CN1759957A

CN1759957A - 一种双金属复合耐磨管的制造工艺

Info

Publication number: CN1759957A
Application number: CN 200510096240
Authority: CN
Inventors: 许云华; 岑启宏
Original assignee: Xian University of Architecture and Technology
Current assignee: Xian University of Architecture and Technology
Priority date: 2005-10-27
Filing date: 2005-10-27
Publication date: 2006-04-19
Anticipated expiration: 2025-10-27
Also published as: CN100340359C

Abstract

本发明公开了一种双金属复合耐磨管的制造工艺。用普通钢管作外套管，外套管内装入聚苯乙烯泡沫塑料制成的消失模，并安装上浇注系统，把外套管、消失模和浇注系统经过多道次的浸涂料和挂砂处理，在外壁形成壳体，然后放入高温焙烧炉进行焙烧，实现壳体烧结、泡沫塑料气化和钢管预热，出炉后烧注耐磨合金材料，即制成外层为普通钢，内衬为耐磨合金材料的复合耐磨管。该制造工艺解决了各种形状的复合管两层金属间无法实现大面积冶金结合的难题，使复合界面结合强度高，抗热振性强，对磨损严重的局部部位可做到偏心复合、加厚复合，还可以实现薄壁复合耐磨管的生产。

Description

一种双金属复合耐磨管的制造工艺

技术领域

本发明涉及一种冶金、矿山、电力、石油、建筑、煤炭等行业输送管的制造工艺，特别是双金属复合耐磨管的制造工艺。

背景技术

在冶金、矿山、电力、石油、建筑、煤碳等行业中，物料的输送都是通过管道压力输送，输送管受到较大的压力和严重的磨损，给相关企业带来非常大的经济损失，单一材料制作的管道由于不能获得耐磨性-可焊性-抗冲击性等各种机械力学性能上的调和，整体性能差，无法满足实际应用工况，必须引入现代复合理论和技术，把具有不同物理性能的材料进行复合，才能体现出各种组元最高的使用性能，获得综合性能良好的管道产品。目前所有的双金属复合耐磨管由于成形工艺的影响，存在诸多不足：(1)离心铸造工艺。该工艺只能生产直管，两层金属无法实现冶金结合，甚至存在一定大小的缝隙，内衬层易脱落，在高应力条件下使用存在一定的安全性问题；(2)两层钢套内部灌注耐磨合金工艺。首先，该工艺由于存在内、外两层钢套吸热，使灌注的合金液凝固潜热不足，耐磨合金与内、外两层钢套间处于无结合状态；其次，耐磨合金层存在诸多原生缺陷，又无法在现场检测发现，在使用过程中造成提前磨穿泄漏，恶化工作环境及缩短维修更换周期；再次，存在两层不耐磨的普通钢套，壁厚和重量较大，增加用户的设备成本和备件费用；(3)单纯消失模真空吸铸复合工艺。该工艺由于在冷型中合金液的流动性影响，不能够制备超长管道，一般长度局限在1.5米左右；其次，要实现耐磨合金层与钢管内表面之间的整体冶金结合，必须保证合金层厚度在50mm以上，以提供足够的结晶潜热，因此无法生产薄壁管道，导致重量较大。

发明内容

本发明的目的在于提供一种双金属复合耐磨管的制造工艺，该制造工艺可以生产直管、弯管、三通等不同形状规格的双金属复合耐磨管，解决了复合管两层金属之间无法实现大面积冶金结合的难题，使复合界面结合强度高，抗热振性强，对磨损严重的局部部位可做到偏心复合、加厚复合，还可以实现薄壁复合耐磨管的生产。

本发明的目的是这样实现的，其制造工艺按照以下步骤进行：

a.制作外套管：根据需要的管道形状规格，用普通钢管制作外套管(3)，包括用无逢钢管或有逢焊管制作；

b.制作消失模与装模：用聚苯乙烯泡沫塑料制作成内衬管形状的消失模(2)，并装入外套管(3)内；

c.安装浇注系统：在消失模(2)上固定安装用聚苯乙烯泡沫塑料制作的浇注系统(1)；

d.配制涂料、浸涂料：首先，配制涂料；由粘结剂、耐火粉料、表面活性剂和消泡剂配制涂料；粘结剂与耐火粉料的重量比是1∶0.3～2，表面活性剂占粘结剂重量的0.1％～0.5％，消泡剂占粘结剂重量的0.04～0.06％；

浸涂料；把固定好的外套管(3)、消失模(2)和浇注系统(1)一起浸入涂料池，在其表面浸附上涂料；

e.挂砂：将浸附了涂料的外套管(3)、消失模(2)和浇注系统(1)吊挂起来，在上述部件表面上撒布细石英砂；

f.再次浸涂料，重复上述步骤d；

g.再次挂砂：在吊挂浸附了涂料的外套管(3)、消失模(2)和浇注系统(1)的表面撒上粗石英砂；

步骤f和g，即浸涂料和挂砂处理步骤可以反复进行多道次，目的是在外壁形成壳体，形成外层涂料层(4)。

h.高温焙烧：将上述部件整体放入高温焙烧炉进行焙烧，在高温下外层涂料和砂子形成的外层涂料层(4)烧结成坚硬的外层陶瓷壳体(5)；并使消失模(2)聚苯乙烯泡沫塑料气化，使外套管(3)预热；焙烧温度800～1200℃，焙烧时间1～3小时；

I.浇注：将熔炼好的耐磨合金材料通过浇注系统(1)浇注在陶瓷壳体(5)内，形成内衬管(6)；

J.制成产品：冷却后去除外层陶瓷壳体(5)并进行清理，即制成外套管(3)是普通钢管、内衬管(6)是耐磨合金材料的双金属复合耐磨管产品。

上述发明的技术方案还包括：外套管(3)所用的普通钢管，是采用A3钢、16Mn钢、Q235或其它普通碳钢的无逢管或有逢焊管制作的。内衬管(6)采用的耐磨合金材料是指高铬铸铁、镍硬铸铁或其它白口铸铁。

上述技术方案所用的粘结剂是指水玻璃、硅溶胶或者硅酸乙酯；所用的耐火粉料是指石英粉、莫来石粉、铝钒土粉、刚玉粉或者锆英粉；所用的表面活性剂是指聚氧乙烯烷基醇醚、聚氧乙烯烷基苯酚醚或其它聚乙二醇型的各种环氧乙烷加成物；所用的消泡剂是指有机硅树脂、正辛醇、正戊醇、异丙醇或者乙二醇丁醚磷酸酯。

上述技术方案中，所用的耐火粉料的粒度为0.02～0.06mm。所用的细石英砂的粒度为0.1～0.2mm。所用的粗石英砂的粒度为0.2～0.4mm。

使用本发明可生产制造出直管、弯管、三通及其它异形管件的双金属复合耐磨管。

本发明与现有技术相比，具有以下优点：

1、本发明所采用的高温焙烧工艺，把聚苯乙烯泡沫塑料提前气化，因此不会产生大量气孔、夹渣现象，避免了内衬耐磨合金层的原生缺陷。

2、由于在整个浇注过程中，在焙烧强化壳型的同时外套管和壳型实现了预热，因此不仅保证了合金液长距离流动性，而且使合金液的凝固潜热足以提供界面实现冶金结合的能量，能够生产出整体冶金结合的超长、超薄双金属复合管道产品，并且在管道磨损严重的部位进行偏心复合、局部加厚复合。

3、本发明不受产品的形状和尺寸规格限制，可以生产直管、弯管、三通及其它异形管件。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细说明，但本发明并不限于以下实施例：

图1是焙烧前的弯管结构示意图。

图2是焙烧后的弯管结构示意图。

图3是双金属复合耐磨管结构示意图。

图4是双金属复合耐磨三通管示意图。

图5是本发明的制造工艺流程图。

具体实施方式

采用本发明的工艺可以生产制造出直管、弯管、三通及其它异形管件的双金属复合耐磨管。

参照工艺流程图5。上述各类双金属复合耐磨管制造工艺，按照以下步骤进行：

a.制作外套管：根据需要的管道形状与规格制作外套管3，制作外套管3的材料是普通钢管，包括A3钢、16Mn钢、Q235或其它普通碳钢的无逢管或有逢焊管。

b.制作消失模与装模：根据所需的内衬管6的形状和壁厚，用聚苯乙烯泡沫塑料制作成内衬管形状的消失模2；该消失模2的外径尺寸与形状与外套管3的内径尺寸与形状相同，其内径尺寸与形状根据需要确定，可以制作成壁厚均匀的形状，也可以制作成局部偏心形状、厚度不同的消失模2；将已制作的消失模2紧贴安装在外套管3内壁面内。参照图1。

c.安装浇注系统：用聚苯乙烯泡沫塑料制作浇注系统1，并将其固定安装在消失模2顶端上。参照图1。

d.配制涂料与浸涂料：首先，用粘结剂、耐火粉料、表面活性剂和消泡剂配制涂料；各配料之间的比例是粘结剂与耐火粉料的重量比是1∶0.3～2，表面活性剂占粘结剂重量的0.1％～0.5％，消泡剂占粘结剂重量的0.04～0.06％。

上述配料所用的粘结剂可以选用水玻璃、硅溶胶或者硅酸乙酯中的任何一种；耐火粉料可以选用石英粉、莫来石粉、铝钒土粉、刚玉粉或者锆英粉中的任何一种；表面活性剂可以选用聚氧乙烯烷基醇醚、聚氧乙烯烷基苯酚醚或其它聚乙二醇型的各种环氧乙烷加成物中的任何一种；消泡剂可以选用有机硅树脂、正辛醇、正戊醇、异丙醇或者乙二醇丁醚磷酸酯中的任何一种。耐火粉料的粒度一般为0.02～0.06mm。

其次，将配制好的涂料放置在涂料池内。

再次，浸涂料；把固定有消失模2、浇注系统1的外套管3整体浸入涂料池，使该消失模2、浇注系统1和外套管3的外表面全部浸附有配制好的涂料。

e.挂砂：将上述已浸附了涂料的部件吊挂起来，在其外表面上撒布粒度为0.1～0.2mm的细石英砂。参照图1。

f.再次浸涂料，重复上述步骤d。即再次把固定有消失模2和浇注系统1的外套管3，整体浸入涂料池，使该消失模2、浇注系统1和外套管3的外表面再次全部浸附有配制好的涂料。

g.再次挂砂：在吊挂浸附了涂料的外套管3、消失模2和浇注系统1的表面撒上撒布粒度为0.2～0.4mm粗石英砂。参照图1。

步骤f和g，即浸涂料和挂砂处理工艺步骤可以反复进行多道次，目的是在外壁形成壳体，形成外层涂料层4。涂料层的厚度一般为1～5mm。参照图1。

h.高温焙烧：将上述部件整体放入高温焙烧炉进行焙烧，在高温下外层涂料和砂子烧结形成坚硬的外层陶瓷壳体5，并使消失模2所用的聚苯乙烯泡沫塑料气化，使外套管3预热；焙烧温度一般控制在800～1200℃，焙烧时间一般为1～3小时。参照图2。

I.合金熔炼与浇注：首先，将选定的耐磨合金材料进行熔炼；其次，将熔炼好的耐磨合金材料通过浇注系统1浇注在陶瓷壳体5内，形成内衬管6。耐磨合金材料可选用高铬铸铁、镍硬铸铁或其它白口铸铁中的任何一种。

J.制成产品：自然冷却后，去除外层陶瓷壳体5并进行清理，即制成外套管3是普通钢管、内衬管6是耐磨合金材料的双金属复合耐磨管产品。参照图3。

上述工艺步骤中，制作消失模、配制涂料、合金熔炼等步骤与其它主工艺步骤(即制作外套管、装模、高温焙烧)可以同步进行。参见图5。

实施例1：制造双金属复合弯管

参照工艺流程图5。本发明制造工艺按照以下步骤进行：

a、用内径为Φ133mm的A3钢无缝直管热煨弯制成外套管3，曲率半径为600mm，圆心角为90度。

b、把聚苯乙烯泡沫塑料块用电热丝切割出内衬管形状的消失模2，该消失模2的外径与外套管3的内径相等，厚度8mm，曲率半径和圆心角都与外套管3相等。参照图1。

c、把聚苯乙烯泡沫塑料块用电热丝切割出浇注系统的形状，并用白乳胶粘结固定到内衬消失模2上。参照图1。

d、配制涂料，并装入涂料池：涂料配方如下：水玻璃作粘结剂，0.04～0.06mm粒度的石英粉作耐火粉料，水玻璃与石英粉的重量比为1∶0.5，加入占水玻璃重量0.3％的聚氧乙烯烷基醇醚作活性剂，0.05％的有机硅树脂作消泡剂。

浸涂料：把准备好的外套管3、消失模2和浇注系统1浸入涂料池。

e、从涂料池中吊出外套管3、消失模2和浇注系统1，撒上粒度为0.1～0.2mm的细石英砂，形成外层涂料层4。参照图1。

f、重复步骤d。

g、撒上粒度为0.2～0.4mm的粗石英砂，形成较厚的外层涂料层4。参照图1。

h、放入高温焙烧炉中焙烧，温度为850℃，保温时间2小时，使外层涂料和砂子烧制成陶瓷壳体5。参照图2。

i、出炉后从浇注系统1中浇入熔炼好的高铬铸铁合金液。

j、冷却后去除外层陶瓷壳体5并清理，即制成外套管3是普通钢管、内衬管6是耐磨合金材料的冶金结合的双金属复合耐磨弯管。参照图3。

实施例2：制造双金属复合耐磨三通管

参照工艺流程图5。本发明制造工艺按照以下步骤进行：

a、用内径为Φ219mm的16Mn钢无缝直管焊接制成三通外套管3。

b、把聚苯乙烯泡沫塑料块用电热丝切割出内衬管形状的消失模2，消失模2的外径与外套管的内径相等，厚度12mm，各部分长度与三通外套管相等，可采用填补的方法，使内衬消失模在三通接口处无缝隙。

c、把聚苯乙烯泡沫塑料块用电热丝切割出浇注系统的形状，并用白乳胶粘结1固定到内衬消失模2上。

d、配制涂料，并装入涂料池。涂料配方如下：硅酸乙酯作粘结剂，0.02-0.04mm粒度的刚玉粉作耐火粉料，硅酸乙酯与刚玉粉的重量比为1∶0.7，加入占水玻璃重量0.4％的聚氧乙烯烷基苯酚醚作活性剂，0.04％的正辛醇作消泡剂。

e、从涂料池中吊出外套管3、消失模2和浇注系统1，撒上粒度为0.1～0.2mm的细石英砂；形成外层涂料层4。

f、重复步骤d；

g、撒上粒度为0.2～0.4mm的粗石英砂；形成较厚的外层涂料层4。

h、放入高温焙烧炉中焙烧，温度为1000℃，保温时间1.5小时，使外层涂料和砂子烧制成陶瓷壳体5。

i、出炉后从浇注系统中浇入熔炼好的高铬铸铁合金液。

j、冷却后去除外层陶瓷壳体5并清理，即制成外套管3是普通钢管、内衬管6是耐磨合金材料的冶金结合的双金属复合耐磨三通管。参照图4。

Claims

1、一种双金属复合耐磨管的制造工艺，其特征在于：该制造工艺按照以下步骤进行：

a.用普通钢管制作外套管(3)；

b.用聚苯乙烯泡沫塑料制作成内衬管形状的消失模(2)，并装入外套管(3)内；

c.在消失模(2)上固定安装用聚苯乙烯泡沫塑料制作的浇注系统(1)；

d.把外套管(3)、消失模(2)和浇注系统(1)一起浸入涂料池，在其表面浸附上涂料；该涂料由粘结剂、耐火粉料、表面活性剂和消泡剂配制而成，粘结剂与耐火粉料的重量比是1∶0.3～2，表面活性剂占粘结剂重量的0.1％～0.5％，消泡剂占粘结剂重量的0.04～0.06％；

e.将浸附了涂料的外套管(3)、消失模(2)和浇注系统(1)吊挂起来，在其表面撒布上细石英砂；

f.再次浸涂料，重复上述步骤d；

g.在吊挂浸附了涂料的外套管(3)、消失模(2)和浇注系统(1)的表面撒布上粗石英砂，形成外层涂料层(4)；

h.将整体放入高温焙烧炉进行焙烧，在高温下外层涂料和砂子形成的外层涂料层(4)烧结成坚硬的外层陶瓷壳体(5)；焙烧温度800～1200℃，焙烧时间1～3小时；

I.将熔炼好的耐磨合金材料通过浇注系统(1)浇注在陶瓷壳体(5)内，形成内衬管(6)；

J.冷却后，去除外层陶瓷壳体(5)并进行清理，即制成外套管(3)是普通钢管、内衬管(6)是耐磨合金材料的双金属复合耐磨管产品。

2、根据权利要求1所述的复合耐磨管的制造工艺，其特征在于：外套管(3)所用的普通钢管，是指用A3钢、16Mn钢、Q235或其它普通碳钢的无逢管或有逢焊管制作。

3、根据权利要求1所述的复合耐磨管的制造工艺，其特征在于：内衬管(6)选用的耐磨合金材料是指高铬铸铁、镍硬铸铁或其它白口铸铁。

4、根据权利要求1所述的复合耐磨管的制造工艺，其特征在于：所用的粘结剂是指水玻璃、硅溶胶或者硅酸乙酯；所用的耐火粉料是指石英粉、莫来石粉、铝钒土粉、刚玉粉或者锆英粉；所用的表面活性剂是指聚氧乙烯烷基醇醚、聚氧乙烯烷基苯酚醚或其它聚乙二醇型的各种环氧乙烷加成物；所用的消泡剂是指有机硅树脂、正辛醇、正戊醇、异丙醇或者乙二醇丁醚磷酸酯。

5、根据权利要求1或4所述的复合耐磨管的制造工艺，其特征在于：所用的耐火粉料的粒度为0.02～0.06mm。

6、根据权利要求1所述的复合耐磨管的制造工艺，其特征在于：所用的细石英砂的粒度为0.1～0.2mm。

7、根据权利要求1所述的复合耐磨管的制造工艺，其特征在于：所用的粗石英砂的粒度为0.2～0.4mm。

8、根据权利要求1所述的复合耐磨管的制造工艺，其特征在于：使用该工艺可制造直管、弯管、三通及其它异形管件的双金属复合耐磨管。