RU1784660C

RU1784660C - Process for producing protective coating on a metal surface contacting molten nonferrous metal

Info

Publication number: RU1784660C
Application number: SU904848450A
Authority: RU
Inventors: Владимир Григорьевич Флягин; Иван Иванович Сергеев; Владимир Петрович Байков; Людмила Анатольевна Чернова; Анас Ахатович Багаутдинов
Original assignee: Восточный научно-исследовательский и проектный институт огнеупорной промышленности
Priority date: 1990-07-09
Filing date: 1990-07-09
Publication date: 1992-12-30

Abstract

Способ получени защитного покрыти на металлической поверхности, контактирующей с расплавленным цветным металлом Сущность изобретени : защитное покрытие на металлической поверхности получают путем нанесени на поверхность силикатной грунтовой эмали с последующей укладкбй неорганического волокнистого материала и нанесением огнеупорного состава, содержащего , мас.%: плавленый периклаз 49-60, огнеупорна глина 5-7; хромит магни 6-9 и полифосфат натри - остальное, сушкой 1 табл,Method for preparing a protective coating on a metal surface in contact with molten non-ferrous metal 60, refractory clay 5-7; magnesium chromite 6-9 and sodium polyphosphate - the rest, by drying 1 table,

Description

Изобретение относитс к способам защиты металлических поверхностей от воздействи расплавов цветных металлов, например цинка и алюмини , и предназначено дл получени защитных покрытий на ваннах гор чего цинковани с наружным нагревом , металлопроводах и других элементах тепловых агрегатов, имеющих контакт с металлическим расплавом.The invention relates to methods for protecting metal surfaces from the effects of non-ferrous metal melts, for example zinc and aluminum, and is intended to provide protective coatings on hot dip galvanized baths with external heating, metal wires and other elements of thermal units in contact with a metal melt.

Известен способ получени защитного покрыти на металлической поверхности, включающий укладку на поверхности огнеупорного волокнистого материала, пропитанного раствором св зующего, нанесение на него огнеупорной массы и сушку. При этом металлическую поверхность, перед укладкой волокнистого материала нагревают до 150-200°С, а нанесенную огнеупорную массу после термообработки оплавл ют.A known method for producing a protective coating on a metal surface, comprising laying on the surface of a refractory fibrous material impregnated with a binder solution, applying a refractory mass to it and drying it. In this case, the metal surface is heated to 150-200 ° C before laying the fibrous material, and the deposited refractory mass is melted after heat treatment.

Известный способ предназначен дл защиты горелок-форсунок котлов ТЭЦ от абразивного воздействи угольной пыли при температуре более 1000°С. Однако в услови х эксплуатации данное покрытие отслаиваетс из-за разницы КЛТР металла и волокнистого материала.The known method is intended to protect burner nozzles of CHPP boilers from the abrasive effects of coal dust at temperatures above 1000 ° C. However, under operating conditions, this coating peels off due to the difference in the CTE of the metal and the fibrous material.

Известен способ получени защитного покрыти на металлической поверхности, контактирующей с расплавленным цветным металлом, включающий укладку на поверхности волокнистого материала - джутовой мешочной ткани, нанесение на него огнеупорной массы и сушку. Используема в известном способе огнеупорна масса содержит, маС.%: кальцинированный боксит 50-60, кальцинированный каолин 20- 30, сырую каолиновую глину 5-15, силикат натри 5-15, крахмал 1,0-2,5 (сверх 100%) и воду 10-15 (сверх 100%). Данный способ используетс дл получени защитного покрыти на поверхности металлической фурмы , предназначенный дл введени реагентов при рафинировании меди или алюмини . Получаемое покрытие предохран ет металлическую трубу при кратковременном воздействии металлического расплава.A known method for producing a protective coating on a metal surface in contact with molten non-ferrous metal, including laying on the surface of a fibrous material - jute bag fabric, applying a refractory mass to it and drying it. The refractory mass used in the known method contains, wt.%: Calcined bauxite 50-60, calcined kaolin 20-30, crude kaolin clay 5-15, sodium silicate 5-15, starch 1.0-2.5 (in excess of 100%) and water 10-15 (in excess of 100%). This method is used to provide a protective coating on the surface of a metal lance designed to introduce reagents in the refining of copper or aluminum. The resulting coating protects the metal pipe during short-term exposure to the metal melt.

сл Сsl c

vi соvi with

о about

ON ОON Oh

Однако известный способ не обеспечивает получени надежного покрыти дл длительной эксплуатации в услови х, когда с одной стороны металлической стенки осуществл етс нагрев, а с другой на нее воз- действует р1зсплав, например, в ваннах гор чего Цинковани , где нагрев цинкового расплава, осуществл етс через боковые стенки ванны. Укладка волркн истого материала , пропитанного огнеупорной массой, непосредственно на металлическую поверхность предопредел ет отслоение покрыти при высоких температурах из-за разницы К/1ТР металла и огнеупора. Кроме того, огнеупорна масса алюмосиликатного состава реагирует с расплавом с образованием легкоплавких соединений, что ведет к разрушению покрыти , которое усиливаетс за счет интенсивной металлопропитки пористой структуры, сформировавшейс вследствие выгорани органической джутовой ткани.However, the known method does not provide a reliable coating for long-term operation under conditions when heating is carried out on one side of the metal wall and p1 alloy is affected on the other, for example, in hot-dip galvanized baths, where the zinc melt is heated through the side walls of the bath. Laying the wavy material impregnated with the refractory mass directly onto the metal surface determines the peeling of the coating at high temperatures due to the difference between the K / 1 TP of the metal and the refractory. In addition, the refractory mass of the aluminosilicate composition reacts with the melt to form low-melting compounds, which leads to the destruction of the coating, which is enhanced by intensive metal impregnation of the porous structure formed due to the burning out of organic jute fabric.

Образующиес при отслоении воздушные прослойки, а также высока пористость снижают теплопроводность покрыти , что отрицательно сказываетс на процессе теплопередачи .Air gaps resulting from delamination, as well as high porosity, reduce the thermal conductivity of the coating, which negatively affects the heat transfer process.

Цель изобретени - повышение надежности и теплопроводности.The purpose of the invention is to increase reliability and thermal conductivity.

Дл достижени указанной цели в способе получени защитного покрыти на металлической поверхности, контактирующей с расплавленным цветным металлом, включающем укладку на поверхности волокнистого материала, нанесе ние на него огнеупорной массы и сушку, перед укладкой неорганического волокнистого материала на поверхность нанос т силикатную грунтовую эмаль, а в качестве огнеупорной массы берут состав, содержащий, ма с.%: Плавленый периклаз49-60To achieve this goal, in the method of obtaining a protective coating on a metal surface in contact with molten non-ferrous metal, including laying on the surface of the fibrous material, applying a refractory mass to it and drying, silicate primer enamel is applied to the surface before laying the inorganic fibrous material, and in the quality of the refractory mass is taken composition containing, wt.%: Fused periclase 49-60

Огнеупорна глина5-7Refractory Clay 5-7

Хромит магни 6-9Chromite Magnesium 6-9

Полифосфат натри ОстальноеSodium Polyphosphate Else

Предлагаемый способ обеспечивает повышение надежности и теплопроводности покрыти за счет следующих факторов.The proposed method provides improved reliability and thermal conductivity of the coating due to the following factors.

Грунтова силикатна эмаль, содержаща обычно от 36 до 64% SiOa и 16-25% NazO+KaO, в услови х эксплуатации при температуре 600-650°С приобретает пиро- пластичное состо ние и волокнистый материал с нанесенной на него огнеупорной массой получает возможность свободного перемещени относительно металлической поверхности, чтоопозвол ет предотвратить отслоение покрыти и сохранить его целостность . Разм гченные частицы эмали мигрируют вовнутрь волокнистого материала, создава плотный контакт с армирующимSoil silicate enamel, usually containing from 36 to 64% SiOa and 16-25% NazO + KaO, in operating conditions at a temperature of 600-650 ° C acquires a pyroplastic state and the fibrous material coated with a refractory mass allows free displacement relative to the metal surface, which helps to prevent peeling of the coating and maintain its integrity. The softened enamel particles migrate inside the fibrous material, creating close contact with the reinforcing

волокнистым слоем и улучша тем самым услови теплопередачи через защитное покрытие . Огнеупорна масса, содержаща достаточное количество фосфатного св зующего , пропитывает армирующий слой, на- сыща пористый неорганический волокнистый материал теплопроводным дисперсным периклазом. В процессе сушки и первого нагрева до температур эксплуатации в результате химического св зывани огнеупорной, массы формируетс плотна структура защитного покрыти , включающа металлоустойчивую теплопроводную матрицу и невыгорающие неорганическиеfibrous layer and thereby improving the conditions of heat transfer through the protective coating. A refractory mass containing a sufficient amount of phosphate binder impregnates the reinforcing layer by saturating the porous inorganic fibrous material with heat-conducting dispersed periclase. During drying and first heating to operating temperatures as a result of chemical bonding of the refractory mass, a dense structure of the protective coating is formed, including a metal-resistant heat-conducting matrix and non-burning inorganic

армирующие волокна.reinforcing fibers.

В качестве неорганического волокнистого материала целесообразно использо-- вать безусадочные нетканые волокнистые материалы, например нетканое асбестовоеAs inorganic fibrous material, it is advisable to use non-shrink non-woven fibrous materials, such as non-woven asbestos

полотно, каолиновый картон.canvas, kaolin cardboard.

f Соотношение компонентов в огнеупорной массе обеспечивает достижение максимальной плотности и металлоустойчивости покрыти .f The ratio of components in the refractory mass ensures the maximum density and metal resistance of the coating.

Изготовление защитного покрыти на боковых стенках ванны гор чего цинковани труб осуществл ют следующим образом . На подготовленную металлическую поверхность ванны с помощью распылител The manufacture of a protective coating on the side walls of a hot dip galvanized tub is as follows. On the prepared metal surface of the bath using a spray gun

нанос т грунтовую силикатную эмаль в виде шликера плотностью 1,7 г/см3. Толщина нанесенного сло составл ет 1-2 мм. Эмалевый слой подсушивает в течение 2-3 ч, после чего производ т укладку волокнистого неорганического материала, например, нетканого асбестового полотна марки ПНАХ-1С толщиной 1 мм.primer silicate enamel is applied in the form of a slip with a density of 1.7 g / cm3. The thickness of the applied layer is 1-2 mm. The enamel layer is dried for 2-3 hours, after which fibrous inorganic material, for example, a non-woven asbestos cloth PNAH-1C with a thickness of 1 mm, is laid.

Волокнистый материал покрывают путем пульверизации огнеупорной массой за вл емого состава.The fibrous material is coated by pulverization with a refractory mass of the claimed composition.

Огнеупорную массу готов т путем за- творени совместно молотой смеси плавленого периклаза, хромита магни и огнеупорной глины с размером частиц менее 100 мкм водным раствором полифосфата натри плотностью 1,20 г/см3.A refractory mass is prepared by co-milling a mixture of fused periclase, magnesium chromite and refractory clay with a particle size of less than 100 microns in an aqueous solution of sodium polyphosphate with a density of 1.20 g / cm3.

Каждый нанесенный слой огнеупорной массы подсушивают в потоке подогретого воздуха при температуре 20-25°С в течениеEach applied layer of refractory mass is dried in a stream of heated air at a temperature of 20-25 ° C for

4-6 ч. После подсушки последнего сло температуру теплоносител повышают до 85- 90°С со скоростью 30°С/ч. Продолжительность сушки при конечной температуре составл ет 6 ч.4-6 hours. After drying the last layer, the coolant temperature is increased to 85-90 ° C at a rate of 30 ° C / h. The drying time at the final temperature is 6 hours.

Обща толщина защитного покрыти , полученного предлагаемым способом, составл ет 6-8 мм. The total thickness of the protective coating obtained by the proposed method is 6-8 mm.

После загрузки кускового цинка разогрев ванны с защитным покрытием до температуры 600°С выполн ют нагревател ми,After loading lump zinc, heating the bath with a protective coating to a temperature of 600 ° C is carried out by heaters,

расположенными с наружной стороны боковых стенок ванны. Нагрев осуществл ют в течение 24 ч со скоростью подъема температуры 25°С/ч.located on the outside of the side walls of the bath. Heating was carried out for 24 hours at a rate of temperature rise of 25 ° C / h.

Свойства защитных покрытий, полученных предлагаемым и известными способами , изучали на образцах покрытий на металлических пластинках, образцах покрытий без металлических пластин, а также на образцах из огнеупорной массы.The properties of the protective coatings obtained by the proposed and known methods were studied on coating samples on metal plates, coating samples without metal plates, and also on samples of refractory mass.

Дл изготовлени образцов покрытий на металлических пластинах по предлагаемому способу (примеры 1-3) на пластины из стали Ст-08 КП размером 100x100x5 мм наносили грунтовую силикатную эмаль пульверизацией шликера плотностью 1,7 г/см . Толщина сло эмали 1 мм. Шликер готовили мокрым помолом смеси эмалей марки ЭСГ- 21 и ЭСГ-31 с Соотношением 1:1.For the manufacture of coating samples on metal plates according to the proposed method (examples 1-3), soil silicate enamel was sprayed with a density of 1.7 g / cm2 on a plate of steel St-08 KP with a size of 100x100x5 mm. The thickness of the enamel layer is 1 mm. The slurry was prepared by wet grinding a mixture of enamels ESG-21 and ESG-31 with a ratio of 1: 1.

Химический состав эмали ЭСГ-21, мас.%: SI02 38-43; 6263 19-22; TiOz не более 2; А)20з 4-7; СаО 4-8; Na20+K20 19-25; Ге20з не более 6,5.The chemical composition of the enamel ESG-21, wt.%: SI02 38-43; 6263 19-22; TiOz no more than 2; A) 20z 4-7; CaO 4-8; Na20 + K20 19-25; Ge20z no more than 6.5.

Химический состав эмали ЭСГ-31, мас.%: SI02 45-52; В20з 13-18; TIC-2 не более 5; 4-11; СаО 4-7; Na20+K20 16-20; Ре20з не более 3,0.The chemical composition of the enamel ESG-31, wt.%: SI02 45-52; B20z 13-18; TIC-2 no more than 5; 4-11; CaO 4-7; Na20 + K20 16-20; Re20s no more than 3.0.

После подсушки эмалевого сло в течение 2 ч на него накладывали волокнистый материал - асбестовое полотно марки ПНАХ-1С размером,соответствующим размеру стальной пластины. Перед укладкой полотно предварительно пропитывали огнеупорной массой (составы указаны в таблице ). Затем посредством пульверизации покрывали волокнистый материал огнеупорной массой того же состава. Пульверизацию производили в три приема до получени сло массы 5 мм с подсушкой каждого сло в течение 2 ч. После подсушки последнего сло пластины с защитным покрытием сушили при температуре 100°С в течение 6 ч и обжигали при 10 00°С с часовой выдержкой при конечной температуре. Обща толщина защитного покрыти на образце 7 мм,After the enamel layer was dried for 2 hours, a fibrous material was applied to it — an asbestos cloth of the PNAH-1C grade with a size corresponding to the size of a steel plate. Before laying, the web was pre-impregnated with a refractory mass (compositions are shown in the table). Then, by pulverization, the fibrous material was coated with a refractory mass of the same composition. Pulverization was carried out in three stages until a layer of mass 5 mm was obtained with each layer drying for 2 hours. After drying of the last layer, the protective coated plates were dried at a temperature of 100 ° С for 6 hours and calcined at 10 ° С with an hour exposure at a final temperature. The total thickness of the protective coating on the sample is 7 mm,

Были изготовлены также образцы, в которых волокнистый материал с нанесенной на его поверхность огнеупорной массой укладывали непосредственно на металлическую пластину без эмалевого сло (примерSamples were also made in which a fibrous material with a refractory mass deposited on its surface was laid directly on a metal plate without an enamel layer (example

4).4).

В образце, изготовленным известным способом (пример 5), на металлическую пластину укладывали мешочную льн ную ткань толщиной 1,2 мм, пропитанную огнеупорной массой алюмосиликатного состава.In a sample manufactured by a known method (Example 5), a linen cloth 1.2 mm thick impregnated with a refractory mass of an aluminosilicate composition was placed on a metal plate.

Дл определени теплопроводности изготовл ли образцы защитных покрытий без металлических пластин, которые получалиTo determine the thermal conductivity, protective coating samples were prepared without metal plates, which were obtained

на дерев нной подложке, покрытой калькой . Последовательность операций при изготовлении данных образцов та же, что и при изготовлении образцов на металле. По- 5 еле сушки образцы покрыти снимались с дерев нной подложки и подвергались обжигу . Толщина образца равн лась 10 мм: силикатна грунтова эмаль 1 мм, асбестовое полотно - 1 мм, огнеупорна масса - 8on a wooden backing covered with tracing paper. The sequence of operations in the manufacture of these samples is the same as in the manufacture of samples on metal. After drying, the coating samples were removed from the wood substrate and fired. The thickness of the sample was 10 mm: silicate soil enamel 1 mm, asbestos cloth - 1 mm, refractory mass - 8

10 мм.10 mm.

Образцы из огнеупорной массы готовили путем совместного помола вход щих в ее состав компонентов с последующим смешением их с водным раствором полифосфзтаSamples from the refractory mass were prepared by co-grinding the constituent components, followed by mixing them with an aqueous solution of polyphosphate

15 натри плотностью 1,2 г/см3, формованием цилиндров с диаметром и высотой,,равным 40 мм, их сушкой и обжигом. Дл изготовлени образцов методом прессовани огнеупорную массу предварительно упаривали15 sodium with a density of 1.2 g / cm3, molding cylinders with a diameter and height of 40 mm, drying and calcining them. For the preparation of samples by pressing, the refractory mass was pre-evaporated

0 до остаточной влажности 6%. Удельное давление прессовани составл ло 10 МПа. Сушку образцов осуществл ли при 110°С, обжиг - при 1000°С с 4-часовой выдержкой при конечно й температуре.0 to a residual moisture content of 6%. The specific pressing pressure was 10 MPa. Samples were dried at 110 ° C, and firing was performed at 1000 ° C with 4-hour exposure at a finite temperature.

5 Надежность образцов защитных покрытий оценивали по стойкости покрытий к отслаиванию путем циклического нагрева образцов на металлических пластинах до температуры 1000°С с последующим охлаж0 дением, а также по свойствам огнеупорной массы: открытой пористости (ГОСТ 2409-80), пределу прочности при сжатии (ГОСТ 4071- 80), обьемопосто нству (ГОСТ 5402-81) и устойчивости к распла вам цинка и алюмини .5 The reliability of the protective coating samples was evaluated by the resistance of the coatings to peeling by cyclic heating of the samples on metal plates to a temperature of 1000 ° C followed by cooling, as well as by the properties of the refractory mass: open porosity (GOST 2409-80), compressive strength (GOST 4071-80), volume (GOST 5402-81) and resistance to smelting of zinc and aluminum.

5 Металлоустойчивость огредел ли таблеточным методом, размеща на образце огнеупорной массы навеску цинка или алюмини . Степень коррозии оценивали глубиной пропитки образца расплавом.5 The metal resistance was limited by the tablet method, placing a sample of zinc or aluminum on the sample of the refractory mass. The degree of corrosion was estimated by the melt impregnation depth of the sample.

0 Теплопроводность образцов покрытий определ ли по ГОСТ 12170-85.0 The thermal conductivity of coating samples was determined according to GOST 12170-85.

В таблице представлены составы использованных огнеупорных масс, их свойства , а также свойства образцов защитныхThe table shows the compositions of the used refractory masses, their properties, as well as the properties of protective samples

5 покрытий.5 coatings.

Из данных таблицы видно, что за вл емый способ обеспечивает получение более качественных защитных покрытий по сравнению с известным способом: теплопровод0 ность образцов 1-3 на 30-50% выше по сравнению с образцом 5, количество циклов нагрева до 1000°С без отслаивани покрыти возросло в 4 раза, рабоча поверхность покрытий, контактирующа с расплавом,It can be seen from the table that the inventive method provides better protective coatings as compared to the known method: the thermal conductivity of samples 1-3 is 30-50% higher compared to sample 5, the number of heating cycles to 1000 ° C without peeling of the coating increased 4 times, the working surface of the coatings in contact with the melt,

5 более плотна , прочна и объемопосто н- на , пропитка расплавами цинка и алюми- ни практически отсутствует. В то же врем пример 4 показывает, что без предварительного нанесени эмалевого сло перед укладкой волокнистого материала происходит5 is denser, stronger, and volume-constant; impregnation with zinc and aluminum melts is practically absent. At the same time, Example 4 shows that without first applying the enamel layer before laying the fibrous material,

не только отслоение покрыти , но и сниже- теплопроводности.not only peeling of the coating, but also lower thermal conductivity.

Claims

The use of the proposed method for the manufacture of a protective coating on a hot dip galvanizing bath will reduce the amount of technological zinc waste by reducing the interaction of the melt with the metal body of the bath, as well as reduce the flow of heat carrier for heating the melt due to the increased thermal conductivity of the side walls. SUMMARY OF THE INVENTION A method for producing a protective coating on a metal surface in contact with molten non-ferrous metal,

including laying on the surface of the fibrous material, applying a refractory mass to it and drying, characterized in that, in order to increase the reliability and thermal conductivity of the coating, silicate primer enamel is applied to the surface before laying the inorganic fibrous material, and as a refractory the masses take a composition containing, wt.%:

Fused periclase

Refractory Clay 5-7

Chromite Magnesium 6-9

Sodium Polyphosphate Else.

By . Fused Weave Ricleta 55 Refractory Clay 6

Magnet Chromite 8 Sodium Polyphosphate 31

Fused pe

H i-.

riklaz 49

Refractory clay 7 Magnesium chromite 9 Sodium polyphosphate 35

Fused periclase 60

Refractory clay 5 Magnesium chromite 6 Sodium polyphosphate 29

C.

Fused periclase 55 Refractory clay 6

Chromite Mai- nor 8

POLY (| OSF (1T

sodium 31

31,2

+0.1

Lack - Lack - 0.35

+0.1

None - None

0.32

+0.1

None - None

0.37

+0.1

None - None

0.29

i :: i :: ii: iiiii: iiz: n: E

famous 5. Calcine

bath bauxite50 Kaolin fireclay25 Refractory clay10

Sodium silicate 15 Water (in excess of 100) 1}

Starch

(in excess of

100%) 2

13.5

48.2-1.752

0.251