CN104190890A - 一种连续铸造空心管坯工艺和设备 - Google Patents

Abstract

一种连续铸造空心管坯工艺和设备，其设备包括钢水精炼设备、大包回转台、多浇口中间包、塞棒和塞棒开闭装置、可更换的长水口、组合式结晶器、振动台、二冷段内外冷却装置、剪切装置、夹送装置、圆坯收集装置、引锭装置、冷却水和压缩空气站、排风装置；一种连续铸造空心管坯工艺，包括以下工艺过程：根据空心管坯规格和钢种不同，其拉坯速度可控制在0.1m/min-2.5m/min之间，壁厚薄的拉速高，壁厚厚的拉速低，大直径拉速低，为尽可能的避免钢水二次氧化，采用长水口埋入结晶器钢水中浇注，为保证连浇和铸坯质量，水口可以快速更换，铸坯经过二次冷却本发明彻底解决了由于漏钢造成的爆炸问题，使连铸空心管坯的安全问题得到了彻底的解决。

Description

一种连续铸造空心管坯工艺和设备

技术领域：

本发明涉及一种连铸工艺和设备，尤其是一种连续铸造空心管坯工艺和设备。

技术背景：

钢管按成型方法分为两种，一种是焊接钢管，另一种是无缝钢管。焊接钢管的原料为钢板或钢带，无缝钢管大都是利用实心圆坯，通过穿孔轧制而成。连续铸造空心钢管坯料工艺和设备的专利，也有诸多报道，但仍没有一家投入工业化生产。其主要原因，由于漏钢易与二冷水结合造成爆炸事故，难以克服；其次是由于钢水凝固收缩抱紧内结晶器，造成滑脱困难，再次是成本问题、大型化问题、安全环保等诸多问题的困扰，使工业化应用极为困难。

发明内容：

本发明目的在于提出一种连续铸造空心管坯工艺和设备的解决方案。本发明的工艺和设备适合于连续铸造外径为Φ400mm-Φ4000mm，壁厚100mm-1200mm范围的空心管坯。

采用的技术方案是：

一种连续铸造空心管坯设备，包括大包回转台、多浇口中间包、塞棒、塞棒开闭装置、组合式结晶器、振动台、二冷段内外冷却装置、剪切装置、圆坯收集装置、引锭装置、冷却水和压缩空气站、排风装置等。

大包回转台设置在多浇口中间包上方，多浇口中间包下部设有可更换长水口，塞棒安装在塞棒升降装置上。振动台安装在多浇口中间包下方，组合式结晶器安装在振动台的下方，多浇口中间包通过可更换长水口同结晶器连接。结晶器下方设置有若干组三辊夹送装置，若干组三辊夹送装置安装在机架上。在铸机的二冷段设置筒式气包，筒式气包安装在振动台上，位于二冷段的钢坯内部，筒式气包由筒体、进气管和拉法尔喷嘴构成，筒体长度8-12m，直径比管坯内圆小20-160mm，即间缝10-80mm之间，筒式气包上部两米范围内设置3-6行微型拉法尔喷嘴，每行围绕气包上部周向均匀布置8-24个。

机架上位于三辊夹紧装置的下方装设有无锯夹紧车。无锯夹紧车可以夹紧钢坯延机架轴向方向运动。锁紧装置、剪切装置、有锯夹紧车从上到下依次安装在机架上，无锯夹紧车的下方，构成坯料剪切机构。倾翻机构安装在机架上，实现坯料的翻转。在机架的侧向设置有收集装置，收集由倾翻机构运来的坯料。

一种连续铸造空心管坯工艺，其特征在于包括以下工艺过程：

根据空心管坯规格和钢种不同，其拉坯速度可控制在0.1m/min-2.5m/min之间，壁厚薄的拉速高，壁厚厚的拉速低。大直径拉速低，为尽可能的避免钢水二次氧化，采用长水口埋入结晶器钢水中浇注，为保证连浇和铸坯质量，水口可以快速更换，铸坯经过二次冷却。超过冶金长度处，开始切割。本专利切割均用组合多头圆盘锯同步锯切，切割成定尺长度后到下部收集。

振动台采用电动式非正弦振动，振动频率为240-420次/min，振幅控制在3mm-6mm之间，电机功率应比正常设计提高1.5-2.0倍左右。配合刚性内结晶器设计，在振动过程中，使钢坯内圆有强制扩径压缩作用，此举既有利于钢坯滑脱，又改善内表面质量。

内、外结晶器由两个不同直径同心圆环组合而成，外结晶器的内径和内结晶器的外径之差是待铸钢坯壁厚的二倍，内外结晶器通过互成90度的四支单臂或互成120度三支单臂共同固定在振动台架上。内、外结晶器均采用环缝式水冷结构，环缝选在2mm-6mm之间，水冷却流速大于10m/s，水冷压力大于1.2MPa。内结晶器材质用高强度耐磨薄钢板制造(例如2Cr13、3Cr13等马氏体不锈钢)，结晶器长度900-1100mm，上口向下400mm为直线段，400-1100mm为倒锥形，锥度0.3-0.6％。结晶器壁厚16-25mm，视坯料规格而定。结晶器内冷却水流速大于12m/s。通过降低冷却水温和提高冷却水流速，延长内结晶器长度，控制铸造温度和拉速等措施来弥补钢制结晶器导热性不如铜制结晶器导热性的不足。这是解决钢水凝固收缩抱紧的根本措施。外结晶器也可用钢制作。

厚壁管坯采用电磁搅拌以防止钢水偏析，提高铸坯质量。但采用电磁搅拌时，结晶器用无磁性钢板制造。

在结晶器下方，外圆二冷段后，设置4-6道次三辊夹送拖动，在大直径管坯浇铸时，采用三辊夹送拖动，有利于增加夹送辊拖动面积，减小夹送辊直径，有效降低设备重量。通过夹送辊控制拉坯速度，控制拉坯前期引锭管操作，夹送辊拖动方向上下可调，速度可调，夹送辊对未完全凝固铸坯有轻压下作用，有利于改善铸坯表面质量。拉坯速度根据钢种和规格控制在0.2-2.5m/min之间，厚坯选下限，薄坯选上限。

二冷段空心坯料的内部冷却通过筒式气包来完成。铸坯内圆结晶器下方二冷段采用超低温空气或者氮气冷却。气包内高压空气或氮气出口温度低于-100℃，气流出口速度1.5-2.5倍音速，气体在铸坯内圆表面和筒式气包夹缝中流速50-300m/s；气包中压力控制在0.6MPa-1.2MPa之间。每吨钢水消耗气体量不大于170m³。

超过结晶器下方冶金长度终点处(大致在15-18m)开始剪切。剪切依靠特制的剪切小车，随着钢坯向下运行，剪切小车依靠外围四立柱支撑，小车运行到定尺位置后抱紧管坯，与管坯同步运行，开始剪切。剪切后的定尺管坯平稳送入下部倾翻机构上，倾翻机构有三台同步行动三辊式夹送装置，可使剪断的坯料平稳送到水平辊道上，管坯通过水平辊道运至冷床冷却。

连铸机下部的坯料倾翻机构，可以从成品冷床水平辊道上接受预先设置的引锭管，倾翻后，把引锭管通过倾翻机构送夹送装置，夹送装置把引锭管垂直送到结晶器下方，重新开浇。

铸坯外径Φ900mm以下设置一个中间包，二套塞棒，二套长水口、浸入式浇铸对应一流连铸。一套钢包精炼炉、一套大包回转台、中间包和中间包水口有快速更换装置，确保连续浇铸。

本发明具有如下优点：

1、连铸坯二冷段采用空气或氮气冷却，彻底解决了由于漏钢造成的爆炸问题，使连铸空心管坯的安全问题得到了彻底的解决。

2、结晶器采用不锈钢材质，并且采用高频次震动，彻底解决了连铸坯的脱模问题。

3、结晶器采用锥形形状，更加有利于连铸坯的脱模。

4、采用三辊夹送装置，可以达到对铸坯进行轻压下的功能。

5、本发明为大批量低成本生产大口径无缝钢管提供了必要的条件。

附图说明

图1是本发明的结构示意图。

图2是本发明筒式气包的结构示意图。

图中：1、机架 2、倾翻机构 3、有锯夹紧车 4、剪切装置

5、锁紧装置 6、无锯夹紧车 7、筒式气包 8、结晶器 9、中间包 10、可更换长水口 11、塞棒 12、塞棒升降装置 13、大包 14、振动台 15、三辊夹送装置 16、收集装置 17、拉法尔喷嘴 18、筒体19、进气管

具体实施方式

一种连续铸造空心管坯设备，包括大包回转台13、多浇口中间包9、塞棒11、塞棒升降装置12、可更换的长水口10、组合式结晶器8、振动台14、剪切装置4、夹送装置15、圆坯收集装置16。

大包回转台13设置在多浇口中间包9上方，多浇口中间包9下部设有可更换长水口10，塞棒11安装在塞棒升降装置12上，可实现塞棒11的升降。振动台14安装在多浇口中间包9下方，结晶器8安装在振动台14的下方，多浇口中间包9通过可更换长水口10同结晶器8连接。结晶器8下方设置有若干组三辊夹送装置15，该夹送装置15可以对出结晶器8的钢坯进行夹紧并对其进行轻微压下。夹送装置15安装在机架1上。在铸机的二冷段设置筒式气包7，筒式气包7安装在振动台上，位于二冷段的钢坯内部。无锯夹紧车6安撞在机架1上，在三辊夹紧装置15下方。无锯夹紧车6可以夹紧钢坯延机架1轴向方向运动。锁紧装置5、剪切装置4、有锯夹紧车3从上到下依次安装在机架1上，无锯夹紧车6的下方，构成坯料剪切机构。倾翻机构2安装在机架1上，实现坯料的翻转。在机架的侧向设置有收集装置16，收集由倾翻机构2运来的坯料。

在结晶器8下方设置超低温高压筒式气包7，筒式气包由筒体18、进气管19和拉法尔喷嘴17构成，筒体18长度8-12m，直径比管坯内圆小20-160mm，即间缝10-80mm之间，筒式气包上部两米范围内设置3-6行微型拉法尔喷嘴17，每行围绕气包上部周向均匀布置8-24个。

本方案的生产工艺方案如下：

连续铸造管坯工艺和常规连铸基本相同，视空心管坯规格和钢种不同，其拉坯速度可控制在0.1m/min-2.5m/min之间，壁厚薄的拉速高，壁厚厚的拉速低。大直径拉速低，为尽可能的避免钢水二次氧化，采用长水口埋入结晶器钢水中浇注，为保证连浇和铸坯质量，水口可以快速更换，铸坯经过二次冷却。超过冶金长度处，开始切割。本专利切割均用组合多头圆盘锯同步锯切，切割成定尺长度后到下部收集。

振动台采用电动式非正弦振动，振动频率为240-420次/min，振幅控制在3mm-6mm之间，电机功率应比正常设计提高1.5-2.0倍左右。配合刚性内结晶器设计，在振动过程中，使钢坯内圆有强制扩径压缩作用，此举既有利于钢坯滑脱，又改善内表面质量。

内、外结晶器8由两个不同直径同心圆环组合而成，外结晶器的内径和内结晶器的外径之差是待铸钢坯壁厚的二倍，内外结晶器通过互成90度的四支单臂或互成120度三支单臂共同固定在振动台架上。内、外结晶器均采用环缝式水冷结构，环缝选在2mm-6mm之间，水冷却流速大于10m/s，水冷压力大于1.2MPa。内结晶器材质用高强度耐磨薄钢板制造(例如2Cr13、3Cr13等马氏体不锈钢)，结晶器长度900-1100mm，上口向下400mm为直线段，400-1100mm为倒锥形，锥度0.3-0.6％。结晶器壁厚16-25mm，视坯料规格而定。结晶器内冷却水流速大于12m/s。通过降低冷却水温和提高冷却水流速，延长内结晶器长度，控制铸造温度和拉速等措施来弥补钢制结晶器导热性不如铜制结晶器导热性的不足。这是解决钢水凝固收缩抱紧的根本措施。外结晶器也可用钢制作。

厚壁管坯采用电磁搅拌以防止钢水偏析，提高铸坯质量。但采用电磁搅拌时，结晶器用无磁性钢板制造。

在结晶器下方，外圆二冷段后，设置4-6道次三辊夹送拖动，在大直径管坯浇铸时，采用三辊夹送拖动，有利于增加夹送辊拖动面积，减小夹送辊直径，有效降低设备重量。通过夹送辊控制拉坯速度，控制拉坯前期引锭管操作，夹送辊拖动方向上下可调，速度可调，夹送辊对未完全凝固铸坯有轻压下作用，有利于改善铸坯表面质量。拉坯速度根据钢种和规格控制在0.2-2.5m/min之间，厚坯选下限，薄坯选上限。

二冷段空心坯料的内部冷却通过筒式气包来完成。铸坯内圆结晶器下方二冷段采用超低温空气或者氮气冷却。气包内高压空气或氮气出口温度低于-100℃，气流出口速度1.5-2.5倍音速，气体在铸坯内圆表面和筒式气包夹缝中流速50-300m/s；气包中压力控制在0.6MPa-1.2MPa之间。每吨钢水消耗气体量不大于170m³。

超过结晶器下方冶金长度终点处(大致在15-18m)开始剪切。剪切依靠特制的剪切小车，随着钢坯向下运行，剪切小车依靠外围四立柱支撑，小车运行到定尺位置后抱紧管坯，与管坯同步运行，开始剪切。剪切后的定尺管坯平稳送入下部倾翻机构上，倾翻机构有三台同步行动三辊式夹送装置，可使剪断的坯料平稳送到水平辊道上，管坯通过水平辊道运至冷床冷却。

连铸机下部的坯料倾翻机构，可以从成品冷床水平辊道上接受预先设置的引锭管，倾翻后，把引锭管通过倾翻机构送夹送装置，夹送装置把引锭管垂直送到结晶器下方，重新开浇。

铸坯外径Φ900mm以下设置一个中间包，二套塞棒，二套长水口、浸入式浇铸对应一流连铸。一套钢包精炼炉、一套大包回转台、中间包和中间包水口有快速更换装置，确保连续浇铸。

Claims (2)

1.一种连续铸造空心管坯设备，包括大包回转台、多浇口中间包、塞棒、塞棒开闭装置、组合式结晶器、振动台、二冷段内外冷却装置、剪切装置、圆坯收集装置、引锭装置、冷却水和压缩空气站、排风装置等，其特征在于所述的大包回转台设置在多浇口中间包上方，多浇口中间包下部设有可更换长水口，塞棒安装在塞棒升降装置上，振动台安装在多浇口中间包下方，组合式结晶器安装在振动台的下方，多浇口中间包通过可更换长水口同结晶器连接，结晶器下方设置有若干组三辊夹送装置，若干组三辊夹送装置安装在机架上，在铸机的二冷段设置筒式气包，筒式气包安装在振动台上，位于二冷段的钢坯内部，筒式气包由筒体、进气管和拉法尔喷嘴构成，筒体长度8-12m，直径比管坯内圆小20-160mm，即间缝10-80mm之间，筒式气包上部两米范围内设置3-6行微型拉法尔喷嘴，每行围绕气包上部周向均匀布置8-24个；机架上位于三辊夹紧装置的下方装设有无锯夹紧车，所述的锁紧装置、剪切装置、有锯夹紧车从上到下依次安装在机架上，位于无锯夹紧车的下方，倾翻机构安装在机架上，在机架的侧向设置有收集装置。

2.一种连续铸造空心管坯工艺，其特征在于包括以下工艺过程：

根据空心管坯规格和钢种不同，其拉坯速度可控制在0.1m/min-2.5m/min之间，壁厚薄的拉速高，壁厚厚的拉速低，大直径拉速低，为尽可能的避免钢水二次氧化，采用长水口埋入结晶器钢水中浇注，为保证连浇和铸坯质量，水口可以快速更换，铸坯经过二次冷却。超过冶金长度处，开始切割；振动台采用电动式非正弦振动，振动频率为240-420次/min，振幅控制在3mm-6mm之间，电机功率应比正常设计提高1.5-2.0倍左右。配合刚性内结晶器设计，在振动过程中，使钢坯内圆有强制扩径压缩作用，此举既有利于钢坯滑脱，又改善内表面质量；

内、外结晶器由两个不同直径同心圆环组合而成，外结晶器的内径和内结晶器的外径之差是待铸钢坯壁厚的二倍，内外结晶器通过互成90度的四支单臂或互成120度三支单臂共同固定在振动台架上，内、外结晶器均采用环缝式水冷结构，环缝选在2mm-6mm之间，水冷却流速大于10m/s，水冷压力大于1.2MPa，内结晶器材质用高强度耐磨薄钢板制造，结晶器长度900-1100mm，上口向下400mm为直线段，400-1100mm为倒锥形，锥度0.3-0.6％，结晶器壁厚16-25mm，结晶器内冷却水流速大于12m/s；

厚壁管坯采用电磁搅拌以防止钢水偏析，提高铸坯质量。但采用电磁搅拌时，结晶器用无磁性钢板制造；

在结晶器下方，外圆二冷段后，设置4-6道次三辊夹送拖动，在大直径管坯浇铸时，采用三辊夹送拖动，二冷段空心坯料的内部冷却通过筒式气包来完成，铸坯内圆结晶器下方二冷段采用超低温空气或者氮气冷却，气包内高压空气或氮气出口温度低于-100℃，气流出口速度1.5-2.5倍音速，气体在铸坯内圆表面和筒式气包夹缝中流速50-300m/s；气包中压力控制在0.6MPa-1.2MPa之间，每吨钢水消耗气体量不大于170m³；

超过结晶器下方冶金长度在15-18m处开始剪切，剪切依靠特制的剪切小车，随着钢坯向下运行，剪切小车依靠外围四立柱支撑，小车运行到定尺位置后抱紧管坯，与管坯同步运行，开始剪切，剪切后的定尺管坯平稳送入下部倾翻机构上，倾翻机构有三台同步行动三辊式夹送装置，可使剪断的坯料平稳送到水平辊道上，管坯通过水平辊道运至冷床冷却；

铸坯外径Φ900mm以下设置一个中间包，二套塞棒，二套长水口、浸入式浇铸对应一流连铸，一套钢包精炼炉、一套大包回转台、中间包和中间包水口有快速更换装置，确保连续浇铸。