陶瓷內襯複合不鏽鋼管的製備方法
2023-05-08 05:41:46 2
陶瓷內襯複合不鏽鋼管的製備方法
【專利摘要】本發明是陶瓷內襯複合不鏽鋼管的製備方法，包括工藝步驟：1）取原材料；2）烘乾；3）用攪拌機混合均勻；4）不鏽鋼管裝入離心機內並調整中心；5）對不鏽鋼管外表面採用固態強制冷卻；6）將經攪拌機混合均勻後的反應物料裝入不鏽鋼管內；7）用離心機旋轉；8）用鎢絲將反應物料點燃；9）進行鋁熱反應；10）停機取出鋼管；11）檢驗；12）打磨端面毛刺；13）陶瓷內襯複合不鏽鋼管產品。優點：1）限制外層不鏽鋼管的熱膨脹，降低鋁熱反應時外層不鏽鋼管表面的溫度；2）減少了由於熱膨脹係數差異而導致的熱應力，使冷卻過程中壓應力及熱應力降低，並成功製備陶瓷內襯複合不鏽鋼管。採用二次成型方法，製備出階梯型陶瓷內襯複合不鏽鋼管。
【專利說明】陶瓷內襯複合不鏽鋼管的製備方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及的是一種陶瓷內襯複合不鏽鋼管的製備方法，它採用離心鋁熱工藝，通過限制外層不鏽鋼管的熱膨脹及添加金屬氧化物形成梯度過渡層技術，達到降低不鏽鋼管與內襯陶瓷層熱膨脹係數的差距，減少冷卻過程中熱應力對陶瓷層的影響，從而製備出陶瓷內襯複合不鏽鋼管。通過二次成型，可以製備出階梯型陶瓷內襯複合不鏽鋼管。它屬於陶瓷內襯複合不鏽鋼管制備【技術領域】。可廣泛用於石化行業。
【背景技術】
[0002]現有陶瓷內襯複合不鏽鋼管制備主要有以下兩種技術:
I)燒結法，燒結陶瓷內襯複合不鏽鋼管，是預先將陶瓷內襯採用離心澆注成型、或重力澆注成型，或擠壓成型等，然後高溫燒結，最後將陶瓷內襯鑲嵌在不鏽鋼管內壁，並用高溫膠劑填充界面間隙。
[0003]2)離心鋁熱法，離心鋁熱法的基本原理，是利用鋁熱反應: Fe203+2Al=2Fe+Al203+836KJ/mol
所釋放的熱量，產生2800°C以上的高溫，使反應生成物α — Al2O3 (熔點為2040°C)及Fe (熔點為1560°C)均處於熔融狀態，同時鋼管的內壁亦受熱熔化一薄層，與生成的液態物相融為一體。高溫液相在離心力場的作用下發生分離，比重大的Fe緊靠鋼管內壁形成中間過渡層，並與鋼管內壁界面結合呈焊接狀態；比重小的α — Al2O3則緊挨鐵層，形成表面光滑均質緻密的陶瓷層。
[0004]燒結法製備的陶瓷內襯`複合不鏽鋼管，具有較好的耐磨耐蝕性能，但製備工藝複雜，界面結合強度較低，熱穩定性能及抗衝擊性能較差，在受到敲擊、震動等情況下易損壞，影響其使用壽命。
[0005]離心鋁熱法製備陶瓷內襯複合不鏽鋼管時，鋁熱反應產生的熱量主要是通過熱傳導的形式由陶瓷層傳遞到外層的鋼管，使外層鋼管的溫度急劇升高。由於不鏽鋼管(18Χ 10_6/°C )與陶瓷層(8Χ 10_6/°C )熱膨脹係數的差異以及凝固時間的不同，當陶瓷層凝固時而外層鋼管由於高溫仍然在膨脹。冷卻過程中外層鋼管對陶瓷層會產生較大的壓應力，此外還由於鋼管與陶瓷層存在較大的溫度梯度而生產較大熱應力。壓應力與熱應力的相互作用使陶瓷層易產生裂紋和脫落現象，影響產品的質量。可以理解當鋼管外表面溫度越高，冷卻過程中陶瓷層受壓應力及熱應力越大，陶瓷層越容易產生裂紋及脫落。
【發明內容】
[0006]本發明提出的是一種離心鋁熱法製備陶瓷內襯複合不鏽鋼管，其目的在於針對現有技術所存在的上述存在缺陷，採用離心鋁熱法製備陶瓷內襯複合不鏽鋼管，添加金屬氧化物形成梯度過渡層技術，可降低外層不鏽鋼管與內襯陶瓷層熱膨脹係數差異，同時通過限制外層不鏽鋼管的熱膨脹，達到降低冷卻過程中陶瓷層受壓應力及熱應力，從而成功地製備出陶瓷內襯複合不鏽鋼管。[0007]本發明的技術解決方案是:陶瓷內襯複合不鏽鋼管的製備方法，包括如下工藝步驟:
1)取原材料Fe2O3粉末，金屬氧化物粉末，Al粉末，SiO2粉末，
2)烘乾，溫度150?200。。，10?12小時，
3)用攪拌機混合均勻，
4)不鏽鋼管裝入離心機內並調整中心
5)對不鏽鋼管外表面採用固態強制冷卻，
6)將經攪拌機混合均勻後的反應物料裝入不鏽鋼管內，
7)用離心機旋轉，旋轉速度800?1500轉/分，
8)用鎢絲將反應物料點燃，
9)進行鋁熱反應=Fe2O3+金屬氧化物+SiO2
(反應時間5秒、反應溫度2800°C)得到金屬過渡層及陶瓷層，
10)停機取出鋼管，
11)檢驗，
12)打磨端面毛刺，
13)陶瓷內襯複合不鏽鋼管產品。
[0008]14)採用二次成型方法，重複工藝步驟1)?12)製備出階梯型陶瓷內襯複合不鏽鋼管。
[0009]本發明的優點:採用固態強制冷卻措施，限制外層不鏽鋼管的熱膨脹，降低鋁熱反應時外層不鏽鋼管表面的溫度；同時選擇添加金屬氧化物，參與鋁熱反應，生成熱膨脹係數呈梯度變化的金屬過渡層，減少由於熱膨脹係數差異而導致的熱應力，從而使冷卻過程中壓應力及熱應力降低，並成功製備陶瓷內襯複合不鏽鋼管。本發明還採用二次成型方法，製備出階梯型陶瓷內襯複合不鏽鋼管。可廣泛用於石化行業。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0010]附圖1是直管型陶瓷內襯複合不鏽鋼管的結構示意圖。
[0011]附圖2是階梯型陶瓷內襯複合不鏽鋼管的結構示意圖。
[0012]圖中的D1-陶瓷內襯複合不鏽鋼管的外徑，D2-陶瓷內襯複合不鏽鋼管的內徑D3-階梯型陶瓷內襯複合不鏽鋼管小端內徑，L-陶瓷內襯複合不鏽鋼管的長度L1-階梯型陶瓷內襯複合不鏽鋼管小端長度。
【具體實施方式】
[0013]陶瓷內襯複合不鏽鋼管的製備方法，包括如下工藝步驟:
1)取原材料Fe2O3粉末，金屬氧化物粉末，Al粉末，SiO2粉末，
2)烘乾，溫度150?200。。，10?12小時，
3)用攪拌機混合均勻，
4)不鏽鋼管裝入離心機內並調整中心，
5)對不鏽鋼管外表面採用固態強制冷卻，
6)將經攪拌機混合均勻後的反應物料裝入不鏽鋼管內，7)用離心機旋轉，旋轉速度800~1500轉/分，
8)用鎢絲將反應物料點燃，
9)進行鋁熱反應=Fe2O3+金屬氧化物+SiO2，反應時間5秒，反應溫度2800°C)
得到金屬過渡層及陶瓷層，
10)停機取出鋼管，
11)檢驗，
12)打磨端面毛刺，
13)陶瓷內襯複合不鏽鋼管產品，
14)採用二次成型方法，重複工藝步驟I)~12)製備出階梯型陶瓷內襯複合不鏽鋼管。
[0014]所述的工藝步驟I)取原材料Fe2O3 4900克或700克或630克，金屬氧化物有NiO，Cr2O3，CrO3計2850克或180克或200克，其中NiO 2150克或55克60克；Cr2O3 500克或110克或120克，CrO3 200克或15克或20克；A1 2280克或250克或220克，SiO2添加劑650克或50克或40克。
[0015]所述的工藝步驟4)、5)不鏽鋼管Φ219或Φ 127或Φ42，長度910mm或130mm或150mm,壁厚8mm,不鏽鋼管裝入離心機內並調整中心,不鏽鋼管外表面採用固態強制冷卻。
[0016]所述的工藝步驟9)，金屬氧化物參與鋁熱反應，形成熱膨脹係數呈梯度變化的金
屬過渡層。
[0017]所述的工藝步驟11)冷`卻後檢驗，瓷層的厚度4mm，陶瓷層未見裂紋及脫落現象，複合鋼管未彎曲變形。
[0018]所述的工藝步驟14)，將部分經攪拌機混合均勻後的反應物料壓制後(長度為20mm)裝入Φ42不鏽鋼管內，進行4)~12)工藝過程，然後再將部分經攪拌機混合均勻後的反應物鬆散裝入Φ42不鏽鋼管內長度為130mm，重複上述4) ^12)工藝過程。
[0019]所述的工藝步驟11，14)打磨端面毛刺，形成陶瓷內襯複合不鏽鋼管階梯型產品。
[0020]實施例1
(I)取原材料Fe2O3 (4900克)，金屬氧化物(NiO，Cr2O3，CrO3等2850克，其中NiO2150 克，Cr2O3 500 克，CrO3 200 克)，Al (2280 克)，SiO2 添加劑(650 克)，(2)烘乾，溫度150-200?，10-12小時，(3)攪拌機混合均勻，(4) Φ219，長度910mm，壁厚8mm不鏽鋼管裝入離心機內並調整中心，(5)採取固相強制冷卻措施對Φ219不鏽鋼鋼管外表面進行強制冷卻，(6)將經攪拌機混合均勻後的反應物料裝入Φ219不鏽鋼管內，(7)用離心機旋轉，旋轉速度800-1500轉/分，(8)用鎢絲將反應物料點燃，(9)進行鋁熱反應=Fe2O3+金屬氧化物(NiO, Cr2O3 ,CrO3 等)+Al + SiO2 等添加劑=金屬過渡層(Fe、N1、Cr 等)+Al2O3, (10)停機取出鋼管，(11)冷卻後檢驗(陶瓷層的厚度4mm，陶瓷層未見裂紋及脫落現象，複合鋼管未彎曲變形)，(12)打磨端面毛刺，(13)陶瓷內襯複合不鏽鋼管產品。
[0021]實施例2
(I)取原材料Fe2O3 (700克)，金屬氧化物(NiO，Cr2O3, CrO3等180克，其中NiO 55克，Cr2O3 110 克，CrO3 15 克)，Al (250 克)，SiO2 添加劑(50 克)，(2)烘乾，溫度 15(T200°C，10~12小時，(3)攪拌機混合均勻，(4) Φ127,長度130mm,壁厚8mm不鏽鋼管裝入離心機內並調整中心，(5)採取固態強制冷卻措施對Φ127不鏽鋼管外表面進行強制冷卻，(6)將經攪拌機混合均勻後的反應物料部分裝入Φ127不鏽鋼管內，(7)用離心機旋轉，旋轉速度800-1500轉/分，(8)用鎢絲將反應物料點燃，(9)進行鋁熱反應=Fe2O3+金屬氧化物(NiO，Cr2O3 ，CrO3等)+Al + SiO2等添加劑=金屬過渡層(Fe、N1、Cr等)+Al2O3, (10)停機取出鋼管，(11)冷卻後檢驗(陶瓷層的厚度4mm，陶瓷層未見裂紋及脫落現象，複合鋼管未彎曲變形)，(12)打磨端面毛刺，(13)陶瓷內襯複合不鏽鋼管產品。
[0022]實施例3
(I)取原材料Fe2O3 (630克)，金屬氧化物(NiO，Cr2O3, CrO3等200克，其中NiO 60克，Cr2O3 120 克,CrO3 20 克)，A1(280 克)，SiO2 添加劑(40 克)，(2)烘乾，溫度 150~200°C，10~12小時，(3)攪拌機混合均勻，(4) Φ42,長度150mm,壁厚8mm不鏽鋼管裝入離心機內並調整中心，(5)採取固態強制冷卻措施對Φ42不鏽鋼管外表面進行強制冷卻，(6)將部分經攪拌機混合均勻後的反應物料壓制後(長度為20mm)裝入Φ42不鏽鋼管內，(7)用離心機旋轉，旋轉速度2000-2500轉/分，(8)用鎢絲將反應物料點燃，(9)進行鋁熱反應=Fe2O3+金屬氧化物(NiO, Cr2O3 , CrO3 等)+Al + SiO2 等添加劑=金屬過渡層(Fe、N1、Cr 等)+Al2O3, (10)停機取出鋼管，(11)冷卻後檢驗(陶瓷層的厚度10mm，陶瓷層長度為20mm，陶瓷層未見裂紋及脫落現象，複合鋼管未彎曲變形)，(12)打磨端面毛刺，(13)再將部分經攪拌機混合均勻後的反應物料鬆散裝入Φ42不鏽鋼管內(長度為130mm)，(14)重複上述(4廣(10)工藝過程，(15)檢驗(陶瓷層的厚度4_，陶瓷層長度為130_，陶瓷層未見裂紋及脫落現象，複合鋼管未彎曲變形)，(16)打磨端`面毛刺，(17)陶瓷內襯複合不鏽鋼管階梯型產品。
【權利要求】
1.陶瓷內襯複合不鏽鋼管的製備方法，其特徵是該方法包括如下工藝步驟: 1)取原材料Fe2O3粉末，金屬氧化物粉末，Al粉末，SiO2粉末， 2)烘乾，溫度150~200℃，10~12小時， 3)用攪拌機混合均勻， 4)不鏽鋼管裝入離心機內並調整中心， 5)對不鏽鋼管外表面採用固態強制冷卻， 6)將經攪拌機混合均勻後的反應物料裝入不鏽鋼管內， 7)用離心機旋轉，旋轉速度800~1500轉/分， 8)用鎢絲將反應物料點燃， 9)進行鋁熱反應=Fe2O3+金屬氧化物+SiO2，反應時間5秒，反應溫度2800°C， 得到金屬過渡層及陶瓷層， 10)停機取出鋼管， 11)檢驗， 12)打磨端面毛刺， 13)陶瓷內襯複合不鏽鋼管產品， 14)採用二次成型方法，重複工藝步驟I)~12)製備出階梯型陶瓷內襯複合不鏽鋼管。
2.根據權利要求1所述的陶瓷內襯複合不鏽鋼管的製備方法，其特徵是所述的工藝步驟I)取原材料Fe2O3 4900克或700克或630克，金屬氧化物有NiO，Cr2O3 ,CrO3計2850克或180克或200克，其中NiO 2150克或55克60克；Cr203 500克或110克或120克，CrO3200克或15克或20克；A1 2280克或250克或220克，SiO2添加劑650克或50克或40克。
3.根據權利要求1所述的陶瓷內襯複合不鏽鋼管的製備方法，其特徵是所述的工藝步驟4)、5)不鏽鋼管Φ219或Φ127或Φ42，長度910mm或130mm或150mm，壁厚8mm，不鏽鋼管裝入離心機內並調整中心，不鏽鋼管外表面採用固態強制冷卻。
4.根據權利要求1所述的陶瓷內襯複合不鏽鋼管的製備方法，其特徵是所述的工藝步驟9)，金屬氧化物參與鋁熱反應，形成熱膨脹係數呈梯度變化的金屬過渡層。
5.根據權利要求1所述的陶瓷內襯複合不鏽鋼管的製備方法，其特徵是所述的工藝步驟11)冷卻後檢驗，瓷層的厚度4mm，陶瓷層未見裂紋及脫落現象，複合鋼管未彎曲變形。
6.根據權利要求1所述的陶瓷內襯複合不鏽鋼管的製備方法，其特徵是所述的工藝步驟14)，將部分經攪拌機混合均勻後的反應物料壓制後裝入Φ42不鏽鋼管內，反應物料長度為20mm，進行4)~12)工藝過程，然後再將部分經攪拌機混合均勻後的反應物鬆散裝入Φ42不鏽鋼管內長度為130mm，重複上述4) ^12)工藝過程。
7.根據權利要求1所述的陶瓷內襯複合不鏽鋼管的製備方法，其特徵是所述的工藝步驟11，14)打磨端面毛刺，形成陶瓷內襯複合不鏽鋼管階梯型產品。
【文檔編號】F16L9/14GK103557377SQ201310543199
【公開日】2014年2月5日 申請日期:2013年11月6日 優先權日:2013年11月6日
【發明者】周小新 申請人:周小新