本發(fā)明涉及一種多金屬層管坯鑄造裝置。

背景技術(shù)：

多金屬層復(fù)合管是由多種金屬材料復(fù)合而成，管壁內(nèi)各層金屬之間通過(guò)一定的方式如變形和緊密連接結(jié)合成為一個(gè)整體。多金屬層管道因?yàn)榫哂卸鄬咏饘?，融合了多種金屬材料的優(yōu)點(diǎn)，是一種新型結(jié)構(gòu)和功能材料，其在強(qiáng)度、硬度和抗腐蝕性等方面相比于普通的無(wú)縫鋼管具有明顯的優(yōu)勢(shì)，具有優(yōu)異的綜合性能和經(jīng)濟(jì)效益。近年來(lái)，已開(kāi)始部分替代傳統(tǒng)高合金無(wú)縫鋼管，被廣泛應(yīng)用于石油、化工、電力、海洋工程等行業(yè)，尤其是油氣田、海洋平臺(tái)等強(qiáng)腐蝕環(huán)境對(duì)多金屬層復(fù)合管的需求急劇上升。

復(fù)合管因?yàn)榫哂忻黠@的經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢(shì)和優(yōu)異的綜合性能，在1960年以來(lái)，世界范圍內(nèi)都非常重視對(duì)其的研究，目前部分國(guó)家的多金屬層復(fù)合管的技術(shù)制造水平已經(jīng)日趨完善，處于世界領(lǐng)先的水平，其中以英國(guó)，美國(guó)，日本等國(guó)家為主，因?yàn)槲覈?guó)在復(fù)合管的研究領(lǐng)域起步相對(duì)較晚，目前在綜合實(shí)力水平上還處于劣勢(shì)。

目前多金屬層復(fù)合管的生產(chǎn)工藝方法很多，連續(xù)鑄造法作為一種新型的成型工藝，因各金屬層之間直接結(jié)合，避免了界面氧化層的形成，各金屬層結(jié)合界面能夠直接實(shí)現(xiàn)冶金結(jié)合，同時(shí)其具有批量化，自動(dòng)化和連續(xù)化等優(yōu)點(diǎn)在實(shí)際的生產(chǎn)中得到了廣泛的應(yīng)用。但是冶金結(jié)合界面處常常存在一定的缺陷，如結(jié)合面晶粒粗大，結(jié)合強(qiáng)度較差，金屬熔體結(jié)合不均勻等，這些缺陷在一定程度上影響了管坯的質(zhì)量和性能，不能滿(mǎn)足工業(yè)的生產(chǎn)需求，目前兩種金屬?gòu)?fù)合管坯較為常見(jiàn)，三種及以上的金屬材料鑄造的復(fù)合金屬管坯少見(jiàn)，隨著工業(yè)生產(chǎn)的需要，往往需要多種金屬材料復(fù)合在一起的多金屬?gòu)?fù)合管坯。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于在提供一種能提高多金屬層復(fù)合管坯金屬結(jié)合面強(qiáng)度和質(zhì)量的脈沖電流輔助多金屬?gòu)?fù)合管水平連鑄裝置。

本發(fā)明主要包括脈沖電流回路組件、澆鑄組件和冷卻組件。脈沖電流回路組件主要包括：電源、開(kāi)關(guān)、多臺(tái)階石墨芯棒、電機(jī)a、b和脈沖電流輸入機(jī)構(gòu)，脈沖電流輸入機(jī)構(gòu)又包括：導(dǎo)電桿、石墨塊、轉(zhuǎn)動(dòng)軸和斜軋輥；澆鑄組件主要包括外層石墨模具、多金屬層管坯、外層金屬、中層金屬和內(nèi)層金屬有芯感應(yīng)爐以及牽引機(jī)構(gòu)；冷卻組件主要包括：外冷環(huán)、中冷環(huán)和內(nèi)冷環(huán)。

其中，可輸出脈沖電流的脈沖電流回路組件的電源與開(kāi)關(guān)相連，該開(kāi)關(guān)上并聯(lián)有兩條線(xiàn)路，而每條線(xiàn)路上又均設(shè)有并聯(lián)的兩個(gè)導(dǎo)電桿，每個(gè)導(dǎo)電桿各與一個(gè)石墨塊固連在一起，并且石墨塊自由端的曲面和轉(zhuǎn)動(dòng)軸的表面對(duì)應(yīng)使兩者緊密接觸，所述水平的轉(zhuǎn)動(dòng)軸一端固定在斜軋輥內(nèi)且兩者同軸，該斜軋輥外表面和多金屬層管坯的外表面對(duì)應(yīng)并與之緊密接觸。所述轉(zhuǎn)動(dòng)軸和斜軋輥對(duì)應(yīng)安裝，即左側(cè)兩個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)軸的另一端和電機(jī)a輸出軸上的連接件相連，于是左側(cè)兩斜軋輥分別由電機(jī)a驅(qū)動(dòng)左側(cè)兩個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)軸轉(zhuǎn)動(dòng)，同理右側(cè)兩個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)軸的另一端和電機(jī)b輸出軸上的連接件相連，于是右側(cè)兩個(gè)斜軋輥分別由電機(jī)b驅(qū)動(dòng)右側(cè)兩個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)軸轉(zhuǎn)動(dòng)，斜軋輥在帶動(dòng)多金屬層管坯水平移動(dòng)的同時(shí)，對(duì)各金屬層管壁施壓，使冶金結(jié)合面更好地結(jié)合在一起。所述導(dǎo)電桿、石墨塊、轉(zhuǎn)動(dòng)軸和斜軋輥組成了脈沖電流輸入機(jī)構(gòu)，該脈沖電流輸入機(jī)構(gòu)總共四組，分為左右兩對(duì)，每對(duì)上下對(duì)稱(chēng)安裝。在該四組脈沖電流輸入機(jī)構(gòu)之間設(shè)有一個(gè)多臺(tái)階石墨芯棒，該多臺(tái)階石墨芯棒的大直徑端中部的凸臺(tái)置于非導(dǎo)電支撐物體上并與其固定連接，對(duì)其進(jìn)行定位，在每個(gè)臺(tái)階上各設(shè)兩個(gè)與多臺(tái)階石墨芯棒軸線(xiàn)平行的軸向圓通孔，兩圓通孔設(shè)在臺(tái)階內(nèi)外圓的中心線(xiàn)上并以芯棒軸線(xiàn)為對(duì)稱(chēng)，以便金屬液體分別通過(guò)圓通孔注入各臺(tái)階和管壁構(gòu)成的空腔內(nèi)。開(kāi)關(guān)接通，脈沖電流經(jīng)導(dǎo)電桿傳遞給石墨塊，經(jīng)石墨塊傳遞給轉(zhuǎn)動(dòng)軸，后經(jīng)過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)軸傳遞給斜軋輥，脈沖電流經(jīng)過(guò)脈沖電流輸入裝置后穿過(guò)多金屬層管坯的冶金結(jié)合面，之后脈沖電流經(jīng)多臺(tái)階石墨芯流回電源負(fù)極，從而形成閉合回路。

澆鑄組件在多臺(tái)階石墨芯棒大直徑一側(cè)設(shè)有外層石墨模具及兩套外層金屬、中層金屬和內(nèi)層金屬有芯感應(yīng)爐，其中，套在多臺(tái)階石墨芯棒外周面外的圓環(huán)形外層石墨模具一部分設(shè)在外層金屬有芯感應(yīng)爐內(nèi)，安裝位置與多臺(tái)階石墨芯棒平行，其與多臺(tái)階石墨芯棒的間隔即為多金屬層管坯的最外層金屬的澆鑄厚度，多臺(tái)階石墨芯棒的各臺(tái)階高度即為所對(duì)應(yīng)澆鑄的多金屬層管坯的各金屬層厚度。內(nèi)層金屬有芯感應(yīng)爐設(shè)有與多臺(tái)階石墨芯棒最里面臺(tái)階上圓通孔對(duì)應(yīng)的內(nèi)出液管，中層金屬有芯感應(yīng)爐所設(shè)的中間出液管則與多臺(tái)階石墨芯棒最里面臺(tái)階相鄰的中層臺(tái)階上的圓通孔對(duì)應(yīng)。牽引機(jī)構(gòu)的鑄軋輥分別設(shè)在與多層金屬管坯上下表面對(duì)應(yīng)的位置且對(duì)稱(chēng)分布，該鑄軋輥與電機(jī)c相連，電機(jī)c可驅(qū)動(dòng)鑄軋輥轉(zhuǎn)動(dòng)，于是鑄軋輥便將成型的多層金屬管坯從澆鑄系統(tǒng)中拉出，實(shí)現(xiàn)水平連鑄的同時(shí)，對(duì)各層金屬管壁施壓，使冶金結(jié)合面更好的結(jié)合在一起。

冷卻組件為3個(gè)中空的圓環(huán)，每個(gè)圓環(huán)上各設(shè)一個(gè)進(jìn)水口和一個(gè)出水口，該3個(gè)圓環(huán)一個(gè)設(shè)在外層石墨模具的外周面上即外冷環(huán)，另外兩個(gè)圓環(huán)位于外層金屬管壁上，其位于外層金屬管壁中部的為中冷環(huán)，其位于多臺(tái)階石墨芯棒小直徑一端的為內(nèi)冷環(huán)。

本發(fā)明的工作過(guò)程大致如下：安裝完成之后，首先讓外層金屬有芯感應(yīng)爐中的一號(hào)金屬液體進(jìn)入多臺(tái)階石墨芯棒和外層石墨模具構(gòu)成的空腔，經(jīng)過(guò)外冷環(huán)冷卻結(jié)晶形成多金屬層管坯的外層金屬管壁13，經(jīng)過(guò)斜軋輥和鑄軋輥的驅(qū)動(dòng)，多金屬層管坯向前運(yùn)動(dòng)，接著讓中層金屬有芯感應(yīng)爐中的二號(hào)金屬液體經(jīng)過(guò)圓柱孔流入外層金屬管壁和多臺(tái)階石墨芯棒的臺(tái)階構(gòu)成的空腔，經(jīng)過(guò)中冷環(huán)冷卻結(jié)晶形成多金屬層管坯的中層金屬管壁14，多金屬層管坯繼續(xù)向前運(yùn)動(dòng)，接著讓內(nèi)層金屬有心感應(yīng)爐中的三號(hào)金屬液體通過(guò)圓柱孔進(jìn)入中層金屬管壁和多臺(tái)階石墨芯棒臺(tái)階構(gòu)成的空腔，經(jīng)過(guò)內(nèi)冷環(huán)冷卻結(jié)晶形成內(nèi)層金屬管壁15，在整個(gè)鑄造過(guò)程中，通過(guò)控制開(kāi)關(guān)的接通和斷開(kāi)來(lái)實(shí)現(xiàn)脈沖電流的輸入，再通過(guò)控制澆鑄流量，斜軋輥轉(zhuǎn)速，鑄軋輥轉(zhuǎn)速以及外冷環(huán)、中冷環(huán)和內(nèi)冷環(huán)的冷卻水流速參數(shù),使各冶金結(jié)合面達(dá)到滿(mǎn)意的結(jié)合效果。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有如下優(yōu)點(diǎn)：

1、在多金屬層復(fù)合管坯的鑄造過(guò)程中通過(guò)施加脈沖電流，優(yōu)化金屬凝固組織，使得冶金結(jié)合面的晶粒得到細(xì)化，提高金屬材料的結(jié)合強(qiáng)度，從而提高管坯的質(zhì)量。

2、內(nèi)、中、外層金屬熔體各自采用獨(dú)立的冷卻系統(tǒng)和澆鑄系統(tǒng)，能夠針對(duì)不同金屬材料的性質(zhì)分別調(diào)節(jié)其澆鑄系統(tǒng)溫度和冷卻系統(tǒng)的溫度，從而得到良好的冶金結(jié)合面，這在很大程度上有利于提高多金屬層復(fù)合管坯的質(zhì)量。

附圖說(shuō)明

圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是本發(fā)明的脈沖電路結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3是本發(fā)明多金屬層管坯的立體透視視圖。

圖中：1.開(kāi)關(guān)，2電源，3.電機(jī)a，4.內(nèi)層金屬有芯感應(yīng)爐，5.轉(zhuǎn)動(dòng)軸，6.中層金屬有芯感應(yīng)爐，7.外層金屬有芯感應(yīng)爐，8.石墨塊，9.導(dǎo)電桿，10.斜軋輥，11.電機(jī)c，12.鑄軋輥，13.外層金屬管壁，14.中層金屬管壁，15.內(nèi)層金屬管壁，16.電機(jī)b，17.多金屬層管坯，18.多臺(tái)階石墨芯棒，19.內(nèi)冷環(huán)，20.中冷環(huán)，21.外冷環(huán)，22.外層石墨模具，23，非導(dǎo)電支撐物體，24.冶金結(jié)合面1,25脈沖電流輸入機(jī)構(gòu)，26.冶金結(jié)合面2。

具體實(shí)施方式

在圖1所示的脈沖電流輔助多金屬?gòu)?fù)合管水平連鑄裝置的結(jié)構(gòu)示意圖中，脈沖電流回路組件的電源2與開(kāi)關(guān)1相連，該開(kāi)關(guān)上并聯(lián)有兩條線(xiàn)路，而每條線(xiàn)路上又均設(shè)有并聯(lián)的兩個(gè)導(dǎo)電桿9，每個(gè)導(dǎo)電桿各與一個(gè)石墨塊固8連在一起，并且石墨塊自由端的曲面和轉(zhuǎn)動(dòng)軸5的表面對(duì)應(yīng)使兩者緊密接觸，所述水平的轉(zhuǎn)動(dòng)軸一端固定在斜軋輥10內(nèi)且兩者同軸，該斜軋輥外表面和多金屬層管坯的外表面對(duì)應(yīng)并與之緊密接觸。所述轉(zhuǎn)動(dòng)軸和斜軋輥對(duì)應(yīng)安裝，即左側(cè)兩個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)軸的另一端和電機(jī)a3輸出軸上的連接件相連，同理右側(cè)兩個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)軸的另一端和電機(jī)b16輸出軸上的連接件相連，所述導(dǎo)電桿、石墨塊、轉(zhuǎn)動(dòng)軸和斜軋輥組成了脈沖電流輸入機(jī)構(gòu)，該脈沖電流輸入機(jī)構(gòu)總共四組，分為左右兩對(duì)，每對(duì)上下對(duì)稱(chēng)安裝。在該四組脈沖電流輸入機(jī)構(gòu)之間設(shè)有一個(gè)多臺(tái)階石墨芯棒18，該多臺(tái)階石墨芯棒的大直徑端中部的凸臺(tái)置于非導(dǎo)電支撐物體23上并與其固定連接，在每個(gè)臺(tái)階上各設(shè)兩個(gè)與多臺(tái)階石墨芯棒軸線(xiàn)平行的軸向圓通孔，該兩圓通孔設(shè)在臺(tái)階內(nèi)外圓的中心線(xiàn)上并以芯棒軸線(xiàn)為對(duì)稱(chēng)。

澆鑄組件在多臺(tái)階石墨芯棒大直徑一側(cè)設(shè)有外層石墨模具22及兩套外層金屬有芯感應(yīng)爐7、中層金屬有芯感應(yīng)爐6和內(nèi)層金屬有芯感應(yīng)爐4，其中，套在多臺(tái)階石墨芯棒外周面外的圓環(huán)形外層石墨模具一部分設(shè)在外層金屬有芯感應(yīng)爐內(nèi)，安裝位置與多臺(tái)階石墨芯棒平行，其與多臺(tái)階石墨芯棒的間隔即為多金屬層管坯17的最外金屬層的澆鑄厚度，多臺(tái)階石墨芯棒的各臺(tái)階高度即為所對(duì)應(yīng)澆鑄的多金屬層管坯的各金屬層厚度。內(nèi)層金屬有芯感應(yīng)爐設(shè)有與多臺(tái)階石墨芯棒最里面臺(tái)階上圓通孔對(duì)應(yīng)的內(nèi)出液管，中層金屬有芯感應(yīng)爐所設(shè)的中間出液管則與多臺(tái)階石墨芯棒最里面臺(tái)階相鄰的中層臺(tái)階上的圓通孔對(duì)應(yīng)。牽引機(jī)構(gòu)的鑄軋輥12分別設(shè)在與多層金屬管坯上下表面對(duì)應(yīng)的位置且對(duì)稱(chēng)分布，該鑄軋輥與電機(jī)c11相連。

冷卻組件為3個(gè)中空的圓環(huán)，每個(gè)圓環(huán)上各設(shè)一個(gè)進(jìn)水口和一個(gè)出水口，該3個(gè)圓環(huán)一個(gè)設(shè)在外層石墨模具的外周面上即外冷環(huán)21，另外兩個(gè)圓環(huán)位于外層金屬管壁上，其位于外層金屬管壁中部的為中冷環(huán)20，其位于多臺(tái)階石墨芯棒小直徑一端的為內(nèi)冷環(huán)19。

以上的實(shí)施例僅僅是對(duì)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式進(jìn)行描述，并非對(duì)本發(fā)明的范圍進(jìn)行限定，在不脫離本發(fā)明設(shè)計(jì)精神的前提下，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案做出的各種變形和改進(jìn)，均應(yīng)落入本發(fā)明權(quán)利要求書(shū)確定的保護(hù)范圍內(nèi)。