CN100999012A - 一种不锈钢无缝复合空心管坯连铸机 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种不锈钢无缝复合空心管坯连铸机，它属于冶金领域无缝复合管生产技术中一种近终型连铸设备。本连铸机是由内结晶器1、上结晶器10、下结晶器18、引锭切割车22、翻转辊道30五部分设备组成。本连铸机特征在于将上、下垂直安装的上结晶器10和下结晶器18，通过一台内结晶器1串联起来组合使用，其中上结晶器10浇铸不锈钢水5，下结晶器18浇铸低碳钢水13，可铸出内复合空心管坯；反之上结晶器浇铸低碳钢水，下结晶器浇铸不锈钢水，则可铸出外复合空心管坯；若使用三台结晶器连续作业，还可铸出双面复合空心管坯。使用这种复合空心管坯生产不锈钢无缝复合管，可省去实心坯穿孔工序，使生产工艺简化为：复合空心管坯→轧管→减、定径，最终实现不锈钢无缝复合管的近终型连铸连轧，从而达到缩短工艺流程、减少设备投入、节约能源和降低生产成本的目的。

Description

一种不锈钢无缝复合空心管坯连铸机

技术领域

本发明涉及一种不锈钢无缝复合空心管坯连铸机，它属于冶金领域不锈钢无缝复合管生产技术中一种近终型连铸设备。本连铸机特征在于两台上、下垂直安装的上结晶器10和下结晶器18，是通过一台内结晶器1串联起来组合使用，它不仅能生产不锈钢内、外单面复合空心管坯，还可以生产出双面复合空心管坯。使用这种复合空心管坯生产不锈钢无缝复合管，可省去实心坯穿孔工序，使生产工艺简化为：复合空心管坯→轧管→减、定径，最终实现无缝复合钢管生产的近终型轧制。

技术背景

不锈钢这种特殊的金属材料，因其具有高强度、耐腐蚀和美丽光泽而被广泛应用于生产、生活等各个领域。而且国内、外市场需求以每年12％的速度在增长，可是生产不锈钢所需要的稀有金属材料镍、铬、钛却越来越少，其价格也越来越昂贵，这使不锈钢的生产和应用受到极大的限制，为解决这个矛盾，人们开始研究探索用不锈钢的复合材料来代替纯不锈钢材料。目前某些应用领域出现的不锈钢复合板、带、管，就是在这种市场背景下产生的，但迄今为止，在市场上见到的不锈钢复合材料依然为数不多，其中所见的复合管也基本上都是高频焊管或机械套管，而真正的不锈钢无缝复合管几乎见不到，其重要原因之一是无缝复合管生产即困难又复杂，可以说用传统的实心坯穿孔工艺是无法生产出不锈钢无缝复合管的。近年来生产领域出现的几种新方法，如离心浇铸法、机械堆焊法、一次性芯杆法和喷铸法，都可以生产出不锈钢无缝复合管坯，但这些已有的生产方法存在共同的缺点：即生产流程间断、手工操作工序多、生产效率低、成本高，而且难以实现连续化、规模化和自动化生产。

发明内容

为了克服原有生产技术的缺点和不足，本发明目的在于提供一种能够连续化、规模化和自动化生产不锈钢无缝复合管空心管坯的设备，它不仅能生产不锈钢内、外单面复合的空心管坯，还可以生产双面复合的空心管坯，而且两种金属材料的复合是冶金结合。使用这种空心管坯才能实现不锈钢无缝复合管的近终型轧制，从而达到缩短工艺流程、提高生产效率、减少设备投入、节约能源和降低生产成本的目的。

本发明的目的是通过以下技术措施实现的。一种不锈钢无缝复合空心管坯连铸机，其特征在于将两台上、下垂直安装的结晶器10和18通过一台内结晶器1串联起来连续使用，其中上结晶器10用以浇铸不锈钢水，下结晶器18用以浇铸低碳钢水，这样可铸出内复合空心管坯，反之则铸出外复合空心管坯；如果在增加一台外结晶器，即上、下结晶浇铸不锈钢水，中间结晶器浇铸低碳钢水，则铸出的是双面复合的空心管坯。本连铸机是由内结晶器1组、上结晶器10组、下结晶器18组、引锭切割车22组、翻钢辊道30组五部分设备组成。

a、内结晶器1通过振动器2安装在上机架37上，其上端安装的冷却水进口3和出水口4分别与结晶器内的进水管41、出水管42相通；内结晶器1的冷却部分，沿轴向分为上、中、下三个冷却段，其中上冷却段处在中间包8的钢水以上；中冷却段处在钢水中和外结晶器的A冷却段，该段是钢水冷却结成坯壳的主要区段；下冷却段处在外结晶器的B、C冷却段，并一直伸到下结晶器18中，该段是管坯结成坯壳后的强冷却区段；该段内结晶器截面的特点，是由原来环型整体结构变为由四“瓣”组成的圆型结构，各“瓣”均有独立的进、出水通道，由于这种结晶器特点，各“瓣”均有径向弹力。

b、上结晶器10通过上出口盘9安装在上中间包8的底部，上中间包8固定在中机架38上；其上侧设有不锈钢水5的上钢水包6和上浇铸槽7，其中两个上浇铸槽7和7a分别安装在上中间包8上口两侧切线位置，并且出钢口与钢水液面成一斜角；上结晶器10的冷却室沿轴向分为A、B、C三个冷却段，各冷却段都有独立的高压水进口43和排水口44；在上结晶器10下侧，设有不锈钢管坯的上牵引辊11和上喷淋装置12，不锈钢空心管坯19在牵引过程中受到汽水喷淋二次冷却。

c、下结晶器18与上结晶器10组合起来使用，用来浇铸复合管坯；下结晶器18是通过下出口盘17安装在下中间包16的底部，下中间包16固定在下机架39上，其上设有低碳钢水13的下钢水包14和下浇铸槽15，其中两个下浇铸机15安装在下中间包16上口两侧切线位置，并且出钢口与钢水液面成一斜角；下结晶器16的冷却室与上结晶器10的冷却室结构相同，也是沿轴向分为A、B、C三个冷却段，各段都有独立的高压冷却水进口和出口；在下结晶器18下侧，设有复合管坯29的下牵引辊20和下喷淋装置21，复合管坯29在牵引过程中受到汽水喷淋二次冷却。

d、引锭切割车22是将引锭机构和切割装置设计在一台升降小车上的，它是由切割器23、夹送辊24、夹紧器25、升降小车26、牵引装置27和轨道28组成。其中切割器23安装在升降小车26上侧，夹送辊24和夹紧器25安装下侧，升降小车26在牵引装置27带动下可沿轨道28上、下升降，轨道28固定在底机架40和地面机架上。

e、翻转辊道设备是由翻转辊道30、输送辊道34、取送辊道35、和引锭杆36组成。其中翻转辊道30设在引锭切割车22下侧，并与其保持一定距离，它是由接钢筒31、夹送辊道32、油缸33组成；在翻转辊道30的右侧设有输送辊道34，左侧安装了取送辊道35；翻转辊道30具有两个功能：其一是开始铸坯时，它用来取送引锭杆36；其二是铸坯正常生产时，它将定尺复合管坯29装入接钢筒31，再由夹送辊道32送上输送辊道34。

本发明优点：

1、由于本连铸机采用了两台上、下垂直安装的结晶器，并且用一台内结晶器串联起来连续使用，不仅能生产不锈钢内、外单面复合空心管坯，如果使用三台外结晶器连续作业，还可以生产出双面复合空心管坯。使用这种空心管坯生产不锈钢无缝复合管，可省去传统工艺中的穿孔工序，使生产流程简化为：复合空心管坯→轧管→减、定径，最终实现无缝复合钢管生产的近终型轧制，从而达到缩短生产流程、提高生产效率、减少设备投入、节约能源和降低生产成本的目的。

2、由于本连铸机内结晶器1的下冷却段采用了分“瓣”组合的结构，使得结晶器各“瓣”均有径向弹力，在此弹力作用下，内结晶器各“瓣”的外冷却壁始终紧贴在管坯内壁，因此使管坯得到最充分的冷却。采用这种具有径向弹力的内结晶器，即可消除冷却壁与铸坯间的“气隙”，也避免了因管坯收缩将内结晶器“箍死”的事故发生，还可以将内结晶器设计的更长，从而使管坯内壁得到更充分的冷却。

3、由于本连铸机上、下结晶器的冷却腔，沿轴向分为A、B、C三个冷却段，而且每段都有各自独立的进、排水通道，这使高压冷却水调整更加方便灵活，铸坯时可根据管坯结晶状态，随时调整各段的冷却水流和水压，从而使管坯得到最佳冷却与结晶条件。

4、在传统连铸工艺中，把钢水注入中间包，通常是将浸入式水口垂直插入中间包钢水中，这样注入钢水并不旋转。而本连铸机的上浇铸槽7和下浇铸槽15都是安装在中间包上口处的切线位置，并且出钢口与钢水液面成一斜角，这使钢水注入中间包时产生切向冲击力，在此切向力作用下，钢水不停地环绕内结晶器旋转，其作用相当于电磁搅拌，这不仅破坏了枝状结晶体的形成，也使偏析现象明显减少，同时有利于夹杂物与气泡的上浮，这对提高空心管坯铸造质量十分有利。

5、由于本连铸机将引锭机构和切割设备合并设计在一台升降小车26上，所以车上设备如切割器23、夹紧装置25、夹送辊24均可两种功能共用：当开始铸坯时，车上设备当引锭机构使用，即将引锭杆送入结晶器内，再把管坯从结晶器中拉出；当铸坯进入正常生产状态时，车上设备当切割设备使用，即由切割器23将管坯切成定尺，再由夹送辊24送入下道工序。这样结构的引锭切割设备，实现了一机多用，即减少设备投入，又提高设备的利用率，同时也缩短了生产工艺流程。

6、由于翻转辊道30是由接钢筒31、夹送辊道32、油缸33组成，并且接钢筒31可在油缸33的推动下做90度翻转，夹送辊道32在传动装置带动下可正、反两个方向转动，故翻转辊道30具有两项功能：其一在铸坯开始时，它用来取、送引锭杆；其二在铸坯进入正常生产时，它用来接、送定尺管坯，这样可以实现一机两用，减少设备投入，缩短工艺流程。

附图说明

图1、一种不锈钢无缝复合空心管坯连铸机结构主视图

图2、内结晶器纵、横向结构剖视图

图3、下结晶器纵向结构剖视图

图4、下结晶器横向结构剖视图

图5、中间包钢水浇铸示意图

图中：1、内结晶器2、振动器3、冷却水进口4、出水口5、不锈钢水6、上钢水包7、上浇铸槽8、上中间包9、上出口盘10、上结晶器11、上牵引辊12、上喷淋装置13、低碳钢水14、下钢水包15、下浇铸槽16、下中间包17、下出口盘18、下结晶器19、不锈钢管坯20、下牵引辊21、下喷淋装置22、引锭切割车23、切割器24、夹送辊25、夹紧器26、升降小车27、牵引装置28、轨道29、复合管坯30、翻转辊道31、接钢筒32、夹送辊道33、油缸34、输送辊道35、取送辊道36、引锭杆37、上机架38、中机架39、下机架40、底机架41、进水管42、出水管43、高压水进口44、排水口45、金属外壳46内冷铜套47、高压水喷头48、高压水通道49、高压水腔50、低压水腔51、排水通道

见附图1

本发明是由内结晶器1、上结晶器10、下结晶器18、引锭切割车22、翻转辊道30五部分设备组成。其中内结晶器1通过振动器2安装在上机架37上，其上端设有冷却水进口3和出水口4，下半部插入上、下中间包和结晶器中。上结晶器10通过上出口盘9安装在上中间包8底部，上中间包固定在中机架38上，其上设有两台上钢水包6和两台上浇铸槽7，是用来浇铸不锈钢水5的，在上结晶器下侧设有上牵引辊11和上喷淋装置12，不锈钢管坯19在牵引过程中受到二次冷却。下结晶器18通过下出口盘17安装在下中间包16底部，下中间包固定在下机架39上，其上设有两台下钢水包14和两台下浇铸槽15，是用来浇铸低碳钢水13的，在下结晶器18下侧设有下牵引辊20和下喷淋装置21，复合管坯29在牵引过程中受到二次冷却。引锭切割车22是由切割器23、夹送辊24、夹紧器25、升降小车26、牵引装置27、轨道28组成；其中切割器23安装在小车上侧，夹送辊24、夹紧器25安装其下侧；升降小车26在牵引装置27的牵引下可在轨道28上下升降，翻转辊道30右侧是输送辊道34，左侧是取送辊道35，其中输送辊道34用来输送定尺管坯，取送辊道35是用来取送和停放引锭杆36；翻转辊道33是由接钢筒31、夹送辊到32、油缸33组成，其中接钢筒31可在油缸推动下翻转90度，夹送辊道32在传动装置带动下可正、反两个方向转动，因此它即能取送引锭杆又可以输送管坯。

见附图2

内结晶器1沿轴向分为上、中、下三个冷却段，其中上冷却段和中冷却段中心圆管是进水管41，周围环型管是出水管42；下冷却段截面由原来环型整体结构变为四“瓣”组合的圆型结构，每个“瓣”都有独自的进水管41和出水管42。内结晶器上端中心圆孔是冷却段进水口3，侧面两个横向圆孔是出水口4。

见附图3、见附图4

上结晶器10和下结晶器18结构相同，都是由金属外壳45、内冷铜套46、高压水喷头47组成，结晶器的冷却室沿轴向分为A、B、C三个冷却段，各段都有独自的高压水进口43和排水口44。冷却水经高压水通道48进入高压水腔49，再经高压水喷头47喷在内冷铜套46上；冷却水从低压水腔50带走大量热量，经排水通道51和排水口44排出结晶器。

见附图5

上浇铸槽7和下浇铸槽16安装位置相同，都是安装在中间包上口的切线位置，其出钢口与钢水液面成一斜角，这样钢水注入中间包后产生切向冲击力，在此切向力作用下，钢水环绕内结晶器1不停地旋转，起到了搅拌钢水的作用。

具体实施方案

1、(见图1)，以生产不锈钢内复合管坯为例，在开始铸坯时，先将引锭杆36送入上结晶器10，同时将引锭杆上的引锭环置入下结晶器，封好后再将不锈钢水5通过上钢水包6和上浇铸槽7注入上结晶器10，不锈钢水在内、外结晶器激冷下立即结成坯壳，同时随引锭杆向下移动，当移到上结晶器出口时钢水全部结晶成管坯，管坯继续下移进入上牵引辊11，这时喷淋装置12将汽水均匀喷在管坯上，使其受到二次冷却；管坯继续下移进入下中间包16和下结晶器18，这时再将低碳钢水13通过下钢水包14和下浇铸槽15注入下中间包16，这时低碳钢水在环形结晶腔内，外侧接触冷却壁开始结晶成坯壳，内侧接触不锈钢管坯19开始与之复合，随着不锈钢管坯下移，低碳钢水结晶成环形的坯壳并焊合在不锈钢管坯上，当移到下结晶器出口时，低碳钢水全部结晶成复合管坯29，复合管坯继续下移进入下牵引辊20，这时下喷淋装置21将汽水均匀喷在复合管坯29上，在牵引过程中复合管坯受到二次冷却，并开始进入引锭切割车22，当引锭杆头越过切割器23时，夹紧器25立即将引锭杆“抱死”，这时引锭切割车22开始与管坯同步下移，这时四台切割器23同时启动开始切割管坯，切割器转动90度，管坯立即被切断，这时升降小车26在牵引装置27的带动下迅速下移将引锭杆送入翻转辊道30，同时夹紧器25立即松开，小车迅速上升返回原来位置等待切割下一根管坯。引锭杆进入接钢筒31，翻转辊道22在油缸33推动下翻转90度成水平位置，这时夹送辊道32转动将引锭杆36送上取送辊道35。当切割管坯时，翻转辊道22同样翻转90度成水平位置，但夹送辊道32做反向转动，将管坯送上输送辊道34。

2、(见附图1)，在生产不锈钢外复合管坯时，上结晶器组用来浇铸低碳钢水，下结晶器组用来浇铸不锈钢水，其他工作程序与浇铸内复合管坯程序相同，这样就可以生产出不锈钢外复合空心管坯。

3、(见附图1)，在生产不锈钢双面复合管坯时，需要在上结晶器上侧再设置一组结晶器，并把内结晶器加长，也就是由上、中、下三台结晶器串联起来连续作业，即上、下结晶器浇铸不锈钢水，中间结晶器浇铸低碳钢水，其它工序与生产单面复合管坯相同，这样就可以生产出不锈钢双面复合空心管坯。

Claims (7)

1、一种不锈钢无缝复合空心管坯连铸机，其特征在于两台上、下垂直安装的上结晶器(10)和下结晶器(18)，是通过一台内结晶器(1)串联起来组合使用；其中上结晶器(10)用来浇铸不锈钢水(5)，下结晶器(18)用来浇铸低碳钢水(13)，这时铸出的是内复合空心管坯；反之上结晶器(10)用来浇铸低碳钢水，下结晶器(18)用来浇铸不锈钢水，则铸出的是外复合空心管坯；本连铸机是由内结晶器(1)、上结晶器(10)、下结晶器(18)、引锭切割车(22)、翻转辊道(30)五部分设备组成。其中：

a、内结晶器(1)通过振动器(2)安装在上机架(37)上，其上端安装的冷却水进口(3)和出水口(4)分别与结晶器内的进水管(41)、出水管(42)相通；内结晶器(1)的冷却部分，沿轴向分为上、中、下三个冷却段，其中上冷却段处在中间包(8)的钢水以上；中冷却段处在钢水中和外结晶器的A冷却段，该段是钢水冷却结成坯壳的主要区段；下冷却段处在外结晶器的B、C冷却段，并一直伸到下结晶器(18)中，该段是管坯结成坯壳后的强冷却区段；该段内结晶器截面的特点，是由原来环型整体结构变为由四“瓣”组成的圆型结构，各“瓣”均有独立的进、出水通道，由于这种结晶器特点，各“瓣”均有径向弹力。

b、上结晶器(10)通过上出口盘(9)安装在上中间包(8)的底部，上中间包(8)固定在中机架(38)上；其上侧设有不锈钢水(5)的上钢水包(6)和上浇铸槽(7)，其中两个上浇铸槽(7)和(7a)分别安装在上中间包(8)上口两侧切线位置，并且出钢口与钢水液面成一斜角；上结晶器(10)的冷却室沿轴向分为A、B、C三个冷却段，各冷却段都有独立的高压水进口(43)和排水口(44)；在上结晶器(10)下侧，设有不锈钢管坯的上牵引辊(11)和上喷淋装置(12)，不锈钢空心管坯(19)在牵引过程中受到汽水喷淋二次冷却。

c、下结晶器(18)与上结晶器(10)组合起来使用，用来浇铸复合管坯；下结晶器(18)是通过下出口盘(17)安装在下中间包(16)的底部，下中间包(16)固定在下机架(39)上，其上设有低碳钢水(13)的下钢水包(14)和下浇铸槽(15)，其中两个下浇铸机(15)安装在下中间包(16)上口两侧切线位置，并且出钢口与钢水液面成一斜角；下结晶器(16)的冷却室与上结晶器(10)的冷却室结构相同，也是沿轴向分为A、B、C三个冷却段，各段都有独立的高压冷却水进口和出口；在下结晶器(18)下侧，设有复合管坯(29)的下牵引辊(20)和下喷淋装置(21)，复合管坯(29)在牵引过程中受到汽水喷淋二次冷却。

d、引锭切割车(22)是将引锭机构和切割装置设计在一台升降小车上的，它是由切割器(23)、夹送辊(24)、夹紧器(25)、升降小车(26)、牵引装置(27)和轨道(28)组成；其中切割器(23)安装在升降小车(26)上侧，夹送辊(24)和夹紧器(25)安装下侧，升降小车(26)在牵引装置(27)带动下可沿轨道(28)上、下升降，轨道(28)固定在底机架(40)和地面机架上。

e、翻转辊道设备是由翻转辊道(30)、输送辊道(34)、取送辊道(35)、和引锭杆(36)组成；其中翻转辊道(30)设在引锭切割车(22)下侧，并与其保持一定距离，它是由接钢筒(31)、夹送辊道(32)、油缸(33)组成；在翻转辊道(30)的右侧设有输送辊道(34)，左侧安装了取送辊道(35)；翻转辊道(30)具有两个功能：其一是开始铸坯时，它用来取送引锭杆(36)；其二是铸坯正常生产时，它将定尺复合管坯(29)装入接钢筒(31)，再由夹送辊道(32)送上输送辊道(34)。

2、根据权利要求1所述的一种不锈钢无缝复合空心管坯连铸机，其特征在于两台上、下垂直安装的上结晶器(10)和下结晶器(18)，是通过一台内结晶器(1)串联起来组合使用，来实现不锈钢无缝复合空心管坯连续化生产的；其中上结晶器(10)浇铸不锈钢水(5)，下结晶器(18)浇铸低碳钢水(13)，这样铸出的是内复合空心管坯；反之上结晶器(10)浇铸低碳钢水(13)，下结晶器(18)浇铸不锈钢水(5)，这样铸出的是外复合空心管坯；如果使用三台结晶器，即上、下结晶器浇铸不锈钢水(5)，中间结晶器浇铸低碳钢水(13)，这时铸出的是双面复合空心管坯。

3根据权利要求1所述的一种不锈钢无缝复合空心管坯连铸机，其特征是所述的内结晶器(1)的下冷却段截面，是由原来的环形整体结构变为由四“瓣”组成的圆形结构，并且各“瓣”都有独立的冷却水进、出通道，由于这种结构特点，可以使各“瓣”具有径向弹力，在此弹力作用下各“瓣”始终紧贴在管坯内壁，能使管坯内壁得到最充分的冷却，这不仅消除了管坯内壁与结晶器之间的“气隙”，又避免了因管坯收缩将内结晶器“箍死”的事故发生，还可以将内结晶器(1)设计得更长，使管坯得到更充分的冷却。

4、根据权利要求1所述的一种不锈钢无缝复合空心管坯连铸机，其特征在于上结晶器(10)和下结晶器(18)都是采用高压冷却水喷淋方式冷却内冷铜套(46)的，并且上、下结晶器的冷却室沿轴向都是分为A、B、C三个冷却段，各段均有独立的高压水进口(43)和排水口(44)，冷却水从高压水通道(48)注入高压水腔(49)，再经高压水喷头(47)喷在内冷铜套(46)上，这时冷却水带走大量热量，从低压水腔(50)和排水通道(51)排出结晶器；这种分段冷却方式使冷却水调整更加灵活，可根据管坯结晶状态及时调整各段冷却强度，从而使管坯得到最佳的冷却效果。

5、根据权利要求1所述的一种不锈钢无缝复合空心管坯连铸机，其特征在于上浇铸槽(7)和下浇铸槽(15)，都是安装在各自中间包上口处的切线位置，并且出钢口与钢水液面成一斜角，这使钢水注入中间包时产生切向冲击力，在此切向力的作用下，钢水不停环绕内结晶器(1)旋转，其作用相当于电磁搅拌，这不仅破坏了“树枝”状结晶体的形成，也使偏析现象明显减少，同时还有利于夹杂物和气泡的上浮，从而提高了复合管坯的铸造质量。

6、根据权利要求1所述的一种不锈钢无缝复合空心管坯连铸机，其特征是所述的引锭切割车(22)，是将引锭机构和切割设备设计在一台升降小车(26)上，故车上设备切割器(23)、夹送辊(24)、夹紧器(25)可一机两用，即在开始铸坯时，用来取送引锭杆(36)和牵引不锈钢管坯(19)；当铸坯进入正常生产状态时，它用作切割复合管坯(29)；这样的组合结构即提高了设备的利用率，又缩短了生产工艺流程。

7、根据权利要求1所述的一种不锈钢无缝复合空心管坯连铸机，其特征是所述的翻转辊道(30)是由接钢筒(31)、夹送辊道(32)、油缸(33)组成，其中夹送辊道(32)可在传动装置的驱动下做正、反两个方向转动，接钢筒(31)可在油缸(33)推拉下翻转90度，这便使翻转辊道(30)具备两个功能：即开始铸坯时用于取、送引锭杆(36)；当铸坯进入正常生产状态时，则用来接、送定尺复合管坯(29)。

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