一种脉冲电流辅助多金属复合管水平连铸装置的制作方法

本发明涉及一种多金属层管坯铸造装置。

背景技术：

多金属层复合管是由多种金属材料复合而成，管壁内各层金属之间通过一定的方式如变形和紧密连接结合成为一个整体。多金属层管道因为具有多层金属，融合了多种金属材料的优点，是一种新型结构和功能材料，其在强度、硬度和抗腐蚀性等方面相比于普通的无缝钢管具有明显的优势，具有优异的综合性能和经济效益。近年来，已开始部分替代传统高合金无缝钢管，被广泛应用于石油、化工、电力、海洋工程等行业，尤其是油气田、海洋平台等强腐蚀环境对多金属层复合管的需求急剧上升。

复合管因为具有明显的经济优势和优异的综合性能，在1960年以来，世界范围内都非常重视对其的研究，目前部分国家的多金属层复合管的技术制造水平已经日趋完善，处于世界领先的水平，其中以英国，美国，日本等国家为主，因为我国在复合管的研究领域起步相对较晚，目前在综合实力水平上还处于劣势。

目前多金属层复合管的生产工艺方法很多，连续铸造法作为一种新型的成型工艺，因各金属层之间直接结合，避免了界面氧化层的形成，各金属层结合界面能够直接实现冶金结合，同时其具有批量化，自动化和连续化等优点在实际的生产中得到了广泛的应用。但是冶金结合界面处常常存在一定的缺陷，如结合面晶粒粗大，结合强度较差，金属熔体结合不均匀等，这些缺陷在一定程度上影响了管坯的质量和性能，不能满足工业的生产需求，目前两种金属复合管坯较为常见，三种及以上的金属材料铸造的复合金属管坯少见，随着工业生产的需要，往往需要多种金属材料复合在一起的多金属复合管坯。

技术实现要素：

本发明的目的在于在提供一种能提高多金属层复合管坯金属结合面强度和质量的脉冲电流辅助多金属复合管水平连铸装置。

本发明主要包括脉冲电流回路组件、浇铸组件和冷却组件。脉冲电流回路组件主要包括：电源、开关、多台阶石墨芯棒、电机a、b和脉冲电流输入机构，脉冲电流输入机构又包括：导电杆、石墨块、转动轴和斜轧辊；浇铸组件主要包括外层石墨模具、多金属层管坯、外层金属、中层金属和内层金属有芯感应炉以及牵引机构；冷却组件主要包括：外冷环、中冷环和内冷环。

其中，可输出脉冲电流的脉冲电流回路组件的电源与开关相连，该开关上并联有两条线路，而每条线路上又均设有并联的两个导电杆，每个导电杆各与一个石墨块固连在一起，并且石墨块自由端的曲面和转动轴的表面对应使两者紧密接触，所述水平的转动轴一端固定在斜轧辊内且两者同轴，该斜轧辊外表面和多金属层管坯的外表面对应并与之紧密接触。所述转动轴和斜轧辊对应安装，即左侧两个转动轴的另一端和电机a输出轴上的连接件相连，于是左侧两斜轧辊分别由电机a驱动左侧两个转动轴转动，同理右侧两个转动轴的另一端和电机b输出轴上的连接件相连，于是右侧两个斜轧辊分别由电机b驱动右侧两个转动轴转动，斜轧辊在带动多金属层管坯水平移动的同时，对各金属层管壁施压，使冶金结合面更好地结合在一起。所述导电杆、石墨块、转动轴和斜轧辊组成了脉冲电流输入机构，该脉冲电流输入机构总共四组，分为左右两对，每对上下对称安装。在该四组脉冲电流输入机构之间设有一个多台阶石墨芯棒，该多台阶石墨芯棒的大直径端中部的凸台置于非导电支撑物体上并与其固定连接，对其进行定位，在每个台阶上各设两个与多台阶石墨芯棒轴线平行的轴向圆通孔，两圆通孔设在台阶内外圆的中心线上并以芯棒轴线为对称，以便金属液体分别通过圆通孔注入各台阶和管壁构成的空腔内。开关接通，脉冲电流经导电杆传递给石墨块，经石墨块传递给转动轴，后经过转动轴传递给斜轧辊，脉冲电流经过脉冲电流输入装置后穿过多金属层管坯的冶金结合面，之后脉冲电流经多台阶石墨芯流回电源负极，从而形成闭合回路。

浇铸组件在多台阶石墨芯棒大直径一侧设有外层石墨模具及两套外层金属、中层金属和内层金属有芯感应炉，其中，套在多台阶石墨芯棒外周面外的圆环形外层石墨模具一部分设在外层金属有芯感应炉内，安装位置与多台阶石墨芯棒平行，其与多台阶石墨芯棒的间隔即为多金属层管坯的最外层金属的浇铸厚度，多台阶石墨芯棒的各台阶高度即为所对应浇铸的多金属层管坯的各金属层厚度。内层金属有芯感应炉设有与多台阶石墨芯棒最里面台阶上圆通孔对应的内出液管，中层金属有芯感应炉所设的中间出液管则与多台阶石墨芯棒最里面台阶相邻的中层台阶上的圆通孔对应。牵引机构的铸轧辊分别设在与多层金属管坯上下表面对应的位置且对称分布，该铸轧辊与电机c相连，电机c可驱动铸轧辊转动，于是铸轧辊便将成型的多层金属管坯从浇铸系统中拉出，实现水平连铸的同时，对各层金属管壁施压，使冶金结合面更好的结合在一起。

冷却组件为3个中空的圆环，每个圆环上各设一个进水口和一个出水口，该3个圆环一个设在外层石墨模具的外周面上即外冷环，另外两个圆环位于外层金属管壁上，其位于外层金属管壁中部的为中冷环，其位于多台阶石墨芯棒小直径一端的为内冷环。

本发明的工作过程大致如下：安装完成之后，首先让外层金属有芯感应炉中的一号金属液体进入多台阶石墨芯棒和外层石墨模具构成的空腔，经过外冷环冷却结晶形成多金属层管坯的外层金属管壁13，经过斜轧辊和铸轧辊的驱动，多金属层管坯向前运动，接着让中层金属有芯感应炉中的二号金属液体经过圆柱孔流入外层金属管壁和多台阶石墨芯棒的台阶构成的空腔，经过中冷环冷却结晶形成多金属层管坯的中层金属管壁14，多金属层管坯继续向前运动，接着让内层金属有心感应炉中的三号金属液体通过圆柱孔进入中层金属管壁和多台阶石墨芯棒台阶构成的空腔，经过内冷环冷却结晶形成内层金属管壁15，在整个铸造过程中，通过控制开关的接通和断开来实现脉冲电流的输入，再通过控制浇铸流量，斜轧辊转速，铸轧辊转速以及外冷环、中冷环和内冷环的冷却水流速参数,使各冶金结合面达到满意的结合效果。

本发明与现有技术相比具有如下优点：

1、在多金属层复合管坯的铸造过程中通过施加脉冲电流，优化金属凝固组织，使得冶金结合面的晶粒得到细化，提高金属材料的结合强度，从而提高管坯的质量。

2、内、中、外层金属熔体各自采用独立的冷却系统和浇铸系统，能够针对不同金属材料的性质分别调节其浇铸系统温度和冷却系统的温度，从而得到良好的冶金结合面，这在很大程度上有利于提高多金属层复合管坯的质量。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2是本发明的脉冲电路结构示意图；

图3是本发明多金属层管坯的立体透视视图。

图中：1.开关，2电源，3.电机a，4.内层金属有芯感应炉，5.转动轴，6.中层金属有芯感应炉，7.外层金属有芯感应炉，8.石墨块，9.导电杆，10.斜轧辊，11.电机c，12.铸轧辊，13.外层金属管壁，14.中层金属管壁，15.内层金属管壁，16.电机b，17.多金属层管坯，18.多台阶石墨芯棒，19.内冷环，20.中冷环，21.外冷环，22.外层石墨模具，23，非导电支撑物体，24.冶金结合面1,25脉冲电流输入机构，26.冶金结合面2。

具体实施方式

在图1所示的脉冲电流辅助多金属复合管水平连铸装置的结构示意图中，脉冲电流回路组件的电源2与开关1相连，该开关上并联有两条线路，而每条线路上又均设有并联的两个导电杆9，每个导电杆各与一个石墨块固8连在一起，并且石墨块自由端的曲面和转动轴5的表面对应使两者紧密接触，所述水平的转动轴一端固定在斜轧辊10内且两者同轴，该斜轧辊外表面和多金属层管坯的外表面对应并与之紧密接触。所述转动轴和斜轧辊对应安装，即左侧两个转动轴的另一端和电机a3输出轴上的连接件相连，同理右侧两个转动轴的另一端和电机b16输出轴上的连接件相连，所述导电杆、石墨块、转动轴和斜轧辊组成了脉冲电流输入机构，该脉冲电流输入机构总共四组，分为左右两对，每对上下对称安装。在该四组脉冲电流输入机构之间设有一个多台阶石墨芯棒18，该多台阶石墨芯棒的大直径端中部的凸台置于非导电支撑物体23上并与其固定连接，在每个台阶上各设两个与多台阶石墨芯棒轴线平行的轴向圆通孔，该两圆通孔设在台阶内外圆的中心线上并以芯棒轴线为对称。

浇铸组件在多台阶石墨芯棒大直径一侧设有外层石墨模具22及两套外层金属有芯感应炉7、中层金属有芯感应炉6和内层金属有芯感应炉4，其中，套在多台阶石墨芯棒外周面外的圆环形外层石墨模具一部分设在外层金属有芯感应炉内，安装位置与多台阶石墨芯棒平行，其与多台阶石墨芯棒的间隔即为多金属层管坯17的最外金属层的浇铸厚度，多台阶石墨芯棒的各台阶高度即为所对应浇铸的多金属层管坯的各金属层厚度。内层金属有芯感应炉设有与多台阶石墨芯棒最里面台阶上圆通孔对应的内出液管，中层金属有芯感应炉所设的中间出液管则与多台阶石墨芯棒最里面台阶相邻的中层台阶上的圆通孔对应。牵引机构的铸轧辊12分别设在与多层金属管坯上下表面对应的位置且对称分布，该铸轧辊与电机c11相连。

冷却组件为3个中空的圆环，每个圆环上各设一个进水口和一个出水口，该3个圆环一个设在外层石墨模具的外周面上即外冷环21，另外两个圆环位于外层金属管壁上，其位于外层金属管壁中部的为中冷环20，其位于多台阶石墨芯棒小直径一端的为内冷环19。

以上的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。