CN104624989A - 用于金属的连铸成型加工设备和方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供用于金属的连铸成型加工设备，包括：炼炉，用以调质后符合所需条件的液态金属；容纳由炼炉调质的液态金属的中间包；结晶器，用于接收来自中间包的液态金属并将液态金属冷凝成金属坯；拉矫机，将结晶器中的金属坯拉出并矫直；直接设置在拉矫机下游的碾压装置，用于利用余热将来自拉矫机的金属坯碾压为适于剪切的坯料；直接设置在碾压装置下游的剪切装置，用于利用余热将来自碾压装置的金属坯剪切成所需尺寸的坯件；直接设置在剪切装置下游的模锻或辊锻或穿孔装置，用于利用余热对坯件直接进行模锻或辊锻使其成型为所需尺寸和形状的产品，或利用余热对坯件进行穿孔加工以形成无缝管件。本发明还涉及用于金属的连铸成型加工方法。

Description

用于金属的连铸成型加工设备和方法

技术领域

本发明涉及一种用于金属的连铸成型加工设备及方法，尤其涉及用于钢材的连铸成型加工设备和方法。

背景技术

现有的炼钢厂在精炼之后基本上都采用了连续铸锭工艺（连铸工艺）。连铸工艺是将精炼得到的液态钢用连铸机浇注、冷凝、切割而直接得到钢坯的工艺。浇注时把装有钢水的盛钢桶通过盛钢桶运载装置运送到连铸机的上方，经盛钢桶底部的流钢孔把钢水注入到中间包内，打开中间包塞棒（或滑动水口）后，钢水流入到下口用引锭杆头堵塞并能上下振动的结晶器中，钢液沿结晶器周边冷凝成坯壳，当结晶器下端出口处有一定厚度时，带有液心并和引锭装置连在一起的钢坯在拉坯机驱动下，离开结晶器沿着由弧形排列的夹辊支撑下移。与此同时，钢坯被二次冷却装置进一步冷却并继续凝固。当引锭装置进入拉矫机后脱去引锭装置，钢坯在全部凝固或带有液心状态下被矫直。随后在水平位置被切割成一定尺寸的钢坯。

钢坯是生产型钢、板带钢和钢管等成品轧材的半成品。

为了节约能源，提高生产效率从而为企业带来更大的经济效益，目前有一些钢厂已经采用或希望采用直接热装热轧工艺（DHCR，Direct Hot Charge Rolling），其是将铸轧之间的板坯提交方式由批量提交转变为“准流水线”式提交方式。采用了DHCR工艺后，物流在炼钢－连铸－轧线间由液态钢水变成固态板坯，再经加热轧制后变成固态钢卷。

尽管一些钢厂实现了DHCR，但是对于需要采用模锻或辊锻加工的产品，目前仍然是首先通过连铸工艺生产出钢坯，之后将钢坯件整批送到或者先入库后再整批送到模锻车间或辊锻车间进行加工。这种工序就使得在将钢坯件进行模锻或辊锻时还需要进行下料、加热、制坯等工艺，也就是说，其需要在连铸工艺之后对钢坯件进行再次加热，因此使得能耗增加，并且增加了运输费用，而且使得生产周期变长，提高了工厂的生产成本。

另外，对于无缝钢管的生产，目前的加工工艺一般是将管坯经切割机切割，然后送入熔炉内加热，熔炉内加热温度大约为1200摄氏度。管坯出炉后经过压力穿孔机进行穿空。穿孔后，管坯就先后被三辊斜轧、连轧或挤压，挤压后脱管定径，定径机通过锥形钻头高速旋转入钢坯打孔形成钢管。

同样，上述传统的无缝钢管的生产工艺就使得在将管坯进行穿孔之前还需要进行切割、加热等工艺，也就是说，其需要在连铸工艺之后对管坯进行切割并且需要再次加热，因此使得能耗增加，并且增加了运输费用，而且使得生产周期变长，提高了工厂的生产成本。

发明内容

为了解决目前炼钢厂（或炼铝厂）和金属零件加工（尤其是模锻加工或辊锻加工或无缝钢管加工）存在的上述一个或多个问题。本发明提供了一种用于金属的连铸成型加工方法。

本发明的一个目的是提供一种用于金属的连铸成型加工方法，其包括如下步骤：

i)通过炼炉调质符合所需条件的液态金属并将液态金属放入中间包中；

ii)利用结晶器接收来自中间包的液态金属并将液态金属冷凝成金属坯；

iii)利用拉矫机将结晶器中的金属坯拉出并矫直；

其特征在于包括以下步骤：

在金属坯从拉矫机中出来后利用金属坯的余热对其进行碾压，然后利用金属坯的余热直接用剪切装置将金属坯剪切成所需尺寸的坯件，然后利用坯件的余热对所述坯件直接进行模锻或辊锻加工使所述坯件成型为所需尺寸和形状的产品，或者利用坯件的余热对所述坯件进行穿孔加工以形成无缝管件。

根据本发明的一个实施例，所述直接用剪切装置将金属坯剪切成所需尺寸的坯件的步骤包括两次剪切，第一次剪切为移动剪切，将金属坯剪切为一定长度的一次剪切坯料，一次剪切坯料例如是2米或更长或更短。第一次剪切优选使用液压剪切装置。当然，其也可以使用其它剪切装置。

之后，将一次剪切坯料托起以送到二次剪切装置。优选地，第二次剪切使用机械剪切，将一次剪切坯料剪切为多个与最终产品尺寸相应或稍大的坯件。二次剪切也称个数剪切，一般地，其可以达到每分钟24次。当然，根据需要，其可以是每分钟6次、7次、8次……30次或更多。

移动和机械剪切也能够在同一个设备上同时实现移动和剪切功能。

根据本发明的一个实施例，所述炼钢（或铝或者钢或铝的合金等）的步骤是通过精炼炉调质符合所需条件的液态金属。

根据本发明的另一个实施例，所述炼钢（或铝或者钢或铝的合金等）步骤包括冶炼、精炼二次步骤以调质符合所需条件的液态金属。也就是说，先通过冶炼炉（例如高炉、转炉等）对金属进行粗炼，然后再通过精炼炉进行精炼配料调质使其达到所需的要求。

优选地，本发明中所述的金属是钢、铁或铝、或铁合金、或铝合金、钢管等。

优选地，本发明的连铸成型加工方法还包括对各个步骤的进行状况和节奏进行实时监控的监控操作。这样，就可以对生产过程中各个环节出现的突发问题及时做出应对方案，调整生产计划，保证生产顺利进行。

根据本发明的另一方面，提供一种用于金属的连铸成型加工设备，其包括：炼炉，用以调质符合所需条件的液态金属；中间包，其容纳由炼炉调质的液态金属；结晶器，用于接收来自中间包的液态金属并将液态金属冷凝成金属坯；拉矫机，将结晶器中的金属坯拉出并矫直；其特征在于还包括：

碾压装置，其直接设置在拉矫机的下游，用于利用金属坯的余热将从拉矫机中出来的金属坯碾压为适于剪切的坯料；

剪切装置，其直接设置在碾压装置的下游，用于利用金属坯的余热将从碾压装置中出来的金属坯剪切成所需尺寸的坯件；并且还包括：

模锻装置或辊锻装置或穿孔装置，其直接设置在剪切装置的下游，用于利用坯件的余热对坯件直接进行模锻或辊锻使其成型为所需尺寸和形状的产品，或者利用坯件的余热对坯件进行穿孔加工以形成无缝管件。

根据本发明的一个实施例，所述剪切装置包括第一次剪切机和第二次剪切机。第一次剪切机为移动剪切机，其将金属坯剪切为一定长度的一次剪切坯料，一次剪切坯料例如是2米或更长或更短。第一次剪切机优选是液压剪切机。当然，其也可以是其它类型的剪切机。

之后，将一次剪切坯料托起以送到第二次剪切机。优选地，第二次剪切机是机械剪切机，将一次剪切坯料剪切为多个与最终产品尺寸相应或稍大的坯件。第二次剪切也称个数剪切，一般地，其可以达到每分钟24次。当然，根据需要，其可以是每分钟6次、7次、8次……30次或更多。

根据本发明的一个优选实施例，可将第一次剪切机和第二次剪切机一体化，即，使得第二次剪切机（机械剪切机）能移动，从而使得第二次剪切机能够实现如上所述的第一次剪切机和第二次剪切机二者的功能，也即，使得第一次剪切机和第二次剪切机一体化。

优选地，本发明的连铸成型加工设备还包括对各个步骤的进行状况和节奏进行实时监控的监控系统。

根据本发明的用于金属的连铸成型加工方法，由于在连铸之后以流水线的方式将处于高温的金属坯直接剪断成或在碾压后直接剪断成合适尺寸的坯件并直接对坯件进行模锻加工或辊锻加工而生产出符合要求的产品，从而在模锻和辊锻之前不需要再对连铸之后得到的坯料（方坯、棒坯或板坯等）进行再加热和制坯的操作，因此降低了能耗。通常，将每吨钢材加热到1000度左右需要消耗大约400度电。很明显，本发明的连铸成型设备不需要对钢材进行再加热，从而至少节约了400度电的能耗。并且，根据本发明的连铸成型设备不需要将连铸得到的坯料再入库或者运输，缩短了生产周期，提高了生产效率，因此很大程度地节约了生产成本。

附图说明

本发明将参考所附的示意图进行说明，其中，在所有附图中，相同的附图标记涉及相同的部分，且其中：

图1是根据本发明一个实施例的连铸成型设备的剪切机上游设备的示意图。

图2是根据本发明一个实施例的连铸成型设备的剪切机下游设备（包括剪切机）的示意图。

图3是根据本发明的用于金属的连铸成型加工方法的一个实施例的流程图。

具体实施方式

图1和2为根据本发明一个实施例的连铸成型设备的剪切机上游设备的示意图，其中图1中的附图标记1表示连铸设备中的结晶器，附图标记2表示拉矫机。

图2是根据本发明一个实施例的连铸成型设备的剪切机下游设备（包括剪切机）的示意图。其中示出了依次设置在图1的拉矫机2下游的第一次剪切机、第二次剪切机和模锻装置。附图标记3表示第一次剪切的剪切机，附图标记4表示第二次剪切的剪切机，附图标记5表示模锻装置。

可以理解，图1和图2中各设备只是示意性的，并非按等比例绘制，并且它们的放置方式和距离能够根据需要任意改变，只要能实现本发明的目的即可。

图3是根据本发明的用于金属的连铸成型加工方法的一个实施例的流程图。

图3中的步骤S10表示炼钢步骤，其可以通过主要以废钢为原料的电弧炉炼钢、中频电炉等。也可以是高炉粗冶炼、精练。对于转炉炼钢，优选对于从转炉出来的钢液进行二次冶金（也称精炼）。也就是说，S10的炼钢步骤可以是指仅进行一次炼钢步骤，也可以是包括冶炼和精炼的二次炼钢步骤。

现有技术中，经过炼钢步骤S10得到符合需要的液态钢通常被运送到回转台，回转台转动到浇注位置后将钢水注入中间包中。中间包再由钢水口将钢水分配到各个结晶器中去。

图3中的步骤S20是利用结晶器接收来自中间包的液态金属并将液态金属冷凝成金属坯。根据所要加工（模锻或辊锻）的产品的形状和尺寸特点可以选用合适的结晶器。也就是说，任何现有的结晶器，例如蒸发结晶器、冷却结晶器等都可用于本发明的连铸成型加工设备中。

图3中的步骤S30是利用拉矫机将结晶器中的金属坯拉出并矫直。根据所要加工（模锻或辊锻）的产品的形状和尺寸特点可以选用合适的拉矫机。也就是说，任何现有的拉矫机都可用于本发明的连铸成型加工设备中。

图3中的步骤S40是在金属坯从拉矫机中出来后通过碾压装置利用金属坯的余热进行碾压，将金属坯碾压为适于剪切的坯料。

图3中的步骤S50是在金属坯从碾压装置中出来后利用金属坯的余热直接用剪切装置将金属坯剪切成所需尺寸的坯件。在本发明的步骤S50中需要进行两次剪切。根据一个实施例，使用第一次剪切机和第二次剪切机在高温下将金属坯剪切成所需尺寸的坯件。第一次剪切机为移动剪切机，其将金属坯剪切为一定长度的一次剪切坯料，一次剪切坯料例如是2米或更长或更短。第一次剪切机优选是液压剪切机。当然，其也可以是其它类型的剪切机。之后，将一次剪切坯料托起以送到第二次剪切机。优选地，第二次剪切机是机械剪切机，将一次剪切坯料剪切为多个与最终产品尺寸相应或稍大的坯件。第二次剪切也称个数剪切，一般地，其可以达到每分钟24次。当然，根据需要，其可以是每分钟6次、7次、8次……30次或更多。

根据本发明的另一实施例，可以将第一次剪切机和第二次剪切机一体化，即，使得第二次剪切机（机械剪切机）能移动，从而使得第二次剪切机能够实现如上所述的第一次剪切机和第二次剪切机二者的功能。

图3中的步骤S60是在将金属坯剪切成金属坯件后立即对所述坯件进行模锻或辊锻加工使其成型为所需尺寸和形状的产品。根据本发明的另一实施例，金属坯是管坯，在该实施例中，步骤S50是在将管坯剪切成管坯件后立即对管坯件进行穿孔加工以形成无缝管件的过程。

根据本发明，在连铸之后以流水线的方式将处于高温的金属坯剪断成合适尺寸的坯件并直接对坯件进行模锻加工或辊锻加工而生产出符合要求的产品，或者是在将管坯剪切成管坯件后立即对管坯件进行穿孔加工以形成无缝管件。

因此，根据本发明的连铸成型加工方法是生产物流一体化的流水线作业。为了保证生产物流连续高效运作，需要使物流和信息流尽可能同步。因此最好根据每一个客户订单（所生产的产品）的具体要求，进行专门的物流设计，组织生产。

因此最好建立炼钢－连铸－剪切-模锻（或辊锻、或穿孔）一体化的计划系统。在建立计划系统时既要充分考虑炼钢、连铸的生产节奏，还需要考虑剪切、模锻或辊锻或穿孔的生产节奏，通过生产管制将各个生产环节的信息汇总共同管理，协调生产节奏，保证炼钢－连铸－剪切、模锻（或辊锻或穿孔）操作的无缝衔接。

另外，最好建立实时监控作业进行状况，对突发问题及时做出应对方案，调整生产计划，保证生产顺利进行。

本发明用于金属的连铸成型加工方法不仅限于钢的连铸成型加工方法，其也可以用于铝制品、或者铁合金制品或铝合金制品的连铸成型加工、已及钢管的加工制作。

包含在上述说明或在附图中示出的所有情形，应被仅仅解释为示例性的而非限制性的，对于本发明的上述实施例进行的各种变化、变型、修改以及等价设置在不脱离本发明的主旨或范围的情况下都在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种用于金属的连铸成型加工方法，其包括如下步骤：

i)通过炼炉调质符合所需条件的液态金属并将液态金属放入中间包中；

ii)利用结晶器接收来自中间包的液态金属并将液态金属冷凝成金属坯；

iii)利用拉矫机将结晶器中的金属坯拉出并矫直；

其特征在于包括以下步骤：

在金属坯从拉矫机中出来后利用金属坯的余热直接用碾压装置对金属坯进行碾压，然后利用金属坯的余热直接用剪切装置将金属坯剪切成所需尺寸的坯件，然后利用坯件的余热对所述坯件直接进行模锻或辊锻使其成型为所需尺寸和形状的产品，或者利用坯件的余热对所述坯件进行穿孔加工以形成无缝管件。

2.根据权利要求1所述的用于金属的连铸成型加工方法，其中所述直接用剪切装置将金属坯剪切成所需尺寸的坯件的步骤包括两次剪切，第一次剪切是液压剪切，将金属坯料剪切为具有一次剪切长度的坯料，第二次剪切是将具有一次剪切长度的坯料剪切为与最终产品相应或稍大的坯料。

3.根据权利要求1或2所述的用于金属的连铸成型加工方法，其中第一次剪切和第二次剪切由分开的第一次剪切机和第二次剪切机实现，或者由能移动的一体化的第一次剪切机和第二次剪切机实现。

4.根据权利要求3所述的用于金属的连铸成型加工方法，其中在所述精炼炉精炼之前对金属进行冶炼。

5.根据权利要求1或2所述的用于金属的连铸成型加工方法，其中所述的金属是钢、铁或铝、或铁合金或铝的合金等。

6.根据权利要求1或2所述的用于金属的连铸成型加工方法，其中还包括对各个步骤的进行状况和节奏进行实时监控。

7.一种用于金属的连铸成型加工设备，其包括：

炼炉，用以调质后符合所需条件的液态金属；

中间包，其容纳由炼炉调质的液态金属；

结晶器，用于接收来自中间包的液态金属并将液态金属冷凝成金属坯；

拉矫机，将结晶器中的金属坯拉出并矫直；

其特征在于还包括：

碾压装置，其直接设置在拉矫机的下游，用于利用金属坯的余热将从拉矫机中出来的金属坯碾压为适于剪切的坯料；

剪切装置，其直接设置在碾压装置的下游，用于利用金属坯的余热将从碾压装置中出来的金属坯剪切成所需尺寸的坯件；并且还包括：

模锻装置或辊锻装置或穿孔装置，其直接设置在剪切装置的下游，用于利用坯件的余热对坯件直接进行模锻或辊锻使其成型为所需尺寸和形状的产品，或者利用坯件的余热对坯件进行穿孔加工以形成无缝管件。

8.根据权利要求7所述的连铸成型加工设备，其中所述剪切装置包括分离的第一次剪切机和第二次剪切机，或者包括具有移动能力的一体化的第一次剪切机和第二次剪切机。

9.根据权利要求7所述的连铸成型加工设备，其中所述炼炉同时包括冶炼炉和精炼炉二者合一。

10.根据权利要求6或7所述的用于金属的连铸成型加工设备，其中还包括对各个步骤的进行状况和节奏进行实时监控的监控系统。