SK156394A3 - Process for producing a protective coating on heat stressed metal walls - Google Patents

Description

Oblasť techniky

Vynález sa týka spôsobu výroby ochrannej vrstvy na steny z kovového základného materiálu, s výhodou spaľovacích zariadení alebo výmeníkov tepla, napadnuté horúcimi plynmi, najmä dymovými plynmi, pri ktorom sa na predom očistené kovové steny na vytvorenie ochrannej vrstvy nanáša prášok z kovových, karbidických, oxidokeramických alebo kremi-

čitých látok	alebo zmesí	týchto	látok.
Doterajší stav techniky
Takéto	ochranné	vrstvy	sa majú	nanášať
napríklad na	chladiace	steny	kotlov na	odpadné

teplo, na oceľové konvertory. Tieto steny sú vystavené obzvlášť veľkým zaťaženiam. Na jednu zo strán prúdia asi 1400° až 1800°C horúce dymové plyny naložené popolom a časticami strusky pozdĺž, zatial čo na jednej z ostatných strán panujú tlaky sýtej pary asi 20 až 80 barov. Steny trubky, ochladenej sýtou parou majú pri tom gradienty vnútorného tlaku až 2 bary/min.

Z DE 23 55 532 C2 je známy spôsob navarovania prášku- kovov a zliatin na predohriatu kovovú podložku predom upravenú pieskovaním, pri ktorom sa kovová podložka zahrieva napred na najmenej 100 až

650°C. Ako pri navarovaní pomocou tyčovej elektródy, tak aj pri navarovaní prášku alebo plameňovom striekaní s následným natavením sa pri nanášaní ochrannej vrstvy základný materiál dosť silne zahrieva, čo vedie k nežiadúcej zmene štruktúry, najmä pri plameňovom striekaní sa teplota natavovania pohybuje v závislosti na použitom striekanom prášku medzi 980 až 1060°C. V dôsledku vnášania veľkého tepla dochádza okrem toho k pretiahnutiu povi ieknutých stien. Pri stavbe týchto stien môže potom dôjsť k problémom a k ďalším nákladom v dôsledku rozmerových nepresností . Keď sa ochranné vrstvy pozdejšie nanášajú týmito známymi spôsobmi, nemôžu pnutia, podmienené teplotou, reagovať v zmysle pretiahnutia, ale vedú pri vstavaných stenových prvkoch k trhlinám v povrchu, najmä v oblasti zvarov. Pri navarovaní má ochranná vrstva hrúbku asi 8 až 10 mm a pri plameňovom striekaní 1 až 2 mm.

Z DE-AS 26 30 507 je okrem toho známy spôsob výroby ochranných vrstiev na obrobkoch proti ich korózii horúcimi plynmi a/alebo mechanickému opotrebeniu, pri ktorom sa pomocou plazmového vákuu nanáša povliekajúci prášok na tomto vákuovom spôsobe striekania sa nákladom vyrobiť vákuum v pracovnej nie je zvonku prístupná a realizovať U väčších stien, napríklad stien kotli na odpadné teplo to nie je

-možné;·’ stnexama vo materiál. Pri musí značným komore, ktorá povlečenie. vstavaných v

Podstata vynálezu

Predložený vynález si kladie za základnú úlohu navrhnúť druhovo rovnaký spôsob, pri ktorom nedochádza k uvedeným problémom a najmä sa zabráni pretiahnutiu obrobkkov a pnutiam v základnom materiále vytvárajúcom trhliny.

Vyriešenie tejto úlohy podľa vynálezu je uvedené vo význakovej časti patentového nároku 1. Podnároky 2 až 8 obsahujú zmysluplné doplňujúce kroky spôsobu.

Pri spôsobe podľa vynálezu sa pred nanášaním prášku zdrsní za atmosférických podmienok nielen povrch stien spôsobom striekania v plazme, ale sa aktivuje aj základný materiál steny vysoko čistým ušľachtilým korundom tak, že sa vytvoria poruchy v kovovej mriežke, čím sa zvýšia adhézne sily. Bezprostredne potom, skôr ako odstráneniu porúch v mriežke, atmosférických podmienok striekania v plazme na dôjde opäť k sa potom za spôsobom nanesie prášok steny, ktorých povrch si pri tom udrží miestnosti.

približne priemernú teplotu

Zloženie prášku je stanovené v závislosti na prítomnom základnom materiále a pozdejších podmienkach prevádzky, najmä v závislosti na predom stanovených oblastiach teploty. Podľa vynálezu majú na prechodovú oblasť medzi základným materiálom -a nanesenou vrstvou v stave bez zaťaženia, to znamená pri teplote miestnosti, činiť napätia v ťahu 50 až 800 N/mm², s výhodou sa majú pohybovať medzi 500 až 800 N/mm², táto sa v napred stanovenom teplotnom rozmedzí v podstate zníži na 0 alebo sú v tomto rozmedzí nepatrné tlakové napätia. Tieto stavy napätia /zrovn. pripojený obr./ sa zaistí výpočtom jednak pomocou koeficientov teplotnej rozťažnosti základného materiálu a jednak vzorkov obrobkov, vyrobených z rôznych práškov. Výpočet sa môže preskúšať podľa DIN 50121.

Pomocou spôsobu podľa vynálezu sa môže vyrobiť napríklad na rovných alebo klenutých stenách spaľovacích zariadení, tepelných výmeníkov, najmä potom na oceľových konventoroch kotlov na odpadné teplo ochranná vrstva necitlivá voči tepelnému šoku a ľahko opraviteľná, pôsobiaca proti korózii horúcimi plynmi a/alebo mechanickému opotrebeniu.

Ukázalo sa, že konečná hrúbka vrstvy 0,1 až 0,5 mm, s výhodou 0,15 až 0,25 mm stačí k tomu,aby aj po podstatne dlhšom časovom období ako bolo až doteraz možné, zabránila opotrebeniu, ktoré by stálo za zmienku. Na nanášanie takejto ochrannej vrstvy sa ukázalo byt najmä vhodné 80 kW zariadenie na striekanie v plazme s vnútorným prívodom prášku. Pri tom sa používa prášok s veľkosťou zrna menšou ako 75 pm, s výhodou 20 až 40 pm. Pomocou tohoto prášku je možné nanášať najmä veľmi tenkú vrstvu, ktorá splňuje podmienku necitlivosti voči tepelnému šoku a odolnosti proti korózii horúcimi plynmi . a zabráni veľkému vlastnému pnutiu, podmienenému -laminárnou stavbou vrstvy podmienenou procesom. Celková vrstva sa vyrobí s výhodou u najmenej dvoch prechodov.

Pred striekaním v plazme sa spracovaný povrch stien zdrsní a aktivuje sa ušľachtilým korundom, s výhodou vysoko čisiýra, bielym ušľachtilým korundom.

Ďalej sa ukázalo, že je výhodné, ked sa pri spôsobe podľa vynálezu povrch zahreje plazmovým lúčom a v tomto natavené· častice len asi na 40°C, maximálne na 60°C. Tým sa vylúči predovšetkým pretiahnutie stien.

• S výhodou sa používa prášok obsahujúci zliatinu niklu.

Ukázalo sa, že by sa povlieknutie plazmou malo realizovať najpozdejšie po 45 minútach, s výhodou najpozdejšie po 30 minútach po aktivovaní povrchu stien.

Konečne sa môže teplota, ktorou sú steny spracované ochrannou vrstvou namáhané pohybovať v oblasti medzi 300 až 1800°C, s výhodou medzi 500 až 1000°C.

Prehľad obrázkov na výkrese

Na priloženom obr. 1 je znázornený diagram pnutie-teplota, napríklad chovanie napätia v prechodovej oblasti základného . materiálu a nanesenej ochrannej vrstvy v teplotnej oblasti medzi

O a.ž 1800°C. Základom pri tom sú namerané, stredné lineárne koeficienty tepelnej rozťažnosti obidvoch materiálových partnerov; obr. S ukazuje priebeh hrúbky vrstvy zliatiny NiCrBSi v kotli'na odpadné teplo, pri skúšaní viac ako 13300 šarží.

Príklad uskutočnenia vynálezu

V stave, pri ktorom nie sú povlieknuté plochy steny konvertora kotla na odpadné teplo namáhané, sú v prechodovej oblasti medzi základným materiálom a povliekacím materiálom napätia v ťahu odpovedajúce hodnotám nad 600 N/mm².

V pracovnom stave povlieknutej plochy steny konvertora kotla na odpadné teplo je nastriekaná vrstva náhle napadaná vysokými teplotami roztavenej ocele, vystrekujúcej vysoko z konvertora, a horúcej strusky. Na diagrame je znázornený pochod priebehu, napätia, pri ktorom bude neutrálna oblasť napätia prebiehať asi okolo 700°C a nad 700°C sa v prechodovej oblasti budú vytvárať tlakové napätia, ktoré zabránia odlupovaniu vrstvy alebo tvorbe trhlín vo vrstve. Pomocou trubiek stien kotla na odpadné teplo, chladených obvykle vodou, sa v dôsledku namáhania pomaly vytvára opäť stav napätia v tlaku, to znamená, že v diagrame vyznačená čiara priebehu napätia bude prebiehať v opačnom smere. Na obr·.· je znázornený len príklad priebehu napätia závislý na teplote.

.......Pre iné oblasti namáhania môže.prirodzene prebiehať tak zvaný 0- stav miesto pri ?00°C aj pri 400°C alebo pri 800°C.

Na bežne asi pni 1000 °C namáhanú kovovú trubku kotla na odpadné teplo bola nanesená pomocou nanášania striekaním v plazme ochranná vrstva vysoko odolná proti opotrebeniu podľa vynálezu tým, že sa

a) povrch stien najskôr zdrsnil a zaktivoval vysoko čistým ušľachtilým korundom a

b) potom sa priamo pri teplote miestnosti a za atmosférických podmienok po striekaní v plazme naniesol prášok, ktorý obsahuje zliatinu niklu, pričom

c) sa na trubky kotla na odpadné teplo z ocele najodolnejších proti teplu, predovšetkým zo St 35.8 15 Mo 3 naniesli spôsobom striekania v plazme povlaky z NiCrBSi.

Aj po dlhšej dobe prevádzky boli hodnoty opotrebenia týchto povlieknutých trubiek oveľa nižšie ako pri nechránenej trubke. Pri kombinácii vrstvy NiCrBSi s ešte odolnejšou vrstvou Cr2C3 proti oteru sa prejavovalo počas celej doby podobné chovanie, čo sa týka opotrebenia, najmä potom po dosiahnutí konečnej hrúbky vrstvy 0,15 až 0,35 mm nedošlo počas dlhej doby k žiadnemu podstatnému zníženiu hrúbky vrstvy (porovn. nasledujúci obr. ).

6a

PL·/ ^6^9 c?

Claims (9)

1. PATENTOVÉ NÁROKY

   1. Spôsob výroby ochrannej vrstvy na stenách z kovového materiálu, s výhodou spaľovacích zariadení alebo výmeníkov tepla, napádaných horúcimi plynmi, najmä dymovými plynmi, pri ktorom sa pomocou spôsobu striekania v plazme nanáša na predom vyčistené, kovové steny na vytvorenie ochrannej vrstvy prášok z kovových, karbidických, oxidokeramických alebo kremičitých materiálov alebo zmesi týchto materiálov , sa vyznačuje tým , že sa a/ povrch stien zdrsní a aktivuje sa vysoko čistým ušľachtilým korundom, a b/ potom sa priamo pri teplote miestnosti a za atmosférických podmienok nanáša spôsobom striekania v plazme prášok, pričom c/ sa zloženie prášku zvolí napred tak, aby pnutie zistené pomocou koeficientov tepelnej rozťažnosti základného materiálu a vzorkov obrobkov vyrobených z rôznych práškov na oblasť prechodu medzi základnou látkou a nanesenou vrstvou sa vzalo ako funkcia teploty v nenamáhanom stave / pri teplote miestnosti / napätie v ťahu medzi 50 až 800 N/mm², s výhodou medzi 500 až 800 N/mm², ktorá v pláh'óvane j oblasti teplotného namáhania 300 až 1800 °C, s výhodou 600 až 1000 °C sa v podstate zníži v podstate na 0 alebo vykazuje nepatrné tlakové napätia.
2. 2. Spôsob podľa nároku 1, sa vyznačuje tým , že nanesená ochranná vrstva má konečnú hrúbku 0,1 až 0,5 mm, s výhodou 0,15 až 0,25 mm.
3. 3. Spôsob podľa nároku značuje tým , že nanáša 80 kW zariadením na vnútorným vedením prášku.

   1 alebo 2, ochranná striekanie sa v y vrstva sa v plazme s
4. 4 .

   1 až 3 , sa použije s výhodou vrstvy.

   Spôsob podľa najmenej jedného z nárokov sa vyznačuje tým , že prášok s veľkosťou zrna menej ako 75 pm, 20 až 40 pm na nanášanie ochrannej z nárokov ý .m , že dvoch pre
5. 5. Spôsob podľa najmenej jedného laž4 , sa vyznačuje t sa ochranná vrstva vyrobí na najmenej chodoch.
6. 6. Spôsob podľa najmenej jedného z predchádzajúcich nárokov , s a vyznačuje tým, že sa povrch stien pred striekaním v plazme zdrsní a aktivuje ušľachtilým korundom, s výhodou vysoko čistým korundom.
7. 7. Spôsob podľa najmenej jedného z predchádzajúcich nárokov , s ä vyznačuje tým , že povrch stien sa zahrieva lúčom plazmy a častice prášku, ktoré sú v ňom natavené, sa zahrejú len až asi na 45 °C, maximálne na 60 °C.
8. 8. Spôsob podľa predchádzajúcich nárokov , tým , že sa používa zliatinu niklu.

   najmenej jedného z sa vyznačuje prášok obsahujúci c u 3 e reál i zuj e šie po 45

   Spôsob podľa nároku tým, že sa za atmosférických

   1, sa vyznápovlieknutie plazmou podmienok najpozdejminútach, s výhodou najpozdejšie po 30 minútach po aktivácii povrchu stien.
9. 10. Spôsob podľa nároku 1, sa vyznačuje tým , že teploty namáhania stien sa pohybujú v rozmedzí 300 až 1800 °C, s výhodou 600 až 1000 °C.