ЗАЩИТНОЕ ПОКРЫТИЕ ДЛЯ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ ПОВЕРХНОСТЕЙ Российский патент 1997 года по МПК B22C3/00 

Изобретение относится к металлургической промышленности и может быть использовано для защиты металлических изложниц, нагреваемых металлических элементов конструкций и оборудования.

Известен способ получения покрытия на внутренней поверхности чугунных тиглей, используемых для выплавки алюминия и его сплавов, включающий подготовку поверхности, последовательное нанесение клеящего, изолирующего и фиксирующего слоев и термообработку, в котором в качестве клеящего слоя используют алюмофосфатную связку, фиксирующего слоя раствор борной кислоту, а изолирующий слой наносят путем подачи порошка оксида алюминия на клеящий слой.

Недостатком данного решения является длительность процесса получения покрытия (три последовательные стадии), сложность получения равномерного покрытия на поверхности (нанесение порошка оксида алюминия на клеящий слой).

Известно защитное покрытие для изложниц, включающее, мас.

Алюмотермический возгон 50-65
Ортофосфорная кислота 10-20
Вода Остальное,
причем, алюмотермический возгон содержит следующие компоненты, мас.

CaO 40-50
FeO 0,1-0,2
SiO₂ 0,2-0,25
V₂O₅ 1,5-2,0
Al₂O₃ Остальное
Алюмотермический возгон является отходом пирометаллургического производства ванадийсодержащих лигатур и представляет собой тонкодисперсный порошок, снимаемый с фильтров осадительных циклонов, что в плане реализации данного решения вызовет затруднения из-за ограниченной доступности предлагаемого компонента. Получение же состава аналогичного возгону искусственным путем затруднительно (дефицитный компонент V₂O₅) и потребует дополнительных затрат и оборудования.

Наиболее близким к предлагаемому является состав для получения защитного покрытия на металлических литейных формах.

Известный состав содержит, мас.

Ортофосфорную кислоту 56-61
Материал на основе оксида железа 20-24
Синтетический калиевый фторфлогопит 8-10
Борную кислоту 0,8-1,2
Вода Остальное
В качестве материала на основе оксида железа он содержит окалину и синтетический калиевый фторфлогопит в виде отходов производства литых слюдокристаллических изделий, предварительно измельченных до фракции 0,5 мм.

Приготовление состава требует дополнительных затрат (измельчение компонентов, нагрев и кипячение смеси компонентов), что повышает себестоимость покрытия и снижает экономический эффект. Кроме того, в состав введен специфический труднодоступный компонент синтетический калиевый фторфлогопит, что сужает технические возможности приготовления и использования покрытия.

Цель изобретения повышение стойкости и срока службы металлических элементов, подвергающихся агрессивному воздействию расплава металла и испытывающих термические нагрузки, снижение себестоимости покрытия.

Поставленная цель достигается тем, что защитное покрытие для металлических поверхностей, включающее материал на основе оксида металла, фосфатное связующее, борную кислоту и воду, в качестве материала на основе оксида металла содержит пыль газоочистки электротермического производства кремния в качестве фосфатного связующего алюмофосфатное, при следующем соотношении компонентов, мас.

Пыль газоочистки электротермического производства кремния 5-63
Алюмофосфатное связующее 21-51
Борная кислота 0,1-6
Вода 10-32
В отличие от прототипа в предлагаемом решении в качестве материала на основе оксида металла используется пыль газоочистки электротермического производства кремния, в качестве фосфатного связующего алюмофосфатная связка и различные пределы совпадающих компонентов.

Проведенный анализ предлагаемого технического решения и известных решений в данной области выявил следующее:
известно использование в составе покрытия борной кислоты и алюмофосфатной связки;
известно использование в составе покрытия фосфатное связки (ортофосфорная кислота) воды и огнеупорного наполнителя в виде алюмотермического возгона, содержащего оксид алюминия;
известно использование в составе защитного покрытия фосфатной связки (ортофосфорная кислота) борной кислоты, воды и материала на основе оксида железа в виде окалины.

Не выявлено решений с аналогичным с предлагаемым компонентным составом, соотношениями и предельными содержаниями компонентов.

Техническая сущность решения заключается в следующим.

Основная задача, решаемая данным решением, создание качественного, имеющего плотную, однородную структуру, высокую адгезионную способность к покрываемой металлической поверхности, высокую термостойкость и эксплуатационную стойкость. Кроме того, доступность компонентов состава и низкая себестоимость покрытия расширяют технологические возможности его использования.

Решение этих задач обеспечивается предлагаемым компонентным составом смеси и предельными соотношениями компонентов.

В предлагаемом составе покрытия в качестве огнеупорного и прочностного компонента, обеспечивающего стойкость покрытия в условиях высоких температур и агрессивного воздействия расплава металла, используется пыль газоочистки электротермического производства кремния. Химический состав (усредненный) пыли приведен в табл.1.

Размер частичек пыли менее 60 мкм.

Содержащиеся в пыли компоненты обеспечивают огнеупорные и прочностные свойства покрытия.

При термообработке покрытия образуются фосфорносиликатные и боросиликатные стекла, а присутствие карбита кремния и углерода в стеклофазе повышает стойкость покрытия и, кроме того, при покрытии металлических нагревателей, например, изготовленных из нихрома, увеличивается их излучающая способность.

При содержании в составе пыли газоочистки электротермического производства кремния мене 5 покрытие имеет недостаточную прочность, при сушке наблюдаются трещины.

При содержании пыли более 63 ухудшается кроющая способность покрытия, происходит отслаивание при сушке.

Алюмофосфатное связующее используется в составе в качестве компонента, повышающего шлакоустойчивость, эрозийную стойкость покрытия.

При содержании менее 21 снижаются эксплуатационные свойства покрытия, наблюдается зашлаковывание изложниц, снижается стойкость покрытых нихромовых нагревателей в миксерах.

При содержании более 51 наблюдается пузырение покрытия при термообработке.

Борная кислота введена в состав в количестве 0,1-6 в качестве компонента, повышающего механическую прочность и аэрозионную стойкость покрытия.

Меньшие количества борной кислоты не влияют на свойства покрытия. Введением же большего количества не достигается повышения эксплуатационных свойств, возрастает нерациональный расход компонента. Вода в количестве 10-32 используется в составе для получения необходимой консистенции покрытия, для обеспечения технологичности его нанесения.

Пример. Готовили 100 кг защитного покрытия по следующей технологии. В мешалку засыпают 40 кг пыли газоочистки электротермического производства кремния (пыль электрофильтров), затем добавляют 40 кг алюмофосфатной связки, в которую предварительно введены 2 кг борной кислоты и 12 кг воды. Полученную смесь тщательно перемешивают, добавляя в нее 18 кг воды. В приготовленный состав погружают очищенный от смазки и пыли нихромовый нагреватель, на изложницы конвейера для разливки мелкой чушки покрытие наносят кистью. После естественной сушки в течение 10 ч нагревают покрытые металлические изделия до 400^oC при скорости нагрева 20^oC/мин. После полного остывания аналогичным образом наносят второй слой покрытия, а затем после естественной сушки в течение 10 ч производят термообработку до 300^oC со скоростью нагрева 20^oC/мин.

После полного остывания нихромовый нагреватель устанавливают в миксер под токовую нагрузку, а изложницы устанавливают на литейный конвейер и окончательная термообработка защитного покрытия происходит в процессе эксплуатации.

Результаты испытаний и экспериментов по обработке оптимального состава защитного покрытия приведены в табл.2 и 3.

Предлагаемый состав защитного покрытия опробован в промышленных условиях АО БрАЗ.

Как показали эксперименты, защитное покрытие эффективно работает как при нанесении его на нихромовые нагреватели, так и на внутреннюю поверхность изложниц для отливки мелкой чушки из алюминия и силумина.

Использование: в металлургической промышленности для защиты металлических изложниц, нагреваемых металлических элементов конструкций и оборудования. Сущность изобретения: защитное покрытие включает материал на основе оксида металла, алюмофосфатное связующее, борную кислоту и характеризуется тем, что в качестве материала на основе оксида металла оно содержит пыль газоочистки электротермического производства кремния, при следующей соотношении компонентов, мас. %: пыль газоочистки электротермического производства кремния 5-63, алюмофосфатное связующее 21-51, борная кислота 0,1-6, вода остальное. 3 табл.

Защитное покрытие для металлических поверхностей, включающее кремнийсодержащий наполнитель, алюмофосфатное связующее, борную кислоту и воду, отличающееся тем, что в качестве кремнийсодержащего наполнителя она содержит пыль газоочистки электротермического производства кремния при следующем соотношении компонентов, мас.

Пыль газоочистки электротермического производства кремния 5 63
Алюмофосфатное связующее 21 51
Борная кислота 0,1 6
Вода Остальноео