CN103387354B - 一种基于陶瓷骨料的耐磨内衬复合管的制备方法 - Google Patents
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Abstract
一种基于陶瓷骨料的复合衬管的制备方法，属于管道运输材料领域。复合衬管材料由粗骨料、细骨料、填充剂、重量比例分别为50～70wt％，5～15wt％，15～35wt％；另加15～25wt％的结合剂。将混匀后的物料，根据实际用途及需要采用振动、挤压或模压成型，分别制作为不同厚度、不同直径的内衬圆管，经120-200℃温度烘烤，以无缝钢管或1～5mm厚的铁皮为载体制成复合衬管，本发明优点是衬管密实度高，内壁致密光滑；既保证了衬管的耐磨性，又具有良好的坚硬度；主要材料均与酸碱不反应，具有良好的耐蚀性。成为含有坚硬粗粒级骨料流体输送的理想管输材料，具有广泛的应用和推广价值。
Description
技术领域
本发明涉及一种基于陶瓷骨料的耐磨内衬复合管的制造方法，特别适应于添加废石等粗骨料的流体输送等场合，属于管道输送材料领域。
背景技术
流体管道输送技术已在冶金、石油、矿业、化工等行业中广泛应用，但是在应用过程中，经常遇到管道严重冲刷、磨破、腐蚀等诸多问题，缩短了管道使用年限，增加了生产成本，造成经济损失。
目前，应用较多的是合金管道与陶瓷管道。其中合金管道成本相对较高，并且其耐磨性较差，尤其是在输送含有炉渣、废石等粗粒径材料的流体时，管道磨损较为严重。比如在矿山进行粗骨料充填时，常采用双金属耐磨管来避免磨损穿管这一问题，但双层管道使得本来成本较高的金属管道成本更高。陶瓷管道制作大多是利用铝热反应自身放热自蔓延离心旋转而成，另一方法是将氧化铝粉挤压成型经高温烧成后衬入无缝钢管内。两种方法都可使陶瓷表面细腻光滑，耐磨性较好，但存在着陶瓷本身脆性大、抗冲击能力差等不足，影响使用寿命。
发明内容
本发明针对陶瓷本身脆性大、抗冲击能力差等不足，提供一种稳定、耐磨、经济的复合衬管。
技术解决方案：
耐磨内衬复合管的制造方法及步骤如下：
(1)配料：由粗骨料、细骨料、填充料及结合剂构成内衬材料的配料。粗骨料、细骨料及填充料所占重量比例分别为50～70wt％，5～15wt％,15～35wt％。另加结合剂5～15wt％。
(2)混料：运行高速混料机，将称量好的粗骨料、细骨料、结合剂及填充料依次加入，混合5～20分钟，使物料充分混匀。
(3)成型：采用振动、挤压或模压成型，根据实际用途及需要将混匀后的物料分别制作为不同厚度、不同直径的内衬圆管。
(4)热处理：将内衬圆管在120～200℃下烘烤5～20小时。
(5)两种骨料分别为粗骨料氧化铝耐磨实心球(或矾土耐磨实心球，或棕刚玉粒度砂)和细骨料碳化硅颗粒。
(6)粗骨料可以选用：1)氧化铝耐磨实心球：Al2O3为90～99.5％，粒度2～6mm；2)矾土耐磨实心球：Al2O3为50～90％，粒度2～6mm；3)棕刚玉粒度砂：Al2O3为90～96％，粒度2～6mm。
(7)细骨料采用磨料号8#～120#碳化硅颗粒。
(8)结合剂选用酚醛树脂或复合树脂。
(9)填充料：可选用0～500目的刚玉粉、0～500目的矾土粉、0～320目的石墨粉、0～500目的半水石膏粉等。
(10)复合：将(4)热处理后的内衬圆管镶入无缝钢管内或由1～5mm厚的铁皮包裹焊接即为耐磨内衬复合管。其中内衬管厚度根据输送物料特性和管道使用年限而定，无缝钢管或铁皮厚度需要综合考虑物料输送特性、输送距离以及输送压力等因素。
(11)安装：将管子逐节安装，中心对齐，接口处平齐并用粘接胶联结，外侧用耐磨耐腐胶布包裹，通过螺纹、法兰或管箍固定。
本发明与现有技术比具有以下优点：
(1)耐磨：选用的粗骨料和细骨料，均为性能极佳的耐磨材料，经树脂结合并固化后，耐磨性明显优于合金管与陶瓷衬。
(2)耐蚀：复合管内衬所选主要材料为惰性材料和中性材料，不易与酸碱反应，因此具有良好的耐蚀性。
(3)光滑：成型固化后，复合管内衬表面光滑，再加上本发明选用的粗颗粒为球状或近似球状，当被送物料与其接触时，摩擦系数小可顺利通过。
(4)韧性：本工艺制造过程中，可通过调节结合剂加入量及控制热处理温度等措施，在保证强度的情况下，调节材料的韧性，加强抗冲击能力，其性能优于陶瓷内衬。
附图说明
图1为本发明工艺流程示意图。
图2为复合材料内衬结构示意图。
具体实施方式
实施方式1：
以65wt％矾土耐磨实心球、10wt％的60#碳化硅颗粒、25wt％矾土粉为主原料，在上述主原料中加入主原料总质量8wt％的树脂液、2wt％的树脂粉。运行高速混料机，将称量后的物料按照粗骨料、细骨料、结合剂及填充料依次加入，混合15分钟。将混合后的物料装入8mm厚度、φ300mm直径、800mm长的圆管模套内，用300吨压机模压成型。圆管内衬在160℃下烘干10小时，镶入经加热的无缝钢管内。
实施方式2：
以60wt％矾土耐磨实心球、10wt％的60#碳化硅颗粒、30wt％刚玉粉为主原料，在上述主原料中加入主原料总质量10wt％的树脂液、2wt％的树脂粉。运行高速混料机，将称量后的物料按照粗骨料、细骨料、结合剂及填充料依次加入，混合20分钟。将混合后的物料装入12mm厚度、φ300mm直径、1000mm长的圆管模套内，进行振动成型。圆管内衬在180℃下烘干12小时，镶入经加热的无缝钢管内。
实施方式3：
以60wt％氧化铝耐磨实心球、10wt％的50#碳化硅颗粒、25wt％半水石膏粉、5wt％矾土粉为主原料，在上述主原料中加入主原料总质量12wt％的树脂液、2wt％的树脂粉。运行高速混料机，将称量后的物料按照粗骨料、细骨料、结合剂及填充料依次加入，混合18分钟。采用挤压成型机将混合后的物料挤出为10mm厚度、φ300mm直径的圆管内衬，其长度根据需要截取。圆管内衬在150℃下烘干15小时，将2mm厚的铁板加热弯曲，将圆管内衬放入其内，铁板将其包裹后焊接。
实施方式4：
以55wt％棕刚玉粒度砂、10wt％的80#碳化硅颗粒、30wt％半水石膏粉、5wt％石墨粉为主原料，在上述主原料中加入主原料总质量12wt％的树脂液。运行高速混料机，将称量后的物料按照粗骨料、细骨料、结合剂及填充料依次加入，混合15分钟。将混合后的物料装入12mm厚度、φ300mm直径、2000mm长的圆管模套内，进行振动成型。圆管内衬在130℃下烘干18小时，将2mm厚的铁板加热弯曲，将圆管内衬放入其内，铁板将其包裹后焊接。上述4种实施方式配料如表1。
表1 4种实施方式配料表
| 项目 | 方式1(wt％) | 方式2(wt％) | 方式3(wt％) | 方式4(wt％) |
| 氧化铝实心球 | 65 | 60 | — | — |
| 矾土实心球 | — | — | 60 | — |
| 棕刚玉 | — | — | — | 55 |
| 碳化硅 | 10 | 10 | 10 | 10 |
| 刚玉粉 | 25 | — | — | — |
| 矾土粉 | — | 25 | 5 | — |
| 半水石膏粉 | — | — | 25 | 30 |
| 石墨粉 | — | 5 | — | 5 |
| 树脂液 | 8 | 10 | 12 | 12 |
| 树脂粉 | 2 | 2 | 2 | — |
对四种实施方式下的配料进行取样，在成型压力下进行常温性能测试。其中实施方式1、方式2的试样的成型压力为178KN；实施方式3、方式4试样的成型压力为152.6KN。不同实施方式性能测定结果如表2。
表2 不同实施方式性能测定结果
| 试样编号 | 方式1 | 方式2 | 方式3 | 方式4 |
| 抗折强度(MPa) | 16.42 | 17.91 | 16.21 | 16.76 |
| 显气孔率(％) | 10.7 | 11.19 | 16.86 | 9.75 |
| 体积密度(g/cm3) | 2.34 | 2.48 | 2.52 | 2.74 |
| 耐压强度(MPa) | 11.18 | 30.10 | 29.96 | 26.10 |
分析：经160度烘干后，方式1试样有较大的体积膨胀，导致试样出现许多裂纹，这也是其耐压强度最低的主要原因；方式2试样致密程度高，常温性能综合表现最好；方式3试样体积有所变形，是因为加入树脂偏多造成，其显气孔率最大；方式4试样显气孔率最低，但常温力学性能略低于方式2。
综上，方式2所获得的圆管内衬性能最佳。
Claims (1)
1.一种基于陶瓷骨料的复合衬管的制备方法，其特征在于，方法步骤如下：
(1)配料：由粗骨料、细骨料、填充料及结合剂构成内衬材料的配料；粗骨料、细骨料及填充料所占重量比例分别为50～70wt％，5～15wt％,15～35wt％；另加结合剂5～15wt％；
(2)混料：运行高速混料机，将称量好的粗骨料、细骨料、结合剂及填充料依次加入，混合5～20分钟，使物料充分混匀；
(3)成型：采用振动、挤压或模压成型，根据实际用途及需要将混匀后的物料分别制作为不同厚度、不同直径的内衬圆管；
(4)热处理：将内衬圆管在120～200℃下烘干5～20小时；
(5)两种骨料分别为粗骨料氧化铝耐磨实心球或矾土耐磨实心球，或棕刚玉粒度砂和细骨料碳化硅颗粒；
(6)粗骨料选用：1)氧化铝耐磨实心球：Al2O3为90～99.5％，粒度2～6mm；2)矾土耐磨实心球：Al2O3为50～90％，粒度2～6mm；3)棕刚玉粒度砂：Al2O3为90～96％，粒度2～6mm；
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(8)结合剂选用酚醛树脂或复合树脂；
(9)填充料：选用0～500目的刚玉粉、0～500目的矾土粉、0～320目的石墨粉、0～500目的半水石膏粉；
(10)复合：将(4)热处理后的内衬圆管镶入无缝钢管内或由1～5mm厚的铁皮包裹焊接即为耐磨内衬复合管，其中内衬管厚度根据输送物料特性和管道使用年限而定，无缝钢管或铁皮厚度需要综合考虑物料输送特性、输送距离以及输送压力因素。
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