SU1450729A3 - Способ непрерывного изготовлени трубных заготовок из чугуна и установка дл его осуществлени - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к металлургии , конкретнее - к изготовлению чугунных труб с шаровидными включени ми графита методом непрерывной разливки с последующей термообработкой дл  придани  трубам, например, бейннтной структуры. Цель - повышение прочности труб. В процессе изготовлени  чугунную трубу подвергают закалке путем непрерьшного пропускани  ее через помещаемую на выходе из кристаллизатора камеру, содержащую псевдоожиженный песок. Однородна  бейнитна  структура чугунной трубы достига етс  посредством регулировани  температуры в камере псевдоожижени . 2 с. и 8 з.п. ф-лы, 6 ил. О)

Description

sl

ю

Изобретение относитс  к области металлургии, в частности к изготовлению чугунных труб с шаровидными включени ми графита методом непре- рывной разливки с последующей термообработкой дл  придани  трубам, например , бейнитной структуры.

Целью изобретени   вл етс  повышение прочности труб.

На фиг. 1 изображена установка дл  непрерывной восход щей разливки труб без раструба, разрез; на фиг. 2 установка дл  термообработки, раз рез; на фиг. 3 - вид спереди меха- нической детали установки дл  термообработки; на фиг, 4 - часть установки дл  термообработки, разрез; на фиг. 5 - диаграмма термообработки с линией изменени  температуры чугунной трубы во врем  термообработки дл  получени  бейнитной структуры; на фиг. 6 - диаграмма варианта термообработки дл  получени  ферри- то-перлитной структуры,

Установка дл  непрерывной восход щей разливки чугунной трубы Т содержит сифонную литниковую систему 1 из жаропрочного материала, например алюмо-силикатногр типа, котора  состоит из литникового канала с лит- 1НИКОВОЙ чашей 2 в верхней части, обеспечивающего подачу материала, а в них-сней. части из выпускного отверсти  3 в основании кристаллизато- ipa дл  образовани  трубы Т,

На оси XX выпускного отверсти  3 устанавливаетс  трубчатый водоохлад даемьй кристаллизатор, включающий графитовую футеровку 4, внутренний диаметр которой соответствует внешнему диаметру изготовл емой трубы Т, и кожух 5, например из меди, с циркул цией охлаждакщей воды, котора  поступает по трубопроводу 6, а выходит по трубопроводу 7, Охлаждаюищй кожух 5, устанавливаемый вокруг футеровки отделен от сифонной системы 1 огра- ничивающим кольцевым жаропрочным основанием 8,

Устройство дл  термообработки содержит камеру псевдоожижени , тепло- изол ционньй кожух и туннельную печь Камера 9 псевдоожижени  устанавливаетс  на оси XX над водоохлаждаемым кристаллизатором. Он состоит из открытого в верхней части сосуда, опирающегос , например, на верхний слой oxлaж l;aющeй футеровки 4 и имеет

5 0 5

О c

О 5 Q

5

кольцевое днище с круглым отверстием 10, соответствук цим внешнему диаметру чугунной трубы Т, котора  проходит через него свободно. Над кольцевым днищем с отверстием 10, параллельно ему, закреплена пориста  пластина 11с образованием камеры 12 дл  подачи воздуха при заданном давлении, например 2-8 бар. Воздух под давлением поступает в камеру 12 через трубопровод 13 под контролем оборудовани  14, включающего редукционный клапан или манометр (не показаны). Над пористой пластиной 11 находитс  сквозна  камера 15 псевдоожижени , в которой находитс  твердые, пред-:-: почтительно жаропрочные частицы дл  псе:вдоожижени , например, песок 15 или кремнезем, или глинозем, В камере псевдоожижени  установлены трубчатые витки 16, намотанные по винтовой линии с диамет1 ом, заключенным между внешним диаметром камеры 9 и диаметром отверсти  10, Через трубчатые БИТКИ 16 проходит охлаждающа  вода, поступающа  через трубопровод 17 и выход ща  через трубопровод 18,

Над камерой 9 по оси Х-Х устанавливаетс  теплоизол ционньй кожух 19 с внутренним диаметром, большим наружного диаметра изготовл емой трубы Т. Кожух 19 охватывает теплоизол ционный материал 20, например войлок из мршеральных волокон. Охлаждение трубы Т тем медленнее , чем шире слой тензоизол цион- ного материала 20. Высота кожуха 19 равна длине отрезаемой трубы Т.

Кожух 19 имеет внутри направл ющие и опорные ролики 21 трубы Т, Кохсух 19 установлен качающимс  и может опрокидыватьс  на угол 90, име  в нижней части со стороны опрокидывани  шарнирный кронштейн 22 (фиг, 2-3). На кронштейне 22 жестко крепитс  горизонтальна  цапфа 23 с осью YY, перпендикул рной оси XX. Кожух 19 имеет над кронштейном кронштейн дл  опрокидывани  24, на котором шарнирно закреплен конец штока

25опрокидывающего домкрата 26, корпус которого шарнирно закрепл етс 

на станине 27 на противоположном конце штока поршн  25 (фиг. 3), Домкрат

26может быть гидравлического телескопического типа. Домкрат 26 опрокидывает трубу 19 по стрелке AR,

Туннельна  печь 27 дл  вьиержки по температуре трубы Т предусматриваетс  на удлинении кожуха 19, но лежит по направлению ЛК. Сквозна  туннельна  печь 27 имеет входное боковое отверстие 28, с осью Х - X, и выходное отверстие с горизонтальной осью. Дп  прохождени  каждой трубы Т с изменением направлени  на 90 °

между осью

1 Х (или направлением ARi) и направлением AR. Туннельна  печь 27 имеет съемные ролики 29 дл  опоры и продвижени  трубы Т по стрелкам AR,, параллельным оси X , - X ,. Туннельнна  печь 27 имеет горелки 30 (напримерj газовые), создающие внутри нагревательную атмосферу дл  вырежки по температуре трубы Т.

Установка содержит механизм выт - гивани , который располагаетс  сразу на выходе из камеры 9 псевдоожижени , но на входе режущего устройства 31.

в- камеру псевдоожижени  до уровн . Когда труба Т замен ет затравку внутри камеры 9 псевдоожижени , поднима сь по стрелке

f 1

начинаетс 

ее термообработка.

Термообработка на бейнит трубы Т осуществл етс  в услови х изменени  температуры, изображенных на фиг. 5.

На кривой фиг. 5 температура () откладываетс  по ординате, а врем  (t) - по абсдассе. Крива  a...h показывает изменение температуры чугунной трубы с шаровидными включени ми графита по времени, когда она подве {)гаетс  термообработке по изобретению .

Именно в камере 9 псевдоожижени , где псевдоожиженный песок находитс  при температуре, регулируемой до величины, необходимой дл  получени  требуемой структуры (например, между 100 и 200°С дл  бейнитной структуры), осуществл етс  перва  фаза термооб

Способ осуществл ют следуклцим -об- 25 работки, котора   вл етс  закалкой

разом.

Перед подачей жидкого чугуна в установку через верх кристаллизатора через камеру 9 псевдоожижени  до уровн  ниже верхнего конца графито- вой футеровки 4 вводитс  затравка, образованна  стальной трубчатой муфтой такого же наружного диаметра и такой же толщины, что и изготавл е ма  труба Т. Затем жидкий чугун подаетс  по направлению стрелки в литниковую чашу 2 до уровн  N, расположенного ниже верхней части футеровки 4. Этот жидкий чугун имеет следующий состав, мас.%: углерод 2,5 - 4,0, кремний 2-4, марганец 0,1 - 0,6, молибден О - 0,5, никель - О - 3,5, медь 0-11, магний О - 0,5, сера 0,1 максимально, фосфор 0,06 максимально , остальное - железо. Камера 9 перед введением затравки наполн етс  песком 15.

Чугун охлаждаетс  в контакте с футеровкой 4 по фронту кристаллиза- ции S в виде приблизительно усеченного конуса, и сцепл етс  с затравкой, выт гиваемой кверху с помощью механизированных роликов 21.

В момент, когда затравка проходит через камеру 9 в направлении стрелки f 1 в камеру 12 подаетс  сжатый воздух или азот по трубопроводу 13. При этом песочна  масса 15 псевдоожи жаетс  вокруг витков 16, погруженных

5

0

О

5

0

5

на бейнит без подогрева за счет калорий от трубы, выход щей из кристаллизатора . Эта температура песочной бани, заключенна  мажду 100 и 200°С, поддерживаетс  посто нной, благодар  циркул ции воды при температуре пор дка 20°С в трубопроводах 17 и 18. Интенсивность охлаждени  песка 15 зависит от расхода воздуха псевдоожижени , вход щего через трубопровод 13, и от скорости циркул ции воды. Расход воздуха псевдоожижени  и скорость циркул ции воды могут регулироватьс . Таким образом, начинают с трубы Т, котора  только что образована и затвердела и находитс  еще при температуре 1100 С в точке а. Между точками а и b (на уровне пористой пластинки температура трубы Т жаетс  с несколько более высокой температуры. В точках а и Ь структура трубы аусте- нитна . От точки b (вход в камеру 9) в точку с (выход из камеры 9) темпер ратура трубы Т мен етс  резко (от 850°С до 500°С приблизительно) и это происходит за очень короткий промежуток времени, в котором труба Т охватываетс  по всей поверхности псевдо- ожиженным песком 15, поддерживаемым с помощью змеевика 16 при температу- ре пор дка 100 - . Эта закалка на бейнит.

11)

быстро сни- 1100°С до 850 С или до

После выхода камеры 9 труба Т с помощью механизированных роликов 21 поступает в кожух 19 дл  естественного и медленного охлаждени , который находитс  в вертикальном положе - НИИ, через режущее устройство 31, На кривой температур фиг. 5 вход в кожух 19 соответствует точке d. Следующий интервал прохождени  между ка мерой 9 и кожухом 19, где располагаетс  устройство 31 резки, соответствует участку кривой с d, с небольшим снижением температуры наружной стенки трубы Т: точка d находитс  при температуре, близкой к . Охлаш,- дение трубы Т медленное из-за теплоизолирующего материала 20. На выходе из кожуха 19 в точке е труба Т имеет температуру пор дка 350°С.

Дл  упрочнени  или закреплени  ранее полученной бейнитной структуры перенос т отрезанную трубу Т внутри туннельной печи 27, перенос  ее по направлению AR, параллельному гори- зонтальной оси X - Х, Туннельна  печь 27 нагреваетс  газовыми горелками 30 до такой температуры, чтобы труба Т, перемещающа с  вдоль нее с регулируемой скоростью поддержи- валась при посто нной температуре изотермической выдержки, заключен г ной между двум  пределами (две изотермы ) : с одной стороны, верхний предел (участок el f 1 или изотер- ма 450°С фиг, 5), а с другой стороны , нижний предел (участок е2 f 2 или изотерма 250 С). Между пределами el f 1 и е2 f 2 температурна  выдержка трубы т осуществл етс  по про- межуточному участку или изотерме е f, заключенному между 250 С и 450 С (фиг, 5). Эта стади  термообработки в томильной печи 27 обеспечивает устойчивость бейнита и воз- можно остаточного аустенита в матрице структуры.

Труба Т выходит из туннельной печи 27 ири температуре, заключенной между 450 и 250°С между точками f 2 и f 1 дл  охлаждени  на третьей и последней фазе. Именно внутри заштрихованной зоны фиг, 5, заключенной между участками e1 f 1 и е2 f 2 (участок е f штриховой ли нией) находитс  вьщержка по посто нной температуре трубы Т, Бейнитна  или бейнитна  - аустенитна  структур

однородна и обладает оптимальными механическими характеристиками.

На выходе из туннельной печи 27 труба Т охлаждаетс  на открытом воздухе до обычной температуры, например 5 - 25°С,

Таким образом, можно изготовл ть и термически обрабатывать чугунные трубы, предпочтительно трубы дл  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 устран етс .

Дл  структуры бейнит + феррит температура псевдоожиженного песка 15 должна быть lOCt - как и дл  одного бейнита.

Дл  структуры феррит + перлит с определенными процентными содержани ми каждой из фаз феррит -f перлит тегипература псевдоожиженного песка 15 должна быть такой, чтобы скорость охлаждени  трубы Т, проход щей через эту баню была посто нной. Другими словами, посто нна  скорость охлаждени  трубы Т через трехфазную зону альфа + гамма + графит, изображенную заштрихованной на термодиаграмме фиг, 7 (зона d + + G называетс  та{с, потому что она показывает область эвтектоидного превращени  чугуна, в которой существуют три фазы феррит, аустенит и графит тройной диаграммы железо, углерод, кремний) вызывает по вление феррита и перлита в требуемых соотношени х,

Непрерьшна  термообраСзотка обеспечивает точное регулирование доли каждой фазы (ферритна  фаза и перлит- на  фаза) в св зи с посто нотвом скорости извлечени  трубы, скорости ее охлаждени  и температуры во всех точках установки, которые заключены между точками а (по вление трубы Т вне кристаллизатора) и с (выход трубы Т из камеры 9 псевдоожижени ).

Использование изобретени  позволит получать чугунные трубы повышенной прочности с однородной бейн тной структурой.

Ф op мула изобрете

1450729 н и  

Claims (10)

1. Способ непрерывного изготовле ни  трубных заготовок из чугуна, содержащего мас.%:

Углерод

Кремний

Марганец

МолибденО - O.S

Никель

Медь

Магний

Сера

Фосфор60.06

Железо

включаюхчий отливку трубы, закалку, изотермическую вьщержку и последующее охлаждение на воздухе, о т л и - чающий с.   тем, что, с целью повышени  прочности труб, отливку трубы осуществл ют в водоох 1.аждаемом кристаллизаторе методом непрерывной вертикально восход щей разливки, за калку трубы осуществл ют на выходе ее кристаллизатора путем пропускани  через камеру псевдоожижени  твердых жаропрочных частиц, охлаждаемых до температуры ниже температуры трубы на выходе ее из кристаллизатора.

2.Способ по п. 1,отличаю- щ и и с   тем, что дл  получени  бейнитной структуры охлаждение трубы на выходе ее из кристаллизатора осуществл ют с 1100°С до 850°С, а после дующую закалку в камере псевдоожижени  осуществл ют до 500 С, затем перед охлаждением на воздухе осуществл ют отрезку трубной заготовки определенной длины и ее термообработку путем пропускани  через туннельную печь с поддержанием посто нной температуры 250... 450°С.

3.Способ попп. 1 и2, отличающийс  тем, что те.мператуг ру в камере псевдоожижени  поддержи вают 100... 200 С.

4.Способ по п. 1, отличающийс  тем, что охлаждение трубы

9

на выходе ее из кристаллизатора осуществл ют с до 850°С, а последующую закалку в камере псевдоожиже- ни  осуществл ют до температуры 600 С

5.Способ по пп. 1 - 4, отличающийс  тем, что охлаждение трубы в камере псевдоожижени  осуществл ют с посто нной скоростью

и поддержанием температуры эвтектоно ного превращени  чугуна, при которой происходит вьздедение фаз феррита и перлита. .

6.Установка дл  непрерьшного изготовлени  трубных заготовок из чугуна , содержаща  сифонную литниковую систему, водоохлаждаемый кристаллизатор , теплоизолирующий кожух, механиз выт гивани  трубы вверх и механизм резки, отличающа с  тем, что, с целью повышени  прочности труб, она снабжена сквозной камерой псевдоожижени , заполненной твердыми жаропрочными частицами с расположенным в ней трубчатым водоохлаждае- мым змеевиком.

7. Установка по п. 6, отличающа с  тем, что сквозна  камера псевдоожижени  расположена за водоохлаждаемым кристаллизатором в направлении выт гивани  трубы,

8.Установка поп. 6, отли - чающа с  тем, что теплоизол ционный кожух расположен за механизмом резки в направлении выт гивани  трубы.

9.Установка по п. 6,отличающа с  тем, что теплоизол ционный кожух вьшолнен е приводными направл ющими опорными роликами, расположенными внутри кожуха, и кронштейном , расположенным снаружи кожуха , и имеет возможность поворота на 90° с помощью средств качени .

10.Установка по п. 6, отличающа с  тем, что она выполнена с горизонтально расположенной туннельной печью.

Фае.-/

J/

.

/ calT

i- -Фиг . 5

X

27

1Q

то

Ж

27 I

Физ.

f fz

Раг. 5

г. 6