CN100999013A - 一种立式无缝钢管空心管坯连铸机 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种立式无缝钢管空心管坯连铸机，属冶金领域无缝钢管生产技术中一种近终型连铸设备。其特征在于内结晶器与外结晶器组合使用，可生产各种规格空心管坯，尤其适合生产大直径和难以穿孔的合金钢空心管坯。本连铸机由内结晶器、外结晶器、牵引辊、引锭切割车、翻转辊道设备组成，其中内结晶器上端安装在上机架上，下半部插入中间包钢水和外结晶器中，外结晶器安装在中间包底部的钢水出口盘上，其下侧设有牵引辊、喷淋装置和引锭切割车，引锭切割车下安装翻转辊道，其右侧是输送辊道，左侧是取送辊道。采用这种空心管坯生产无缝钢管，可省去实心坯穿孔工序，使生产过程简化为：空心管坯→轧管→减、定径，从而缩短工艺流程、减少设备投入，也节约了能源、降低生产成本。

Description

一种立式无缝钢管空心管坯连铸机

技术领域

本发明涉及一种立式无缝钢管空心管坯连铸机，属于冶金领域无缝钢管生产技术中一种近终型连铸设备。本连铸机采用内、外结晶器组合使用，可生产各种规格的空心管坯，尤其适合生产大直径和难以穿孔的合金钢空心管坯。使用连铸空心管坯生产无缝钢管，可省去实心坯穿孔工序，使生产工艺流程简化为：空心管坯→轧管→减、定径，最终达到缩短工艺流程、减少设备投资，节约能源、降低生产成本的目的。

技术背景

到目前为止，全世界无缝钢管生产厂家，几乎都是采用铸坯→穿孔→斜轧荒管→连轧管→减、定径的方法生产无缝钢管，该方法将实心坯穿成空心管坯是非常重要生产工序，因为穿孔直接影响轧管质量，为此生产厂家不得不在穿孔工序投入巨资，建加热炉、上穿孔机、购配套设备，这不仅加大设备投资，还拉长生产工艺流程，这势必增加吨钢能耗和生产成本。为改进传统生产工艺，人们做了很多研究和探索，如离心浇铸法、弧形无芯连铸法、套模铸坯法，都是为了寻求生产空心管坯而产生的新设备和新方法，但是这些方法之所以没有得到广泛应用，原因在于它们都存在不同程度的缺点和不足。

a、离心浇注法，即将钢水浇铸在离心机内，通过离心机旋转和冷却获得空心管坯的方法，此法虽能浇铸出质量较好的空心管坯，但因其工艺间断、生产效率低，难以实现连续化和规模化生产，尤其管坯表面的杂质清理十分困难，所以未能广泛应用。

b、弧形无芯连铸法，此法是将钢水浇铸在一台只有外结晶器的弧形连铸机内，在弧形外结晶器的冷却下形成空心管坯，该管坯上弯弧形180度，需要矫直才能使用，由于此法铸出的空心管坯厚度全靠结晶器冷却强度控制，而管坯内壁处于自然结晶状态，因此很容易产生薄厚不均和枝状突出结晶点，从而导致管坯内壁非常粗糙，最终影响钢管轧制质量。

c、套模铸坯法，就是将钢水铸入具有内、外水冷却的管状模具中(相当于内、外结晶器)，待钢水凝固成管坯后，再提起水冷模具将管坯取走，此法类似水冷钢锭模铸锭方法，铸坯时需要很多水冷模具，尽管此法能铸出表面光滑的管坯，但是因其工艺间断、生产效率低，无法实现连续化、规模化生产而未能得到广泛采用。

发明内容

为了克服原有技术的缺点和不足，本发明的目的在于提供一种立式无缝钢管空心管坯连铸机，其特征在于将内、外结晶器组合起来使用，直接连续铸出内、外表面光滑的各种规格的空心管坯，尤其适合生产大直径和难以穿孔的合金钢空心管坯。使用这种连铸空心管坯生产无缝钢管，可以省去传统工艺中穿孔工序，使生产工艺流程简化为：空心管坯→轧管→减、定径，可以实现无缝钢管生产的近终型连铸连轧，最终达到缩短工艺流程、减少设备投入、提高生产效率、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。一种立式无缝钢管空心管坯连铸机，其特征是由上、下垂直安装的内结晶器、外结晶器、牵引辊、引锭切割车和翻转辊道五部分设备组成。其中：

a、内结晶器1通过振动器2安装在上机架28上，在内结晶器上口设有冷却水进口3和出水口4，分别与结晶器内的进水管33和出水管34相通，沿轴向由上、中、下三个冷却段组成，上冷却段处在中间包8中钢水以上；中冷却段处在中间包8的钢水中和外结晶器10的A冷却段之间，它是钢水冷却结成坯壳的主要区段；下冷却段处在外结晶器10的B、C冷却段和结晶器以外位置，它是管坯形成坯壳后的强冷却区段，该段内结晶器的截面是由原来环型整体结构变为四“瓣”组合的圆型结构，各“瓣”都有独立的进、出水通道，由于这种结构特点，各“瓣”均有径向弹力。

b、外结晶器10是由金属外壳35、内冷铜套36、高压水喷头37组成。它是通过钢水出口盘9安装在中间包8的底部，中间包8安装在中机架29上，外结晶器10的冷却室沿轴向分为A、B、C三个冷却段，各段均有独自的高压水进水口11和排水口12，冷却水经高压水通道38注入高压水腔39，再经高压水喷头37均匀喷在内冷铜套36上，冷却水带着大量热量经低压水腔40、排水通道41和排水口12排出结晶器。在外结晶器下侧设有牵引辊13和喷淋装置14，管坯在牵引过程中受到二次冷却。

c、引锭切割车16设在牵引辊13下侧，它是由切割器17、夹送辊18、升降小车20、牵引装置21和轨道22组成，其中切割器17安装在升降小车20的上侧，夹送辊18和夹紧器19安装其下侧，升降小车20在牵引装置21的带动下可沿轨道22上、下升降。

d、翻转辊道23设在引锭切割车16下侧，并与其保持一定升降距离，在翻转辊道右侧设有输送辊道25，左侧安装引锭杆26的取送辊道27，翻转辊道是由接钢筒31、夹送辊道32、油缸24构成。其中夹送辊道32在传动装置带动下可做正、反两个方向转动，接钢筒31在油缸24推动下翻转90度。

本发明的优点：

1、由于本连铸机采用内、外结晶器组合方式作业，不仅可以生产出各种规格的空心管坯，尤其适合生产大直径和难以穿孔的合金钢空心管坯。采用本机铸出的空心管坯生产无缝钢管，可省去传统工艺中的穿孔工序，使生产工艺简化为：空心管坯→轧管→减、定径，或空心管坯→冷轧→冷拔新工艺。由此看来，空心管坯的连铸技术才是无缝钢管生产更高层次的近终型技术，因为它不仅缩短生产流程、减少设备投资，也节约了能源、降低了生产成本。

2、由于本连铸机的内结晶器下冷却段采用了分“瓣”组合的结构方式，使得结晶器各“瓣”均有径向弹力，在此弹力作用下，内结晶器冷却外壁始终紧贴在管坯内壁，使管坯得到最充分冷却。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，使管坯得到更充分的冷却。

3、由于本连铸机外结晶器10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水流和水压，从而使管坯得到最佳冷却与结晶的条件。

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。而本连铸机的两个浇铸槽7和7a是安装在中间包上口处的切线位置，其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20上，所以车上设备如切割器17、夹紧装置19、夹送辊18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17将管坯切成定尺，再由夹送辊18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23是由接钢筒31、夹送辊道32、油缸24组成，并且接钢筒31可在油缸24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23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、一种立式无缝钢管空心管坯连铸机主视图

图2、内结晶器纵、横向结构剖视图

图3、外结晶器纵向结构剖视图

图4、外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、钢水6、钢水包7、浇铸槽8、中间包9、出口盘10、外结晶器11、高压水进口12、排水口13、牵引辊14、喷淋装置15、空心管坯16、引锭切割车17、切割器18、夹送辊19、夹紧器20、升降小车21、牵引装置22、轨道23、翻转辊道24、油缸25、输送辊道26、引锭杆27、取送辊道28、上机架29、中机架30、下机架31、接钢筒32、夹送辊道33、进水管34、出水管35、金属外壳36、内冷铜套37、高压水喷头38、高压水通道39、高压水腔40、低压水腔41、排水通道

见附图1

结晶器1通过振动器2安装在上机架28上，其上端设有冷却水进口3和出水口4，下端一直插到中间包8和外结晶器10中间。外结晶器10安装在中间包8底部钢水出口盘9上，中间包8固定在中机架29上，外结晶器10的冷却室分为A、B、C三个冷却段，各冷却段都有独立的高压冷却水进口11和排水口12，外结晶器10内壁采用高压水喷淋方式冷却。牵引辊13安装在结晶器下侧的下机架30上，它是由三对相互垂直安装的凹形辊组成，在牵引辊周围设置了冷却水喷淋装置14，空心管坯15在牵引过程中受到二次冷却。引锭切割车16设在牵引辊13下侧，升降小车20的上侧安装有四个切割器17，下侧安装三对夹送辊18，在夹送辊之间设有三组夹紧器19，升降小车20在牵引装置21的牵引下可在轨道22内上、下升降。翻转辊道23设在引锭切割车16的下侧，它是由接钢筒31、夹送辊道32、油缸24组成，在翻转辊道23右侧设有管坯输送辊道25，左侧安装了引锭杆26的取送辊道27。

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、中冷却段中心圆管是进水管33，周围环型管是出水管34；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33和出水管34。内结晶器上端中心圆孔是冷却水进口3，侧面两个横向圆孔是出水口4。

见附图3、见附图4

外结晶器10是由金属外壳35、内冷铜套36、高压水喷头37组成，外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11和排水口12。冷却水经高压水通道38进入高压水腔39，再经高压水喷头37喷在内冷铜套36上，冷却水从低压水腔40带走大量热量，经排水通道41和排水口12排出结晶器。

见附图5

中间包8上口处的两台浇铸槽7、7a安装在切线位置，其出钢口与钢水液面成一斜角，这样钢水5注入中间包8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

(见图1)在生产大直径空心管坯时，先将引锭杆通过取送辊道27、翻转辊道23和夹送辊18送入结晶器10内，待封好环形结晶腔后再通过钢水包6和浇铸槽7将钢水5注入中间包8，在切向冲击力作用下钢水在结晶器内不停地旋转，同时受到内、外结晶器冷却壁的强制冷却迅速结晶成坯壳，钢水先接触引锭头并与其凝固在一起，这时引锭杆26在牵引辊13的牵引下缓慢下移，当管坯被拉出结晶器时，喷淋装置14将汽水喷在管坯15上，在牵引过程中，管坯受到二次冷却，同时随引锭杆26继续下移。当管坯15移过切割器17时，夹紧器19立即将管坯夹紧，这时引锭切割车16开始与管坯同步下移，同时四台切割器17启动，当切割器回转90度时，管坯即被切断，这时夹紧器19立刻打开，夹送辊18迅速把带有坯头的引锭杆26送入翻转辊道23，同时引锭切割车16在牵引装置21拉动下迅速上升到原来位置，等待切割下一根管坯。引锭杆装入翻转辊道23后，通过油缸24将其翻转90度处在水平状态时，夹送辊道32将引锭杆26推上取送辊道27。在切割管坯时工作程序与上述相同，这时翻转辊道23翻转90度成水平位置时，再由夹送辊道32将管坯送到右侧的输送辊道25上。

Claims (7)

1、一种立式无缝钢管空心管坯连铸机，其特征是由垂直安装的内结晶器(1)、外结晶器(10)、牵引辊(13)、引锭切割车(16)、翻转辊道(23)组成。

a、内结晶器(1)通过振动器(2)安装在上机架(28)上，在其上口安装的冷却水进口(3)和出水口(4)分别与结晶器内的进水管(33)和出水管(34)相通；内结晶器(1)沿轴向由上、中、下三个冷却段组成，上冷却段处在中间包(8)中钢水以上，其中冷却段处在中间包的钢水中和外结晶器(10)的A冷却段之间，它是钢水冷却结成坯壳的主要区段；下冷却段处在外结晶器(10)的B、C冷却段和结晶器以外位置，它是管坯形成坯壳后的强冷却区段；该段内结晶器的截面，是由原来环型整体结构变为四“瓣”组合的圆型结构，各“瓣”都有独立的进、出水通道，由于这种结构特点，各“瓣”均有径向弹力。

b、外结晶器(10)是由金属外壳(35)、内冷铜套(36)、高压水喷头(37)组成；它是通过钢水的出口盘(9)安装在中间包(8)的底部，中间包(8)固定在中机架(29)上，外结晶器(10)的冷却室沿轴向分为A、B、C三个冷却段，各段均有独自的高压水进水口(11)和排水口(12)，冷却水经高压水通道(38)注入高压水腔(39)，再经高压水喷头(37)均匀喷在内冷铜套(36)上；冷却水带着大量热量经低压水腔(40)、排水通道(41)和排水口(12)排出结晶器；在外结晶器下侧设有牵引辊(13)、喷淋装置(14)，管坯在牵引过程中受到二次冷却。

c、引锭切割车(16)设在牵引辊(13)下侧，它是由切割器(17)、夹送辊(18)、升降小车(20)、牵引装置(21)和轨道(22)组成，其中切割器(17)安装在升降小车(20)的上侧，夹送辊(18)和夹紧器(19)安装其下侧，升降小车(20)在牵引装置(21)的带动下可沿轨道(22)上、下升降。

d、翻转辊道(23)设在引锭切割车(16)下侧，并与其保持一定升降距离，在翻转辊道右侧设有管坯输送辊道(25)，左侧安装取送辊道(27)和停放引锭杆(26)，它是由接钢筒(31)、夹送辊道(32)、油缸(24)组成。

2、根据权利要求1所述的一种立式无缝钢管空心管坯连铸机，其特征在于将内结晶器(1)和外结晶器(10)组合起来使用，它不仅能生产各种规格的空心管坯，尤其适合生产大直径和难以穿孔的合金钢管坯；其中内结晶器(1)上端通过振动器(2)安装在上机架(28)上，下半部从钢水和外结晶器(10)中穿过，在其上口处设有冷却水进口(3)和出水口(4)分别与结晶器内的进水管(33)和出水管(34)相通。

3、根据权利要求1所述的一种立式无缝钢管空心管坯连铸机，其特征在于内结晶器(1)的下冷却段的截面由原来的环型整体结构变为四“瓣”组合的圆型结构，并且各“瓣”都有独立的进、出水通道，由于这样的结构特点，各“瓣”均有径向弹力，在此弹力作用下，各“瓣”始终紧贴在管坯内壁，这使管坯内壁得到最充分的冷却，采用这种结构，即消除了管坯内壁与结晶器间的“气隙”，又避免了因管坯收缩将内结晶器“箍死”的事故发生，还可以将内结晶器设计的更长，使管坯得到更充分的冷却。

4、根据权利要求1所述的一种立式无缝钢管空心管坯连铸机，其特征是所述的外结晶器(10)采用高压水喷淋方式冷却内冷却铜套(36)，并且冷却室沿轴向分为A、B、C三个冷却段，各段均有独自的高压冷却水进、出通道，这种结构特点使冷却水调整更加方便灵活，在铸坯时可根据管坯结晶状况及时调整各段冷却水的流量和水压，从而使管坯得到最佳的冷却效果。

5、根据权利要求1所述的一种立式无缝钢管空心管坯连铸机，其特征是所述的中间包(8)上侧的两个浇铸槽(7)和(7a)安装在中间包(8)上口处的切线位置，其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(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，同时有利于夹杂物和气泡的上浮，这对提高管坯铸造质量十分有利。

6、根据权利要求1所述的一种立式无缝钢管空心管坯连铸机，其特征在于所述的引锭切割车(16)是将引锭机构和切割装置设计在一起的，故车上设备切割器(17)、夹送辊(18)、夹紧器(19)可一机两用：其一开始铸坯时车上设备用作牵引管坯，即由夹送辊(18)将引锭杆(26)送入结晶器(10)内，再将凝固的管坯从中拉出；其二是铸坯进入正常运行状态时，车上设备用作切割管坯，由切割器(17)将拉出的空心管坯(15)切成定尺，再由夹送辊(18)送入翻转辊道(23)。

7、根据权利要求1所述的一种立式无缝钢管空心管坯连铸机，其特征是所述的翻转辊道(23)是由接钢筒(31)、夹送辊道(32)、油缸(24)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(24)推拉下翻转90度，这便使翻转辊道(23)具备两个功能：即开始铸坯时用于取、送引锭杆(26)；当铸坯进入正常生产状态时，则用来接、送定尺空心管坏(15)。

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