专利名称：一种立式无缝钢管空心管坯连铸机的制作方法
技术领域：
本实用新型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。
实用新型内容为了克服原有技术的缺点和不足，本实用新型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。
本实用新型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1、外结晶器10、牵引辊13、引锭切割车16和翻转辊道23五部分设备组成，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，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；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冷却段和外结晶器以下位置，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圆型整体结构变为四“瓣”组合的圆型结构，各“瓣”都有独立的进、出水通道，并且各“瓣”之间留由一定的间隙，由于这种多“瓣”组合的结构特点，使各“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、高压水通道38、高压水腔39、低压水腔40、排水通道41、高压水进口11和排水口12组成，它通过钢水出口盘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从排水口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通过四个导向轮与轨道22滚动接触，并在牵引装置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。
本实用新型的优点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多“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45度斜角，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。
图1、一种立式无缝钢管空心管坯连铸机主视图图2、内结晶器纵向结构剖视图图3、内结晶器上冷却段横向剖视图图4、内结晶器中冷却段横向剖视图图5、内结晶器下冷却段横向剖视图图6、外结晶器纵向结构剖视图图7、外结晶器横向结构剖视图图8、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右侧设有空心管坯15的输送辊道25，左侧安装了引锭杆26的取送辊道27。
见图2、图3、图4、图5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圆型整体结构变为四“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。
见图6、图7外结晶器10是由金属外壳35、内冷铜套36、高压水喷头37、高压水通道38、高压水腔39、低压水腔40、排水通道41、高压水进水口1和排水口12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，其中内冷却铜套36安装在外结晶器内侧，高压水喷头37按不同密度分别安装在三个冷却室高压水腔39的内壁上；高压水腔39由内、外金属壳35组合而成，半环形高压水通道38通过进水孔与高压水腔39相通，低压水腔40与排水通道41之间有过桥水管穿过高压水腔39相联接。
见图8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。
权利要求1.一种立式无缝钢管空心管坯连铸机，其特征在于本连铸机是由内结晶器(1)、外结晶器(10)、牵引辊(13)、引锭切割车(16)、翻转辊道(23)组成，其中a、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，并通过振动器(2)安装在上机架(28)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，下冷却段处在外结晶器(10)的B、C冷却段和外结晶器(10)以下位置，其上端冷却水进口(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；b、外结晶器(10)是由金属外壳(35)、内冷铜套(36)、高压水喷头(37)、高压水通道(38)、高压水腔(39)、低压水腔(40)、排水通道(41)、高压水进口(11)和排水口(12)组成，外结晶器(10)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；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)上侧，夹送辊(18)和夹紧器(19)安装其下侧，升降小车(20)通过四个导向轮与轨道(22)滚动接触，并且与牵引装置(21)柔性联接；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，它是由接钢筒(31)、夹送辊道(32)、油缸(24)组成，在翻转辊道(23)左侧安装引锭杆(26)的取送辊道(27)，右侧安装空心管坯(15)的输送辊道(25)。
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，其特征在于内结晶器(1)沿轴向分为上、中、下三个冷却段构成，其中内结晶器(1)的下冷却段的截面是由四“瓣”组合的圆型结构组成，各“瓣”都有独自的进、出水通道与上冷却段的冷却水进口(3)和出水口(4)相通，并且各“瓣”之间留有一定的间隙，由于这种多“瓣”组合结构特点，使各“瓣”之间均具有径向弹力。
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，其特征是所述的外结晶器(10)的冷却室沿轴向分为A、B、C三个冷却段，并且各冷却段都有独自的高压水进口(11)和排水口(12)，其内冷却铜套(36)安装在外结晶器内侧，高压水喷头(37)按不同密度分别安装在三个冷却室高压水腔(39)的内壁上；高压水腔(39)由内、外金属壳(35)组合而成，半环形高压水通道(38)通过进水孔与高压水腔(39)相通，低压水腔(40)与排水通道(41)之间有过桥水管穿过高压水腔(39)相联接。
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，其特征是所述的中间包(8)上侧的两个浇铸槽(7)和(7a)，其安装位置在中间包(8)上口的切线方向上，并且浇铸槽(7)和(7a)的出钢口与钢水液面成45度斜角。
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，其特征在于所述的引锭切割车(16)，是将引锭机构和切割装置安装在同一升降小车(20)上，其中切割装置是由四个切割器(17)组成，并且相互成90度夹角安装在小车上侧的回转盘上；引锭机构是由夹送辊(18)、夹紧器(19)、升降小车(20)和牵引装置(21)组成，其中夹送辊(18)安装在小车中心管坯通过位置的两侧，各夹送辊均与传动装置联接；夹紧器(19)安装在各夹送辊之间的位置，并且与液压系统联接。
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，其特征是所述的翻转辊道(23)的接钢筒(31)，通过销轴安装在水平辊道架上，其右侧支板下端与翻转油缸(24)联接；在接钢筒(31)两侧安装多组夹送辊组成的夹送辊道(32)，并且各夹送辊均与传动装置联接。
专利摘要本实用新型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。
文档编号B22D11/14GK2887490SQ20062000061
公开日2007年4月11日 申请日期2006年1月10日 优先权日2006年1月10日
发明者李铁铎 申请人:李铁铎