专利名称：薄壁陶瓷内衬复合钢管制备方法
技术领域：
本发明涉及的是一种薄壁陶瓷内衬复合钢管的制备方法，它采用强制冷却技术，降低铝热反应后外层钢管表面的温度，达到减薄钢管壁厚及增加内衬陶瓷层厚度。它属于薄壁陶瓷内衬复合钢管制备技术领域。
背景技术：
现有陶瓷内衬复合钢管制备的基本原理，是利用铝热反应
所释放的热量，产生2800℃以上的高温，使反应生成物α-Al2O3(熔点为2040℃)及Fe(熔点为1560℃)均处于熔融状态，同时钢管的内壁亦受热熔化一薄层，与生成的液态物相融为一体。高温液相在离心力场的作用下发生分离，比重大的Fe紧靠钢管内壁形成中间过渡层，并与钢管内壁界面结合呈焊接状态；比重小的α-Al2O3则紧挨铁层，形成表面光滑均质致密的陶瓷层。
铝热反应产生的热量主要是通过热传导的形式由陶瓷层传递到外层的钢管，使外层钢管的温度急剧升高。由于钢管与陶瓷层热膨胀系数的差异以及凝固时间的不同，当陶瓷层凝固时而外层钢管由于高温仍然在膨胀。冷却过程中外层钢管对陶瓷层会产生较大的压应力，此外还由于钢管与陶瓷层存在较大的温度梯度而生产较大热应力。压应力与热应力的相互作用使陶瓷层易产生裂纹和脱落现象，影响产品的质量。可以理解当钢管外表面温度越高，冷却过程中陶瓷层受压应力及热应力越大，陶瓷层越容易产生裂纹及脱落。
为了克服此现象，目前陶瓷内衬复合钢管制备过程普遍采用较厚壁的钢管及减少陶瓷层的厚度的方法，以达到降低外层钢管表面温度的目的。一般而言，管径大于159mm，选用的钢管壁厚为8mm，且管径越大，选用钢管壁厚越厚，而陶瓷层并不厚，通常为3mm左右，有时中间只有2mm左右。对于管径小于159mm，选用钢管壁厚可以薄一点，但由于工艺的要求，钢管壁厚不能小于6mm，否则钢管易烧穿、变形弯曲或陶瓷层出现裂纹脱落。陶瓷内衬复合钢管的耐磨性能主要决定于陶瓷的厚度及强度，由于减少陶瓷层的厚度，影响了陶瓷复合钢管的使用寿命；而选用厚壁钢管又增加了使用单位的成本，研究表明陶瓷层每提高1mm厚度，复合钢管作用寿命可增加2-3倍，同时外层钢管壁厚每减少1mm，使用单位可降低成本10％左右。
发明内容
本发明的目的在于针对上述存在的缺陷，提出一种可降低外层钢管的壁厚同时也相应增加陶瓷层厚度的薄壁陶瓷内衬复合钢管制备工艺方法。
本发明的技术解决方案采用液、气、固态强制冷却措施，降低铝热反应时外层钢管表面的温度，限制外层钢管高温下膨胀，使冷却过程中压应力及热应力降低，并保证钢管不变形弯曲及烧穿的现象发生具体的工艺步骤依次分为
(1)取原材料Fe2O3，Al，SiO2添加剂，(2)烘干，温度150~200℃，10~12小时，(3)用搅拌机混合均匀，(4)将经搅拌机混合均匀后的反应物料装入薄壁钢管内，(5)用离心机旋转，旋转速度800~1500转/分，(6)对薄壁钢管外表面采用气、液、固态强制冷却(7)用钨丝将反应物料点燃，(8)进行铝热反应，(9)停机取出钢管，(10)检验。
本发明的优点通过对薄壁钢管外表面进行气、液、固态强制冷却，可有效地降低外层钢管的壁厚3mm以上，同时相应地增加陶瓷层的厚度3mm以上，降低生产成本30％以上，陶瓷内衬复合钢管的使用寿命延长三倍以上。采用液、气、固态强制冷却措施，降低铝热反应时外层钢管表面的温度，限制外层钢管高温下膨胀，使冷却过程中压应力及热应力降低。本发明生产的薄壁陶瓷内衬复合钢管不易烧穿、弯曲变形及陶瓷层产生裂纹和脱落现象，大大地提高了产品质量。
具体实施例方式
实施例1(1)取原材料Fe2O3(10Kg)，Al(3.44Kg)，二氧化硅添加剂(0.56Kg)；(2)烘干，温度150℃，10小时，(3)搅拌机(型号)搅拌混合均匀；(4)Ф114，长度1500mm，壁厚4mm钢管装入离心机内并调整中心；(5)将经搅拌机混合均匀后的反应物料装入Ф114薄壁钢管内，
(6)采取固相强制冷却措施对Ф114钢管外表面进行强制冷却；(7)用离心机旋转，旋转速度1500转/分；(8)用钨丝将反应物料点燃；(9)进行铝热反应；(10)停机取出钢管→检验(陶瓷层的厚度5mm，陶瓷层未见裂纹及脱落现象，复合钢管未弯曲变形)→薄壁复合钢管产品。
实施例2(1)取原材料Fe2O3(8.56Kg)，Al(2.95Kg)，二氧化硅添加剂(0.48Kg)；(2)烘干，温度200℃，12小时；(3)用不着搅拌机(型号)搅拌混合均匀；(4)Ф159，长度1000mm，壁厚5mm钢管装入离心机内并调整中心；(5)将经搅拌机混合均匀后的反应物料装入Ф159薄壁钢管内；(6)采取气体和液体强制冷却措施对Ф159钢管外表面进行强制冷却；(7)用离心机旋转，旋转速度800转/分；(8)用钨丝将反应物料点燃；(9)进行铝热反应；(10)停机取出钢管→检验(陶瓷层的厚度5mm，陶瓷层未见裂纹及脱落现象，复合钢管未弯曲变形)→薄壁复合钢管产品。
权利要求
1.薄壁陶瓷内衬复合钢管制备方法，其特征是具体的工艺步骤依次分为(1)取原材料Fe2O3，Al，SiO2添加剂；(2)烘干，温度150～200℃，10～12小时；(3)用搅拌机混合均匀；(4)将经搅拌机混合均匀后的反应物料装入薄壁钢管内；(5)对薄壁钢管外表面采用气、液、固态强制冷却；(6)用离心机旋转，旋转速度800～1500转/分；(7)钨丝将反应物料点燃；(8)进行铝热反应Fe2O3+2Al＝2Fe+Al2O3+836KJ/mol；(9)停机取出钢管；(10)检验。
全文摘要
本发明是薄壁陶瓷内衬复合钢管的制备方法，工艺步骤分取原材料、烘干、搅拌混合均匀、反应物料装入薄壁钢管内、采用气、液、固态强制冷却、用离心机旋转、钨丝将反应物料点燃、铝热反应、停机取出钢管、检验。优点通过对薄壁钢管外表面进行气、液、固态强制冷却，可有效地降低外层钢管的壁厚3mm以上，同时相应地增加陶瓷层的厚度3mm以上，降低生产成本30％以上，陶瓷内衬复合钢管的使用寿命延长三倍以上。采用液、气、固态强制冷却措施，降低铝热反应时外层钢管表面的温度，限制外层钢管高温下膨胀，使冷却过程中压应力及热应力降低。本发明生产的薄壁陶瓷内衬复合钢管不易烧穿、弯曲变形及陶瓷层产生裂纹和脱落现象，大大地提高了产品质量。
文档编号C04B35/64GK1837137SQ20061003961
公开日2006年9月27日 申请日期2006年4月18日 优先权日2006年4月18日
发明者周小新, 钱东浩, 沈国琴, 苏娟, 张树格 申请人:南京金陶耐磨管道有限公司