CN101683709B - 薄带连铸连续生产中口径焊管的方法 - Google Patents

Abstract

薄带连铸连续生产中口径焊管的方法，其包括如下步骤：1)热态金属液由钢包注入到中间包，通过浸入式水口浇注到一个由两个相向旋转的水冷结晶辊和侧封装置形成的熔池中，经两个水冷结晶辊冷却形成铸带；2)铸带经过夹送辊送入在线热轧机轧制成热轧薄带；3)热轧薄带通过层流冷却，经夹送辊和飞剪装置切头和/或切尾；热轧薄带进入铣边机进行边部加工，铣边后的金属带具有良好的边部状态；4)金属带经平整后进入成型机组完成焊管成型；5)成型金属带经高频焊接完成焊管焊接。本发明薄带连铸技术和焊管工艺技术的有效结合，工艺流程短、投资成本低、生产效率高、连续生产能力强、能源利用率高，生产达到“一火成材”。

Description

薄带连铸连续生产中口径焊管的方法

技术领域

本发明涉及焊管生产工艺，特别涉及薄带连铸连续生产中口径焊管的方法。

背景技术

薄带连铸工艺技术是当今冶金领域的一项前沿性技术，至1865年Henry Bessemer提出这一想法(USPatent49053)以来，至今发展已经有140多年的历史了，但在当时由于制造技术和控制技术等相关技术发展的不够成熟，使这项技术基本处于停滞状态。直到20世纪中叶才在Al的连续铸轧工艺中得以实现，从而再一次在钢铁制造领域引起了人们的重视。

薄带连铸将连续铸造、轧制、甚至热处理等工序融为一体，使生产的薄带坯稍经冷轧就一次性形成工业成品，大大简化了从钢水到轧卷的生产工序，缩短了生产周期，使钢铁生产流程更紧凑、更连续、更高效、更环保；同时生产成本显著降低，并且生产出的薄带产品质量不亚于传统工艺。因此，薄带连铸技术近年来成为世界各国竞相开发的热点。

目前焊管的生产技术主要有ERW和UOE生产技术，ERW(ElectricResistant Welding)生产技术主要生产中口径直缝高频焊管，直径在219-610mm之间，壁厚在4-20mm之间，主要产品有套管、管线管和结构管等；UOE(U-O-Expanding)生产技术主要生产大口径直缝埋弧焊管，直径在508-1422mm之间，壁厚在6-40mm之间，主要产品有管线管和结构管等。全世界对焊管的用量正在逐年递增，2006全年焊管的累计产量已经超过2100万吨。

上述关于中口径焊管ERW技术的生产工艺流程一般先由炼钢+连铸+热轧工序得到一定厚度规格的热轧卷。精炼后的钢水经过钢包，中间包到结晶器，表层凝固的铸坯经过二冷段继续冷却至完全凝固后进行定尺火焰切割，从而完成整个连铸过程。一般传统的连铸工艺中铸坯的厚度在200mm左右，钢坯坯重一般小于30吨，钢坯的断面尺寸多为(180-200mm)×(1050-2550)mm。连铸后的铸坯经冷却、检查、修模后，进入步进梁式的加热炉内加热。达一定温度后出炉的钢坯经过高压水除磷后在带有立辊的四辊可逆式粗轧机进行4—7道次，轧制到30—50mm，送入精轧机组进行热连轧，轧制到一定厚度，焊管用的热轧板厚度要大于4mm，最后经层流冷却卷取，完成焊管的热轧基板生产过程。

然后将热轧基板输送到ERW焊管生产线，在焊管生产线前端先将热轧卷开卷，进行切头切尾、对焊工序，后进入活套装置、带钢铣边机(进行带钢边部加工)、板边及板体超声波探伤、成型机组(全排辊成型技术)、高频焊机(有高频感应焊接和高频接触焊接两类)，得到一定尺寸规格的半成品，随后是一系列的后续处理工序，主要有焊缝热处理、焊缝超声波探伤、定径、平头、水压试验、管体管端超声波探伤、外形尺寸检查、测长称重、表面涂敷等。

上述是现有中口径ERW焊管生产工艺流程，其主要缺点有：

(1)工艺流程长，从钢水的冶炼到最后的钢管成品，需要经过钢水冶炼—厚板连铸—板坯再加热—粗轧—精轧—卷取—运输—ERW产线来完成中口径焊管的制造过程，几乎占领了整个钢铁厂的一半面积；

(2)涉及的机组设备多，基建投资成本昂贵，导致生产成本较高，很多实力规模较小的钢铁企业没有能力建设中口径焊管生产线。

(3)连续性生产能力有限，整条产线要求热轧卷的供应到位，一旦热轧卷供应不到位，整个生产过程即被停滞。

(4)原始带钢不预热，只能通过降低高频焊接工序的速度来避免焊裂缺陷的发生，生产效率低，能源消耗大。

发明内容

本发明的目的是提供一种薄带连铸连续生产中口径焊管的方法，工艺流程短、投资成本低、生产效率高、连续生产能力强、能源利用率高的中口径焊管生产方法，采用薄带连铸技术和焊管工艺技术的有效结合，使中口径焊管的生产达到“一火成材”。

为了达到上述目的，本发明的技术方案是，

薄带连铸连续生产中口径焊管的方法，其包括如下步骤：

1)热态金属水由钢包注入到中间包，通过浸入式水口浇注到一个由两个相向旋转的水冷结晶辊和侧封装置形成的熔池中，经过两个水冷结晶辊的冷却形成铸带；

2)铸带经过夹送辊送入在线热轧机轧制成热轧薄带；

3)热轧薄带通过层流冷却，经过夹送辊和飞剪装置切头和/或切尾；热轧薄带进入带钢铣边机进行金属带的边部加工，经过铣边后的金属带具有良好的边部状态和清洁度，边部清洁光滑，无毛刺、孔洞、边裂、氧化皮等边部缺陷；

4)铣边后的金属带经过平整机平整后，进入成型机组完成焊管的成型工序；

5)经过成型的金属带经过高频焊接完成中口径焊管的焊接。

进一步，热轧薄带在夹送辊之间形成可确保后续焊管的连续生产的活套；一定量的活套可作为生产过程的缓冲，可储备金属带，确保后续焊管的连续生产。

又，焊管机组成型方式为辊式成型、排辊成型和立辊成型。

另外，本发明高频焊接采用高频感应焊接或高频接触焊接。

再有，本发明所述的金属液包括黑色金属或有色金属。

所述的焊管包括钢管、或铜管、或铝管。

以生产钢管焊管为例，铣边后的带钢经过平整机平整后，进入全排辊成型机组完成焊管的成型工序，焊管机组成型方式有辊式成型、排辊成型和立辊成型等多种型式，其中排辊成型法是20世纪70年代开始出现的，目前已成为中口径焊管成型机组的主要成型法，排辊成型是由辊式成型演变而来的一种新的成型技术，采用全排辊成型技术可以防止带钢边缘产生折皱。因为它可以通过沿带钢轴线方向边缘外侧的轧辊群控制边缘延伸，同时轧辊群由外侧束缚带钢边缘，将边缘外侧作为压缩变形形式被吸收。所以这是一种既能保持连续塑性弯曲，又能防止边缘延伸和吸收延伸的成型技术。可有效减少带钢成型后的错边及边缘波浪等缺陷，在生产薄壁管时优势明显。

其中感应焊覆盖全规格范围，在实际生产中可根据不同的产品品种需要，分别采用感应焊或接触焊，以节约生产成本，保证产品质量。这种高频焊机具有同心度高、尺寸精度高、壁厚均匀、焊缝质量优良等优点。进入高频焊接工序前，经过成型的带钢本身带有200—400℃的温度(这一温度的精确值可以根据焊接工艺的需要，通过调节控制层流冷却***9来实现)，这是一个有别于目前焊管生产线的特点，目前的焊管生产线一般不对带钢进行预热，带钢在高频焊接时焊缝区域温度会急剧升高，因此很容易出现焊缝与焊缝较远区域较大的温度差异，从而容易出现焊裂缺陷，实际生产线一般的做法是，降低高频焊接时管体运行的速度，使管体的温度升高来避免这个问题的出现，这样就在一定程度上降低了生产效率。而在本发明中，利用带钢本身的余热，有效减小在高频焊接时焊缝与焊缝周围管体的温差，有效防止了焊裂缺陷的发生，同时，可以加快高频焊接的速度，提高了生产效率，节约了能源。

至此，完成了焊管半成品的制造，随后的焊管后续处理工序和设备，可以应用现有成熟技术和设备来完成，比如：采用在线中频感应装置(功率可达2400KW)对焊缝进行热处理，改进焊缝韧性，实现焊管的“无缝化”；采用超声波探伤设备对焊缝、管体、管端进行探伤，以保证最终产品的合格；采用带二辊扭转机架的定径机架实现对圆管的定径操作；采用管线管水压机或套管水压机等水压设备对焊管进行水压试验；等等。最终实现中口径焊管的整个制造过程。

本发明采用薄带连铸技术结合管成型高频焊接工序，使中口径焊管的生产真正实现“一火成材”。

(1)传统焊管采用常温焊接。本发明由于薄带连铸生产出来的带钢自身具有较高的温度，可以减小在高频焊接时焊缝与周围基体的温差，有效防止焊裂缺陷。

(2)传统焊管管壁较厚。本发明由于薄带连铸有快速凝固及细晶效应，即使同样的成分，生产出来的钢带在强度等力学性能上面要优于传统工艺，因此本发明生产的焊管，在同样的强度使用要求上，规格尺寸可以适当减薄。高强、减薄(轻量化)是未来钢铁产品发展的趋势。

本发明连续生产能力强，制造方便，而且大大减少基建投资，具有明显的实用性。

本发明的有益效果

(1)本发明上述布置(薄带连铸—ERW产线)比现有的中口径焊管生产线(钢水冶炼—厚板连铸—板坯再加热—粗轧—精轧—卷取—运输—ERW产线)工艺流程和产线长度明显缩短，厂房占地面积大为减少。

(2)本发明涉及的机组设备少，基建投资成本低，中小规模钢铁企业即有能力建设此焊管生产线。

(3)连续性生产能力强，通过薄带连铸技术与焊管工艺技术的有机结合，同时薄带连铸更适合薄规格板带的生产，因此本发明真正实现了中口径薄壁焊管的“一火成材”，从“源头”上提高了生产效率。

(4)由于薄带连铸的快速凝固及细晶效应，即使同样的成分，生产出来的钢带在力学性能上面要优于传统工艺，因此本发明生产的焊管，在同样的强度使用要求上，可以适当选择较薄规格的产品，减薄(轻量化)的直接效果是为用户降低了购买成本。

(5)本发明中，利用带钢本身的余热，有效减小了在高频焊接时焊缝与焊缝周围管体的温差，有效防止了焊裂缺陷的发生；同时，可以加快高频焊接的速度，提高了生产效率，节约了能源。

(6)本发明特别适用于有色金属领域，因为用薄带来做熔点相对较低的铜管、铝管，更具有优势。

附图说明

图1为本发明薄带连铸连续生产中口径焊管的工艺流程图。

具体实施方式

下面参照附图来详细描述本发明的优选实施例。

图1示出了本发明的优选实施例。热态钢水由钢包(通过传统的钢包回转台以保证钢水的连续供应)注入到中间包1，通过浸入式水口2浇注到一个由两个相向旋转的水冷结晶辊3和侧封装置4形成的熔池中，经过水冷结晶辊3的冷却形成宽度为1100mm、厚度为5—10mm的铸带5。

铸带5经过夹送辊6送入在线热轧机7中轧制成厚度为4～8mm(热轧变形量至少20％)的热轧薄带8，然后热轧薄带8通过层流冷却***9，经过夹送辊10和飞剪装置11。

飞剪装置11主要用于作业开始时的切头和结束时的切尾操作，以及异常情况时的钢带中间切断操作，中途正常工作时，不使用此设备。

热轧薄带8在夹送辊12、13之间形成活套，一定量的活套可作为生产过程的缓冲，可储备钢带，确保后续焊管的连续生产。

薄带8然后进入带钢铣边机14进行带钢的边部加工，铣边量为两边各15mm，经过铣边后的带钢(宽度为1070mm)具有良好的边部状态和清洁度，边部清洁光滑，无毛刺、孔洞、边裂、氧化皮等边部缺陷。

铣边后的带钢经过平整机15平整后，进入全排辊成型机组16完成焊管的成型工序。

经过成型的带钢随后采用高频感应焊接装置17，完成直径为340.6mm中口径焊管的焊接工序。

进入高频焊接17工序前，经过成型的带钢本身带有200～400℃的温度(这一温度的精确值可以根据焊接工艺的需要，通过调节控制层流冷却***9来实现)，利用带钢本身的余热，有效减小在高频焊接时焊缝与焊缝周围管体的温差，有效防止了焊裂缺陷的发生，同时，可以提高高频焊接的速度至传统工艺的2倍，大大提高了生产效率，节约了能源。

至此，完成了焊管半成品的制造，随后的焊管后续处理工序和设备，可以应用现有成熟技术和设备来完成，比如：采用在线中频感应装置(功率可达2400KW)对焊缝进行热处理，改进焊缝韧性，实现焊管的“无缝化”；采用超声波探伤设备对焊缝、管体、管端进行探伤，以保证最终产品的合格；采用带二辊扭转机架的定径机架实现对圆管的定径操作；采用管线管水压机或套管水压机等水压设备对焊管进行水压试验；等等。最终实现直径为340.6mm、厚度为4～8mm中口径焊管的整个制造过程。

利用上述布置(薄带连铸+ERW产线)的方法及设备制造中口径焊管，具有生产工艺稳定，产线长度短，厂房占地面积少等优点；特别适合薄壁焊管的生产，整个生产过程连续性强，通过薄带连铸技术与焊管工艺技术的有机结合，真正实现了中口径薄壁焊管的“一火成材”，从“源头”上提高了生产效率；同时，能源利用率高，充分利用带钢本身的余热，有效减小了在高频焊接时焊缝与焊缝周围管体的温差，有效防止了焊裂缺陷的发生。

Claims (8)

1.薄带连铸连续生产中口径焊管的方法，其包括如下步骤：

1)热态金属液由钢包注入到中间包，通过浸入式水口浇注到一个由两个相向旋转的水冷结晶辊和侧封装置形成的熔池中，经过两个水冷结晶辊的冷却形成铸带；

2)铸带经过夹送辊送入在线热轧机轧制成热轧薄带；

3)热轧薄带通过层流冷却，经过夹送辊，热轧薄带进入铣边机进行金属带的边部加工，经过铣边后的金属带具有良好的边部状态和清洁度，边部清洁光滑；

4)铣边后的金属带经过平整机平整后，进入成型机组完成焊管的成型工序；

5)经过成型的金属带经过高频焊接完成中口径焊管的焊接。

2.如权利要求1所述的薄带连铸连续生产中口径焊管的方法，其特征是，还设飞剪装置，在作业开始时切头和结束时切尾操作，以及在异常情况时钢带中间切断操作。

3.如权利要求1所述的薄带连铸连续生产中口径焊管的方法，其特征是，步骤3)热轧薄带在夹送辊之间形成可确保后续焊管的连续生产的活套。

4.如权利要求1所述的薄带连铸连续生产中口径焊管的方法，其特征是，焊管成型方式为辊式成型、排辊成型或立辊成型。

5.如权利要求1所述的薄带连铸连续生产中口径焊管的方法，其特征是，焊管成型方式为全排辊成型。

6.如权利要求1所述的薄带连铸连续生产中口径焊管的方法，其特征是，高频焊接采用高频感应焊接或高频接触焊接。

7.如权利要求1所述的薄带连铸连续生产中口径焊管的方法，其特征是，金属液包括黑色金属或有色金属。

8.如权利要求1所述的薄带连铸连续生产中口径焊管的方法，其特征是，所述的焊管包括钢管、或铜管、或铝管。

Images