Тигель для электролизного боривания Советский патент 1992 года по МПК C23C8/40 C21D1/44 

Изобретение относится к металлургии, а именно к химико-термической обработке металлов и сплавов, и может быть использовано в различных отраслях промышленности, в частности при электролизном борировании стальных изделий.

Известно применение в лабораторных исследованиях алундовых, карборундовых, графитовых и кварцевых тиглей.

Известен также тигель для электролизных процессов, состоящий из графита с си- лицидным покрытием. Он обладает высокой коррозионно- и износостойкостью.

Однако при использовании в промышленности тиглей из вышеперечисленных материалов диаметром 400-600 мм и высотой 800-1000 мм, как правило, происходит аварийный выход их из строя.

Известен тигель из феррохрома с добавкой никеля, Он изготовлен способом литья Из-за неоднородности материала литых тиглей стойкость их составляет 3 6 мес

В промышленных условиях наиболее широкое применение получили сварные

тигли из нержавеющей или жароупорной стали типа 1Х18Н9Т

Однако большие нагрузки, вызываемые обьемом электролита в тигле, периодические охлаждения и нагревы его и ряд других причин вызывают повышенное дефектооб- разование в материале тигля, потерю им формы, после чего наступает катастрофическое разрушение материала

Цель изобретения - повышение эксплуатационной стойкости тиглей для электролизного борирования, испытывающих интенсивное воздействие агрессивной среды, высоких температур и уделТэньГх нагрузок.

Поставленная цель достигается тем, что тигель выполняется в виде двухслойной композиции, внутренняя часть которой представляет собой цилиндр из нержавеющий жаропрочной стали, наплавленный снаружи хромоникелевым сплавом содержащим до 6% марганца

Анализ проведенного поиска показал что не существует тиглей для электролизносл

с

VJ

VI сл

СА)

го борирования предлагаемой конструкции, обеспечивающей достижение высокой эксплуатационной стойкости их в промышленных условиях.

В процессе эксплуатации тигля его конфигурация претерпевает изменения. Стенки и дно тигля испытывают значительные удельные нагрузки, так как масса расплавленной буры в тигле, работающем в промышленных условиях, достигает 700 кг. Кроме того, электропечь борирования отключается, как минимум, для профилактических ремонтов и, как правило, на выходные и праздничные дни. При охлаждении боро- содержащий электролит затвердевает и кристаллизуется, увеличиваясь в объеме, и оказывает значительное давление на стенки и дно тигля. Под действием термических напряжений в результате длительного борирования в отдельных местах поверхности скалывается боридный слой. В результате совместного действия вышеперечисленных факторов постепенно происходит неравномерная деформация боковой и донной частей тигля. Наиболее выступающие участки дефектной поверхности оказываются в нежелательной близости от нагревательного элемента шахты печи, что со временем приводит к пбявлению течи в этих зонах тигля.

Значительно снизить подобные явления можн о, создав двухслойную композицию с коррозионностойким внутренним слоем и слоем наплавленного жаростойкого материала снаружи. Наплавка наружной поверхности стенок и дна тигля хромоникеле- вой проволокой, содержащей марганец (типа Х20Н10Г6), приводит к увеличению пластичности (что предотвращает трещино- образование), сопротивлению разрыву и незначительно влияет на предел текучести, что хорошо подтверждается экспериментальными данными мехиспытаний.

Кроме того, присутствие хрома и никеля в указанных количествах повышают жаростойкость и окалиностойкость, обеспечивая требуемый комплекс физико-механических свойств.

Пример. Испытания проводили при следующих условиях.

Были изготовлены тигли по способу- поототипу - из нержавеющей стали 1Х18Н9Т 600 мм, высотой 1000 мм, толщиной стенки 20 мм, а также тигли по предлагаемому способу - из стали 1Х18Н9Т и Х25Н20С2 с толщиной стенки сварного цилиндра 15 мм. Использование тиглей, как

показал эксперимент, из листа меньшей толщины нецелесообразно, так как не обеспечивается достаточное сопротивление действию агрессивной среды; изготовление

внутреннего цилиндра из листа большей толщины экономически нецелесообразно и не позволяет достичь повышения эксплуатационной стойкости тиглей. Высота и диаметр тиглей по предлагаемому способу

аналогичны изготовленному по прототипу. Снаружи тигли предлагаемой конструкции подвергали наплавке в 1-7 слоев на автоматической наплавочной установке проволокой Х20Н10Г6 диаметром 3 мм под флюсом

АН 20.

Режим работы тиглей: температура в шахте печи-ванны 900-1000°С, периодичность включения 1 раз в неделю, время нахождения в нагретом состоянии 2 дня.

Электролит борирования расплав буры. Плотность тока, подаваемого на тигель, 0,02 А/см2. Продолжительность испытаний до полного выхода тигля из строя.

Результаты испытаний приведены в

табл.1 и 2.

Как видно из приведенных результатов, изготовление тиглей по предлагаемому способу позволяет повысить срок службы тиглей в 10 раз, снизить расход дорогостоящей

стали в результате уменьшения толщины листа на изготовление внутреннего цилиндра тигля. При этом дополнительные расходы на наплавку составляют всего 12% при стоимости тигля 1600 руб. Экономический эффект

от использования тиглей предлагаемой кон- бтрукции составляет 5730 руб. в год только за счет сокращения расхода тиглей (с 4 до 1 шт. в год). Кроме того, при аварийном выходе тигля из строя вытекающий электролит

необратимо разрушает футеровку шахты- печи, требуется полная замена ее, что влечет за собой затраты на огнеупорные материалы и вынужденный простой печи с потерей ее производительности.

Формула изобретения Тигель для электролизного борирования, выполненный из листовой нержавеющий жаропрочной стали, отличающийс я тем, что, с целью повышения эксплуатационной стойкости в условиях действия агрессивной среды, высоких температур и больших удельных нагрузок, тигель выполнен многослойным, наружный слой наплавлен толщиной 3-5 мм из марганец- содержащего хромоникелевого сплава.

Таблица

Сущность изобретения1 тигель выполнен в виде многослойной Композиции, внутренняя часть которой представляет собой цилиндр из нержавеющей жаропрочной стали, наружная часть наплавлена толщиной 3-5 мм из марганецсодержащего хро- моникелевого сплава. Применение тигля позволит увеличить срок его службы, повысить надежность специализированным линий электролизного борирования, обеспечить безаварийность работы печей 2 табл.

Результаты сравнительных испытаний срока службы тиглей

Таблица2

Влияние толщины наплавленного слоя на сопротивление действию высокой температуры и

больших удельных давлений