Способ непрерывного изготовления трубных заготовок из чугуна и установка для его осуществления Советский патент 1989 года по МПК B22D13/00 B22D11/00 

sl

ю

Изобретение относится к области металлургии, в частности к изготовлению чугунных труб с шаровидными включениями графита методом непре- рывной разливки с последующей термообработкой для придания трубам, например, бейнитной структуры.

Целью изобретения является повышение прочности труб.

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

Установка для непрерывной восходящей разливки чугунной трубы Т содержит сифонную литниковую систему 1 из жаропрочного материала, например алюмо-силикатногр типа, которая состоит из литникового канала с лит- 1НИКОВОЙ чашей 2 в верхней части, обеспечивающего подачу материала, а в них-сней. части из выпускного отверстия 3 в основании кристаллизато- ipa для образования трубы Т,

На оси XX выпускного отверстия 3 устанавливается трубчатый водоохлад даемьй кристаллизатор, включающий графитовую футеровку 4, внутренний диаметр которой соответствует внешнему диаметру изготовляемой трубы Т, и кожух 5, например из меди, с циркуляцией охлаждакщей воды, которая 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 для термообработки содержит камеру псевдоожижения, тепло- изоляционньй кожух и туннельную печь Камера 9 псевдоожижения устанавливается на оси XX над водоохлаждаемым кристаллизатором. Он состоит из открытого в верхней части сосуда, опирающегося, 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, соответствукяцим внешнему диаметру чугунной трубы Т, которая проходит через него свободно. Над кольцевым днищем с отверстием 10, параллельно ему, закреплена пористая пластина 11с 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 псе:вдоожижения, например, песок 15 или кремнезем, или глинозем, В камере псевдоожижения установлены трубчатые витки 16, намотанные по винтовой линии с диамет1 ом, заключенным между внешним диаметром камеры 9 и диаметром отверстия 10, Через трубчатые БИТКИ 16 проходит охлаждающая вода, поступающая через трубопровод 17 и выходящая через трубопровод 18,

Над камерой 9 по оси Х-Х устанавливается теплоизоляционньй кожух 19 с внутренним диаметром, большим наружного диаметра изготовляемой трубы Т. Кожух 19 охватывает теплоизоляционный материал 20, например войлок из мршеральных волокон. Охлаждение трубы Т тем медленнее, чем шире слой тензоизоляцион- ного материала 20. Высота кожуха 19 равна длине отрезаемой трубы Т.

Кожух 19 имеет внутри направляющие и опорные ролики 21 трубы Т, Кохсух 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 YY, перпендикулярной оси XX. Кожух 19 имеет над кронштейном кронштейн для опрокидывания 24, на котором шарнирно закреплен конец штока

25опрокидывающего домкрата 26, корпус которого шарнирно закрепляется

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

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

Туннельная печь 27 для вьиержки по температуре трубы Т предусматривается на удлинении кожуха 19, но лежит по направлению ЛК. Сквозная туннельная печь 27 имеет входное боковое отверстие 28, с осью Х - X, и выходное отверстие с горизонтальной осью. Дпя прохождения каждой трубы Т с изменением направления на 90 °

между осью

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

Установка содержит механизм вытя- гивания, который располагается сразу на выходе из камеры 9 псевдоожижения, но на входе режущего устройства 31.

в- камеру псевдоожижения до уровня. Когда труба Т заменяет затравку внутри камеры 9 псевдоожижения, поднимаясь по стрелке

f 1

начинается

ее термообработка.

Термообработка на бейнит трубы Т осуществляется в условиях изменения температуры, изображенных на фиг. 5.

На кривой фиг. 5 температура () откладывается по ординате, а время (t) - по абсдассе. Кривая a...h показывает изменение температуры чугунной трубы с шаровидными включениями графита по времени, когда она подве {)гается термообработке по изобретению.

Именно в камере 9 псевдоожижения, где псевдоожиженный песок находится при температуре, регулируемой до величины, необходимой для получения требуемой структуры (например, между 100 и 200°С для бейнитной структуры), осуществляется первая фаза термооб

Изобретение относится к металлургии, конкретнее - к изготовлению чугунных труб с шаровидными включениями графита методом непрерывной разливки с последующей термообработкой для придания трубам, например, бейннтной структуры. Цель - повышение прочности труб. В процессе изготовления чугунную трубу подвергают закалке путем непрерьшного пропускания ее через помещаемую на выходе из кристаллизатора камеру, содержащую псевдоожиженный песок. Однородная бейнитная структура чугунной трубы достига ется посредством регулирования температуры в камере псевдоожижения. 2 с. и 8 з.п. ф-лы, 6 ил. О)

Способ осуществляют следуклцим -об- 25 работки, которая является закалкой

разом.

Перед подачей жидкого чугуна в установку через верх кристаллизатора через камеру 9 псевдоожижения до уровня ниже верхнего конца графито- вой футеровки 4 вводится затравка, образованная стальной трубчатой муфтой такого же наружного диаметра и такой же толщины, что и изготавляе мая труба Т. Затем жидкий чугун подается по направлению стрелки в литниковую чашу 2 до уровня 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 наполняется песком 15.

Чугун охлаждается в контакте с футеровкой 4 по фронту кристаллиза- ции S в виде приблизительно усеченного конуса, и сцепляется с затравкой, вытягиваемой кверху с помощью механизированных роликов 21.

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

5

0

О

5

0

5

на бейнит без подогрева за счет калорий от трубы, выходящей из кристаллизатора. Эта температура песочной бани, заключенная мажду 100 и 200°С, поддерживается постоянной, благодаря циркуляции воды при температуре порядка 20°С в трубопроводах 17 и 18. Интенсивность охлаждения песка 15 зависит от расхода воздуха псевдоожижения, входящего через трубопровод 13, и от скорости циркуляции воды. Расход воздуха псевдоожижения и скорость циркуляции воды могут регулироваться. Таким образом, начинают с трубы Т, которая только что образована и затвердела и находится еще при температуре 1100 С в точке а. Между точками а и b (на уровне пористой пластинки температура трубы Т жается с несколько более высокой температуры. В точках а и Ь структура трубы аусте- нитная. От точки b (вход в камеру 9) в точку с (выход из камеры 9) темпер ратура трубы Т меняется резко (от 850°С до 500°С приблизительно) и это происходит за очень короткий промежуток времени, в котором труба Т охватывается по всей поверхности псевдо- ожиженным песком 15, поддерживаемым с помощью змеевика 16 при температу- ре порядка 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 для естественного и медленного охлаждения, который находится в вертикальном положе - НИИ, через режущее устройство 31, На кривой температур фиг. 5 вход в кожух 19 соответствует точке d. Следующий интервал прохождения между ка мерой 9 и кожухом 19, где располагается устройство 31 резки, соответствует участку кривой с d, с небольшим снижением температуры наружной стенки трубы Т: точка d находится 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 порядка 350°С.

Для упрочнения или закрепления ранее полученной бейнитной структуры переносят отрезанную трубу Т внутри туннельной печи 27, перенося ее по направлению AR, параллельному гори- зонтальной оси X - Х, Туннельная печь 27 нагревается газовыми горелками 30 до такой температуры, чтобы труба Т, перемещающаяся вдоль нее с регулируемой скоростью поддержи- валась при постоянной температуре изотермической выдержки, заключен г ной между двумя 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 температурная выдержка трубы т осуществляется по про- межуточному участку или изотерме е f, заключенному между 250 С и 450 С (фиг, 5). Эта стадия 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 для охлаждения 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) находится вьщержка по постоянной температуре трубы Т, Бейнитная или бейнитная - аустенитная структур

однородна 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 изготовлять и термически обрабатывать чугунные трубы, предпочтительно трубы для 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 устраняется.

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

Для структуры феррит + перлит с определенными процентными содержаниями каждой из фаз феррит -f перлит тегипература псевдоожиженного песка 15 должна быть такой, чтобы скорость охлаждения трубы Т, проходящей через эту баню была постоянной. Другими словами, постоянная скорость охлаждения трубы Т через трехфазную зону альфа + гамма + графит, изображенную заштрихованной на термодиаграмме фиг, 7 (зона d + + G называется та{с, потому что она показывает область эвтектоидного превращения чугуна, в которой существуют три фазы феррит, аустенит и графит тройной диаграммы железо, углерод, кремний) вызывает появление феррита и перлита в требуемых соотношениях,

Непрерьшная термообраСзотка обеспечивает точное регулирование доли каждой фазы (ферритная фаза и перлит- ная фаза) в связи с постоянотвом скорости извлечения трубы, скорости ее охлаждения и температуры во всех точках установки, которые заключены между точками а (появление трубы Т вне кристаллизатора) и с (выход трубы Т из камеры 9 псевдоожижения).

Использование изобретения позволит получать чугунные трубы повышенной прочности с однородной бейнятной структурой.

Ф op мула изобрете

1450729 н и я

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. я тем, что, с целью повышения прочности труб, отливку трубы осуществляют в водоох 1.аждаемом кристаллизаторе методом непрерывной вертикально восходящей разливки, за калку трубы осуществляют на выходе ее кристаллизатора путем пропускания через камеру псевдоожижения твердых жаропрочных частиц, охлаждаемых до температуры ниже температуры трубы на выходе ее из кристаллизатора.

9

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

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

Фае.-/

J/

.

/ calT

i- -Фиг. 5

X

27

1Q

то

Ж

27 I

Физ.

f fz

Раг. 5

г. 6