一种三元复合钢管结构的制作方法

专利名称：一种三元复合钢管结构的制作方法
技术领域：
本项实用新型是一种三元复合钢管结构设计。这种三元复合钢管结构具有非常优异的抗磨耐蚀性能和防磨缓垢功能。在耐磨损防腐蚀领域具有广泛的应用。
背景技术：
在电力、化工、石油、石油化工、冶金、核电、煤炭、矿山、建筑、制药等行业中防磨耐蚀型管道有着广泛的应用。尤其对适合用在腐蚀与磨损或磨损与结垢如输送含灰渣颗粒的腐蚀性液体以及含颗粒废液流体的工况下运行的各种管道，需求量相当大。然而，材料腐蚀问题是世界性难题，在工程构件应用时，材料失效的主要形式是腐蚀、磨损及断裂，其中腐蚀与磨损就占材料失效总数的80％以上。寻找新型防磨耐蚀材料仍为当今技术前沿，具有极大社会和经济效益。
目前国内外在耐磨损防腐蚀领域使用的管道为金属管道，聚合物管道，无机材料管道以及由两种材料构成的复合管道，如不锈钢管、10CrMoAl钢管、高铬合金铸钢管、高铬合金铸铁管、镀锌钢管，超高分子量聚乙烯管、玻璃钢管，以及各种复合管道如铸石复合钢管、陶瓷复合钢管、水泥浇铸复合钢管树脂喷塑管、塑料内衬复合钢管、橡胶衬里复合钢管、聚四氟乙烯内衬钢管等。然而，目前在石油化工、化工、电力、煤炭、制药、造纸、印刷、冶金、建材、海洋等部门服役的由这些材料制成的工程构件，常常因各种化学腐蚀介质、腐蚀性气体及海材料的使用寿命水等环境介质的作用被腐蚀掉，尤其在较高操作温度下，并伴有腐蚀与磨损共存的工况条件，材料的使用寿命极为有限，使用过程中发生的维修量及其二次费用均很大。这是因为材料本身的功能局限，仅具耐磨或仅具耐蚀单一性能造成。如何有效解决在诸如较高运行温度、腐蚀与磨损、磨损与结垢以及重防腐等复杂工况下管道使用的短寿命问题的十分迫切亟待解决。

发明内容
本实用新型的目的是设计一种结构简单、抗磨损抗腐蚀效果优良的三元复合钢管。
本项实用新型是一种三元复合钢管结构设计。目前在耐磨损防腐蚀领域使用的管道除了由单一材料构成的管道外，使用效果比较好的是由两种材料构成的复合管道。如由两种聚合物材料构成的树脂喷塑管、聚合物与金属构成的塑料内衬复合钢管、橡胶衬里复合钢管、聚四氟乙烯内衬钢管以及由陶瓷与金属构成的复合陶瓷钢管等。
新型的三元复合钢管管道壁有三层材料组成，外壁为金属材料作为承载件、中间层是纳米陶瓷材料作耐磨件，内壁层为聚合物树脂则作为抗腐蚀材料。三层材料中陶瓷材料通过自蔓延高温合成方法浇铸烧结而成，高聚物树脂则是通过反应浸渍方法制备而成。即用自蔓延高温合成离心浇铸成型方法在钢管内壁烧结一层厚度均匀的耐磨陶瓷，然后将聚合物树脂加入管内抽真空离心高速旋转，使聚合物树脂均匀分布在陶瓷内壁，直至反应固化。
本实用新型三元复合钢管的管壁、中间层、内壁厚度分别是4-20mm，2.0-6mm，0.5-5mm合适，该厚度范围既能达到钢管的刚度、抗磨耐蚀的优良性能，又使制作成本下降。
由于这种新型的三元复合钢管结合了有机树脂聚合物和无机陶瓷的防腐蚀、耐磨损的特点，以及金属管道的高强度承载力，是无机材料、聚合物材料和金属材料的有机结合，具有很大的技术创新性，这种复合管道突破了目前复合管道仅仅由两种材料所构成的状况，充分发挥了三种单一材料综合形成的优越性能，因此这种复合管道具有非常优越的抗腐抗磨性能，不仅可大大提高管道的耐腐蚀寿命，而且可解决高速流动腐蚀性颗粒液体摩擦管道的防腐防磨要求。


图1是本实用新型三元复合钢管的结构示意图、图2是本实用新型三元钢管钢管结构的剖面示意图。
上述图中，1是金属管道、2是陶瓷中间层，3是聚合物树脂内壁，4是法兰。
实施例实施例一DN30×300三元复合钢管结构。选用φ48外径、壁厚为4mm、长度300mm的钢管，经前期除锈、装夹、封盖以及配料、装料等准备过程，用自蔓延高温合成离心浇铸成型方法在钢管内壁烧制一层厚度均匀的约3.0mm厚的具有高耐磨性能的α-Al2O3刚玉陶瓷。打开封盖，两端装焊PN16、DN40的标准法兰，清理φ48陶瓷复合钢管内壁浮渣和灰尘，装上封盖，加入180g经配混的聚合物拼混树脂，用抽真空机抽出管内空气，达到0.02MPa，将钢管以500r/min离心旋转，使聚合物拼混树脂均匀分布在陶瓷复合钢管内壁，缓慢打开阀门，将管内压力恢复到常压，继续旋转直至拼混树脂反应固化，3小时后拆开封盖即得图1所示的三元复合钢管直管制品。树脂层厚度是0.5mm。
实施例二DN400×6000三元复合钢管结构。选用φ426外径、壁厚为9mm、长度2000mm的钢管，同样经过前期除锈、装夹、封盖以及配料、装料等准备过程，用自蔓延高温合成离心浇铸成型方法在钢管内壁烧制一层厚度均匀的约5.0mm厚的具有高耐磨性能的TiB2/Al2O3金属陶瓷，将同样的三根陶瓷复合钢管连接成6000mm长，直线度误差应小于2mm，两端装焊PN10、DN400的标准法兰，清理φ426陶瓷复合钢管内壁浮渣和灰尘，装上封盖，加入30kg经配混的聚合物树脂，将钢管以300r/min离心旋转，使聚合物拼混树脂均匀分布在陶瓷复合钢管内壁，缓慢打开阀门，将管内压力恢复到常压，继续旋转直至拼混树脂反应固化，3小时后拆开封盖即得三元复合钢管制品。树脂层厚度是5mm。
权利要求1.一种三元复合钢管结构，由管壁、中间层、内壁组成，其特征是钢管外层是管壁、中间层是耐磨陶瓷层，内壁是抗腐蚀树脂层。
2.根据权利要求1所述的三元复合钢管的结构，其特征是管壁、中间层、内壁的厚度分别是4-20mm，2.0-6mm，0.5-5mm。
专利摘要本项实用新型是一种新型的三元复合钢管结构设计。目前国内外在耐磨损防腐蚀领域使用的管道在腐蚀与磨损共存工况下的实际使用寿命极其短，使用过程中发生的维修量及其二次费用均很大。这是因为材料本身仅具耐磨或仅具耐蚀单一性能的功能局限。本实用新型设计的三元复合钢管是一种由金属、陶瓷、聚合物三层材料经过反应加工复合而成的高性能管道制品，其中外层钢管作为承载件、中间层是改性陶瓷材料，作抗磨耐蚀件、内壁层为有机和无机拼混聚合物树脂，主要起防腐功能。这种新型结构三元复合钢管充分发挥单一材料的特有性能以及拼混聚合物树脂与改性陶瓷材料的复合效应，从而具有非常优异的抗磨耐蚀性能和防磨缓垢功能。在耐磨防腐蚀领域具有广泛的应用。
文档编号F16L9/14GK2573820SQ0226071
公开日2003年9月17日 申请日期2002年10月16日 优先权日2002年10月16日
发明者杨振国 申请人:复旦大学