Способ непрерывного изготовления трубных заготовок из чугуна и установка для его осуществления

СОЮЗ СОВЕТСНИХЮВдвеиРЕСПУ БЛИН ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯК ПАТЕНТУ Ь, ь 4 М 3 ю 14(1 1 а Е,"БЛ 10 ТЕь А ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР(54) СПОСОБ НЕПРЕРЫВНОГО ИЗГОТОВЛЕ";НИЯ ТРУБНЫХ ЗАГОТОВОК ИЗ ЧУГУНА ИУСТАНОВКА ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ЯО 1450729 А 3а) 4 В 22 Р 13/00 11 00(57) Изобретение относится к металлургии, конкретнее - к изготовлениючугунных труб с шаровидными включениями графита методом непрерывнойразливки с последующей термообработкой для придания трубам, например,бейнитной структуры. Цель - повышение прочности труб. В процессе изготовления чугунную трубу подвергаютзакалке путем непрерывного пропускания ее через помещаемую на выходеиз кристаллизатора камеру, содержащую псевдоожиженный песок. Однородная бейнитная структура чугуннойтрубы достигается посредством регулирования температуры в камере псевдоожижения. 2 с. и 8 з.п. ф-лы,6 ил.Изобретение относится к областиметаллургии, в частности к изготовлению чугунных труб с шаровиднымивключениями графита методом непре 5рывной разливкис последующей термо.обработкой для придания трубам например, бейнитной структуры.Целью изобретения является повышение прочности труб, 10На фиг, 1 изображена установкадля непрерывной восходящей разливкитруб без раструба, разрез; на Фиг. 2 установка для термообработки, раз"рез; на фиг. 3 - вид спереди механической детали установки для термообработки", на фиг. 4 - часть установки для термообработки, разрез;на фиг, 5 - диаграмма термообработки с линией изменения температуры 20чугунной трубы во время термообработки для получения бейнитной структуры; на фиг. б - диаграмма вариантатермообработки для получения Феррито-перлитной структуры. 25Установка для непрерывной восходящей разливки чугунной трубы Т содержит сифонную литниковую систему1 из жаропрочного материала например алюмо-силикатного типа, которая ЗОсостоит из литникового канала с лит;никовой чашей 2 в верхней части,обеспечивающего подачу материала,а в нижней части из выпускного отверстия 3 в основачии кристаллизатора для образования трубы Т,На оси ХХ выпускного отверстия 3устанавливается трубчатый водоохлаждаемый кристаллизатор, включающийграфитовую Футеровку 4, внутренний 40диаметр которой соответствует внешнему диаметру изготовляемой трубы Т,и кожух 5, например из меди, с циркуляцией охлаждающей воды, которая поступает по трубопроводу б, а выходит 45по трубопроводу 7. Охлаждающий кожух5, устанавливаемьй вокруг Футеровки 4,отделен от сифонной системы 1 огра -ничнвающим кольцевым жаропрочным основанием 8,50Устройство для термообработки содержит камеру псевдоожижения, теплоизоляционный кожух и туннельную печь.Камера 9 псевдоожижения устанавливается на оси ХХ над водоохлаждаемьмкристаллиэатором. Он состоит из открытого в верхней части сосуда, опирающегося, например, на верхний слойохлаждающей футеровки 4 и имеет кольцевое днище с круглым отверстием 10, соответствующим внешнему диаметру чугунной трубы Т, которая проходит через него свободно. Над кольцевым днищем с отверстием 10, параллельно ему, закреплена пористая пластина 11 с образованием камеры 12 для подачи воздуха при заданном давлении, например 2 - 8 бар, Воздух под давлением поступает в камеру 12 через трубопровод 13 под контролем оборудования 14, включающего редукционный клапан или манометр (не показаны). Над пористой пластиной 11 находится сквозная камера 15 псевдоожижения, в которой находится твердые, пред- почтительно жаропрочные частицы для псевдоожижения, например, песок 15 или кремнезем, или глинозем. В камере псевцоожижения установлены трубчатые витки 16, намотанные по винтовой линии с диаметром, заключенным между внешним диаметром камеры 9 и диаметром отверстия 10. Через трубчатые витки 16 проходит охлаждающая вода, поступающая через трубопровод 17 и выходящая через трубопровод 18.Над камерой 9 по оси Х-Х устацавливается теплоизоляционный кожух 19 с внутренним диаметром, большим наружного диаметра изготовляемой трубы Т, Кожух 19 охватывает тепло- изоляционный материал 20, например войлок из минеральньм волокон. Охлаждение трубы Т тем медленнее, чем шире слой тензоизоляционного материала 20. Высота кожуха 19 равна длине отрезаемой трубы Т. Кожух 19 имеет внутри направляющие и опорные ролики 21 трубы Т. Кожух 19 установлен "качающимся" и может опрокидываться на угол 90 имея в нижней части со стороны опрокидывания шарнирный кронштейн 22 (фиг, 2 - 3). На кронштейне 22 жестко крепится горизонтальная цапфа 23 с осью Л., перпендикулярной оси ХХ. Кожух 19 имеет над кронштейном кронштейн для опрокидывания 24, на котором шарнирно закреплен конец штока 25 опрокидывающего домкрата 26, корпус которого шарнирно закрепляется на станине 27 на противоположном конце штока поршня 25 (фиг, 3). Домкрат 26 может быть гидравлического теле- скопического типа. Домкрат 26 опрокидывает трубу 19 по стрелке АК.314507Туннельная печь 27 для выдержкипо температуре трубы Т предусматривается на удлинении кожуха 19, но лежитпо направлению Ак,. Сквозная туннельная печь 27 имеет входное боковое отверстие 28, с осью Х, - Х, ивыходное отверстие с горизонтальнойосью. Для прохождения каждой трубыТ с изменением направления на 90 1 Омежду осью Х - Х, (или направлениемАК ) и направлением АК. Туннельнаяпечь 27 имеет съемные ролики 29 дляопоры и продвижения трубы Т по стрелкам АКпараллельным оси Х, - Х 5Туннельнная печь 27 имеет горелки 30(например, газовые), создающие внутри нагревательную атмосферу длявырежки по температуре трубы ТУстановка содержит механизм вытя- .20гивания, который располагается сразу на выходе иэ камеры 9 псевдоожи"жения, но на входе режущего устройства 31.Способ осуществляют следующим образом.Перед подачей жидкого чугуна вустановку через верх кристаллизатора,через камеру 9 псевдоожижения доуровня ниже верхнего конца графито- З 0вой футеровки 4 вводится затравка,образованная стальной трубчатоймуфтой такого же наружного диаметраи такой же толщины, что и изготавляемая труба Т, Затем жидкий чугун подается по направлению стрелки в лит- .никовую чашу 2 до уровня М, расположенного ниже верхней части футеровки 4. Этот жидкий чугун имеет следующий состав, мас.7: углерод 2,5 - 404,0, кремний 2 - 4, марганец О, 10,6, молибден С - 0,5, никель - 03,5, медь 0 -11, магний 0 - 0,5, сера 0,1 максимально, фосфор 0,06 мак"симально, остальное - железо. Камера 9 перед введением затравки наполняется песком 15.Чугун охлаждается в контакте сфутеровкой 4 по фронту кристаллизации Б в виде приблизительно усеченно. 50го конуса, и сцепляется с затравкой,вытягиваемой кверху с помощью механизированных роликов 21,В момент, когда затравка проходитчерез камеру 9 в направлении стрелкиГ 1 в камеру 12 подается сжатыйвоздух или азот по трубопроводу 13.При этом песочная масса 15 псевдоожижается вокруг витков 16, погруженных 29в камеру псевдоожижения до уровня.Когда труба Т заменяет затравку внутри камеры 9 псевдоожижения, подни"маясь по стрелке Г 1, начинаетсяее термообработка.Термообработка на бейнит трубы Тосуществляется в условиях изменениятемпературы, изображенных на фиг. 5.На кривой фиг. 5 температура (Т С)откладывается по ординате, а время(Г) - по абсциссе. Кривая аЬпоказывает изменение температуры чугунной трубы с шаровидными включениями графита по времени, когда онаподвергается термообработке по изобретению,Именно в камере 9 псевдоожижения,где псевдоожиженный песок находитсяпри температуре, регулируемой довеличины, необходимой для получениятребуемой структуры (например, между100 и 200 С для бейнитной структуры).осуществляется первая фаза термообработки, которая является закалкойна бейнит без подогрева за счет калорий от трубы, выходящей иэ кристаллизатора. Эта температура песочнойбани, заключенная кажду 100 и 200 ОС,поддерживается постоянной, благодаря циркуляции воды при температурепорядка 20 С в трубопроводах 17 и18, Интенсивность охлаждения песка15 зависит от расхода воздухапсевдоожижения, входящего черезтрубопровод 13, и от скорости циркуляции воды. Расход воздуха псевдоожижения и скорость циркуляции водымогут регулироватьсяТаким образом,начинают с трубы Т, которая толькочто образована и затвердела и находится еще при температуре 1100 Св точке а. Между точками а и Ь (науровне пористой пластинки 11)температура трубы Т быстро снижается с 1100 С до 850 С или донесколько более высокой температуры.В точках а и Ь структура трубы аусте-нитная. От точки Ь (вход в камеру 9)в точку с (выход из камеры 9) темпе,ратура трубы Т меняется резко (от850 С до 500 С приблизительно) и этопроисходит за очень короткий промежу.ток времени, в котором труба Т охватывается по всей поверхности псевдоожиженным песком 15, поддерживаемьяс помощью змеевика 16 при температу -ре порядка 100 - 200 С. Эта закалкана бейнит.4507После выхода камеры 9 труба Т спомощью механизированных роликов 21поступает в кожух 19 для естественного и медленного охлаждения, кото 5рый находится в вертикальном положении, через режущее устройство 31,На кривой температур Фиг. 5 вход вкожух 19 собтветствует точке Й. Следующий интервал прохождения между камерой 9 и кожухом 19, где располагается устройство 31 резки, соответствует участку кривой с с 1, с небольшимснижением температуры наружной стенки трубы Т: точка Й находится притемпературе, близкой к 48 С. Охл"дение трубы Т медленное из-за теплоизолирующего материала 20. На выходе.из кожуха 19 в точке е труба Т имееттемпературу порядка 350 С. 2 ОДля упрочнения или закрепленияранее полученной бейнитной структурыпереносят отрезанную трубу Т внутритуннельной печи 27, перенося ее понаправлению АК, параллельному гориэонтальной оси Х- Х , Туннельная1печь 27 нагревается газовыми горелками 30 до такой температуры, чтобытруба Т, перемещающаяся вдоль неес регулируемой скоростью поддерживалась при постоянной температуреизотермической выдержки, заключенной между двумя пределами (две изотермы): с одной стороны, верхнийпредел (участок е 1 Г 1 или изотерма 450 С Фиг. 5), а с другой стороны, нижний предел (участок е 2 Г 2или изотерма 250 С). Между пределамие 1 1 1 и е 2 Г 2 температурная выдержка трубы Т осуществляется по промежуточному участку или изотермве Г, заключенному между 250 С и450 С (Фиг. 5). Эта стадия термообработки в томнльной печи 27 обеспечивает устойчивость бейнита и возможно остаточного аустенита в матрице структуры,Труба Т выходит из туннельной печи 27 при температуре, заключенной между 450 и 250 С между точками Е 2 и Г 1 для охлаждения на третьей и последней фазе, Именно внутри заштрихованной зоны Фиг. 5, заключенной между участками е 1 1 1 и55 е 2 й 2 (участок е 2 штриховой ли" нией) находится выдержка по постоянной температуре трубы Т. Бейнитная или бейнитная - аустенитная структура 29 6однородна и обладает оптимальными механическими характеристиками.На выходе из туннельной печи 27 труба Т охлаждается на открытом воздухе до обычной температуры, например 5 - 25 С.Таким образом, можно изготовлятьи термически обрабатывать чугунныетрубы, предпочтительно трубы дляподвода воды, номинальным диаметром600 - 2500 мм, в частности 10001600 мм, с толщиной 5 - 20 мм.Если получают небейнитовую структуру, например феррит + перлит, схорошо регулируемым процентнымсодержанием перлита, то кожух 19 устраняется.Для структуры бейнит + феррит температура псевдоожиженного песка 15должна быть 10 Ц - 200 С как и для одного бейнита.Для структуры Феррит + перлит сопределенными процентными содержания"ми каждой из фаз феррит + перлиттемпература псевдоожиженного песка15 должна быть такой, чтобы скоростьохлаждения трубы Т, проходящей череззту баню была постоянной. Другимисловами, постоянная скорость охлаждения трубы Т через трехфазную зонуальфа + гамма + графит, изображеннуюзаштрихованной на термодиаграмме фиг.7 (зона Й + + С называется так,потому что она показывает областьэвтектоидного превращения чугуна, вкоторой существуют три фазы феррит,аустенит и графит тройной диаграммыжелезо, углерод, кремний) вызываетпоявление феррита и перлита в требуемых соотношениях,Непрерывная термообрацотка обеспечивает точное регулирование доли каждой фазы (ферритная фаза и перлит ная фаза) в связи с постоянством скорости извлечения трубы, скоРости ее охлаждения и температуры во всех точкахустановки, которые заключены между точками а (появление трубы Т вне кристаллизатора) и с (выход трубы Т иэ камеры 9 псевдоожижения),Использование изобретения позволитполучать чугунные трубы повышеннойпрочности с однородной бейнитнойструктурой.формула изобретения 1, Способ непрерывного иэготовления трубных заготовок из чугуна,содержащего мас.Е:Углерод 2,5 - 4,0Кремний 2 - 4Марганец О,1 - 0,6Молибден 0 - 0,5Никель 0 - 3,5Медь 0 - 2Магний 0 - 0,5Сера (0,1Фосфор ь 0,06Железо Остальное,включающий отливку трубы, закалку,изотермическую выдержку и последующее охлаждение на воздухе, о т л и -ч а ю щ и й с. я тем, что, с цельюиовьппения прочности труб, отливкутрубы осуществляют в водоохцаждаемомкристаллизаторе методом непрерывнойвертикально восходящей разливки, закалку трубы осуществляют на выходеее кристаллизатора путем пропусканиячерез камеру исевдоожижения твердыхжаропрочных частиц, охлаждаемых дотемпературы ниже температуры трубына выходе ее иэ кристаллизатора.2, Способ ио и. 1, о т л и ч а ющ и й с я тем, что для получениябейнитной структуры охлаждение трубына выходе ее иэ кристаллизатора осуществляют с 1100 С до 850 С, а последующую закалку в камере псевдоожижеония осуществляют до 500 С, затемперед охлаждением на воздухе осуществляют отрезку трубной заготовки определенной длины и ее термообработкупутем пропускания через туннельнуюпечь с поддержанием постоянной температуры 250450 С3. Способ по ии. 1 и 2, о т л ич а ю щ и й с я тем, что температу. -ру в камере псевдоожижения поддерживают 100200 С.4. Способ по п. 1, о т л и ч а ющ и й с я тем, что охлаждение трубы на выходе ее из кристаллизатора осуществляют с 1100 С до 850 С, а последующую закалку в камере псевдосжиже-о.5ния осуществляют до температуры 600 С.5. Способ по пп. 1 - 4, о т л ич а ю щ и й с я тем, что охлаждение трубы в камере псевдоожиженияосуществляют с постоянной скоростьюи поддержанием температуры эвтектоиод-ного превращения чугуна, при которой,происходит выделение фаз феррита иперлита,6. Установка для непрерывного из 15 готовления трубных заготовок из чугуна, содержащая сифонную литниковуюсистему, водоохлаждаемьй кристаллизатор, теилоиэолирующий кожух, механизмвытягивания трубы вверх и механизмрезки, о т л и ч а ю щ а я с я тем,что, с целью повышения прочноститруб, она снабжена сквозной камеройпсевдоожижения, заполненной твердыми жаропрочными частицами с располо 25 женным в ней трубчатым водоохлаждаемым змеевиком.7, Установка по и. 6, о т л ич а ю щ а я с я тем, что сквознаякамера псевдоожижения расположена заЗО водоохлаждаемым кристаллиэаторомв направлении вытягивания трубы,8. Установка по и. 6, о т л ич а ю щ а я с я тем, что теплоизоляционный кожух расположен за механизмом резки в направлении вытягивания35трубы.9. Установка по и. 6,о т л и -ч а ю щ а я с я тем, что теплоизоляционный кожух выполнен е приводными40 направляющими опорными роликами, расположенными внутри кожуха, и кронштейном, расположенным снаружи кожуха, и имеет возможность поворота на90 с помощью средств качения.4510. Установка ио и. 6, о т л и "ч а ю щ а я с я тем, что она выполнена с горизонтально расположеннойтуннельной печью.