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，中間坯的連接裝置及系統(tǒng)。

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，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)測誤差會引起帶鋼厚度、凸度變化和機(jī)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(jī)卷與卷之間的間隔時間也影響軋機(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(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(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(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，否則不但會使設(shè)備安裝位置受到限制，還會增加投資及生產(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(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，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(kuò)散，剪切機(jī)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(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，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，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裝置。

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：

一種中間坯連接裝置，包括用于夾持前塊中間坯的出口夾持裝置、用于夾持后塊中間坯的入口夾持裝置、用于對前塊中間坯和后塊中間坯的連接端面進(jìn)行摩擦的摩擦盤和用于施加頂鍛力的頂鍛裝置，所述摩擦盤位于入口夾持裝置與出口夾持裝置之間，該摩擦盤連接有用于驅(qū)動摩擦盤轉(zhuǎn)動和移動的驅(qū)動機(jī)構(gòu)。

連接時，出口夾持裝置和入口夾持裝置將前塊中間坯和后塊中間坯夾住，伸入前塊中間坯和后塊中間坯之間的摩擦盤，對兩者的端面進(jìn)行摩擦，使中間坯端面及附近區(qū)域迅速升溫達(dá)到粘塑性狀態(tài)，摩擦盤迅速抬起，頂鍛裝置對后塊中間坯施加頂鍛力，將前塊中間坯和后塊中間坯連接在一起。其中所述的移動可以是僅僅上下運動，也可以是上下和水平同時運動。

進(jìn)一步，還包括摩擦盤橫移刀架和摩擦盤壓下刀架，所述摩擦盤安裝在摩擦盤橫移刀架上，摩擦盤橫移刀架安裝在摩擦盤壓下刀架內(nèi)，所述驅(qū)動機(jī)構(gòu)包括驅(qū)動摩擦盤轉(zhuǎn)動的動力機(jī)構(gòu)以及驅(qū)動摩擦盤橫移刀架橫向往復(fù)移動和驅(qū)動摩擦盤壓下刀架豎向移動的推動機(jī)構(gòu)。

進(jìn)一步，所述摩擦盤橫移時沿中間坯寬度方向往復(fù)移動，橫移的距離保證摩擦盤與整個中間坯橫截面均接觸到。

進(jìn)一步，所述摩擦盤下行時，深入到中間坯下表面以下。

進(jìn)一步，所述入口夾持裝置和出口夾持裝置均包括上、下夾持塊，該上、下夾持塊長度大于中間坯的寬度。

進(jìn)一步，所述摩擦盤為一個或多個，摩擦盤為多個時，沿中間坯寬度方向等間距一字排列。

進(jìn)一步，所述摩擦盤通過可伸縮萬向接軸與動力機(jī)構(gòu)連接。

進(jìn)一步，所述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力。

本發(fā)明同時一種中間坯連接系統(tǒng)，包括上述的中間坯連接裝置，還包括熱卷箱、夾送輥、剪切機(jī)、去毛刺機(jī)和毛刺吹掃裝置，所述熱卷箱、夾送輥、剪切機(jī)、中間坯連接裝置、去毛刺機(jī)和毛刺吹掃裝置依次設(shè)置在熱連軋生產(chǎn)線粗軋機(jī)與第一架精軋機(jī)之間。

本發(fā)明工作原理如下：

中間坯經(jīng)熱卷箱開卷后由夾送輥夾緊、驅(qū)動前進(jìn)；當(dāng)剪切機(jī)檢測到中間坯頭部及尾部時，對中間坯進(jìn)行切頭、切尾，使中間坯頭部及尾部齊平；當(dāng)停留在初始位置的中間坯連接裝置檢測到前塊中間坯的帶尾時，中間坯連接裝置立即啟動、加速，一旦追上前塊中間坯并使其尾部在中間坯連接裝置上就位，出口夾持裝置將其夾緊，中間坯連接裝置就與該中間坯同步運行；當(dāng)后塊中間坯的帶頭在夾送輥的驅(qū)動下追上前塊中間坯時，入口夾持裝置將其夾緊；摩擦盤傳動裝置啟動，旋轉(zhuǎn)的摩擦盤逐漸壓下，對前后塊中間坯連接端面進(jìn)行摩擦，摩擦期間頂鍛裝置對后塊中間坯施加摩擦壓力，使中間坯端面及附近區(qū)域迅速升溫達(dá)到粘塑性狀態(tài)，此時摩擦盤迅速抬起，后塊中間坯頭部端面在頂鍛裝置及夾送輥的作用下迅速向前與前塊中間坯尾部端面對接，并持續(xù)施加頂鍛力，將前后兩塊中間坯連接在一起；接著，松開出入口夾持裝置的上下夾持塊，與此同時，中間坯連接裝置減速、而后迅速返回到其初始位置，完成一個中間坯連接循環(huán)，進(jìn)入下一輪連接；連接好后的中間坯通過去毛刺機(jī)時，連接處上下表面上的飛邊被清除，并在通過毛刺吹掃裝置時，飛邊、毛刺被徹底吹掉，為進(jìn)入精軋機(jī)做好準(zhǔn)備。

本發(fā)明有益效果如下：

1、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：

由于中間坯自身溫度達(dá)到950℃～1100℃，因此只需很短時間的摩擦即可達(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：

采用摩擦焊接，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；由于要進(jìn)行摩擦，對中間坯端面剪切質(zhì)量要求可降低，而且，頂鍛壓力會擠碎和擠出連接端面的氧化金屬及其他有害雜質(zhì)，因此可省去連接前對中間坯連接端面氧化層清除的步驟，簡化工藝和設(shè)備，并使接頭金屬在壓力作用下得到鍛造，促進(jìn)晶粒細(xì)化，從而提高接頭力學(xué)性能。這些特點有利于獲得與母材等強(qiáng)的焊接接頭，同時也決定了本裝置廣泛的工藝適應(yīng)性，適合于不同材質(zhì)的板坯連接。

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中摩擦盤及壓下刀架和橫移刀架結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為圖2中摩擦盤隨壓下刀架上下運動示意圖；

圖4為圖2中摩擦盤隨橫移刀架左右橫移運動示意圖；

圖5為本發(fā)明中間坯連接系統(tǒng)實施例的結(jié)構(gòu)示意圖。

零件標(biāo)號說明：

1 摩擦盤

2 摩擦盤橫移刀架

3 摩擦盤壓下刀架

4 動力機(jī)構(gòu)

41 可伸縮萬向接軸

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

100 粗軋機(jī)

200 熱卷箱

300 夾送輥

400 剪切機(jī)

500 中間坯連接裝置

600 去毛刺機(jī)

700 毛刺吹掃裝置

800 第一架精軋機(jī)

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

如圖1所示，本發(fā)明提供一種中間坯連接裝置，用于前塊中間坯82和后塊中間坯81的連接，包括入口夾持裝置5、出口夾持裝置6、摩擦盤1和頂鍛裝置7，其中，入口夾持裝置5用于夾持后塊中間坯81，出口夾持裝置6用于夾持前塊中間坯82，該摩擦盤1位于入口夾持裝置5與出口夾持裝置6之間，用于對前塊中間坯82和后塊中間坯81的連接端面進(jìn)行摩擦，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施加頂鍛力。還包括驅(qū)動機(jī)構(gòu)，驅(qū)動機(jī)構(gòu)直接或間接地驅(qū)動摩擦盤1轉(zhuǎn)動和移動。摩擦盤1為一個或多個，摩擦盤1為多個時，沿中間坯寬度方向等間距一字排列。

進(jìn)一步，還包括摩擦盤橫移刀架2和摩擦盤壓下刀架3，所述摩擦盤1安裝在摩擦盤橫移刀架2上，摩擦盤橫移刀架2安裝在摩擦盤壓下刀架3內(nèi)。摩擦盤1由摩擦盤橫移刀架2帶動，沿中間坯8寬度方向快速往復(fù)移動，往復(fù)移動距離要保證摩擦盤1與整個中間坯8橫截面均接觸到；摩擦盤1和摩擦盤橫移刀架2通過摩擦盤壓下刀架3壓下，摩擦盤1深入到中間坯8下表面以下；保證中間坯8在寬度和厚度方向上端面均被摩擦到。在單個摩擦盤1能夠覆蓋中間坯寬度的情況下，也可以省去摩擦盤橫移刀架2，不進(jìn)行橫向移動。

具體地，所述驅(qū)動機(jī)構(gòu)包括驅(qū)動摩擦盤1轉(zhuǎn)動的動力機(jī)構(gòu)以及使摩擦盤1橫向移動、橫向和豎向移動的推動機(jī)構(gòu)。其中動力機(jī)構(gòu)采用電動機(jī)，且電動機(jī)安裝在電機(jī)支架上，并通過可伸縮萬向接軸41與摩擦盤1連接，電機(jī)支架可安裝在中間坯連接裝置的主體框架上，電動機(jī)、電機(jī)支架和可伸縮萬向接軸41與中間坯連接裝置500整體一同移動。推動機(jī)構(gòu)驅(qū)動摩擦盤橫移刀架2和摩擦盤壓下刀架3運動可采用氣壓、液壓或電機(jī)驅(qū)動的方式。

進(jìn)一步，為了保證夾持的穩(wěn)定性；入口夾持裝置5和出口夾持裝置6均設(shè)置有上、下夾持塊，該上、下夾持塊長度大于中間坯的寬度。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。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)壓緊前塊中間坯82，可采用電機(jī)驅(qū)動或液壓驅(qū)動，進(jìn)一步可以通過杠桿放大頂鍛力。入口夾持裝置5和出口夾持裝置6采用液壓驅(qū)動，包括上下夾持塊，主要對中間坯其到夾緊支撐作用。

頂鍛裝置7、入口夾持裝置和出口夾持裝置6在本領(lǐng)域中屬于比較成熟的技術(shù)，在此不再贅述。

為了保證，摩擦盤橫移刀架2往復(fù)移動時摩擦盤與整個中間坯橫截面均接觸到，如圖2至圖4所示，摩擦盤1橫移距離S1，摩擦盤1壓下時在中間坯8上形成的最大間距S2，摩擦盤1壓下時距中間坯8邊部的距離S3，三者之間保證如下關(guān)系：S1>S2>S3。

如圖5所示，本發(fā)明同時提供一種中間坯連接系統(tǒng)，包括上述的中間坯連接裝置，還包括熱卷箱200、夾送輥300、剪切機(jī)400、去毛刺機(jī)600和毛刺吹掃裝置700，所述熱卷箱200、夾送輥300、剪切機(jī)400、中間坯連接裝置500、去毛刺機(jī)600和毛刺吹掃裝置700依次設(shè)置在熱連軋生產(chǎn)線粗軋機(jī)100與第一架精軋機(jī)800之間。

該系統(tǒng)，

中間坯經(jīng)熱卷箱200開卷后由夾送輥300夾緊、驅(qū)動前進(jìn)；當(dāng)剪切機(jī)400檢測到中間坯8頭部及尾部時，對中間坯8進(jìn)行切頭、切尾，使中間坯8頭部及尾部齊平；當(dāng)停留在初始位置的中間坯連接裝置500檢測到前塊中間坯82的帶尾時，中間坯連接裝置500立即啟動、加速，一旦追上前塊中間坯82并使其尾部在中間坯連接裝置500上就位，出口夾持裝置6將其夾緊，中間坯連接裝置500就與該中間坯同步運行；當(dāng)后塊中間坯82的帶頭在夾送輥300的驅(qū)動下追上前塊中間坯82時，入口夾持裝置5將其夾緊；摩擦盤傳動裝置4啟動，旋轉(zhuǎn)的摩擦盤1逐漸壓下，對前后塊中間坯連接端面進(jìn)行摩擦，摩擦期間頂鍛裝置7對后塊中間坯81施加摩擦壓力，使中間坯端面及附近區(qū)域迅速升溫達(dá)到粘塑性狀態(tài)，此時摩擦盤1迅速抬起，后塊中間坯81頭部端面在頂鍛裝置7及夾送輥300的作用下迅速向前與前塊中間坯82尾部端面對接，并持續(xù)施加頂鍛力，將前后兩塊中間坯連接在一起；接著，松開出入口夾持裝置的上下夾持塊，與此同時，中間坯連接裝置500減速、而后迅速返回到其初始位置，完成一個中間坯連接循環(huán)，進(jìn)入下一輪連接；連接好后的中間坯8通過去毛刺機(jī)600時，連接處上下表面上的飛邊被清除，并在通過毛刺吹掃裝置700時，飛邊、毛刺被徹底吹掉，為進(jìn)入精軋機(jī)800做好準(zhǔn)備。

本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡單，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：由于中間坯自身溫度達(dá)到950℃～1100℃，因此只需很短時間的摩擦即可達(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(qiáng)的焊接接頭，同時也決定了本裝置廣泛的工藝適應(yīng)性，適合于不同材質(zhì)的板坯連接。

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(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。