在横切金属带之前调整带头部和带基部处的目标温度分布

摘要

本发明涉及冶金系统领域，具体地具有用于冷却金属带的冷却区和用于横切金属带的剪刀的辊轧机，所述金属带优选地由钢制成。本发明的目的是提供一种方法和一种装置，利用其，能够借助于布置在生产线和冷却区之后的剪刀来横切甚至厚度＞4 mm的金属带和/或由高强度材料制成的金属带。这通过一种方法实现，在所述方法中，金属带（6）在冷却区（10）中被冷却到在金属带（6）的纵向方向上的特定温度分布，使得金属带（6）在后面的金属带部分的带头部（31）和前面的金属带部分的带基部（32）的区域中具有比在上游区域和下游区域中的温度更高的温度。

说明书

技术领域

本发明涉及冶金装备领域，具体地具有用于冷却金属带（优选地，由钢制成）的冷却区和用于切割金属带的剪切机的辊轧机。

另一方面，本发明涉及一种用于横切金属带（优选地，钢带）的方法，其中，所述方法包括以下步骤：

- 在输送方向上将金属带进给通过冷却区；

- 在冷却区中冷却金属带；然后

- 在剪切机上横切金属带，使得金属带被横切成：金属带在前部分，其具有所述金属带在前部分的带尾部；以及金属带在后部分，其具有所述金属带在后部分的带头部，并且在输送方向上，所述金属带在后部分的带头部紧跟在所述金属带在前部分的带尾部之后。

另一方面，本发明涉及一种用于实施本发明方法的用于横切金属带的设备，所述设备具有用于进给金属带的辊道，具有至少一个冷却设备，其中，冷却装置布置在用于横切金属带的剪切机之前，使得金属带（6）被横向地分成：金属带在前部分（28），其具有所述金属带在前部分的带尾部（32）；以及金属带在后部分（29），其具有所述金属带在后部分的带头部（31），并且所述金属带在后部分的带头部（31）在输送方向上紧跟在所述金属带在前部分的带尾部（32）后面。

现有技术

下文中，将把在精整线前面的剪切机称为切割设备，所述剪切机可例如呈摆式剪切机的形式。下文中把例如构建成滚筒式剪切机形式的剪切机（其布置在精整线之后且在卷取机之前）称为剪切机。

金属带（尤其是高强度钢材料（屈服应力高于500 MPa）和/或具有大于4 mm的厚度）的横切在现有技术下需要对装备配置作出一些改变。为了能够可靠地切割高强度和/或厚金属带，装备的一些部分的构造必须适当地变得更大。由于惯性和高切割速度，所以无法将卷取机之前的剪切机设计成任意大。由于这些限制，常常在位于精整线之前的切割设备上切割金属带，且在此之后以批量模式精轧金属带。然而，这么做的后果是-为了确保带的尾部与带的头部之间的适当间隙-任何带在前部分必须迅速加速。适当间隙是需要的，以便在装备的随后部分（例如，在卷取机之前）中在带头部和带尾部之间不发生碰撞。此外，有必要确保两个不同的金属带不可能同时在离开辊道的同一部分上。如果计划对辊隙作出改变（由于在后金属带的厚度的变化），那么所述间隙也可以是必要的。速度的增加还意指将更迅速地穿过装备的随后部分，诸如例如，感应炉、精整线和冷却线。当穿过精整线时，还出现由于更高的速度所致的温度上升，这对带的机械性能及其表面质量具有负面影响。为了金属带的机械性能在其长度上保持均匀，必须适当调整多个装备部分的过程参数，以便避免不利的温度上升。也必须适当调整冷却区的冷却模式。在精整线之前的剪切机处进行的切割在ESP（无头带生产）装备的情况下具有特别不利的影响，因为稳定的无头操作的优点由此被消除。

WO/59650示出了具有以下各者的装备：连铸设备、预轧线、切割设备、炉、卷取设备、除锈机、精轧线、冷却设备、剪切机和又另一个卷取设备。在切割设备处横切中间带，其中，在先金属带具有带尾部且在后金属带具有带头部。然后，在感应炉中使已经被横切的带尾部和也已经物理上存在的带头部过热，并且借助于卷取设备使其卷绕。在此之后，将金属带再次从卷松开，并且在精整线上精轧。由于金属带的过热的带头部和带尾部，该装备尤其适用于轧制＞1 mm的薄金属板材。带头部和带尾部的过热导致比得上冷轧金属带情况的质量。剪切机布置在冷却设备之后，所述剪切机能够（如需要）再次将薄的热轧金属带横切成多个带长度。

EP0730916 A1示出了热轧线，其中，这具有下列装备部分：连铸设备、炉、轧制线、剪切机和卷取设备。在热轧线上，在正在进行的操作期间能够改变待轧制的金属带的厚度。跟踪装置使得能够检测金属带的厚度变化，并由这个跟踪装置致动剪切机。当检测到金属带的厚度变化时，激活剪切机以进行横切。在接着的卷取设备中，然后最终再次卷取金属带。

发明内容

本发明的目的是建立引言中所提到的类型的方法和设备，利用所述方法和设备，能够使用布置在精轧线之后和冷却线之后的剪切机来横切甚至厚度大于4 mm的金属带和/或由高强度材料（屈服应力大于500 MPa）制成的金属带。

引言中所提到的方法实现这个目的是因为金属带在冷却区中被冷却到在金属带的纵向方向上规定的温度分布，使得在金属带在后部分的带头部和金属带在前部分的带尾部的区域中金属带具有比在前区域和在后区域中的温度更高的温度。

在做这一步的时候，在输送方向上将金属带进给通过冷却区。在冷却区中，金属带被冷却并且在此之后在剪切机处横切金属带，使得横切的金属带具有金属带在后部分的带头部和金属带在前部分的带尾部。在输送方向上金属带的始端称为带头部。金属带在前部分的带尾部是在横切之后金属带在前部分的末端。因此，直到横切为止，在后金属带的带头部和在前金属带的带尾部是完全相同的，并且仅作为横向于输送方向的假象平面存在。金属带在后部分的带头部和金属带在前部分的带尾部即使在其进入到冷却设备中之前便被限定，而非仅仅在已经进行了横切之后才被限定。术语‘金属带部分’在每种情况下均将理解为被卷绕成一个卷的金属带的那部分。因此，在生产期间，产生金属带的许多单独的部分。一直到横切为止，金属带的部分是金属带的一部分。在已经进行了横切且已最终卷取金属带的前进部分之后，先前的金属带在后部分变成金属带的前进部分以进行下一横切。在金属带在后部分的带头部和金属带在前部分的带尾部的区域中，通过冷却区设定温度分布，所述温度分布具有比位于其之前和之后的区域中的温度更高的温度。

由于在金属带在后部分的带头部和金属带在前部分的带尾部的区域中的更高温度，所以屈服应力减小，优选地，高达至50%。对于最高强度钢品种来说，屈服应力的减小甚至能够＞50%。为横切金属带所必须施加的切割力由此对应地减小。能够使用常用的剪切机没有问题地实现金属带的横切。因此，有可能摈弃将剪切机制成更大-这由于惯性无论如何也只在有限的范围内可能且额外具有高的关联成本。此外，也没有必要使用切割设备（即，在精轧线之前）来切割金属带且将装备的随后部分设计得更大或将设计成用于横切大厚度的额外第二剪切机布置在精整线之后。这种方法确保了同一装备还能够横切高强度金属带和/或厚度＞ 4 mm的金属带-且不必承担带特性和表面质量的任何质量损失。

在方法的一个有利实施例中，至少从冷却区的始端一直到剪切机，持续地（即，实时）跟踪金属带在后部分的带头部和金属带在前部分的带尾部的区域。金属带在后部分的带头部和金属带在前部分的带尾部在金属带传递到冷却区中之前已经被限定。通过跟踪金属带在后部分的带头部和金属带在前部分的带尾部，这个区域得以在其完全穿过（从至少冷却区的始端一直到剪切机）期间持续地被确定。这使得有可能在后面的带头部和带尾部的期望区域中选择性地设定温度分布。

有利地，在金属带上设定的温度分布是斜坡分布。这使得有可能针对钢的每种质量和/或厚度设定最佳温度分布，以便最小化剪切机处的切割力。然而，也有可能利用其他温度分布，诸如例如，阶梯分布或正弦形温度分布。

有利地，在金属带在后部分的带头部和金属带在前部分的带尾部的区域中的温度比金属带的其余部分的温度高至少100℃。高于这个温差，针对横切所必须使用的力开始显著减小。

在本发明的一个特别优选的实施例的情况下，未冷却金属带在前部分的带尾部和金属带在后部分的带头部。通过这种方式，在横切时待施加的力被最大程度地减小。

这种方法特别适用的金属带是由以下各者构成的那些：高强度材料和最大强度材料，尤其是管线钢诸如X70或X80、热轧带多相钢诸如例如除了别的之外双相钢DP600、DP800、DP1000、或完全马氏体钢。

该方法使得有可能横切甚至厚度＞4 mm的高强度金属带。为此目的，剪切机的构造无需更大。使用本发明的方法，有可能在相同的装备构造的情况下利用其使用作为标准的剪切机没有问题地横切（例如）由厚度为8 mm的DP1000双相钢制成的金属带。在不用本发明方法的情况下，仅最大4 mm将是可能的。当然，也可设想利用更小的剪切机（利用所述更小的剪切机，例如可横切2.5 mm的最大厚度）。使用本发明方法，有可能使用相同的剪切机没有问题地横切5 mm的金属带。

为了在金属带上产生温度分布，如果通过在冷却区中进给的冷却剂的量来实现此，那么这是有利的。在金属带在后部分的带头部和金属带在前部分的带尾部的区域中，在冷却区中设定温度分布，因为在这个区域中要么根本未施用冷却剂要么仅在减小的程度上施用冷却剂。

在金属带在后部分的带头部和金属带在前部分的带尾部穿过冷却区期间，根据期望的温度分布来调整冷却剂的进给。

在另外的有利实施例中，离散地实现对冷却剂的量的调整。在离散地设定量的情况下，要么施用100%的冷却剂，要么施用0%。这具有以下优点：冷却区的设计能够是简单的，不需要昂贵的调整元件-例如，用于设定所述量。同样地可设想具有连续本质的设计。在这种情况下，借助于量或压力来实现设定。

如果在组合式连铸/轧制装备的轧制线上轧制金属带且之后在冷却区中冷却，那么这种方法特别有利地适用。这种方法甚至还能够在没有重大改建措施的现有装备中应用。对于ESP（无头带生产）装备来说，尤其优选应用这种方法。这带来了明显的优点：在同样的装备构造的情况下，还能够将无头操作扩展到高强度质量和更大的厚度，而不必承担对带特性的任何不利影响。

所述方法的另外的有利实施例是：在横切之后，在卷取机上卷取金属带。由于金属带在后部分的带头部的更高温度，所以能更容易地拧在卷取机上-如随后的卷绕一样。同时，避免了诸如驱动辊中的凹痕的损坏情况。术语卷取机是指卷取金属带的设备。

另外的有利实施例是具有升高的温度的金属带的局部段的长度≥一个卷的周长，使得该卷被金属带在前部分的带尾部热包装。金属带在前部分的带尾部的升高的温度另外具有使金属带更均匀地冷却的积极效应。由于最外层比位于其下面的那些层更快地冷却，所以冷却过程在卷取的金属带的整个长度上更均匀，这结果是更均匀的性能。热带尾部的长度有利地应至少等于卷的周长。术语卷是指卷绕在卷取机上以形成卷形物的金属带。

对于金属带的横切来说，一个特别有利的实施方案是将剪切机的剪刃间隙设定为金属带厚度的函数。通过这种方式，有可能甚至在操作期间更进一步优化横切操作，且能够取决于金属带的厚度来进一步减小切割力。理想的剪刃间隙与金属带的厚度之间大致上存在线性关系。

本发明的目的也通过引言中所提到的设备实现，所述设备包括以下各者：

- 跟踪设备，其用于跟踪金属带在后部分的带头部和金属带在前部分的带尾部，至少从冷却设备的始端一直到剪切机，

- 控制设备，其用于根据金属带在后部分的带头部和金属带在前部分的带尾部的位置控制冷却设备和剪切机。

使用这个设备，有可能连续地跟踪金属带的后面的带头部和带尾部的位置，至少从冷却设备的始端一直到剪切机，并根据金属带在后部分的后面的带头部和金属带在前部分的带尾部的位置来控制冷却设备。

与此相比，文献EP0730916示出了检测带厚度的变化的跟踪设备。然后，由这个跟踪设备致动剪切机。然而，在这个文献中并未示出从冷却设备的始端一直至到达剪切机的位置的跟踪设备。也没有示出通过参考带头部和带尾部的位置对冷却设备的任何致动。在不知道权利要求1中所描述的方法的情况下也无法从这个文献推断此类型的实施例，且所述实施例还无论从哪方面都不明显。

冷却设备的一个有利实施例具有彼此分离的至少三个冷却部分，其中，所述至少三个冷却部分能够彼此分离地控制或调节。具有至少3个分离的冷却部分确保能够可靠地在金属带上产生温度分布。当金属带在后部分的带头部和金属带在前部分的带尾部的区域（其将具有更高的温度）到达冷却线时，切断在输送方向上为第一个的冷却部分，同时其他冷却部分保持接通。当金属带在后部分的带头部和金属带在前部分的带尾部的区域（其将具有更高的温度）接近第二冷却部分时，也切断此第二冷却部分，并且金属带在后部分的带头部和金属带在前部分的带尾部的区域（其将具有更高的温度）一离开第一冷却部分，就再次接通该第一冷却部分。当金属带在后部分的带头部和金属带在前部分的带尾部的区域（其将具有更高的温度）接近第三冷却部分时，切断此第三冷却部分，并且金属带在后部分的带头部和金属带在前部分的带尾部的区域（其将具有更高的温度）一离开第二冷却部分，就再次接通此第二冷却部分。对于冷却设备所具有的所有随后冷却部分来说，这以类似的方式发生。确切地何时接通或切断具体冷却部分取决于金属带上将产生什么温度分布以及冷却设备具有多少个冷却部分。然而，首先是取决于在金属带在前部分的带尾部之前的哪个区域和在金属带在后部分的带头部之后的哪个区域将具有更高的温度。

为了能够确保特别准确地跟踪金属带在后部分的带头部和金属带在前部分的带尾部的位置，如果跟踪设备具有计算设备和至少一个位置或速度传感器，那么这是有利的，所述计算设备和所述至少一个位置或速度传感器在横切金属带之前以如下方式控制冷却设备，即使得在金属带在后部分的带头部和金属带在前部分的带尾部的区域中设定期望的温度分布。位置或速度传感器能够是接触布置（例如，向下按压辊或根据卷取机处的旋转速度）或非接触布置（光学地，例如使用激光）。

关于冷却设备的实施例的形式，有利的是将冷却设备制造为水冷却线。

如果以如下方式构建冷却设备，即使得在输送方向上通过设定设备（其链接到控制设备）能够单独地或在部分中控制或调节流过冷却设备的喷射口的水的量，那么这是特别有利的。水喷射口安装在喷杆上。如果在单独的喷杆（其在金属带的整个宽度上延伸跨越输送方向）处沿输送方向来看，那么每个喷杆本身代表最小的部分。在这些喷杆上能够存在例如小管或喷射口，水通过所述小管或喷射口出来。然后，取决于有关的金属带所需的要求，能够将部分分成任何期望的大小。因此，甚至有可能共同地致动几个喷杆。然而，也可设想单独地致动每个喷杆上的每个喷射口。

在一个有利的实施例中，利用温度测量设备来实施对金属带在后部分的带头部和金属带在前部分的带尾部的区域的跟踪。为了检测金属带在前部分的带尾部和金属带在后部分的带头部，能够再次利用温度测量设备。如此做产生的优点是：比较温度分布与规定的温度分布、确定金属带在后部分的带头部和金属带在前部分的带尾部的确切位置及比较其与所计算的位置。温度测量设备能够布置在各种不同的位置中。在此，有利的位置是在冷却区之前、在冷却区的中间、在冷却区之后及在剪切机之前。

为了横切金属带，一个特别有利的实施例是：剪切机具有用于调整剪刃间隙的设备，其中，能够将当前厚度的金属带进给到所述设备以调整剪刃间隙。通过这种方式，取决于金属带的厚度，能够进一步优化横切的过程且进一步限制切割力。根据金属带的厚度来实现对剪刃间隙的设定。待横切的金属带越大，其就制成得越大。

从以下示例性而非限制性实施例的描述揭示了本发明的另外的优点和特征，其中，参考以下诸图，其示出以下各者：

图1是根据现有技术的组合式铸造-轧制装备的示意性表示。

图2是根据本发明的用于横切金属带的组合式铸造-轧制装备的示意性表示。

图3a和图3b示出卷的热包装。

图4示出用于金属带的根据本发明的温度分布。

图5a和图5b示出位置传感器和速度传感器的不同实施例。

图6示出屈服应力随温度变化的图解，其来自M. Spittel和T. Spittel Landolt-Börnstein Group VIII：先进材料与技术，第2卷，Springer Verlag，2007年，第11页。

图7a和图7b示出在横切之前不久和横切之后不久的金属带的本发明温度分布。

图1示出组合式铸造-轧制装备1。在正常操作中，连铸装备2生产具有板坯横截面的连铸原始材料3，借助于辊道4将所述连铸原始材料输送到预轧线5。在预轧线5上进行预轧之后，金属带6到达切割设备7。根据现有技术，此处将使用切割设备7进行金属带6的横切，在这种情况下所述切割设备为摆式剪切机。在此之后，通过辊道4的动力辊在金属带6a-6d之间引入间隙。然后，图中也能够看到在横切之后出现的带头部31a-31d和带尾部32a-32d。在穿过感应炉8、精整线9和冷却区10之后，金属带被卷绕在卷取机13上。

图2示出用于横切金属带的根据本发明的设备的一种形式的实施例。与图1中的现有技术类似地来实施第一步骤直到预轧线5。紧随其后的并不是横切，而是金属带6在不切割的状态下穿过感应炉8、精整线9并在此之后到达冷却区10。在金属带6进入冷却区10中之前，由第一温度传感器15检测金属带6的实际温度，并将所述实际温度传输到控制设备14。在冷却区10中，通过由控制设备14适当地致动冷却设备19的水喷杆部分20或甚至仅单独的喷杆21，在金属带6上产生期望的温度分布。通过控制设备14借助于位置传感器16和计算设备22确定金属带6的金属带在后部分的带头部31和金属带在前部分的带尾部32（见图4的底部），并且连续地确定其位置。能够以接触样式（例如，通过按压到辊上，或根据卷取机处的旋转速度）或者以非接触样式（光学地，例如使用激光）来实施位置传感器16。位置传感器16和计算设备22形成跟踪设备23。能够在金属带在后部分的带头部31和金属带在前部分的带尾部32整个穿过的过程中根据规定的温度分布来调整喷杆21。在其穿过冷却设备19之后，金属带6在金属带在后部分的带头部31和金属带在前部分的带尾部32的区域中具有比在其之前和之后的区域中的温度更高的温度。在金属带在后部分的带头部31和金属带在前部分的带尾部32已完全穿过冷却区10之后，由第二温度传感器17再一次检测温度分布，并且将所述温度分布通信到控制设备14以便比较实际分布与预期分布。当金属带在后部分的带头部31和金属带在前部分的带尾部32已到达剪切机12时，剪切机从控制设备14接收信号并横切金属带6。在前金属带28被精加工卷绕在卷取机13上，接着其将金属带在后部分的带头部31拧到卷取机13上并开始卷取过程。

图3a和图3b中示出了如何热包装卷30。图3a中示出了卷绕的卷30，在内侧，带头部31a，金属带的局部段，具有温度T₀、长度为L的金属带的局部段33连同带尾部32a具有温度T₁。此处金属带的局部段的长度L是卷30的周长。此处金属带的局部段33的温度是比金属带在前部分的温度T₀更高的温度T₁。图解示出了沿金属带的长度x的温度T，所述长度此处为延伸长度。然后，将自图3b看到，金属带的热局部段33围住卷30。

图4示出根据本发明的沿金属带6的具有温度分布的长度xp的典型温度分布。在前金属带的带尾部32的区域中的温度T₁（沿带尾部长度xf）高于在其之后的区域（其中，设定温度T₀），直到最终金属带在后部分的带头部31的区域跟着，其中，再次设定温度T₁-沿带头部长度xk。带头部长度xk和带尾部长度xf无需如此处所示的那样是相同的。它们也能够具有不同长度。在前金属带28的带头部31a也具有温度为T₁的温度分布。在剪切机上进行横切之后，金属带6被分成金属带在前部分28和金属带在后部分29。然而，即使在横切之前（至少是两个部分一到达冷却设备），其已被定义为金属带在前部分28和金属带在后部分29。

图5a更详细地示出了位置传感器16的实施例，所述位置传感器的辊41向下按压到金属带6上。金属带6的运动使辊41旋转（所述辊被向下按压在金属带6上），并且这通过光学传感器42检测，且在控制设备14中进一步处理由此产生的信号。根据这个信号和各种其他信息，诸如例如，金属带的期望长度，控制设备14有可能计算带头部和带尾部稍后将处于的位置，至少在从冷却区10的始端一直到剪切机12的区域中。冷却区中的喷杆部分20或（如适用）单独的喷杆21以如下方式被致动，即使得在金属带6上建立期望的温度分布。

图5b示出速度传感器18的不同实施例。通过此，根据卷取机13的旋转速度通过角旋转编码器43来检测金属带6的位置。由于知道金属带6的厚度、卷取机13的直径和对于其制造来说至关重要的其他信息（诸如例如，金属带的期望长度），此处再次有可能确定带头部31和带尾部32在冷却区10中的位置。

图6示出针对H360LA钢的屈服应力σ_F随温度T变化的关系。由此能够看到，在大约600℃的300>

图7a示出紧接在横切之前的金属带6。金属带在前部分的带尾部32和金属带在后部分的带头部31在横切之前仍完全相同，且仅作为假想平面存在。金属带在前部分已经具有带头部31a，其由于先前的横切产生。在图7b中，横切已经发生。因此，在输送方向34上存在：金属带在前部分28，其具有所述金属带在前部分的带尾部32；以及金属带在后部分29，其具有所述金属带在后部分的带头部31。在横切之后，金属带在前部分具有带头部31a和金属带在前部分的带尾部32。金属带在后部分的带头部31的区域和金属带在前部分的带尾部32的区域具有所示的温度分布。

附图标记列表

1组合式铸造/轧制装备

2连铸装备

3初始材料

4辊道

5预轧线

6、6a-6d金属带

7切割设备

8感应炉

9精整线

10 冷却区

12 剪切机

13 卷取机

14 控制设备

15 第一温度传感器

16 位置传感器

18 速度传感器

17 第二温度传感器

19 冷却设备

20 喷杆部分

21 喷杆

22 计算设备

23 跟踪设备

28 金属带在前部分

29 金属带在后部分

30 卷

31 金属带在后部分的带头部

31a-31d带头部

32 金属带在前部分的带尾部

32a-32d带尾部

33 金属带的局部段

34 输送方向

41 辊

42 光学传感器

43 角旋转编码器

L金属带的局部段的长度

T温度

xp 温度分布的长度

xf 带尾部的长度

xk 带头部的长度

x金属带的长度

σ_f>