RU2116271C1 - Enamel slip for primer-free coating - Google Patents

Abstract

FIELD: chemical industry. SUBSTANCE: enamel for primer-free coating is intended for making enamel coatings, more particularly for protection of metallic surfaces from corrosion while manufacturing various products operating in aggressive media. Enamel slip comprises chemically resistant frit, clay, electrolyte, quartz-feldspar stock which contains alkali metal oxides and water, ratio of components being as follows (wt %):100 frit; 4-6 clay; 0.2-1.5 electrolyte; 5-30 quartz-feldspar stock, and 40-50 water. In order to prepare slip frits are used which contain no fluorine and compounds thereof. EFFECT: good spreadability of slip over surface, improved adhesion power of slip compound, wider roasting range of coating, uniform formation of quality enamel layer, removed internal stresses, higher heat resistance and greater mechanical strength of the coating. 4 cl, 5 tbl

Description

Изобретение относится к изготовлению эмалевых покрытий и может быть использовано для защиты металлических покрытий от коррозии при изготовлении стальных водо-, газо- и нефтепроводных труб, при эмалировании листов набивки регенеративных вращающихся воздухонагревателей паровых котлов, химической и газовой аппаратуры и арматуры к ней, емкостей и других видов изделий, работающих в агрессивных средах. The invention relates to the manufacture of enamel coatings and can be used to protect metal coatings from corrosion in the manufacture of steel water, gas and oil pipes, when enameling packing sheets of regenerative rotating air heaters of steam boilers, chemical and gas equipment and fittings to it, containers and other types of products operating in aggressive environments.

Известен эмалевый шликер для получения безгрунтового покрытия, содержащий фритту системы SiO₂ - Al₂O₃ - Na₂O - B₂O₃, песок, глину, молибденокислый аммоний, буру, карбоксиметилцеллюлозу, аэросил, пигмент красный железоокисный, окись меди и воду при следующем соотношении компонентов, мас. ч. : фритта 100; песок 40 - 45; глина 3 - 3,5; молибденовый аммоний 1,0 - 1,4; бура 0,8 - 1,2; карбоксиметилцеллюлоза 0,2 - 0,5; вода 50; аэросил 0,2 - 0,5; пигмент красный железоокисный 1,8 - 2,2; окись меди 0,1 - 0,2 [1]. Безгрунтовое покрытие, полученное на основе указанного шликера, обладает невысокими термомеханическими свойствами и низкой химической устойчивостью.Known enamel slip for obtaining a primer-free coating containing the frit of the SiO ₂ - Al ₂ O ₃ - Na ₂ O - B ₂ O _{3 system} , sand, clay, ammonium molybdenum, borax, carboxymethyl cellulose, aerosil, pigment red iron oxide, copper oxide and water at the following ratio of components, wt. hours: frit 100; sand 40 - 45; clay 3 - 3,5; molybdenum ammonium 1.0 to 1.4; borax 0.8-1.2; carboxymethyl cellulose 0.2-0.5; water 50; Aerosil 0.2 - 0.5; pigment red iron oxide 1.8 - 2.2; copper oxide 0.1 - 0.2 [1]. The primerless coating obtained on the basis of this slurry has low thermomechanical properties and low chemical resistance.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к изобретению (прототипом) является эмалевый шликер для безгрунтового покрытия, содержащий фритту, глинистые материалы, электролит, циркон, молотый кварц и воду при следующем соотношении компонентов, мас. ч.: фритта 100; глинистые материалы 1,5 - 7,0; электролит 0,6 - 1,0; циркон 5 - 20; молотый кварц 5 - 20; вода 38 - 50 [2]. The closest in technical essence and the achieved result to the invention (prototype) is an enamel slip for a primerless coating containing frit, clay materials, electrolyte, zircon, ground quartz and water in the following ratio of components, wt. h: frit 100; clay materials 1.5 to 7.0; electrolyte 0.6 - 1.0; zircon 5-20; ground quartz 5 - 20; water 38-50 [2].

Предлагаемый эмалевый шликер так же, как и шликер-прототип, содержит фритту, глину, электролит и воду. Известный эмалевый шликер-прототип обладает недостаточной адгезионной способностью и растекаемостью на поверхности металла. Это снижает термоустойчивость, механическую прочность и химическую устойчивость покрытия. The proposed enamel slip, as well as the prototype slip, contains frit, clay, electrolyte and water. Known enamel slip prototype has insufficient adhesive ability and spreadability on the surface of the metal. This reduces the thermal stability, mechanical strength and chemical stability of the coating.

В основу изобретения поставлена задача усовершенствования эмалевого шликера для безгрунтового покрытия путем введения в него новых компонентов при новом их количественном составе и за счет этого обеспечить улучшение адгезионной способности и растекаемости шликера по поверхности стальных изделий, что приводит к образованию равномерного качественного эмалевого слоя и, следовательно, к повышению термостойкости, механической прочности и химостойкости покрытия. The basis of the invention is the task of improving the enamel slip for a primerless coating by introducing new components into it with a new quantitative composition and thereby improve the adhesion and spreadability of the slip on the surface of steel products, which leads to the formation of a uniform high-quality enamel layer and, therefore, to increase the heat resistance, mechanical strength and chemical resistance of the coating.

Поставленная задача решается тем, что эмалевый шликер для безгрунтового покрытия, содержащий фритту, глину, электролит и воду, согласно изобретению дополнительно содержит кварцевополевошпатовое сырье (ГОСТ 13451-77) при следующем соотношении компонентов, мас. ч.:
Фритта - 100
Глина - 4 - 6
Электролит - 0,2 - 1,5
Кварцевополевошпатовое сырье - 5 - 30
Вода - 45 - 50
При этом фритта содержит окись кремния, окись циркония, борный ангидрид, окись натрия, окись калия, окись лития, окись титана, окись кальция, окись стронция, окись (III) кобальта и окись никеля при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Окись кремния - 59,0 - 62,8
Окись циркония - 1,5 - 5,0
Борный ангидрид - 6,0 - 8,0
Окись натрия - 11,0 - 13,5
Окись калия - 3,5 - 5,0
Окись лития - 3,0 - 5,0
Окись титана - 1,0 - 5,1
Окись кальция - 1,0 - 3,0
Окись стронция - 0,5 - 2,5
Окись (III) кобальта - 0,6 - 0,8
Окись никеля - 0,6 - 1,0
Кроме того, фритта содержит окись кремния, борный ангидрид, окись натрия, окись калия, окись лития, окись марганца, окись титана, окись алюминия, окись кальция, окись стронция, фосфорный ангидрид, окись (III) кобальта и окись никеля при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Окись кремния - 55,8 - 61
Борный ангидрид - 7,0 - 10,0
Окись натрия - 12,7 - 14,0
Окись калия - 2,4 - 5,0
Окись лития - 1,5 - 4,5
Окись марганца - 0,5 - 2,7
Окись титана - 2,0 - 3,5
Окись алюминия - 0,5 - 3,5
Окись кальция - 0,5 - 2,5
Окись стронция - 0,5 - 2,0
Фосфорный ангидрид - 0,5 - 2,5
Окись (III) кобальта - 0,3 - 1,0
Окись никеля - 0,6 - 1,5
Кроме того, фритта содержит окись кремния, борный ангидрид, окись натрия, окись калия, окись титана, окись кальция, окись никеля, окись марганца и окись железа при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Окись кремния - 57,7 - 58,8
Борный ангидрид - 10,0 - 11,3
Окись натрия - 13,5 - 14,5
Окись калия - 5,0 - 6,0
Окись титана - 1,5 - 4,5
Окись кальция - 1,0 - 3,5
Окись никеля - 1,0 - 1,5
Окись марганца - 3,5 - 5,0
Окись железа - 3,5 - 5,0
Электролит, входящий в состав предлагаемого шликера, может содержать нитрит натрия (ГОСТ 4197-80) и молибденовокислый аммоний (ГОСТ 3765-78) или натрий (ГОСТ 10931-74) при следующем соотношении компонентов, мас. ч.: нитрит натрия 0,1 - 0,5; молибденовокислый аммоний или натрий 0,1 - 1.The problem is solved in that the enamel slip for a primerless coating containing frit, clay, electrolyte and water, according to the invention additionally contains quartz-feldspar raw materials (GOST 13451-77) in the following ratio of components, wt. hours:
Frit - 100
Clay - 4 - 6
Electrolyte - 0.2 - 1.5
Quartz feldspar raw materials - 5 - 30
Water - 45 - 50
In this case, the frit contains silicon oxide, zirconium oxide, boric anhydride, sodium oxide, potassium oxide, lithium oxide, titanium oxide, calcium oxide, strontium oxide, cobalt oxide (III) and nickel oxide in the following ratio of components, wt.%:
Silica - 59.0 - 62.8
Zirconia - 1.5 - 5.0
Boric anhydride - 6.0 - 8.0
Sodium oxide - 11.0 - 13.5
Potassium oxide - 3.5 - 5.0
Lithium oxide - 3.0 - 5.0
Titanium oxide - 1.0 - 5.1
Calcium oxide - 1.0 - 3.0
Strontium oxide - 0.5 - 2.5
Cobalt oxide (III) - 0.6 - 0.8
Nickel oxide - 0.6 - 1.0
In addition, the frit contains silicon oxide, boric anhydride, sodium oxide, potassium oxide, lithium oxide, manganese oxide, titanium oxide, aluminum oxide, calcium oxide, strontium oxide, phosphoric anhydride, cobalt (III) oxide and nickel oxide in the following ratio of components , wt.%:
Silicon oxide - 55.8 - 61
Boric anhydride - 7.0 - 10.0
Sodium oxide - 12.7 - 14.0
Potassium oxide - 2.4 - 5.0
Lithium oxide - 1.5 - 4.5
Manganese oxide - 0.5 - 2.7
Titanium oxide - 2.0 - 3.5
Alumina - 0.5 - 3.5
Calcium oxide - 0.5 - 2.5
Strontium oxide - 0.5 - 2.0
Phosphoric anhydride - 0.5 - 2.5
Cobalt oxide (III) - 0.3 - 1.0
Nickel oxide - 0.6 - 1.5
In addition, the frit contains silicon oxide, boric anhydride, sodium oxide, potassium oxide, titanium oxide, calcium oxide, nickel oxide, manganese oxide and iron oxide in the following ratio, wt.%:
Silicon oxide - 57.7 - 58.8
Boric anhydride - 10.0 - 11.3
Sodium oxide - 13.5 - 14.5
Potassium oxide - 5.0 - 6.0
Titanium oxide - 1.5 - 4.5
Calcium oxide - 1.0 - 3.5
Nickel oxide - 1.0 - 1.5
Manganese Oxide - 3.5 - 5.0
Iron Oxide - 3.5 - 5.0
The electrolyte that is part of the proposed slip may contain sodium nitrite (GOST 4197-80) and ammonium molybdenum acid (GOST 3765-78) or sodium (GOST 10931-74) in the following ratio of components, wt. h: sodium nitrite 0.1 - 0.5; ammonium molybdenum acid or sodium 0.1 - 1.

Предлагаемый эмалевый шликер для безгрунтового покрытия отличается от прототипа как составом ингредиентов, так и их количественным составом. Такие существенные отличительные признаки эмалевого шликера как содержание кварцевополевошпатового сырья при соотношении компонентов, мас.ч.: фритта 100; глина 4,5; нитрит натрия 0,1 - 0,5; молибденовокислый аммоний или натрий 0,1 - 1; кварцевополевошпатовое сырье 5 - 30; вода 45 - 50, достаточные во всех случаях, на которые распространяется испрашиваемый объем правовой охраны. Остальные отличительные признаки характеризуют изобретения лишь в частных случаях. The proposed enamel slip for primerless coating differs from the prototype in both the composition of the ingredients and their quantitative composition. Such significant distinguishing features of an enamel slip as the content of quartz-feldspar raw materials with a ratio of components, parts by weight: frit 100; clay 4.5; sodium nitrite 0.1 - 0.5; ammonium molybdenum acid or sodium 0.1-1; quartz feldspar raw materials 5-30; water 45 - 50, sufficient in all cases to which the requested amount of legal protection applies. The remaining distinguishing features characterize the invention only in special cases.

Содержание основных компонентов в использованном кварцевополевошпатовом сырье составляло, мас.%: SiO₂ 75; Al₂O₃ 13; K₂O + Na₂O 8,3; Fe₂O₃ 0,15; CaO 0,13; MgO 0,03, п.п.п. 3,99 с размером частиц не более 65 мкм.The content of the main components in the used quartz-feldspar feed was, wt.%: SiO ₂ 75; Al ₂ O ₃ 13; K ₂ O + Na ₂ O 8.3; Fe ₂ O ₃ 0.15; CaO 0.13; MgO 0.03, p.p.p. 3.99 with a particle size of not more than 65 microns.

Включение в состав эмалевого шликера кварцевополевошпатового сырья благодаря его химическому составу и прежде всего наличию оксидов щелочных металлов способствует лучшей растекаемости шликера по поверхности стальных изделий, улучшает адгезионную способность шликерной массы, растворяет интервал обжига покрытия. Это приводит к равномерному образованию качественного эмалевого слоя, к снятию внутренних напряжений, а, следовательно, к повышению термостойкости и механической прочности покрытия. Кроме этого, наличие в кварцевополевошпатовом сырье оксидов кремния и алюминия способствует улучшению химической стойкости покрытия. Следует также отметить, что предложенные составы фритты в отличие от известных не содержат фтора и его соединений, что повышает экологическую безопасность окружающей среды при нанесении эмалевых покрытий. The inclusion of silica feldspar raw materials in the enamel slip due to its chemical composition and, above all, the presence of alkali metal oxides contributes to better slip spreadability on the surface of steel products, improves the adhesive ability of the slip mass, and dissolves the coating firing interval. This leads to the uniform formation of a high-quality enamel layer, to relieve internal stresses, and, consequently, to increase the heat resistance and mechanical strength of the coating. In addition, the presence of silica and aluminum oxides in quartz-feldspar raw materials improves the chemical resistance of the coating. It should also be noted that the proposed frit compositions, unlike the known ones, do not contain fluorine and its compounds, which increases the environmental safety of the environment when applying enamel coatings.

Приготовление эмалевого шликера осуществляют следующим образом. Preparation of enamel slip is as follows.

Смесь компонентов, входящих в состав фритты, соответствующих ГОСТам и техническим условиям, сплавляют по вращающейся газовой печи при температуре 1250 - 1300^oC в течение 1,5 - 2 ч с последующей грануляцией на воду. Затем гранулы размалывают в шаровых мельницах в присутствии глины, электролита, например нитрита натрия и молибденовокислого аммония или натрия, и воды, взятых в необходимом соотношении. Для экспериментальной проверки предлагаемого эмалевого шликера были приготовлены пятнадцать его вариантов. В табл. 1 приведены пять смесей ингредиентов состава шликера, изготовленного указанным выше способом, три из которых показали оптимальные результаты (варианты 2 - 4).A mixture of components that are part of the frit, corresponding to GOST and technical conditions, is fused in a rotary gas furnace at a temperature of 1250 - 1300 ^o C for 1.5 - 2 hours, followed by granulation with water. Then the granules are ground in ball mills in the presence of clay, an electrolyte, for example sodium nitrite and ammonium molybdenum acid or sodium, and water, taken in the required ratio. For experimental verification of the proposed enamel slip were prepared fifteen of its options. In the table. 1 shows five mixtures of the ingredients of the slip composition made by the above method, three of which showed optimal results (options 2 to 4).

При изготовлении каждого из шликеров, указанных в табл. 1, использовалась фритта трех различных заявляемых составов, которые приведены в табл. 2. In the manufacture of each of the slips specified in the table. 1, the frit of three different claimed compositions was used, which are given in table. 2.

Полученные шликеры наносились на стальные образцы и обжигались в интервале температур 780 - 940^oC в течение 4 - 6 мин. Покрытия получаются хорошо оплавленные, гладкие, блестящие, без дефектов. В табл. 3 - 5 приведены физико-химические свойства покрытий, полученных при использовании предлагаемого эмалевого шликера. Они определялись в соответствии с требованиями ГОСТ 24405-80, ОСТ 26-01-1.79 и ОСТ 25-01-198-79. В табл. 3 приведены физико-химические свойства покрытий при использовании шликеров с фриттой I, в табл. 4 - с фриттой II и в табл. 5 - с фриттой III (состав фритты см. в табл. 2).The resulting slurries were applied to steel samples and fired in the temperature range 780 - 940 ^o C for 4 to 6 minutes. The coatings are well melted, smooth, shiny, without defects. In the table. 3 to 5 show the physico-chemical properties of the coatings obtained using the proposed enamel slip. They were determined in accordance with the requirements of GOST 24405-80, OST 26-01-1.79 and OST 25-01-198-79. In the table. 3 shows the physico-chemical properties of the coatings when using slip with frit I, in table. 4 - with frit II and in table. 5 - with frit III (for the composition of the frit, see table. 2).

Как видно из табл. 3 - 5, оптимальными физико-химическими свойствами обладают покрытия, для которых использовались шликеры 2-го, 3-го и 4-го составов (см. табл. 1), то есть шликеры, количественный состав ингредиентов которых находится в заявляемом диапазоне. As can be seen from the table. 3 - 5, coatings for which slurries of the 2nd, 3rd and 4th compositions were used have the optimal physicochemical properties (see Table 1), that is, slurries whose quantitative composition of ingredients is in the claimed range.

Claims (1)

1. Эмалевый шликер для безгрунтового покрытия, содержащий фритту, глину, электролит и воду, отличающийся тем, что он дополнительно содержит кварцевополевошпатовое сырье, содержащее оксиды щелочных металлов, при следующем соотношении компонентов, мас.ч.:
Фритта - 100
Глина - 4 - 6
Электролит - 0,2 - 1,5
Кварцевополевошпатовое сырье - 5 - 30
Вода - 45 - 50
2. Шликер по п.1, отличающийся тем, что фритта содержит окись кремния, окись циркония, борный ангидрид, окись натрия, окись калия, окись лития, окись титана, окись кальция, окись стронция, окись (III) кобальта и окись никеля при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Окись кремния - 59,0 - 62,8
Окись циркония - 1,5 - 5,0
Борный ангидрид - 6,0 - 8,0
Окись натрия - 11,0 - 13,5
Окись калия - 3,5 - 5,0
Окись лития - 3,0 - 5,0
Окись титана - 1,0 - 5,1
Окись кальция - 1,0 - 3,0
Окись стронция - 0,5 - 2,5
Окись (III) кобальта - 0,6 - 0,8
Окись никеля - 0,6 - 1,0
3. Шликер по п.1, отличающийся тем, что фритта содержит окись кремния, борный ангидрид, окись натрия, окись калия, окись лития, окись марганца, окись титана, окись алюминия, окись кальция, окись стронция, фосфорный ангидрид, окись (III) кобальта и окись никеля при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Окись кремния - 55,8 - 61
Борный ангидрид - 7,0 - 10,8
Окись натрия - 12,7 - 14,0
Окись калия - 2,4 - 5,0
Окись лития - 1,5 - 4,5
Окись марганца - 0,5 - 2,7
Окись титана - 2,0 - 3,5
Окись алюминия - 0,5 - 3,5
Окись кальция - 0,5 - 2,5
Окись стронция - 0,5 - 2,0
Фосфорный ангидрид - 0,5 - 2,5
Окись (III) кобальта - 0,3 - 1,0
Окись никеля - 0,6 - 1,5
4. Шликер по п.1, отличающийся тем, что фритта содержит окись кремния, борный ангидрид, окись натрия, окись калия, окись титана, окись кальция, окись никеля, окись марганца и окись железа при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Окись кремния - 57,7 - 58,8
Борный ангидрид - 10,0 - 11,3
Окись натрия - 13,5 - 14,5
Окись калия - 5,0 - 6,0
Окись титана - 1,5 - 4,5
Окись кальция - 1,0 - 3,5
Окись никеля - 1,0 - 1,5
Окись марганца - 3,5 - 5,0
Окись железа - 3,5 - 5,01. An enamel slip for a primerless coating containing frit, clay, electrolyte and water, characterized in that it additionally contains quartz-feldspar raw materials containing alkali metal oxides, in the following ratio, wt.h .:
Frit - 100
Clay - 4 - 6
Electrolyte - 0.2 - 1.5
Quartz feldspar raw materials - 5 - 30
Water - 45 - 50
2. The slip according to claim 1, characterized in that the frit contains silicon oxide, zirconium oxide, boric anhydride, sodium oxide, potassium oxide, lithium oxide, titanium oxide, calcium oxide, strontium oxide, cobalt oxide (III) and nickel oxide at the following ratio of components, wt.%:
Silica - 59.0 - 62.8
Zirconia - 1.5 - 5.0
Boric anhydride - 6.0 - 8.0
Sodium oxide - 11.0 - 13.5
Potassium oxide - 3.5 - 5.0
Lithium oxide - 3.0 - 5.0
Titanium oxide - 1.0 - 5.1
Calcium oxide - 1.0 - 3.0
Strontium oxide - 0.5 - 2.5
Cobalt oxide (III) - 0.6 - 0.8
Nickel oxide - 0.6 - 1.0
3. The slip according to claim 1, characterized in that the frit contains silicon oxide, boric anhydride, sodium oxide, potassium oxide, lithium oxide, manganese oxide, titanium oxide, aluminum oxide, calcium oxide, strontium oxide, phosphoric anhydride, oxide (III ) cobalt and nickel oxide in the following ratio of components, wt.%:
Silicon oxide - 55.8 - 61
Boric anhydride - 7.0 - 10.8
Sodium oxide - 12.7 - 14.0
Potassium oxide - 2.4 - 5.0
Lithium oxide - 1.5 - 4.5
Manganese oxide - 0.5 - 2.7
Titanium oxide - 2.0 - 3.5
Alumina - 0.5 - 3.5
Calcium oxide - 0.5 - 2.5
Strontium oxide - 0.5 - 2.0
Phosphoric anhydride - 0.5 - 2.5
Cobalt oxide (III) - 0.3 - 1.0
Nickel oxide - 0.6 - 1.5
4. The slip according to claim 1, characterized in that the frit contains silicon oxide, boric anhydride, sodium oxide, potassium oxide, titanium oxide, calcium oxide, nickel oxide, manganese oxide and iron oxide in the following ratio, wt.%:
Silicon oxide - 57.7 - 58.8
Boric anhydride - 10.0 - 11.3
Sodium oxide - 13.5 - 14.5
Potassium oxide - 5.0 - 6.0
Titanium oxide - 1.5 - 4.5
Calcium oxide - 1.0 - 3.5
Nickel oxide - 1.0 - 1.5
Manganese Oxide - 3.5 - 5.0
Iron Oxide - 3.5 - 5.0

Images