混凝土泵送管道的低碳技术与工程研究_黄启有.pdf
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1、 :混凝土泵送管道的低碳技术与工程研究黄启有,周朝辉,黄晓研,田桂萍,李盼,周洲(长沙天赋机械设备有限公司,长沙 ;建筑材料工业技术情报研究所,北京 )摘要:针对市场上混凝土泵车的单层弯管不耐磨、双层弯管价格贵的问题,在耐磨管道方面进行颠覆性的低碳技术创新,设计出独特的新型组合结构耐磨管件,破解了轴承钢材料成型焊接等关键结构工艺难题。基于轻装、耐磨、低耗、廉价、高效的管道,首次提出我国混凝土管业资源节约型降耗的方案,主张管道的低碳技术与工程研究。关键词:资源节约;泵送耐磨管道;低碳技术;降耗减排案例;工程研究 ,(,;,):,:;收稿日期:作者简介:黄启有(),教授级高工 :管道制造业作为支撑
2、油气输送、工程机械、矿产资源开发等领域的基础性行业,其中混凝土泵送管道受泵车臂架载荷的限制,必须平衡耐磨材料来源、工艺可行性以及经济性。如何巧妙兼顾,局部加强以及采用耐磨性能不同的材料组合的关键结构工艺技术,将管道使用寿命、轻量化指标、性价比提升到国际领先水平,加快混凝土泵送乃至各行管业输送管道低碳技术的高质量发展,已客观地摆在我们面前。通过与主机厂家的技术交流,了解到混凝土泵车的单层弯管不耐磨、易爆裂,双层弯管的成本高、性价比低,其关键结构工艺的核心技术是一个不易破解的难题。为此,历经十余年时间、上百次工艺改良、近千次实验优化、近百万工件检验,首创 焊接技术在 材料焊接上的应用,破解了轴承钢
3、材料成型焊接等难题。基于轻装、耐磨、低耗、廉价、高效的管道,首次提出我国混凝土管业资源节约型降耗可持续实现温室气体减排的方案,主张其管道的低碳技术与工程研究。混凝土泵送管道关键结构工艺的低碳技术研究问题导向一是对泵车弯管的失效形式进行了统计与分析,得出了泵车弯管的主要磨损方式和区域;二是针对磨损建材世界 年第 卷第期区域的失效情况,选取合适的耐磨材料;三是针对耐磨材料进行热处理工艺优化、配方优化,提升材料耐磨性能;四是确定好耐磨材料后,进行结构设计优化,保证管道的正常流道不变,提升局部磨损区域的耐磨性能;五是各部件成型工艺技术研究,解决外观起皱、组焊开裂等问题。技术关键)弯管是关键:一种耐磨抗
4、冲击两分双层弯管,它的主要创新点是将一种特殊的弯管结构应用推广到混凝土泵送行业;耐磨抗冲击两分双层弯管的目的是克服现有技术中弯管存在的低耐磨性及低抗冲击能力的缺点,提供一种两分双层式耐磨、抗冲击弯管。设计出独特的新型组合结构耐磨管件,为混凝土泵送乃至各行管业提供共性技术。)关键轴承钢:砼管重量作为混凝土泵车臂架上的负载部件,直接关系到泵车总体设计、臂架系统的疲劳强度和安全性。轻装耐磨为首选:按“等寿命设计、新配方铸就、热处理优化、冷拉法外管”补齐短板,研发了管道制备焊接、装配、热处理等组合工艺,优化应用钨极气体保护焊()技术,解决了高碳铬轴承钢的自动焊接技术难题。革新层面按等寿命设计补齐短板)
5、直管:直管由外管、内管和两端加强耐磨套组成。外管两端焊接有连接法兰用于管与管的连接,中间内管采用 耐磨材料,多段组合。直管的两端如果是连接弯管,当混凝土从弯管流入时,由于流向突变,靠近弯管的直管口端(流场分析中速度梯度较高段)会受到更多的磨损,因此在直管两端布置有三个高耐磨高铬铸铁耐磨套加强局部作用,补强过磨损部位。此举达到等寿命的同时没有增加管体重量,达到了轻量化设计的目的。)弯管:弯管结构设计同样运用了易磨损部位补强理念。当混凝土流过弯管时,流向被改变,弯管外侧弓部混凝土流速最快,离心力最大,弓部磨损最严重,因此除了采用高耐磨的高铬铸铁外,弓部也被局部加厚。弯头内侧流速较慢,压力较小,则只
6、需采用普通 耐磨材料,厚度较薄也能满足计算寿命的要求。因此,弯头在耐磨材料有限增加前提下,达到管道等寿命目的,提高了弯头整体使用寿命。通过对弯管外侧弓部加厚量的设定可以调节弯管的使用寿命,避免浪费。也可以采用更耐磨的弓部材料在不增加重量的前提下达到更高使用寿命。按新配方铸就补齐短板)高铬铸铁配方:在国家标准的基础上对高铬铸铁成份进行优化,对、的要求更高,其中、的含量,增补的含量,提高了的含量,使高铬铸铁的耐磨性能以及机械性能发挥到最优。)漏包浇注吹氩:高铬铸铁的浇注过程中,采用漏包浇注以及吹氩来提高其铸件的纯净度,从显微组织来看,铸件纯净度高,杂质少。)硬度明显增强:高铬铸铁硬度范围 ,平均硬
7、度 。按热处理优化补齐短板)内管整体淬火:()一种耐磨材料的成功运用离不开与之相对应的热处理工艺。与南钢合作,特制了专用高铬耐磨钢钢号:,增加了淬透性元素,使淬火后的金相组织更加均匀细腻。()直管产品设计采用分段式耐磨内管,是因为耐磨内管必须采用整体淬火才能满足,内管任何局部都需保证金相组织一致性的要求,只有这样才能没有不合格的局部组织,保证等寿命。)内管热处理工艺:()通过试验得出 材料最佳热处理工艺:随炉加热()保温时间()油温淬火(油温 ,在油)低温回火()。()按以上热处理工艺,材料硬度达到 为合格,金相组织得到 级以上的极细的碳化物合金组织,马氏体达到,奥氏体。()材料制成的内管经以
8、上热处理后达到使用寿命的要求。()通过对热处理工艺优化,选用合适的加热速度、保温时间、冷却时间、回火温度等过程控制参数,高铬铸铁热处理后,金相组织达到最优。()试样显微组织为马氏体细粒状碳化物回火马氏体少量残余奥氏体共晶碳化物条片状碳化物。)内管耐磨比较:内管选用轴承纲 ,含有 碳、铬,热处理后有均匀建材世界 年第 卷第期分布的碳化物,硬度 ,其耐磨性能高于常见双层直管 的 以上。)外管热处理特性:通过试验得出 材料的外管热处理特性:无缝钢延伸率达到 ,抗拉强度 ,屈服强度 ,且有效消除了外管的残余应力。)内管在线测控:()激光分组别类检测圆度、涡流,超声波交叉检测裂纹;()洛氏硬度计全检内管
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