Способ получения двухслойной трубы и устройство для его осуществления

(5 )М. Кд,с присоединением заявки И В 22 0 11/00 В 22 О 11/14 тооударотееииый комитет СССР оо делам изабретеиий и открытий(23) Приоритет Опубликовано 28. 02. 82. Бюллетень8 Дата опубликования описания 02. 03. 82(72) Авторы изобретения В. С, Копань и С, Л. Рево 1.Киевский ордена Ленина государственный уни ерситетим. Т, Г. Иевченко(54) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ДВУХСЛОЙНОЙ ТРУБЫ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЦЕСТВЛЕНИЯ Изобретение относится к металлур- " гии и может бьть использовано для изготовления двухслойных труб из распла. вов.Известны способы и устройства полу. чения труб путем экструзии 1 1.Их недостатком является необходимость применения высоких давлений (10000 атм и больше), достаточных для течения металлических материалов в твердом состоянии,Наиболее близким к предлагаемому является способ изготовления двухслойных труб, заключающийся в заливке одного расплава на другой в центробежную изложницу с применением в качестт 5 ве основного металла чугуна или стали. В излонницу заливают расплав чугуна или стали, а затем на внутреннюю поверхность полученной трубы льют второй расплав для создания эацитного слоя, После затвердевания второго расплава трубу вытягивают иэ иэлоиницыи начинают лить другую трубу 2,.Недостатком способа является малаяпроизводительность, обусловленная тем,что второй слой расплава льют послеэатвердевания первого слоя.Известна установка Теуеркорна дляпокрытия наружной поверхности трубыслоем свинца, олова и др,Труба, имеющая на нижнем конце уплотнение, медленно опускается в кристаллиэатор при постепенном наполнении промежуточной полости расплавленным металлом. При выходе трубы из .кристаллизатора плакирующий слой зат ве рде вает 13 .Известны устройства для литья трубы трубчатых изделий, содержацее станину, центробежную изложницу, установленную в подшипниках, с приводом,профилирующий скребок и накатной ролик, установленные на поворотном, относительно иэлонницы, уычаге, и охлаждающее приспособление41,К - концентрация жидкой составляющей тугопЛавкогорасплава при температуре литья, вес.ь;температура тепловогоравновесия струй; причем струю легкоплавкого расплава кристаллизуют, подавая на ее внешнюю поверхность коаксиально охлаждащую жидкость с точкой кипения, превышаю 1щей температуру теплового равновесия струй, а указанным струям сообщают одинаковые вдоль оси трубы линейные скорости.Устройство для осуществления способа получения двухслойной трубы, содержащее литеиное сопло, подсоединенное ко дну литейного ковша в газостате, и накопитель готовых труб,снабжено тремя коаксиально расположенными кольцевыми соплами, удаленными . друг от друга вдоль оси, тело перво; го кольцевого сопла для Формированияполой цилиндрической струи из тугоплавкого расплава выполнено в видетрубы, в верхний конец которого вставлено с зазором сопло эжектора аэрозоля, второе кольцевое сопло для литья легкоплавкого расплава и третье для литья охлаждающей жидкости подсоединены питающими трубопроводами каждое к отдельному литейному ковшу, расположенному в отдельном газостате,причем газостаты второго и третьего сопел сообщены газопроводами с газостатом первого соплаНакопитель готовых труб снабжен парой трубопрокатных валков, причем в прокатном желобе каждого валка выполнен радиальный острый выступ,для резки труб. Литье полой цилиндрической струи из тугоплавкого расплава при температуре, лежащей в интервале между точкой ликвидуса и точкой солидуса, предотвращает за счет того, цто в расплаве содержатся кристаллики твердой Фазы, увеличивающие вязкость расплава) захлопывание полости струи. Чем ближе температура расплава к точке солидуса, тем выше вязкость распла ва, тем ниже предельная скорость струи, при которой существует захлопывание полости. Если температура литья превышает точку ликвидуса, то применяют большое давление литья,цем оно выше, тем выше скорость струи и тем меньше вероятность захлопывания 3 90888Недостаток устройств - низкая производительность, обусловленная прерывистостью процесса литья, 1(роме того,устройства непригодны для литья трубмалого диаметра. 5Наиболее близким к предлагаемомуявляетсл устройство, содержащее литейное сопло, подсоединенное ко дну литейного ковша в газостате и центробежную горизонтальную Форму. Устройство работает так. Иод давлением газанаходящегося в газостате, расплав вытесняется в сопло, вылетает из негосвободной струей, струя летит в форму. Изменяя напор, перемещают тоцку 15падения струи вдоль образующей центробежной Формы 5.Преимуществом этого устройстваявляется то, цто оно пригодно для изготовления длинномерных отливок с 20диаметром, не позволяющим ввести заливоцный желоб в полость Формы,Недостатком устройства являетсяизкая производительность, обусловленная прерывистостью процесса литья. 25Цель изобретения - увеличение производительности.Цель достигается тем, цто в способе получения двухслойной трубь 1 путем заливки одного расплава на другой, полую цилиндрическую струю израсплава подают при температуре, лежащей в интервале между точкой ликвидуса и точкой солидуса, в полостьструи нагнетают аэрозоль для создания защитного покрытия, а на внешнююповерхность подают коаксиально струюболее легкоплавкого расплава, приусловииЯ.УЪ, Ь(11 40гюо рс,(б-т )где гг и г - внутренний и наружныйградиусы струи из тугоплавкого расплавов,мм;н45г - наружныи радиус струииз легкоплавкого расплава, мм;4 И - плотности тугоплавкогои легкоплавкого расплавов, кг/м50теплоемкость легкопла- кого расплава, ккал//кг, град;Т - температура легкоплавкого расплава, Судельная теплота плавления тугоплавкого расплава, ккал/кг;9081 88 6 Три коаксиальных сопла необходимы для литья двух металлических расплавов и охлаждающей жидкости. Удаление вдоль оси второго сопла от первого необходимо для устранения влияния второго сопла на тепловой режим в пер. вом сопле, чем облегчается стабилиза 50 ция температуры в соплах температура влияет на вязкость расплава, особенно в первом сопле), Удаление второго сопла от третьего устраняет силовое воздействие на движущиеся вместе55 слои из тугоплавкого и легкоплавкого расплавов до момента, пока внутренний слой остынет до температуры 6 и при обретет жесткость. 5полости. Однако при больших скоростях полета струя не успевает на пролетном промежутке закристаллизоваться. Если температура литья ниже, чем точка солидуса, то необходимое давление возрастает в сотни раз, ибо само литье исчезает и начинается экструзия в твердом состоянии. Выбирая температуру литья в интервале между точками ликвидуса и солидуса, задают вязкость 10 расплава, скорость и давление литья, и, в конечном счете, толщину стенки трубы.Нагнетание аэрозоля в полость струи позволяет совместить процесс 15 литья трубы с созданием защитного покрытия на внутренней поверхности трубы.Выполнение математического условия1) дает возможность закристал- рО лизовать струю из тугоплавкого расплава, отводя от нее тепло кристаллизации к слою иэ легкоплавкого расплава, Легкоплавкий слой при этом нагревается до температуры 9 Темпе ратура 8 подбирается эксперименталь;но как максимальная температура, при которой слой тоубы, полученный 1кри ст алли зацией тугопла вко го расплава и меет жест кос т ь, достаточную для соз- зО дания его цилиндрической формы при силовых воздействиях от струи охлаж" дающей жидкости.Температура кипения охлаждающей жидкости должны быть выше Д, Если она будет ниже 9, то охлаждающая жидкость закипит и ее пар разбрызгает слой легкоплавкого расплава.Равенство линейных скоростей струй необходимо для предотвращения перемешивания слоев струй до момента их затвердевания. Установкд сопла эжектора в центральное тело первого сопла с зазоромпозвопяет впускать через этот зазоргаз из газостата в полость струи, чемсоздается газовый подпор, дополнительно препятствующий захлопыванию полости. Передвигая сопло эжектора вдольоси, изменяют сопротивление зазора,подбирая, тем самым, давление газав полости струи при настройке устройства,Расположение литейных ковшей вотдельных газостатах позволяет осуществлять независимую регулировкудавления газа в каждом газостате,подстраивая равенство линейных скорос.тей струй,Сообщение газостатов второго итретьего сопел с газостатом первогосопла обеспечивает равенство линейных скоростей струй при неконтролируемых колебаниях давления газа.Пара трубопрокатных валков необходима для калибровки трубы по диамет"ру, Острый радиальный выступ в прокатном желобе каждого валка позволяетосуществлять резку трубы на куски рав"ной длины.Все в целом дает возможность автоматизировать литье трубы, обеспечить непрерывности литья и увеличить,тем самым, производительность,На л 1 иг. 1 изображено устройстводля осуществления способа, вид сверху в разрезе; на фиг. 2 - то же, видснизу; на Фиг. 3 - ролик и бункер.Устройство содержит двухслойню трубу 1, тугоплавкий и легкоплавкий 3расплавы, полую цилиндрическую струю 4из тугоплавкога расплава 2, полость 5струи н, аэрозоль 6, струя / легкоплавкого расплава, охлаждающую струю 8жидкости 9, формирующуюся корочку 10заготовки, первое 11, второе 12 итретье 13 кольцевые сопла, центральное тело 1 первого кольцевого сопла 11, литейный ковш 15 для жидкости 9, литейный ковш 16 для легкоплавкого расплава 3, литейный ковш 17 длятугоплавкого расплава 2, газостат 18первого кольцевого сопла 11, шайбу 19принимающую литейный ковш 17 ко днугазостата 18, нагреватель 20 расплава 2, сопло 21 эжектора, зазор 22между соплом 21 эжектора и центральным телом 1 л первого кольцевого сопла 11, питающие трубопроводы 23 и 2 М,газопроводы 25 и 26 краны 27 и 28 вгазопроводах 25 и 26, пара трубопро 9081катных валков 2"3 и 30, прокатные же- ГО. ,1 и 3 валков 29 и 30, радиальные Острые выступы 33 и 31, ролик 35 бункер 36, приспособпения 37 и 38 для удаления жидкости 9 с поверхности 5 трубы 1, газостать 39 и 10 второго и третьего сопел стержни Г 11 и ч 2 из тугоплавкого сплава, уплотнение 13 в крышке газостата 18, трубопроводы и Г 15 для подачи расплава 3 и жидкос ги 9 в газостаты, патрубок 16 Для впу впуска газа, крь 1 шка 17 ковша 17,Способ получения двухслойной трубы 1 путем заливки одного расплава на другой заключается в следующем. 15Пьют полую цилиндрическую струю М из тугсплавкого расплава 2 при тем 1 ева "ре, лежашей я иОГ)вале между точкой ливидуса и точкой солидуса. В полость 5 струи . нагнетают аэро зол. 6 для созда.1 я защитного покры тил, а на внешнев г 1 оверхность льют сэксиаль 1 ую струю 7 легкоплавкого огсплава 3. выпол 1 яя алгебраическоесло. е ( 1 Струю / легкоплавкого 25 расплава 3 ристаллизуют выливая на ее внешнюю поьерхность коаксиаль ую Оаж г ающуГ рую 8 жидгостин У "3- О.1,;ОИ 1 11 юцЯ 1 гв Ь 1 а 1 ШЕИ ф, ПРИчем а 1 ан 1 и Г т 1 р мя 1, у и 8 сооб ЗВ шают Ориаксвые, вдоль оси трубыли нейные скорости..;. во го Ол. ц ею. -О со 1 ла1 для 11 Ор- :1,1 роюани 1;,олой . ИГ 1.ндр 11 ческо . ;.тр;ииз тугоп 1 авкого расплава 2 вь 1 полнено в виде трубы, в верхний конец которой вставлено с эазорои 22 сопг 1 о 21 эжектора аэрозоля 6, ВтороЕ 5 кольцевое сопло 12 для литья легкоплавкого расплава 3 и третье кольцевое сопло 13 для литья Охлаждающей жидкости 9 подсоединены питающими трубопроводаи 21 и 23 каждое к отдельному литейному ксюшу 16 (и 15), расположенному в Отдельном газостате 39 (и ч 0), причем газостать 39 и 10 второго 12 и третьего 13 сопел сообщены гаэопроводаии 26 и 25 с газостатом 18 сопла 11 Кроме тогонакопитель готовыхструя 7, первоначально имеющая температуру Т 2, нагревается до температуры О., отбирая теплов,2 от струи 1, причем теглоемкость расплава 3, амасса элемента длинойструи 71 кристаллизуется, отдаваяструе 7 Г; Струя тепло 61где К, - концентрация жидкой составляющей расплава 2, определяемая из диаграммы равновесия сплава (по правилу ры-чага);Ъ 11- - масса элемента длиной 1струи 11;/1- теплота кристаллизации расплава 2.Теплом, которое отдает расплав 2, охлаждаясь до температуры В , мы пре 88 8валков 29 и 30, причем в прокатномжелобе 31 (32) каждого валка 29 (30)выполнен радиальный острый выступ 33(и 3 ч) для резки труб 1,Устройство для получения двухслойной трубы работает следующим образои.Расплав 2, температура котороголежит в интервале между точкой ликвидуса и точкой солидуса, содержиттвердую компоненту в концентрации(1-К 1 ), поэтому вытекает из сопла 11вязкой полой струей 1. Скорость вытекания регулируется давлением газав газостате 18, Из сопла 21 эжекторав полость 5 струи 1 вдувается аэрозоль 6, часть которого оседает на поверхность полости 5, образуя защитный слой, Через зазор 22 аэродинамическое сопротивление которого регулируется передвижением сопла 21 втрубе, в полость струи 4 поступаетгаз из газостата 18, дополнительно.препятствующий эахлопыванию полостиструиК внешней поверхности струи М прилипает струя 7, Формируемая кольцевымсоплом 12. Регулировкой давления1, краны 27 и 28) в газостатах 39 и 10добиваются равенства скоростейструй 1,. 7 и 8 ( необходимое условиенесмешивания расплавов в струях), 9084ностью 10 кйт (стабилизирован огос точностью в 01/ для того чтобыможно было установить температуру расплава 2 с ошибкой в + 2") .Газостат 18 рассчитан на давление 5до 5 атм 1.толщина водоохлаждаемыхстальных стенок 8-10 мм). Ковш 17,прижат шайбой 19 через свинцовую прокладку ко дну газостата 18,Сопла 21 эжектора вставлено водвижно через крышку газостата 18в конце центрального тела 14 с зазором 22 толщиной в 0,3-0,1 мм,Газостаты 39 и 40 идентичны газостату 18. Ковши 15 и 16 стальные, Соп 5ла 12 и 13 выполнены из стали. Центральное тело каждого из сопел 12 и 13имеет внутренний диаметр 6 мм. Кольцевой зазор сопла регулируется накидной гайкой.Сопла 11 и 12 удалены друг от друга вдоль оси на расстояние 10 см, асопла 12 и 13 - на расстояние 210 см.Трубопроводы 23 и 24 выполнены изстальной трубы, оовернуты слюдой, накоторую намотана по всей длине нихромовая спираль. Подогрев магния в ковше 16 и охлаждающей жидкости в ковше 15 осуществляется такжс нихромовыми спиралями, Магний подается че- ЭОрез трубопровод 44 в виде твердогостержня диаметром 10 мм аналогичнотому, как производится подача материала в расплав 2. Охлаждающая жидкость 9 поступает в ковш 15 через з 5трубопровод 45 под давлением из отОдельной емкости, разогретой до 520 С.Устройство снабжено также приспособлением 37, в котором охлаждающая жидкость 9 сдуваетсл воздухом с трубы 1, 40и приспособлением 38 для смыва с трубы 1 остатков жидкости 9,Устройство снабжено трубопоокатными валками 29 и 30 с диаметром прокатного жепоба 31 и 32, равным 3,6 мм.45Меньший диаметр валков равен 50 мм,поэтому труба режется выступом 33на куски длиной 167 мм. Валки 31 и 32 приводятся во вращение мотором постоянного тока мощ - ностью 280 Вт( при 200 об/мин/, Рег - лировка равенства линейных скоростей прокатного желоба 31 и истечения струй 4 и 7 осуществляется с помощью известного фотоэлектрического реле, установленного между соплами 12 и 13 и срабатывающего тогда, когда струя 7 изгибается дугоймалая скорость вра 88 12 щения валков 20 и 30) или уменьшается в диаметре (скорость вращения валков 29 и 30 превышает норму А Реле состоит из двух осветителей и четырех фотодиодов, включенных в мостовую схему. Оптические оси осветителей перпендикулярны, поэтому реле срабатывает при изгибе струи 7 в любую сторону от вертикали и включает дополнительный источник питания элек-, тромотора, вращающего валки 29 и 30,Накопитель готовых труб снабжен роликом 35, о который труба 1 ударяется концом, изгибается, ломается, по линии надреза, выполненного выступами 33 и 34, и падает в бункер 36Устройство для получения двухслойной трубы выводят на рабочий режим следующим образом. Газостаты 18, 39 и 40 промывают 2-3 раза аргоном, затем перекрывают краны 27 и 28, сужают до предела зазоры сопел 12 и 13, плавят стержни 41 и 42, магний и смесь КГ+1.1 Г, Чтобы магний не горел и из сопла 11 самопроизвольно не выпадал расплав 2, вдувают аргон, а в газостате 18 создают отрицательное давление газа в 0,05-0,1 атм. Устанавливают в ковше 17 температуру 1489+3 С, в ковшах 16 и 15 - 660+3 С и 520+5 С соответственно. Через соп" ло 21 вдувают аэрозоль из аргона и цинкового порошка. Включают привод валков 29 и 30 так, чтобы они вращались с частотой 1800 об/мин, устанавливают в сопле 12 кольцевой зазор шириной 0,3 мм, а в сопле 13 - в 0,5- 0,8 мм. Открывают краны 27 и 28 исоздают в газостате 18 избыточное давление в 0,6+0,05 атм. Включают механизм подачи стержней 41 и 42 и стержня из магния, регулируют скорость вращения валков 29 и 30, а также дополнительно регулируют кольцевые зазоры сопел 12 и 13 и зазор 22, увеличивают мощности нагревателей расплавов.В устройстве лабораторного типа получена труба из стали в качестве основного слоя с магниевым покрытием снаружи и цинковым изнутри. Скорость получения трубы равняется 5-5,5 м/с, наружный диаметр 3,6 мм, внутренний 2 мм, толщина магниевого покрытия 0,3 мм, цинкового 0,03-0,05 мм.С той же скоростью получена стальная труба с наружным диаметром 3,6 мм без магниевого покрытия 1 сопло 1213 90 У 20 Формула и зобретени я 1. Способ получения двухслойной трубы, включающий заливку одного расплава на другой, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью увеличения производительности, полую цилиндрическую струю из расплава падают при темпера" туре, лежащей в интервале между точкой ликвидуса и точкой солидуса, в поЗ 0 лость струи нагнетают аэрозоль, а на внешнююповерхность подают коаксиал:- но струю более легкоплавкого расплава при условии35 40 внутренний и наружный радиусы струи из тугоплавкого расплава,мм; наружный радиус струи из легкоплавкого распла 45 ва, мм;плотности тугоплавкого и легкоплавкого расЬ.плавов, кг/итеплоемкость легко 50 плавкого расплава, ккал/кг град;температура легкоплав- КОГО расплава, С. удельная теплота плав 55 ления тугоплавкого расплава, ккал/кг; где 1", и выключено с цинковым защитным покрытием изнутри,Следовательно, способ и устройство позволяют получать двухслойную трубу со скоростью 5 м/сек, что в 10- 20 раз превышает скорость получения трубы по известному способу. Кроме того, процесс получения осуществляется автоматически.Дополнительным преимуществом явля О ется мелкоэернистость слоев ( обусловленная большой скоростью охлаждения расплавов), что благоприятно сказывается на корроэионной устойчивости и прочности труб ( при литье стали 45 15 традиционными способами размер зерна лежит в интервале 0,1- 1 мм, полученная труба состоит из зерен 0,1-,0,01 мм 88 141,1 - концентрация жидкойсоставляющей тугоплавкого расплава при температуре литья,вес.Ф;д - температура тепловогоравновесия струй;причем струю легкоплавкого расплавакристаллизуют, подавая на ее внешнююповерхность коаксиально охлаждающуюжидкость с точкой кипения, превышающей температуру теплового равновесияструй, а указанным струям сообщаютодинаковые вдоль оси трубы линейныескорости.2. Устройство для получениядвухслойной трубы, содержащее литей-.ное сопло, подсоединенное ко дну литейного ковша в газостате, и накопитель готовых труб, о т л и ч а ющ е е с я тем, что, с целью повышения производительности, оно снабженотремя коаксиально расположенными кольцевыни соплами, удаленными друг отдруга вдоль оси, тело первого кольцевого сопла для Формирования полойцилиндрической струи из тугоплавкогорасплава выполнено в виде трубы, вверхний конец которой вставлено сзазором сопло эжектора аэрозоля,второе кольцевое сопло для литья лег.коплавкого расплава и третье для литья охлаждающей жидкости, подсоединены питающими трубопроводами каждоек отдельному литейному ковшу, расположенному в отдельном гаэостате, при.чем газостаты второго и третьего сопел сообщены газопроводами с газо-.статом первого сопла.3. Устройство по и. 2, о т л и ч аю щ е е с я тем, что накопитель готовых труб снабжен парой трубопрокатных валков, причем в прокатном желобе каждого валка выполнен радиальный острый выступ для резки труб,Источники инФормации,принятые во внимание при экспертизе1. Механические свойства материалов под высоким давлением, М Мир,1973, т. 2, гл. 1-32, Авторское свидетельство СССРйф 97637, кл, В 22:Э 13/ОО, 1952.3. Эрхард Германн. Непрерывноелитье, М., 1961, с, 333.Авторское свидетельство СССРй 404551, кл. В 22 р 13/02, 1974,5, Авторское свидетельство СССР11 420386, кл, В 22 Т) 13/02, 1974., 4 В. Балашоаточка го комитета ий и открыт Корректор И. Шароши ПодписноеСССР