RU2209193C1 - Многокомпонентное защитно-упрочняющее покрытие и способ его получения - Google Patents

Многокомпонентное защитно-упрочняющее покрытие и способ его получения Download PDF

Info

Publication number
RU2209193C1
RU2209193C1 RU2002112797/03A RU2002112797A RU2209193C1 RU 2209193 C1 RU2209193 C1 RU 2209193C1 RU 2002112797/03 A RU2002112797/03 A RU 2002112797/03A RU 2002112797 A RU2002112797 A RU 2002112797A RU 2209193 C1 RU2209193 C1 RU 2209193C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
temperature
mixture
layer
alumina cement
coating
Prior art date
Application number
RU2002112797/03A
Other languages
English (en)
Inventor
В.С. Владимиров
М.А. Илюхин
С.Е. Мойзис
Е.С. Мойзис
С.Ю. Рыбаков
Де Чун СО
Original Assignee
ЗАКРЫТОЕ АКЦИОНЕРНОЕ ОБЩЕСТВО НАУЧНО-ПРОИЗВОДСТВЕННО-КОММЕРЧЕСКАЯ ФИРМА "МаВР"
"Мавр-Корея" Компани Лимитед
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by ЗАКРЫТОЕ АКЦИОНЕРНОЕ ОБЩЕСТВО НАУЧНО-ПРОИЗВОДСТВЕННО-КОММЕРЧЕСКАЯ ФИРМА "МаВР", "Мавр-Корея" Компани Лимитед filed Critical ЗАКРЫТОЕ АКЦИОНЕРНОЕ ОБЩЕСТВО НАУЧНО-ПРОИЗВОДСТВЕННО-КОММЕРЧЕСКАЯ ФИРМА "МаВР"
Priority to RU2002112797/03A priority Critical patent/RU2209193C1/ru
Priority to PCT/RU2003/000213 priority patent/WO2003097559A1/ru
Priority to KR1020030031014A priority patent/KR100546555B1/ko
Application granted granted Critical
Publication of RU2209193C1 publication Critical patent/RU2209193C1/ru

Links

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09D—COATING COMPOSITIONS, e.g. PAINTS, VARNISHES OR LACQUERS; FILLING PASTES; CHEMICAL PAINT OR INK REMOVERS; INKS; CORRECTING FLUIDS; WOODSTAINS; PASTES OR SOLIDS FOR COLOURING OR PRINTING; USE OF MATERIALS THEREFOR
    • C09D1/00—Coating compositions, e.g. paints, varnishes or lacquers, based on inorganic substances
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B41/00—After-treatment of mortars, concrete, artificial stone or ceramics; Treatment of natural stone
    • C04B41/45—Coating or impregnating, e.g. injection in masonry, partial coating of green or fired ceramics, organic coating compositions for adhering together two concrete elements
    • C04B41/52—Multiple coating or impregnating multiple coating or impregnating with the same composition or with compositions only differing in the concentration of the constituents, is classified as single coating or impregnation

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Ceramic Engineering (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Structural Engineering (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Wood Science & Technology (AREA)
  • Application Of Or Painting With Fluid Materials (AREA)
  • Furnace Housings, Linings, Walls, And Ceilings (AREA)
  • Nitrogen And Oxygen Or Sulfur-Condensed Heterocyclic Ring Systems (AREA)

Abstract

Изобретение относится к созданию высокоогнеупорных материалов, а именно к технологии получения многокомпонентных покрытий для многоуровневой защиты футеровок конструкций, отдельных устройств и элементов в металлургических печах, химических реакторах и др. Обеспечение эрозионной и тепловой защиты достигается созданием на его поверхности покрытия, содержащего три многокомпонентных слоя. При этом каждый слой выполняется на основе материалов, способных к возникновению и проведению СВС-процесса. Для получения в каждый из указанных слоев вводятся модифицирующие добавки из оксидных, тугоплавких оксидных материалов и/или некислородных соединений. Каждый из слоев наносят в несколько проходов, причем пропитку первого слоя осуществляют многократно с помощью высоконапорных воздушно-распылительных устройств и/или при повышенном избыточном давлении. После сушки многослойного покрытия проводят низкотемпературный обжиг и по достижении температуры покрытия, на 20-300С меньшей температуры начала инициирования СВС-процесса, вводят защитную среду. Предлагаемые покрытия существенно увеличивают ресурс работы огнеупорных материалов, повышают эксплуатационные и теплофизические характеристики тепловых агрегатов в условиях воздействия химически активных и эрозионно-агрессивных сред. 2 с. и 14 з.п. ф-лы, 1 ил.

Description

Изобретение относится к области создания многокомпонентных высокоогнеупорных материалов, а именно к технологии получения защитно-упрочняющих покрытий на изделиях из пористых огнеупорных материалов, и может быть использовано при разработке высокотемпературных агрегатов для таких отраслей промышленности, как теплоэнергетика, металлургия, химическая и нефтехимическая промышленность, авиационная и ракетно-космическая техника и др.
Известен способ получения упрочняющего покрытия на пористых материалах, включающий нанесение на поверхность экзотермического состава, содержащего оксид кремния, алюминий и водный раствор жидкого стекла, сушку и нагрев изделия с инициированием самораспространяющегося высокотемпературного синтеза (СВС-процесса) (патент РФ 2049763, МПК С 04 В 41/87, 23.01.92 г.).
Однако указанный способ не обеспечивает требуемого улучшения эксплуатационных свойств теплоизоляционных огнеупорных и высокоогнеупорных материалов, а именно - необходимое повышение износостойкости и прочности поверхностного слоя легковесных изделий, а также снижение пористости этого слоя.
Известен огнеупорный материал и способ его производства для изготовления огнеупорных изделий, содержащий керамическую алюмосиликатную основу и упрочняющее покрытие, выполненное экзотермическим синтезом из шликерной массы, полученной затворением шихты раствором жидкого стекла (патент РФ 2091352, МПК С 04 В 35/12, 35/66, 111/20, 29.09.96 г.). Высокие эксплуатационные свойства огнеупорных изделий достигнуты тем, что основа окислителя наносимой упрочняющей шликерной массы получена на базе хромсодержащих соединений (оксидов хрома) в сочетании с тетрафторборатом калия. Однако наличие в огнеупорном материале дефицитного, дорогостоящего и очень токсичного оксида хрома приводит к тому, что получаемые изделия имеют высокую стоимость и экологически небезопасны в процессе их подготовки и эксплуатации.
Известны огнеупорный муллитовый материал, изделия на его основе и способ их производства (патент РФ 2101263, МПК С 04 В 35/10, 35/14, 35/16, 35/18 от 10.01.98 г.). Огнеупорный материал содержит синтетическую муллитовую фазу в количестве 60-72%, остальное - свободный кремний (карбид кремния) и корунд.
В способе получения образцов указанного материала исходная шихта содержит диоксид кремния и алюминий, а для приготовления шликерной массы используют водный раствор жидкого стекла, который добавляют в шихту. Причем, в шихту дополнительно вводят карбид кремния. Сформованную и высушенную заготовку нагревают в печи для наступления реакции СВС.
Однако введение в шихту такого дорогостоящего соединения, как карбид кремния, хотя и повышает износостойкость муллитового материала, но не улучшает, а порой и ухудшает другие эксплуатационные свойства изделия, в частности из-за плохого (для ряда рабочих сред) взаимодействия карбида кремния с расплавами металлов и агрессивными жидкостями. В результате наблюдается явление смачиваемости этого соединения с расплавленными металлами, т.е. прилипание расплавленных металлов и сплавов к поверхности покрытия, что приводит, в конечном счете, к существенному ограничению областей применения созданного огнеупорного материала.
Известно многокомпонентное защитно-упрочняющее покрытие и способ его получения, принятые за прототип, содержащее слой экзотермического состава в виде оксида кремния и алюминия, предназначенных для приготовления шихты, а в качестве связующего - водный раствор жидкого стекла с получением шликера, его нанесение на внутреннюю поверхность теплового агрегата, сушку и нагрев до момента инициирования СВС-процесса (патент РФ 2137733, МПК С 04 В 41/87, от 20.09.99 г. ). Для улучшения характеристик покрытия шихта дополнительно содержала модифицирующие добавки в виде глины, бора аморфного и тетрафторбората калия, которые вводились порознь или совместно.
Однако получаемое однослойное покрытие имеет относительно большую пористость поверхностного слоя и недостаточно высокий ресурс работы из-за малой глубины пропитки поверхностного слоя огнеупорного материала. В результате получалось покрытие с относительно невысокими адгезионными характеристиками, что приводило к возможности растрескивания и вымывания поверхностного слоя в процессе длительной эксплуатации и как, следствие, к преждевременному износу покрытия и потере его защитно-упрочняющих свойств. Кроме этого, введение в шихту таких сверх дорогостоящих модифицирующих добавок, как бор аморфный и тетрафторборат калия, не обеспечивало создания условий для достижения необходимой стойкости покрытия против действия ряда неорганических расплавов и других химически активных эрозионно-агрессивных сред.
Задачей изобретения является создание эффективного многослойного многокомпонентного покрытия, которое бы обеспечило многоуровневую эрозионную и тепловую защиту внутренней поверхности высокотемпературного теплового агрегата от воздействия химически активных и эрозионно-агрессивных сред в виде расплавов металлов, кислых и основных шлаков, химически активных жидких и жидко-вязких сред и др.
Решение поставленной задачи и технический результат достигаются тем, что предложенное многокомпонентное защитно-упрочняющее покрытие, содержащее слой экзотермического состава в виде оксида кремния и алюминия, а в качестве связующего водный раствор жидкого стекла, содержит три многокомпонентных, разнородных по составу с различными функциональными свойствами слоя. При этом первый - пропиточный слой выполнен на основе шликера малой вязкости при следующем соотношении входящих в него компонентов, мас.%: оксид кремния - 65-50; алюминий - 28-35; высокоглиноземистый цемент - 7-15 с затворением шихты 5-20%-ным раствором жидкого стекла.
Второй - грунтовочный слой выполнен на основе исходных материалов, способных к возникновению экзотермической реакции, и модифицирующих оксидных добавок, при следующих соотношениях компонентов, мас.%: оксид кремния - 74-42; алюминий - 16-30; окислы железа - 2-3; высокоглиноземистый цемент 8-15; оксидные добавки - 0-15 с затворением шихты 40-60% раствором жидкого стекла в количестве % от массы шихты - 40-90.
Третий - рабочий слой изготовлен на основе исходных материалов, способных к возникновению экзотермической реакции, и мелкодисперсных модифицирующих добавок из тугоплавких оксидных материалов и некислородных соединений по отдельности или в сочетании при следующих соотношениях входящих в них компонентов, мас. %: оксид кремния - 40-47; алюминий - 15-30; зола уноса - 15-3; высокоглиноземистый цемент - 5-15, тугоплавкие оксидные материалы и некислородные соединения - 25-5% с затворением шихты 40-60% раствором жидкого стекла в количестве % от массы шихты - 40-90.
Поставленная задача решается также предлагаемым способом получения многокомпонентного защитно-упрочняющего покрытия, который включает приготовление шихты в виде однослойного экзотермического состава, содержащего оксид кремния и алюминий, а в качестве связующего - водный раствор жидкого стекла с получением шликера, его нанесение на внутреннюю поверхность теплового агрегата, сушку и низкотемпературный обжиг путем нагрева агрегата до момента инициирования СВС-процесса. При этом на поверхность футеровки теплового агрегата последовательно наносят три многокомпонентных, разнородных по составу и с различными функциональными свойствами слоя. При этом первый - пропиточный слой наносят на футеровку с помощью шликера малой вязкости при следующем соотношении входящих в него компонентов, мас.%:
Оксид кремния - 65-50
Алюминий - 28-35
Высокоглиноземистый цемент - 7-15
а шихту затворяют 5-20%-ным раствором жидкого стекла.
Второй - грунтовочный слой формируют с помощью исходных материалов, способных к возникновению экзотермической реакции, и модифицирующих оксидных добавок при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Оксид кремния - 74-42
Алюминий - 16-30
Окислы железа - 2-3
Высокоглиноземистый цемент - 8-15
Оксидные добавки - 0-15
а шихту затворяют 40-60% раствором жидкого стекла в количестве % от массы шихты 40-90.
Третий - рабочий слой формируют с помощью исходных материалов, способных к возникновению экзотермической реакции, и мелкодисперсных, модифицирующих добавок из тугоплавких оксидных материалов и некислородных соединений по отдельности или в сочетании при следующих соотношениях компонентов, мас.%:
Оксид кремния - 40-47
Алюминий - 15-30
Зола уноса - 15-3
Высокоглиноземистый цемент - 5-15
Тугоплавкие оксидные материалы и некислородные соединения - 25-5
а шихту затворяют 40-60% раствором жидкого стекла в количестве % от массы шихты 40-90.
Согласно предлагаемому способу, пропиточный слой наносят на поверхность футеровки теплового агрегата в 2-3 приема со временем сушки между приемами 0,5-1 ч. При этом в процессе каждого приема осуществляют многократную (3-6 раз) пропитку поверхности с помощью высоконапорных воздушно-распылительных устройств и/или при повышенном избыточном давлении, например 0,05-0,1 МПа, создаваемом с помощью сжатого воздуха, который подводят во внутреннюю полость теплового агрегата.
Грунтовочный слой наносят в три-четыре прохода с выдержкой во времени при естественной сушке между проходами 0,5-2 ч, а рабочий слой наносят в три - пять проходов до образования слоя толщиной 1-2 мм с выдержкой во времени при естественной сушке между проходами 0,5-2 ч.
После нанесения многослойного многокомпонентного покрытия проводят его сушку при температуре 30-60oС в течение 1-2 сут.
В предлагаемом способе после сушки покрытия проводят низкотемпературный обжиг по заданному графику нагрева, предусматривающего повышение температуры до 900-1000oС в течение 5-7 ч с темпом нагрева, не превышающим 5-6o/мин. Заданный график включает, по крайней мере, шесть участков нагрева и выдержки достигнутой температуры во времени. Причем на первых двух участках плавно повышают температуру до 110-130oС с темпом нагрева 1-2o/мин и выдержкой достигнутой температуры в течение 30-60 мин. На третьем и четвертом участках температуру повышают до 450-550oС с темпом нагрева 3-5o/мин и выдержкой достигнутой температуры в течение 30-60 мин. На пятом участке увеличивают темп нагрева до 5-6o/мин и после завершения реакции СВС доводят температуру кладки теплового агрегата до температуры 900-1000oС. На шестом участке эту температуру выдерживают в течение 30-60 мин.
Особенность предлагаемого способа также состоит в том, что во внутреннюю полость теплового агрегата в преддверии СВС-процесса, который характеризуется температурой поверхности покрытия, на 20-30oС меньшей, чем среднестатистическая температура начала инициирования, вводят с малым 10-20 м3/ч объемным расходом защитную среду, регистрируют последующий темп нагрева и при достижении среднестатистической температуры инициирования СВС-процесса увеличивают объемный расход защитной среды до 60-100 м3/ч.
Экспериментальные исследования, проведенные в процессе разработки предлагаемого изобретения, показали, что создание защитно-упрочняющего покрытия в виде трех многокомпонентных, разнородных по составу с различными функциональными свойствами слоев, наиболее оптимально решает поставленную задачу обеспечения многоуровневой защиты тепловых агрегатов от воздействия химически активных и эрозионно-агрессивных сред.
Все три разработанных слоя - пропиточный, грунтовочный и рабочий имеют в своей основе исходные материалы, способные к возникновению экзотермической реакции и проведению СВС-процесса. Кроме этого, для получения покрытия с высокими эксплуатационными характеристиками путем улучшения его физико-механических свойств в каждые из указанных слоев введены специальные модифицирующие добавки с различным сочетанием входящих в них компонентов.
Основное назначение первого - пропиточного слоя состоит в том, чтобы максимально увеличить глубину проникновения СВС-компонентов и уменьшить пористость поверхностного слоя материала-основы. Это особенно важно для высокопористых легковесных и ультралегковесных материалов, пористость которых может составлять до 80-90% в то время, как пористость, например, плотных материалов составляет всего 20-30%. Необходимо снизить эту пористость до 15-20% путем заполнения поверхностного слоя основы на максимальную глубину шликером малой вязкости (сильно разбавленным шликером с кинематической вязкостью на уровне 40-100 сантистоксов). Исходными материалами для подготовки такого шликера являются оксид кремния и алюминий, которые подбирают в соотношениях, достаточных для возникновения экзотермической реакции. Приготовление шликера осуществляют путем смешивания шихты, содержащей оксид кремния (при массовом соотношении 65-50%), алюминий (28-35%) и модифицирующие добавки (7-15%) с затворенном шихты 5-20%-ным раствором жидкого стекла.
При этом характерной особенностью подготовки шликера является введение в его состав в качестве модифицирующей добавки высокоглиноземистого цемента (при массовом соотношении к первым двум компонентам в 7-15%), который содержит 70-85% оксида алюминия. Это способствует предохранению поверхностного слоя от растрескивания и улучшению адгезионных и прочностных характеристик материала-основы теплового агрегата при его длительной эксплуатации.
Приготовленный шликер наносят на поверхность футеровки теплового агрегата в 2-3 приема со временем сушки между приемами 0,5-1 ч. Так как глубина пропитки существенно сказывается на прочностных свойствах поверхностного слоя футеровки необходимо стремиться к максимальной глубине пропитки. Для этой цели в течение каждого приема осуществляют многократную (3-6 раз) пропитку поверхностного слоя с помощью высоконапорных воздушно-распылительных устройств и/или при повышенном избыточном давлении, например 0,05-0,1 МПа, создаваемом с помощью сжатого воздуха, который подводят во внутреннюю полость теплового агрегата. В результате выполнения указанных операций можно достигнуть глубины пропитки до 5-10 мм для легковесных и ультралегковесных материалов и до 0,2-0,3 мм - для плотных огнеупорных материалов.
После нанесения и сушки пропиточного слоя на поверхности огнеупора формируют второй - грунтовочный слой. Для определенных областей применения (для большого класса нагревательных печей, котлов, горелочных камней, газоходов, дымовых и жаровых труб и др.) этот слой может стать и основным - рабочим слоем с необходимыми защитно-упрочняющими функциями, придающими покрытию повышенные прочность, износостойкость и эрозионную стойкость, а также высокие адгезионные свойства. В большинстве случаев, когда нет необходимости обеспечивать защиту поверхностного слоя футеровки от действия расплавленных металлов и шлаков, а также химически активных эррозионно-агрессивных сред, оказывается вполне достаточным применение двухслойного покрытия. В частности, двухслойные покрытия, как показали проведенные исследования, обладают повышенной устойчивостью против действия высокоскоростных высокотемпературных двухфазных (газопылевых) сред и вследствие этого могут применяться для эффективной защиты футеровок указанных тепловых агрегатов, горелочных камней, жаровых труб и др.
Второй - грунтовочный слой так же, как и первый - пропиточный слой формируется на основе исходных материалов, способных к возникновению экзотермической реакции. Отличие состоит как в массовом соотношении компонентов, входящих в состав слоя, так и введением в него дополнительных ингредиентов. Так, в состав грунтовочного слоя вводят 74-42 маc.% оксида кремния, 16-30% алюминия, 8-15% высокоглиноземистого цемента и дополнительно 2-18% модифицирующих оксидных добавок.
В целях снижения процентного содержания относительно дорогостоящего мелкодисперсного алюминиевого порошка в шихту добавляют 2-3% окислов железа. Кроме этого, в состав шихты в случае необходимости дополнительно вводят высокоогнеупорные оксидные добавки: α-оксид алюминия (корунд), стабилизированная двуокись циркония, оксид бериллия и др. в количестве 0-15% по отношению к остальным ранее упомянутым компонентам.
Как показали многочисленные испытания в реальных условиях эксплуатации различных тепловых агрегатов (электрических и газовых нагревательных печей, котлов, жаровых труб, горелочных камней, газоходов и др.), использование грунтовочного слоя с указанными ингредиентами существенно улучшает такие важные эксплуатационные свойства, как адгезия, износостойкость, эрозионная стойкость и др. В частности, на котлах и нагревательных печах было получено существенное в 2-4 раза увеличение ресурса работы кладки или в 2,5 и более раз быстроизнашиваемых элементов конструкции (горелочных камней, сопел, жаровых труб).
В ряде случаев для придания покрытию специальных свойств, например, стойкости против действия расплавленных металлов, сплавов и шлаков вводят высокоогнеупорные оксидные добавки. Так, с целью повышения ресурса работы ковшей, изложниц, желобов, запорно-регулирующих устройств при разливе высоколегированных сталей использовалась модифицирующая добавка в виде стабилизированной двуокиси циркония в % соотношении 8-12 к основным ранее указанным ингредиентам грунтовочного слоя. Проведенные испытания подтвердили существенное (в 2,5 и более раз) увеличение ресурса указанных элементов конструкций разливочных устройств.
Шликер для грунтовочного слоя приготавливают путем тщательного перемешивания шихты с 40-60% раствором жидкого стекла в количестве % от массы шихты 40-90.
Грунтовочный слой наносят на первый - пропиточный слой в три-четыре прохода с выдержкой во времени при естественной сушке между проходами 0,5-2 ч.
На подготовленное двухслойное покрытие наносят третий - рабочий слой, также экзотермического состава, но при следующих соотношениях входящих в него компонентов, мас.%: оксид кремния 40-47%, алюминий 15-30%, зола уноса 15-3%, высокоглиноземистый цемент 5-15% и мелкодисперсные модифицирующие добавки из тугоплавких оксидных материалов и некислородных соединений 25-5%. Как видно, этот состав включает 75-95% исходных материалов, способных к возникновению экзотермической реакции, а 25-5% составляют дополнительно вводимые по отдельности или в сочетании мелкодисперсные модифицирующие добавки в виде тугоплавких оксидных материалов и некислородных соединений типа боридов (например, TiB2 и ZiB2), силицидов (MoSi2 и ZrSi), нитридов (BN, TiN и Si3N4), карбидов (TiC и SiC) и др. Эти модифицирующие добавки являются химически-стойкими во многих агрессивных средах, существенно улучшая физико-механические и теплофизические характеристики получаемого покрытия.
Так как перечисленные модифицирующие добавки, в основном, получают синтетическим путем, то они являются чрезвычайно дорогим материалом. В связи с этим, для каждого конкретного случая создания многослойного покрытия очень скрупулезно подбирают тот или иной тип тугоплавкого оксидного материала или некислородного соединения, выбирая затем наиболее рациональное соотношение компонентов с точки зрения эффективности их действия и стоимости.
Пример 1. Предложено использовать в качестве модифицирующей добавки для третьего слоя покрытия мелкодисперсный нитрид бора, который обеспечивает эффективную защиту тиглей, желобов, разливочных устройств и др. от действия ряда расплавленных металлов и шлаков. Проведенные исследования показали, что рабочий слой с нитридом бора в количестве 8-15% по массе от других компонентов надежно защищает футеровку от воздействия расплавов медно-никелевых сплавов при температурах до 1300oС, а также высоколегированных сплавов на основе железа при температурах до 1500oС. При этом срок службы футеровки теплового агрегата с указанным покрытием повышается в 2-3 раза.
Пример 2. Для сталеразливочных и запорно-регулирующих устройств предложено использовать в качестве модифицирующих добавок соединения нитрида бора в комплексе с боридом титана (BN+TiB2) в количестве BN - 12% и TiB2 - 8%. При этом удалось повысить ресурс работы указанных устройств в 3 и более раз.
Третий - рабочий слой наносят в три-пять проходов до образования слоя толщиной 1-2 мм с выдержкой во времени при естественной сушке между проходами 0,5-2 ч.
После того, как проведены все вышеуказанные технологические операции по нанесению многослойного многокомпонентного покрытия, необходимо несколько сут (двое-трое) естественной сушки всей кладки теплового агрегата при нормальной комнатной температуре. Процесс сушки можно несколько убыстрить до 1-2 сут, доведя температуру сушки до 30-60oС.
После сушки многослойного покрытия приступают к его низкотемпературному обжигу, что достигается путем плавного прогрева теплового агрегата до момента инициирования СВС-процесса. Обычно такой обжиг проводят по заданному графику нагрева теплового агрегата до температуры 900-1000oС в течение 5-7 ч с темпом нагрева, не превышающим 5-6o/мин. Предложено использовать заданный график низкотемпературного обжига с, по крайней мере, шестью участками нагрева и выдержкой во времени.
Как видно из графика, приведенного на чертеже, на 1-м участке с целью полного удаления из материала покрытия свободной (несвязанной) воды плавно повышают температуру до 110-130oС с темпом нагрева 1-2o/мин.
На 2-м участке достигнутую температуру на уровне 110-130oС выдерживают в течение 30-60 мин.
На 3-м участке с целью постепенного удаления из материала покрытия связанной (молекулярной) воды плавно повышают температуру со 110-130oС до 450-550oС с темпом нагрева 3-5o/мин.
На 4-м участке достигнутую температуру на уровне 450-550oС выдерживают в течение 30-60 мин до полного удаления связанной воды.
На 5-м участке продолжают режим плавного повышения температуры с темпом нагрева 5-6o/мин до достижения среднестатистической температуры инициирования и после завершения СВС-процесса продолжают с тем же темпом нагрева повышать температуру до 900-1000oС.
На 6-м участке достигнутую температуру на уровне 900-1000oС выдерживают в течение 30-60 мин.
Нагрев теплового агрегата после удаления молекулярной воды осуществляют с темпом нагрева, не превышающим 5-6o/мин, с учетом того обстоятельства, что для инициирования СВС-процесса необходимо достичь определенной температуры, которая обеспечивает возникновение экзотермической реакции. Конкретное значение температуры инициирования СВС-процесса зависит от материала основы, состава и соотношений компонентов, образующих покрытие. В предлагаемом изобретении значения среднестатистической температуры инициирования СВС-процесса находятся в диапазоне температур 720-860oС. Следует также отметить то обстоятельство, что в ряде случаев некоторые, входящие в состав многослойного многокомпонентного покрытия тугоплавкие модифицирующие добавки, при возникновении СВС-процесса могут окисляться и разлагаться в присутствии кислорода (воздуха). В результате этого наблюдается заметное снижение эффективности защиты свойств третьего рабочего слоя покрытия. Этого недостатка можно избежать, если в преддверии СВС-процесса ввести во внутреннюю полость теплового агрегата защитную (например, инертную - азот, аргон или восстановительную - окись углерода) среду. Подверженные окислению модифицирующие добавки в такой среде обычно не окисляются и не разлагаются, так как температура начала их окисления в этих средах увеличивается до 2000-2500oС.
Особенность разработанного технологического процесса состоит в том, что ввод защитной среды осуществляется в два этапа. Причем, на первом этапе защитную среду вводят с малым 10-20 м3/ч объемным расходом в предверии СВС-процесса, который характеризуется температурой поверхности покрытия, на 20-30oС меньшей, чем среднестатистическая температура начала инициирования. На втором этапе непрерывно регистрируют последующий темп нагрева и при достижении среднестатистической температуры инициирования СВС-процесса увеличивают объемный расход вводимой защитной среды до 60-100 м3/ч.
Разработанные многослойные многокомпонентные покрытия прошли комплексные испытания в реальных условиях эксплуатации, где они использовались для защиты футеровок конструкций высокотемпературных тепловых агрегатов, а также отдельных быстроизнашиваемых устройств и элементов от воздействия высокоскоростных, высокотемпературных тепловых потоков (в том числе, газопылевых), расплавленных металлов, сплавов, шлаков и других химически активных и эрозионно-агрессивных сред. В частности, покрытия подтвердили свою высокую эрозионную, коррозионную и тепловую стойкость в котлах, нагревательных печах, реакторах, а также в различных видах разливочных устройств при выплавке алюминия, медных сплавов и высоколегированных сталей и сплавов.
Проведенные многочисленные испытания показали, что разработанные, согласно изобретению, многослойные многокомпонентные защитно-упрочняющие покрытия существенно увеличивают ресурс работы огнеупорных материалов широкого применения, значительно повышают эксплуатационные и теплофизические характеристики тепловых агрегатов в условиях воздействия химически активных и эрозионно-агрессивных сред.

Claims (16)

1. Многокомпонентное защитно-упрочняющее покрытие, полученное из шихты исходного экзотермического состава, включающей оксид кремния и алюминий, а в качестве связующего - водный раствор жидкого стекла, отличающееся тем, что оно содержит три многокомпонентных, разнородных по составу с различными функциональными свойствами слоя, причем первый - пропиточный слой - выполнен на основе шликера малой вязкости из шихты экзотермического состава с дополнительным содержанием в нем высокоглиноземистого цемента при следующем соотношении компонентов, маc.%:
Оксид кремния - 65-50
Алюминий - 28-35
Высокоглиноземистый цемент - 7-15
с затворением шихты 5-20%-ным раствором жидкого стекла, второй - грунтовочный слой - выполнен из шихты экзотермического состава с дополнительным содержанием окислов железа, высокоглиноземистого цемента и модифицирующих оксидных добавок при следующих соотношениях компонентов, мас.%:
Оксид кремния - 74-42
Алюминий - 16-30
Окислы железа - 2-3
Высокоглиноземистый цемент - 8-15
Оксидные добавки - 0-15
с затворением шихты 40-60% раствором жидкого стекла в количестве 40-90% от массы шихты, третий - рабочий слой - выполнен из шихты экзотермического состава с дополнительным содержанием высокоглиноземистого цемента, золы уноса и мелкодисперсных модифицирующих добавок из тугоплавких оксидных материалов и/или некислородных соединений при следующих соотношениях компонентов, маc.%:
Оксид кремния - 40-47
Алюминий - 15-30
Зола уноса - 15-3
Высокоглиноземистый цемент - 5-15
Тугоплавкие оксидные материалы и/или некислородные соединения - 25-5
с затворением шихты 40-60%-ным раствором жидкого стекла в количестве 40-90% от массы шихты.
2. Способ получения многокомпонентного защитно-упрочняющего покрытия, включающий приготовление шихты исходного экзотермического состава, содержащего оксид кремния и алюминий, а в качестве связующего - водный раствор жидкого стекла, получение шликера, его нанесение на внутреннюю поверхность теплового агрегата, сушку и низкотемпературный обжиг путем нагрева агрегата до момента инициирования СВС-процесса, отличающийся тем, что на поверхность футеровки теплового агрегата последовательно наносят три многокомпонентных, разнородных по составу и с различными функциональными свойствами слоя, при этом первый - пропиточный слой - наносят на футеровку с помощью шликера малой вязкости из шихты экзотермического состава с дополнительным содержанием в нем высокоглиноземистого цемента при следующем соотношении компонентов шликера, маc.%:
Оксид кремния - 65-50
Алюминий - 28-35
Высокоглиноземистый цемент - 7-15
а шихту затворяют 5-20%-ным раствором жидкого стекла, второй - грунтовочный слой - формируют из шихты экзотермического состава с дополнительным содержанием окислов железа, высокоглиноземистого цемента и модифицирующих оксидных добавок при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Оксид кремния - 74-42
Алюминий - 16-30
Окислы железа - 2-3
Высокоглиноземистый цемент - 8-15
Оксидные добавки - 0-15
а шихту затворяют 40-60%-ным раствором жидкого стекла в количестве 40-90% от массы шихты, третий - рабочий слой - формируют из шихты экзотермического состава с дополнительным содержанием высокоглиноземистого цемента, золы уноса и мелкодисперсных модифицирующих добавок из тугоплавких оксидных материалов и/или некислородных соединений при следующих соотношениях компонентов, мас.%:
Оксид кремния - 40-47
Алюминий - 15-30
Зола уноса - 15-3
Высокоглиноземистый цемент - 5-15
Тугоплавкие оксидные материалы и некислородные соединения - 25-5
а шихту затворяют 40-60%-ным раствором жидкого стекла в количестве 40-90% от массы шихты, после сушки многослойного многокомпонентного покрытия проводят низкотемпературный обжиг и при температуре покрытия на 20-30oС меньшей, чем среднестатистическая температура начала инициирования СВС-процесса, вводят защитную-инертную или восстановительную среду.
3. Способ по п. 2, отличающийся тем, что пропиточный слой наносят на поверхность футеровки теплового агрегата в 2-3 приема со временем сушки между приемами 0,5-1 ч.
4. Способ по п. 3, отличающийся тем, что в процессе каждого приема осуществляют многократную пропитку поверхности футеровки.
5. Способ по п.4, отличающийся тем, что пропитку осуществляют с помощью высоконапорных воздушно-распылительных устройств.
6. Способ по п.4, отличающийся тем, что пропитку осуществляют при повышенном избыточном давлении, например 0,05-0,1 МПа, с помощью сжатого воздуха, который подводят во внутреннюю полость теплового агрегата.
7. Способ по п. 2, отличающийся тем, что грунтовочный слой наносят в три-четыре прохода с выдержкой во времени при естественной сушке между проходами 0,5-2 ч.
8. Способ по п.2, отличающийся тем, что рабочий слой наносят в три-пять проходов до образования слоя толщиной 1-2 мм с выдержкой во времени при естественной сушке между проходами 0,5-2 ч.
9. Способ по п. 2, отличающийся тем, что сушку покрытия проводят при температуре 30-60oС с выдержкой во времени в течение 1-2 сут.
10. Способ по п.2, отличающийся тем, что низкотемпературный обжиг проводят до температуры 900-1000oС по заданному графику нагрева в течение 5-7 ч с темпом нагрева, не превышающим 5-6oC/мин.
11. Способ по п.10, отличающийся тем, что заданный график низкотемпературного обжига включает, по крайней мере, шесть участков нагрева и выдержкой во времени.
12. Способ по п.11, отличающийся тем, что на первом и втором участках плавно повышают температуру до 110-130oС с темпом нагрева 1-2oC/мин и выдержкой достигнутой температуры в течение 30-60 мин.
13. Способ по п.11, отличающийся тем, что на третьем и четвертом участках температуру повышают до 450-550oС с темпом нагрева 3-5oC/мин и выдержкой достигнутой температуры в течение 30-60 мин.
14. Способ по п.11, отличающийся тем, что на пятом участке увеличивают темп нагрева до 5-6oC/мин и после завершения реакции СВС доводят температуру кладки теплового агрегата до температуры 900-1000oС.
15. Способ по п.11, отличающийся тем, что на шестом участке достигнутую температуру на уровне 900-1000oС выдерживают в течение 30-60 мин.
16. Способ по п.2, отличающийся тем, что во внутреннюю полость теплового агрегата перед инициированием СВС-процесса вводят защитную среду с объемным расходом 10-20 м3/ч, регистрируют последующий темп нагрева и по достижении среднестатистической температуры инициирования СВС-процесса увеличивают объемный расход защитной среды до 60-100 м3/ч.
RU2002112797/03A 2002-05-16 2002-05-16 Многокомпонентное защитно-упрочняющее покрытие и способ его получения RU2209193C1 (ru)

Priority Applications (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2002112797/03A RU2209193C1 (ru) 2002-05-16 2002-05-16 Многокомпонентное защитно-упрочняющее покрытие и способ его получения
PCT/RU2003/000213 WO2003097559A1 (fr) 2002-05-16 2003-05-14 Revetement de durcissement et de protection a composants multiples et procede correspondant
KR1020030031014A KR100546555B1 (ko) 2002-05-16 2003-05-15 복합성분의 다층 코팅제 및 그 시공방법

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2002112797/03A RU2209193C1 (ru) 2002-05-16 2002-05-16 Многокомпонентное защитно-упрочняющее покрытие и способ его получения

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2209193C1 true RU2209193C1 (ru) 2003-07-27

Family

ID=29211912

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2002112797/03A RU2209193C1 (ru) 2002-05-16 2002-05-16 Многокомпонентное защитно-упрочняющее покрытие и способ его получения

Country Status (3)

Country Link
KR (1) KR100546555B1 (ru)
RU (1) RU2209193C1 (ru)
WO (1) WO2003097559A1 (ru)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EA016416B1 (ru) * 2008-10-24 2012-04-30 Государственное Научное Учреждение "Физико-Технический Институт Национальной Академии Наук Беларуси" Шихта для изготовления защитно-упрочняющего композиционного керамического покрытия
RU2483840C2 (ru) * 2011-06-10 2013-06-10 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Самарский государственный технический университет Способ получения пористых покрытий на металлических имплантатах
RU2558575C1 (ru) * 2014-04-14 2015-08-10 Открытое Акционерное Общество "Уральский научно-исследовательский институт композиционных материалов" Защитное покрытие
RU2696037C2 (ru) * 2014-07-09 2019-07-30 Везувиус Франс Са Ролик, содержащий истираемое покрытие

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114644481B (zh) * 2020-12-21 2023-04-14 中国京冶工程技术有限公司 渣罐隔热抗侵蚀隔渣涂层材料及其制备方法和应用

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3473987A (en) * 1965-07-13 1969-10-21 Du Pont Method of making thin-walled refractory structures
US4028122A (en) * 1973-06-18 1977-06-07 Greenewald Jr Herbert Porous refractory shapes
WO1990013526A1 (en) * 1989-04-28 1990-11-15 Kazakhsky Mezhotraslevoi Nauchno-Tekhnichesky Tsentr Svs Refractory material
RU2049763C1 (ru) * 1992-01-23 1995-12-10 Мальцев Владимир Михайлович Способ получения упрочняющего покрытия на пористых материалах
RU2101263C1 (ru) * 1996-02-29 1998-01-10 Акционерное общество закрытого типа "Диагностика аварийных ситуаций" Муллитовый материал для производства огнеупорных изделий, способ изготовления муллитового материала для производства огнеупорных изделий и огнеупорное слоистое изделие
RU2137733C1 (ru) * 1997-01-15 1999-09-20 Акционерное общество закрытого типа "Диагностика аварийных ситуаций" Способ получения упрочняющего покрытия на огнеупорных материалах

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EA016416B1 (ru) * 2008-10-24 2012-04-30 Государственное Научное Учреждение "Физико-Технический Институт Национальной Академии Наук Беларуси" Шихта для изготовления защитно-упрочняющего композиционного керамического покрытия
RU2483840C2 (ru) * 2011-06-10 2013-06-10 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Самарский государственный технический университет Способ получения пористых покрытий на металлических имплантатах
RU2558575C1 (ru) * 2014-04-14 2015-08-10 Открытое Акционерное Общество "Уральский научно-исследовательский институт композиционных материалов" Защитное покрытие
RU2696037C2 (ru) * 2014-07-09 2019-07-30 Везувиус Франс Са Ролик, содержащий истираемое покрытие
US10703678B2 (en) 2014-07-09 2020-07-07 Vesuvius France, S.A. Roll comprising an abradable coating

Also Published As

Publication number Publication date
WO2003097559A1 (fr) 2003-11-27
KR100546555B1 (ko) 2006-01-26
KR20030089486A (ko) 2003-11-21

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR100414240B1 (ko) 내식성 내화재의 제조방법
JPH0413308B2 (ru)
JP6231665B2 (ja) エナメル粉末、エナメルコーティングが設けられた表面部分を有する金属コンポーネント、およびこうした金属コンポーネントを製造するための方法
RU2209193C1 (ru) Многокомпонентное защитно-упрочняющее покрытие и способ его получения
CN110922173A (zh) 一种添加氮化钛复合粉体转炉挡渣滑板砖及其制备方法
CN112876265A (zh) 一种钛硅碳金属复合转炉挡渣滑板砖及其制备方法
WO2015151599A1 (ja) 鋳造用耐火物、並びにそれを使用した鋳造用ノズル及びスライディングノズル用プレート
JP5572278B2 (ja) セラミック母材の複合材料で作られたｃｍｃ熱構造部品を磨耗から保護する方法、ならびにこの方法によって得られるコーティングおよび部品
JP3884425B2 (ja) 耐火性修繕材料及びその製造方法
CN103553645B (zh) 一种无水泥浇注料的使用方法
UA79829C2 (en) Permeable refractory material for a gas purged nozzle
JP2002519302A (ja) 耐火性ライニング及び焼成された成形部材を製造するためのモールディング材料、及びライニング、並びに成形部材の製造方法
JP2004525772A (ja) 樹脂結合ライナーを備える耐火物品
Mukhopadhyay et al. Effect of MgO Grain Size on Thermal Expansion Behavior of Alumina–Magnesia–Carbon Refractory
CN103553644B (zh) 一种无水泥浇注料的制备方法
Semchenko et al. Protection of graphite and graphite-containing materials from oxidation.
RU2101263C1 (ru) Муллитовый материал для производства огнеупорных изделий, способ изготовления муллитового материала для производства огнеупорных изделий и огнеупорное слоистое изделие
RU2246670C1 (ru) Способ изготовления огнеупорного тигля
US20110250436A1 (en) Method of forming ceramic coatings and ceramic coatings and structures formed thereby
CN103553646B (zh) 一种钢铁冶炼用无水泥浇注料
WO2004080915A1 (en) Refractory cement castables
US20130122207A1 (en) Method of forming ceramic coatings and ceramic coatings and structures formed thereby
JP3346365B2 (ja) アルミニウムマトリックス複合材料被覆鋼管の製造方法
JPH11278939A (ja) アルミナ−炭化珪素質耐火物
RU2211200C1 (ru) Огнеупорная смесь и способ ее затворения

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20180517