CN103557377A

CN103557377A - 陶瓷内衬复合不锈钢管的制备方法

Info

Publication number: CN103557377A
Application number: CN201310543199.8A
Authority: CN
Inventors: 周小新
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2013-11-06
Filing date: 2013-11-06
Publication date: 2014-02-05
Anticipated expiration: 2033-11-06
Also published as: CN103557377B

Abstract

本发明是陶瓷内衬复合不锈钢管的制备方法，包括工艺步骤：1）取原材料；2）烘干；3）用搅拌机混合均匀；4）不锈钢管装入离心机内并调整中心；5）对不锈钢管外表面采用固态强制冷却；6）将经搅拌机混合均匀后的反应物料装入不锈钢管内；7）用离心机旋转；8）用钨丝将反应物料点燃；9）进行铝热反应；10）停机取出钢管；11）检验；12）打磨端面毛刺；13）陶瓷内衬复合不锈钢管产品。优点：1）限制外层不锈钢管的热膨胀，降低铝热反应时外层不锈钢管表面的温度；2）减少了由于热膨胀系数差异而导致的热应力，使冷却过程中压应力及热应力降低，并成功制备陶瓷内衬复合不锈钢管。采用二次成型方法，制备出阶梯型陶瓷内衬复合不锈钢管。

Description

陶瓷内衬复合不锈钢管的制备方法

技术领域

本发明涉及的是一种陶瓷内衬复合不锈钢管的制备方法，它采用离心铝热工艺，通过限制外层不锈钢管的热膨胀及添加金属氧化物形成梯度过渡层技术，达到降低不锈钢管与内衬陶瓷层热膨胀系数的差距，减少冷却过程中热应力对陶瓷层的影响，从而制备出陶瓷内衬复合不锈钢管。通过二次成型，可以制备出阶梯型陶瓷内衬复合不锈钢管。它属于陶瓷内衬复合不锈钢管制备技术领域。可广泛用于石化行业。

背景技术

现有陶瓷内衬复合不锈钢管制备主要有以下两种技术：

1）烧结法，烧结陶瓷内衬复合不锈钢管，是预先将陶瓷内衬采用离心浇注成型、或重力浇注成型，或挤压成型等，然后高温烧结，最后将陶瓷内衬镶嵌在不锈钢管内壁，并用高温胶剂填充界面间隙。

2）离心铝热法，离心铝热法的基本原理，是利用铝热反应：

Fe₂O₃+2Al=2Fe+Al₂O₃+836KJ/mol

所释放的热量，产生2800℃以上的高温，使反应生成物α—Al₂O₃（熔点为2040℃）及Fe（熔点为1560℃）均处于熔融状态，同时钢管的内壁亦受热熔化一薄层，与生成的液态物相融为一体。高温液相在离心力场的作用下发生分离，比重大的Fe紧靠钢管内壁形成中间过渡层，并与钢管内壁界面结合呈焊接状态；比重小的α—Al₂O₃则紧挨铁层，形成表面光滑均质致密的陶瓷层。

烧结法制备的陶瓷内衬复合不锈钢管，具有较好的耐磨耐蚀性能，但制备工艺复杂，界面结合强度较低，热稳定性能及抗冲击性能较差，在受到敲击、震动等情况下易损坏，影响其使用寿命。

离心铝热法制备陶瓷内衬复合不锈钢管时，铝热反应产生的热量主要是通过热传导的形式由陶瓷层传递到外层的钢管，使外层钢管的温度急剧升高。由于不锈钢管（18×10^-6/℃）与陶瓷层（8×10^-6/℃）热膨胀系数的差异以及凝固时间的不同，当陶瓷层凝固时而外层钢管由于高温仍然在膨胀。冷却过程中外层钢管对陶瓷层会产生较大的压应力，此外还由于钢管与陶瓷层存在较大的温度梯度而生产较大热应力。压应力与热应力的相互作用使陶瓷层易产生裂纹和脱落现象，影响产品的质量。可以理解当钢管外表面温度越高，冷却过程中陶瓷层受压应力及热应力越大，陶瓷层越容易产生裂纹及脱落。

发明内容

本发明提出的是一种离心铝热法制备陶瓷内衬复合不锈钢管，其目的在于针对现有技术所存在的上述存在缺陷，采用离心铝热法制备陶瓷内衬复合不锈钢管，添加金属氧化物形成梯度过渡层技术，可降低外层不锈钢管与内衬陶瓷层热膨胀系数差异，同时通过限制外层不锈钢管的热膨胀，达到降低冷却过程中陶瓷层受压应力及热应力，从而成功地制备出陶瓷内衬复合不锈钢管。

本发明的技术解决方案是：陶瓷内衬复合不锈钢管的制备方法，包括如下工艺步骤：

1）取原材料Fe₂O₃粉末，金属氧化物粉末，Al粉末，SiO₂粉末，

2）烘干，温度150~200℃，10~12小时，

3）用搅拌机混合均匀，

4）不锈钢管装入离心机内并调整中心

5）对不锈钢管外表面采用固态强制冷却，

6）将经搅拌机混合均匀后的反应物料装入不锈钢管内，

7）用离心机旋转，旋转速度800~1500转/分，

8）用钨丝将反应物料点燃，

9）进行铝热反应：Fe₂O₃+金属氧化物+SiO₂

（反应时间5秒、反应温度2800⁰C）得到金属过渡层及陶瓷层，

10）停机取出钢管，

11）检验，

12）打磨端面毛刺，

13）陶瓷内衬复合不锈钢管产品。

14）采用二次成型方法，重复工艺步骤1）~12）制备出阶梯型陶瓷内衬复合不锈钢管。

本发明的优点：采用固态强制冷却措施，限制外层不锈钢管的热膨胀，降低铝热反应时外层不锈钢管表面的温度；同时选择添加金属氧化物，参与铝热反应，生成热膨胀系数呈梯度变化的金属过渡层，减少由于热膨胀系数差异而导致的热应力，从而使冷却过程中压应力及热应力降低，并成功制备陶瓷内衬复合不锈钢管。本发明还采用二次成型方法，制备出阶梯型陶瓷内衬复合不锈钢管。可广泛用于石化行业。

附图说明

附图1是直管型陶瓷内衬复合不锈钢管的结构示意图。

附图2是阶梯型陶瓷内衬复合不锈钢管的结构示意图。

图中的D₁-陶瓷内衬复合不锈钢管的外径，D₂-陶瓷内衬复合不锈钢管的内径D₃-阶梯型陶瓷内衬复合不锈钢管小端内径，L-陶瓷内衬复合不锈钢管的长度L₁-阶梯型陶瓷内衬复合不锈钢管小端长度。

具体实施方式

陶瓷内衬复合不锈钢管的制备方法，包括如下工艺步骤：

2）烘干，温度150~200℃，10~12小时，

3）用搅拌机混合均匀，

4）不锈钢管装入离心机内并调整中心，

5）对不锈钢管外表面采用固态强制冷却，

6）将经搅拌机混合均匀后的反应物料装入不锈钢管内，

7）用离心机旋转，旋转速度800~1500转/分，

8）用钨丝将反应物料点燃，

9）进行铝热反应：Fe₂O₃+金属氧化物+ SiO₂，反应时间5秒，反应温度2800⁰C）

得到金属过渡层及陶瓷层，

10）停机取出钢管，

11）检验，

12）打磨端面毛刺，

13）陶瓷内衬复合不锈钢管产品，

所述的工艺步骤1）取原材料Fe₂O₃4900克或700克或630克，金属氧化物有NiO，Cr₂O₃ ，CrO₃计2850克或180克或200克，其中NiO 2150克或55克60克；Cr₂O₃ 500克或110克或120克，CrO₃200克或15克或20克；Al 2280克或250克或220克，SiO₂添加剂650克或50克或40克。

所述的工艺步骤4）、5）不锈钢管Ф219或Ф127或Ф42，长度910mm或130mm或150mm，壁厚8mm，不锈钢管装入离心机内并调整中心，不锈钢管外表面采用固态强制冷却。

所述的工艺步骤9），金属氧化物参与铝热反应，形成热膨胀系数呈梯度变化的金属过渡层。

所述的工艺步骤11）冷却后检验，瓷层的厚度4mm，陶瓷层未见裂纹及脱落现象，复合钢管未弯曲变形。

所述的工艺步骤14），将部分经搅拌机混合均匀后的反应物料压制后（长度为20mm）装入Ф42不锈钢管内，进行4）~12）工艺过程，然后再将部分经搅拌机混合均匀后的反应物松散装入Ф42不锈钢管内长度为130mm，重复上述4）~12）工艺过程。

所述的工艺步骤11，14）打磨端面毛刺，形成陶瓷内衬复合不锈钢管阶梯型产品。

实施例1

（1）取原材料Fe₂O₃（4900克），金属氧化物（NiO，Cr₂O₃ ，CrO₃等2850克，其中NiO 2150克，Cr₂O₃ 500克，CrO₃200克），Al（2280克），SiO₂添加剂（650克），（2）烘干，温度150~200℃，10~12小时，（3）搅拌机混合均匀，（4）Ф219，长度910mm，壁厚8mm不锈钢管装入离心机内并调整中心，（5）采取固相强制冷却措施对Ф219不锈钢钢管外表面进行强制冷却，（6）将经搅拌机混合均匀后的反应物料装入Ф219不锈钢管内，（7）用离心机旋转，旋转速度800~1500转/分，（8）用钨丝将反应物料点燃，（9）进行铝热反应：Fe₂O₃+金属氧化物（NiO，Cr₂O₃ ，CrO₃等）+Al + SiO₂等添加剂=金属过渡层（Fe、 Ni、Cr等）+Al₂O₃，（10）停机取出钢管，（11）冷却后检验（陶瓷层的厚度4mm，陶瓷层未见裂纹及脱落现象，复合钢管未弯曲变形），（12）打磨端面毛刺，（13）陶瓷内衬复合不锈钢管产品。

实施例2

（1）取原材料Fe₂O₃（700克），金属氧化物（NiO，Cr₂O₃，CrO₃等180克，其中NiO 55克，Cr₂O₃ 110克，CrO₃15克），Al（250克），SiO₂添加剂（50克），（2）烘干，温度150~200℃，10~12小时，（3）搅拌机混合均匀，（4）Ф127，长度130mm，壁厚8mm不锈钢管装入离心机内并调整中心，（5）采取固态强制冷却措施对Ф127不锈钢管外表面进行强制冷却，（6）将经搅拌机混合均匀后的反应物料部分装入Ф127不锈钢管内，（7）用离心机旋转，旋转速度800~1500转/分，（8）用钨丝将反应物料点燃，（9）进行铝热反应：Fe₂O₃+金属氧化物（NiO，Cr₂O₃ ，CrO₃等）+Al + SiO₂等添加剂=金属过渡层（Fe、 Ni、Cr等）+Al₂O₃，（10）停机取出钢管，（11）冷却后检验（陶瓷层的厚度4mm，陶瓷层未见裂纹及脱落现象，复合钢管未弯曲变形），（12）打磨端面毛刺，（13）陶瓷内衬复合不锈钢管产品。

实施例3

（1）取原材料Fe₂O₃（630克），金属氧化物（NiO，Cr₂O₃，CrO₃等200克，其中NiO 60克，Cr₂O₃ 120克，CrO₃20克），Al（280克），SiO₂添加剂（40克），（2）烘干，温度150~200℃，10~12小时，（3）搅拌机混合均匀，（4）Ф42，长度150mm，壁厚8mm不锈钢管装入离心机内并调整中心，（5）采取固态强制冷却措施对Ф42不锈钢管外表面进行强制冷却，（6）将部分经搅拌机混合均匀后的反应物料压制后（长度为20mm）装入Ф42不锈钢管内，（7）用离心机旋转，旋转速度2000~2500转/分，（8）用钨丝将反应物料点燃，（9）进行铝热反应：Fe₂O₃+金属氧化物（NiO，Cr₂O₃ ，CrO₃等）+Al + SiO₂等添加剂=金属过渡层（Fe、Ni、Cr等）+Al₂O₃，（10）停机取出钢管，（11）冷却后检验（陶瓷层的厚度10mm，陶瓷层长度为20mm，陶瓷层未见裂纹及脱落现象，复合钢管未弯曲变形），（12）打磨端面毛刺，（13）再将部分经搅拌机混合均匀后的反应物料松散装入Ф42不锈钢管内（长度为130mm），（14）重复上述（4）~（10）工艺过程，（15）检验（陶瓷层的厚度4mm，陶瓷层长度为130mm，陶瓷层未见裂纹及脱落现象，复合钢管未弯曲变形），（16）打磨端面毛刺，（17）陶瓷内衬复合不锈钢管阶梯型产品。

Claims

1.陶瓷内衬复合不锈钢管的制备方法，其特征是该方法包括如下工艺步骤：

2）烘干，温度150~200℃，10~12小时，

3）用搅拌机混合均匀，

4）不锈钢管装入离心机内并调整中心，

5）对不锈钢管外表面采用固态强制冷却，

6）将经搅拌机混合均匀后的反应物料装入不锈钢管内，

7）用离心机旋转，旋转速度800~1500转/分，

8）用钨丝将反应物料点燃，

9）进行铝热反应：Fe₂O₃+金属氧化物+ SiO₂，反应时间5秒，反应温度2800⁰C，

得到金属过渡层及陶瓷层，

10）停机取出钢管，

11）检验，

12）打磨端面毛刺，

13）陶瓷内衬复合不锈钢管产品，

2.根据权利要求1所述的陶瓷内衬复合不锈钢管的制备方法，其特征是所述的工艺步骤1）取原材料Fe₂O₃4900克或700克或630克，金属氧化物有NiO，Cr₂O₃ ，CrO₃计2850克或180克或200克，其中NiO 2150克或55克60克；Cr₂O₃ 500克或110克或120克，CrO₃200克或15克或20克；Al 2280克或250克或220克，SiO₂添加剂650克或50克或40克。

3.根据权利要求1所述的陶瓷内衬复合不锈钢管的制备方法，其特征是所述的工艺步骤4）、5）不锈钢管Ф219或Ф127或Ф42，长度910mm或130mm或150mm，壁厚8mm，不锈钢管装入离心机内并调整中心，不锈钢管外表面采用固态强制冷却。

4.根据权利要求1所述的陶瓷内衬复合不锈钢管的制备方法，其特征是所述的工艺步骤9），金属氧化物参与铝热反应，形成热膨胀系数呈梯度变化的金属过渡层。

5.根据权利要求1所述的陶瓷内衬复合不锈钢管的制备方法，其特征是所述的工艺步骤11）冷却后检验，瓷层的厚度4mm，陶瓷层未见裂纹及脱落现象，复合钢管未弯曲变形。

6.根据权利要求1所述的陶瓷内衬复合不锈钢管的制备方法，其特征是所述的工艺步骤14），将部分经搅拌机混合均匀后的反应物料压制后装入Ф42不锈钢管内，反应物料长度为20mm，进行4）~12）工艺过程，然后再将部分经搅拌机混合均匀后的反应物松散装入Ф42不锈钢管内长度为130mm，重复上述4）~12）工艺过程。

7.根据权利要求1所述的陶瓷内衬复合不锈钢管的制备方法，其特征是所述的工艺步骤11，14）打磨端面毛刺，形成陶瓷内衬复合不锈钢管阶梯型产品。