Спосіб безперервного виготовлення трубних заготівок з чавуну і установка для його здійснення

г* *. СОЮЗ СОВЕТСНИХ СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ РЕСПУБЛИК (5D 4 В 22 D 1 3 / 0 0 , 11/00 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМ ПРИ ГКНТ СССР ТЕНИЯ (21) (22) (31) (32) (33) (46) 4003599/23-02 03.01.86 8500159 04.01.85 FR 07.01.89. Бюл, № 1 (71) Понт-а-Муссон С.A. (FR) (72) Клод Бак, Ив Гурмель, Рио Беллоччи и Мишель Пьеррель (FR) (53) 621.746.047:621.746.27 (038.8) (56) Патент Франций № 2522291, кл. С 22 D 13/02, 1983. Авторское свидетельство СССР № 772011, кл. В 22 D 11/00, 1975. (54) СПОСОБ НЕПРЕРЫВНОГО ИЗГОТОВЛЕНИЯ ТРУБНЫХ ЗАГОТОВОК ИЗ ЧУГУНА И УСТАНОВКА ДОЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ (57) Изобретение относится к металлургии, конкретнее - к изготовлению чугунных труб с шаровидными включениями графита методом непрерывной разливки с последующей термообработкой для придания трубам, например, бейнитной структуры. Цель - повышение прочности труб. В процессе изготовления чугунную трубу подвергают закалке путем непрерывного пропускания ее через помещаемую на выходе из кристаллизатора камеру, содержащую псевдоожижекный песок. Однородная бейнитная структура чугунной трубы достигается посредством регулирования температуры в камере псевдоожижения. 2 с. и 8 з.п. ф-лы, 6 ил. (У) СП со 1 450729 Изобретение относится к области металлургии, в частности к изготовлению чугунных труб с шаровидными включениями графита методом непрес рывной разливки с последующей термообработкой для придания трубам, например, бейнитнон структуры. Целью изобретения является повышение прочности труб, 10 На фиг. 1 изображена установка для непрерывной восходящей разливки труб без раструба, разрез; на фиг. 2 установка для термообработки, разрез; на фиг. 3 - вид спереди меха)5 нической детали установки для термообработки; на фиг. 4 - часть установки для термообработки, разрез; на фиг. 5 - диаграмма термообработки с линией изменения температуры 20 чугунной трубы во время термообработки для получения бейнитной структуры; на фиг, 6 - диаграмма варианта термообработки для получения феррито-перлитной структуры. 25 Установка для непрерывной восходящей разливки чугунной трубы Т содержит сифонную литниковую систему 1 из жаропрочного материала, например алюмо-сшшгатного типа, которая 30 состоит из литникового канала с литниковой чашей 2 в верхней части, обеспечивающего подачу материала, а в нижней части из выпускного отверстия 3 в основании кристаллизато- , 5 гра для образования трубы Т. На оси XX выпускного отверстия 3 устанавливается трубчатый водоохлажм даемый кристаллизатор, включающий графитовую футеровку 4, внутренний ^0 диаметр которой соответствует внешнему диаметру изготовляемой трубы Т, и кожух 5, например из меди, с циркуляцией охлаждающей воды, которая поступает по трубопроводу 6, а выходит д5 по трубопроводу 7. Охлаждаюідий кожух 5, устанавливаемый вокруг футеровки 4 отделен от сифонной системы 1 о г р а — ничивающим кольцевым жаропрочным основанием 8. ел Устройство для термообработки содержит камеру псевдоолсижения, теплоизоляционный 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 охлаждающей футеровки 4 и имеет кольцевое днище с круглым отверстием 10, соответствующим внешнему диаметру чугунной трубы Т, которая проходит через него свободно. Над кольцевым днищем с отверстием 10, параллельно ему, закреплена пористая пластина 11 с 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, предпочтительно жаропрочные частицы для псевдоожижекия, например, песок 15 или кремнезем, или глинозем. В камере исевдоожижения установлены трубчатые витки 16, намотанные по винтовой линии с диаметром, заключенным между внешним диаметром камеры 9 и диаметром отверстия 10. Через трубчатые витки 16 проходит охлаждающая вода, поступающая через трубопровод 17 и выходящая через трубопровод 18. Над камерой 9 по оси Х-Х устанавливается теплоизоляционный кожух 19 с внутренним диаметром, большим наружного диаметра изготовляемой трубы Т. Кожух 19 охватывает теплоизоляционный материал 20, например войлок из минеральных волокон. Охлаждение трубы Т тем медленнее, чем шире слой тензоизоляционного материала 20. Высота кожуха 19 равна длине отрезаемой трубы Т. Кожух 19 имеет внутри направляющие и опорные ролики 21 трубы Т. Кожух 19 установлен "качающимся"и может опрокидываться на угол 9 0 с , 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 закреппен конец штока 2Ь опрокидывающего домкрата 26, корпус которого шарнирно закрепляется на станине 27 на противоположном конце штока поршня 25 (фиг. 3 ) . Домкрат 26 может быть гидравлического телескопического типа. Домкрат 26 опрокидывает трубу 19 по стрелке AR. 1450729 Туннельная печь 21 для выдержки в камеру псевдоожиження до уровня. по температуре трубы Т предусматриваКогда труба Т заменяет затравку внуется на удлинении кожуха 19, но лежит три камеры 9 псевдоожижения, поднипо направлению АЇЦ . Сквозная тунмаясь по стрелке f Т, начинается нельная печь 27 имеет входное бокоее термообработка. вое отверстие 28, с осью Х 1 - X, и Термообработка на бейнит трубы Т выходное отверстие с горизонтальной осуществляется в условиях изменения осью- Для прохождения каждой трубы температуры, изображенных на фиг. 5. Т с изменением направления на 90° ю На кривой фиг. 5 температура (Т°С) между осью Х 1 - X t (или направлением откладывается по ординате, а время АН-,) и направлением АК г . Туннельная (t) - по абсциссе. Кривая а.. .h печь 27 имеет съемные ролики 29 для показывает изменение температуры чуопоры и продвижения трубы Т по стрелгунной трубы с шаровидными включениякам АК 1 , параллельным оси X т - X г. 15 ми графита по времени, когда она Туннельнная печь 27 имеет горелки 30 подвергается термообработке по изоб(например, газовые), создающие внуретению. три нагревательную атмосферу для Именно в камере 9 псевдоожижения, вырежки по температуре трубы Т. где псевдоожиженныи песок находится Установка содержит механизм вытя- 20 при температуре, регулируемой до величины, необходимой для получения гивания, который располагается сратребуемой структуры (например, между зу на выходе из камеры 9 псевдоожи100 и 200 С для бейнитной структуры) жения, но на входе режущего устройстосуществляется первая фаза термообва 31. Способ осуществляют следующим об- 25 работки, которая является закалкой разом. на бейнит без подогрева за счет калоІІеред подачей жидкого чугуна в рий от трубы, выходящей из кристаллнустановку через верх кристаллизатора, затора. Эта температура песочной через камеру 9 псевдоожижения до бани, заключенная мажду 100 и 200°С, уровня ниже верхнего конца графито- 30 поддерживается постоянной, благодавой футеровки 4 вводится затравка, ря циркуляции воды при температуре образованная стальной трубчатой порядка 20 С в трубопроводах 17 и муфтой такого же наружного диаметра 18. Интенсивность охлаждения леска и такой же толщины, что и изготавляе 15 зависит от расхода воздуха мая труба Т. Затем жидкий чугун попсевдоожижения, входящего через дается по направлению стрелки в литтрубопровод 13, и от скорости цирниковую чашу 2 до уровня N, располокуляции воды. Расход воздуха псевдоженного ниже верхней части футеровожижения и скорость циркуляции воды ки 4. Этот жидкий чугун имеет слемогут регулироваться. Таким образом, дующий состав, мас.%: углерод 2,5 начинают с трубы Т, которая только 4,0, кремний 2 - 4 , марганец 0 , 1 что образована и затэердела и на0,6, молибден 0 - 0,5, никель - 0 ходится еще при температуре 1100 С 3,5, медь 0 - И , магний 0 - 0,5, сев точке а. Между точками а и b (на ра 0,1 максимально, фосфор 0,06 макуровне пористой пластинки 11) симально, остальное - железо. Каметемпература трубы Т быстро снира 9 перед введением затравки нажается с 1100°С до 850°С или до полняется песком 15, несколько более высокой температуры. В точках а и Ъ структура трубы аустеЧугун охлаждается в контакте с нитная. От точки b (вход в камеру 9) футеровкой 4 по фронту кристаллизав точку с (выход из камеры 9) темпер ции S в виде приблизительно усеченно 50 ратура трубы Т меняется резко (от го конуса, и сцепляется с затравкой, 850°С до 500 С приблизительно) и это вытягиваемой кверху с помощью мехапроисходит за очень короткий промежунизированных роликов 21. ток времени, в котором труба Т охваВ момент, когда затравка проходит через камеру 9 в направлении стрелки 5 5 т ь і в а е т с і * п о в сеи поверхности псевдоf 1 в камеру 12 подается сжатый ожиженным песком 15, поддерживаемым с воздух или азот по трубопроводу 13. помощью змеевика 16 при температу— При этом песочная масса 15 псевдоожиР е порядка 100 - 200°С. Эта закалка жается вокруг витков 16, погруженных ІШ бейнит. 450729 После выхода камеры 9 труба Г L однородна и обладает оптимальными помощью механизированных роликов 21 механическими характеристиками. поступает в кожух 19 для естественНа выходе из туннельной печи 27 ного и медленного охлаждения, кототруба Т охпаждается на открытом рый находится в вертикальном положен воздухе до обычной температуры, нании, через режущее устройство 31„ пример 5 - 25°С, На кривой температур фиг. 5 вход в кожух 19 соответствует точке d. Следующий интервал прохождения между ка- ю Таким образом, можно изготовлять мерой 9 и кожухом 19 S где располагаи термически обрабатывать чугунные ется устройство 31 резки, соответсттрубы, предпочтительно трубы для вует участку кривой с d, с небольшим подвода воды, номинальным диаметром снижением температуры наружной стен600 - 2500 мм, в частности 1000 ки трубы Т: точка d находится при 15 1600 мм, с толщиной 5 - 2 0 мм. температуре, близкой к 48Q°C. Охлаж,Если получают небейнитовую струкдение трубы Т медленное из-за теплотуру, например феррит + перлит, с изолирующего материала 20. На выходе хорошо регулируемым процентным из кожуха 19 в точке е труба Т имеет содержанием перлита, то кожух 19 усттемпературу порядка 35О°С. 20 раняется. Для структуры бейнит + феррит темДля упрочнения или закрепления пература псевдоожиженного песка 15 ранее полученной бейнитной структуры С должна быть 10Q, - 200 С как и для одпереносят отрезанную трубу Т внутри ного бейнита. туннельной печи 27, перенося ее по направлению AR,,, параллельному гори- 25 Для структуры феррит + перлит с зонтальной оси X , - X . Туннельная определенными процентными содержанияпечь 27 нагревается газовыми горелми каждой из фаз феррит + перлит ками 30 до такой температуры, чтобы температура псевдоожиженного песка труба Т, перемещающаяся вдоль нее 15 должна быть такой, чтобы скорость с регулируемой скоростью поддержи30 охлаждения трубы Т, проходящей через валась при постоянной температуре эту баню была постоянной. Другими изотермической выдержки, заключен словами, постоянная скорость охлажденой между двумя пределами (две изония трубы Т через трехфазную зону термы) : с одной стороны, верхний альфа + гамма + графит, изображенную предел (участок е1 f 1 или изотерзаштрихованной на термодиаграмме фиг. ма 450°С фиг, 5 ) , а с другой сторо7 (зона d + 0i+ G называется так, ны, нижний предел (участок е2 f 2 потому что она показывает область или изотерма 250°С). Между пределами эвтектоидного превращения чугуна, в el f 1 и е2 f 2 температурная выдержкоторой существуют три фазы феррит» ка трубы Т осуществляется по про— 40 аустеиит и графит тройной диаграммы межуточному участку или изотерме железо, углерод, кремний) вызывает е f, заключенному между 250°С л появление феррита и перлита в требуе450°С (фиг. 5 ) . Эта стадия термообмых соотношениях. работки в томильной печи 27 обеспечивает устойчивость бейнита и эозНепрерывная термообработка обеспе 45 чивает точное регулирование доли каждой фазы (ферритная фаза и перлит-* ная фаза) в связи с постоянством Труба Т выходит из туннельной скорости извлечения грубы, скорости печи 27 при температуре, заключенной ее охлаждения и температуры во всех 50 между 450 и 250°С между точками f 2 точках установки, которые заключены и f 1 для охлаждения на третьей между точками а (появление трубы Т и последней фазе. Именно внутри вне кристаллизатора) и с (выход трузаштрихованной зоны фиг. 5, заклюбы Т из камеры 9 псевдоожижения). ченной между участками et f \ и 55 е2 f 2 (участок е X штриховой ли^ Использование изобретения позволит нией) находится вьздержка по постоянполучать чугунные трубы повышеннойной температуре трубы Т. Бейнитная прочности с однородной бейнитнол или бейкитная - аустенитная структура структурой. можно остаточного аустенита в матрице структуры. 8 1450729 Ф о р м у л а и з о б р е т е н и я на выходе ее из кристаллизатора осуществляют с 1100°С до 850°С, а после1. Способ непрерывного изготовледующую закалку в камере псевдоожижения трубных заготовок из чугуна, ния осуществляют до температуры 600 С. содержащего мас.%: 5. Способ по пп. 1 - 4, о т л ич а ю щ и й с я тем, что охлаждеУглерод 2,5 - 4, 0 ние трубы в камере псевдоожижения Кремний 2 - 4 осуществляют с постоянной скоростью Марганец 0,1 - 0, 6 и поддержанием температуры звгектоиодМолибден 0 - 0, 5 ного превращения чугуна, при которой Никель 0 -" 3,5 происходит выделение фаз феррита и Медь 0 перлита. Магний 0 -" 0,5 6, Установка для непрерывного изСера готовления трубных заготовок из чугуі 0.06 Фосфор б о]06 15 на, содержащая сифонную литниковую Железо Остальное. систему, водоохлаждаемый кристаллизавключаюдий отливку трубы, закалку, тор, теплоизолирующий кожух, механизм изотермическую выдержку и последуювытягивания трубы вверх и механизм щее охлаждение на воздухе, о т л и тем, • ч а ю щ и й с я тем, что, с целью 20 резки, о т л и ч а ю щ а я с я что, с целью повышения прочности повышения прочности труб, отливку труб, она снабжена сквозной камерой трубы осуществляют в водоохлаждаемом псевдоожижения, заполненной твердыкристаллизаторе методом непрерывной ми жаропрочными частицами с располовертикально восходящей разливки, закалку трубы осуществляют на выходе " женным в ней трубчатым водоохлаждаемым змеевиком, ее кристаллизатора путем пропускания через камеру псевдоожижения твердых 7^, Установка по п. 6, о т л и жаропрочных частиц, охлаждаемых до ч а ю щ а я с я тем, что сквозная температуры ниже температурі трубы камера псевдоожижения расположена за на выходе ее из кристаллизатора. 30 водоохлаждаемым кристаллизатором в направлении вытягивания трубы, 2. Способ по п. ^ о т л и ч а ю 8. Установка по п. 6, о т л и щ и й с я тем, что для получения ч а ю щ а я с я тем, что теплоизолябейнктной структуры охлаждение трубы ционный кожух расположен за механизна выходе ее из кристаллизатора осуществляют с 1100°С до 850°С, а после- 35 мом резки в направлении вытягивания трубы, дующую закалку в камере псевдоожиже9. Установка по п. 6 9 о т л и ния осуществляют до 500 С, затем ч а ю щ а я с я тем, что теплоизоляперед охлаждением на воздухе осущестционный кожух выполнен с приводными вляют отрезку трубной заготовки определенной длины и ее термообработку 40 направляющими опорными роликами, расположенными внутри кожуха, и кронпутем пропускания через туннельную штейном, расположенным снаружи кожупечь с поддержанием постоянной темха, и имеет возможность поворота на пературы 25О...45О°С. 90° с помощью средств качения. 3. Способ по пп. 1 и 2, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что температур 45 ру в камере псевдоожижения поддержи10. Установка по п. 6, о т л и вают 100..,200сС. ч а ю щ а я с я тем, что она выпол4. Способ по п. 1, о т л и ч а юнена с горизонтально расположенной щ и й с я тем, что охлаждение трубы туннельной печью. 1450729 У/////////////Л Фиг./ 1450729 ШУШ? 450729 Фие П 7ZZ7777777Z777ZZZZ "Риг. 5 1 450729 т°с rtoo Риг. 6 Редактор С.Патрушева Составитель Л.Дымшиц Техред М.Ходанич Корректор М.Демчик Заказ 6982/58 Тираж 741 Подписное В И П Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР НИИ 113035, Москва, Ж-35, Раушская н а б . , д . 4/5 Пронзводственно^полиграфическое предприятие, г . Ужгород, ул. Проектная, 4