专利名称：在局部温度扰动下控制热轧产品截面的方法
技术领域：
本发明涉及一种对连续焊接金属坯的滚轧进行控制的方法，其中所述连续焊接金属坯具有沿该金属坯的一系列焊缝。
背景技术：
对单个金属坯的滚轧而言，传统的滚轧机控制及操作已经可以接受，但是随着连续焊接金属坯新技术的到来，必须重新考虑控制策略及操作以实现该工艺的全部优点。所述优点包括产量和生产率提高、废品减少、以及偏差更一致。然而，焊接工艺升高了焊缝相对于金属坯剩余部分的温度并形成了一个小区域，该区域更软并且对滚轧力的阻抗更低。所述高温可在焊缝上形成过大的尺寸变化，超出为产品指定的允差，而这是不可接受的。
在热轧中被滚轧材料通过轧辊的动作由许多参数控制。这些参数中最重要的变量是材料的温度。较高温度的材料在滚轧中容易伸长较多，而较低温度材料将会伸展得更开。伸长和伸展的变化使得产品的排出速度变化。
在连续滚轧机中，材料可同时出现在许多对的轧辊之间并且轧辊对的相对速度必须保持平衡以避免材料在轧辊对的机座之间累积或拉伸。
在所谓的粗轧机座中，仅在金属坯的头部设定自动拉力控制。在金属坯的头部及其余部分之间的任意温度差将会导致不准确的速度设置。冷的头部可导致材料在机座之间累积而热的头部将会致使材料在机座之间拉伸。
材料在机座之间的累积是不稳定且有害的情形，并且操作者通常设定所述相对速度以避免该情形并且从而在粗轧机座之间以拉力进行滚轧。正是该拉力成为了焊缝中尺寸变化的原因。
通过在中间和精处理机座中使用活套挑(looper)，可连续地对小截面材料进行控制。活套挑通过测量形成于相邻机座之间的材料环的位移而控制所述机座中的相对轧辊速度。上升的套增加速度差，而下降的套通过调整上游机座降低所述差值。但是仅仅在焊缝通过机座后，焊缝的瞬态效应短暂地升高套的高度。从而，速度控制施加到了材料的误差部分。
发明内容
本发明的目的是提供一种消除材料焊接部分中的拉力的方法，并进一步在金属坯中引入压力以校正在上下游机座之间产生的尺寸变化。
根据本发明，滚轧机座中的轧辊的速度根据金属坯中焊缝的出现而调整，以在位于所述滚轧机座下游及下一个下游机座的上游的焊缝处在该金属坯中产生压缩，而在该金属坯中在所述焊缝处产生压缩和材料集聚。
本发明的方法跟踪通过粗轧机座的焊缝并以不同级别和时间段对材料的压力施加控制以适应于材料和焊接情形，并且其成品在下游使用合适的测量仪器进行监控。
本发明还能用于滚轧材料中其它可检测到的瞬态扰动。
图1示意性地示出了通过滚轧机的连续机座滚轧金属坯的设备。
图2A为根据现有技术在连续机座之间滚轧带焊缝金属坯的示意图。
图2B类似于图2A，示出了本发明方法的效果。
具体实施例方式
参照附图1，其中可见滚轧机1带有一系列用于滚轧金属坯B的机座2。各机座2包括轧辊3，轧辊3作用于金属坯以生产滚轧制成品。
各机座中轧辊3的速度由计算机5的控制下的相应的速度控制设备4控制。
根据本发明，金属坯为连续的焊接金属坯并且通过与形成焊缝的焊接机(未示出)相联的传感器6提供的信息而跟踪金属坯中的焊缝。跟踪调节器7连接到计算机5以对机座中的轧辊速度进行调节而消除金属坯在焊缝处形成的不规则部位。当金属坯从图1所示的最后一个机座2排出时，测量该金属坯的尺寸并将之在显示器8上示出，且将该尺寸信息馈送到计算机5。
排出滚轧机控制系统使用一种控制反馈方法来调整滚轧机的速度而校正测得的变量误差，其中所述变量误差反映拉伸的程度或各机座速度之间的不协调程度。所述测量在滚轧工序后进行并且向所有后续的材料进行调整。
在材料经过机座的距离为到下一机座的一半距离和整个距离之间后，对误差进行检测。在小于相邻机座间距离的一半处的任何瞬态误差将不会被校正，并且可在后续的材料中引入不利的速度变化。现有的滚轧机控制系统不能适用于新的金属坯焊接工艺，在新的金属坯焊接工艺中已发展持续时间为1.5秒的热点(hot spots of 1-second duration)。
预见到对滚轧机座的已知瞬态误差进行识别及跟踪将使得可进行合适的调整以仅校正瞬态误差而不扰乱滚轧材料的其余部分。
测量显示，由焊接处的高温导致的瞬态误差在各个滚轧机构(rollingsetup)中是恒定的，并且显然所述尺寸误差通过滚轧工序从粗轧机座向前传递到制成品。
本发明基于在滚轧中对材料施加压力以减轻引起尺寸减小的拉力，并通过压力导致尺寸增加而将尺寸加大了的材料传送到下游机座。
图2A示出了根据现有技术的典型装置，其中金属坯10在机座11和12之间前进并且该金属坯有一焊缝13。
在速度控制的正常情形下，由于焊缝13的温度较高，机座11和12之间的金属坯产生的拉力将会在焊缝13处形成金属坯的颈状收缩或尺寸减小。这使得金属坯中尺寸变化且使得焊缝在滚轧后超出为产品指定的允差并且使得产品不可接受。
参照图2B，机座11和12的轧辊20和21由计算机5调节而在所述轧辊上叠加一个速度变化，以压缩位于机座11和12之间区域内的金属坯，从而在焊缝13处形成材料集聚。通过在轧辊上叠加速度控制，不仅消除了焊缝处的拉力，而且还增加了焊缝处的尺寸而为在下游机座中的滚轧准备材料。金属坯在机座之间的刚度随着金属坯滚轧的进行而减小，从而轧辊速度调节的主要改变发生在滚轧机粗轧阶段的入口端处。沿着金属坯的行进路线，速度控制减小，且到下游端不再进行。
在下游端控制速度的常规活套挑通过在焊缝经过后使机座减慢而响应由于焊缝通过的速度增加。通过在焊缝经过的时间段内停止所述控制，该不必要的调节得以消除并且焊缝后的尺寸得以稳定，同时也降低了驱动构件的机械磨损。
温度信息的前向馈送的原理可用于制品的其它变化中，其中所述变化是可以通过滚轧机机座的速度变化而感应并校正的。
本方法可通过基于机座上游的测得温度来修正机座速度而用于校正因炉中的不均匀受热所引起的尺寸偏差。本发明还可用于控制因步进式炉的冷却滑痕引起的尺寸偏差。
在典型的带有焊缝的金属坯的滚轧工艺中，金属坯经过滚轧机中的多个滚轧机座。计算机根据滚轧机座入口处金属坯的尺寸以及滚轧机座出口处的期望尺寸来调节机座中的滚轧速度。当基于焊接机中的跟踪信息检测到金属坯中的焊缝时，该信息提供到调节滚轧速度的计算机。计算机调整各个机座处的轧辊速度而在金属坯的焊缝处产生压缩，以补偿当焊缝仍处于较高的温度时因焊缝处的拉力而在焊缝处形成的颈状收缩。因为焊缝离开焊接机时处于最高温度且当进入粗轧阶段时段的刚度最高，所以在粗轧阶段轧辊的速度增加将会最高，并且随着滚轧工艺向下游进行该速度增加逐渐变小，且焊缝和金属坯其余部分之间的温度差别逐渐减小。
作为例子，125mm见方的金属坯引导到具有15级的滚轧机，其中金属坯的尺寸减小以生产直径为25mm的滚轧杆。金属坯进入滚轧机时的温度为1000摄氏度，金属坯的速度为0.2米/分钟。金属坯的焊缝间距约为12米，并且该金属坯为连续的焊接金属坯。焊缝的温度比金属坯其余部分的温度高200摄氏度。为了补偿焊缝处的温度增加，滚轧机机座中的轧辊的速度也增加，以生产均匀的滚轧杆。所述速度增加在滚轧机的第一粗轧机座处最大，并随着段刚度的减小而逐渐变小。所述速度增加是滚轧机中机座的位置的函数，如后面的表1所示。
速度增加的例子(包括所认为的上游机座)125×125mm×12m金属坯
速度调节的效果可通过在机座间的不同焊缝位置和不同时间段进行速度增加而进一步改进。
用于补偿焊缝和金属坯其余部分之间温度差别的速度增加在第7和第8机座之间逐渐停止。
因而，滚轧金属坯将在滚轧金属坯的焊缝处具有基本一致的尺寸及一致的特性。
现在，基于上述内容得出多种改型和变型对于本领域技术人员来说将是显而易见的。这些改型和变型将不会脱离由所附带的权利要求限定的本发明范围。
权利要求
1.一种滚轧连续焊接金属坯的方法，其中所述连续焊接金属坯沿着该金属坯在一系列位置处带有焊缝，且该连续焊接金属坯前进穿过一系列滚轧机座的轧辊对，其改进包括在连续焊接金属坯的焊缝已经经过两个相邻机座中的一个机座后且位于所述两个机座之间时，调节所述两个相邻机座的滚轧条件，以在所述焊缝处产生压缩，并且增大所述焊缝处的截面积。
2.如权利要求1所述的方法，其中通过增加所述一个机座的轧辊对的速度而调节所述滚轧条件。
3.如权利要求2所述的方法，包括通过相应的速度控制器来控制各个滚轧机座处的轧辊速度，以及将所有的所述速度控制器连接到控制计算机以调节所述机座处的轧辊速度。
4.如权利要求3所述的方法，其中所述控制计算机从焊接装置接收焊缝的跟踪信息并基于对焊缝的跟踪产生用于控制轧辊速度的输出。
5.如权利要求4所述的方法，包括显示所述金属坯的尺寸并将金属坯的尺寸提供给所述控制计算机。
6.如权利要求2所述的方法，包括将所述两个机座中的另一个机座的轧辊对的速度增加一个比所述一个机座增加了的速度小的量。
7.如权利要求6所述的方法，其中随着金属坯前进穿过下游滚轧机座，滚轧机座的速度增加减小。
8.一种滚轧连续焊接金属坯的方法，其中所述连续焊接金属坯沿着该金属坯在一系列位置处带有焊缝，且该连续金属坯前进穿过一系列滚轧机座的轧辊对，其改进包括根据金属坯中焊缝的出现与否而调整滚轧机座中轧辊的速度，以在该金属坯中位于所述滚轧机座下游且位于下一个下游机座上游的焊缝处产生压缩，从而在所述机座之间的所述焊缝内形成材料集聚。
9.如权利要求8所述的方法，包括通过一控制计算机来控制所述滚轧机座处轧辊的速度，以及将关于焊缝位置的信息提供给所述计算机并且当焊缝位于一个机座的下游且位于下一个相继的机座的上游时对所述滚轧机座中轧辊的速度进行调节。
10.如权利要求9所述的方法，其中所述机座处在滚轧的粗轧阶段。
11.如权利要求9所述的方法，其中若不调节所述轧辊的速度，将由于金属坯中形成的拉力以及由于焊缝处的局部高温而在焊缝处形成颈状收缩，对轧辊速度进行的所述调节以及在焊缝处导致的材料集聚补偿所述颈状收缩。
12.如权利要求9所述的方法，其中在焊缝已经经过上游机座之后且在所述焊缝到达下一个下游滚轧机座之前，轧辊的速度增加。
13.如权利要求9所述的方法，其中在没有焊缝时，所述计算机调节轧辊的速度以形成轧制金属坯，当检测到焊缝时，所述计算机使得焊缝上游的机座上轧辊的速度增加，以在该焊缝到达下一个下游滚轧机座前在该焊缝处产生压缩。
14.如权利要求13所述的方法，其中基于来自焊接机的跟踪信息而检测焊缝的存在。
15.如权利要求13所述的方法，其中轧辊速度的增加在下游滚轧机座中变小并最后逐步结束。
全文摘要
一种滚轧连续焊接金属坯的方法，其中所述连续焊接金属坯沿着该金属坯在一系列位置处带有焊缝，且该连续焊接金属坯前进穿过一系列滚轧机座的轧辊对。调节两个连续机座中的滚轧条件，使得当焊缝位于两个机座之间时在该焊缝处产生压力，使得该焊缝处的截面积增加。滚轧条件包括基于焊缝的跟踪信息与下游滚轧机座相比在上游滚轧机座的轧辊速度上叠加一个增加值。
文档编号B21B1/02GK1925933SQ200480031126
公开日2007年3月7日 申请日期2004年10月19日 优先权日2003年10月21日
发明者庞廷, 托马斯·乔治·梅勒, 埃里克·马茨·拉夫茨霍 申请人:庞廷