СПОСОБ НАНЕСЕНИЯ КОРРОЗИЙНО-СТОЙКОГО ПОКРЫТИЯ НА РАБОЧУЮ ПОВЕРХНОСТЬ ЛОЩИЛЬНЫХ И КРЕПИРУЮЩИХ ЦИЛИНДРОВ Российский патент 2009 года по МПК D21F3/08 C23C4/06 C23C4/02 C23C4/18 

Предлагаемый способ относится к бумагоделательному производству и может быть использован при ремонте лощильных и крепирующих цилиндров без снятия их с рабочей позиции.

Известен способ обработки ответственных поверхностей изделий, изготовленных из стали или чугуна, который включает диффузионное насыщение (цементацию) поверхностного слоя стальных деталей углеродом и последующую термическую обработку (Лахтин Ю.М. Металловедение и термическая обработка металлов. - М.: Металлургия, 1984. - 360 с.). Он позволяет получить твердый поверхностный слой, способствующий повышению износостойкости при сохранении вязкого подслоя.

Недостатками этого способа являются значительная длительность и сложность процесса, необходимость защиты поверхностей, не подлежащих обработке; он не отвечает в полной мере требованиям экологии, не создается необходимый микрорельеф на рабочей поверхности изделия, и не обеспечивается в полной мере требуемая износостойкость.

Известен способ электромеханической поверхностной обработки изделий (Аскинази Б.М. Упрочнение и восстановление деталей электромеханической обработкой. - Л.: Машиностроение, 1989. - 184 с. - принят за аналог), который во многом устраняет недостатки, отмеченные в упомянутом выше способе.

Однако данный способ обработки не обеспечивает требуемой износостойкости изделий, изготовленных из конструкционных сталей с малым содержанием углерода или из чугуна.

Известен способ (а.с. 2086698, С23С 8/36) поверхностной обработки металлических подложек для повышения коррозийной стойкости, включающей в себя импульсную обработку поверхности подложки пучком интенсивной высокотемпературной плазмы, создаваемой коаксиальным плазменным ускорителем эрозионного типа. Способ обеспечивает быстрое нагревание поверхностной области подложки, модифицируя ее металлургическую структуру, без существенного нагрева нижележащей основной массы подложки, за которым следует быстрое охлаждение, благодаря чему подавляются зарождение и рост кристаллов и не происходят фазовая сегрегация и сепарация добавок или составляющих подложки.

Однако данный способ не применим для обработки крупногабаритных деталей диаметром 2,0÷6,0 м.

Прототипом предлагаемого изделия является Способ поверхностной обработки по патенту 2197557, С23С 8/66, 24/00, который обеспечивает повышение износостойкости конструкционных малоуглеродистых сталей путем их науглероживания и электромеханической обработки поверхностного (диффузионного) слоя, в том числе в условиях действующего производства.

Этот способ включает диффузионное насыщение поверхностного слоя углеродом путем нанесения графитового слоя, нагрев поверхностного слоя и охлаждение. Одновременно с нанесением графитового слоя осуществляют механическое воздействие рабочим инструментом при давлении инструмента на изделие до 250 МПа и нагрев поверхностного слоя изделия, причем нагрев осуществляют путем пропускания электрического тока силой 450-650 А через зону контакта рабочего инструмента с изделием со скоростью обработки изделия 0,6-2,5 м/мин.

Целью предлагаемого изобретения «Способ нанесения коррозийного покрытия на рабочую поверхность лощильных и крепирующих цилиндров» является восстановление работоспособности уникального, дорогостоящего оборудования по производству бумаги и картона - лощильных и крепирующих цилиндров до уровня проектных технологических и технических параметров срока их службы.

Эта цель достигается за счет того, что после обтачивания и термообработки поверхности за один проход наносят первый адгезионный слой толщиной 0,1 мм сплавом железа с содержанием хрома 10÷13%, затем наносят второй покровный слой толщиной 2,0÷2,2 мм с содержанием 13% хрома и 27% никеля, далее проводят пропитку покровного слоя антикоррозийным составом и шлифование рабочей поверхности эластичным инструментом при производстве некоторых видов бумаг (санитарно-гигиенические) и картона (упаковочный) в составе бумагоделательных, картоноделательных машин, для сушки бумаги (картона) и крепирования используются сушильные цилиндры большого диаметра - от D 2000 до D 6000 мм.

Они называются лощильными и крепирующими цилиндрами и отличаются от обычных сушильных цилиндров высокой эффективностью.

Съем воды с 1 м² поверхности этих цилиндров при сушке бумаги (картона) составляет от 60 кг до 120 кг в час, а с обычных цилиндров (D 1250 мм, D 1500 мм, D 1800 мм) съем воды с 1 м² рабочей поверхности составляет 15 кг ÷ 20 кг в час. Высокий съем воды на цилиндрах большого диаметра обеспечивается:

1) хорошим контактом бумаги (картона) с рабочей поверхностью цилиндра за счет высокой гладкости поверхности (шероховатость R_a=0,32 мкм ÷ 0,40 мкм) и прижатия бумажного полотна к поверхности прижимными валами;

2) повышенным давлением пара (температурой) по сравнению с обычными сушильными цилиндрами (до 0,8 МПа вместо 0,15÷0,25 МПа).

В процессе эксплуатации рабочая поверхность цилиндров изнашивается (совместное воздействие коррозии и механического износа), образуются износные пятна, борозды и риски, нарушается цилиндричность и шероховатость поверхности, происходит также налипание на поверхность органических и неорганических материалов, содержащихся в технологической воде и бумажной массе. В результате резко снижается сушильная мощность машин и качество продукции.

Для поддержания эффективной работы цилиндров необходимо периодически очищать рабочую поверхность цилиндров от настила и шлифовать с обеспечением шероховатости R_a в следующих пределах:

- лощильные и крепируюшие цилиндры - 0,40 мкм ÷ 0,30 мкм;

- обычные сушильные цилиндры - 0,63 мкм ÷ 0,40 мкм.

Периодичность шлифования цилиндров составляет от 6 месяцев до 1 года. Особенно чувствительны к износным явлениям тонкие сорта бумаг. При каждом шлифовании цилиндра съем основного металла составляет от 0,3 мм до 0,5 мм. В результате неоднократного шлифования толщина стенки корпуса цилиндра уменьшается, и снижаются прочностные параметры. При достижении предельных прочностных показателей цилиндры заменяются новыми, или в соответствии с указаниями паспорта на сосуд, работающий под давлением, изменяется режим работы (давление и температура), соответственно снижается производительность машины и качество продукции.

Способ нанесения коррозийного покрытия на рабочую поверхность лощильных и крепирующих цилиндров бумагоделательных машин в условиях действующего производства состоит в следующем.

1. Производится токарная обработка цилиндра с обеспечением геометрических размеров по диаметру на уровне допусков на изготовление нового цилиндра.

2. Обеспечивается термообработка поверхности цилиндра температурой 100°С в зоне горелки.

3. Пескоструйная обработка поверхности.

4. Наносится на поверхность адгезионный слой покрытия толщиной 0,1 мм за один проход сплавом железа с содержанием хрома до 13%.

5. Наносится покровный слой 2,0÷2,2 мм сплавом железа с содержанием хрома 13% и никеля 27% по адгезионному слою с учетом припуска на мехобработку 0,4÷0,5 мм.

6. Производится пропитка покровного слоя составом, который заполняет поры и предотвращает в последующем проникновение влаги в покрытие и его коррозию.

7. Цилиндр шлифуется и полируется в холодном состоянии бесконечными абразивными лентами и затем прирабатывается в рабочем режиме с использованием крепирующего или очищающего шабера.

Токарная обработка и шлифование рабочей поверхности производится переносным токарно-шлифовальным устройством. Технические параметры после выполнения работ: толщина покрытия, мм -1+-2, твердость поверхности цилиндра, НВ - 250-270

Шероховатость поверхности цилиндра, R_a - 0,40 мкм - 0,32 мкм.

Таким образом, этот способ ляжет в основу технологии нанесения коррозионно-стойких покрытий на цилиндрические поверхности бумагоделательного оборудования.

Способ нанесения на рабочую поверхность лощильных и крепирующих цилиндров коррозионно-стойкого покрытия из сплава с содержанием хрома до 13% и никеля до 27%, толщиной до 2,0÷2,2 мм и твердостью 250÷270 НВ обеспечивает достижения следующих высоких производственных и эксплуатационных показателей:

- покрытие наносится на поверхность цилиндра электродуговым напылением, на месте его установки (без демонтажа);

- покрытие предотвращает износ основного металла корпуса цилиндра (чугун) и дальнейшее снижение его прочностных показателей;

- после нанесения покрытия обеспечивается работа цилиндра на проектных параметрах (или выше проектных);

- при нанесении покрытия на поверхность цилиндра теплопередача ухудшается примерно на 5%, но за счет снижения толщины корпуса цилиндра теплопередача улучшается на 5-6%, и общий коэффициент теплопередачи сохраняется на проектных параметрах.

Предлагаемый способ нанесения коррозионно-стойкого покрытия отработан в производственных условиях, и получены следующие результаты:

- снижение затрат на ремонтно-восстановительные работы. Разовый экономический эффект за счет восстановления работоспособности цилиндров составляет свыше 100000 $ США на один цилиндр или свыше 500000 $ США в год по целлюлозно-бумажной промышленности;

- повышение производительности машин и улучшение качества бумаги (картона) и на этой основе обеспечение высокой эффективности производства.

Изобретение относится к бумагоделательному производству, в частности к способу нанесения коррозионно-стойкого покрытия на рабочую поверхность лощильных и крепирующих цилиндров, и может быть использовано при ремонте лощильных и крепирующих цилиндров без снятия их с рабочей позиции. После обтачивания и термообработки поверхности за один проход наносят первый адгезионный слой толщиной 0,1 мм сплавом железа с содержанием хрома 10÷13%. Затем наносят второй покровный слой толщиной 2,0÷2,2 мм с содержанием 13% хрома и 27% никеля. Далее проводят пропитку покровного слоя антикоррозийным составом и шлифование рабочей поверхности эластичным инструментом. В результате получают цилиндр с высокими технологическими характеристиками, снижаются затраты на ремонт оборудования, и улучшается качество бумаги, полученной с использованием упомянутых цилиндров.

Способ нанесения коррозиойно-стойкого покрытия на рабочую поверхность лощильных и крепирующих цилиндров бумагоделательного оборудования без снятия их с рабочей позиции, включающий подготовку поверхности для нанесения покрытия путем обтачивания, термообработку, пескоструйную обработку цилиндра, нанесение покрытия электродуговым методом и механическую обработку, отличающийся тем, что при нанесении покрытия за один проход наносят первый адгезионный слой толщиной 0,1 мм сплава железа с содержанием хрома 10÷13%, затем наносят второй покровный слой толщиной 2,0÷2,2 мм сплава железа с содержанием 13% хрома и 27% никеля, после чего проводят пропитку покровного слоя антикоррозийным составом и шлифование рабочей поверхности эластичным инструментом.