Способ получения электродов анодных заземлителей Российский патент 2021 года по МПК C21B5/02 C23F13/00 

Описание патента на изобретение RU2761062C1

Изобретение относится к области технологии получения материалов с повышенной устойчивостью к анодному растворению и может быть использовано в производстве электродов для анодных заземлителей.

Известен способ паротермического оксидирования стальных изделий Патент RU №2456370, опубликован 20.07.2012, МПК С23С 8/18, С21В 9/00, включающий предварительный нагрев изделий в реторте печи до температуры 250-300°С, затем их нагрев в среде перегретого водяного пара до температуры 550-600°С, выдержку при данной температуре в течение времени, обеспечивающем получение пленки заданной толщины с последующим охлаждением изделий в данной среде до температуры 250-300°С, при котором осуществляют принудительное регулируемое охлаждение посредством охлаждающей среды, циркулирующей в трубопроводе, навитом с наружной стороны корпуса реторты.

Недостатком данного технического решения является отсутствие в составе обрабатываемого материала компонентов, обеспечивающих достаточно надежную пассивацию поверхности в условиях коррозионно-активных растворов.

Известна технология получения коррозионностойких высококремнистых чугунов марок ЧС15М4 и ЧС17М3 (Библиотечка литейщика, №6/2010, с. 2-6), дополнительно легированные молибденом (антихлоры). Плавка высококремнистых чугунов осуществляется из шихты, состоящей из предварительно прокаленного ферросилиция, стального лома, возврата, чушкового чугуна Л1 или Л2. Шлак разжижают известняком и скачивают при 1500-1550°С. После этого проводят рафинирование сплава гексахлорэтаном в количестве 0,25-0,4% в течение 2-3 часов и добавляют ферромолибден. Далее расплав выдерживают в ковше при температуре 1600°С в течение 4-6 часов, после чего из него конструируют отливки.

Недостатком этой технологии выплавки является изменяющийся фазовый состав чугуна, в котором может быть представлен аустенит, характеризующийся низкой скоростью растворения, а может формироваться доэвтектический чугун, для которого скорость растворения значительно возрастает.

Наиболее близкой к заявляемому способу является технология выплавки ферросилида и изготовления отливок анодов-заземлителей (Разработка и освоение технологии выплавки ферросилида и изготовление отливок анодов-заземлителей // Литейное производство. - №1, 2015. - С. 21-24), согласно которой выплавка производится из шихтовых материалов, предельного чугуна ПЛ1, ферросилиция, ФС75, феррохрома, ферромарганца ФМн78, стали с содержанием углерода и кремния по 0,2% и марганца 0,3%, в количествах, обеспечивающих состав ферросилида: кремний 13,8-18,4%, марганец 0,79%, хром - 3,52%, при загрузке печи феррохром и болванку стали помещают на дно, остальное пространство печи заполняют ферросилицием, по мере расплавления вперемешку присаживают ферросилиций и сталь, поддерживая температуру в печи 1460°С, после остывания расплава до 1450°С чугун модифицируют ферроцерием при выпуске в высушенный ковш.

На сегодняшний день не существует способов получения электродов из высококремнистого чугуна, обладающих одновременно низкой скоростью анодного растворения и пониженной хрупкостью.

Техническим результатом изобретения является получение электродов с повышенной устойчивостью к анодному растворению, за счет образования высоколегированного кремнием поверхностного слоя сплава.

Указанный технический результат достигается благодаря предлагаемому способу получения электродов анодных заземлителей, заключающийся в составлении шихты из чугуна, кремнийсодержащего компонента, ферромарганца и стали в количестве, достаточном для получения высококремнистого чугуна с содержанием кремния 9-12%, загрузке мелкой части шихтовых материалов - чугуна, кремнийсодержащего компонента и стали в виде болванки на дно печи, остальное пространство заполняют крупными частями шихты - кремнийсодержащим компонентом и чугуном, подвергают расплавлению, после полного расплавления шихты при температуре 1400-1420°С, в ванну вводят ферромарганец, перед выпуском в ковш к расплаву добавляют модификатор и выпускают в кокиль, причем в составе чугуна содержится 9-12% кремния, модификатор добавляют в количестве 0,01% от общей массы шихты, в качестве модификатора используют комплексный модификатор на основе многокомпонентных лигатур, в состав которого входят Si, Fe, Mn, Ti, сплав Fe-Zr, P, S и С при их содержании в модификаторе (мас.%): Si - 60-65, Fe - 2-3, Mn - 1-2, Ti - 1-1,5, сплав Fe-Zr - 0,001-0,01, P - 0,05, S - 0,05, С - 0,5, расплав перегревают до температуры 1530-1560°С, выпускают в кокиль, выдерживают в течении 2-2,5 минут, открывают его, переносят отливку в термостат с обеспечением ее охлаждения до комнатной температуры со скоростью не более 115-120°С/ч, выполняют обработку, включающую очистку поверхности охлажденной отливки абразивным материалом, нанесение по всей ее поверхности гидратированного фосфорного ангидрида содержащего P2O5 и H2O (мас.%): P2O5 - 90,1%, H2O - 9,9%, выдерживание 22-26 часов, промывка проточной водой и сушка при температуре 105-115°С, операции нанесения, выдерживания, промывки и сушки повторяют.

При содержании кремния в высококремнистом чугуне 9-12% полностью исчезает хрупкость и по механическим свойствам он становится аналогичен низколегированным чугунам. Модификатор на основе многокомпонентных лигатур позволяет улучшить зерновую структуру высококремнистого чугуна, повышает степень графитизации, способствуя раздельному распределению графитовых включений в основной металлической массе и, тем самым, способствует снижению скорости растворения. Содержание кремния 60-65% способствует повышению коррозионной устойчивости электрода. Содержание 1-2% марганца уплотняет структуру высококремнистого чугуна и повышает его коррозионную стойкость. Содержание 0,5% углерода способствует получению крупнозернистой структуры. Содержание 0,05% фосфора способствует повышению стойкости к коррозии. Содержание 0,05% серы является вредной примесью, которая способствуют снижению коррозионной стойкости, но из-за повышенного содержания марганца, он нейтрализует ее свойства. Содержание 1-1,5% титана повышает коррозионную стойкость и уплотняет структуру ферросилида, увеличивает одновременно его дисперсность. Содержание 2 -3% железа влияет на структуру высококремнистого чугуна, а при взаимодействии с углеродом влияет на его дисперсность. 0,001-0,01% ферроцерия повышает коррозионную стойкость и уплотняет структуру высококремнистого чугуна. В то же время модификатор увеличивает прочность высококремнистого чугуна, улучшает его обрабатываемость и износоустойчивость, обеспечивает однородность свойств в различных по сечению частях отливки, позволяет нейтрализовать в процессе плавки поверхностно-активные примеси, такие как серу, водород и кислород. То есть применение модификатора позволяет снизить хрупкость и одновременно скорость анодного растворения.

Перегрев расплава до температуры выше 1560°С способствует образованию измельченной структуры, что ведет к повышению предела прочности, ухудшаются его статические механические свойства, происходит увеличение объема расплава, которое приводит к внешним дефектам заготовки, к образованию раковин и пор. При температуре ниже 1530°С компоненты неравномерно распределяются по объему плавки, что приводит к неравномерности механических свойств и повышенным скоростям растворения.

Использование в качестве формы кокиля обеспечивает низкую пористость металла, что снижает скорость растворения за счет исключения межкристаллидного растворения. Выдержка в кокиле в течение интервала времени 2-2,5 минут и последующее охлаждение в ванне обеспечивает крупнокристаллическую малопористую структуру высококремнистого чугуна. При времени выдержки, меньшем 2 минут, будет недостаточно сформирована структура, что приведет к дефектам, влияющим на скорость анодного растворения и снижению механических свойств. При большем времени выдержки начинается образование макродефектов (раковины, поры) и измельчение структуры.

При скорости охлаждения более 115-120°С/час увеличивается степень дисперсности, следовательно, высококремнистый чугун обладает меньшей коррозионной стойкостью, ухудшаются механические свойства, возникают внешние дефекты, а именно, трещины, сколы, внутренние напряжения, образуются раковины и поры.

Обработка поверхности высококремнистого чугуна гидратированным фосфорным ангидридом, представляющий собой смесь мета - и ортофосфорных кислот, приводит к частичной пассивации поверхности фосфатами железа и последующему селективному анодному растворению железа из поверхностных слоев высококремнистого чугуна, в результате чего сплав обогащается кремнием вплоть до образования силицидов железа, обладающих повышенной стойкостью к анодному растворению. Состав продукта гидратации, P2O5 - 90,1%, H2O - 9,9%, необходим для обеспечения фосфатной пассивации участков, содержащих железокремниевые фазы. Время выдержки продукта гидратации на поверхности сплава обусловлено полнотой проведения реакции, при времени выдержки менее 22 часов поверхность обрабатывается неравномерно, время выдержки более 26 часов является избыточным и снижает производительность производства.

Промывка проточной водой необходима для удаления смеси кислот с обрабатываемой поверхности, так как иначе взаимодействие этих кислот с водой будет способствовать развитию впоследствии коррозии сплава. Сушка при температуре 105-115°С обеспечивает удаление влаги, которая может также привести к большим коррозионным потерям.

Пример реализации способа

Проводили выплавки электродов по предлагаемому способу. Для этого провели составление шихты из чугуна, кремнийсодержащего компонента, ферромарганца и стали в количестве, достаточном для получения высококремнистого чугуна с содержанием кремния 6-13,5%. Шихту подвергли расплавлению, расплав перегревали до температуры, указанной в таблице 1, выпускали в кокиль, выдерживали в течение 2-2,5 минут, открывали его, переносили отливку в термостат с возможностью ее охлаждения до комнатной температуры со скоростью, указанной в таблице 1, выполнили обработку, включающую очистку поверхности охлажденной отливки абразивным материалом, нанесение по всей ее поверхности гидратированного фосфорного ангидрида содержащего Р2О5 и H2O (мас.%): Р2О5 - 90,1%, H2O - 9,9%, выдерживание 22-26 часов, промывка проточной водой и сушка при температуре 105-115°С, операции нанесения, выдерживания, промывки и сушки повторяли.

Проводили измерения скорости анодного растворения образцов электродов из высококремнистого чугуна, изготовленных в условиях предлагаемого изобретения. Результаты измерений приведены в таблице 1.

Как видно из данных таблицы 1 при содержании кремния в высококремнистом чугуне 9-12 мас.%, выдержке расплава при 1530-1560°С и скорости его охлаждения 115-120°С/ч образцы имели скорость растворения не более 0,2 кг/А год. Рентгенофазовый анализ образцов показал, что на их поверхности образовался интерметаллид Fe11S15 (рис. 1), металлографический анализ (рис. 2) подтвердил крупнозернистую структуру высокремнистого чугуна. Хрупкостью, характерной для высококремнистых чугунов с содержанием кремния более 14 мас.%, полученные сплавы не обладали.

Похожие патенты RU2761062C1

название год авторы номер документа
ЭЛЕКТРОД АНОДНОГО ЗАЗЕМЛИТЕЛЯ (ВАРИАНТЫ) 2010
  • Петров Николай Георгиевич
  • Раушкин Юрий Владимирович
  • Горюнов Олег Алексеевич
  • Штраус Александр Яковлевич
  • Сингаевский Николай Алексеевич
  • Напрасник Анатолий Васильевич
  • Забара Владимир Фёдорович
RU2453634C2
НАСАДОЧНЫЙ АНОДНЫЙ ЗАЗЕМЛИТЕЛЬ 2015
  • Геллерштейн Игорь Робертович
  • Толыпин Евгений Сергеевич
  • Паршин Сергей Александрович
  • Тарасевич Марина Васильевна
  • Богданченко Виктор Анатольевич
  • Тимошенко Юрий Николаевич
RU2595787C1
АНОДНЫЙ ЗАЗЕМЛИТЕЛЬ 2014
  • Геллерштейн Игорь Робертович
  • Грипас Алексей Павлович
  • Паршин Сергей Александрович
  • Тарасевич Марина Васильевна
  • Ибрагимова Виктория Владимировна
RU2574618C1
ТРУБЧАТЫЙ АНОДНЫЙ ЗАЗЕМЛИТЕЛЬ 2018
  • Геллерштейн Игорь Робертович
  • Тольпин Евгений Сергеевич
  • Паршин Сергей Александрович
  • Тарасевич Марина Васильевна
  • Богданченко Виктор Анатольевич
  • Ибрагимова Виктория Владимировна
  • Липкин Валерий Михайлович
RU2677199C1
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ВЫСОКОПРОЧНОГО ЧУГУНА 2015
  • Колесников Михаил Семенович
  • Мухаметзянова Гульнара Фагимовна
  • Астащенко Владимир Иванович
  • Мухаметзянов Ильнар Ринатович
RU2605016C2
АНОДНЫЙ ЗАЗЕМЛИТЕЛЬ 1998
  • Карасевич А.М.
  • Сулимин В.Д.
  • Хмельницкий Б.И.
  • Сурова В.А.
  • Кашинцов В.И.
RU2149920C1
СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ МАГНЕТИТОВЫХ АНОДОВ ДЛЯ СИСТЕМЫ КАТОДНОЙ ЗАЩИТЫ ОТ КОРРОЗИИ ИЗДЕЛИЙ РАЗЛИЧНОГО НАЗНАЧЕНИЯ 1999
  • Кузьмин Ю.Л.
  • Лащевский В.О.
  • Трощенко В.Н.
  • Медяник Т.Е.
RU2178010C2
Модификатор 1987
  • Бестужев Николай Иванович
  • Михайловский Владимир Михайлович
  • Бондарев Михаил Михайлович
  • Счисленок Леонид Леонидович
  • Лабода Михаил Михайлович
SU1420055A1
СПОСОБ МОНИТОРИНГА КОРРОЗИИ ТРУБОПРОВОДА 2017
  • Липкин Валерий Михайлович
  • Липкин Михаил Семенович
  • Липкина Татьяна Валерьевна
  • Липкин Семен Михайлович
  • Шишка Никита Васильевич
  • Пожидаева Светлана Александровна
  • Козлова Татьяна Викторовна
RU2653775C1
АНОДНЫЙ ЗАЗЕМЛИТЕЛЬ 2006
  • Ибрагимов Наиль Габдулбариевич
  • Даутов Фарваз Инсапович
  • Фадеев Владимир Гелиевич
  • Гареев Равиль Мансурович
RU2333293C2

Иллюстрации к изобретению RU 2 761 062 C1

Реферат патента 2021 года Способ получения электродов анодных заземлителей

Изобретение относится к области производства электродов для анодных заземлителей из высококремнистого чугуна. Используют чугун, содержащий 9-12% кремния, модификатор добавляют в расплав в количестве 0,01% от общей массы компонентов, в качестве модификатора используют комплексный модификатор на основе многокомпонентных лигатур при следующем содержании компонентов, мас.%: Si - 60-65, Fe - 2-3, Mn - 1-2, Ti - 1-1,5, сплав Fe-Zr - 0,001-0,01, P - 0,05, S - 0,05, С-0,5 расплав перегревают до температуры 1530-1560°С, выпускают в кокиль, выдерживают в течение 2-2,5 минут, открывают его, переносят отливку в термостат с возможностью ее охлаждения до комнатной температуры со скоростью не более 115-120 °С/ч, выполняют обработку, включающую очистку поверхности охлажденной отливки абразивным материалом, нанесение по всей ее поверхности гидратированного фосфорного ангидрида содержащего P2O5 и H2O, мас.%: P2O5 - 90,1, H2O - 9,9, выдерживание 22-26 часов, промывку проточной водой и сушку при температуре 110±5°С, при этом операции нанесения, выдерживания, промывки и сушки повторяют. Изобретение позволяет получить электрод с повышенной устойчивостью к анодному растворению при пониженной хрупкости за счет образования на его поверхности высоколегированного кремнием поверхностного слоя. 2 ил., 1 табл., 1 пр.

Формула изобретения RU 2 761 062 C1

Способ получения электродов анодных заземлителей, заключающийся в составлении шихты из чугуна, кремнийсодержащего компонента, ферромарганца и стали в количестве, достаточном для получения высококремнистого чугуна с содержанием кремния 9-12%, загрузке мелкой части шихтовых материалов - чугуна, кремнийсодержащего компонента и стали в виде болванки на дно печи, остальное пространство печи заполняют крупными частями шихты - кремнийсодержащим компонентом и чугуном, расплавляют, после полного расплавления шихты при температуре 1400-1420°С в ванну вводят ферромарганец, перед выпуском в ковш к расплаву добавляют модификатор и выпускают в кокиль, отличающийся тем, что в составе чугуна содержится 9-12% кремния, модификатор добавляют в количестве 0,01% от общей массы шихты, в качестве модификатора используют комплексный модификатор на основе многокомпонентных лигатур, в состав которого входят Si, Fe, Mn, Ti, Fe-Zr, P,S и С, при их содержании в модификаторе, мас.%: Si - 60-65, Fe - 2-3, Mn - 1-2, Ti - 1-1,5, Fe-Zr - 0,001-0,01, P - 0,05, S - 0,05, С-0,5, расплав перегревают до температуры 1530-1560°С, выпускают в кокиль, выдерживают в течение 2-2,5 минут, открывают его, переносят отливку в термостат с обеспечением ее охлаждения до комнатной температуры со скоростью не более 115-120°С/ч, выполняют обработку, включающую очистку поверхности охлажденной отливки абразивным материалом, нанесение по всей ее поверхности гидратированного фосфорного ангидрида, содержащего P2O5 и H2O, мас.%: P2O5 - 90,1, H2O - 9,9, выдерживание 22-26 часов, промывку проточной водой и сушку при температуре 105-115°С, при этом операции нанесения, выдерживания, промывки и сушки повторяют.

Документы, цитированные в отчете о поиске Патент 2021 года RU2761062C1

Петров Л.А
и др
Разработка и освоение технологии выплавки ферросилида и изготовление отливок анодов-заземлителей
Журнал "Литейное производство", N1, 2015, с
Выбрасывающий ячеистый аппарат для рядовых сеялок 1922
  • Лапинский(-Ая Б.
  • Лапинский(-Ая Ю.
SU21A1
ТРУБЧАТЫЙ АНОДНЫЙ ЗАЗЕМЛИТЕЛЬ (ВАРИАНТЫ) 2015
  • Геллерштейн Игорь Робертович
  • Грипас Алексей Павлович
  • Паршин Сергей Александрович
  • Тимошенко Юрий Николаевич
  • Тарасевич Марина Васильевна
  • Ибрагимова Виктория Владимировна
RU2594221C1
СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ КОРРОЗИОННОСТОЙКОГО ЭЛЕКТРОДА 2013
  • Ермаков Александр Владимирович
  • Студенок Елена Сергеевна
  • Игумнов Михаил Степанович
  • Никифоров Сергей Владимирович
  • Терентьев Егор Виленович
RU2533387C1
СПОСОБ ВЫПЛАВКИ ВЫСОКОКРЕМНИСТОГО ДОМЕННОГО ЧУГУНА 1999
  • Туктамышев И.Ш.
  • Чернобривец Б.Ф.
  • Мельников А.В.
  • Калеуш В.А.
  • Зуев Г.П.
  • Юрин Н.И.
  • Туктамышев И.И.
  • Калинин Ю.К.
RU2154672C1
KR 101330034 B1, 18.11.2013
Дорожная спиртовая кухня 1918
  • Кузнецов В.Я.
SU98A1
Устройство для измерения напряжения 1972
  • Беркман Рихард Яковлевич
  • Блажкевич Богдан Иванович
  • Климов Станислав Иванович
  • Корепанов Валерий Евгеньевич
SU520549A1

RU 2 761 062 C1

Авторы

Липкин Михаил Семенович

Липкина Татьяна Валерьевна

Липкин Валерий Михайлович

Дунашева Мария Александровна

Козлова Татьяна Викторовна

Хомченко Анна Юрьевна

Даты

2021-12-02Публикация

2020-09-15Подача