一种不锈钢/碳钢复合板浇注系统以及生产系统的制作方法

本发明涉及双金属复合材料的制备领域，具体涉及一种不锈钢/碳钢复合板浇注系统以及生产系统。

背景技术：

随着工业与科技的快速发展，材料的综合性能要求正在不断提高。尤其在能源输送、海洋工程、石油化工等领域，高磨损或高腐蚀环境下除了要考虑材料本身的机械性外，还必须采用相应的抗磨损或抗腐蚀材料以防止造成的破坏环境。不锈钢复合板通过在碳钢或低合金钢钢板上以一定工艺结合一层具有高耐蚀性不锈钢的层状复合材料，适应高腐蚀环境的同时极大地节约了昂贵的不锈钢用量，可以显著降低生产成本。

目前，绝大多数不锈钢复合板生产均采用固固复合连接方式，其中爆炸复合法环境污染严重，自动化程度低，无法实现连续生产；轧制复合法相对而言生产效率较高，但结合界面极易受氧化影响，降低界面结合强度。

相较于固固复合连接方式，固液复合连接对结合层氧化皮的要求并不十分严格，且该法通过界面熔合实现冶金连接，强度足以满足后续热轧要求。同时，固液复合法生产的铸坯减小了热轧前结合面预加工的工作量，能够显著提高生产效率。

综上所述，目前还没有一种通过固液复合法高效生产大规格双层不锈钢/碳钢复合板的系统。为解决复合板固液复合浇注过程中的温度控制问题、表面质量问题、生产效率问题，开发一种新型的不锈钢/碳钢固液复合浇注设备显得尤为关键。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种不锈钢/碳钢复合板浇注系统以及生产系统，以解决现有不锈钢/碳钢复合板制作效率低、质量差的问题。

本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种不锈钢/碳钢复合板浇注系统，包括加热炉、行车通道、浇包、用于加热浇包内钢水的钢水处理站、中间包以及液位检测装置；所述行车通道设置在所述加热炉的上方用于调运浇包，所述浇包可移动地设置在所述行车通道上，所述中间包设置在所述浇包的下方；

所述浇包的底部设有与所述中间包相对应的滑动水口，所述中间包的底部设有连通中间包和加热炉的长水口，所述长水口位于所述中间包的一侧设有塞棒控流装置，所述长水口位于所述加热炉的另一侧设有导流碳钢管，所述液位检测装置设置在制备所述不锈钢/碳钢复合板的不锈钢模具中，所述不锈钢模具在浇注过程中位于所述加热炉内。

进一步地，在本发明较佳的实施例中，所述加热炉内设有加热系统和气氛保护系统。

本发明还提供了一种不锈钢/碳钢复合板的生产系统，包括上述的浇注系统、模具组件、模具运输平台以及热处理机构；

所述模具运输平台包括导轨以及配合连接在所述导轨上的模具输送车，所述模具组件位于所述模具输送车内，所述导轨横向贯穿所述加热炉并延伸至热处理机构内，所述模具输送车与所述浇注系统相对应，且所述模具组件与所述导流碳钢管相对应。

进一步地，在本发明较佳的实施例中，所述模具组件包括不锈钢模具以及连接在所述不锈钢模具外围的夹持模具。

进一步地，在本发明较佳的实施例中，所述不锈钢模具包括两片相对设置的不锈钢板、设置在两片不锈钢板端部之间的边板以及设置在两片不锈钢板底部之间的底板，所述两片不锈钢板、边板及底板之间共同形成模具空腔。

进一步地，在本发明较佳的实施例中，所述夹持模具包括设置在所述不锈钢板外壁面上的夹持侧板、设置在所述边板外壁面上的夹持边板以及设置在所述底板外壁面上的夹持底板，且所述夹持侧板与所述夹持边板之间、所述夹持侧板与所述夹持底板之间均通过插销连接。

进一步地，在本发明较佳的实施例中，所述夹持侧板、夹持边板以及夹持底板共同形成有供不锈钢模具放入的夹持空腔，且所述夹持空腔的大小与所述不锈钢模具的大小相适配。

进一步地，在本发明较佳的实施例中，所述夹持侧板上设置有吊具。

进一步地，在本发明较佳的实施例中，所述不锈钢模具上方安装有保温冒口。

进一步地，在本发明较佳的实施例中，所述热处理机构采用热处理池。

本发明具有以下有益效果：本发明所提供的一种不锈钢/碳钢复合板浇注系统以及生产系统，该系统可靠，生产过程流畅，自动化程度高，无需大量人工操作，提高了产品稳定性及生产效率；采用固液复合的方式生产不锈钢/碳钢复合板，降低了生产过程对真空度的要求，不锈钢/碳钢界面间通过熔合实现冶金结合，强度足以满足后续热轧生产的需求；通过设计内、外双层模具的方式，简化了采用砂型铸造或消失模铸造进行固液复合时复杂的前置工艺流程，并可适应多种规格、多种成分的生产要求；同时夹持模具可以重复利用，方便模具运输过程的同时，起到预防不锈钢模具鼓肚变形，提升复层表面质量的作用。

附图说明

图1为本发明生产流程示意图；

图2为本发明不锈钢模具示意图；

图3为本发明夹持模具示意图；

图4为本发明加热炉区域俯视图；

图5为本发明浇注复合成型后模具组件示意图；

图1至图5中所示附图标记分别表示为：1-加热炉，2-行车通道，3-浇包，4-钢水处理站，5-中间包，6-滑动水口，7-长水口，8-塞棒控流装置，9-导流碳钢管，10-模具组件，11-模具运输平台，110-导轨，111-模具输送车，101-不锈钢板，102-边板，103-底板，104-模具空腔，106-夹持侧板，107-夹持边板，108-夹持底板，109-吊具。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。

如图1所示，本发明的不锈钢/碳钢复合板的浇注系统，包括：加热炉1、行车通道2、钢水处理站4、浇包3、中间包5以及液位检测装置。

行车通道2位于整个浇注系统的上方，其用于调运浇包3，将浇包3调运至中间包5的上方，以向中间包5中注入碳钢液。具体地，行车通道2设置在加热炉1的上方。钢水处理站4与浇包3连接以处理浇包3内的碳钢液，通过钢水处理站4对浇包3内的碳钢液进行温度和成分控制，使之满足浇注要求。

浇包3可移动地设置在行车通道2上。浇包3悬吊在行车通道2上，沿行车通道2移动，将其调运至中间包5的上方，以注入碳钢液。本发明通过行车通道2对浇包3进行调运控制，提高了操作方便快捷，而且通过移动中间包5还可以对不同加热炉1上的中间包5进行碳钢液的注入，从而实现大规模连续生产，大大提高生产效率。浇包3的底部设有与中间包5相对应的滑动水口6，通过滑动水口6向中间包5中注入碳钢液。

中间包5设置在浇包3的下方。为便于固定安装以及与加热炉1连通的便利性，中间包5同时设置在加热炉1的顶部。中间包5的底部设有连通中间包5和加热炉1的长水口7。长水口7位于中间包5的一侧设有塞棒控流装置8，用于控制碳钢液的流入速度，避免因速度过快对不锈钢模具内表面冲刷，而影响界面结合，同时也避免因速度过慢而降低生产效率。长水口7位于加热炉1的另一侧设有导流碳钢管9。导流碳钢管9用于将浇注液导向不锈钢模具的腔体中部，避免浇注液对不锈钢模具内壁冲刷，而且导流碳钢管9材质与浇注液相同，均为碳钢，在起到导流作用的同时也不会因材质不同而引入新的杂质。液位检测装置设置在制备不锈钢/碳钢复合板的不锈钢模具中，用于实时监测浇注液的液位变化，使得塞棒控流装置8根据检测到的液位变化来控制浇注液的流速，避免浇注液对不锈钢模具内壁的冲刷。不锈钢模具在浇注过程中位于加热炉1内。加热炉1内设有加热系统和气氛保护系统。

具体的，需要说明的是，本发明所指的“滑动水口”，是指在水口(意为钢液流出的出口，也可理解为通孔结构)设置滑板的方式来控制浇包与中间包之间的联通状态。本发明所指的“长水口”，是指在水口设置长管的方式来连通中间包和加热炉。本发明采用的塞棒控流装置的工作原理是，通过在长水口内设置棒状塞子，使塞子在长水口内沿长管上下移动，调节长水口大小，从而来控制钢液加热炉的流量大小。塞子完全拔出来时水流最大，一般情况下通过塞子部分堵塞水口来控制钢液流速，一般通过液压控制耐火材料材质的塞棒垂直移动调整流量。塞棒控流装置的具体结构可以参照现有技术中的结构实现，本发明对此不做也别限定。

为避免碳钢液对不锈钢模具内壁的冲刷而导致结合面性能降低，从而影响整个复合板的性能，本发明通过液位检测装置(也可称之为液位检测系统或液位波动检测系统)对液位进行监控，通过液面波动变化的剧烈程度来调节塞棒控流装置的流速大小。当液面波动剧烈时，通过数值模拟技术，将检测到的信号传递给控制器，然后控制器根据检测的信号调节塞棒控流装置调节流速大小，由此避免碳钢液对不锈钢模具内壁的冲刷。控制器为外接的控制设备，可选择上位机或plc。前述所指的液位的剧烈程度是指单位时间内液面的变化高度，根据变化高度是否超过预设阈值来判断，超过则判断为剧烈，此时需要减小流速，反之，则可不变或适当增大流速。

本发明还提供了一种不锈钢/碳钢复合板的生产系统，包括浇注系统、模具组件10、模具运输平台11以及热处理机构。

模具运输平台11包括导轨110以及配合连接在导轨110上的模具输送车111，模具组件10位于模具输送车111内，模具组件10为多个，并安装在模具运输车上，在不锈钢模具上方安装保温冒口；利用模具运输平台11将模具组件10运至加热炉1前，并通过夹持模具两侧吊具109放入加热炉1中指定位置，根据模具组件10尺寸及预热温度制定加热制度，对模具组件10进行预热，预热后通过模具运输车将模具组件10经由加热炉1侧边炉门进入加热炉1并停靠在指定浇注位置，进而通过浇筑系统进行浇筑作业。进行浇筑时，待浇碳钢钢液经钢水处理站4调控温度、成分后，由顶部行车通道2将钢包吊运至加热炉1上方，通过加热炉1浇铸系统进行浇铸；所述浇铸系统包括中间包5，控流装置，液位检测系统，待浇碳钢液经中间包5分流后可实现多模具连浇、同浇，浇铸时通过液位检测系统对不锈钢模具中碳钢液面进行检测，并在线调整控流装置，确保液面平稳以减少对不锈钢板101内壁的冲刷；浇铸完毕后，由炉前装送系统将模具组件10放入模具运输平台11，并在运输过程中对夹持模具外表面进行控冷，到达热处理区后，将模具组吊入热处理池进行冷却、夹持模具脱模，不锈钢模具及内部凝固碳钢即所生产的双层不锈钢/碳钢复合板。冷却完成后，对双层不锈钢/碳钢复合板进行表面处理，准备运往加热炉1或直接轧制，夹持模具去除内壁氧化皮后即可重新投入使用。加热炉1内部设有加热系统、气氛保护系统，通过加热系统控制加热炉1内部温度保持在100-1500℃，通过气氛保护系统保证生产过程始终保持惰性/还原性气氛。本实施例中固液复合板生产线加热炉1区域的俯视图如图2所示，两个加热炉1可同时对5组模具进行预热、浇注。

本发明的不锈钢/碳钢复合板可以以不锈钢作为复合层、碳钢作为基层，也可以以碳钢作为复合层、不锈钢作为基层。以本发明的技术构思作为指导，本领域技术人员还可以衍生出其他材质金属复合板的制作工艺，亦在本发明的保护范围之内，例如可用于海洋平台的钛-碳钢复合板。

其中，导轨110横向贯穿加热炉1并延伸至热处理机构内，便于模具运输平台11通过地面轨道可自动化往返于加热炉1-热处理池之间。在运输过程对模具组件10进行控冷，该控冷方式包括并不限于：空冷、喷水冷却、内部注水冷却、水淬、油淬等；该热处理方式包括退火、正火、回火、淬火中的一种或多种。

模具组件10包括不锈钢模具以及连接在所述不锈钢模具外围的夹持模具。如图3所示，所述不锈钢模具包括两片相对设置的不锈钢板101、设置在两片不锈钢板101端部之间的边板102以及设置在两片不锈钢板101底部之间的底板103，两片不锈钢板101、边板102及底板103之间共同形成模具空腔104。边板102、底板103材质与所述复合板基层碳钢材质相同，不锈钢模具边板102、底板103厚度为5-20mm，焊接前对不锈钢模具的各板表面进行精整，两块不锈钢板101内壁间距等同于基层碳钢板的厚度，焊接后模具外部尺寸与复合板产品需求一致，尺寸负偏差小于0.1mm。

如图4所示，本发明在制备过程中通过设置夹持模具一方面便于运输，另一方面夹持模具起到预防不锈钢模具鼓肚变形，提升复层表面质量。夹持模具在选材方面优选强度较高的材料，以防在制备过程中变形，从成本角度考虑，可以采用碳素结构钢q235。在加热过程中，由于复合板结构为六面矩形板材，在顶角处散热较快，因此，在加热过程中，可增加对顶角的加热密度，从而保证整体性能均匀。该夹持模具壁厚为10-50cm，夹持模具包括设置在不锈钢板101外壁面上的夹持侧板106、设置在边板102外壁面上的夹持边板107以及设置在底板103外壁面上的夹持底板108，且夹持侧板106与夹持边板107之间、夹持侧板106与夹持底板108之间均通过插销连接。夹持侧板106、夹持边板107以及夹持底板108共同形成有供不锈钢模具放入的夹持空腔，且所述夹持空腔的大小与所述不锈钢模具的大小相适配。各个板件所用材料均为q235或更高牌号碳素结构钢。夹持模具内壁各面均经过精整，使得不锈钢模具恰好放入夹持模具的夹持空腔为准，尺寸正偏差小于0.1mm，夹持模具高度方向不低于所述不锈钢模具，避免浇筑时钢液外溢。

为了提高保温效果，本发明中，所述不锈钢模具上方安装有保温冒口。通过保温冒口提高了铸件的内在质量和铸件的致密性，且保证浇注后的产品高温收缩小，外形规整。当浇筑完成后，当完全冷却后将模具上的冒口切除即可，然后进行后续热处理加工。

图5为浇注复合成型后模具组件10示意图，不锈钢模具及内部凝固碳钢即为生产的双层不锈钢/碳钢复合板。通过模具运输车将模具组件10运送至热处理区，将复合板吊入热处理池淬火，并打开插销进行脱模，待完全冷却后切除冒口，去除表面氧化皮，准备运往加热炉1或直接轧制，而夹持模具去除内壁氧化皮后即可重新投入使用。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。