Способ непрерывного производства электросварных труб с покрытием внутренней поверхности цветными металлами и линия для его осуществления Советский патент 1992 года по МПК B21C37/08 

фиг.З

Изобретение относится к технике жид- кофазного (горячего) нанесения металлических покрытий, в первую очередь к нанесению на стальные электросварные трубы с внутренним диаметром 30-150 мм покрытий сплавами цинка и алюминия с цинком, и может быть использовано в металлургии, машиностроении, энергетике, строительной индустрии и приборостроении. Его можно использовать также для покрытий труб диаметром 10 мм и более из цветных и черных металлов, например свинцом, оловом и чистым алюминием.

Целью изобретения является экономия цветного металла и снижение энергетических затрат.

Сущность изобретения состоит в том, что нанесение внутреннего покрытия производят в зоне образованной петли путем подачи в эту зону металла покрытия, его подогрева и поддержания заданного уровня относительно непрерывно перемещаемой трубы в зоне петлеобразования.

Изгиб непрерывно перемещаемой (бесконечной) трубы в виде петли ниже оси сварки позволяет создать безванный способ, т.к. при этом ванной для расплава металла покрытия служит участок внутреннего канала перемещаемой трубы. Кроме того, установка в линии S-образных трубок с системами подачи расплава и отбора избытков продуктов, возникающих на поверхности расплава металла покрытия, позволяет упростить конструкцию линии, т.к. исключаются ванна и механизмы для проводки трубы через ванну с коррозионно-агрессивным расплавом металла покрытия, упрощается устройство для нагрева системы (греется только покрываемый металл и не нужно греть ванну).

На фиг. 1,2 представлена принципиальная схема линии производства электросвар- ных труб с покрытием внутренней поверхности; на фиг. 3 - схема линии производства прямолинейных труб мерной длины.

Линия состоит из средств очистки и подготовки полосового материала (химической или механической), его перемещения и стыковой сварки в непрерывную ленту (на фиг. 1 не показаны), узла 1 формовки (например, в валковых клетях) полосового материала, узла 2 электрической сварки (например, контактной), машины 3 гибки (например, роликовой), отклоняющих проводок 4 (например, роликовых), нагревателей 5 и 6 (например, индукционных), S-образной трубки 7 (например из коррозионно-стойкого теплоизоляционного материала В КМ - волокнистой керамики), связанной с системой 8 приготовления и подачи расплавленного металла покрытия, средств 9 охлаждения (водо-воздушного спрейера), системы подачи защитной атмосферы в зону сварки с внутренней стороны трубы (на фиг. 1 не

показана), S-образной трубки 10, связанной с системой 11 отвода газов из вакуум-отсоса, сформированной и сваренной из полосового материала 12 трубы 13, транспортной катушки бунта трубы (фиг. 1) или правой по

ходу машины 3 гибки и машины 14 правки (фиг. 3) и машины разрезки труб (не показана).

Линия может дополнительно содержать (фиг. 3) оправку 15, роликовую обойму (или

люнет с волочильным кольцом) 16 и трако- вый механизм 17 для перемещения трубы в процессе ее деформации.

Линия работает следующим образом. Полосовой материал 12 после подготовки поверхности и стыкосварки для получения непрерывной ленты подается в узел формовки 1, где формируется в непрерывную трубу 13. Труба 13 сваривается продольно в узле 2 электрической сварки и

изгибается вниз в машине 3 гибки. В нагревателях 5 и б производится подогрев движу: щегося металла: в нагревателе 5.- предварительный подогрев полосового материала до 150-300°С и более, в нагревателе 6 - окончательный нагрев металла до рабочей температуры. Используются известные приемы скоростного нагрева металла (индукционный, газовый или электрический

электродный).

С помощью S-образной трубки 7 из системы 8 приготовления и подачи расплавленного металла подают его внутрь трубы 13 непрерывно или периодически с поддержанием ориентировочного уровня. Система подачи расплава металла отрабатывается в зависимости от внутреннего диаметра трубы и производительности линии.

Через вторую S-образную трубку 10

производится отсос верхнего дроса (при работе без флюса) или избытков флюса в смеси с продуктами взаимодействия флюса с расплавом металла покрытия в систему ва- куумотсоса 11, где предусматривается охлаждение отсасываемых продуктов в ресивере с коническим дном до вакуумного насоса. Система вакуумотсоса 11 может включаться и работать периодически по задаваемой программе (в зависимости от сортамента труб и производительности линии). На участке аб непрерывно перемещаемой трубы 13 удерживается в ее внутреннем канале объем расплава металла покрытия. Унос расплава стенкой трубы, т.е. толщина

формируемого покрытия (от 20 до 60 мкм и брлее), зависит от температуры нагрева трубы, вязкости расплава и скорости движения

трубы.

Выше уровня расплава (выше точки а) производится интенсивное охлаждение трубы водовоздушной смесью в спрейерах.

В линии после выпрямления и правки (или без правки) трубу с неотвердевшим по- крытием могут подвергать калибровке или волочению без оправки или на плавающей оправке. Этим достигается расширение сортамента труб в связи с производством из одной трубной заготовки (электросварной трубы) в линии нескольких типоразмеров труб (с разными диаметрами и стенками) в зависимости от размеров плавающей оп- равки и настройки роликовой обоймы,

Любое неотвердевшее металлическое покрытие является эффективной смазкой для справочного волочения труб. Фактически в линии возможен выпуск труб с диамет- рами в 1,5-2 раза меньшими, чем у электросварной трубы. Если минимальный внутренний диаметр электросварной трубы, получаемый по данному способу и диктуемый габаритами размещаемых S-образных трубок (и, при необходимости, ферритов в случае индукционной сварки) составляет 16-20 мм, то готовую трубу после волочения можно получить с внутренним диаметром 8-14 мм.

При волочении на короткой оправке с высокой производительностью с целью поддержания атмосферного давления во внутреннем канале трубы выше точки б плавающая оправка 15 выполняется с коак- спальным внутренним отверстием.

Заготовку конца трубы под волочение эпизодически (при перенастройке на новый размер или при нарушениях технологических режимов) производят с помощью переносно- го или стационарного приспособления.

В качестве покрытия могут наноситься цинк и сплавы на его основе, в том числе известный сплав гальфан (AI 5%, Zn 95% с добавкой редкоземельных элементов лан- тана и ,05%). При этом подготовка поверхности полосового материала осуществляется путем очистки и от жировых загрязнений и окислов и флюсования в водном растворе известного состава (хлори- стый цинк + хлористый аммоний + хлористый натрий). Температура предварительного нагрева 170-200°С, температура окончательного нагрева 420-480°С.

В качестве покрытия могут наноситься сплавы на основе алюминия типа известного сплава гальвалюм (AI 55%, Zn 43,5%, Si 1,5%) и другие. При этом подготовка поверхности полосового материала осуществляется путем очистки и последующего нанесения

на его верхнюю сторону флюса-расплава или слоя цинка толщиной 7-20 мкм, а сварка производится при подаче защитной атмосферы (инертного газа) в зону сварки внутри трубы.

Флюс-расплав на верхнюю сторону полосового материала наносится путем засыпки подогретого порошка или заливки (непрерывной или дозируемыми порциями) после предварительного нагрева сразу после нагревателя 5, в начале формовки в узле 1 формовки или непосредственно на зеркало расплава металла покрытия. Узел засыпки или заливки флюса-расплава на фиг, 1 не показан.

Одностороннее цинковое покрытие на полосовой материал наносится непосредственно в линии гальванически или путем механической очистки с помощью щеток-иглофрезов с последующим натиранием цинка по известному способу. В случае цинкового покрытия нет необходимости в нанесении флюса-расплава.

В процессе сварки трубы выгорает или разлагается часть цинка из цинкового покрытия (нанесенного на полосовой материал). Количество выгорающего или разлагающегося цинка зависит от наличия и состава защитной атмосферы, от скорости сварки (и перемещения) трубы и периода между сваркой и смачиванием зоны сварки металлом покрытия. С целью сохранения в зоне сварного шва и термического воздействия достаточного слоя цинка (как и на других участках внутренней поверхности трубы), а также с целью снижения толщины интерметаллидного железоалюминиевого хрупкого слоя в этих зонах на полосовой материал наносится дифференцированное по толщине цинковое покрытие-с утолщенным слоем по кромкам.

В качестве покрытия могут наноситься также олово, его сплавы и свинец.

Во всех случаях производства электросварных труб с покрытием внутренней поверхности скорость сварки и нанесения покрытия может меняться в широких пределах - от 5 до 60 м/мин и более.

С целью минимального упрочнения трубы при изгибе радиус изгиба принимается 1-1,5 м и более.

В линии, принципиальная схема которой представлена на фиг. 3, на восходящем участке петли в районе б может быть дополнительно установлено известное устройство - МГД-стопор (магнитодинамический затвор) с целью удержания уровня металла покрытия внутри трубы при высоких скоростях сварки и движения трубы. Этим достигается возможность регулирования уноса

расплава трубой и равномерности распределения толщины покрытия по периметру трубы.

S-образные трубки могут быть выполнены легко сменяемыми, совмещенными в одну трубу и с трубками подачи защитной атмосферы, а также с ферритами для сварки.

Системы 8 приготовления и подачи расплавленного металла покрытия собираются из стандартного оборудования (плавильных ванн с обогревом разного типа, магнитоди- намическими или другими насосами).

Изобретение позволяет обеспечить высокую скорость производства труб - до 60 м/мин и более. Высокая скорость позволяет сократить время контакта стали с активным алюминийцинковым расплавом и обеспечить толщину слоя интерметаллидов на границе сталь - покрытие менее 7-10 мкм. Покрытие с такой толщиной слоя интерметаллидов является пластичным и обеспечивает возможность изгиба и развальцовки готовых труб с покрытиями без разрушения покрытия, что необходимо для водогазопро- водных труб. Кроме того, при малом слое интерметаллидов в покрытии сплавами алюминия с цинком практически не накапливается дрос в ванне с расплавом металла покрытия, а это позволяет существенное упростить технологию - не проводить удаления верхнего дроса и не проводить или значительно реже проводить очистку расплава от нижнего тяжелого дроса.

Изобретение позволяет также обеспечить экономию цветного металла на 40-45% в связи с покрытием только внутренней поверхности трубы. Эти цифры учитывают данные опытных замеров толщины покрытия внутри и снаружи труб при горячем цинковании, возможное повышение толщины внутреннего покрытия и сокращение потерь цветного металла из-за окисления на открытом зеркале расплава металла покрытия в ванне.

Экономия цветного металла особенно важна с точки зрения экономии цинка, производство которого лимитирует выпуск труб с металлическими покрытиями.

Экономия цинка достигается также при производстве водогазопроводных труб в связи с нанесением покрытий сплавами алюминия с цинком, что становится практически возможным и целесообразным при использовании предлагаемых технических решений.

Изобретение позволяет снизить также расход энергии на 25-30% за счет снижения энергетических затрат на разогрев и поддержание температуры расплава металла

покрытия в ванне с тепловыми потерями зеркалом расплава и стенками ванны.

Кроме того, использование изобретения позволяет снизить объем очищаемого

воздуха в 10-20 раз за счет исключения открытого зеркала хорошо подвижного расплава металла покрытия. В действующих ваннах при горячем цинковании труб зеркало расплава достигает 20 м2 поверхности. В

изобретении вентилируется для очистки от вредных выделений только внутренний канал труб с неизбежным подсосом воздуха и возможностью сброса защитной атмосферы.

Поставка труб с покрытиями в бунтах позволяет производить правку, раскрой по длине и разрезку труб у заказчика по месту монтажа. Это снижает отходы труб и уменьшает число стыков труб (сварных или на

муфтах).

Ф о р м у л а и з о б р е т е н и я

1.Способ непрерывного производства электросварных труб с покрытием внутренней поверхности цветными металлами и их

сплавами из жидкой фазы, включающий очистку и подготовку поверхности полосового материала, сварку в непрерывную ленту, формовку и сварку трубы, контакт поверхности с расплавом металла покрытия, охлаждение трубы, правку и порезку ее на мерные длины, отличающийся тем, что, с целью экономии цветного металла и снижения энергетических затрат, объема очищаемого воздуха, трубку после сварки изгибают

в виде петли ниже оси сварки, подают внутрь изогнутой трубы расплав металла покрытия, подогревают участок движущейся трубы, изогнутый в виде петли, и поддерживают объем расплава металла покрытия относительно обогреваемого участка трубы.

2.Способ по п. 1, о т л и ч а ю щ и и с я тем, что, с целью расширения сортамента, трубу с неотвердевшим покрытием подвергают калибровке или волочению без оправки или на плавающей оправке.

3.Линия для непрерывного производства электросварных труб с покрытием внутренней поверхности цветными металлами и их сплавами из жидкой фазы, включающая

средства очистки и подготовки полосового материала, его перемещения и стыковой сварки в непрерывную ленту, устройство для формовки полосового материала в трубу и электрической сварки непрерывной

трубы, средства нагрева металла трубы и покрытия, зону нанесения покрытия, механизм перемещения, правки и резки труб, систему вентиляции и очистки газов, отличающаяся тем, что, с целью экономии

цветного металла, снижения энергетических затрат и объема очищаемого воздуха, она дополнительно содержит машину для гибки (петлеобразования) труб, расположенную за устройством электрической сварки, средства нагрева расположены на участке средств перемещения и стыковой сварки полосового материала и на участке за машиной для гибки (петлеобразования) труб, а зона несения покрытия расположена за машиной для гибки (петлеобразования) труб.

4.Линия по п. 3, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит систему вакуумного отсоса, связанную с зоной нанесения покрытия.

5.Линия по п. 3, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит волочильную роликовую обойму или люнет с волочильным кольцом, транспортирующий трубу в процессе деформации, механизм, плавающую оправку и траковый механизм.

Изобретение относится к производству труб с внутренним покрытием сплавами алюминия и цинка. Цель изобретения - экономия металла и снижение энергетических затрат. После сварки трубу подвергают изгибу в машине 3 гибки. С зоной гиба с помощью труб 7 и 10 связывают системы приготовления расплава и покрытия и вакуумного отсоса газов. Поддерживая заданный уровень расплава покрытия и подогревая последний в зоне гиба, устройством 6 обеспечивают непрерывное нанесение покрытия на внутреннюю поверхность труб с минимальными затратами энергии и материала покрытия. 2 с. и 3 з.п. ф-лы, 3 ил.

(риз. 1

фиг.2