基于电磁力和机械压力的内衬陶瓷复合钢管生产装置制造方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种基于电磁力和机械压力的内衬陶瓷复合钢管生产装置，包括一个放置钢管并驱动其转动的机架，一个向钢管内输送铝热剂的螺旋输送机，以及一个驱动螺旋输送机沿钢管轴向移动的行车，在螺旋输送机前端筒体上设置有点燃铝热剂的点火电极，压料圆盘固定连接在螺旋输送机筒体前端，压料圆盘上设有出料槽，一对磁场磁极固定在出料槽两侧，一对导电电极垂直于磁场磁极安装。本实用新型装置充分利用了电磁力和机械压力，在钢管内壁上形成了致密的氧化铝陶瓷内衬涂层，可以生产使用性能更高的内衬陶瓷复合钢管，增加产品的使用寿命。
【专利说明】基于电磁力和机械压力的内衬陶瓷复合钢管生产装置
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种内衬陶瓷复合钢管的生产装置，特别是涉及一种利用电磁力和机械压力生产内衬陶瓷复合钢管的装置。
【背景技术】
[0002]内衬陶瓷复合钢管从内到外由陶瓷层、过渡层、钢管三层组成，陶瓷层是在2200°C以上高温形成的致密刚玉瓷(Al2O3),通过过渡层与钢管形成牢固的结合。复合钢管充分发挥了钢强度高、韧性好、耐冲击、焊接性能好以及刚玉瓷高硬度、高耐磨、耐蚀、耐热性好的特点，克服了普通钢管硬度低、耐磨性差以及陶瓷韧性差的不足。因此，内衬陶瓷复合钢管具有良好的耐磨、耐热、耐蚀及抗机械冲击与热冲击、可焊性等综合性能，成为输送颗粒物料，磨削、腐蚀性介质等的理想耐磨、耐蚀管道。
[0003]制备内衬陶瓷复合钢管的主要方法包括:钢管内壁镶装陶瓷管技术、内表面复合(喷涂和离子注入)技术、高分子聚合物内衬技术、自蔓延-离心技术等。其中内壁镶装陶瓷管技术是用有机粘接剂或低熔点金属粘结剂连接陶瓷管与钢管，结合强度低、耐机械冲击性差；内表面复合技术对于较小管径或较长的钢管无能为力；高分子聚合物内衬复合钢管的耐蚀性好，但存在吸水、老化等缺点，其致命的弱点是使用温度低。
[0004]目前，自蔓延-离心技术已广泛应用于内衬陶瓷复合钢管的制造中，且已经开发出了利用自蔓延-离心技术生产内衬陶瓷复合钢管的成套装置。以自蔓延-离心技术制备内衬陶瓷复合钢管的关键是离心力大小的控制。在小的离心力下，自蔓延产生的气体难以排出，在陶瓷层产生气孔，生产的产品耐腐蚀性、耐冲刷性等都会大大下降；如果离心力较大，陶瓷层又会与钢管基体层分开产生裂缝。
[0005]现有内衬陶瓷复合钢管生产装置的离心力是通过控制钢管的旋转速度来实现的，根据公式F=mXrXw2,其m、r 一定,只有通过提高w来增加F的大小。因此，电机的最大转速就成为了制约离心力大小的瓶颈，限制了一些高规格要求产品的生产。
【发明内容】
[0006]本实用新型的目的是克服现有内衬陶瓷复合钢管生产装置离心力不足的问题，提供一种基于电磁力和机械压力的内衬陶瓷复合钢管生产装置，以依靠外在力量生产陶瓷层更致密的内衬陶瓷复合钢管产品，提高内衬陶瓷复合钢管的使用性能。
[0007]本实用新型提供的基于电磁力和机械压力的内衬陶瓷复合钢管生产装置包括:
[0008]一个机架，在所述机架上设置有若干对滚轮，用于放置欲涂覆内衬陶瓷的钢管，驱动钢管在机架上原位转动；
[0009]一个行车，位于机架一侧，可沿钢管轴向往复移动；
[0010]一个安装在行车上的螺旋输送机，包括一个前端开口的筒体、位于输送机筒体后端的进料斗、以及安装于筒体内以将由进料斗进入的铝热剂输送至筒体前端的螺旋导杆；所述螺旋输送机的筒体可伸入在机架上的钢管内，随行车的移动在钢管内移动；在所述筒体的前端开口下方连接有一块圆弧形的挡板，所述挡板的下沿与钢管内壁接触；
[0011]一对点火电极，安装在螺旋输送机出口端的筒体上，通电后点火电极之间产生的电弧可将输送至螺旋输送机筒体前端开口处的铝热剂点燃，发生铝热反应形成混合熔料；
[0012]一个固定连接在螺旋输送机筒体前端开口上的压料圆盘，所述压料圆盘与钢管同轴设置，压料圆盘的外周与钢管内壁之间形成相当于钢管内衬陶瓷厚度的环形间隙，在所述压料圆盘与螺旋输送机筒体前端挡板相对的平面上设有一个向下的出料槽，由所述出料槽与螺旋输送机筒体前端的挡板构成一个上开口端与螺旋输送机筒体内连通、下开口端与环形间隙连通的料液积聚池；
[0013]一对磁场磁极，以异性磁极相对的方式固定在压料圆盘的出料槽两侧,磁力线水平穿过所述料液集聚池；
[0014]—对导电电极,相对分别安装在所述压料圆盘和挡板上,垂直于一对磁场磁极，以在向料液集聚池内的混合熔料通电时，在磁场作用下产生向下的洛伦兹力。
[0015]其中，所述磁场磁极和导电电极的安装位置并不是唯一的，只要其彼此之间的安装位置能够满足产生的洛伦兹力朝向下方即可。
[0016]本实用新型上述装置中，所述的一对磁场磁极包括一个长磁场磁极和一个短磁场磁极，所述短磁场磁极不长出压料圆盘的出料槽，长磁场磁极长出出料槽，并与钢管内壁接触，以构成一个侧向的挡片。所述长磁场磁极与短磁场磁极之间的相对位置满足以长磁场磁极为起点，钢管由长磁场磁极向短磁场磁极方向转动。所述长磁场磁极与螺旋输送机筒体前端的挡板一起，阻挡从出料槽流出的混合熔料向钢管旋转方向的反方向以及螺旋输送机的移动方向流动，而只是聚集在钢管内壁的待涂覆内衬陶瓷区域，以便于压料圆盘将其挤压密实。
[0017]本实用新型装置还在所述螺旋输送机的筒体外侧设置有若干个支撑架，用于将螺旋输送机支撑在钢管内，稳定移动。所述支撑架由一个圆环套，以及圆环套外部对称布置的若干个长度可调的支柱组成，所述圆环套的内径与筒体外径配合，固定在筒体上，支柱的末端顶紧在钢管的内壁上。
[0018]优选地，本实用新型还在所述支柱的末端安装有定位珠，定位珠的钢珠与钢管内壁接触，使得钢管能够在支撑架上平稳旋转。
[0019]为了适合对不同管径、不同长度的钢管涂覆内衬陶瓷，所述螺旋输送机由多个单元构件螺纹连接组成，可以根据钢管的长度选择增加或减少单元构件的个数，优选地，每个单元构件的长度为I米。进而，本实用新型所述支撑架的支柱长度可调，以适应不同的管径。
[0020]其中，还可以将所述螺旋导杆的末端活动连接在所述压料圆盘上，以进一步增强装置各部分的稳定性。
[0021]本实用新型中的压料圆盘采用耐高温的绝缘材料制作。
[0022]本实用新型的内衬陶瓷复合钢管生产装置利用电磁力和机械压力在钢管内壁上涂覆内衬陶瓷。首先通过电机带动螺旋导杆运输铝热剂，并在筒体内以点火电极将其点燃，利用铝热反应产生的高温，使铝热剂自蔓延燃烧反应生成液态Al2O3和Fe成为混合熔料；其次再通过压料圆盘部分产生的电磁力将熔融氧化铝陶瓷与铁液分离，由于液态的铁是导电的，在导电电极直流电源供电的情况下处于通电状态，在两侧磁性材料的磁场作用下，产生符合公式F=BX I XL (F:洛伦兹力；B:磁场强度；1:电流强度；L:导电液体长度)的洛伦兹力，使铁液与氧化铝分离，铁液位于氧化铝液体的下面；最后，通过压料圆盘的机械压力将自蔓延产生的熔料挤压在钢管内壁上，形成密实的内衬层。
[0023]本实用新型装置充分利用了电磁力和机械压力，以机械压力和电磁力取代离心力，在钢管内壁上形成了致密的氧化铝陶瓷内衬涂层。本实用新型装置克服了自蔓延-离心技术生产内衬陶瓷复合钢管离心力不足的缺点，可以生产使用性能更高的内衬陶瓷复合钢管，增加产品的使用寿命，并根据使用需要，生产具有不同内衬陶瓷厚度的复合钢管。
【专利附图】
【附图说明】
[0024]图1是本实用新型内衬陶瓷复合钢管生产装置的结构示意图。
[0025]图2是在本实用新型内衬陶瓷复合钢管生产装置上安装钢管的结构示意图。
[0026]图3是图1中压料圆盘部分的结构示意图。
[0027]图4是图1中压料圆盘的正视图。
[0028]图5是图3的A-A剖视图。
[0029]图6是图1中支撑架部分的结构示意图。
[0030]图中:I一钢管，2—机架，3—行车，4一滚轮，5—螺旋输送机，6—压料圆盘，7—滚轮电机，8—螺旋输送机电机，9一点火电极，10—导电电极，11一磁场磁极，401—环形间隙，501—进料斗，502—螺旋导杆，503—筒体，504—挡板，505—支撑架，601—出料槽，602—料液集聚池，5051—圆环套，5052—支柱，5053—定位珠，1001—导电电极正极，1002—导电电极负极，1101一磁场磁极N极，1102一磁场磁极S极，1103一挡片。
【具体实施方式】
[0031]图1提供了一种内衬陶瓷复合钢管生产装置，主要由机架2、行车3、滚轮4、螺旋输送机5、压料圆盘6、滚轮电机7、螺旋输送机电机8、点火电极9、导电电极10和磁场磁极11几部分构成。
[0032]在机架2上安装有若干对滚轮4，每对滚轮4都包括有一个主动轮和一个从动轮，所述主动轮均固定连接在滚轮电机7的转轴上，由滚轮电机7驱动转动。
[0033]行车3安装在机架2的一侧，并在行车3上固定有螺旋输送机5，行车3带着螺旋输送机5沿钢管轴向移动。螺旋输送机5由筒体503、螺旋导杆502和进料斗501组成，螺旋导杆502安装在筒体503内，螺旋输送机5的末端筒体上安装有进料斗501。其中筒体503和螺旋导杆502均由多个单元构件螺纹连接组成，每个单元构件长度I米，两端均设有螺纹，可以方便的连接组合成各种长度的螺旋输送机。在筒体503的前端开口处下方还安装有一块挡板504。行车3上还安装有螺旋输送机电机8，与螺旋导杆502连接，驱动螺旋导杆502在筒体503内转动，将由进料斗501进入的铝热剂向前输送。
[0034]在螺旋输送机5的筒体503外侧还安装有若干个支撑架505，所述支撑架505的结构如图6所示，由圆环套5051和支柱5052构成，其中圆环套5051的内径与筒体503的外径配合，被固定在筒体503的外部，在圆环套5051上呈十字形安装有4个支柱5052，所述支柱5052的长度可调节，在支柱5052的前端还安装有定位珠5053。
[0035]—对点火电极9被安装在螺旋输送机5的前端筒体503上,所述一对点火电极9的内侧尽可能的接近，外侧分别与电源的正负极相连。
[0036]压料圆盘6的结构如图3、图4所示，固定连接在螺旋输送机5的筒体503前端开口上，并将螺旋导杆502活动连接在压料圆盘6上。在压料圆盘6与螺旋输送机筒体503前端挡板504相对的平面上设有一个开口向下的出料槽601，由出料槽601与挡板504共同围出一个料液积聚池602，从图5可以看出，该料液集聚池602的上开口端与螺旋输送机筒体503内连通。
[0037]如图4、图5所不,一对磁场磁极11以异性磁极相对的方式固定在压料圆盘6的出料槽601两侧，使其磁力线能够水平穿过料液集聚池602。图4左侧、图5右侧为磁场磁极S极1102，图4右侧、图5左侧为磁场磁极N极1101。其中，磁场磁极N极1101长出出料槽601 —段长度，形成一个挡片。
[0038]如图3, —对导电电极10相对分别安装在压料圆盘6和挡板504上,垂直于一对磁场磁极11。其中导电电极正极1001安装压料圆盘6上(图4)，导电电极负极1002安装在挡板504上(图5)。
[0039]图2是在图1装置上安装钢管后的使用状态图。从图2中可以看出，钢管I被放置在机架2的滚轮4上，滚轮电机7驱动滚轮4，带动钢管I在机架2上原位顺时针转动。螺旋输送机5伸入在钢管I内，支撑架505上定位珠5053的钢珠与钢管内壁接触，将螺旋输送机5稳固支撑在钢管I内，并使钢管I在支撑架505上平稳旋转。筒体503前端挡板504的下沿也与钢管I内壁接触。随着钢管I的转动和螺旋输送机5的运转，行车3同步带动螺旋输送机5向螺旋输送机的进料斗方向移动，逐步退出钢管I。螺旋输送机5前端的压料圆盘6与钢管I为同轴设置，在压料圆盘6的外周与钢管I的内壁之间形成了一个相当于钢管内衬陶瓷厚度的环形间隙401，料液积聚池602的下开口端与该环形间隙401连通。
[0040]本实用新型的工作过程如下:在水平放置的机架2上放置钢管1，根据钢管I的长度，组装好具有满足长度的螺旋导杆502和筒体503的螺旋输送机5，驱动行车3，把螺旋输送机5送入钢管I内，使压料圆盘6位于钢管I的最前端，调节支撑架505，将螺旋输送机5的筒体503固定。开动滚轮电机7，使钢管I在滚轮4的驱动下顺时针原位转动。把混合好的由铝粉和氧化铁粉组成的铝热剂装入进料斗501中，开动螺旋输送机电机8，将铝热剂运送到螺旋输送机5的筒体503前段。点火电极9通电产生电弧，将铝热剂点燃，使铝热剂自蔓延燃烧并发生铝热反应，产生由氧化铝熔液和铁液组成的混合熔料。混合熔料从筒体503前端出口通过料液集聚池602的上开口端流入料液集聚池602内。同时导电电极10通电，此时料液集聚池602内已经充满混合熔料，会有电流通过混合熔料，在垂直于导电电极10的两侧磁场磁极11作用下，对混合熔料中的铁液产生向下的洛伦兹力，结合其自身重力作用，铁液沉积在料液集聚池602下方，氧化铝熔液覆盖在铁液上，从料液集聚池602下方出口流出到压料圆盘6与钢管I内壁之间的环形间隙401中，被压料圆盘6压紧在钢管I内壁上并凝固形成氧化铝陶瓷内衬。驱动行车3带动螺旋输送机5逐步离开钢管，随着钢管I的转动，以持续在钢管I内壁上螺旋涂覆内衬陶瓷。流出料液集聚池602的熔料被挡板504阻挡不能向右侧流动，被挡片1103阻挡不能向纸面内流动，同时纸面的前侧和左侧形成了已经凝固的内衬陶瓷，从而将熔料限制在只能集聚于环形间隙401内，利于其被压料圆盘6紧密挤压压实，实现了机械压力生产内衬陶瓷钢管。
【权利要求】
1.基于电磁力和机械压力的内衬陶瓷复合钢管生产装置，包括: 一个机架，在所述机架上设置有若干对滚轮，用于放置欲涂覆内衬陶瓷的钢管，驱动钢管在机架上原位转动； 一个行车，位于机架一侧，可沿钢管轴向往复移动； 一个安装在行车上的螺旋输送机，包括一个前端开口的筒体、位于输送机筒体后端的进料斗、以及安装于筒体内以将由进料斗进入的铝热剂输送至筒体前端的螺旋导杆；所述螺旋输送机的筒体可伸入在机架上的钢管内，随行车的移动在钢管内移动；在所述筒体的前端开口下方连接有一块圆弧形的挡板，所述挡板的下沿与钢管内壁接触； 一对点火电极，安装在螺旋输送机出口端的筒体上，用于将输送至螺旋输送机筒体前端开口处的铝热剂点燃发生铝热反应产生混合熔料； 一个固定连接在螺旋输送机筒体前端开口上的压料圆盘，所述压料圆盘与钢管同轴设置，压料圆盘的外周与钢管内壁之间形成相当于钢管内衬陶瓷厚度的环形间隙，在所述压料圆盘与螺旋输送机筒体前端挡板相对的平面上设有一个向下的出料槽，由所述出料槽与螺旋输送机筒体前端的挡板构成一个上开口端与螺旋输送机筒体内连通、下开口端与环形间隙连通的料液积聚池； 一对磁场磁极，以异性磁极相对的方式固定在压料圆盘的出料槽两侧，磁力线水平穿过所述料液集聚池； 一对导电电极，相对分别安装在所述压料圆盘和挡板上，垂直于一对磁场磁极，以在向料液集聚池内的熔融物料通电时，在磁场作用下产生向下的洛伦兹力。
2.根据权利要求1所述的内衬陶瓷复合钢管生产装置，其特征是所述一对磁场磁极包括一个长磁场磁极和一个短磁场磁极，所述短磁场磁极不长出压料圆盘出料槽，长磁场磁极长出出料槽，与钢管内壁接触，构成侧向的挡片，所述钢管以长磁场磁极为起点，由长磁场磁极向短磁场磁极方向转动。
3.根据权利要求1所述的内衬陶瓷复合钢管生产装置，其特征是所述螺旋导杆的末端活动连接在所述压料圆盘上。
4.根据权利要求1所述的内衬陶瓷复合钢管生产装置，其特征是在所述螺旋输送机的筒体外侧设置有若干个支撑架，所述支撑架由一个圆环套，以及圆环套外部对称布置的若干个长度可调的支柱组成，所述圆环套的内径与筒体外径配合，固定在筒体上，支柱的末端顶紧在钢管的内壁上。
5.根据权利要求4所述的内衬陶瓷复合钢管生产装置，其特征是在所述支柱的末端安装有定位珠，所述定位珠的钢珠与钢管内壁接触。
6.根据权利要求1所述的内衬陶瓷复合钢管生产装置，其特征是所述螺旋输送机由多个单元构件螺纹连接组成。
7.根据权利要求6所述的内衬陶瓷复合钢管生产装置，其特征是所述螺旋输送机每个单元构件的长度为I米。
【文档编号】C23C24/10GK204174281SQ201420583210
【公开日】2015年2月25日 申请日期:2014年10月10日 优先权日:2014年10月10日
【发明者】李玉新, 白培康, 李龙阳, 刘斌, 王建宏 申请人:中北大学