一种复合长材的生产装置和生产方法与流程

1.本发明涉及金属复合长材生产领域，具体涉及一种金属复合材料的生产装置以及生产方法。


背景技术：

2.随着现代科技和国民经济的发展，用户对材料的性能提出了越来越苛刻的要求，单一的金属材料难以满足实际使用过程中的多方面性能要求，兼具功能性与结构性的金属复合材料应运而生，在满足用户个性化需求中发挥了重要作用，越来越被广大用户关注和使用。当前复合板带产品开发的比较成熟，包括爆炸复合、轧制复合等，但复合长材(管、线、棒等)开发进展较慢，难度在于复合长材复层与基层周向包裹，在热加工过程实现四面冶金结合难度较大，检索到的专利生产效率低，加工成本过高，不利于批量生产。
3.专利文献cn107933013a介绍一种不锈钢碳钢真空复合钢筋制造方法，通过管棒嵌套或方坯四周贴板抽真空焊接的方式轧制成复合钢筋，其缺点在于：第一焊缝多，轧制过程开裂风险点增多；第二，没有制备冶金复合坯的过程，直接进行轧制增加了结合面失效的风险，尤其是轧制过程侧面在拉应力作用下的界面分离，其复合效果和成材率将受影响；
4.专利文献cn106282674a介绍了一种双液态复合铸造 热挤压 冷拉的方式生产铝合金复合管、棒、线材的方法，其核心工艺在于复层基层均通过液态浇铸生产复合铸棒或管坯；
5.专利文献cn101219502a介绍了一种双金属复合棒材生产工艺，通过覆层金属管和基层金属棒的间隙组配 冷拔预贴合 热轧复合的方法完成复合棒材的生产；
6.专利文献cn106112391a介绍了一种冶金复合双金属管坯的生产工艺，用电渣重熔的方法将外层材质和内层材质冶炼熔合得到复合坯料，再进行径向锻造 表面加工 热挤压，最后制备出成品复合棒材或管材。
7.目前制备复合长材的方法存在工艺复杂、加工成本高、不利于批量生产等问题。


技术实现要素：

8.因此，本发明要解决的技术问题是，提供一种复合长材的生产装置。
9.本发明的技术方案是，一种复合长材的生产装置，所述装置包括修磨机、位于所述修磨机下方的感应加热器；感应加热器下方设有将基层坯料对中及导向的导向辊；用于浇铸不同材质钢液的中间包位于导向辊下方；结晶器位于中间包下方，中间包底部的水口伸入结晶器内；
10.结晶器底部设有用于密封结晶器并牵引铸锭的引锭杆、结晶器出口设有喷水冷却铸锭的冷却段。
11.中间包自带有用于浇铸钢液的出钢水口。
12.根据本发明的一种复合长材的生产装置，优选的是，所述修磨机用于清理基层长材表面；所述感应加热器用于加热基层坯料；导向辊用于将基层坯料对中及导向；中间包用
于浇铸不同材质钢液；结晶器用于实现基层坯料与钢液复合，结晶器可以为方形或圆形结晶器。
13.所述复合长材是指复合管，复合棒，复合线等。非板状的复合，尤其是复合圆坯和复合方坯。
14.本发明还提供了一种复合长材的生产方法，包括基层坯料的表面清理，
15.1)预热：将清理好的基层坯料送入感应加热装置加热，感应加热装置内通氮气或氩气保护，加热温度在800～1100℃，感应加热电源频率500-1500hz；
16.2)将加热后的基层坯料通过导向辊送入结晶器中并对中，将中间包中盛有的复层金属熔液注入结晶器，浇铸温度高于复层金属的熔点30～150℃；
17.3)钢液与结晶器底部引锭杆接触逐渐凝固，与固态基层坯料表面接触形成复合方坯或圆坯，此时牵引引锭杆将复合坯逐渐拉出结晶器，进入喷水冷却段，调整喷嘴冷却水大小，对复合坯表面均匀冷却，使复合坯温度下降进一步凝固；
18.4)上端基层坯料缓慢进入结晶器，在移动状态下加热，提高加热功率；
19.5)待基层坯料尾部进入结晶器后，停止复层钢液浇铸。
20.基层坯料表面清理：方坯或圆坯表面氧化铁皮经修磨机清理、打磨干净，漏出基材干净金属，促进后续浇铸过程中的金属原子扩散结合。
21.步骤1)中，根据加热对象不同选择不同频率，直径越厚频率越低；加热目的是为了使基层母材与复层熔液更易结合，促进基层表面金属熔化。
22.步骤2)中，为避免熔液及基材表面氧化，结晶器钢液表面加保护渣同时中间包内吹氩气保护，加保护渣也具有吸收钢液杂质、保温的作用。保护渣是覆盖在复层金属熔液表面的渣态物质。
23.步骤4)中，由于基材处于移动状态，较初始态静止加热时间更短，为保证基层温度达到加热温度要求，相应提高感应加热器的加热功率。
24.根据本发明的一种复合长材的生产方法，优选的是，步骤1)所述基层材质可是碳钢、不锈钢、特殊合金、钛、铜等金属。
25.根据本发明的一种复合长材的生产方法，优选的是，步骤2)所述的复层金属选自以下成分的一种：碳钢、不锈钢、特种合金、钛、铜。
26.优选的是，步骤1)所述感应加热装置加热的加热功率为：其中p为功率，w；c为基层坯料比热，j/kg℃；
△
t为基层坯料升温幅度，℃；m为基层坯料质量，kg；
η
为感应加热效率；t为加热时间，s。
27.根据本发明的一种复合长材的生产方法，优选的是，步骤4)所述缓慢进入的速度为匀速。
28.进一步地，步骤4)所述的速度为0.05-0.4m/min。
29.根据本发明的一种复合长材的生产方法，优选的是，步骤4)所述加热功率其中c为材料比热j/kg℃，
△
t为目标温升℃，ρ为密度kg/m3，s为坯料断面面积m2，η为加热效率。
30.根据本发明的一种复合长材的生产方法，优选的是，步骤1)的加热温度在800～
1080℃，感应加热电源频率600-1300hz。
31.有益效果
32.本发明可以批量生产各种规格和厚度配比的复合方坯或圆坯，生产工艺简单可行，效率高，基层或复层材料可选择范围宽泛。复合板为碳钢上下表面复合不锈钢板，而复合长材需要四面复合不锈钢板，传统复合板的生产工艺不适合复合长材生产。
33.制备的复合坯可利用现有棒线材轧机、轧管机等成熟设备和现有工艺进行复合长材(棒、线、管、型等)生产，简单高效易实现。
附图说明
34.图1本发明装置结构示意图。
35.图2复合圆坯断面形状示意图。
36.图3是复合方坯断面形状示意图。
37.图中，1-修磨机，2-感应加热器，3-导向辊，4-中间包，5-结晶器，6-引锭杆，7-冷却段，8-复层金属，9-基层金属。
具体实施方式
38.为了更清楚的说明本发明的技术方案和优点，结合附图说明具体实施方式。
39.如图1所示，该发明的装置包括将用于基层方坯或圆坯表面清理的修磨机1、用于基层坯料加热的感应加热器2、加热设备后将基层坯料对中及导向的导向辊3、用于浇铸不同材质钢液的中间包4、实现基层坯料与钢液复合的方形或圆形结晶器5、结晶器底部用于密封结晶器并牵引铸锭的引锭杆6、结晶器出口用于喷水冷却铸锭的冷却段7。图2和图3分别是复合圆坯和复合方坯的截面图。8是复层金属，9是基层金属。
40.实施例1复合钢筋
41.1)断面120
×
120mm的hrb400碳钢方坯进行表面清理，经修磨机清理、打磨漏出基材干净金属；
42.2)将室温(25℃)状态碳钢坯送入感应加热装置加热，感应加热装置内通氮气保护，感应加热线圈长度l＝0.6m，加热电源频率500hz，加热温度在1100℃，加热时间300s，相应的加热功率为：
[0043][0044]
3)将加热到温的碳钢坯通过导向辊送入结晶器中并对中，结晶器为方形结晶器，边长160mm。将中间包中盛有的复层金属熔液316l(316l不锈钢，熔点1400℃)注入结晶器，浇铸温度1500℃。为避免熔液及基材表面氧化，结晶器钢液表面加保护渣同时中间包内吹氩气保护。
[0045]
3)待钢液与底部引锭杆接触凝固，与固态碳钢坯表面接触形成复合方坯时，牵引引锭杆以速度v＝0.2m/min将复合方坯逐渐拉出结晶器，进入喷水冷却段，冷却水流密度为80l/m2min，对复合坯表面喷水冷却，使复合坯温度下降进一步凝固；
[0046]
4)碳钢坯以速度0.2m/min缓慢进入结晶器，较头部静止加热不同，为保证碳钢温度达到加热温度要求，感应加热器的加热功率需要提高，如下：
[0047][0048]
待基层坯料尾部进入结晶器后，停止复层钢液浇铸。凝固后制得复层316l，基层hrb400的复合方坯，断面尺寸160mm
×
160mm，表层不锈钢壁厚20mm。
[0049]
5)将复合方坯加热至1160℃后，送入孔型轧机即可制得直径16mm，复层不锈钢2mm的不锈钢碳钢复合钢筋。
[0050]
实施例2复合无缝钢管
[0051]
1)直径30mm的2205双相不锈钢圆坯进行表面清理，经修磨机清理、打磨漏出基材干净金属；
[0052]
2)将室温(25℃)状态不锈钢坯送入感应加热装置加热，感应加热装置内通氮气保护，感应加热线圈长度l＝0.6m，加热电源频率1200hz，加热温度在700℃，加热时间180s，相应的加热功率为：
[0053][0054]
3)将加热到温的不锈钢圆坯通过导向辊送入结晶器中并对中，结晶器为圆形结晶器，内径200mm。将中间包中盛有的复层金属熔液x80(碳钢，熔点1450℃)注入结晶器，浇铸温度1480℃。为避免熔液及基材表面氧化，结晶器钢液表面加保护渣同时中间包内吹氩气保护。
[0055]
4)待钢液与底部引锭杆接触凝固，与固态不锈钢坯表面接触形成复合圆坯时，牵引引锭杆以速度v＝0.1m/min将复合圆坯逐渐拉出结晶器，进入喷水冷却段，冷却水流密度为150l/m2min，对复合坯表面喷水冷却，使复合坯温度下降进一步凝固；
[0056]
5)不锈钢坯以速度0.1m/min缓慢进入结晶器，较头部静止加热不同，为保证不锈钢温度达到加热温度要求，感应加热器的加热功率需要提高，如下：
[0057][0058]
待基层坯料尾部进入结晶器后，停止复层x80钢液浇铸。凝固后制得外层x80，内层2205的复合圆坯，断面直径200mm，内层不锈钢直径30mm。
[0059]
6)将复合圆坯加热至1200℃后，送入穿孔、轧管、定径等常规无缝钢管生产工序制得外径140mm，壁厚20mm，内壁不锈钢厚度3mm的不锈钢碳钢复合无缝管。
[0060]
本发明提供了一种金属复合方坯或圆坯的生产装置和方法，该装置和方法可批量高效生产不同材料组合的复合方坯或圆坯，其中基层为固态圆坯或方坯，复层由液态钢水浇铸凝固而成，可实现复合坯的批量规模化生产，简化生产工序，缩短生产周期。