CS255299B1 - Ochranná vrstva keramických súčastf, najma trubic a zátkových tyčí a spčsob jej nanášania - Google Patents

Abstract

Podstata riešenia spočívá v tom, že na keramických súčastiach, najma výtokovej sústavy pre plynulé odlievania ocele a to na ich vonkajšich válcovitých alebo gulovitých plochách po výške kolísania hladiny tekutého kovu, je vytvořená ochranná vrstva, nanesená pomocou plazmového horáka s přerušováním ohřevu, ktorá obsahuje tetragonálny a kubický oxid zirkoničitý obklopený oxidom hlinitým a oxidom křemičitým v sklovitom stave. Táto ochranná vrstva je vytvořená nanesením práškovej zmesi, pozostávajúcej z kremičitanu zirkoničitého v rozsahu 85 až 96 i a z oxidu hlinitého v rozsahu 4 až 151 % hmotnostných. Nanášanie zmesi sa deje pri teplotě od 30 do 350 °C súčastí z oxidu hlinitého a pri teplote od 30 do 250 °C súčastí z oxidu křemičitého a pri maximálnyoh teplotách sa ohřev preruší až do poklesu teploty na 20 °C, na čo sa nanášanie opakuje.

Description

Vynález sa týká ochrannéj vrstvy keramických súčastí, najmS trubic a zátkových tyčí vystavených erozívnemu pósobeniu hladiny tekutého kovu, například vtokovéj sústavy pre plynule liatie ocele, ako aj spósobu jej nanášania a rieši problém odolnosti v miestach nadměrného erózneho opotrebovania týchto súčastí.

Výtokové sústava v medzipánve do kryštalizátora je tvořená ponornou výlevkou delenou alebo nedelenou a zátkou. Miesto zátky sa tiež používá zasúvadlový uzávěr. Ponorné výlevky a zátky medzipánví pre plynulé odiievanie ocele sú v prevažnej miere vyrábané z materiálov s vysokým obsahom oxidu hlinitého s prídavkom uhlíka v rozmedzí 14—23 hmotnostných %. Pre určité akostné skupiny oceli sa vyrábajú ponorné výlevky z taveného oxidu křemičitého.

Spoločným nedostatkom keramiky výtokového uzla z medzipánve pre plynulé odiievanie ocele je jej miestne opotrebenie, ktoré znižuje úžitné vlastnosti týchto materiálov v tom zmysle, že v dósledku miestneho opotrebenia jednotlivých častí keramiky výtokového uzla je nutné přerušit plynulé odiievanie ocele.

Takovéto prerušenie spósobuje zníženie kapacity celého zariadenia, zvýšenie strát kovu na jednotku výroby a malú životnost týchto výrobně náročných keramických súčastí.

Uvedené nedostatky výtokovej sústavy z keramiky, vyrábanej izostatickým lisováním, sa vo svete riešia tak, že v mieste nadměrného opotrebovania sa zalisovávajú válcovité, alebo kuželovité vložky z vysokoodolných materiálov na báze oxidu zirkoničitého, alebo horečnatého. Nevýhodou tohoto spósobu je, že v dósledku rozdielnych fyzikálno-chemických vlastností základného materiálu a vložky, najmá tepelnej rozťažnosti, dochádza pri ohřeve keramiky na pracovnú teplotu k zárodkom trhlin základného materiálu.

Pri odlievaní takto vyrobenou keramikou potom dochádza k častému praskaniu v celom priereze jednotlivých častí keramiky výtokového uzla, čo má za následok havarijně ukončenie liatia ocele na zariadení plynulého odlievania. Příčinou nedostatku je, že základný materiál podkladovej keramiky so svojou hrubozrnnou štruktúrou je náchylný na rozvoj rozsiahlych štiepnych porušení naprieč časticami, napr. oxidu hlinitého, pričom přítomnost pojivá vedie k zvSčšovaniu lomového povrchu medzikorundového spojenia za aktivneho pósobenia trosky s bazicitou 0,6-2,0 s obsahom agresívnych zlúčenín fluóru a oxidu sodného, ak sa v týchto miestach zalisuje vložka, napr. z oxidu zirkoničitého, na hranici spojenia vzniká vysokým ohrevom napMtie v dósledku rozdielnych koeficientov tepelnej rozťažnosti, ku ktorému sa pridružujú napátie z objemovej změny vznikom nestabilného tetragonálneho oxidu zirkoničitého pri teplote nad 1 050 °C.

To všetko vedle k rozvojů štiepnych porušení a k častému havarijnému ukončeniu tavieb. Úlohou vynálezu je zabezpečit, aby na všetky vonkajšie plochy válcovitých, gulovitých tvarov po celej výške kolísania hladiny kovu, alebo úrovně ich přesunu, ako aj v miestach tesniaceho dotyku plóch súčastí z keramických materiálov na báze vysokého obsahu oxidu hlinitého s přísadou uhlíka, alebo taveného oxidu křemičitého bol plazmovým horákom nanesený ochranný povlak například práškového kremičitanu zirkoničitého o hrúbke 0,2 až 10 mm.

Problémom pri použiti tohto materiálu je, že vytvořený povlak, prechodom kremičitanu zirkoničitého plazmovým horákom s vodnou alebo plynovou stabilizáciou, je svojou stavbou vysoko priedušný a pórovitý, s poměrně nízkou odolnosťou voči erozívnemu opotrebeniu, čo spósobuje miestnu zníženú odolnost voči agresívnemu pósobeniu trosky, s následkom havarijného ukončeniá liatia.

Sú známe riešenia na zabezpečenie povrchovéj ochrany róznych súčastí, ako napr. grafických elektrod do oblúkových pecí, samotových posúvadlových uzáverov, založené na použití nástrekových materiálov z oxidov kremíka, bária, chrómu, horčíka, titanu, ako aj zirkonu, hliníka alebo kremičitanu zirkoničitého, jednotlivo alebo v kombináciach, například podlá čs. AO 204 321, č. 171 003 a č. 213 033. Taktiež sú známe metody spájania keramických materiálov predohriatych na 800 až 1 400 °C s použitím uvedených materiálov podlá čs. AO č. 199 377.

Pri nekontrolovanom a vysokom predohreve základného materiálu dochádza k praskaniu nástrekových materiálov z titulu nevhodnej kombinácie uvedených materiálov.

Uvedené nedostatky odstraňuje a vytýčený problém rieši ochranná vrstva keramických súčastí, najma trubic a zátkových tyčí pre uvedený účel a spĎsob jej nanážania podlá vynálezu. Podstata vynálezu spočívá v tom, že na súčastiach z materiálov na báze vysokého obsahu oxidu hlinitého s přísadou uhlíka alebo na báze taveného oxidu křemičitého, je ochranná vrstva o hrúbke X až 6 mm na ich vonkajších plochách válcovitých alebo gulovitých tvarov po celej výške kolísania hladiny kovu alebo úrovní přesunu keramických súčastí, nanesená pomocou plazmového horáka s přerušováním ohřevu, táto ochranná vrstva obsahuje tetragonálny a kubický oxid zirkoničitý, obklopený oxidom hlinitým a oxidom křemičitým v sklovitom stave a to po naneseni práškovéj zmesi, pozostávajúcej z kremičitanu zirkoničitého v rozsahu 85 až 96 % hmotnostných z oxidu hlinitého v rozsahu 4 až 15 % hmotnostných.

SpÓsob nanášania tejto ochrannej vrstvy podlá vynálezu spočívá v tom, že uvedená prášková zmes sa nanáša pri teplote od 30 do 350 °C súčastí z oxidu hlinitého s přísadou uhlíka alebo od 30 do 250 °C súčastí z oxidu křemičitého. Pri dosiahnutí uvedených maximálnych tepldt sa ohřev súčastí preruší najmenej do poklesu teploty na 20 °C, na čo sa'nanášanie opakuje až po dosiahnutia zvolenej hrůbky ochrannej vrstvy.

Výhody ochrannej vrstvy podlá vynálezu sú hlavně v tom, že prášková zmes, pozostávajúca z 85 až 96 % hmotnostných kremičitanu zirkoničitého a 4 až 15 % hmotnostných oxidu hlinitého, po přechode plazmovým horákom s plynovou alebo vodnou stabilizáciou vytvoří povlak, ktorý vdaka svojej výhodnej štrukturálnej stavbě má zvýšenú mikrotvrdosť a zníženú priedušnosť a pórovitosí až o 40 % oproti povlaku vytvořeného plazmovým striekaním len samotného kremičitanu zirkoničitého, čím povlak zlepšene odolává erozívnemu opotrebeniu tekutou ocel'ou a troskou. Povlak si zachovává extrémně nízký koeficient tepelnej roztažnosti, dobré odolává tepelným rázom a nastriekaná vrstva dokonale kopíruje podkladový povrch, zaplňa povrchové nerovnosti.

Částice oxidu hlinitého majú vyššiu entalpiu ako ostatně zložky, pri dopade na povrch, čo vedle k vzniku fyzikálno-chemických vázieb ich spojenia so základným materiálom. Toto zlepšené spojenie so základným materiálom, tj. adhézia nedovoluje tak lahký rozvoj štiepnych porušení.

Tieto vlastnosti povlaku potvrdzujú rozsiahle praktické skúšky, kde nedošlo, z dovodu menej vhodnej stavby plazmou striekaného povlaku, ako to bolo pri použití samotného kremičitanu zirkoničitého, alebo pri prasknutí nalisovanej vložky, k havarijnému ukončeniu liatia; bezpečné sa predlžuje životnost výlevok a zátok až o 60 S, čím sa zvyšuje sekvenčnost odlievania a umožňuje sa až 5-násobná renovácia zátok výtokového systému.

Pre příklady uskutočnenia spdsobu podlá vynálezu sú na priloženom výkrese znázorněné tvary súčastí s ich funkčných umiestnenim v zariadení a s vyznačením miest a velkostí naneseného povlaku.

Příklady uskutočnenia ochrannej vrstvy a spdsobu jej nanášania podlá vynálezu:

Příklad 1

Výlevka 20 z oxidu křemičitého, tvaru rúrky o vonkajšom priemere 125 mm a dlžke 626,mm, sa vo výške 32 erózneho pósobenia troškového kúpela, po dlžke najmenej 300 mm počnúc od výšky 30 mm nad výtokovými otvormi, po obvode zdrsní pneumatickým tryskáčom s ocelovou drvinou s polydisperznou zmesou. Rovnako sa urobí v mieste 22 tesniaceho styku so zátkovou týčou 10. Takto upravená výlevka sa upevní do polohovadla a za rotácie 80 ot.min \ sa pomocou plazmového horáka nastrieka prášková zmes, pozostávajúca z 95 % hmotnostných kremičitanu zirkoničitého a 5 % hmotnostných oxidu hlinitého, pri prúde 420 A, napátí 340 V, na vzdialenosť 270 mm a pri prietoku 18 kg.h’¹. Nastriekavanie sa najnejskór preruši, ak teplota výlevky v zóně strikanie dosiahne 250 °C, najmenej na dobu 5 min, najdlhšie na pokles teploty ako na začiatku striekania a tak sa dokonči v mieste 21 do hrůbky 4,5 mm, v mieste 22 do hrůbky 3 mm.

Nastriekaný povlak pozostáva z tetragonálneho kubického oxidu zirkoničitého v rozsahu 64 % hmotnostných, obklopených 4 % hmot. oxidu hlinitého a 31 % oxidu křemičitého v skelnom stave a 10 % hmot. doprovodných kysličníkov.

Příklad 2

Výlevka 20 z oxidu hlinitého s prídavkom uhlíka, tvaru rúrky o vonkajším priemere 125 mm a dlžke 625 mm, sa vo výške 32 erózneho pósobenia troškového kúpela, po dlžke najmenej 300 mm počnúc od výšky 30 mm nad výtokovými otvormi, po obvode v mieste 21 zdrsní ocelovým kartáčom. Rovnako sa to urobí v mieste 22 tesniaceho styku so zátkovou týčou 10. Takto upravená výlevka sa upevní do polohovadla a za rotácie 60 ot.min ³, za pomoci plazmového horáka sa nastrieka prášková zmes, pozostávajúca z 88 i hmotnostných kremičitanu zirkoničitého a 12 % hmotnostných oxidu hlinitého, pri prúde 420 A, napSti 340 V, na vzdialenost 170 mm a pri prietoku prášku 19 kg.h ³. Nastriekavanie sa najneskór preruší, ak teplota výlevky v zóně striekania dosiahne 350 °C, najmenej na dobu 5 min, najdlhšie na pokles teploty ako na začiatku striekania a tak sa dokončí v miestach 21 až do hrůbky 2 mm.

Příklad 3

Výlevka 20 z oxidu hlinitého s prídavkom uhlíka, tvaru rúrky o vonkajšom priemere 64 mm a dlžke 400 mm, sa vo výške 32 eřozneho pósobenia třískového kúpela po celej dlžke, počnúc 20 mm nad výtokovým otvorom, po obvode v mieste 21 zdrsní ocelovým kartáčom, rovnako sa to prevedie aj v mieste 22. Takto upravená výlevka sa upevní do polohovadla a za rotácie 130 ot.min^-3 sa, za pomoci plazmového horáka, nastrieka prášková zmes pozostávajúca z 90 % hmotnostných kremičitanu zirkoničitého a 10 % hmotnostných oxidu hlinitého, pri prúde 500 A, napSti 140 V, ochrannom plyne 75 % argónu a 25 í vodíka, pri vzdialenosti 170 a prietoku prášku 7 kg.h^-3, povlak o hrúbke 2,5 mm. Nastriekavanie sa najneskór preruší, ak teplota výlevky v zóně striekania dosiahne 350 °C, najmenej na dobu 5 min, najdlhšie na pokles teploty ako na začiatku striekania, a tak sa dokončí v miestach 21 až do 2,5 mm hrůbky a v mieste 22 do hrůbky 1,5 mm.

Příklad 4

Výlevka 20 z vysokotaveného oxidu křemičitého, tvaru rúrky o vonkajšom priemere 64 mm a dlžke 400 mm, sa vo výške 32 erózneho pósobenia troškového kúpela, po celej dlžke počnúc od výšky 20 mm nad výtokovým otvorom po obvode v mieste 21 zdrsní pneumatickým tryskáčom s použitím korundu o zrnitosti 0,9 mm. rovnako sa to prevedie aj v mieste 22. Takto upravená f _2 výtokové trubica sa upevní do polohovadla a za rotácie 130 ot.min sa, za pomoci plazmového horáka, nastrieka prášková zmes pozostávajúca z 93 % hmotnostných kremičitanu zirkoničitého v 7 % hmotnostných oxidu hlinitého, pri prúde 500 A, napSti 140 V, ochrannom plyne 75 % argónu a 25 % vodíka, pri vzdialenosti 170 mm a prietoku prášku 7 kg.h ³, povlak o hrúbke 3 mm. Nastriekavanie sa najneskór preruší, ak teplota výlevky v zóně striekania dosiahne 250 °C, najmenej na dobu 5 min, najdlhšie na pokles teploty ako na začiatku striekania a tak sa dokončí v miestach 21 až do hrůbky 3 mm a v mieste 22 do hrůbky 2 mm.

Přiklad 5

Zátková tyč 10 z oxidu hlinitého s prídavkom uhlíka, z plného materiálu o priemere 127 mm a dlžke 1 020 mm, sa po celej výške v mieste přesunu 11 jej válcovitéj časti, včitane miesta gulovitého zakončenia 12, zdrsní ocelovým kartáčom. Takto upravený zátková tyč sa umiestni do polohovadla a za rotácie 80 ot.min^-3, pomocou plazmového horáka sa nastrieka prášková zmes, pozostávajúca z 90 S hmotnostných kremičitanu zirkoničitého a 10 % hmotnostných oxidu hlinitého pri prúde 420 A, napátí 340 V, na vzdialenost 270 mm, pri prietoku 19 kg.h ³. Nastriekavanie sa najneskór preruší, ak teplota zátkovej tyče v zóně striekania dosiahne 350 °C, na dobu najmenej 5 min, najdlhšie na pokles teploty ako na začiatku striekania a tak sa dokončí v miestach přesunu 11 do hrůbky 4,5 mm, medzi miestami 11 a 12 do hrubky 1 mm, v mieste 12 do 3 mm. Pri renovácii sa postupuje rovnakým spósobom.

Nastriekaný povlak pozostáva z tetragonálneho a kubického oxidu zirkoničitého v rozsahu 60 % hmotnostných obklopeného 9 % hmot. oxidu hlinitého a 30 % oxidu křemičitého v skelnom stave a 1 % hmot. doprovodných kysličníkov.

PREDMET VYNÁLEZU

Claims (2)

1. PREDMET VYNÁLEZU

   1. Ochranná vrstva keramických súčastí, najmS trubic a zátkových tyčí výtokovéj sústavy pre plynulé liatie ocele, vystavených eróznemu pfisobeniu tekutého kovu s kolísájúcou úrovňou hladiny a vyrobených z materiálov na báze vysokého obsahu oxidu hlinitého s přísadou uhlíka alebo na báze taveného oxidu křemičitého, o hrúbke 1 až 7 mm na ich vonkajších plochách válcovitých alebo gulovitých tvarov po celej výške kolísania hladiny kovu alebo úrovni přesunu keramických súčastí, nanesená pomocou plazmového horáka s přerušováním ohřevu súčastí, vyznačujúca sa tým, že obsahuje tetragonálny a kubický oxid zirkoničitý obklopený oxidom hlinitým a oxidom křemičitým v sklovitom stave, a to po nanesení práškovéj zmesi, pozostávajúcej z kremičitanu zirkoničitého v rozsahu 85 až 96 % hmotnostných a z oxidu hlinitého v rozsahu 4 až 15 % hmotnostných.
2. 2. Spfisob nanášania ochrannéj vrstvy podlá bodu 1, vyznačujúci sa tým, že prášková zmes sa nanáša pri teplote od 30 °C do 350 °C súčastí z oxidu hlinitého s přísadou uhlíka alebo od 30 do 250 °C súčastí z oxidu křemičitého, pričom pri dosiahnutí maximálnych teplfit, sa ohřev súčastí preruší najmenej do poklesu teploty na 20 °C, na čo sa nanášanie opakuje až po dosiahnutie zvolenej hrůbky ochrannej vrstvy.

   1 výkres