CN107270006B - 一种耐磨弯头及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种耐磨弯头及其制备方法，包括一中空球体以及与中空球体相连通的进料口和出料口，所述进料口和出料口相垂直，并且所述进料口的中心线和所述出料口的中心线分别与所述中空球体的纵向中心线和横向中心线相重合；所述进料口和出料口与所述中空球体的连接处经圆弧过渡。本发明的有益效果在于：通过结构的优化以及制备工艺的改进，可以有效降低颗粒物料对弯头的冲刷磨损，大幅度提高弯头的使用寿命，保证系统长期稳定运行；可应用于气力输送系统中；同时，所述耐磨弯头由于采用一体式铸造成型，制备简单，成本低廉，可以实现大规模的生产。

Description

一种耐磨弯头及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种耐磨弯头及其制备方法。
背景技术
工业中常利用气力输送系统输送颗粒物料，出于工艺布置及物料输送的需要，系统中往往要用到弯头管件。气力输送系统输送物料的速度一般较大，高速流动的颗粒物料在弯头处要发生变向，由于惯性作用，颗粒物料将直接撞击弯头外侧内壁，造成弯头严重的冲刷磨损，甚至磨穿弯头管壁，导致生产中断，还会污染工作区的环境。目前，一般采取增大弯头弯径比、使用耐磨材料、加大弯头壁厚以及使用一端不通的T型三通管等方法延长弯头使用寿命，但以上措施的耐磨效果并不理想，并且没有从本质解决磨损严重的问题。
发明内容
本发明的目的是针对以上不足之处，提供了一种耐磨弯头及其制备方法，采用一体式铸造成型，制备简单，成本低廉，可以实现大规模的生产。
本发明解决技术问题所采用的方案是：一种耐磨弯头，包括一中空球体以及与中空球体相连通的进料口和出料口，所述进料口和出料口相垂直，并且所述进料口的中心线和所述出料口的中心线分别与所述中空球体的纵向中心线和横向中心线相重合；所述进料口和出料口与所述中空球体的连接处经圆弧过渡。
进一步的，所述中空球体内直径为进料口内直径的2~2.5倍，所述进料口和出料口的内直径相等。
进一步的，所述中空球体、进料口和出料口的内腔表面均喷涂有高硬度耐磨的碳化钨层。
进一步的，所述中空球体、进料口和出料口采用一体铸造成型。
进一步的，所述耐磨弯头的基体材料为304不锈钢，室温下铸造组织为奥氏体单相，各元素组成质量百分比如下：C≤0.08%、Si≤1.0%、Mn≤2.0%、Ni：8.0~11.0%、Cr：18.0~20.0%、S≤0.03%、P≤0.045%，其余为Fe。
本发明还提供一种根据上述所述的耐磨弯头的制备方法，包括以下步骤：
步骤S1：将304不锈钢原材料在中频感应炉中熔炼；
步骤S2：待304不锈钢在中频感应炉中熔化呈钢水后，测定钢水温度；当钢水温度达到1500-1550℃时，加入304不锈钢原材料总质量分数为0.2%的硅钙锰粉末脱氧剂对钢液进行脱氧处理；
步骤S3：再加入造渣剂除去钢液中的杂质，浇注在熔模模壳中，模壳冒口撒上保温剂，铸件放置在空气中冷却；
步骤S4：冷却至室温后将模壳敲下，并清理好弯头铸件内腔表面；
步骤S5：:对弯头内腔表面进行碳化钨耐磨涂层的喷涂。
进一步的，在步骤S1中，所有304不锈钢原材料的熔化前先进行了除油、烘干处理。
与现有技术相比，本发明有以下有益效果：本发明在输送颗粒物料时，先进入弯头的颗粒物料会少量堆积在中空球体中，后进入弯头的颗粒物料在中空球体中速度降低并改变方向。由于耐磨弯头的结构，中空球体内腔中会产生二次流，在二次流的作用下，少量堆积的颗粒物料再短暂的滞留后也会被输送走，从而避免了物料在弯头处的堵塞。根据流体力学连续性原理，流速与管截面积之间有以下关系：（V表示物料流速，S表示管内流道横截面积，下角标1、2代表管内不同位置）
Figure DEST_PATH_IMAGE002
可见同一管道中，流速与管道横截面面积大小成反比，耐磨弯头管件在弯头处横截面面积为先增大后减小，则颗粒物料流速为先减小后增大。即耐磨弯头主要是通过改变物料的运动状态，从而降低弯头的冲刷磨损量。本发明制造简单、结构合理、成本较低，并且具有良好的减磨效果，使弯头的检修工作大大减少，工业生产成本得到有效减低。
附图说明
下面结合附图对本发明专利进一步说明。
图1为本发明实施例的现有弯头的结构示意图。
图2为本发明实施例的耐磨弯头的结构示意图。
图3为本发明实施例的耐磨弯头的立体图。
图中：1- 中空球体；2-进料口；3-出料口；4-碳化钨层。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明进一步说明。
如图1～3所示，本实施例的一种耐磨弯头，包括一中空球体1以及与中空球体1相连通的进料口2和出料口3，所述进料口2和出料口3相垂直，并且所述进料口2的中心线和所述出料口3的中心线分别与所述中空球体1的纵向中心线和横向中心线相重合；所述进料口2和出料口3与所述中空球体1的连接处经圆弧过渡。所述进料口2和出料口3的中心线之间形成一个90度的夹角。从上述可知，本发明的有益效果在于：通过以上结构设计，使得弯头具有更好的减磨效果。中空球体11与进料口22和出料口33采用圆弧过渡，降低弯头连接处的应力集中情况；进料口22与出料口33的中心线与中空球体1中心线对齐。
在本实施例中，所述中空球体1内直径为进料口2内直径的2~2.5倍，所述进料口2和出料口3的内直径相等。
在本实施例中，所述中空球体1、进料口2和出料口3的内腔表面均喷涂有高硬度耐磨的碳化钨层4。通过喷涂碳化钨层4，进一步提高弯头的耐磨性能。
在本实施例中，所述中空球体1、进料口2和出料口3采用一体铸造成型。采用一体铸造成型，制备简单且成本较低，可以实现大规模生产应用。
在本实施例中，所述耐磨弯头的基体材料为304不锈钢，室温下铸造组织为奥氏体单相，各元素组成质量百分比如下：C≤0.08%、Si≤1.0%、Mn≤2.0%、Ni：8.0~11.0%、Cr：18.0~20.0%、S≤0.03%、P≤0.045%，其余为Fe。
对现有生产线上常因冲刷磨损失效的弯管（如图1所示）以及本发明提供的耐磨弯管（定中空球体1直径为进料口2直径的2.2倍）进行三维建模和数值模拟分析（采用fluent16.0进行模拟，各参数按照实际工况设定），具体工况参数见表1。模拟结果见表2。
表1 实际工况参数
Figure DEST_PATH_IMAGE004
表2 数值模拟结果
Figure DEST_PATH_IMAGE006
由表1可知，在相同的工况条件下，耐磨弯头的最大冲蚀速率和平均冲蚀速率与原用弯管相比都有大幅度的降低，这说明耐磨弯头具有良好的减磨效果。
本发明还提供一种根据上述所述的耐磨弯头的制备方法，包括以下步骤：
步骤S1：将304不锈钢原材料在中频感应炉中熔炼；
步骤S2：待304不锈钢在中频感应炉中熔化呈钢水后，测定钢水温度；当钢水温度达到1500-1550℃时，加入304不锈钢原材料总质量分数为0.2%的硅钙锰粉末脱氧剂对钢液进行脱氧处理；
步骤S3：再加入造渣剂除去钢液中的杂质，浇注在熔模模壳中，模壳冒口撒上保温剂，铸件放置在空气中冷却；
步骤S4：冷却至室温后将模壳敲下，并清理好弯头铸件内腔表面；
步骤S5：:对弯头内腔表面进行碳化钨耐磨涂层的喷涂。
在本实施例中，在步骤S1中，所有304不锈钢原材料的熔化前先进行了除油、烘干处理。
综上所述，本发明提供的一种耐磨弯头及其制备方法，结构合理、耐冲刷磨损、制造简单，可以达到较好的减磨效果，而且中空球体的内圆周面可根据需要进行特殊处理，如喷涂耐磨层、渗氮处理等，从而进一步增强弯头的耐磨作用，以提高弯头的使用寿命。
上列较佳实施例，对本发明的目的、技术方案和优点进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (1)

1.一种耐磨弯头，其特征在于：包括一中空球体以及与中空球体相连通的进料口和出料口，所述进料口和出料口相垂直，并且所述进料口的中心线和所述出料口的中心线分别与所述中空球体的纵向中心线和横向中心线相重合；所述进料口和出料口与所述中空球体的连接处经圆弧过渡；
所述中空球体内直径为进料口内直径的2~2.5倍，所述进料口和出料口的内直径相等；
所述中空球体、进料口和出料口的内腔表面均喷涂有高硬度耐磨的碳化钨层；
所述中空球体、进料口和出料口采用一体铸造成型；
所述耐磨弯头的基体材料为304不锈钢，室温下铸造组织为奥氏体单相，各元素组成质量百分比如下：C≤0.08%、Si≤1.0%、Mn≤2.0%、Ni：8.0~11.0%、Cr：18.0~20.0%、S≤0.03%、P≤0.045%，其余为Fe；
在输送颗粒物料时，先进入弯头的颗粒物料会少量堆积在中空球体中，后进入弯头的颗粒物料在中空球体中速度降低并改变方向；通过所述耐磨弯头的结构，中空球体内腔中会产生二次流，在二次流的作用下，少量堆积的颗粒物料在短暂的滞留后也会被输送走，从而避免了物料在弯头处的堵塞；根据流体力学连续性原理，流速与管截面积之间有以下关系：其中，V表示物料流速，S表示管内流道横截面积，下角标1、2代表管内不同位置：
Figure 548138DEST_PATH_IMAGE002
同一管道中，流速与管道横截面面积大小成反比，耐磨弯头管件在弯头处横截面面积为先增大后减小，则颗粒物料流速为先减小后增大；即耐磨弯头通过改变物料的运动状态，从而降低弯头的冲刷磨损量；
其制备方法包括以下步骤：
步骤S1：将304不锈钢原材料在中频感应炉中熔炼；
步骤S2：待304不锈钢在中频感应炉中熔化呈钢水后，测定钢水温度；当钢水温度达到1500-1550℃时，加入304不锈钢原材料总质量分数为0.2%的硅钙锰粉末脱氧剂对钢液进行脱氧处理；
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步骤S4：冷却至室温后将模壳敲下，并清理好弯头铸件内腔表面；
步骤S5：对弯头内腔表面进行碳化钨耐磨涂层的喷涂；
在步骤S1中，所有304不锈钢原材料的熔化前先进行了除油、烘干处理。
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