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薄壁陶瓷內(nèi)襯復合鋼管制備方法

文檔序號:1950785閱讀:241來源:國知局
專利名稱:薄壁陶瓷內(nèi)襯復合鋼管制備方法
技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明涉及的是一種薄壁陶瓷內(nèi)襯復合鋼管的制備方法,它采用強制冷卻技術(shù),降低鋁熱反應后外層鋼管表面的溫度,達到減薄鋼管壁厚及增加內(nèi)襯陶瓷層厚度。它屬于薄壁陶瓷內(nèi)襯復合鋼管制備技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)
現(xiàn)有陶瓷內(nèi)襯復合鋼管制備的基本原理,是利用鋁熱反應
所釋放的熱量,產(chǎn)生2800℃以上的高溫,使反應生成物α-Al2O3(熔點為2040℃)及Fe(熔點為1560℃)均處于熔融狀態(tài),同時鋼管的內(nèi)壁亦受熱熔化一薄層,與生成的液態(tài)物相融為一體。高溫液相在離心力場的作用下發(fā)生分離,比重大的Fe緊靠鋼管內(nèi)壁形成中間過渡層,并與鋼管內(nèi)壁界面結(jié)合呈焊接狀態(tài);比重小的α-Al2O3則緊挨鐵層,形成表面光滑均質(zhì)致密的陶瓷層。
鋁熱反應產(chǎn)生的熱量主要是通過熱傳導的形式由陶瓷層傳遞到外層的鋼管,使外層鋼管的溫度急劇升高。由于鋼管與陶瓷層熱膨脹系數(shù)的差異以及凝固時間的不同,當陶瓷層凝固時而外層鋼管由于高溫仍然在膨脹。冷卻過程中外層鋼管對陶瓷層會產(chǎn)生較大的壓應力,此外還由于鋼管與陶瓷層存在較大的溫度梯度而生產(chǎn)較大熱應力。壓應力與熱應力的相互作用使陶瓷層易產(chǎn)生裂紋和脫落現(xiàn)象,影響產(chǎn)品的質(zhì)量??梢岳斫猱斾摴芡獗砻鏈囟仍礁?,冷卻過程中陶瓷層受壓應力及熱應力越大,陶瓷層越容易產(chǎn)生裂紋及脫落。
為了克服此現(xiàn)象,目前陶瓷內(nèi)襯復合鋼管制備過程普遍采用較厚壁的鋼管及減少陶瓷層的厚度的方法,以達到降低外層鋼管表面溫度的目的。一般而言,管徑大于159mm,選用的鋼管壁厚為8mm,且管徑越大,選用鋼管壁厚越厚,而陶瓷層并不厚,通常為3mm左右,有時中間只有2mm左右。對于管徑小于159mm,選用鋼管壁厚可以薄一點,但由于工藝的要求,鋼管壁厚不能小于6mm,否則鋼管易燒穿、變形彎曲或陶瓷層出現(xiàn)裂紋脫落。陶瓷內(nèi)襯復合鋼管的耐磨性能主要決定于陶瓷的厚度及強度,由于減少陶瓷層的厚度,影響了陶瓷復合鋼管的使用壽命;而選用厚壁鋼管又增加了使用單位的成本,研究表明陶瓷層每提高1mm厚度,復合鋼管作用壽命可增加2-3倍,同時外層鋼管壁厚每減少1mm,使用單位可降低成本10%左右。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于針對上述存在的缺陷,提出一種可降低外層鋼管的壁厚同時也相應增加陶瓷層厚度的薄壁陶瓷內(nèi)襯復合鋼管制備工藝方法。
本發(fā)明的技術(shù)解決方案采用液、氣、固態(tài)強制冷卻措施,降低鋁熱反應時外層鋼管表面的溫度,限制外層鋼管高溫下膨脹,使冷卻過程中壓應力及熱應力降低,并保證鋼管不變形彎曲及燒穿的現(xiàn)象發(fā)生具體的工藝步驟依次分為
(1)取原材料Fe2O3,Al,SiO2添加劑,(2)烘干,溫度150~200℃,10~12小時,(3)用攪拌機混合均勻,(4)將經(jīng)攪拌機混合均勻后的反應物料裝入薄壁鋼管內(nèi),(5)用離心機旋轉(zhuǎn),旋轉(zhuǎn)速度800~1500轉(zhuǎn)/分,(6)對薄壁鋼管外表面采用氣、液、固態(tài)強制冷卻(7)用鎢絲將反應物料點燃,(8)進行鋁熱反應,(9)停機取出鋼管,(10)檢驗。
本發(fā)明的優(yōu)點通過對薄壁鋼管外表面進行氣、液、固態(tài)強制冷卻,可有效地降低外層鋼管的壁厚3mm以上,同時相應地增加陶瓷層的厚度3mm以上,降低生產(chǎn)成本30%以上,陶瓷內(nèi)襯復合鋼管的使用壽命延長三倍以上。采用液、氣、固態(tài)強制冷卻措施,降低鋁熱反應時外層鋼管表面的溫度,限制外層鋼管高溫下膨脹,使冷卻過程中壓應力及熱應力降低。本發(fā)明生產(chǎn)的薄壁陶瓷內(nèi)襯復合鋼管不易燒穿、彎曲變形及陶瓷層產(chǎn)生裂紋和脫落現(xiàn)象,大大地提高了產(chǎn)品質(zhì)量。
具體實施例方式
實施例1(1)取原材料Fe2O3(10Kg),Al(3.44Kg),二氧化硅添加劑(0.56Kg);(2)烘干,溫度150℃,10小時,(3)攪拌機(型號)攪拌混合均勻;(4)Ф114,長度1500mm,壁厚4mm鋼管裝入離心機內(nèi)并調(diào)整中心;(5)將經(jīng)攪拌機混合均勻后的反應物料裝入Ф114薄壁鋼管內(nèi),
(6)采取固相強制冷卻措施對Ф114鋼管外表面進行強制冷卻;(7)用離心機旋轉(zhuǎn),旋轉(zhuǎn)速度1500轉(zhuǎn)/分;(8)用鎢絲將反應物料點燃;(9)進行鋁熱反應;(10)停機取出鋼管→檢驗(陶瓷層的厚度5mm,陶瓷層未見裂紋及脫落現(xiàn)象,復合鋼管未彎曲變形)→薄壁復合鋼管產(chǎn)品。
實施例2(1)取原材料Fe2O3(8.56Kg),Al(2.95Kg),二氧化硅添加劑(0.48Kg);(2)烘干,溫度200℃,12小時;(3)用不著攪拌機(型號)攪拌混合均勻;(4)Ф159,長度1000mm,壁厚5mm鋼管裝入離心機內(nèi)并調(diào)整中心;(5)將經(jīng)攪拌機混合均勻后的反應物料裝入Ф159薄壁鋼管內(nèi);(6)采取氣體和液體強制冷卻措施對Ф159鋼管外表面進行強制冷卻;(7)用離心機旋轉(zhuǎn),旋轉(zhuǎn)速度800轉(zhuǎn)/分;(8)用鎢絲將反應物料點燃;(9)進行鋁熱反應;(10)停機取出鋼管→檢驗(陶瓷層的厚度5mm,陶瓷層未見裂紋及脫落現(xiàn)象,復合鋼管未彎曲變形)→薄壁復合鋼管產(chǎn)品。
權(quán)利要求
1.薄壁陶瓷內(nèi)襯復合鋼管制備方法,其特征是具體的工藝步驟依次分為(1)取原材料Fe2O3,Al,SiO2添加劑;(2)烘干,溫度150~200℃,10~12小時;(3)用攪拌機混合均勻;(4)將經(jīng)攪拌機混合均勻后的反應物料裝入薄壁鋼管內(nèi);(5)對薄壁鋼管外表面采用氣、液、固態(tài)強制冷卻;(6)用離心機旋轉(zhuǎn),旋轉(zhuǎn)速度800~1500轉(zhuǎn)/分;(7)鎢絲將反應物料點燃;(8)進行鋁熱反應Fe2O3+2Al=2Fe+Al2O3+836KJ/mol;(9)停機取出鋼管;(10)檢驗。
全文摘要
本發(fā)明是薄壁陶瓷內(nèi)襯復合鋼管的制備方法,工藝步驟分取原材料、烘干、攪拌混合均勻、反應物料裝入薄壁鋼管內(nèi)、采用氣、液、固態(tài)強制冷卻、用離心機旋轉(zhuǎn)、鎢絲將反應物料點燃、鋁熱反應、停機取出鋼管、檢驗。優(yōu)點通過對薄壁鋼管外表面進行氣、液、固態(tài)強制冷卻,可有效地降低外層鋼管的壁厚3mm以上,同時相應地增加陶瓷層的厚度3mm以上,降低生產(chǎn)成本30%以上,陶瓷內(nèi)襯復合鋼管的使用壽命延長三倍以上。采用液、氣、固態(tài)強制冷卻措施,降低鋁熱反應時外層鋼管表面的溫度,限制外層鋼管高溫下膨脹,使冷卻過程中壓應力及熱應力降低。本發(fā)明生產(chǎn)的薄壁陶瓷內(nèi)襯復合鋼管不易燒穿、彎曲變形及陶瓷層產(chǎn)生裂紋和脫落現(xiàn)象,大大地提高了產(chǎn)品質(zhì)量。
文檔編號C04B35/64GK1837137SQ20061003961
公開日2006年9月27日 申請日期2006年4月18日 優(yōu)先權(quán)日2006年4月18日
發(fā)明者周小新, 錢東浩, 沈國琴, 蘇娟, 張樹格 申請人:南京金陶耐磨管道有限公司
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