CZ281768B6 - Způsob plynulé výroby trubek z litiny se sféroidickým grafitem a zařízení k provádění tohoto způsobu - Google Patents

Abstract

Způsob plynulé výroby trubek z litiny se sféroidickým grafitem, s homogenní a řízenou strukturou zvolenou mezi strukturami obsahujícími bainit, bainit a ferit, nebo ferit a perlit, toho typu, při kterém se trubka vytváří způsobem plynulého odlévání uvnitř chlazeného trubkového povlaku z litiny, mající následující hmotnostní složení: 2,5 až 4,0 % uhlíku, 2 až 4 % křemíku, 0,1 až 0,6 % manganu, stopy až 0,5 % molybdenu, stopy až 3,5 % niklu, stopy až 11 % mědi, stopy až 0,5 % hořčíku, maximálně 0,1 % síry, maximálně 0,06 % fosforu, zbytek železo, přičemž trubka (T), zchlazená v trubkovém průvlaku, tvořeném grafitovým pláštěm (4) a chladicí objímkou (5), která má austenitickou strukturu, a) se v první fázi (a, b, c) ochlazuje až na teplotu kolem 850.sup.o.n.C, b) načež se trubka (T) rychle a rovnoměrně ochladí po celé její délce průchodem fluidizovanou lázní pevných žáruvzdorných částic, c) na bainitizační teplotu kolem 500.sup.o.n.C (bainizační kalení) při dosažení bainistické struktury,ŕ

Description

Způsob plynulé výroby trubek z litiny se sféroidickým grafitem a zařízení k provádění tohoto způsobu

Oblast techniky

Vynález se týká výroby trubek z litiny se sféroidickým grafitem plynulým odléváním a následujícího tepelného zpracování po tomto plynulém odlití za tím účelem, aby se trubkám dodala struktura vhodná pro užití, například bainitická struktura. Vynález se rovněž týká zařízení k provádění tohoto způsobu.

Dosavadní stav techniky

Z francouzského patentového spisu č. 8 400 382 je známa výroba kovové litinové trubky plynulým odléváním při plnění spodem, a to bez použiti jádra.

Z francouzského patentového spisu č. 2 415 601 je známa výroba litinové trubky sestupným plynulým odléváním s použitím jádra pro vytvoření dutiny dříku trubky.

Konečně je z francouzského patentového spisu č. 2 522 291 známa výroba odstředné trubky z litiny se sféroidickým grafitem a s bainitickou strukturou získanou tepelným zpracováním, které následuje za odstředivým odléváním.

Podle tohoto patentového spisu se jednak tepelné zpracováni provádí velmi výhodným způsobem tím, že se fáze kalení započne přímo v odstředovací kokile, což umožní získat důležité časové období a uspořit zahřívací energii pro tepelné zpracování, a jednak se obdrží bainitická struktura, která je výhodnější než obvyklá feritická struktura litinových trubek. Bainitická struktura trubky z litiny se sféroidickým grafitem umožňuje značné zlepšit mez průtažnosti pro jednu a tutéž hodnotu prodloužení a mají-li být provedeny litinové trubky s mechanickými vlastnostmi obvykle vyžadovanými, dosáhne se značného vylehčení snížením tloušťky litinových trubek s bainitickou strukturou ve srovnání se známými trubkami se sferitickou strukturou.

Známý způsob výroby litinových trubek odstředivým odléváním je přetržitý způsob výroby. Má tu výhodu, že umožňuje austenitické kalení in šitu, to znamená uvnitř odstředovací kokily, jak je to popsáno ve francouzském patentovém spisu č. 2 522 291.

Vynález vychází z problému získat trubku z litiny se sféroidickým grafitem, mající určenou strukturu, například, avšak ne výlučné, bainitickou, výrobou plynulým odléváním, a zejména strukturu homogenní po celé stěně trubky, a to způsobem průmyslově reprodukovatelným přes to, že litina se sféroidickým grafitem se málo hodí ke kaleni.

Podstata vynálezu

Podstatu vynálezu tvoří způsob plynulé výroby trubek z litiny se sféroidickým grafitem, s homogenní a řízenou strukturou zvolenou mezi strukturami obsahujícími bainit, bainit a ferit, nebo ferit a perlit, toho typu, při kterém se trubka vytváří způ

-1CZ 281768 B6 sobem plynulého odlévání uvnitř chlazeného trubkového průvlaku z litiny, mající následující hmotnostní složení: 2,5 až 4,0 % uhlíku, 2 až 4 % křemíku, 0,1 až 0,6 % manganu, stopy až 0,5 % molybdenu, stopy až 3,5 % niklu, stopy až 11 % mědi, stopy až 0,5 % hořčíku, maximálně 0,1 % síry, maximálně 0,06 % fosforu, zbytek železo, přičemž trubka, zchlazená v trubkovém průvlaku, tvořeném grafitovým pláštěm a chladicí objímkou, která má teplotu řádové 1100 °C a austenitickou strukturu se v první fázi (a-b-c) ochlazuje až na teplotu kolem 850 °C, načež se trubka rychle a rovnoměrné ochladí po celé její délce průchodem fluidizovanou lázní pevných žáruvzdorných částic na bainitizační teplotu kolem 500 ^aC (bainitizační kalení) při dosažení bainitické struktury, dále se v mezilehlé fázi (c-d-e) pomalého chlazení ochlazuje z teploty 500 *c na teplotu v rozmezí 250 až 450 °C a trubka se přiřízne na určenou délku, ve druhé fázi (e-f) udržováni bainitisace se odříznutá trubka zavede do tunelové pece, kde je vytvořená trubka udržována na konstantní isotermní teplotě v rozmezí 450 °C a 250 ’C pro dosažení homogenní bainitické nebo austenitickobainitické struktury a konečné v poslední fázi (fl nebo f2-g-h) se trubka nechá ochladit na volném vzduchu.

Podstatu vynálezu tvoří rovněž zařízeni k provádění způsobu, tvořené ústrojím pro přívod kapalné litiny a ústrojím s chlazeným trubkovým průvlakem pro vytvoření trubky způsobem plynulého odlévání, přičemž za chlazeným trubkovým průvlakem pro plynulé odlévání je v osovém směru upravena fluidizační nádrž s fluidizační lázní z pevných žáruvzdorných částic, která je opatřena trubkovými závity s oběhem vody, ponořenými do fluidizační lázně a je opatřena nejméně jedním okrouhlým otvorem pro trubku, která má procházet fluidizační lázní uvedených částic ve fluidizační nádrži.

Díky tomuto způsobu a tomuto zařízení je tepelné chladicí zpracování, kterému je trubka z litiny se sféroidickým grafitem plynule vystavena na výstupu ze spojitého průvlaku, dokonale rovnoměrné a reprodukovatelné, což umožňuje získat značné přesnou a homogenní strukturu trubky. Zejména okolnost, že odlévání litinové trubky je ihned následováno tepelným zpracováním ve fluidizované lázni žáruvzdorných částic, umožňuje dosáhnout kalitelnosti litiny, jež je značné vyšší než kalitelnost, kterou by bylo možno získat, kdyby se odlitá trubka nechala vychladnout a opět zahřát pro její následující zakalení. Vynález skutečně dovoluje vycházet přímo ze struktury ještě nezpracované, to znamená, nedotknuté struktury litinové trubky vycházející z odlévacího průvlaku.

Další znaky a výhody vynálezu vyplynou z příkladů provedení v souvislosti s výkresy.

Přehled obrázků na výkresech

Obr. 1 je schematický pohled v řezu na zařízení podle vynálezu pro plynulé odléváni hrdlové trubky, přičemž toto odlévání je vzestupné.

Obr. 2 je schematický pohled v řezu doplňující obr. 1 pro znázorněni zařízení k tepelnému zpracováni podle vynálezu.

-2CZ 281768 B6

Obr. 3 je schematický nárys mechanické podrobnosti zařízení pro tepelné zpracování podle vynálezu.

Obr. 4 je schematický pohled v řezu podle čáry 4-4 z obr. 2 na část zařízeni pro tepelné zpracování.

Obr. 5 je diagram tepelného zpracování znázorňující křivku vyvíjení teploty litinové trubky v dobé tepelného zpracování pro získání bainitické struktury.

Obr. 6 je částečný schematický pohled v řezu na jiné provedení zařízení podle vynálezu při sestupném odlévání litinové trubky bez hrdla.

Obr. 7 je diagram analogický diagramu podle obr. 5 pro obměnu tepelného zpracováni k získání ferito-perlitické struktury.

Příklady provedení vynálezu

Na příkladu provedení znázorněném na obr. 1 je vynálezu užito pro vzestupné plynulé odléváni litinové trubky T.

Zařízení podle vynálezu obsahuje:

1. Zásobování kapalnou litinou sifonovým blokem:

Sifonový blok 1 ze žáruvzdorného materiálu, například typu křemičito-hlinitého, obsahuje v zásadě odlévací vedení tvaru L s licí nálevkou 2 na jeho horní části, což tvoří zásobování spádem a na jeho dolní části licí otvor 3. plněný spodem na základě průvlaku pro vytvářeni trubky T.

2. Kelímek chlazený zvenčí čili průvlak:

V ose XX licího otvoru plněného spodem a označeného vztahovou značkou 3, je upraven trubkový prúvlak čili chlazený kelímek obsahující grafitový plášť 4 o ose XX, jehož vnitřní průměr odpovídá vnějšímu průměru vyráběné trubky T, a dále chladicí objímku 5, například z médi, ve které obíhá chladicí voda, která vstupuje přívodním potrubím 6 a vystupuje odvodním potrubím 7. Grafitový plášť 4 spočívá přímo na sifonovém bloku 1, chladicí objímka 5 je upravena kolem grafitového pláště 4 a ve styku s nim téměř po celé jeho výšce, není přímo ve styku se sifonovým blokem 1, nýbrž je od ného oddělena žáruvzdorným distančním prstencovým podstavcem 8. Horní část chladicí objímky 5 je umístěna nad horním okrajem grafitového pláště 4. Právě celek grafitového pláště 4 a chladicí objímky 5 tvoři chlazený kelímek čili průvlak.

3. Zařízení pro tepelné zpracování ve třech částech:

A) Fluidizační nádržka pro ponoření trubky T do fluidizovaného prostředí o řízené teplotě. B) tepelné izolující objímka trubky T pro zpomalení jejího ochlazováni. C) A jak je o sobě známo, tunelová pec pro udržování trubky T na dané teplotě.

a) Podle vynálezu je fluidizační nádrž 9 umístěna v ose XX průvlaku, tvořeného grafitovým pláštěm 4 a chladicí objímkou 5 a litinové vyráběné trubky T nad tímto prúvlakem, avšak před nim. Obsahuje-li fluidizační nádrž 9 otevřenou pro volný vzduch na její horní části a spočívající například na horním okraji chladicí objímky 5 nebo na neznázornéném rámu. Fluidizační nádrž

-3CZ 281768 B6 má prstencové dno o ose XX mající okrouhlý otvor 10, odpovídající vnějšímu průměru litinové trubky T, která jim volné prochází. Nad prstencovým dnem s okrouhlým otvorem 10 a rovnoběžně s ním je upevněna průlinčitá deska 11, která je od tohoto dna oddálena tak, že vytváří vstupní komoru 12 pro vzduch mající daný tlak, například mezi 0,2 a 0,8 MPa. Tlakový vzduch se vpouští do vstupní komory 12 potrubím 13 řízeným ústrojím £4, které obsahuje například neznázorněný dekompresní ventil a manometr. Nad průlinčitou deskou 11 je umístěna fluidizační komora 15 otevřená do volného vzduchu, která obsahuje určité množství pevných, s výhodou žáruvzdorných částic určených pro fluidizaci, například písek, nebo oxid křemičitý nebo oxid hlinitý. V této fluidizační komoře 15 je umístěn určitý počet závitů 16 vinutých do šroubovice o průměru ležícím mezi vnějším průměrem okrouhlého otvoru 10. Závity 16 prochází chladicí voda, která vstupuje vstupním potrubím 17 a vystupuje výstupním potrubím 18.

Nad fluidizační nádrží 9 a ve stejné ose XX je podle vynálezu umístěn kanál .33, jehož vnitřní průměr je větší než vnější průměr vytvářené trubky T. Kanál 33 objímá tepelné izolující pouzdro 34., například tvořené plsténcem z minerálních vláken. Jde o kanál 33 pro zpomaleni přirozeného ochlazování trubky T. Ochlazováni trubky T je tím pomalejší, čím je silnější tepelné izolující pouzdro 34. Výška kanálu 33 je přinejmenším stejná jako délka trubky T, která má být odříznuta.

Podle vynálezu obsahuje kanál 33 zvenčí kladky 35 pro vedeni a podepření trubky T. Kladky 35 vyčnívající dovnitř vůči tepelné izolujícímu pouzdru 34 jsou seřazeny rovnoběžně s vytvořujícími přímkami válcového kanálu 33 o ose X-X a trubky T. Alespoň část kladek 35 je motoricky poháněna pro vyvolání postupu trubky T. Podle vynálezu jsou kromě toho kanál 33 a tepelné izolující pouzdro 34, které kanál obsahuje, uloženy jako vyklápěcí. Kanál 33 se může vyklápét o úhel 90°, přičemž na dolní části na straně sklápěcího pohybu nese kloubové oko 36 (obr. 2, 3). Na oku 36 je upevněn vodorovný čep 37 o osy Y-Y kolmé k ose X-X. Vzhledem ke svému vyklápěcímu pohybu nese kanál 33 nad okem 36 vyklápěcí oko 38, na kterém je naklouben konec tyče 39 vyklápěcího zdviháku 40, jehož těleso je - jak známo - nakloubeno na rámu 41 na konci odvráceném od pístnice 39 (obr. 3). Zdvihák 40 je například hydraulického dvoučinného typu. Na tomto příkladu (obr. 3) je ve vytažené poloze pístnice 39 (vyznačeno plnou čarou) kanál 33 svislý (osa X-X) a v poloze zatažení pístnice 39 (čerchovaná čára) je kanál 33 ve vodorovné poloze (osa Xl-Xl) v prodloužení vstupu tunelové pece 44 popsané níže. Zdvihák 40 vyklápí kanál 33 podle šipky AR.

c) Jak je známo, je tunelová pec 44 (obr. 2 a 4) pro udržování teploty trubky T umístěna v prodloužení pouzdra 34 a kanálu 33, když tento kanál je uložen podle osy Xl-Xl, avšak probíhá podle směru AR2, který je vodorovný k ose Xl-Xl nebo podle směru AR1 rovnoběžného s osou Xl-Xl. Tunelová pec 44, otevřená na obou svých koncích, obsahuje vstupní otvor 42 bočně upravený s osou Xl-Xl a výstup 43 o vodorovné ose, rovnoběžný se směrem AR2. Za účelem průchodu každé trubky T se změnou sméru o 90° mezi osou Xl-Xl· (nebo sméru AR1) a se směrem AR2 obsahuje tunelová pec 44 následující ústrojí pro podpíráni a postup za sebou jdoucích trubek T.

-4CZ 281768 B6

Obsahuje zatahovací válečky 45 pro podporu a postup trubky T podél šipek AR1 rovnoběžných s osou Xl-Xl. Za účelem tohoto postupu je alespoň část kladek 35 pouzdra 34 a válečků 45 tunelové pece 44 ovládána neznázorněným způsobem pomocí motoru. Válečky 45 jsou neseny zvedáky 47 určenými pro jejich zasunuti pod odvalovací dráhy 48 o směru AR2. Odvalovací dráhy 48 , které nesou trubky T, jsou kolmé k vytvořujícím přímkám každé trubky T vstupující do tunelové pece 44 ♦ Pro postup za sebou jdoucích trubek T do tunelové pece 44 podle směru AR2 jsou upraveny dva sdružené nekonečné řetězy 49 nesené koly 50 motoricky ovládanými neznázornéným způsobem. Konečně obsahuje tunelová pec 44 určitý počet hořáků 46 (například plynových), které uvnitř vytvářejí zahřívací atmosféru pro udržení teploty trubky T.

4. Extraktor trubky:

Je upraven těsně u výstupu nádrže 9, avšak za odřezávacím ústrojím K. Je tvořen například úsekem kanálu 33a s tepelné izolujícím pouzdrem 34a (analogickým kanálu 33 a pouzdru 34) a sestává v zásadě z motoricky poháněných kladek 35 pro unášení trubky T směrem vzhůru.

5. Ústroji pro odřezávání trubky:

Za fluidizačním zařízením s fluidizační nádrží 9 a extraktorem 33a je umístěno o sobě známé odřezávací zařízeni K, které je symbolicky znázorněno jako dva protilehlé nože. Odřezávací zařízeni K je například vloženo mezi extraktor 33a a kanál 33.

Působeni zařízení podle vynálezu a provádění tepelného zpracování (obr. 1, 2 a 4):

Dříve než se do zařízení zavede kapalná litina se pro zahájení výroby trubky T vloží napodobenina nebo nepravá trubka (neznázorněno) tvořená trubkovou manžetou z oceli o stejném vnějším průměru a o stejné tloušťce jako vyráběná trubka T, hořejškem prúvlaku, tvořeného grafitovým pláštěm 4 a chladicí objímkou 5 skrze fluidizační nádrž 9 pro tepelné zpracování, a to až k dolní úrovni nižší než je horní konec grafitového pláště 4,. Potom se do licí nálevky 2 pro odlévání zavede kapalná litina podle šipky f až k úrovni N, umístěné nepatrně pod horní částí grafitového pláště 4 prúvlaku. Tato kapalná litina má následující hmotnostní složení: 2,5 až 4,0 % uhlíku, 2,0 až 4,0 % křemíku, 0,1 až 0,6 % manganu, 0, popřípadě stopy až 0,5 % molybdenu, stopy až 3,5 % niklu, stopy až 11 % mědi, stopy až 0,5 % hořčíku, maximálně 0,1 % síry, maximální 0,06 % fosforu, zbytek železo. Fluidizační nádrž 9, ve které zpočátku není písek, se před zavedením napodobeniny naplní piskem za vzniku fluidizační lázně 15, a to po ponořeni napodobeniny pod úroveň N. Ve skutečnosti tvoři napodobenina dosud scházející vnitřní trubkovou stěnu pro držení hmoty pistu, která se potom může zavést. Chladicí voda se připouští přívodním potrubím 6 pro objímku 5 a vstupním potrubím 17 pro závity 16.

Jak je známo, ochlazuje se litina ve styku s grafitovým pláštěm 4 podle tuhnoucího čela S o tvaru přibližně komole kuželovitém a váže se na napodobeninu, která se táhne směrem vzhůru motoricky poháněnými kladkami 35 kanálu 33a, potom kanálem 3.3 a unáší postupně část ztuhlé litiny v podobě začátku trubky T.

-5CZ 281768 B6

Nejpozdéji tehdy, když napodobenina ještě prochází fluidizační nádrží 9 ve směru šipky fl, připouští se vzduch nebo dusík pod tlakem potrubím 13 do vstupní komory 12 pro vstup fluidizačního plynu. Hmota písku je potom fluidizována kolem závitů 16, které jsou ponořeny do fluidizační lázně 15 až do úrovně sousedící s horní úrovní fluidizační nádrže 9, avšak značně nad úrovní hmoty písku před fluidizací, když tato hmota je inertní. Když začátek trubky T nahradí napodobeninu uvnitř fluidizační nádrže 9 a stoupá podle šipky fl, započne tepelné zpracování trubky T a plynule postupuje tou měrou, jak trubka stoupá ve směru šipky fl.

Bainitizační tepelné zpracování trubky T se provádí za podmínek rozvíjeni teploty znázorněných na obr. 5 a popsaných ve francouzském patentovém spisu č. 2 522 291.

1. První fáze (a-b-c) bainitizačního kalení.

Na křivce znázorněné na obr. 5 jsou teploty (T ’C) naneseny na pořadnici, zatímco doby t jsou naneseny na úsečce. Křivka a ... h podle obr. 5 znázorňuje průběh teploty trubky z litiny se sféroidickým grafitem v době, když je vystavena tepelnému zpracování podle vynálezu.

Právě ve fluidizační nádrži 9, kde je lázeň fluidizovaného písku je na teplotě naregulované na hodnotu potřebnou pro obdržení žádané struktury (například mezi 100 a 200 ’C pro bainitickou strukturu) nastává první fáze tepelného zpracování, což je bainitizační kalení bez zahřívání za využití tepla trubky vystupující z prúvlaku, tvořeného grafitovým pláštěm 4 a chladicí objímkou 5. Tato teplota fluidizační lázně 15 písku, obsažená mezi 100 a 200 C, se udržuje konstantní v důsledku oběhu vody o teplotě řádově 20 ³C ve vstupním potrubí 17 a výstupním potrubí 18,. Na dodávce fluidizačniho vzduchu vstupujícího potrubím 13 a na rychlosti oběhu vody závisí intensita chlazení písku. Dodávka fluidizačního vzduchu a rychlosti oběhu vody jsou regulovatelné. Vychází se od trubky T, která byla právě utvořena a ztuhla a je ještě na teplotě 1100 °C v místě a (výstup prúvlaku 4). Mezi body a a b (v úrovni průlinčité desky 11) klesá teplota trubky R rychle s teploty 1100 ’C přibližně na teplotu 850 ’C nebo na teplotu poněkud vyšší. V bodech a a b je struktura trubky T austenitická.

Od bodu b (vstup do fluidizační lázně 15) k bodu c (výstup z fluidizační lázně 15) je pokles teploty trubky T náhlý (z 86 ’C na přibližně 500 ’C) a probíhá ve velmi krátké době při průchodu fluidizační nádrži 9, kde trubka T je po celém svém povrchu pod vlivem lázně fluidizační lázně 15, udržovaného závity 16 na teplotě řádově 100 až 200 °C. Je to bainitizační kalení. Fluidizační lázeň 15 provádí skutečné intensivní odváděni tepla od vytvořené trubky T, a to rovnoměrným způsobem na celé stěně trubky T ponořené do fluidizační lázně 15 pisku, takže každý bod trubky T je vystaven stejnému tepelnému zpracováni.

2. Mezilehlá fáze (c-d-e) výstupu z fluidizační nádrže 9 a průchodu extraktorem 33a a kanálem 33.

Sotva trubka T vystoupila z fluidizační nádrže 9, vstoupí do úseku kanálu 33a. který ji chrání proti ochlazení a unáší ji svý

-6CZ 281768 B6 mi motorizovanými kladkami 35 ke kanálu 33 s přirozeným a pomalým ochlazováním, přičemž kanál 33 je v poloze svislé osy napříč řezacího ústrojí K. Na teplotní křivce podle obr. 5 odpovídá vstup do kanálu 33 bodu d. Avšak interval průchodu úseku kanálu 33a mezi fluidizační nádrží 9 a kanálem 33 , kde je zařízení pro řezání nebo přeřezávání K, odpovídá úseku křivky cd s nepatrným poklesem teploty vnější stěny trubky T, bod d je na teplotě blízké 480 °C. Ochlazení trubky T v tomto kanálu 33 je pomalé v důsledku tepelně izolujícího pouzdra 34 kanálu 33. Na výstupu z kanálu 22 v bodu e je trubka T na teplotě kolem 350 ’C.

Přeříznutí trubky T se provede pomocí řezacího ústrojí K, když je uvnitř kanálu 33 žádaná délka trubky T.

3. Druhá fáze (e-f) tepelného zpracování - udržení na teplotě (pásmo obsažené mezi úseky elfl a e2f2 křivky podle obr. 5).

Pro konsolidování nebo ustálení před tím obdržené bainitické struktury převede se trubka T, která byla odříznuta, do vnitřku trubkové pece 44 posunutím podle směru AR1 rovnoběžného s vodorovnou osou Xl-Xl sklopeného kanálu 33,. Aby se toho dosáhlo (obr. 2 a 3), uvede se po odříznutí trubky T v žádané délce řezacím ústrojím A v činnost zdvihák 40 tak, že sklopí kanál 33 a trubka T, kterou obsahuje a nese, o úhel 90’ ve smyslu šipky AR kolem osy Y-Y čepu 37. Kanál 33 se sklopí až na konec zdvihu pístnice 39 zdviháku 40 (úsek naznačený čerchovaně na obr. 3). Kanál 33 přejde takto z polohy se svislou osou X-X do polohy s vodorovnou osou Xl-Xl v prodloužení a sousedství vstupního otvoru 42 tunelové pece 44 .

Trubka T podpíraná kladkami 35 v průběhu tohoto sklápění, jakož i v nové poloze Xl-Xl je takto připravena pro vstup do tunelové pece 44. Motoricky ovládané kladky 35 a motoricky ovládané válečky 45, uváděné v otáčení, vyvolají vstup trubky T do tunelové pece 44. Uvnitř tunelové pece 44 nastane u trubky T při jejím pokračování ve vodorovném směru změna směru o 90’ k novému směru AR2, který ji vede až k výstupu 43 tunelové pece 44. Změna směru se provede následujícím způsobem: zvedáky 47 zasunou válečky 45 od spodní části odvalovacích drah 48 tak, že trubka T je uložena na drahách 48 a nekonečné hnací řetězy 49 ji unášejí v novém směru AR2 až k výstupu 43 z pece. Tunelová pec 44 je zahřívána plynovými hořáky 46 na takovou teplotu, že trubka T postupující podél tunelové pece 44 regulovatelnou rychlostí (regulací unášecí rychlosti nekonečných řetězů £9) je udržována na konstantní isotermní teplotě obsažené mezi dvěma hranicemi (2 isotermy), jednak mezi horní hranicí (úsek elfl, čili isoterma 450 ’ z obr. 5) a jednak dolní hranicí (úsek e2f2 čili isoterma 250 ’C).

Mezi hranicemi elfl a e2f2 se udržování teploty trubky T provádí podle mezilehlého úseku isotermy ef, obsažené mezi 260 a 450 ’C (obr. 5), což znamená, že v kanálu 33 trubka T přechází od teploty d (vstup kanálu £3) k teplotě e (výstup z kanálu 33 a vstup do tunelové pece 44) obsažené mezi teplotami el a e2, totiž 450 ’C, popřípadě 250 ’C. Tato fáze tepelného zpracováni v tunelové peci 44 zaručuje stabilitu bainitu a případné austenitu zbývajícího v matrici struktury. Právě udrženi bainitizace zaručuje homogenní bainitickou strukturu nebo austeniticko-bainitickou strukturu. Za body f1 nebo f2 se trubka

-7CZ 281768 B6

T ochlazuje, jak bude popsáno níže v bodě 4.

Trubka T vystupuje z tunelové pece 44 na teplotě obsažené mezi 450 “C a 250 ’C mezi body f2 a fl, aby byla obsažena ve třetí a v poslední fázi, jak je popsáno v odstavci 4. Uvnitř vyšrafovaného pásma na obr. 5, obsaženého mezi úseky elf1 a e2f2 (úsek e, f v přerušované čáře), právě existuje udržování trubky T na konstantní teplotě. Bainitická struktura nebo případně bainiticko-austenitická struktura je homogenní a dává optimální mechanické vlastnosti, jak jsou popsány ve francouzském patentovém spisu č. 2 522 591.

4. Třetí a poslední fáze (fl-g-h nebo f2-g-h) ochlazování na volném vzduchu.

Na výstupu z tunelové pece 44 se trubka T ochlazuje na volném vzduchu až na normální teplotu, například mezi 5 a 25 °C, podle úseku flq krátkou dobu a uchová si konečné tuto teplotu, která je teplotou vnějšího vzduchu (úsek gh). Trubka T z litiny se sféroidickým grafitem má potom bainitickou strukturu nebo smíšenou strukturu bainiticko-austenitickou.

Takto lze utvářet a tepelně zpracovat litinové trubky, s výhodou trubky pro přiváděni vody s nominálními průměry 500 až 2500 mm a zejména 1000 až 1600 mm o tloušťkách mezi 5a 20 mm. Způsob a zařízení podle vynálezu jsou tedy zvláště výhodné pro výrobu litinových trubek T o velkých průměrech a o poměrně malých tloušťkách.

Výhody

První fáze kalení začíná v bodě b křivky podle obr. 5 za využití tepla vytvořené trubky T bez dalšího přívodu tepla, aby se trubka T uvedla na teplotu přibližně 800 až 850 °C.

Díky kombinaci průvlaku tvořeného grafitovým pláštěm 4 a chladicí objímkou 5 a fluidizační nádrže 9 se udrží schopnost trubky T z litiny se sféroidickým grafitem pro kaleni daleko vyšší než je schopnost takového kalení u trubky z litiny se sféroidickým grafitem, která by byla ponechána chladnout, a která by se pak byla opět ohřála až na teplotu 800 až 850 °C pro dosažení bainistického kalení.

Použití fluidizační nádrže 9 a fluidizační lázně 15 s obsahem písku zajišťuje rovnoměrnost teploty trubky T na celé její délce a na celé její válcové stěně a zajišťuje správnost a reprodukovatelnost tepelného zpracování.

Kromě toho použiti fluidizační lázně 15 s obsahem písku nebo jiných vhodných částic pevného materiálu jako prostředku pro odstranění nebo odvedení tepla trubky T směrem ven místo chladicí vody, je zabezpečeno v důsledku blízkosti litinové lázně F.

Jak to bylo uvedeno shora, je možno v důsledku přímé posloupnosti nebo spojeni průvlaku, tvořeného grafitovým pláštěm 4 a chladicí objímkou 5 a fluidizační nádrže 9, to znamená v důsledku kombinace tohoto průvlaku a fluidizační lázně 15, umožňující bainitizačni kaleni (úsek b, c na obr. 5), bezprostředné po

-8CZ 281768 B6 vzniku trubky T, to znamená na výstupu z průvlaku obdržet mnohem vyšší schopnost kalení než je schopnost kalení u trubky, která by se byla nechala zchladnout až na teplotu nižší než je teplota eutektoidu (700 až 750 °C) a která by pak byla opět ohřátá na teplotu 850 C, aby potom bylo provedeno bainitické kaleni. Vynález tedy umožňuje obdržet s jistotou žádanou bainitickou strukturu.

Jak to bude uvedeno níže, vynález umožňuje rovněž dosáhnout bezpečně jiných struktur závisejících na teplotě fluidizační lázně 15 s obsahem písku. V důsledku snadnosti regulace teploty fluidizační lázně 15 (regulaci teploty a přívodu vody obíhající v závitech 16) a v důsledku stejnosměrnosti teploty trubky T zpracované fluidizační lázní 15 s obsahem písku 15 po celé délce trubky T je toto tepelné zpracování dokonale spolehlivé a průmyslově reprodukovatelné.

Různá provedení

Podle příkladu provedení znázorněného na obr. 6 je způsobu a zařízeni pro tepelné zpracování podle vynálezu užito při svislém plynulém odléváni sestupného typu litinové trubky T.

Takové zařízeni typu popsaného ve francouzském patentovém spisu č. 2 415 601 je provedeno kolem osy X-X pro plynulé odlévání .

Obsahuje:

- přívod kapalné litiny,

- prostředky k vytváření trubky z litiny,

- zařízení pro tepelné zpracování litinové trubky.

1. Přívod kapalné litiny (znázorněno částečně):

licí nádržka 19 na horní části zařízení náleží k licí pánvi pod nízkým tlakem, která není znázorněna, nebo případné elektrické odrazné peci, jejíž obsah je vystaven tlaku neutrálního plynu jako dusíku nebo argonu. Licí nádržka 19 obsahuje na dolní části licí otvor 20 o ose X-X.

2. Zařízení pro vytvářeni litinové trubky:

licím otvorem 20 prochází osově grafitové jádro 21, které uvádí vnitřní tvar vyráběné trubky T, a hlava 22 průvlaku 23, rovněž z grafitu, která dává vnější tvar vyráběné trubky T. Grafitové jádro 21 je dutý válec, obsahující uvnitř zahřívací zařízení, například induktor 24 v podobě hadu ochlazovaného vodou. Průvlak 23 tvoři s grafitovým jádrem 21 prstencovou mezeru 25, odpovídající vnitřním a vnějším rozměrům vyráběné trubky T, uvnitř tohoto prostoru má litina F postupně tuhnout podle čela tuhnutí počínaje stěnou průvlaku 23.· Hlava 22 průvlaku 23 vytváří s licím otvorem 20 prstencový prostor, který zaujímá žáruvzdorná objímka 26.

Žáruvzdorná objímka 26 je určena tomu, aby čelila obvyklým chladicím tokům kapalné litiny vycházející z licí nádržky 19. Trubkový průvlak 23., jehož dolní část je umístěna na stejné výšce jako dolní část grafitového jádra 21, je s prstencovou vůlí obklopen trubkovým pláštěm 27 z kovu nebo z kovové slitiny dobře vodivé pro teplo, jako je méd, který vychází do nádržky 28 na horní části a slouží jako uložení obálky 29 z kapalného kovu o nízké

-9CZ 281768 B6 teplotě táni (olovo nebo cín), který je v těsném styku s průvlakem 23 na jeho celé výšce s výjimkou hlavy “22. Obálka 29 z kapalného kovu o nízké teplotě tání je zásobována bud shora vedením 30 nebo shora druhým vedením 31, které slouží rovněž k odvádění kapalné obálky 29 chladicího kovu, když to je nutné. Trubkový plášť 27 je sám těsné obklopen dutou objímkou 32 pro chlazení s oběhem vody, jejíž vnitřní stěna je ve styku s vnější stěnou trubkového pláště 27.

Jak je známo, právě na výstupu z prstencové mezery 25 mezi grafitovým jádrem 21 a prúvlakem 23 je vytvářena trubka T, úplně ztuhlá.

3. Zařízení pro tepelné zpracování:

Pod prúvlakem 23 v jeho ose X-X a ve vhodné vzdálenosti od dolní části průvlaku 23 je umístěna fluidizační nádrž 9 s prstencovým dnem, majícím okrouhlý otvor 10 pro průchod trubky T a prstencovou průlinčitou desku 11, jež má rovněž otvor pro průchod trubky T. Fluidizační nádrž 9 obsahuje nad průlinčitou deskou 11 fluidizační lázeň 15 s obsahem písku chlazeného trubkovým prstencovým hadem se závity 16 chlazenými vodou. Fluidizační nádrž 9 přijímá tepelné zpracovanou trubku T svou horní částí místo aby ji přijímala svým okrouhlým otvorem 10 jako v předcházejícím příkladu. Avšak vyvíjení teploty trubky T nastává před průchodem a při průchodu fluidizační nádrží 9 podle stejné křivky procházející body a, b, c na obr. 5 (zpracování bainitisačním kalením).

Extraktor 33b s tepelné izolujícím pouzdrem 34b a s motoricky ovládanými kladkami 35, dále plášť 33 s tepelné izolujícím pouzdrem 34 následují za fluidizační nádrží 9 a jsou umístěny před tunelovou pecí 44 obsahující neznázorněné plynové hořáky, přičemž tato pec je stejná jako tunelová pec 44 na obr. 2 a 4. Mezi extraktorem 33b a kanálem 33 je vloženo přeřezávání zařízení K pro trubku T. Jako na obr. 1 až 3 obsahuje kanál na své dolní části oko 36 a čep 37 s osou Y-Y pro překlápění, jakož i vyklápěcí oko 38 a zařízení pro překlápění o úhel 90“, což není znázorněno .

Úplné tepelné zpracování podle vynálezu nastává za stejných podmínek jako u příkladu podle obr. 1, 2, 3, 4 a 5 podle tří fází znázorněných na obr. 5, to znamená fáze austeniticko-bainitického kalení podle úseku a b mezi prúvlakem 23 a fluidizační nádrží 9, potom podle úseku b c s prudkým poklesem teploty pro bainitisaci napříč fluidizační nádrží 9 a konečně po odříznutí trubky T podle vodorovného úseku e nebo isotermie ef, umístěného v čárkovaném pásmu mezi horní isotermou elf1 (450 °C) a dolní isotermou e2f2 (250 ’C), kde nastává stabilizace teploty uvnitř udržovací tunelové pece 44. Tepelné zpracování končí koncovou fází f 1 nebo f 2 gh pro ochlazení trubky T vystoupivší z tunelové pece 44 pro udržování bainitizace, při této fázi je trubka T chlazena na volném vzduchu.

Výhody jsou stejné jako předtím, pokud jde o tepelné zpracování. Jediný rozdíl oproti předcházejícímu příkladu spočívá ve způsobu výroby trubek T za použití grafitového jádra 21 a v tom, že se vyvolává postup trubky T směrem dolů podle šipky f2.

-10CZ 281768 B6

Získání jiné struktury než bainistické.

Má-li být získána jiná struktura než bainistická, například struktura bainit + perlit nebo ferit + perlit s přesné nastaveným procentovým podílem perlitu, zatímco dřívější tepelná zpracování nedovolila reprodukovat procentový podíl perlitu od jednoho zpracování ke druhému a dokonce ani od jednoho konce trubky ke druhému, umožňuje to zpracování podle vynálezu způsobem průmyslově reprodukovatelným. V případě struktury ferit + perlit je kanál 33 vynechán.

Zpracováni podle vynálezu umožňuje rovnéž reprodukovat strukturu bainit + ferit.

Pro strukturu bainit + ferit má být teplota fluidizační lázně 15 v rozmezí mezi 100 a 200 °C jako pro samotný bainit.

Pro strukturu ferit + perlit s určenými procentovými podíly každé z fází feritu a perlitu má být teplota fluidizační lázně 15 taková, aby rychlost ochlazování trubky T, procházející touto fluidizační lázní 15, byla konstantní. Jinými slovy umožňuje konstantní rychlost ochlazování trubky T napříč troj fázového pásma alfa + gamma + G znázorněného vyčárkovaně na tepelném diagramu podle obr. 7, (pás alfa + gamma + G je takto nazýván, jelikož ilustruje oblast eutektoidni transformace litiny, kde spolu existují tři fáze ferit., austenit a grafit ternárního diagramu železo, uhlík, křemík) vznik zvolených poměrů feritu a perlitu.

Konstantní a regulovatelná rychlost průchodu trubky T přes fluidizační lázeň 15 vyvolává konstantně rychlost ochlazování napříč troj fázového pásu (alfa + gamma + G) a zaručuje tak konstantní a předem zvolený poměr každé z fází, tj. feritu a perlitu. Intenzita ochlazování může být regulována jako v případě bainitického kaleni volbou dodávky fluidizačního vzduchu (potrubí 13) a volbou rychlosti oběhu vody v hadu 16. Má-li být snížena intenzita ochlazování, lze odstranit celý oběh vody v závitech 16 nebo dokonce nahradit závity 16 ohřívacím zařízením. Toto ohřívací zařízení může být například ohřívací elektrický odpor ponořený do fluidizační lázně 15, nebo obklopující fluidizační nádrž 9 nebo upravený tak, že zahřívá fluidizační vzduch (potrubí 13.)· Jako ohřívacího zařízení lze rovnéž užit plynových hořáků.

Pro získání této struktury feritu + perlitu, postupuje se podle diagramu teploty, čas, podle obr. 7.

1. První fáze (a-b-c)

Na tomto diagramu odpovídá bod a vzniku trubky T mimo průvlak, tvořený grafitovým pláštěm 4 a chladicí objímkou 5. Je to totéž jako v prvním příkladu (obr. 5), teplota je 1100 ’C. Na vstupu fluidizované lázně je teplota trubky T 850 ’C v bodě b jako na obr. 5. Na výstupu z fluidizované lázně, v bodě c, poklesla teplota trubky T ňa hodnotu vyšší než 600 ’C. Je třeba poznamenat, že pokles teploty podle diagramu na obr. 7 mezi body bac je mnohem prudké a daleko postupnější než při zpracování podle diagramu na obr. 5.

Mezi body b a c je umístěn troj fázový pás (alfa + gamma + G)

-11CZ 281768 B6 (pásmo eutektoidni transformace litiny) v teplotním intervalu v rozmezí mezi 770 a 810 °C, kde rychlost ochlazováni trubky T je konstantní. Pás alfa + gamma + G je vyčárkováno.

2. Druhá a poslední fáze (c-k)

Při výstupu na volný vzduch u výstupu z fluidizační lázně 15 a již bez nutnosti procházet kanálem 33 je trubka T vystavena přirozenému chlazení na volném vzduchu, což je znázorněno úsekem ck křivky.

Plynulé tepelné zpracování podle vynálezu umožňuje přesnou regulaci množství každé přítomné fáze (fáze feritu a fáze perlitu) v důsledku konstantnosti následujících parametrů:

- rychlost extrakce trubky T,

- rychlost ochlazování této trubky T,

- teplot ve všech bodech zařízení, které jsou obsaženy mezi body a (výstup trubky T mimo průvlak, tvořený grafitovým pláštěm 4 a chladicí objímkou 5) a c (výstup trubky T z fluidizační lázně 15.).

Claims (9)

1. PATENTOVÉ NÁROKY

   1. Způsob plynulé výroby trubek z litiny se sféroidickým grafitem, s homogenní a řízenou strukturou zvolenou mezi strukturami obsahujícími bainit, bainit a ferrit, nebo ferrit a perlit, toho typu, při kterém se trubka vytváří způsobem plynulého odléváni uvnitř chlazeného trubkového průvlaku z litiny, mající následující hmotnostní složení: 2,5 až 4,0 % uhlíku, 2 až 4 % křemíku, 0,1 až 0,6 % manganu, stopy až 0,5 % molybdenu, stopy až 3,5 % niklu, stopy až 11 % mědi, stopy až 0,5 % hořčíku, maximálně 0,1 % síry, maximálně 0,06 % fosforu, zbytek železo, vyznačující se tím, že trubka (T), zchlazená v chlazeném trubkovém průvlaku (4, 5, 21, 23), která má austenitickou strukturu (a) se v první fázi (a-b-c) ochlazuje až na teplotu kolem 850 ’C (b) načež se trubka (T) rychle a rovnoměrně ochladí po celé její délce průchodem fluidizovanou lázni pevných žáruvzdorných částic (c) na bainitizační teplotu kolem 500 ’C (bainitizační kaleni) při dosaženi bainitické struktury, dále se v mezilehlé fázi (c-d-e) pomalého chlazení ochlazuje z teploty 500 C na teplotu v rozmezí 250 až 450 ’C (ecd) a trubka se přiřizne na určenou délku, ve druhé fázi (e-f) udržováni bainitizace, se odříznutá trubka zavede do tunelové pece, kde je vytvořená trubka udržována na konstantní isotermní teplotě (ef) v rozmezí 450 ’C (elfl) a 250 ’C (e2f2) pro dosažení homogenní bainitické nebo austenickobainitické struktury a konečně v poslední fázi (fl nebo f2-g-h) se trubka nechá ochladit na volném vzduchu.
2. 2. Způsob podle nároku 1, vyznačující se tím, že v první fázi (a-b-c) se fluidizovaná lázeň udržuje na tep-12CZ 281768 B6 loté v rozmezí 100 až 200 ’C, přičemž vytvořená trubka (T) má výstupní strukturu alespoň z části bainitickou.
3. 3. Způsob podle nároku 1, vyznačující se tím, že se vytvořená trubka (T) se strukturou ferit + perlit, v první fázi (a-b-c) rovnoměrné konstantní ochlazovací rychlosti ochlazuje ve fluidizované lázni pevných žáruvzdorných částic po celé její délce až na teplotu vyšší než 600 ’C (c), ve druhé a poslední fázi (c-k) se vytvořená trubka (T) ponechá přirozené ochladit na volném vzduchu.
4. 4. Zařízení k provádění způsobu podle nároku 1, tvořené ústrojím pro přívod kapalné litiny a ústrojím s chlazeným trubkovým průvlakem pro vytvořeni trubky způsobem plynulého odlévání, vyznačující se tím, že za chlazeným trubkovým průvlakem (4, 5, 21, 23) pro plynulé odlévání je v osovém sméru upravena fluidizační nádrž (9) s fluidizační lázní (15) z pevných žáruvzdorných částic, která je opatřena trubkovými závity (16) s oběhem vody, ponořenými do fluidizační lázně (15) a je dále opatřena nejméně jedním okrouhlým otvorem (10), pro trubku (T), která má procházet fluidizační lázní (15) uvedených částic ve fluidizační nádrži (9).
5. 5. Zařízení podle nároku 4, vyznačující se tím, že chlazený trubkový průvlak (4, 5, 21, 23) má svislou osu (X-X) a fluidizační nádrž (9) má ve své dolní části jediný okrouhlý otvor (10) se svislou osou na své horní části je otevřena do volného prostoru.
6. 6. Zařízení podle nároku 5, vyznačující se tím, že chlazený trubkový průvlak, tvořený grafitovým pláštěm (4) a chladicí objímkou (5), se svislou osou (X-X) je zásobován kapalnou litinou spodem a fluidizační nádrž (9) je umístěna nad nim, přičemž jediný okrouhlý otvor (10) fluidizační nádrže (9) je vstupním otvorem pro trubku (T).
7. 7. Zařízení podle nároku 4, vyznačující se tím, že chlazený trubkový průvlak (23) se svislou osou (X-X) je zásobován kapalnou litinou shora a doplněn grafitovým jádrem (21), a fluidizační nádrž (9) je umístěna pod chlazenou obálkou (29), přičemž jediný okrouhlý otvor (10) fluidizační nádrže (9) je výstupním otvorem pro trubku (T).
8. 8. Zařízení podle nároku 4, vyznačující se tím, že za fluidizační nádrží (9) a úseky kanálu (33a, 33b) je v osovém sméru upraven kanál (33) obklopující tepelně izolační objímku (34), určený pro souosý průchod trubky (T).
9. 9. Zařízeni podle nároku 8, vyznačující se tím, že kanál (33) je uvnitř opatřen kladkami (35) pro vedení, podepření a unášeni vytvořené trubky (T) a je na vnější straně opatřen okem (36) kloubově uloženým kolem vodorovné osy (Y-Y) pro sklápěni kanálu (33) o 90° prostřednictvím sklápěcích ústroji (39, 40) ze svislé polohy s osou (X-X) do vodorovné polohy s osou (Xl-Xl) souose se vstupem (42) tunelové pece (44).