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ASTM A335 Chrome Moly Pipe

自蔓燃刚玉陶瓷复合钢管

自蔓燃刚玉陶瓷复合钢管是利用自蔓延高温合成技术,即“SHS”技术复合而成,属国家高科技“863”攻关项目,是原国家冶金工业部、电力部立项重点推广的新产品,该管从内到外由陶瓷(刚玉)层、过渡层和钢层三部分组成。

陶瓷复合钢管,全称陶瓷内衬复合钢管,是采用高技术生产工艺--自蔓燃高温离合合成法制造。该管从内到外分别由刚玉陶瓷、过渡层、钢三层组成,陶瓷层是在2200℃以上高温形成致密刚玉瓷(AL2O3),通过过渡层同钢管形成牢固的结合。复合管因充分发挥了钢管强度高、韧性好、耐冲击、焊接性能好以及刚玉瓷高硬度、高耐磨、耐蚀、耐热性好,克服了钢管硬度低、耐磨性差以及陶瓷韧性差的特点。因此,复合管具有良好的耐磨、耐热、耐蚀及抗机械冲击与热冲击、可焊性好等综合性能。是输送颗粒物料、磨削、腐蚀性介质等理想的耐磨、耐蚀管道。

1、耐磨性好
陶瓷复合管由于内衬层为刚玉陶瓷(a-AL2(下标)O3(下标)下同),莫氏硬度可达9.0相当于HRC90以上。因此对各行业所输送的磨削性介质均具有高耐磨性。经工业运行证实:其耐磨寿命是淬火钢的十倍甚至几十倍。

2、运行阻力小:
陶瓷复合管由于内表面光滑程度优于任何金属管道,清水阻力系数0.0193,比无缝管稍低。

3、耐腐蚀,防结垢:
由于该管陶瓷层为(a-AL2O3),属中性物质。因此具有耐酸碱和耐海水腐蚀,并同时具有防垢等我

4、耐温性能与耐热冲击性能好:
由于该刚玉陶瓷(a-AL2(下标)O3(下标))为单一稳定的晶态组织,因此复合管可在-5--700℃温度范围内长期正常运行。材料线膨胀系数6-8*10(-6上标)/℃,约为钢管的确1/2左右。因此具有良好的热稳定性。

5、工程造价低:
陶瓷复合管重量轻,价格适宜。经同内径的铸石管重量轻35-50%;比耐磨合金

6、安装施工方便:
由于该管重量轻,且焊接性能好,因此可采用焊接、法兰、快速联结等方式,施工安装方便,且可减少安装费用。

什么是离心铸造

离心铸造是将液体金属注入高速旋转的铸型内,使金属液在离心力的作用下充满铸型和形成铸件的技术和方法。离心力使液体金属在径向能很好地充满铸型并形成铸件的自由表面;不用型芯能获得圆柱形的内孔;有助于液体金属中气体和夹杂物的排除;影响金属的结晶过程,从而改善铸件的机械性能和物理性能。 根据铸型旋转轴线的空间位置,常见的离心铸造可分为卧式离心铸造和立式离心铸造。铸型的旋转轴线处于水平状态或与水平线夹角很小(4°)时的离心铸造称为卧式离心铸造。铸型的旋转轴线处于垂直状态时的离心铸造称为立式离心铸造。铸型旋转轴线与水平线和垂直线都有较大夹角的离心铸造称为倾斜轴离心铸造,但应用很少。

centrifugal casting

离心铸造最早用于生产铸管,随后这种工艺得到快速发展。国内外在冶金、矿山、交通、排灌机械、航空、国防、汽车等行业中均采用离心铸造工艺,来生产钢、铁及非铁碳合金铸件。其中尤以离心铸铁管、内燃机缸套和轴套等铸件的生产最为普遍。对一些成形刀具和齿轮类铸件,也可以对熔模型壳采用离心力浇注,既能提高铸件的精度,又能提高铸件的机械性能。

离心铸造的优点:

1)几乎不存在浇注系统和冒口系统的金属消耗,提高工艺出品率;

2)生产中空铸件时可不用型芯,故在生产长管形铸件时可大幅度地改善金属充型能力,降低铸件壁厚对长度或直径的比值,简化套筒和管类铸件的生产过程;

3) 铸件致密度高,气孔、夹渣等缺陷少,力学性能高;

4) 便于制造筒、套类复合金属铸件,如钢背铜套、双金属轧辊等;成形铸件时,可借离心力提高金属的充型能力,故可生产薄壁铸件。

离心铸造的缺点:

1)用于生产异形铸件时有一定的局限性。

2)铸件内孔直径不准确,内孔表面比较粗糙,质量较差,加工余量大; 3)铸件易产生比重偏析,因此不适合于合金易产生比重偏析的铸件(如铅青铜),尤其不适合于铸造杂质比重大于金属液的合金。

基本原理 

很多高放热SHS体系的燃烧温度超过燃烧产物的熔点,燃烧后的产物是熔体。这种SHS体  系与常规的冶金方法相结合,产生了SHS技术,利用SHS法得到熔体,用常规冶金法处理熔体[14,15]。SHS冶金包括SHS铸造和SHS-离心技术。铝热反应由于其高放热而被广泛用于SHS冶金。其化学反应式为:    

化学反应式

SHS-离心法

在许多石油化工、电力及冶金行业,钢管的使用寿命成为人们最关心的问题,然而,由于钢管的内径小、长度大,用其它的防腐处理方法很难实现,而用此工艺便可很容易地解决。它是利用铝、镁、硅、锆等粉末与金属氧化物的高放热化学反应,依靠化学反应潜热加热反应物——陶瓷与金属或陶瓷与陶瓷。由于反应温度超过了陶瓷及金属的熔点,整个体系处于熔融状态。在离心力的作用下,熔体按密度大小分层,大密度的组分与钢管基体结合,小密度的陶瓷组分涂覆在钢管的内壁,形成陶瓷涂层。目前,涂层内衬钢管的生产技术已相当成熟。

SHS-离心法

SHS-重力法

比较直的钢管采用离心法是可以的,如果是弯管或其它不规则形状的钢管仍采用离心法显然 是不可行的,经过工程技术研究人员的努力,利用重力原理使得在SHS过程中熔体涂覆到钢管的内壁。因铝热反应产生的高温使反应物处于熔融状态,钢管中在反应物料上形成了由金属Fe及陶瓷两相熔体组成的熔池,由于Fe的密度大于涂层相的密度,在重力作用下,两熔体分离,Fe沉积于熔池的底部,熔融的涂层相浮于熔池的上部。随着自蔓延反应的进行,液面逐渐下降,导致Fe的液相和陶瓷液相依次附与钢管内壁并结晶凝固,从而在钢管内壁形成连续均匀的涂层。

其原理如图所示。

SHS-重力法原理

离心铸造工艺过程:

立式离心铸造机

金属过滤:有些合金液中有较多难于除去的渣滓,可在浇注系统中放各种过滤网清除渣子,如泡沫陶瓷过滤网、玻璃丝过滤网等。

浇注温度:离心铸件大多为管状、套状、环状件,金属液充型时遇到的阻力较小,又有离心压力或离心力加强金属液的充型能力,故离心铸造时的浇注温度可较重力浇注时低5~10°C。

离心铸造双金属耐磨管设备
离心铸造双金属耐磨管设备

铸型转速:是离心铸造时的重要工艺因素,不同的铸件,不同的铸造工艺,铸件成形时的铸型转速也不同。过低的转速会使立式离心铸造时金属液充型不良,卧式离心铸造时出现金属液雨淋现象,也会使铸件内出现疏松、夹渣、铸件内表面凹凸不平等缺陷;转速太高,铸件上易出现裂纹、偏析等缺陷,砂型离心铸件外表面会形成胀箱等缺陷,还会使机器出现大的振动、磨损加剧、功率消耗过大。所以,铸型转速的选择原则应是在保证铸件质量的前提下,选取最小的数值 熔渣利用:为克服厚壁离心铸件双向凝固所引起的皮下缩孔缺陷,可在浇注时把造渣剂与金属液一起浇入型内,熔渣覆盖在铸件内表面上,阻止内表面的散热,创建由外向里的顺序凝固条件,消除皮下缩孔。同时,造渣剂还可起精炼金属液的作用。

涂料使用:离心金属型用涂料的组成与重力金属型铸造相似。浇注细长离心铸件时,由于清除铸型工作面上的残留涂料较为困难,故涂料组成中粘结剂在高温工作后的残留强度应尽量低,以便于清除。 铸件脱型:为了提高生产效率,在保证质量的前提下,应尽早进行铸件的脱型。有时为了防止铸件的开裂,脱型后的铸件应立即放入保温炉或埋入砂堆中降温。对一些不易脱型又需缓冷防裂的铸件,则可在铸型停止转动后立刻把有铸件的铸型从离心铸造机上取下,埋入砂堆中缓慢冷却,至室温时在行脱型。 浇注系统:离心铸造时的浇注系统主要指接受金属的浇杯和与它相连的浇注槽,有时还包括铸型内的浇道。 浇注定量:离心铸件内径常由浇注金属液的数量决定,故在离心浇注时,必须控制浇入型内的金属液数量,以保证内径大小。

刚玉

刚玉(Corundum)名称源于印度,系矿物学名称,宝石学上具备宝石条件的称红宝石(Ruby)、蓝宝石(Sapphire)。刚玉Al2O3的同质异像主要有三种变体,分别为α-Al2O3、β-Al2O3、γ-Al2O3、,根据X衍射分析确还有η-Al2O3(等轴晶系)、ρ-Al2O3(晶系不确定)、χ-Al2O3(六方晶系)、κ-Al2O3(六方晶系)、δ-Al2O3(四方晶系)、θ-Al2O3(单斜晶系)。刚玉颜色多种,有无色、白、金黄(色素离子Ni、Cr)、黄(色素离子Ni)、红(色素离子Cr)、蓝(色素离子Ti、Fe) 、绿(色素离子Co、Ni、V)、紫(Ti、Fe、Cr)、棕、黑(色素离子Fe、Fe)、白炽灯下蓝紫、日光灯下红紫效应(色素离子V)。  刚玉是一种由氧化铝(Al2O3)的结晶形成的宝石。掺有金属铬的刚玉颜色鲜红,一般称之为红宝石;而蓝色或没有色的刚玉,普遍都会被归入蓝宝石的类别。  

刚玉在摩氏硬度表中位列第9级。比重为4.00,有六角柱体的晶格结构。因刚玉的硬度,和相对比钻石更低廉的价钱,它成为了砂纸及研磨工具的好材料。  

刚玉有玻璃光泽,硬度9。比重395-410。在高温富铝贫硅C的条件下形成,主要与岩浆作用、接触变质及区域变质作用有关。  

刚玉是铝矾土为主要原料经矿业炉炼出的人造材料,可做磨料和耐火材料。纯度较高的为白色叫白刚玉,含有少量杂质的为棕色叫棕刚玉。

SHS-自蔓燃陶瓷复合管特点

1、耐磨性好
陶瓷复合管由于内衬层为刚玉陶瓷(a-AL2O3),莫氏硬度可达9.0相当于HRC90以上。因此对冶金、电力、矿山、煤炭等行业所输送的磨削性介质均具有高耐磨性。经工业运行证实:其耐磨寿命是淬火钢的十倍甚至几十倍。

2、运行阻力小
SHS陶瓷复合管由于内表面光滑、且永不锈蚀,也不象无缝钢管内表面有凸状螺旋线存在。经有关检测单位对内表面粗糙度及清水阻力特性测试,其内表面光滑度优于任何金属管道,清阻力系数为0.0193,比无缝管稍低。因此该管具有运行阻力小等特点,可减少运行费用。

3、耐腐蚀、防结垢
由于该钢陶瓷层为(a-AL2O3),属中性特质。因此具有耐酸碱和耐海水腐蚀,并同时具有防垢等特性。

4、耐温性能与耐热冲缶性能好
由于该刚玉陶瓷(a-AL2O3),为单一稳定的晶态组织。因此复合管可在-50--700℃温度范围内长期正常运行。材料线膨胀系数6-8×10-6/0C,约为钢管的1/2左右。材料具有良好的热稳定性。

5、工程造价低
陶瓷复合管重量轻,价格适宜。比同内径的铸石管重量轻50%;比耐磨合金管重量轻20-30%,且耐磨、耐蚀性好,因为使用寿命长,从而支吊架费用、搬运费、安装费以及运行费用降低。经有关设计院和施工单位工程预算和工程实际比较,该管工程造价与铸石相当,与耐磨合金管相比,工程造价下降20% 左右。

6、安装施工方便
由于该管重量轻,且焊接性能好。因此可采用焊接、法兰、快速联结等方式,施工安装方便,且可减少安装费用。

四、其他知识
陶瓷钢管与传统的钢管、耐磨合金铸钢管、铸石管以及钢塑、钢橡管等有着本质性区别。陶瓷钢管外层是钢管,内层是刚玉。刚玉层维氏硬度高达100—1500(洛氏硬度为90-98),相当于钨钴硬金。耐磨性比碳钢管高20倍以上,它比通常粘接而成的刚玉砂轮性能优越得多。现在刚玉砂轮仍是各种磨床削淬火钢主要砂轮。陶瓷钢管中刚玉层可把刚玉砂轮磨损掉。陶瓷钢管抗磨损主要是靠内层几毫米厚的刚玉层,其莫氏硬度为9,仅次于金刚石和碳化硅,在所有氧化物中,它的硬度是最高的。

内衬陶瓷耐磨钢管是采用自蔓延高温合成——离心法制造的,陶瓷钢管中刚玉熔点为2045℃,刚玉层与钢层由于工艺原因结构特殊,应力场也特殊。在常温下陶瓷层受压应力,钢层受到拉应力,二者对立统一,成一个平衡的整体。只有温度升高到400℃以上,由于二者热膨胀系数不一样,热膨胀产生的新应力场和使陶瓷钢管中原来存在的应力场相互抵消,使陶瓷层与钢铁层两者处于自由平衡状态。当温度升高到900℃把内衬陶瓷耐磨钢管放入泠水内,反复浸泡多次,复合层不裂缝或崩裂,表现出普通陶瓷无可比拟的抗热冲击性能。这一性能在工程施工中大有用处,由于其外层是钢铁,加之内层升温也不崩裂,在施工中,对法兰、吹扫口、防爆门等能进行焊接,也可用直接焊接方法进行连接,这比耐磨铸石管、耐磨铸钢管、稀土耐磨钢管、双金属复合管、钢塑管、钢橡管在施工中不易焊接或不能焊接更胜一筹。内衬陶瓷耐磨钢管抗机械冲击性能也好,在运输、安装敲打以及两支架间自重弯曲变形时,复合层均不破裂脱落。
目前,数十家火电厂实践表明:内衬陶瓷耐磨钢管抗磨损能力高,抗流体冲刷能力强。在一次风管中,弯管磨损最快,内衬陶瓷耐磨钢管弯管的耐磨性比厚壁的耐磨铸钢弯管提高5倍以上。

在实践中,内衬陶瓷耐磨钢管使用1-2年后打开观察并测量,复合层均无明显的磨损或脱落,在相同规格和单位长度的管道方面,内衬陶瓷耐磨钢管重量只有耐磨铸钢管或双金属复合管的1/2左右,其每米工程造价降低30-40%,只有铸石管和稀土耐磨钢管重量的2/5左右,每米工程造价降低20%以上。在腐蚀或高温场所下使用的内衬陶瓷耐磨钢管,其价格只有不锈钢管、镍钛管的几分之一。
流体管道输送不仅应用于电力行业、而且遍及冶金、煤炭、石油、化工、建材、机械等行业。当管道内输送磨削性大的物料时(如灰渣、煤粉、矿精粉、尾矿水泥等),都存在一个管道磨损快的问题,尤其是弯管磨损快;当管道内输送具有强烈腐蚀性气体、液体或固体时,都存在管道被腐蚀从而被很快破坏的问题;当管道内输送具有较高温度的物料时,存在着使用耐热钢管价格十分昂贵等问题。内衬陶瓷耐磨钢管的面市,这些问题均迎刃而解。

Abrasion resistant pipe specification, Standard and identification

Because the outer surface behaves like mild steel, the product can be cut and welded with proper procedure in the field, configured into a variety of fittings, and can accept the standard end options of flanges, weld rings and couplings.

Application of Abrasion resistant pipe

Abrasion resistant pipe applied in coal-fired power plant ash and slag discharge tube, powder, powder tube, desulfurization pipeline,in addition also widely used in the following industries:

ceramic-tile-lined-pipe_process-Ceramic-patch
Elbows& Bends in Bottome ash

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