ПРОТЕКТОР И СПОСОБ ЕГО ЛИТЬЯ Российский патент 1999 года по МПК C23F13/00 B22D21/04 

Изобретение относится к цветной металлургии, в частности к способам литья магния и магниевых сплавов с получением протекторов определенной формы, используемых для защиты от коррозии нефтегазовых сооружений.

Известен способ литья чушек и протекторов (кн. Металлургия магния и других легких металлов. Стефанюк С.Л.: Учебник для техникумов. М.: Металлургия, 1985, с.123-126). Данный способ включает следующие операции: металл или сплав заливают в изложницы, которые охлаждаются водой. Изложницы нагревают до 600-650^oC, металл в ней выдерживают при 690-700^oC в течение 30-40 минут и затем погружают изложницу в воду со скоростью 1,5-2 см/мин. За счет этого включения в металле оседают на дно изложницы и отделяются при механической обработке слитка. Изложницы имеют трапецеидальную или полукруглую форму сечения соответственно и протектора имеют такую же форму.

Недостатком данного способа литья является недостаточно высокое качество получаемого протектора.

Известен способ литья протектора и протектор (ст. Совершенствование технологии производства и применения протекторов из магниевых сплавов для электрохимической защиты. //И. П.Вяткин, В.А.Кечин, Л.Ф.Кирина и др. / - Магниевые сплавы. - М.: Наука.- 1978 г.- с.196-202). Способ включает разливку магния или его сплава в изложницы при температуре литья 690-700^oC, температура удаляемого протектора 320-360^oC. При литье протекторов массой более 10 кг используют водоохлаждаемые стальные изложницы, а для литья протекторов меньшей массы - чугунные, неводоохлаждаемые.

Недостатком данного способа является низкое качество протекторов.

Известен способ литья протекторов - прототип (см. кн. Рафинирование и литье первичного магния. // Вяткин И.П., Кечин В.А., Мушков С.В./ - Металлургия, 1974, с. 142-176). Способ включает следующие операции: подогрев собранной водоохлаждаемой изложницы, заливка металла - магния или его сплава - в изложницу, подача в кожух изложницы воды, затем отключение подачи, охлаждение протектора в изложнице и его извлечение. Температура литья 690-700^oC, расход воды, 20-30 литров в минуту или в зависимости от типа протектора 60-90 литров в минуту, температура воды на входе в изложницу 30-35^oC, на выходе из изложницы - 80-85^oC, продолжительность нахождения протектора в изложнице - 3-4 мин.

Недостатком данного способа является низкое качество протектора за счет образования усадочных раковин, пустот и неметаллических включений.

Известен протектор из магниевых сплавов (см. ГОСТ 26251-84 (СТ СЭВ 4046-83). Издательство стандартов, 1987, с. 16) марки П-ПОМ-4, П-ПОМ-10, П-ПОМ-30, П-ПОМ-60 длиной 250 мм и 600 мм и весом 4, 10, 30, 60 кг, выполненный полукруглой формы в центре которого с одной стороны вставлен сердечник круглой формы диаметром 8 мм.

Протектор такой формы недостаточно соответствует требованиям заказчика для нефтегазопромысловых сооружений из-за неудобной формы изготовления.

Задачей данного изобретения является повышение качества протектора за счет уменьшения усадочных раковин, пустот, окисных и флюсовых включений в процессе литья протектора.

Задача достигается тем, что предложен протектор из магниевого сплава, выполненный полукруглой формы, в котором размещен соосно с протектором сердечник, новым является то, что сердечник расположен по всей длине протектора, а соотношение высоты протектора к его ширине равно (0,8-1,2):(1,12-0,8), сердечник выступает с двух сторон протектора на расстоянии 1/7-1/12 от его длины и соотношение радиуса кривизны сердечника к высоте протектора равно 3/5-1/3.

Расположение сердечника по всей длине с выступами с двух сторон протектора на расстоянии 1/7-1/12 от общей длины с соотношением радиуса кривизны сердечника к высоте протектора, равным 3/5-1/3 создает хороший контакт сердечника с протектором, что уменьшит образование усадочных раковин и пустот в протекторе. И кроме того, такая форма изготовления протектора создает надежный рабочий контакт с объектом защиты.

Выполнение протектора с соотношением его высоты к ширине, равным (0,8-1,2): (1,12-0,8) позволит получить протектор лучшего качества без усадочных раковин и пустот.

Способ литья протектора, включающий разогрев изложницы, установку сердечника, заливку магниевого сплава подачу воды на охлаждение протектора новым является то, что предварительно сердечник перед установкой в изложницу прогревают, магниевый сплав подают в изложницу со скоростью 1-3 кг/сек, подачу воды осуществляют постоянно при температуре 70-80^oC и давлении более 0,2 МПа, продолжительность разогрева изложницы составляет более 30 минут, а прогрев сердечника осуществляют до температуры более 100^oC.

Подача в изложницы магниевого сплава со скоростью 1-3 кг/сек позволит производить равномерную кристаллизацию сплава и получить качественный плотный протектор без раковин и пустот.

Разогрев сердечника до температуры более 100^oC позволит исключить резкое охлаждение расплавленного металла и тем самым исключить образование окисных и флюсовых включений в протекторе.

Постоянная подача воды на охлаждение изложницы при температуре 70-80^oC и давлении более 0,2 МПа позволит произвести быструю кристаллизацию сплава и тем самым уменьшить образование окисных и флюсовых включений в протекторе.

На чертеже показан вид протектора, который состоит из протектора полукруглой формы - 1, сердечник - 2, выполненный по всей длине протектора и выходящий за пределы протектора с двух сторон на расстоянии 1/7-1/12 его длины.

Пример осуществления способа.

Готовый сплав марки МП-1 (алюминия - 5,3-6,7; цинка - 2,2-3,7%; марганца 0,02-0,4%; железа - не более 0,003%; остальное - магний) из тигля печи СМТ-2 с помощью ковша заливается в стационарно установленные возле печи изложницы, выполненные из металлического корпуса толщиной 10-15 мм. Боковые стенки изложницы выполнены съемными и зафиксированы в изложнице. К корпусу приварен металлический кожух из листовой стали толщиной 3-4 мм. На днище кожуха с внутренней стороны приварены стальные продольные направляющие для организации движения воды в изложницы. Подачу воды осуществляют в одной точке внизу изложницы, отвод в двух точках сверху. Температура сплава при литье 690-700^oC. Для разогрева изложницы используют блок газовых горелок, температура изложниц к началу литья должна быть не ниже 100^oC, разогрев проводят не менее 30 минут и контролируют по прибору. Перед началом разливки предварительно рабочую часть изложницы обрабатывают борной кислотой, затрем производится укладка тщательно прогретых до температуры более 100^oC стержней в течение 1-1.5 часов в пазы пустой изложницы. В качестве стержня используют пруток диаметром 8-10 мм, поверхность которого должна быть без следов коррозии. Одновременно с началом литья подается вода, подогретая в бойлере, в кожух изложницы при температуре не менее 70-80^oC и давлении не менее 0,2 МПа. Магниевый сплав подают в изложницы со скоростью 1-3 кг/сек. После заливки без отключения воды изложницу охлаждают, через 3-4 минуты извлекают протектор и складируют. Полученные протекторы имеют следующий состав, мас.%: алюминия - 5,0-7,0; цинка - 2,0-4,0, марганца - 0,02-0,50: железа - не более 0,003; титана - не более 0,04; меди - не более 0,004; никеля - не более 0,001; кремния - не более 0,04.

Магниевые протекторы для защиты от коррозии нефтепромысловых сооружений в подводной зоне (типа ПММ-20, ПММ-30, ПММ-60) изготавливаются из сплавов марки МП-2, МП-3, МП-4, МП-5, МП-6. Для изготовления сердечника протекторов применяют стальную полосу или круг из стали марки B Ст.3 сп.2. Сердечник должен иметь покрытие. Масса протектора не менее 20 кг и сердечника не менее 2,8 кг, а соотношение высоты к ширине протектора равно (0,8-1,2):(1,12-0,8). Сердечник протектора выполнен по всей длине протектора и выступает на расстоянии 1/7-1/12 от общей длины. Сердечник установлен в протекторе с соотношением радиуса кривизны к высоте протектора, равным 3/5-1/3.

Поверхность протекторов не содержит флюсовых, окисных включений и загрязнений, а также усадочных раковин и пустот и соответствует ГОСТ 26251-84.

Протектор из магниевого сплава предназначен для защиты от коррозии нефтегазовых сооружений. Протектор выполняют полукруглой формы. Вдоль оси протектора проходит сердечник, выступающий с двух сторон протектора на расстояние 1/7 - 1/12 от общей длины. Соотношение высоты к ширине протектора равно (0,8 - 1,2) : (1,12 - 0,8). При литье протектора изложницу разогревают более 30 мин, прогревают сердечник при температуре более 100^oС, устанавливают его в изложницу, заливают магниевый сплав со скоростью 1 - 3 кг/с. Подачу воды для охлаждения протектора осуществляют постоянно при температуре 70 - 80^oС и давлении 0,2 МПа. Обеспечивается повышение качества протектора за счет уменьшения усадочных раковин, пустот, окисных и флюсовых включений. 2 с. и 3 з. п.ф-лы, 1 ил.

1. Протектор из магниевого сплава, выполненный полукруглой формы, с расположенным вдоль его оси сердечником, отличающийся тем, что сердечник расположен по всей длине протектора, а отношение высоты протектора к его ширине составляет (0,8 - 1,2) : (1,12 - 0,8). 2. Протектор по п.1, отличающийся тем, что сердечник выступает с двух сторон протектора на расстояние 1/7 - 1/12 от общей длины протектора. 3. Способ литья протектора, включающий разогрев изложницы, установку сердечника в изложницу, заливку магниевого сплава, подачу в изложницу воды для охлаждения протектора, отличающийся тем, что сердечник перед установкой в изложницу прогревают, магниевый сплав заливают со скоростью 1 - 3 кг/с, а подачу воды осуществляют постоянно при температуре 70 - 80^oC и давлении более 0,2 МПа. 4. Способ по п.3, отличающийся тем, что продолжительность разогрева изложницы составляет более 30 мин. 5. Способ по п.1, отличающийся тем, что прогрев сердечника осуществляют при температуре более 100^oC.