Способ непрерывного изготовления трубных заготовок из чугуна и установка для его осуществления

Способ непрерывного изготовления трубных заготовок из чугуна и установка для его осуществления

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Изобретение относится к металлургии , конкретнее - к изготовлению чугунных труб с шаровидными включениями графита методом непрерывной разливки с последующей термообработкой для придания трубам, например, бейннтной структуры. Цель - повышение прочности труб. В процессе изготовления чугунную трубу подвергают закалке путем непрерьшного пропускания ее через помещаемую на выходе из кристаллизатора камеру, содержащую псевдоожиженный песок. Однородная бейнитная структура чугунной трубы достига ется посредством регулирования температуры в камере псевдоожижения . 2 с. и 8 з.п. ф-лы, 6 ил. О)

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

РЕСПУ БЛИН

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К flATEHTV

4h

Ю

Ю 3

М с©

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (21) 4003599/23-02 (22) 03.01.86 (31) 8500159 (32) 04.01.85 (33) FR (46) 07.01.89. Бюл; М 1 (71) Понт-а-Муссон C.À. (FR) (72) Клод Бак, Ив Гурмель, Рио Беллоччи и Мишель Пьеррель (FR) (53) 621 ° 746.047:621.746.27 (088.8) (56) Патент Франции В 2522291 кл. С 22 D 13/д2, 1983.

Авторское свидетельство СССР

Ф 772011, кл. В 22 D 11/00, 1975. (54) СПОСОБ НЕПРЕРЫВНОГО ИЗГОТОВЛЕ;

НИЯ ТРУБНЫХ ЗАГОТОВОК ИЗ ЧУГУНА И

УСТАНОВКА ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ

„SU„„3450729 A 3

Ц1) 4 В 22 Р 13/00 11 00 (57) Изобретение относится к металлургии, конкретнее — к изготовлению чугунных труб с шаровидными включениями графита методом непрерывной разливки с последующей термообработкой для придания трубам, например, бейнитной структуры. Цель — повышение прочности труб. В процессе изготовления чугунную трубу подвергают закалке путем непрерывного пропускания ее через помещаемую на выходе из кристаллизатора камеру, содержащую псевдоожиженный песок. Однородная бейнитная структура чугунной трубы достигается посредством регулирования температуры в камере псевдоожижения. 2 с. и 8 з.п. ф-лы, 6 ил.

1450729

Изобретение относится к области металлургии, в частности к изготовлению чугунных труб с шаровидными включениями графита методом непре5 рывной разливки с последующей термообработкой для придания трубам„ например, бейнитной структуры.

Целью изобретения является повышение прочности труб, 10

На фиг, 1 изображена установка для непрерывной восходящей разливки труб без раструба, разрез; на фиг. 2установка для термообработки, раз" рез; на фиг. 3 — вид спереди механической детали установки для термообработки; на фиг. 4 — часть установки для термообработки, разрез; на фиг. 5 — диаграмма термообработки с линией изменения температуры 20 чугунной трубы во время термообработки для получения бейнитной структуры; на фиг. 6 — диаграмма варианта термообработки для получения феррито-перлитной структуры. 25

Установка для непрерывной восходящей разливки чугунной трубы Т содержит сифонную литниковую систему

1 из жаропрочного материала„ например алюмо-силикатного типа, которая 30 состоит из литникового канала с лит;никовой чашей 2 в верхней части, обеспечивающего подачу материала, а в нижней части из выпускного отверстия 3 в основачии кристаллизатора для образования трубы Т.

На оси ХХ выпускного отверстия 3 устанавливается трубчатый водоохлаждаемый кристаллизатор, включающий графитовую футеровку 4, внутренний 40 диаметр которой соответствует внешнему диаметру изготовляемой трубы Т, и кожух 5, например из меди, с циркуляцией охлаждающей воды, которая поступает по трубопроводу 6, а выходит по трубопроводу 7. Охлаждающий кожух

5, устанавливаемьй вокруг футеровки 4. отделен от сифонной системы 1 огра— ничнвающим кольцевым жаропрочным основанием 8.

Устройство для термообработки содержит камеру псевдоожижения, теплоизоляционный кожух и туннельную печь.

Камера 9 псевдоожижения устанавливается на оси ХХ над водоохлаждаемьцч крысталлиэатором. Он состоит из от крытого в верхней части сосуда, опирающегося, например, на верхний слой охлаждающей футеровки 4 и имеет кольцевое днище с круглым отверстием

10, соответствующим внешнему диаметру чугунной трубы Т, которая проходит через него свободно. Над кольцевым днищем с отверстием 10, параллельно ему, закреплена пористая пластина

11 с образованием камеры 12 для подачи воздуха при заданном давлении, например 2 — 8 бар, Воздух под давлением поступает в камеру 12 через трубопровод 13 под контролем оборудования 14, включающего редукционный клапан или манометр (не показаны). Над пористой пластиной 11 находится сквозная камера 15 псевдоожижения, в которой находится твердые, пред-: почтительно жаропрочные частицы для псевдоожижения, например, песок 15 или кремнезем, или глинозем. В камере псевцоожиженыя установлены трубчатые витки 16, намотанные по винтовой линии с диаметром, заключенным между внешним диаметром камеры 9 и диаметром отверстия 10. Через трубчатые витки 16 проходит охлаждающая вода, поступающая через трубопровод 17 и выходящая через трубопровод 18.

Над камерой 9 по оси Х-Х устанавливается теплоизоляционный кожух

19 с внутренним диаметром, большим наружного диаметра изготовляемой трубы Т. Кожух 19 охватывает теплоизоляционный материал 20, например войлок из минеральных волокон.

Охлаждение трубы Т тем медленнее, чем шире слой тензоизоляционного материала 20. Высота кожуха 19 равна длине отрезаемой трубы Т.

Кожух 19 имеет внутри направляющие и опорные ролики 21 трубы Т.

Kozcyx 19 установлен "качающимся" и может опрокидываться на угол 90 имея в нижней части со стороны опрокидывания шарнирный кронштейн 22 (фиг. 2 — 3). На кронштейне 22 жестко крепится горизонтальная цапфа 23 с осью YY перпендикулярной оси ХХ.

Кожух 19 имеет над кронштейном кронштейн для опрокидывания 24, на котором шарнирно закреплен конец штока

25 опрокидывающего домкрата 26, корпус которого шарнирно закрепляется на станине 27 на противоположном конце штока поршня 25 (фиг. 3). Домкрат

26 может быть гидравлического теле- скопического типа. Домкрат 26 опрокидывает трубу 19 по стрелке AR. з

14507

Туннельная печь 27 для выдержки по температуре трубы Т предусматривается на удлинении кожуха 19, но лежит по направлению AR Сквозная туннельная печь 27 имеет входное боковое отверстие 28. с осью Х, — Х, и выходное отверстие с горизонтальной осью. Для прохождения каждой трубы

Т с изменением направления на 90 1ð между осью Х„ — Х, (или направлением

AR q) и направлением AR . Туннельная печь 27 имеет съемные ролики 29 для опоры и продвижения трубы Т по стрелкам АК „ параллельным оси Х, — Х,. 15

Туннельнная печь 27 имеет горелки 30 (например, газовые), создающие внутри нагревательную атмосферу для вырежки по температуре трубы Т °

Установка содержит механизм вытя- 20 гивания, который располагается сразу на выходе иэ камеры 9 псевдоожи" жения, но на входе режущего устройства 31.

Способ осуществляют следующим -об- 25 разом.

Перед подачей жидкого чугуна в установку через верх кристаллизатора, через камеру 9 псевдоожижения до уровня ниже верхнего конца графитовой футеровки 4 вводится затравка, образованная стальной трубчатой муфтой такого же наружного диаметра и такой же толщины, что и изготавляемая труба Т. Затем жидкий чугун по- 35 дается по направлению стрелки в лит- . никовую чашу 2 до уровня N, расположенного ниже верхней части футеровки 4. Этот жидкий чугун имеет следующий состав, мас.Ж: углерод 2,5 — 40

4,0, кремний 2 — 4, марганец О, 1

0,6, молибден С вЂ” 0,5, никель — 03,5, медь 0 -11, магний 0 — 0,5, сера 0,1 максимально, фосфор 0,06 максимально, остальное — железо. Каме- 45 ра 9 перед введением затравки наполняется песком 15.

Чугун охлаждается в контакте с футеровкой 4 по фронту кристаллизации S в виде приблизительно усеченно- 50 го конуса, и сцепляется с затравкой, вытягиваемой кверху с помощью механизированных роликов 21.

В момент, когда затравка проходит через камеру 9 в направлении стрелки

1 в камеру 12 подается сжатый воздух или азот по трубопроводу 13.

При этом песочная масса 15 псевдоожижается вокруг витков 16, погруженных

29 в камеру псевдоожижения до уровня.

Когда труба Т заменяет затравку внутри камеры 9 псевдоожижения, подни" маясь по стрелке f 1, начинается ее термообработка.

Термообработка на бейнит трубы Т осуществляется в условиях изменения температуры, изображенных на фиг. 5.

На кривой фиг. 5 температура (Т С) откладывается по ординате, а время (t) — по абсциссе. Кривая à...h показывает изменение температуры чугунной трубы с шаровидными включениями графита по времени, когда она подвергается термообработке по изобретению.

Именно в камере 9 псевдоожижения, где псевдоожиженный песок находится при температуре, регулируемой до величины, необходимой для получения требуемой структуры (например, между

100 и 200 С для бейнитной структуры). осуществляется первая фаза термообработки, которая является закалкой на бейнит без подогрева за счет калорий от трубы, выходящей иэ кристаллизатора. Эта температура песочной бани, заключенная кажду 100 и 200О0, поддерживается постоянной, благодаря циркуляции воды при температуре порядка 20 С в трубопроводах 17 и

18. Интенсивность охлаждения песка

15 зависит от расхода воздуха псевдоожижения, входящего через трубопровод 13, и от скорости циркуляции воды. Расход воздуха псевдоожижения и скорость циркуляции воды могут регулироваться ° Таким образом, начинают с трубы Т, которая только что образована и затвердела и находится еще при температуре 1100 С в точке а. Между точками а и Ь (на уровне пористой пластинки 11) температура трубы Т быстро снижается с 1100 С до 850 С или до несколько более высокой температуры.

В точках а и Ь структура трубы аусте- нитная. От точки Ь (вход в камеру 9). в точку с (выход из камеры 9) темпе» ратура трубы Т меняется резко (от

850 С до 500 С приблизительно) и это происходит за очень короткий промежуток времени, в котором труба Т охватывается по всей поверхности псевдоожиженным песком 15, поддерживаемьх с помощью змеевика 16 при температу— ре порядка 100 — 200 С. Эта закалка на бейнит.

4507

После выхода камеры 9 труба Т с помощью механизированных роликов 21 поступает в кожух 19 для естественного и медленного охлаждения, кото5 рый находится в вертикальном положе" нии, через режущее устройство 31.

На кривой температур фиг. 5 вход в кожух 19 соответствует точке d. Следующий интервал прохождения между ка- 1ð мерой 9 и кожухом 19, где располагается устройство 31 резки, соответствует участку кривой с d, с небольшим снижением температуры наружной стенки трубы Т: точка d находится при температуре, близкой к 48) C. Охлаждение трубы Т медленное из-за теплоизолирующего материала 20. На выходе. из кожуха 19 в точке е труба Т имеет температуру порядка 350 С. 2О

Для упрочнения или закрепления ранее полученной бейнитной структуры переносят отрезанную трубу Т внутри туннельной печи 27, перенося ее по направлению AR„, параллельному гори- 25 эонтальной оси Х „ — Х, Туннельная

1 печь 27 нагревается газовыми горелками 30 до такой температуры, чтобы труба Т, перемещающаяся вдоль нее с регулируемой скоростью поддерживалась при постоянной температуре изотермической выдержки, заключен ной между двумя пределами (две изотермы): с одной стороны, верхний предел (участок е1 f 1 или изотерма 450 C фиг. 5), à с другой стороны, нижний предел (участок е2 f 2 или изотерма 250 С). Между пределами е1 f 1 и е2 f 2 температурная выдержка трубы Т осуществляется по промежуточному участку или изотерме е f, заключенному между 250 С и

450 С (фиг. 5). Эта стадия термообработки в томнльной печи 27 обеспечивает устойчивость бейнита и возможно остаточного аустенита в матрице структуры.

Труба Т выходит из туннельной печи 27 при температуре, заключенной между 450 и 250 С между точками Е 2 и f 1 для охлаждения на третьей и последней фазе. Именно внутри заштрихованной зоны фиг. 5, заключенной между участками е1 f 1 и

55 е2 f 2 (участок e f штриховой ли нией) находится выдержка по постоянной температуре трубы Т. Бейнитная или бейнитная — аустенитная структура

29 6 однородна и обладает оптимальными механическими характеристиками.

На выходе из туннельной печи 27 труба T охлаждается на открытом воздухе до обычной температуры, например 5 — 25 С.

Таким образом, можно изготовлять и термически обрабатывать чугунные трубы, предпочтительно трубы для подвода воды, номинальным диаметром

600 — 2500 мм, в частности 1000

1600 мм, с толщиной 5 — 20 мм.

Если получают небейнитовую структуру, например феррит + перлит, с хорошо регулируемым процентным содержанием перлита, то кожух 19 устраняется.

Для структуры бейнит + феррит температура псевдоожиженного песка 15 должна быть 10Ц вЂ” 200 С как и для одного бейнита.

Для структуры феррит + перлит с определенными процентными содержания" ми каждой из фаз феррит + перлит температура псевдоожиженного песка

15 должна быть такой, чтобы скорость охлаждения трубы Т, проходящей через зту баню была постоянной. Другими словами, постоянная скорость охлаждения трубы Т через трехфазную зону альфа + гамма + графит, изображенную заштрихованной на термодиаграмме фиг.

7 (зона d + + G называется так, потому что она показывает область эвтектоидного превращения чугуна, в которой существуют три фазы феррит, аустенит и графит тройной диаграммы железо, углерод, кремний) вызывает появление феррита и перлита в требуемых соотношениях.

Непрерывная термообрацотка обеспечивает точное регулирование доли каждой фазы (ферритная фаза и перлит ная фаза) в связи с постоянством скорости извлечения трубы, скорости ее охлаждения и температуры во всех точках установки, которые заключены между точками а (появление трубы Т вне кристаллизатора) и с (выход трубы Т иэ камеры 9 псевдоожижения), Использование изобретения позволит получать чугунные трубы повышенной. прочности с однородной бейнитной структурой.

1450729 формула из обретения

1. Способ непрерывного иэготовле. ния трубных заготовок из чугуна, содержащего мас.Е:

Углерод 2,5 — 4,0

Кремний 2 - 4

Марганец 0,1 — 0,6

Молибден 0-0 5

Никель 0 — 3 5

Медь 0 — 2

Магний 0 — 0,5

Сера (0 1

Фосфор 6 0,06

Железо Остальное, включающий отливку трубы, закалку, изотермическую выдержку и последующее охлаждение на воздухе, о т л и— ч а ю шийся тем, что, с целью повьппения прочности труб, отливку трубы осуществляют в водоохцаждаемом кристаллизаторе методом непрерывной вертикально восходящей разливки, за калку трубы осуществляют на выходе ее кристаллизатора путем пропускания через камеру псевдоожижения твердых жаропрочных частиц, охлаждаемых до температуры ниже температуры трубы на выходе ее иэ кристаллизатора.

2. Способ по и. 1, отличаюшийся тем, что для получения бейнитной структуры охлаждение трубы на выходе ее иэ кристаллизатора осуществляют с 1100 С до 850 С, а последующую закалку в камере псевдоожижео ния осуществляют до 500 С, затем перед охлаждением на воздухе осуществляют отрезку трубной заготовки определенной длины и ее термообработку путем пропускания через туннельную печь с поддержанием постоянной температуры 250...450 С °

3. Способ по пп. 1 и 2, о т л ич а ю шийся тем, что температу.— ру в камере псевдоожижения поддержи». вают 100...200 С.

4. Способ по и. 1, отличаюшийся тем, что охлаждение трубы на выходе ее из кристаллизатора осуществляют с 1100 С до 850 С, а последующую закалку в камере псевдосжиже- о .5 ния осуществляют до температуры 600 С.

5. Способ по пп. 1 — 4, о т л ич а ю шийся тем, что охлаждение трубы в камере псевдоожижения осуществляют с постоянной скоростью и поддержанием температуры эвтектоиод- ного превра;цения чугуна, при которой, происходит выдедение фаз феррита и перлита.

6. Установка для непрерывного из15 готовления трубных заготовок из чугуна, содержащая сифонную литниковую систему, водоохлаждаемьй кристаллизатор, теплоиэолирующий кожух, механизм вытягивания трубы вверх и механизм резки, отличающаяся тем, что, с целью повышения прочности труб, она снабжена сквозной камерой псевдоожижения, заполненной твердыми жаропрочными частицами с располо25 женным в ней трубчатым водоохлаждаемым змеевиком.

7. Установка по и. 6, о т л ич а ю щ а я с я тем, что сквозная камера псевдоожижения расположена за 0 водоохлаждаемым кристаллиэатором в направлении вытягивания трубы, 8. Установка по и. 6, о т л и ч а ю щ а я с я тем, что теплоизоляционный кожух расположен за механизмом резки в направлении вытягивания

35 трубы.

9. Установка по п. 6, о т л и— ч а ю щ а я с я тем, что теплоизоляционный кожух выполнен е приводными

40 направляющими опорными роликами, расположенными внутри кожуха, и кронштейном, расположенным снаружи кожу» ха, и имеет возможность поворота на

90 с помощью средств качения.

l0. Установка по и. 6, о т л и— ч а ю щ а я с я тем, что она выполнена с горизонтально расположенной туннельной печью.

1450729

1450729

) 450729

14507 29

Т С

1О0

Составитель Л.Дымшиц

Редактор С.Патрушева Техред М.Ходанич Корр ек тор М. Демчик

Заказ 6982/58 Тираж 741 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4