CN115365467A - 一种复合长材的生产装置和生产方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种复合长材的生产装置，所述装置包括修磨机、位于所述修磨机下方的感应加热器；感应加热器下方设有将基层坯料对中及导向的导向辊；用于浇铸不同材质钢液的中间包位于导向辊下方；结晶器位于中间包下方，中间包底部的水口伸入结晶器内；结晶器底部设有用于密封结晶器并牵引铸锭的引锭杆、结晶器出口设有喷水冷却铸锭的冷却段。本发明还公开了复合长材的生产方法。本发明可以批量生产各种规格和厚度配比的复合方坯或圆坯，生产工艺简单可行，效率高，基层或复层材料可选择范围宽泛。
Description
技术领域
本发明涉及金属复合长材生产领域，具体涉及一种金属复合材料的生产装置以及生产方法。
背景技术
随着现代科技和国民经济的发展，用户对材料的性能提出了越来越苛刻的要求，单一的金属材料难以满足实际使用过程中的多方面性能要求，兼具功能性与结构性的金属复合材料应运而生，在满足用户个性化需求中发挥了重要作用，越来越被广大用户关注和使用。当前复合板带产品开发的比较成熟，包括爆炸复合、轧制复合等，但复合长材(管、线、棒等)开发进展较慢，难度在于复合长材复层与基层周向包裹，在热加工过程实现四面冶金结合难度较大，检索到的专利生产效率低，加工成本过高，不利于批量生产。
专利文献CN107933013A介绍一种不锈钢碳钢真空复合钢筋制造方法，通过管棒嵌套或方坯四周贴板抽真空焊接的方式轧制成复合钢筋，其缺点在于：第一焊缝多，轧制过程开裂风险点增多；第二，没有制备冶金复合坯的过程，直接进行轧制增加了结合面失效的风险，尤其是轧制过程侧面在拉应力作用下的界面分离，其复合效果和成材率将受影响；
专利文献CN106282674A介绍了一种双液态复合铸造+热挤压+冷拉的方式生产铝合金复合管、棒、线材的方法，其核心工艺在于复层基层均通过液态浇铸生产复合铸棒或管坯；
专利文献CN101219502A介绍了一种双金属复合棒材生产工艺，通过覆层金属管和基层金属棒的间隙组配+冷拔预贴合+热轧复合的方法完成复合棒材的生产；
专利文献CN106112391A介绍了一种冶金复合双金属管坯的生产工艺，用电渣重熔的方法将外层材质和内层材质冶炼熔合得到复合坯料，再进行径向锻造+表面加工+热挤压，最后制备出成品复合棒材或管材。
目前制备复合长材的方法存在工艺复杂、加工成本高、不利于批量生产等问题。
发明内容
因此，本发明要解决的技术问题是，提供一种复合长材的生产装置。
本发明的技术方案是，一种复合长材的生产装置，所述装置包括修磨机、位于所述修磨机下方的感应加热器；感应加热器下方设有将基层坯料对中及导向的导向辊；用于浇铸不同材质钢液的中间包位于导向辊下方；结晶器位于中间包下方，中间包底部的水口伸入结晶器内；
结晶器底部设有用于密封结晶器并牵引铸锭的引锭杆、结晶器出口设有喷水冷却铸锭的冷却段。
中间包自带有用于浇铸钢液的出钢水口。
根据本发明的一种复合长材的生产装置，优选的是，所述修磨机用于清理基层长材表面；所述感应加热器用于加热基层坯料；导向辊用于将基层坯料对中及导向；中间包用于浇铸不同材质钢液；结晶器用于实现基层坯料与钢液复合，结晶器可以为方形或圆形结晶器。
所述复合长材是指复合管，复合棒，复合线等。非板状的复合，尤其是复合圆坯和复合方坯。
本发明还提供了一种复合长材的生产方法，包括基层坯料的表面清理，
1)预热：将清理好的基层坯料送入感应加热装置加热，感应加热装置内通氮气或氩气保护，加热温度在800～1100℃，感应加热电源频率500-1500HZ；
2)将加热后的基层坯料通过导向辊送入结晶器中并对中，将中间包中盛有的复层金属熔液注入结晶器，浇铸温度高于复层金属的熔点30～150℃；
3)钢液与结晶器底部引锭杆接触逐渐凝固，与固态基层坯料表面接触形成复合方坯或圆坯，此时牵引引锭杆将复合坯逐渐拉出结晶器，进入喷水冷却段，调整喷嘴冷却水大小，对复合坯表面均匀冷却，使复合坯温度下降进一步凝固；
4)上端基层坯料缓慢进入结晶器，在移动状态下加热，提高加热功率；
5)待基层坯料尾部进入结晶器后，停止复层钢液浇铸。
基层坯料表面清理：方坯或圆坯表面氧化铁皮经修磨机清理、打磨干净，漏出基材干净金属，促进后续浇铸过程中的金属原子扩散结合。
步骤1)中，根据加热对象不同选择不同频率，直径越厚频率越低；加热目的是为了使基层母材与复层熔液更易结合，促进基层表面金属熔化。
步骤2)中，为避免熔液及基材表面氧化，结晶器钢液表面加保护渣同时中间包内吹氩气保护，加保护渣也具有吸收钢液杂质、保温的作用。保护渣是覆盖在复层金属熔液表面的渣态物质。
步骤4)中，由于基材处于移动状态，较初始态静止加热时间更短，为保证基层温度达到加热温度要求，相应提高感应加热器的加热功率。
根据本发明的一种复合长材的生产方法，优选的是，步骤1)所述基层材质可是碳钢、不锈钢、特殊合金、钛、铜等金属。
根据本发明的一种复合长材的生产方法，优选的是，步骤2)所述的复层金属选自以下成分的一种：碳钢、不锈钢、特种合金、钛、铜。
优选的是，步骤1)所述感应加热装置加热的加热功率为：
其中P为功率，W；c为基层坯料比热，J/kg℃；△T为基层坯料升温幅度，℃；m为基层坯料质量，kg；η为感应加热效率；t为加热时间，s。
根据本发明的一种复合长材的生产方法，优选的是，步骤4)所述缓慢进入的速度为匀速。
进一步地，步骤4)所述的速度为0.05-0.4m/min。
根据本发明的一种复合长材的生产方法，优选的是，步骤4)所述加热功率
其中c为材料比热J/kg℃，△T为目标温升℃，ρ为密度kg/m3，S为坯料断面面积m2，η为加热效率。
根据本发明的一种复合长材的生产方法，优选的是，步骤1)的加热温度在800～1080℃，感应加热电源频率600-1300HZ。
有益效果
本发明可以批量生产各种规格和厚度配比的复合方坯或圆坯，生产工艺简单可行，效率高，基层或复层材料可选择范围宽泛。复合板为碳钢上下表面复合不锈钢板，而复合长材需要四面复合不锈钢板，传统复合板的生产工艺不适合复合长材生产。
制备的复合坯可利用现有棒线材轧机、轧管机等成熟设备和现有工艺进行复合长材(棒、线、管、型等)生产，简单高效易实现。
附图说明
图1本发明装置结构示意图。
图2复合圆坯断面形状示意图。
图3是复合方坯断面形状示意图。
图中，1-修磨机，2-感应加热器，3-导向辊，4-中间包，5-结晶器，6-引锭杆，7-冷却段，8-复层金属，9-基层金属。
具体实施方式
为了更清楚的说明本发明的技术方案和优点，结合附图说明具体实施方式。
如图1所示，该发明的装置包括将用于基层方坯或圆坯表面清理的修磨机1、用于基层坯料加热的感应加热器2、加热设备后将基层坯料对中及导向的导向辊3、用于浇铸不同材质钢液的中间包4、实现基层坯料与钢液复合的方形或圆形结晶器5、结晶器底部用于密封结晶器并牵引铸锭的引锭杆6、结晶器出口用于喷水冷却铸锭的冷却段7。图2和图3分别是复合圆坯和复合方坯的截面图。8是复层金属，9是基层金属。
实施例1复合钢筋
1)断面120×120mm的HRB400碳钢方坯进行表面清理，经修磨机清理、打磨漏出基材干净金属；
2)将室温(25℃)状态碳钢坯送入感应加热装置加热，感应加热装置内通氮气保护，感应加热线圈长度L＝0.6m，加热电源频率500HZ，加热温度在1100℃，加热时间300s，相应的加热功率为：
3)将加热到温的碳钢坯通过导向辊送入结晶器中并对中，结晶器为方形结晶器，边长160mm。将中间包中盛有的复层金属熔液316L(316L不锈钢，熔点1400℃)注入结晶器，浇铸温度1500℃。为避免熔液及基材表面氧化，结晶器钢液表面加保护渣同时中间包内吹氩气保护。
3)待钢液与底部引锭杆接触凝固，与固态碳钢坯表面接触形成复合方坯时，牵引引锭杆以速度v＝0.2m/min将复合方坯逐渐拉出结晶器，进入喷水冷却段，冷却水流密度为80l/m2min，对复合坯表面喷水冷却，使复合坯温度下降进一步凝固；
4)碳钢坯以速度0.2m/min缓慢进入结晶器，较头部静止加热不同，为保证碳钢温度达到加热温度要求，感应加热器的加热功率需要提高，如下：
待基层坯料尾部进入结晶器后，停止复层钢液浇铸。凝固后制得复层316L，基层HRB400的复合方坯，断面尺寸160mm×160mm，表层不锈钢壁厚20mm。
5)将复合方坯加热至1160℃后，送入孔型轧机即可制得直径16mm，复层不锈钢2mm的不锈钢碳钢复合钢筋。
实施例2复合无缝钢管
1)直径30mm的2205双相不锈钢圆坯进行表面清理，经修磨机清理、打磨漏出基材干净金属；
2)将室温(25℃)状态不锈钢坯送入感应加热装置加热，感应加热装置内通氮气保护，感应加热线圈长度L＝0.6m，加热电源频率1200HZ，加热温度在700℃，加热时间180s，相应的加热功率为：
3)将加热到温的不锈钢圆坯通过导向辊送入结晶器中并对中，结晶器为圆形结晶器，内径200mm。将中间包中盛有的复层金属熔液X80(碳钢，熔点1450℃)注入结晶器，浇铸温度1480℃。为避免熔液及基材表面氧化，结晶器钢液表面加保护渣同时中间包内吹氩气保护。
4)待钢液与底部引锭杆接触凝固，与固态不锈钢坯表面接触形成复合圆坯时，牵引引锭杆以速度v＝0.1m/min将复合圆坯逐渐拉出结晶器，进入喷水冷却段，冷却水流密度为150l/m2min，对复合坯表面喷水冷却，使复合坯温度下降进一步凝固；
5)不锈钢坯以速度0.1m/min缓慢进入结晶器，较头部静止加热不同，为保证不锈钢温度达到加热温度要求，感应加热器的加热功率需要提高，如下：
待基层坯料尾部进入结晶器后，停止复层X80钢液浇铸。凝固后制得外层X80，内层2205的复合圆坯，断面直径200mm，内层不锈钢直径30mm。
6)将复合圆坯加热至1200℃后，送入穿孔、轧管、定径等常规无缝钢管生产工序制得外径140mm，壁厚20mm，内壁不锈钢厚度3mm的不锈钢碳钢复合无缝管。
本发明提供了一种金属复合方坯或圆坯的生产装置和方法，该装置和方法可批量高效生产不同材料组合的复合方坯或圆坯，其中基层为固态圆坯或方坯，复层由液态钢水浇铸凝固而成，可实现复合坯的批量规模化生产，简化生产工序，缩短生产周期。
Claims (10)
1.一种复合长材的生产装置，其特征在于：所述装置包括修磨机(1)、位于所述修磨机下方的感应加热器(2)；感应加热器(2)下方设有将基层坯料对中及导向的导向辊(3)；用于浇铸不同材质钢液的中间包(4)位于导向辊(3)下方；结晶器(5)位于中间包(4)下方，中间包(4)底部的水口伸入结晶器(5)内；
结晶器底部设有用于密封结晶器并牵引铸锭的引锭杆(6)、结晶器出口设有喷水冷却铸锭的冷却段(7)。
2.根据权利要求1所述的一种复合长材的生产装置，其特征在于：所述修磨机(1)用于清理基层长材表面；所述感应加热器(2)用于加热基层坯料；导向辊(3)用于将基层坯料对中及导向；中间包(4)用于浇铸不同材质钢液；结晶器(5)用于实现基层坯料与钢液复合，结晶器可以为方形或圆形结晶器。
3.一种复合长材的生产方法，包括基层坯料的表面清理，其特征在于：
1)预热：将清理好的基层坯料送入感应加热装置加热，感应加热装置内通氮气或氩气保护，加热温度在800～1100℃，感应加热电源频率500-1500HZ；
2)将加热后的基层坯料通过导向辊送入结晶器中并对中，将中间包中盛有的复层金属熔液注入结晶器，浇铸温度高于复层金属的熔点30～150℃；
3)钢液与结晶器底部引锭杆接触逐渐凝固，与固态基层坯料表面接触形成复合方坯或圆坯，此时牵引引锭杆将复合坯逐渐拉出结晶器，进入喷水冷却段，调整喷嘴冷却水大小，对复合坯表面均匀冷却，使复合坯温度下降进一步凝固；
4)上端基层坯料缓慢进入结晶器，在移动状态下加热，提高加热功率；
5)待基层坯料尾部进入结晶器后，停止复层钢液浇铸。
4.根据权利要求3所述的一种复合长材的生产方法，其特征在于：步骤1)所述基层材质可是碳钢、不锈钢、特殊合金、钛、铜等金属。
5.根据权利要求3所述的一种复合长材的生产方法，其特征在于：步骤2)所述的复层金属选自以下成分的一种：碳钢、不锈钢、特种合金、钛、铜。
6.根据权利要求3所述的一种复合长材的生产方法，其特征在于：步骤1)所述感应加热装置加热的加热功率为：
其中P为功率，W；c为基层坯料比热，J/kg℃；△T为基层坯料升温幅度，℃；m为基层坯料质量，kg；η为感应加热效率；t为加热时间，s。
7.根据权利要求3所述的一种复合长材的生产方法，其特征在于：步骤4)所述缓慢进入的速度为匀速。
8.根据权利要求7所述的一种复合长材的生产方法，其特征在于：步骤4)所述的速度为0.05-0.4m/min。
9.根据权利要求3所述的一种复合长材的生产方法，其特征在于：步骤4)所述加热功率
其中c为材料比热J/kg℃，△T为目标温升℃，ρ为密度kg/m3，S为坯料断面面积m2，η为加热效率。
10.根据权利要求3所述的一种复合长材的生产方法，其特征在于：步骤1)的加热温度在800～1080℃，感应加热电源频率600-1300HZ。
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| CN (1) | CN115365467A (zh) |
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2021
- 2021-05-21 CN CN202110558810.9A patent/CN115365467A/zh active Pending
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