本发明提供了一种管材结晶器和连铸连轧管生产线，该管材结晶器含有外部组件(306)和内部组件(310)，外部组件(306)含有上下对应连接的敞口热顶(305)和下筒体，敞口热顶(305)呈漏斗形，敞口热顶(305)和下筒体的连接处设有石墨环(307)，石墨环(307)位于外部组件(306)的内表面，敞口热顶(305)外设有金属屏蔽罩(308)，外部组件(306)外设有感应线圈(303)。该管材结晶器和连铸连轧管生产线摈弃了能源无端消耗的管坯冷却再加热的中间环节，将连铸和轧管直接紧密衔接，提出连铸、轧管、定径的短流程工艺，经济高效，节能环保。
1.一种管材结晶器，其特征在于，该管材结晶器含有外部组件(306)和内部组件(310)，外部组件(306)套设于内部组件(310)外，外部组件(306)和内部组件(310)之间形成下端开放的环形空腔，外部组件(306)含有上下对应连接的敞口热顶(305)和下筒体，敞口热顶(305)呈漏斗形，敞口热顶(305)和下筒体的连接处设有石墨环(307)，石墨环(307)位于外部组件(306)的内表面，敞口热顶(305)外设有金属屏蔽罩(308)，外部组件(306)外设有感应线圈(303)。
2.根据权利要求1所述的管材结晶器，其特征在于，该管材结晶器的上部含有用于向该环形空腔内注入金属熔液(304)的浸入式浇口(314)，外部组件(306)的外表面设有多个缝隙(315)，多个缝隙(315)沿外部组件(306)的外表面间隔均布，缝隙(315)沿外部组件(306)的径向开设。
3.根据权利要求1所述的管材结晶器，其特征在于，内部组件(310)含有芯棒和冷却水管(311)，冷却水管(311)套设于该芯棒内，该芯棒和冷却水管(311)之间形成环状的回水腔(312)，冷却水管(311)的内部为进水腔(313)，内部组件(310)通过该管材结晶器上方的支架(201)固定于外部组件(306)内；
该芯棒的外表面含有增粗段(316)，增粗段(316)的直径比该芯棒的直径大5mm～10mm，增粗段(316)的上端位于金属熔液(304)的液面和外部组件(306)的上端之间，增粗段(316)的下端位于石墨环(307)的下端和外部组件(306)的下端之间。
4.一种连铸连轧管生产线，其特征在于，该连铸连轧管生产线包括从上向下依次设置的中间包(2)、结晶器(3)、轧管机(5)，该结晶器(3)为权利要求1所述的管材结晶器。
5.根据权利要求4所述的连铸连轧管生产线，其特征在于，轧管机(5)含有轧辊(501)、空心套管(510)、回转机构以及自转机构；
空心套管(510)套设于内部组件(310)的下端外；
该回转机构包括回转大盘(514)、第一传动组件和第一驱动部件，筒状的回转大盘(514)套设于直立的空心套管(510)外，该第一驱动部件能够通过该第一传动组件使回转大盘(514)绕空心套管(510)旋转，轧辊(501)与回转大盘(514)插接固定，轧辊(501)的轴线相对于空心套管(510)的轴线倾斜；
该自转机构包括第二传动组件和第二驱动部件，该第二驱动部件能够通过该第二传动组件使轧辊(501)自转，该第二传动组件含有太阳轮(505)和多个行星轴，太阳轮(505)套设于空心套管(510)外，该多个行星轴均匀的分布于太阳轮(505)的周围，该行星轴的中心线与太阳轮(505)的中心线平行，该行星轴外依次固定有行星轮(504)和自转锥齿轮(503)，太阳轮(505)与每个该行星轴外的行星轮(504)啮合，该行星轴设置于回转大盘(514)内，该行星轴与轧辊(501)一一对应，轧辊(501)外固定有与该自转锥齿轮(503)啮合的轧辊锥齿轮(502)。
6.根据权利要求5所述的连铸连轧管生产线，其特征在于，该第一驱动部件含有主传动电机(511)，该第一传动组件含有相互啮合的主传锥齿轮(507)和公转大锥齿轮(506)，主传锥齿轮(507)与主传动电机(511)连接固定，传动公转大锥齿轮(506)与回转大盘(514)连接固定；该第二驱动部件含有叠加传动电机(513)，该第二传动组件含有相互啮合的叠传锥齿轮(509)和自转大锥齿轮(508)，叠传锥齿轮(509)与叠加传动电机(513)连接固定，自转大锥齿轮(508)与太阳轮(505)连接固定，自转大锥齿轮(508)的中心线与太阳轮(505)的中心线重合，主传动电机(511)的电机轴与叠加传动电机(513)的电机轴平行。
7.根据权利要求5所述的连铸连轧管生产线，其特征在于，轧管机(5)含有三个沿空心套管(510)的周向均匀分布的轧辊(501)，轧辊(501)的下端设有圆锥台形的轧制部，轧辊(501)的轴线偏离空心套管(510)的轴线。
8.根据权利要求4所述的连铸连轧管生产线，其特征在于，该连铸连轧管生产线还包括设置于中间包(2)上方的钢包(1)，结晶器(3)和轧管机(5)之间设有牵引夹送辊(4)，该连铸连轧管生产线还包括依次设置于轧管机(5)下方的弯弧辊列(6)、热飞锯(7)、定径机组(8)和冷床(9)。
9.根据权利要求4所述的连铸连轧管生产线，其特征在于，该连铸连轧管生产线还包括设置于中间包(2)上方的钢包(1)，结晶器(3)和轧管机(5)之间设有牵引夹送辊(4)，该连铸连轧管生产线还包括依次设置于轧管机(5)下方的弯弧辊列(6)、定径机组(8)、热飞锯(7)和冷床(9)。
10.根据权利要求4所述的连铸连轧管生产线，其特征在于，该连铸连轧管生产线还包括设置于中间包(2)上方的钢包(1)，结晶器(3)和轧管机(5)之间设有牵引夹送辊(4)，该连铸连轧管生产线还包括依次设置于轧管机(5)下方的导向辊(10)、热飞锯(7)、翻转盘(102)、定径机组(8)和经冷床(9)，翻转盘(102)能够将荒管切段(101)由直立状态翻转成水平状态。
一种管材结晶器和连铸连轧管生产线
技术领域
[0001] 本发明涉及轧制设备领域，具体的是一种管材结晶器，还是一种含有该管材结晶器的连铸连轧管生产线。
背景技术
[0002] 目前无缝钢管生产，一般采用连铸圆坯，轧制时该圆坯需要经过加热、穿孔、轧制、减/定径、冷却等主要工序，得到成品管材。从连铸生产线出来的圆坯经过冷却至常温后，再加热至穿孔温度，中间是极大的能量浪费、消耗。不仅能源严重耗费，而且恶化环境。
发明内容
[0003] 为了解决现有无缝钢管生产方法能源浪费严重的问题，本发明提供了一种管材结晶器和连铸连轧管生产线，该管材结晶器和连铸连轧管生产线摈弃了能源无端消耗的管坯冷却再加热的中间环节，将连铸和轧管直接紧密衔接，提出连铸、轧管、定径的短流程工艺，经济高效，节能环保。
[0004] 本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种管材结晶器，含有外部组件和内部组件，外部组件套设于内部组件外，外部组件和内部组件之间形成下端开放的环形空腔，外部组件含有上下对应连接的敞口热顶和下筒体，敞口热顶呈漏斗形，敞口热顶和下筒体的连接处设有石墨环，石墨环位于外部组件的内表面，敞口热顶外设有金属屏蔽罩，外部组件外设有感应线圈。
[0005] 该管材结晶器的上部含有用于向该环形空腔内注入金属熔液的浸入式浇口，外部组件的外表面设有多个缝隙，多个缝隙沿外部组件的外表面间隔均布，缝隙沿外部组件的径向开设。
[0006] 内部组件含有芯棒和冷却水管，冷却水管套设于该芯棒内，该芯棒和冷却水管之间形成环状的回水腔，冷却水管的内部为进水腔，内部组件通过该管材结晶器上方的支架固定于外部组件内；该芯棒的外表面含有增粗段，增粗段的直径比该芯棒的直径大5mm～10mm，增粗段的上端位于金属熔液的液面和外部组件的上端之间，增粗段的下端位于石墨环的下端和外部组件的下端之间。
[0007] 一种连铸连轧管生产线，包括从上向下依次设置的中间包、结晶器、轧管机，该结晶器为上述的管材结晶器。
[0008] 轧管机含有轧辊、空心套管、回转机构以及自转机构；空心套管套设于内部组件的下端外；该回转机构包括回转大盘、第一传动组件和第一驱动部件，筒状的回转大盘套设于直立的空心套管外，该第一驱动部件能够通过该第一传动组件使回转大盘绕空心套管旋转，轧辊与回转大盘插接固定，轧辊的轴线相对于空心套管的轴线倾斜；该自转机构包括第二传动组件和第二驱动部件，该第二驱动部件能够通过该第二传动组件使轧辊自转，该第二传动组件含有太阳轮和多个行星轴，太阳轮套设于空心套管外，该多个行星轴均匀的分布于太阳轮的周围，该行星轴的中心线与太阳轮的中心线平行，该行星轴外依次固定有行星轮和自转锥齿轮，太阳轮与每个该行星轴外的行星轮啮合，该行星轴设置于回转大盘内，该行星轴与轧辊一一对应，轧辊外固定有与该自转锥齿轮啮合的轧辊锥齿轮。
[0009] 该第一驱动部件含有主传动电机，该第一传动组件含有相互啮合的主传锥齿轮和公转大锥齿轮，主传锥齿轮与主传动电机连接固定，传动公转大锥齿轮与回转大盘连接固定；该第二驱动部件含有叠加传动电机，该第二传动组件含有相互啮合的叠传锥齿轮和自转大锥齿轮，叠传锥齿轮与叠加传动电机连接固定，自转大锥齿轮与太阳轮连接固定，自转大锥齿轮的中心线与太阳轮的中心线重合，主传动电机的电机轴与叠加传动电机的电机轴平行。
[0010] 轧管机含有三个沿空心套管的周向均匀分布的轧辊，轧辊的下端设有圆锥台形的轧制部，轧辊的轴线偏离空心套管的轴线。
[0011] 该连铸连轧管生产线还包括设置于中间包上方的钢包，结晶器和轧管机之间设有牵引夹送辊，该连铸连轧管生产线还包括依次设置于轧管机下方的弯弧辊列、热飞锯、定径机组和冷床。
[0012] 该连铸连轧管生产线还包括设置于中间包上方的钢包，结晶器和轧管机之间设有牵引夹送辊，该连铸连轧管生产线还包括依次设置于轧管机下方的弯弧辊列、定径机组、热飞锯和冷床。
[0013] 该连铸连轧管生产线还包括设置于中间包上方的钢包，结晶器和轧管机之间设有牵引夹送辊，该连铸连轧管生产线还包括依次设置于轧管机下方的导向辊、热飞锯、翻转盘、定径机组和经冷床，翻转盘能够将荒管切段由直立状态翻转成水平状态。
[0014] 本发明的有益效果是：首创的将炼钢连铸和热轧钢管串联集成整合在一起的生产系统，实现从钢水到钢管的转变。三辊行星轧机的特性完全匹配炼钢连铸的生产速度，后续工序依照三辊行星轧机的轧制节奏进行。本系统按生产流程，依次包括钢包、中间包、结晶器、牵引夹送辊、三辊行星轧管机、弯弧辊列、热飞锯、定径机组、冷床等。此生产工艺系统减少了连铸管坯冷却后再加热的环节，节能减排效果显著，烧损率明显降低，金属收得率显著提高，钢管生产成本大为降低，投资经济，实用高效。
附图说明
[0015] 构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。
[0016] 图1是实施例1中连铸连轧管生产线的原理图。
[0017] 图2是管材结晶器的剖视图。
[0018] 图3是图2中A-A方向剖视图。
[0019] 图4是轧管机的剖面图。
[0020] 图5是轧管机的三轧辊孔型示意图。
[0021] 图6是实施例2中连铸连轧管生产线(飞锯后置)的原理图。
[0022] 图7是实施例4中连铸连轧管生产线(荒管翻转式)的原理图。
[0023] 图8是芯棒外表面的增粗段的示意图。
[0024] 1、钢包；2、中间包；3、结晶器；4、牵引夹送辊；5、轧管机；6、弯弧辊列；7、热飞锯；8、定径机组；9、冷床；
[0025] 201、支架；
[0026] 301、空心管坯；302、坯壳；303、感应线圈；304、金属熔液；305、敞口热顶；306、外部组件；307、石墨环；308、金属屏蔽罩；309、铸模保护渣；310、内部组件；311、冷却水管；312、回水腔；313、进水腔；314、浸入式浇口；315、缝隙；316、增粗段；
[0027] 501、轧辊；502、轧辊锥齿轮；503、自转锥齿轮；504、行星轮；505、太阳轮；506、公转大锥齿轮；507、主传锥齿轮；508、自转大锥齿轮；509、叠传锥齿轮；510、空心套管；511、主传动电机；512、机架；513、叠加传动电机；514、回转大盘；
[0028] 601、荒管；
[0029] 701、锯片；
[0030] 801、定径辊；
[0031] 901、热成品管；
[0032] 101、荒管切段；102、翻转盘；103、夹持辊。
具体实施方式
[0033] 需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
[0034] 实施例1
[0035] 一种管材结晶器，含有外部组件306和内部组件310(可以分别称为外结晶器和内结晶器)，外部组件306套设于内部组件310外，外部组件306和内部组件310之间形成下端开放的环形空腔，外部组件306含有上下对应连接的敞口热顶305和下筒体，敞口热顶305呈漏斗形，敞口热顶305和下筒体的连接处设有石墨环307，石墨环307位于外部组件306的内表面，敞口热顶305外设有金属屏蔽罩308，外部组件306外设有感应线圈303(亦叫做磁场发生器)，用来对金属熔液304进行电磁搅拌，如图2所示。
[0036] 在本实施例中，该管材结晶器的上部含有用于向该环形空腔内注入金属熔液304的浸入式浇口314，外部组件306的外表面设有多个缝隙315，多个缝隙315沿外部组件306的外表面间隔均布，缝隙315沿外部组件306的径向开设。如图3所示，外部组件306的外表面设有八个缝隙315，缝隙315的周向宽度为0.5mm，缝隙315的径向深度为外部组件306的壁厚的50％～90％。内部组件310含有芯棒和冷却水管311，冷却水管311套设于该芯棒内，该芯棒和冷却水管311之间形成环状的回水腔312，冷却水管311的内部为进水腔313，内部组件310通过该管材结晶器上方的支架201固定于外部组件306内。
[0037] 该管材结晶器为空心管坯热顶电磁连铸装置，金属熔液304通过四个浸入式浇口314流进结晶器，在其上面覆盖一层铸模保护渣309，金属熔液304外侧熔体初始凝固位置在石墨环307内，形成凝固坯壳302，金属熔液304内侧熔体初始凝固位于弯月面处，经水冷凝固成空心管坯301。该芯棒内含有沿竖直方向贯通的内通孔，内部组件310为该芯棒的中间分段。为了使电磁场穿透外结晶器306的屏蔽作用，外结晶器306采用开缝结构，在缝隙315间隔均布外结晶器306的周围。
[0038] 外结晶器306和内结晶器310一样具有水冷功能，为使电磁场穿透外结晶器306的屏蔽作用而采用开缝结构，其开缝的间隔、缝宽和开缝形式对电磁场影响很大，开缝(缝隙315)间隔越小，缝隙越多，则结晶器3内的磁场越强，分布也就越均匀。但缝数过多会降低外结晶器306强度，而且加工制造也不方便，故采用适当的开缝结构。
[0039] 在本实施例中，该芯棒的外表面含有增粗段316，增粗段316的直径比该芯棒的直径大0.5mm～5mm，即增粗段316的直径比该芯棒其它部位的直径大5mm～10mm，增粗段316的上端位于金属熔液304的液面和外部组件306的上端之间，增粗段316的下端位于石墨环307的下端和外部组件306的下端之间，牵引及轧制时，增粗段316可以有效减小空心管坯301内壁的摩擦阻力，如图8所示。
[0040] 下面介绍一种连铸连轧管生产线，包括从上向下依次设置的中间包2、结晶器3、轧管机5，该结晶器3为上述的管材结晶器，如图1所示。
[0041] 在本实施例中，轧管机5含有轧辊501、空心套管510、回转机构以及自转机构；空心套管510套设于内部组件310的下端外；该回转机构包括回转大盘514、第一传动组件和第一驱动部件，筒状的回转大盘514套设于直立的空心套管510外，该第一驱动部件能够通过该第一传动组件使回转大盘514绕空心套管510旋转，轧辊501与回转大盘514插接固定，轧辊501的轴线相对于空心套管510的轴线倾斜；该自转机构包括第二传动组件和第二驱动部件，该第二驱动部件能够通过该第二传动组件使轧辊501自转，该第二传动组件含有太阳轮
505和多个行星轴，太阳轮505套设于空心套管510外，该多个行星轴均匀的分布于太阳轮
505的周围，该行星轴的中心线与太阳轮505的中心线平行，该行星轴外依次固定有行星轮
504和自转锥齿轮503，太阳轮505与每个该行星轴外的行星轮504啮合，该行星轴设置于回转大盘514内，该行星轴与轧辊501一一对应，轧辊501外固定有与该自转锥齿轮503啮合的轧辊锥齿轮502。
[0042] 该第一驱动部件含有主传动电机511，该第一传动组件含有相互啮合的主传锥齿轮507和公转大锥齿轮506，主传锥齿轮507与主传动电机511连接固定，传动公转大锥齿轮506与回转大盘514连接固定；该第二驱动部件含有叠加传动电机513，该第二传动组件含有相互啮合的叠传锥齿轮509和自转大锥齿轮508，叠传锥齿轮509与叠加传动电机513连接固定，自转大锥齿轮508与太阳轮505连接固定，自转大锥齿轮508的中心线与太阳轮505的中心线重合，主传动电机511的电机轴与叠加传动电机513的电机轴平行。轧管机5含有三个沿空心套管510的周向均匀分布的轧辊501，轧辊501的下端设有圆锥台形的轧制部，轧辊501的轴线偏离空心套管510的轴线，如图4和图5所示。
[0043] 在本实施例中，轧管机5含有三个轧辊501，可以称为三辊行星轧管机5，该轧管机5为安装固定在竖直平台上的荒管轧制变形工具，该轧管机5还含有固定的机架512。位于机架512中心的空心套管510对结晶器3产出的空心管坯301起导向作用；主传动电机511驱动主传锥齿轮507从而啮合传动公转大锥齿轮506，公转大锥齿轮506带动回转大盘514公转；叠加传动电机513驱动叠传锥齿轮509从而啮合传动自转大锥齿轮508，自转大锥齿轮508再驱动太阳轮505旋转，太阳轮505驱动三个行星轮504旋转，行星轮504和自转锥齿轮503共轴固定，自转锥齿轮503啮合传动轧辊锥齿轮502，从而带动轧辊501自转，如图4所示。
[0044] 在本实施例中，三个轧辊501呈120°间隔均匀布置，合围形成孔型，空心管坯301位于其中，空心管坯301内部为带水冷的芯棒，芯棒内含冷却水管311，空心管坯301套设于该芯棒的下段外，该外结晶器套设于该芯棒的中段外，轧管机5与该外结晶器共用一根所述芯棒。
[0045] 在本实施例中，该连铸连轧管生产线还包括设置于中间包2上方的钢包1，结晶器3和轧管机5之间设有牵引夹送辊4，该连铸连轧管生产线还包括依次设置于轧管机5下方的弯弧辊列6、热飞锯7、定径机组8和冷床9，如图1所示。
[0046] 钢包1用来装运钢水，中间包2接受钢包1的钢水，是钢水连铸稳定分流的保证，中间包2将钢水分配到结晶器3中去，牵引夹送辊4紧挨着结晶器3，将结晶器3产出的空心管坯301牵引夹送至轧管机5的入口，空心管坯301通过轧管机5的轧制成荒管601，经过弯弧辊列
6，荒管601由竖直变为水平，热飞锯7的锯片701将荒管601切割分段，进入定径机组8进行减定径，最后上冷床9，完成热成品管901的冷却。所述的定径机组8由一系列的定径辊801组成。
[0047] 实施例2
[0048] 本实施例是对实施例1的一种优选改进，该连铸连轧管生产线包括从上向下依次设置的中间包2、结晶器3、轧管机5，该结晶器3为上述的管材结晶器。
[0049] 该连铸连轧管生产线还包括设置于中间包2上方的钢包1，结晶器3和轧管机5之间设有牵引夹送辊4，该连铸连轧管生产线还包括依次设置于轧管机5下方的弯弧辊列6、定径机组8、热飞锯7和冷床9，如图6所示。
[0050] 将热飞锯7移至定径机组8之后，经定径后的成品管热由热飞锯7快速同步锯切后，进入冷床9，消除了定径工序本身所造成的钢管切头切尾的损失，提高了金属收得率。
[0051] 本实施例中其余技术特征均与实施例1相同，为了节约篇幅，本实施例不再详细介绍。
[0052] 实施例3
[0053] 本实施例是对实施例1的一种优选改进，该连铸连轧管生产线包括从上向下依次设置的中间包2、结晶器3、轧管机5，该结晶器3为上述的管材结晶器。
[0054] 该连铸连轧管生产线还包括设置于中间包2上方的钢包1，结晶器3和轧管机5之间设有牵引夹送辊4，该连铸连轧管生产线还包括依次设置于轧管机5下方的导向辊10、热飞锯7、翻转盘102、定径机组8和经冷床9，翻转盘102能够将荒管切段101由直立状态翻转成水平状态，如图7所示。
[0055] 将热飞锯7移至轧管机5后，并在其间增加导向辊10，经热飞锯7锯断的荒管切段101通过翻转盘102上的夹持辊103夹住，并且翻转盘102沿着箭头方向R回转90°，将荒管由竖直变为水平放置，此后夹持辊103转动传送荒管切段101进入定径机组8并经冷床9冷却。
为保证翻转盘102回位不妨碍荒管的轧制，夹持辊103一侧的辊组固定，另一侧辊组可以放倒，避开轧制中的荒管，翻转盘102到位后，另一侧辊组靠拢夹持荒管。
[0056] 本实施例中其余技术特征均与实施例1相同，为了节约篇幅，本实施例不再详细介绍。
[0057] 以上所述，仅为本发明的具体实施例，不能以其限定发明实施的范围，所以其等同组件的置换，或依本发明专利保护范围所作的等同变化与修饰，都应仍属于本专利涵盖的范畴。另外，本发明中的技术特征与技术特征之间、技术特征与技术方案之间、技术方案与技术方案之间均可以自由组合使用。
