由焊接處的高溫導(dǎo)致的瞬態(tài)誤差在各個(gè)滾軋機(jī)構(gòu)(rollingsetup)中是恒定的，并且顯然所述尺寸誤差通過(guò)滾軋工序從粗軋機(jī)座向前傳遞到制成品。
本發(fā)明基于在滾軋中對(duì)材料施加壓力以減輕引起尺寸減小的拉力，并通過(guò)壓力導(dǎo)致尺寸增加而將尺寸加大了的材料傳送到下游機(jī)座。
圖2A示出了根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的典型裝置，其中金屬坯10在機(jī)座11和12之間前進(jìn)并且該金屬坯有一焊縫13。
在速度控制的正常情形下，由于焊縫13的溫度較高，機(jī)座11和12之間的金屬坯產(chǎn)生的拉力將會(huì)在焊縫13處形成金屬坯的頸狀收縮或尺寸減小。這使得金屬坯中尺寸變化且使得焊縫在滾軋后超出為產(chǎn)品指定的允差并且使得產(chǎn)品不可接受。
參照?qǐng)D2B，機(jī)座11和12的軋輥20和21由計(jì)算機(jī)5調(diào)節(jié)而在所述軋輥上疊加一個(gè)速度變化，以壓縮位于機(jī)座11和12之間區(qū)域內(nèi)的金屬坯，從而在焊縫13處形成材料集聚。通過(guò)在軋輥上疊加速度控制，不僅消除了焊縫處的拉力，而且還增加了焊縫處的尺寸而為在下游機(jī)座中的滾軋準(zhǔn)備材料。金屬坯在機(jī)座之間的剛度隨著金屬坯滾軋的進(jìn)行而減小，從而軋輥速度調(diào)節(jié)的主要改變發(fā)生在滾軋機(jī)粗軋階段的入口端處。沿著金屬坯的行進(jìn)路線，速度控制減小，且到下游端不再進(jìn)行。
在下游端控制速度的常規(guī)活套挑通過(guò)在焊縫經(jīng)過(guò)后使機(jī)座減慢而響應(yīng)由于焊縫通過(guò)的速度增加。通過(guò)在焊縫經(jīng)過(guò)的時(shí)間段內(nèi)停止所述控制，該不必要的調(diào)節(jié)得以消除并且焊縫后的尺寸得以穩(wěn)定，同時(shí)也降低了驅(qū)動(dòng)構(gòu)件的機(jī)械磨損。
溫度信息的前向饋送的原理可用于制品的其它變化中，其中所述變化是可以通過(guò)滾軋機(jī)機(jī)座的速度變化而感應(yīng)并校正的。
本方法可通過(guò)基于機(jī)座上游的測(cè)得溫度來(lái)修正機(jī)座速度而用于校正因爐中的不均勻受熱所引起的尺寸偏差。本發(fā)明還可用于控制因步進(jìn)式爐的冷卻滑痕引起的尺寸偏差。
在典型的帶有焊縫的金屬坯的滾軋工藝中，金屬坯經(jīng)過(guò)滾軋機(jī)中的多個(gè)滾軋機(jī)座。計(jì)算機(jī)根據(jù)滾軋機(jī)座入口處金屬坯的尺寸以及滾軋機(jī)座出口處的期望尺寸來(lái)調(diào)節(jié)機(jī)座中的滾軋速度。當(dāng)基于焊接機(jī)中的跟蹤信息檢測(cè)到金屬坯中的焊縫時(shí)，該信息提供到調(diào)節(jié)滾軋速度的計(jì)算機(jī)。計(jì)算機(jī)調(diào)整各個(gè)機(jī)座處的軋輥速度而在金屬坯的焊縫處產(chǎn)生壓縮，以補(bǔ)償當(dāng)焊縫仍處于較高的溫度時(shí)因焊縫處的拉力而在焊縫處形成的頸狀收縮。因?yàn)楹缚p離開焊接機(jī)時(shí)處于最高溫度且當(dāng)進(jìn)入粗軋階段時(shí)段的剛度最高，所以在粗軋階段軋輥的速度增加將會(huì)最高，并且隨著滾軋工藝向下游進(jìn)行該速度增加逐漸變小，且焊縫和金屬坯其余部分之間的溫度差別逐漸減小。
作為例子，125mm見方的金屬坯引導(dǎo)到具有15級(jí)的滾軋機(jī)，其中金屬坯的尺寸減小以生產(chǎn)直徑為25mm的滾軋桿。金屬坯進(jìn)入滾軋機(jī)時(shí)的溫度為1000攝氏度，金屬坯的速度為0.2米/分鐘。金屬坯的焊縫間距約為12米，并且該金屬坯為連續(xù)的焊接金屬坯。焊縫的溫度比金屬坯其余部分的溫度高200攝氏度。為了補(bǔ)償焊縫處的溫度增加，滾軋機(jī)機(jī)座中的軋輥的速度也增加，以生產(chǎn)均勻的滾軋桿。所述速度增加在滾軋機(jī)的第一粗軋機(jī)座處最大，并隨著段剛度的減小而逐漸變小。所述速度增加是滾軋機(jī)中機(jī)座的位置的函數(shù)，如后面的表1所示。
速度增加的例子(包括所認(rèn)為的上游機(jī)座)125×125mm×12m金屬坯
速度調(diào)節(jié)的效果可通過(guò)在機(jī)座間的不同焊縫位置和不同時(shí)間段進(jìn)行速度增加而進(jìn)一步改進(jìn)。
用于補(bǔ)償焊縫和金屬坯其余部分之間溫度差別的速度增加在第7和第8機(jī)座之間逐漸停止。
因而，滾軋金屬坯將在滾軋金屬坯的焊縫處具有基本一致的尺寸及一致的特性。
現(xiàn)在，基于上述內(nèi)容得出多種改型和變型對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員來(lái)說(shuō)將是顯而易見的。這些改型和變型將不會(huì)脫離由所附帶的權(quán)利要求限定的本發(fā)明范圍。
權(quán)利要求
1.一種滾軋連續(xù)焊接金屬坯的方法，其中所述連續(xù)焊接金屬坯沿著該金屬坯在一系列位置處帶有焊縫，且該連續(xù)焊接金屬坯前進(jìn)穿過(guò)一系列滾軋機(jī)座的軋輥對(duì)，其改進(jìn)包括在連續(xù)焊接金屬坯的焊縫已經(jīng)經(jīng)過(guò)兩個(gè)相鄰機(jī)座中的一個(gè)機(jī)座后且位于所述兩個(gè)機(jī)座之間時(shí)，調(diào)節(jié)所述兩個(gè)相鄰機(jī)座的滾軋條件，以在所述焊縫處產(chǎn)生壓縮，并且增大所述焊縫處的截面積。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其中通過(guò)增加所述一個(gè)機(jī)座的軋輥對(duì)的速度而調(diào)節(jié)所述滾軋條件。
3.如權(quán)利要求2所述的方法，包括通過(guò)相應(yīng)的速度控制器來(lái)控制各個(gè)滾軋機(jī)座處的軋輥速度，以及將所有的所述速度控制器連接到控制計(jì)算機(jī)以調(diào)節(jié)所述機(jī)座處的軋輥速度。
4.如權(quán)利要求3所述的方法，其中所述控制計(jì)算機(jī)從焊接裝置接收焊縫的跟蹤信息并基于對(duì)焊縫的跟蹤產(chǎn)生用于控制軋輥速度的輸出。
5.如權(quán)利要求4所述的方法，包括顯示所述金屬坯的尺寸并將金屬坯的尺寸提供給所述控制計(jì)算機(jī)。
6.如權(quán)利要求2所述的方法，包括將所述兩個(gè)機(jī)座中的另一個(gè)機(jī)座的軋輥對(duì)的速度增加一個(gè)比所述一個(gè)機(jī)座增加了的速度小的量。
7.如權(quán)利要求6所述的方法，其中隨著金屬坯前進(jìn)穿過(guò)下游滾軋機(jī)座，滾軋機(jī)座的速度增加減小。
8.一種滾軋連續(xù)焊接金屬坯的方法，其中所述連續(xù)焊接金屬坯沿著該金屬坯在一系列位置處帶有焊縫，且該連續(xù)金屬坯前進(jìn)穿過(guò)一系列滾軋機(jī)座的軋輥對(duì)，其改進(jìn)包括根據(jù)金屬坯中焊縫的出現(xiàn)與否而調(diào)整滾軋機(jī)座中軋輥的速度，以在該金屬坯中位于所述滾軋機(jī)座下游且位于下一個(gè)下游機(jī)座上游的焊縫處產(chǎn)生壓縮，從而在所述機(jī)座之間的所述焊縫內(nèi)形成材料集聚。
9.如權(quán)利要求8所述的方法，包括通過(guò)一控制計(jì)算機(jī)來(lái)控制所述滾軋機(jī)座處軋輥的速度，以及將關(guān)于焊縫位置的信息提供給所述計(jì)算機(jī)并且當(dāng)焊縫位于一個(gè)機(jī)座的下游且位于下一個(gè)相繼的機(jī)座的上游時(shí)對(duì)所述滾軋機(jī)座中軋輥的速度進(jìn)行調(diào)節(jié)。
10.如權(quán)利要求9所述的方法，其中所述機(jī)座處在滾軋的粗軋階段。
11.如權(quán)利要求9所述的方法，其中若不調(diào)節(jié)所述軋輥的速度，將由于金屬坯中形成的拉力以及由于焊縫處的局部高溫而在焊縫處形成頸狀收縮，對(duì)軋輥速度進(jìn)行的所述調(diào)節(jié)以及在焊縫處導(dǎo)致的材料集聚補(bǔ)償所述頸狀收縮。
12.如權(quán)利要求9所述的方法，其中在焊縫已經(jīng)經(jīng)過(guò)上游機(jī)座之后且在所述焊縫到達(dá)下一個(gè)下游滾軋機(jī)座之前，軋輥的速度增加。
13.如權(quán)利要求9所述的方法，其中在沒(méi)有焊縫時(shí)，所述計(jì)算機(jī)調(diào)節(jié)軋輥的速度以形成軋制金屬坯，當(dāng)檢測(cè)到焊縫時(shí)，所述計(jì)算機(jī)使得焊縫上游的機(jī)座上軋輥的速度增加，以在該焊縫到達(dá)下一個(gè)下游滾軋機(jī)座前在該焊縫處產(chǎn)生壓縮。
14.如權(quán)利要求13所述的方法，其中基于來(lái)自焊接機(jī)的跟蹤信息而檢測(cè)焊縫的存在。
15.如權(quán)利要求13所述的方法，其中軋輥速度的增加在下游滾軋機(jī)座中變小并最后逐步結(jié)束。
全文摘要
一種滾軋連續(xù)焊接金屬坯的方法，其中所述連續(xù)焊接金屬坯沿著該金屬坯在一系列位置處帶有焊縫，且該連續(xù)焊接金屬坯前進(jìn)穿過(guò)一系列滾軋機(jī)座的軋輥對(duì)。調(diào)節(jié)兩個(gè)連續(xù)機(jī)座中的滾軋條件，使得當(dāng)焊縫位于兩個(gè)機(jī)座之間時(shí)在該焊縫處產(chǎn)生壓力，使得該焊縫處的截面積增加。滾軋條件包括基于焊縫的跟蹤信息與下游滾軋機(jī)座相比在上游滾軋機(jī)座的軋輥速度上疊加一個(gè)增加值。
文檔編號(hào)B21B1/02GK1925933SQ200480031126
公開日2007年3月7日 申請(qǐng)日期2004年10月19日 優(yōu)先權(quán)日2003年10月21日
發(fā)明者龐廷, 托馬斯·喬治·梅勒, 埃里克·馬茨·拉夫茨霍 申請(qǐng)人:龐廷