CN105149556A - 一种双金属层状复合管固液复合铸轧机 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种生产双金属层状复合管的固液复合铸轧设备，其包括机架、用于灌注铝液的浇注单元、压下及平衡调节装置以及铸轧辊单元，其还包括环形布流器以及导向支架，环形布流器外部包覆有用于使金属液保持在熔融态的加热装置。铸轧辊单元包括第一铸轧辊以及第二铸轧辊，第一铸轧辊和第二铸轧辊共同构成圆形孔型，待复合管基材由圆形孔型进入。本发明采用固液铸轧成形工艺生产双金属层状复合管，将快速凝固技术与轧制技术相结合，可以实现双金属界面的冶金结合，相比于传统生产工艺，覆层金属采用液态浇注，解决了拉拔复合、胀接复合、旋压复合等传统固-固相复合工艺对坯料尺寸和形状精度要求高等问题，具有显著节能、高效率、流程短等优点。

Description

一种双金属层状复合管固液复合铸轧机

技术领域

本发明涉及双金属层状复合材料领域，具体的涉及一种双金属层状复合管的生产设备。

背景技术

双金属复合管由内层和外层两种不同的金属管材构成，兼具刚度、强度和耐蚀、耐磨等综合性能的结构和功能材料。管层之间通过各种变形和连接技术形成紧密结合，受外力作用时，内外管材同时变形且界面不分离。近年来，随着国民经济的飞速发展，我国对石油化工、海洋开发、核能利用的管道输送技术提出了更高的要求，传统的单一金属管材难以适应复杂和极端的环境服役条件。目前具有较高强度和刚性的基层与抗环境介质腐蚀或者抗磨损能力的覆层构成的双金属复合管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，油气田、海洋平台等强腐蚀环境对双金属复合管的需求急剧上升，使得双金属复合管的开发和应用受到了广泛关注，其高效成形技术与装备研发成为行业的前沿热点。

为解决双金属复合管成形制备问题，国内外学者与行业专家先后提出了拉拔复合、滚压复合、胀接复合、旋压复合、***复合、堆焊复合、离心铸造复合和热轧复合等，对推动行业的发展和进步做出了重要贡献。利用固液复合工艺生产双金属复合管由于覆层金属采用液态浇注，解决了拉拔复合、胀接复合等传统固-固相复合工艺对坯料尺寸和形状精度要求高等问题，同时利用高温液相和轧制压力，实现基材与覆层的复合，可以获得较高的结合强度。目前固液复合工艺技术只见应用于双金属复合板带材的生产，尚未在双金属复合管生产领域上有突破性研究，如布流装置、设备方案设计等许多技术问题亟待解决。

发明内容

本发明提供了一种双金属层状复合管的生产设备，解决了利用固液复合工艺技术进行双金属复合管生产中存在的孔型布置、布流装置、复杂孔型侧封及调整机构等设备集成技术问题。

具体地，一种双金属层状复合管固液复合铸轧机，其包括机架、压下调节装置、用于灌注金属液的浇注单元以及铸轧辊单元，还包括布置在铸轧辊单元上方的环形布流器、包覆在环形布流器外部的加热装置、设置在环形布流器上部的用于引导和保持一穿过环形布流器的待复合管基材的管材导向支架；

所述铸轧辊单元包括沿水平方向并列布置且辊面相互邻接的第一铸轧辊以及第二铸轧辊，第一铸轧辊和第二铸轧辊的辊面上开设有周向环形槽，所述周向环形槽的横截面为半圆形，所述第一铸轧辊和第二铸轧辊的所述周向环形槽在邻接位置形成圆形孔型，所述圆形孔型供所述待复合管基材穿过其中，所述圆形孔型的直径设置为大于待复合管基材的直径；

所述环形布流器包括导向套、外壁以及设置在所述导向套与所述外壁之间的外腔，所述导向套供待复合管基材穿过，所述外腔与所述浇注单元流路连通，以供熔融态金属液通过，待复合管基材以及熔融态金属液在所述环形布流器的出口处汇聚并共同进入铸轧辊单元的圆形孔型，并在其中铸轧复合成形。

优选地，所述浇注单元包括前箱、盖板、立柱、支撑板、仿形侧封模具以及模具框架，所述仿形侧封模具置入所述模具框架中，所述盖板与所述模具框架通过螺柱连接，所述仿形侧封模具与模具框架外侧弧形段分别与第一铸轧辊以及第二铸轧辊的外表面呈相切位置设置并形成铸轧辊单元侧封区。

优选地，所述仿形侧封模具的材料为硅酸铝耐火材料。

优选地，所述仿形侧封模具中心开设沉头孔及与所述沉头孔相连的锥形孔和圆柱孔构成的变截面孔。

优选地，所述前箱的内部设有倾斜引流板，所述前箱的底部开设布流口，所述导向套的外部固定有阻流块形成环形布流器的入口。

优选地，所述环形布流器的外壁由剖分式外环构成，所述外环的下端为阶梯形，可放置于所述仿形侧封模具的沉头孔内，所述导向套与所述仿形侧封模具的锥形口配合形成环形布流器的出流口。

优选地，所述环形布流器的内部采用分级式布流方式，其包括第一级分流块、第二级分流块以及第三级分流块，所述第一级分流块、第二级分流块以及第三级分流块沿轴向依次设置并均匀固定在所述导向套的外部。

优选地，所述导向支架包括侧导板、立板、管材定位架以及调节环，所述侧导板上开有滑槽，所述立板上设有凸台，所述凸台与所述侧导板的上端面共同构成楔形块的水平导轨。

优选地，所述管材定位架开有固定孔和弹簧固定杆连接孔，所述调节环置于一套筒内，通过改变调节环的大小能够适应不同直径规格的复合管基材，所述管材定位架的下端安装有平衡弹簧。

优选地，所述机架为卧式机架，机架上部设置有用于调节环形布流器高度的升降调节装置，所述升降调节装置包括调整手轮、对开式滑动轴承座、丝杆、横梁和楔形块，所述楔形块与模具框架的升降斜面贴合，共同构成升降单元，楔形块位于导向支架的侧导板上支撑平面与立板凸台构成的水平导轨中，所述调整手轮依靠平键与丝杆相连，丝杆端部依靠螺纹与横梁相连，旋转调整手轮带动丝杆转动，进而带动横梁及楔形块沿水平导轨移动，推动模具框架做上下运动，实现环形布流器高度的升降调节。

本发明的优点如下所述：

1、采用固液铸轧成形工艺生产双金属层状复合管，将快速凝固技术与轧制技术相结合，可以实现双金属的冶金复合，相比于传统生产工艺，覆层金属采用液态浇注，解决了拉拔复合、胀接复合、旋压复合等传统固-固相复合工艺对坯料尺寸和形状精度要求高等问题，具有显著节能、高效率、流程短等优点。

2、在铸轧区后半段，固相覆层金属环绕包覆于基材金属管表面，形成了典型的双金属管热轧复合过程，封闭孔型轧制形成的高温大变形不但有助于获得界面良好的冶金结合效果，也有利于提高覆层金属材料的微观组织性能。

3、依靠转动调整手轮，利用丝杆旋转带动横梁水平移动，进而实现的楔形机构的上下升降动作，控制浇注单元的高度，这种调节方式能够实现在线调节，操作简便，劳动强度低，节省了大量的人力物力。

4、前箱内置倾斜导板可以使熔融态金属液快速到达布流器入口，有效降低了金属液的热量损失；环形布流器内部采用三级均布式分流方式，能够使得浇注金属液绕内层金属管呈环形均匀流出，涂覆在待复合管基材表面，极大提高了金属液浇注效率，保证了熔池液面的稳定性。仿形侧封模具安装于模具框架中，其内置锥形收口与环形布流器共同组成金属液流出口，外弧形段与铸轧辊相切配合，可有效防止金属液向两侧侧漏，起到侧封作用，确保工作的安全性。

5、侧导板上的滑槽对浇注单元的升降起到导向作用，保证了浇注单元垂直升降；管材定位架能够实现内层金属管快速对中，便于喂入铸轧辊孔型，同时可以限制在铸轧复合过程中因变形不均匀而导致的芯管末端摆动。通过调节调整环的大小，可适应内层金属管直径变化，生产不同规格复合管。

附图说明

图1为本发明的立体结构示意图；

图2为本发明的整体剖视图；

图3为本发明的铸轧辊单元；

图4为本发明中升降调节装置、浇注单元和导向支架位置关系示意图；

图5为本发明中升降调节装置结构示意图；

图6为本发明中浇注单元结构示意图；

图7为本发明中环形布流器结构示意图；

图8为本发明中分流块结构示意图；

图9为本发明中模具框架结构示意图；

图10为本发明中仿形侧封模具和立柱结构示意图；

图11为本发明中导向支架结构示意图；

图12为本发明管材定位架结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图及具体实施方式对本发明的结构及工作原理做进一步解释：

如图1及图2所示，本发明提供一种双金属层状复合管固液复合铸轧机，其包括卧式机架1、升降调节装置2、浇注单元3、待复合金属管材4、导向支架5、带孔型的铸轧辊单元6和压下调节装置7。

压下调节装置7包括旋转手轮701、齿轮702、压块703以及压轴704，旋转手轮701、齿轮702、压块703以及压轴704，依次连接。

如图3所示，铸轧辊单元6包括第一铸轧辊61以及第二铸轧辊62，第一铸轧辊61和第二铸轧辊62沿周向上均开设半圆孔槽，呈水平并列形式布置，共同构成圆形孔型63，待复合管基材由圆形孔型63进入。

如图5所示，升降调节装置2包括调整手轮201、剖分式轴承座202、丝杆203、横梁204和楔形块205。调整手轮201依靠平键与丝杆203相连，丝杆203依靠螺纹与横梁204连成一体，横梁两端平行设有楔形块205。剖分式轴承座202固定于机架1上方，从而使升降调节装置2整体固定在卧式机架1上方。

如图6所示，浇注单元3包括前箱301、导向套302、环形布流器本体303、在线加热装置304、盖板305、仿形侧封模具306、模具框架307、立柱308和支撑板309，支撑板309固定在立柱308上。前箱301底板、导向套302入口平板和支撑板309均开有圆孔，图10示出了支撑板309上开设的圆孔3091，三者之间依靠螺栓实现连接。立柱308下端设有圆柱销3081，与模具框架中的销孔3071连接，仿形侧封模具306置入模具框架307中，依靠内六角沉头螺柱实现盖板305与模具框架307的连接。

如图7至图9所示，前箱301内部设有倾斜引流板3011，底部开设布流口3012，阻流块3033与导向套302组成布流器入口，布流口3012与环形布流器303的入口相连接，环形布流器303外壁由剖分式外环3031和3032构成，外环下端为阶梯形，可放置于仿形侧封模具306的沉头孔3061内，导向套302与仿形侧封模具锥形口3062配合形成出流口；在线加热装置304为圆柱形，安装在环形布流器303的外部，呈整体包覆状设置，实现对环形布流器303的预热和在线补热，以保障金属液保持在熔融态。环形布流器303内部采用分级式布流方式，由第一级分流块3034、第二级分流块3035和第三级分流块3036均匀布置于导向套302的外部，导向套302轴向开有螺纹孔3021，各级分流块上均开有相应的沉头孔3038，依靠沉头螺钉3037可将三个分流块分别沿轴向均匀固定在导向套302上；仿形侧封模具306的弧形段3063和模具框架307中的外弧形段3077与第一铸轧辊和第二铸轧辊相切配合，对铸轧区起侧封作用。仿形侧封模具306设有沉头孔3061、锥形收口3062和圆柱孔3064，锥形收口3062与环形布流器303共同实现均匀布流，保证熔融态金属液均匀涂覆在待复合的金属管材4上。

参看图11，所述导向支架5包括侧导板501、立板502、管材定位架503以及调节环504。侧导板501上开有滑槽5012，立板502上设有凸台5021，立板502和侧导板501依靠螺栓固定于卧式机架1上。如图12所示，管材定位架503开有固定孔5031和弹簧固定杆连接孔5032，管材定位架503依靠螺栓固定在立板502上，调节环504置于套筒5033内，管材定位架503通过螺栓与立板502连接。通过改变调节环504的大小以适应不同直径规格的复合管基材。参看图1以及图4，升降调节装置2、浇注单元3和导向支架5三者整体安装在卧式机架1上，升降调节装置2依靠对开式滑动轴承202安装在机架上1，楔形块205安装在立板凸台5021和侧导板上平面5011形成的水平导轨中，同时楔形面与模具框架307上的升降斜面3075贴合，共同构成升降单元，升降平衡弹簧8依靠弹簧轴801固定于管材定位架503的正下方，弹簧轴801一端依靠螺母802固定，一端依靠螺纹连接固定于模具框架307上端面的螺纹孔3076中，模具框架307的结构如图9所示。

简述双金属层状复合管固液铸轧机各装置的使用及工作原理：

首先旋转调整手轮201带动丝杆203转动，进而带动横梁204水平移动，实现楔形块205在立板凸台5021和侧导板上平面5011形成的水平导轨中移动，楔形块205的水平横移带动模具框架307上下运动，并且垂直运动轨迹依靠模具框架307上的滑块3072在侧导板滑槽5012中做升降运动实现，模具框架307的上下运动带动浇注单元3的升降。

参看图6所示浇注单元，铸轧前，依靠升降调节装置2将浇注单元3提升至合适高度，将金属液如熔融态铝液沿倾斜引流板3011注入前箱301中，金属液经环形布流器内置分流块的分流作用，使金属液能够环绕内层金属管4呈环形均匀流出，同时能够保证金属液面的稳定性。

参看图4，将升降调节装置2、浇注单元3和升降平衡弹簧集成安装在导向支架5上，在铸轧开始前，调整浇注单元3至合适高度后，选择适当的调整环504，将待复合金属管材4依次穿过调整环504、环形布流器303的导向套302后，顺利喂入两铸轧辊形成的圆形孔型63内。

双金属复合管固液铸轧生产过程是：

1、利用压下调节装置7的旋转手轮701，使第一铸轧辊61与第二铸轧辊62对中压靠形成圆形孔型63；利用升降调节装置2将浇注单元3调整至合适高度，开启铸轧机使其进入空转状态；

2、将待复合金属管材进行外表面除锈、清洗、烘干处理后，依次穿过调整环504和布流器导向套302后，顺利喂入铸轧辊孔63内；

3、将覆层熔融态金属液沿倾斜引流板注入前箱，金属液经环形布流器303分流后注入由仿形侧封模具306和带有孔型的铸轧辊单元6、待复合金属管材4共同构成的环形结晶器内，在快速凝固与轧制压力作用下，实现覆层金属与待复合金属管材的冶金复合。

下面结合具体实施例对本发明设备使用方式具体说明：

实施例1：

以钢/铝双金属层状复合管为例，采用本发明设备加工生产钢/铝层状复合管，选用外径为壁厚为4mm的Q235无缝钢管作为待复合金属管材4，工业纯铝作为覆层材料，生产覆层金属厚度为2.5mm的钢/铝复合管。

1、首先将待复合Q235金属管4外表面进行去除氧化铁皮和脱脂等处理，使其表面洁净；

2、将铝锭融化，加热到700℃并保温；

3、利用升降调节装置2将浇注单元3调整至合适高度，开启加热装置304，将环形布流器303预热至250℃，设定铸轧速度为1.2m/min，开启铸轧机进入空转待机状态；

4、将待复合金属管材4依次穿过内径为的调整环504、布流器导向套302后，顺利喂入铸轧辊圆形孔型内，圆孔型直径为

5、将700℃熔融态铝液注入前箱301，由引流板引流进入环形布流器303内，经过环形布流器303内部分流块分流后在出口处实现环形均匀出流，连续均匀地注入由仿形侧封模具306、带有孔型的铸轧辊单元6以及待复合金属管材4共同构成的环形结晶器内，在第一铸轧辊61和第二铸轧辊62的快速凝固与轧制压力作用下，使覆层金属与内层钢管表面间形成可靠的冶金结合，从而实现利用固液铸轧技术生产规格为外径覆层铝厚度为2.5mm的钢/铝复合管。

实施例2：

以铜/铝双金属层状复合管为例，采用本发明设备加工生产铜/铝层状复合管，选用外径壁厚2mm工业紫铜管作为待复合金属管材4，工业纯铝作为覆层材料，生产覆层金属厚度为2mm的铜/铝复合管。

1、首先将待复合铜管4外表面进行去除氧化铁皮和脱脂等处理，使其表面洁净；

2、将铝锭融化，加热到700℃并保温；

3、利用升降调节装置2将浇注单元3调整至合适高度，开启加热装置304，将环形布流器303预热至250℃，设定铸轧速度为1.2m/min，开启铸轧机进入空转待机状态；

4、将待复合金属管材4依次穿过内径为的调整环504、布流器导向套302后，顺利喂入铸轧辊圆形孔型内，圆孔型直径为

5、将700℃熔融态铝液注入前箱301，由引流板引流进入环形布流器303内，经过布流器内部分流块分流后在出口处实现环形均匀出流，连续均匀地注入由仿形侧封模具306、带有孔型的铸轧辊单元6和待复合金属管材4外表面构成的环形结晶器内。在第一铸轧辊61和第二铸轧辊62的铸轧辊的快速凝固与轧制压力作用下，使覆层金属与内层铜管间形成可靠的冶金结合，从而实现利用固液铸轧技术生产规格为外径覆层铝厚度为2mm的铜/铝复合管。

最后应说明的是：以上所述的各实施例仅用于说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或全部技术特征进行等同替换；而这些修改或替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (10)

1.一种双金属层状复合管固液复合铸轧机，其包括机架、压下调节装置、用于灌注金属液的浇注单元以及铸轧辊单元，其特征在于：还包括布置在铸轧辊单元上方的环形布流器、包覆在环形布流器外部的加热装置、设置在环形布流器上部的用于引导和保持一穿过环形布流器的待复合管基材的管材导向支架；

所述铸轧辊单元包括沿水平方向并列布置且辊面相互邻接的第一铸轧辊以及第二铸轧辊，第一铸轧辊和第二铸轧辊的辊面上开设有周向环形槽，所述周向环形槽的横截面为半圆形，所述第一铸轧辊和第二铸轧辊的所述周向环形槽在邻接位置形成圆形孔型，所述圆形孔型供所述待复合管基材穿过其中，所述圆形孔型的直径设置为大于待复合管基材的直径；

所述环形布流器包括导向套、外壁以及设置在所述导向套与所述外壁之间的外腔，所述导向套供待复合管基材穿过，所述外腔与所述浇注单元流路连通，以供熔融态金属液通过，待复合管基材以及熔融态金属液在所述环形布流器的出口处汇聚并共同进入铸轧辊单元的圆形孔型，并在其中铸轧复合成形。

2.根据权利要求1所述的双金属层状复合管固液复合铸轧机，其特征在于：所述浇注单元包括前箱、盖板、立柱、支撑板、仿形侧封模具以及模具框架，所述仿形侧封模具置入所述模具框架中，所述盖板与所述模具框架通过螺柱连接，所述仿形侧封模具与模具框架外侧弧形段分别与第一铸轧辊以及第二铸轧辊的外表面呈相切位置设置并形成铸轧辊单元侧封区。

3.根据权利要求2所述的双金属层状复合管固液复合铸轧机，其特征在于：所述仿形侧封模具的材料为硅酸铝耐火材料。

4.根据权利要求3所述的双金属层状复合管固液复合铸轧机，其特征在于：所述仿形侧封模具中心开设沉头孔及与所述沉头孔相连的锥形孔和圆柱孔构成的变截面孔。

5.根据权利要求2所述的双金属层状复合管固液复合铸轧机，其特征在于：所述前箱的内部设有倾斜引流板，所述前箱的底部开设布流口，所述导向套的外部固定有阻流块形成环形布流器的入口。

6.根据权利要求1所述的双金属层状复合管固液复合铸轧机，其特征在于：所述环形布流器的外壁由剖分式外环构成，所述外环的下端为阶梯形，可放置于所述仿形侧封模具的沉头孔内，所述导向套与所述仿形侧封模具的锥形口配合形成环形布流器的出流口。

7.根据权利要求4所述的双金属层状复合管固液复合铸轧机，其特征在于：所述环形布流器的内部采用分级式布流方式，其包括第一级分流块、第二级分流块以及第三级分流块，所述第一级分流块、第二级分流块以及第三级分流块沿轴向依次设置并均匀固定在所述导向套的外部。

8.根据权利要求1所述的双金属层状复合管固液复合铸轧机，其特征在于：所述导向支架包括侧导板、立板、管材定位架以及调节环，所述侧导板上开有滑槽，所述立板上设有凸台，所述凸台与所述侧导板的上端面共同构成楔形块的水平导轨。

9.根据权利要求8所述的双金属层状复合管固液复合铸轧机，其特征在于：所述管材定位架开有固定孔和弹簧固定杆连接孔，所述调节环置于一套筒内，通过改变调节环的大小能够适应不同直径规格的复合管基材，所述管材定位架的下端安装有平衡弹簧。

10.根据权利要求1所述的双金属层状复合管固液复合铸轧机，其特征在于：所述机架为卧式机架，机架上部设置有用于调节环形布流器高度的升降调节装置，所述升降调节装置包括调整手轮、对开式滑动轴承座、丝杆、横梁和楔形块，所述楔形块与所述模具框架的升降斜面贴合，共同构成升降单元；所述楔形块位于导向支架的侧导板上支撑平面与立板凸台构成的水平导轨中，所述调整手轮依靠平键与丝杆相连，丝杆端部依靠螺纹与横梁相连。