RU2088368C1

RU2088368C1 - Protective coating for metal surfaces

Info

Publication number: RU2088368C1
Application number: RU95100577A
Authority: RU
Inventors: В.Е. Железняк; Е.А. Железняк; В.Э. Лисай; В.И. Козинец; Р.Г. Валеев; В.Н. Ларионов
Original assignee: Акционерное общество открытого типа "Братский алюминиевый завод"
Priority date: 1995-01-12
Filing date: 1995-01-12
Publication date: 1997-08-27
Also published as: RU95100577A

Abstract

FIELD: metallurgy. SUBSTANCE: protective coating for metal casting molds and heated metal elements of metallurgical structures and equipment includes metal oxide-based material, alumino-phosphate binder, boric acid and is distinguished with that, as metal oxide-based material, gas- treatment dust from silicon electrothermal production is utilized, contents of components being the following, wt.-%: gas-treatment dust, 5-63; alumino-phosphate binder, 21-51; boric acid, 0.1-6; water, the balance. EFFECT: reduced cost due to utilized waste. 3 tbl

Description

Изобретение относится к металлургической промышленности и может быть использовано для защиты металлических изложниц, нагреваемых металлических элементов конструкций и оборудования. The invention relates to the metallurgical industry and can be used to protect metal molds, heated metal structural elements and equipment.

Известен способ получения покрытия на внутренней поверхности чугунных тиглей, используемых для выплавки алюминия и его сплавов, включающий подготовку поверхности, последовательное нанесение клеящего, изолирующего и фиксирующего слоев и термообработку, в котором в качестве клеящего слоя используют алюмофосфатную связку, фиксирующего слоя раствор борной кислоту, а изолирующий слой наносят путем подачи порошка оксида алюминия на клеящий слой. A known method of obtaining a coating on the inner surface of cast iron crucibles used for the smelting of aluminum and its alloys, including surface preparation, sequential application of an adhesive, insulating and fixing layers and heat treatment, in which an aluminophosphate bond is used as an adhesive layer, a fixing layer of boric acid solution, and an insulating layer is applied by applying alumina powder to the adhesive layer.

Недостатком данного решения является длительность процесса получения покрытия (три последовательные стадии), сложность получения равномерного покрытия на поверхности (нанесение порошка оксида алюминия на клеящий слой). The disadvantage of this solution is the duration of the coating process (three successive stages), the difficulty of obtaining a uniform coating on the surface (applying alumina powder to the adhesive layer).

Известно защитное покрытие для изложниц, включающее, мас. Known protective coating for molds, including, by weight.

Алюмотермический возгон 50-65
Ортофосфорная кислота 10-20
Вода Остальное,
причем, алюмотермический возгон содержит следующие компоненты, мас.Aluminothermic sublimation 50-65
Phosphoric acid 10-20
Water rest,
moreover, aluminothermic sublimation contains the following components, wt.

CaO 40-50
FeO 0,1-0,2
SiO₂ 0,2-0,25
V₂O₅ 1,5-2,0
Al₂O₃ Остальное
Алюмотермический возгон является отходом пирометаллургического производства ванадийсодержащих лигатур и представляет собой тонкодисперсный порошок, снимаемый с фильтров осадительных циклонов, что в плане реализации данного решения вызовет затруднения из-за ограниченной доступности предлагаемого компонента. Получение же состава аналогичного возгону искусственным путем затруднительно (дефицитный компонент V₂O₅) и потребует дополнительных затрат и оборудования.CaO 40-50
FeO 0.1-0.2
SiO ₂ 0.2-0.25
V ₂ O ₅ 1.5-2.0
Al ₂ O ₃ Else
Aluminothermic sublimation is a waste product of the pyrometallurgical production of vanadium-containing ligatures and is a fine powder removed from precipitation cyclone filters, which will cause difficulties in terms of implementing this solution due to the limited availability of the proposed component. Obtaining a composition similar to sublimation artificially is difficult (the scarce component is V ₂ O ₅ ) and will require additional costs and equipment.

Наиболее близким к предлагаемому является состав для получения защитного покрытия на металлических литейных формах. Closest to the proposed is a composition for obtaining a protective coating on metal casting molds.

Известный состав содержит, мас. The known composition contains, by weight.

Ортофосфорную кислоту 56-61
Материал на основе оксида железа 20-24
Синтетический калиевый фторфлогопит 8-10
Борную кислоту 0,8-1,2
Вода Остальное
В качестве материала на основе оксида железа он содержит окалину и синтетический калиевый фторфлогопит в виде отходов производства литых слюдокристаллических изделий, предварительно измельченных до фракции 0,5 мм.Phosphoric Acid 56-61
Iron Oxide Material 20-24
Synthetic potassium fluorophlogopite 8-10
Boric acid 0.8-1.2
Water Else
As a material based on iron oxide, it contains scale and synthetic potassium fluorophlogopite in the form of waste from the production of cast mica-crystalline products, previously crushed to a fraction of 0.5 mm.

Приготовление состава требует дополнительных затрат (измельчение компонентов, нагрев и кипячение смеси компонентов), что повышает себестоимость покрытия и снижает экономический эффект. Кроме того, в состав введен специфический труднодоступный компонент синтетический калиевый фторфлогопит, что сужает технические возможности приготовления и использования покрытия. The preparation of the composition requires additional costs (grinding components, heating and boiling the mixture of components), which increases the cost of coating and reduces the economic effect. In addition, a specific hard-to-reach component, synthetic potassium fluorophlogopite, was introduced into the composition, which narrows the technical possibilities of preparing and using the coating.

Цель изобретения повышение стойкости и срока службы металлических элементов, подвергающихся агрессивному воздействию расплава металла и испытывающих термические нагрузки, снижение себестоимости покрытия. The purpose of the invention is to increase the resistance and service life of metal elements exposed to the aggressive effects of molten metal and experiencing thermal stresses, reducing the cost of coating.

Поставленная цель достигается тем, что защитное покрытие для металлических поверхностей, включающее материал на основе оксида металла, фосфатное связующее, борную кислоту и воду, в качестве материала на основе оксида металла содержит пыль газоочистки электротермического производства кремния в качестве фосфатного связующего алюмофосфатное, при следующем соотношении компонентов, мас. This goal is achieved in that the protective coating for metal surfaces, including a material based on a metal oxide, a phosphate binder, boric acid and water, as a material based on a metal oxide contains gas cleaning dust from an electrothermal production of silicon as a phosphate binder, aluminophosphate, in the following ratio of components wt.

Пыль газоочистки электротермического производства кремния 5-63
Алюмофосфатное связующее 21-51
Борная кислота 0,1-6
Вода 10-32
В отличие от прототипа в предлагаемом решении в качестве материала на основе оксида металла используется пыль газоочистки электротермического производства кремния, в качестве фосфатного связующего алюмофосфатная связка и различные пределы совпадающих компонентов.Dust gas purification electrothermal production of silicon 5-63
Aluminophosphate binder 21-51
Boric acid 0.1-6
Water 10-32
In contrast to the prototype, the proposed solution uses dust of gas purification of electrothermal production of silicon as a material based on metal oxide, an aluminophosphate binder as a phosphate binder, and various limits of matching components.

Проведенный анализ предлагаемого технического решения и известных решений в данной области выявил следующее:
известно использование в составе покрытия борной кислоты и алюмофосфатной связки;
известно использование в составе покрытия фосфатное связки (ортофосфорная кислота) воды и огнеупорного наполнителя в виде алюмотермического возгона, содержащего оксид алюминия;
известно использование в составе защитного покрытия фосфатной связки (ортофосфорная кислота) борной кислоты, воды и материала на основе оксида железа в виде окалины.The analysis of the proposed technical solutions and known solutions in this area revealed the following:
the use of boric acid and aluminophosphate binder in the coating composition is known;
it is known to use in the coating composition a phosphate binder (phosphoric acid) of water and a refractory filler in the form of an aluminothermic sublimate containing alumina;
It is known to use boron acid, water, and iron oxide-based material in the form of scale in the protective coating of a phosphate binder (phosphoric acid).

Не выявлено решений с аналогичным с предлагаемым компонентным составом, соотношениями и предельными содержаниями компонентов. No solutions have been identified with the same composition as proposed, ratios and maximum contents of the components.

Техническая сущность решения заключается в следующим. The technical essence of the solution is as follows.

Основная задача, решаемая данным решением, создание качественного, имеющего плотную, однородную структуру, высокую адгезионную способность к покрываемой металлической поверхности, высокую термостойкость и эксплуатационную стойкость. Кроме того, доступность компонентов состава и низкая себестоимость покрытия расширяют технологические возможности его использования. The main task solved by this solution is to create a high-quality, having a dense, uniform structure, high adhesive ability to a coated metal surface, high temperature resistance and operational resistance. In addition, the availability of the components of the composition and the low cost of the coating expand the technological capabilities of its use.

Решение этих задач обеспечивается предлагаемым компонентным составом смеси и предельными соотношениями компонентов. The solution to these problems is provided by the proposed component composition of the mixture and the limiting ratios of the components.

В предлагаемом составе покрытия в качестве огнеупорного и прочностного компонента, обеспечивающего стойкость покрытия в условиях высоких температур и агрессивного воздействия расплава металла, используется пыль газоочистки электротермического производства кремния. Химический состав (усредненный) пыли приведен в табл.1. In the proposed composition of the coating as a refractory and strength component that ensures the stability of the coating at high temperatures and the aggressive effects of molten metal, gas cleaning dust is used for electrothermal production of silicon. The chemical composition (averaged) of dust is given in table 1.

Размер частичек пыли менее 60 мкм. The size of dust particles is less than 60 microns.

Содержащиеся в пыли компоненты обеспечивают огнеупорные и прочностные свойства покрытия. The components contained in the dust provide the refractory and strength properties of the coating.

При термообработке покрытия образуются фосфорносиликатные и боросиликатные стекла, а присутствие карбита кремния и углерода в стеклофазе повышает стойкость покрытия и, кроме того, при покрытии металлических нагревателей, например, изготовленных из нихрома, увеличивается их излучающая способность. During heat treatment of the coating, phosphorosilicate and borosilicate glasses are formed, and the presence of silicon carbite and carbon in the glass phase increases the resistance of the coating and, in addition, when coating metal heaters, for example, made of nichrome, their emissivity increases.

При содержании в составе пыли газоочистки электротермического производства кремния мене 5 покрытие имеет недостаточную прочность, при сушке наблюдаются трещины. When the content of dust gas purification electrothermal production of silicon is less than 5, the coating has insufficient strength, cracks are observed during drying.

При содержании пыли более 63 ухудшается кроющая способность покрытия, происходит отслаивание при сушке. When the dust content is more than 63, the opacity of the coating deteriorates, peeling occurs during drying.

Алюмофосфатное связующее используется в составе в качестве компонента, повышающего шлакоустойчивость, эрозийную стойкость покрытия. Aluminophosphate binder is used in the composition as a component that increases slag resistance, erosion resistance of the coating.

При содержании менее 21 снижаются эксплуатационные свойства покрытия, наблюдается зашлаковывание изложниц, снижается стойкость покрытых нихромовых нагревателей в миксерах. At a content of less than 21, the operational properties of the coating are reduced, slagging of molds is observed, and the resistance of coated nichrome heaters in mixers is reduced.

При содержании более 51 наблюдается пузырение покрытия при термообработке. With a content of more than 51, coating bubbling is observed during heat treatment.

Борная кислота введена в состав в количестве 0,1-6 в качестве компонента, повышающего механическую прочность и аэрозионную стойкость покрытия. Boric acid is introduced into the composition in an amount of 0.1-6 as a component that increases the mechanical strength and aerosion resistance of the coating.

Меньшие количества борной кислоты не влияют на свойства покрытия. Введением же большего количества не достигается повышения эксплуатационных свойств, возрастает нерациональный расход компонента. Вода в количестве 10-32 используется в составе для получения необходимой консистенции покрытия, для обеспечения технологичности его нанесения. Smaller amounts of boric acid do not affect coating properties. By introducing a larger amount, an increase in operational properties is not achieved, the irrational consumption of the component increases. Water in an amount of 10-32 is used in the composition to obtain the required consistency of the coating, to ensure the manufacturability of its application.

Пример. Готовили 100 кг защитного покрытия по следующей технологии. В мешалку засыпают 40 кг пыли газоочистки электротермического производства кремния (пыль электрофильтров), затем добавляют 40 кг алюмофосфатной связки, в которую предварительно введены 2 кг борной кислоты и 12 кг воды. Полученную смесь тщательно перемешивают, добавляя в нее 18 кг воды. В приготовленный состав погружают очищенный от смазки и пыли нихромовый нагреватель, на изложницы конвейера для разливки мелкой чушки покрытие наносят кистью. После естественной сушки в течение 10 ч нагревают покрытые металлические изделия до 400^oC при скорости нагрева 20^oC/мин. После полного остывания аналогичным образом наносят второй слой покрытия, а затем после естественной сушки в течение 10 ч производят термообработку до 300^oC со скоростью нагрева 20^oC/мин.Example. Prepared 100 kg of protective coating according to the following technology. 40 kg of dust of gas purification of electrothermal production of silicon (dust of electrostatic precipitators) are poured into the mixer, then 40 kg of aluminophosphate binder is added into which 2 kg of boric acid and 12 kg of water are previously introduced. The resulting mixture was thoroughly mixed by adding 18 kg of water. A nichrome heater cleaned of grease and dust is immersed in the prepared composition, and coating is applied to the molds of the conveyor for casting small ingots with a brush. After natural drying for 10 hours, the coated metal products are heated to 400 ^° C. at a heating rate of 20 ^° C./min. After complete cooling, a second coating layer is similarly applied, and then after natural drying for 10 hours, heat treatment is carried out to 300 ^° C with a heating rate of 20 ^° C / min.

После полного остывания нихромовый нагреватель устанавливают в миксер под токовую нагрузку, а изложницы устанавливают на литейный конвейер и окончательная термообработка защитного покрытия происходит в процессе эксплуатации. After complete cooling, the nichrome heater is installed in the mixer under the current load, and the molds are installed on the casting conveyor and the final heat treatment of the protective coating occurs during operation.

Результаты испытаний и экспериментов по обработке оптимального состава защитного покрытия приведены в табл.2 и 3. The results of tests and experiments on processing the optimal composition of the protective coating are given in tables 2 and 3.

Предлагаемый состав защитного покрытия опробован в промышленных условиях АО БрАЗ. The proposed composition of the protective coating is tested in industrial conditions of BrAZ.

Как показали эксперименты, защитное покрытие эффективно работает как при нанесении его на нихромовые нагреватели, так и на внутреннюю поверхность изложниц для отливки мелкой чушки из алюминия и силумина. As experiments have shown, the protective coating works effectively both when applied to nichrome heaters and to the inner surface of the molds for casting small ingots of aluminum and silumin.

Claims

A protective coating for metal surfaces, including a silicon-containing filler, aluminophosphate binder, boric acid and water, characterized in that as a silicon-containing filler it contains gas cleaning dust from the electrothermal production of silicon in the following ratio of components, wt.

Dust gas purification electrothermal production of silicon 5 63
Aluminophosphate binder 21 51
Boric acid 0.1 6
Water Rest