[发明专利]用于在轧钢机中生产定制长度钢材的方法和设备

说明书

技术领域

本发明涉及生产定制长度钢材的方法和设备，且具体地说是以连续操作进行。

更具体地说，本发明涉及生产应客户要求的具有特定长度的钢材。

钢材，不管它们是用于建筑用钢材或用作特殊钢，在商业模式中均具有基本缺陷：它们都是商品，而在建立轧钢生产线用于钢材的生产时需要大量的资本投入。本发明将商业的内在“商品”属性转换为“大量定制化”(mass customization)商业，从而在该过程中获取更多价值。本发明将允许轧机在线生产定尺剪切钢材且同时显着地减少端部损失。其可以用最小的附加投入结合到任何现有轧机中。

背景技术

现行钢材以12m、15m或18m的“标准长度”且以相同尺寸钢材通常为2吨的“标准捆重量”提供。在建筑钢材的情况下，它们仍必须根据特定柱、梁或楼板的建筑结构的设计剪切成较短长度。这些短特定长度通常不设计为任何标准长度的倍数(multiple)，且因而在剪切时将导致剪切损失。在这种定尺剪切操作通常在建筑地点上或在建筑地点外的“剪切和弯曲”工场中执行。在“剪切和弯曲”操作中，通常预期钢材会有5％的损失，即使用最佳的计算机辅助优化程序也是如此。该5％在建筑项目中相当可观，尤其面对当今高昂的钢材价格。

12m、15m和18m标准长度被选择以最大程度地使用船和货车的货舱的空间，同时标准捆长度还用于优化船和货车的起重设备的能力。

现时有一项技术称为热钢坯“闪光焊接”(flash welding)，其中，在离开加热炉时，钢坯的尾部在线焊接到下一个钢坯的头部。这种操作将允许在没有任何首尾的情况下连续地轧制钢材；这类似于连续铸造机中的“连铸”。该无头轧制(endless rolling，或连续轧制)过程的主要目的是使得轧机中的切头和切尾以及冷床处的短料损失最小化。采用该闪光焊接过程与冷床之前的非常高精度的现代飞剪装置一起，对于120m长的钢材，在冷床上能够持续地实现+50/-00mm的精度。相比2.5％的一般工业损耗，这是大约0.05％的头尾剪切损失。

闪光焊接过程在钢坯的每个闪光焊接驳口处产生高温。温度的上升将导致驳口的宽展减少而延伸增加，继而导致驳口部分成品的截面积会小于其它部分，且有可能低于钢材标准中规定的最小面积。美国专利No.6,929,167B2Pong等教导了消除这种颈缩的方法。在实际生产过程中，在轧制生产线中设置测量器以监测中间坯的尺寸，结果表明，该方法能够使驳口截面积与其它部分保持一致。

采用闪光焊接和能保持驳口截面积的方法，在线定尺剪切可以在几乎无损耗的情况下用150方坯生产公称直径50mm(2英寸)至10mm([3/8]英寸)及12m长度的各种直径的钢材。由于钢坯的起始重量有限，其将导致每个直径的钢材的最终长度不一。每件钢坯经轧制后的钢材的总长度将不会正好是12m(40英尺)的标准钢材长度的倍数，这会导致短料损失。这通常为2.5％。采用上述无头轧制，钢坯被首尾焊接以形成不间断的钢坯，将没有短料损失。

在建筑螺纹钢标准BS4449或ASTM615的规定中，只要不损害钢材强度，则允许尺寸公差。通常，BS4449(2005)这种许可尺寸公差是+/-4.5％。让我们把目标是定在-3％，即，负公差的钢材，但是不影响钢材的强度。采用单根钢坯轧制，-3％负公差的钢材将导致短料长度的增加。这将导致浪费。采用焊接钢坯的无头轧制，较长端部件将进入下一个进来的件中且变成其一部分，因而，该-3％将作为可用钢完全回收且没有浪费。

由于装运或运输原因，这种最终钢材通常剪切至12m(40英尺)、15m(50英尺)或18m(60英尺)长度。由于柱、梁或板的不同长度，建筑地点的实际长度需求并不会精确地为12m、15m或18m。这些钢材必须以独立操作剪切。剪切至特定钢材长度的一般会造成5％的损耗。

定尺剪切钢材生产方法和设备的示例从US 2011-036137A已知。该文献描述了将连续轧制长度的钢材分批剪切成不同长度的过程，长度为客户所需长度的倍数，然后将所述钢材首先剪切成客户所需长度的两倍，且然后分成两半至客户所需长度。然后捆扎以用于运输出厂。

发明内容

本发明的目的是提供一个在线连续焊接，连续轧制，连续剪切，生产适用长度的钢材，又不降低轧线产能的方法和设备。

本发明的进一步目的是允许这种方法和设备连续地生产通常需要中断连续操作的短长度钢材。

本发明的具体目的是提供一种可以在不影响轧制速度的情况下根据客户订单在线生产定尺剪切短件的方法和设备。