СПОСОБ ЗАЩИТЫ СТАЛЬНЫХ ЗАГОТОВОК ОТ ОКИСЛЕНИЯ ПРИ НАГРЕВЕ ПЕРЕД ОБРАБОТКОЙ ДАВЛЕНИЕМ
METHOD OF STEEL BLANKS PROTECTION AGAINST OXIDATION DURING HEATING PRIOR TO PRESSURE SHAPING

Изобретение относится к области металлургии, в частности к способам защиты стальных заготовок от окисления при нагреве перед обработкой давлением.
Известно техническое решение, заключающееся в нанесении на поверхности стальных заготовок перед нагревом защитных покрытий, состоящих из силикатного стекла (С.С. Солнцев. Защитные технологические покрытия и тугоплавкие эмали. - М.: Машиностроение, 1984. - 256 с. - с. 27). Благодаря своей легкоплавкости подобные покрытия образуют на поверхности стальных заготовок сплошную пленку, препятствующую непосредственному контакту с окислительной атмосферой печи. Однако легкоплавкость силикатных стекол достигается за счет введения в их состав весьма значительных (до 25%) количеств оксидов щелочных металлов - натрия и калия. Для расплавов, содержащих такие компоненты, характерны высокие значения коэффициента диффузии кислорода из печной атмосферы к поверхности защищаемого металла. Кроме того, возможно и непосредственное растворение металла в расплаве, что говорит о нецелесообразности применения силикатных стекол для защиты стальных заготовок при температурах более 1000°С. Между тем, горячая обработка давлением предполагает нагрев стальных заготовок до 1100-1280°С.
Наиболее близким к заявляемому способу является техническое решение, изложенное в работе (Л.Л. Брагина, А.Д. Чепурной. Защитные технологические покрытия в металлургии и машиностроении. Сборник научных трудов «ВЕСТНИК НТУ ХПИ». Тематический выпуск «Машиноведение и САПР». №53, 2005. - с. 24-28), касающееся применения двухслойного покрытия.
3
3
3
3
В данном техническом решении нижний тугоплавкий слой представляет собой композицию шамот технический - глинозем - каолин (глина) на связке из щелочно-силикатного растворимого стекла плотностью 1,17·10 кг/м и верхнего из того же стекла, но с плотностью 1,48·10 кг/м.
Однако нанесение на поверхности стальных заготовок известного защитного покрытия ухудшает прогрев металла в высокотемпературных методических печах.
Техническим результатом является снижение угара при нагреве стальных заготовок перед обработкой давлением и повышение их температуры на выходе из печи.
Для достижения технического результата в способе защиты стальных заготовок от окисления при нагреве перед обработкой давлением, включающем нанесение на их поверхности двухслойного покрытия, согласно изобретению нижний слой покрытия состоит из алюминиевой пудры, а верхний слой - состоит из технического шамота.
Одно из важнейших применений алюминия в металлургии - получение с его помощью металлов из оксидов. В этом случае используется сильная восстановительная способность алюминия. Он отнимает кислород у многих оксидов металлов (Г.П. Хомченко. Пособие по химии для поступающих в ВУЗы. М.: Высшая школа, 1967. - 312 с. - с. 203.).
Способ восстановления металлов из их оксидов с помощью металлического алюминия называется алюминотермией.
При алюминотермии реакция протекает весьма быстро, выделяется большое количество теплоты, а температура смеси достигает 3500°С. В этих условиях, восстановленный металл получается в жидком состоянии, на поверхность которого всплывает оксид алюминия.
Смесь порошка алюминия и железной окалины называется термитом.
Реакция горения термита протекает согласно уравнению:
Верхний слой покрытия, состоящий из технического шамота, защищает стальную заготовку с нанесенным алюминиевым покрытием на ее поверхности от попадания в зону реакции печной атмосферы.
Таким образом, достигается восстановление железа из окалины, появившейся на стальных заготовках в результате предыдущего высокотемпературного состояния после непрерывной разливки стали, что приводит к снижению угара металла и повышению температуры заготовок на выходе из печи.
Предлагаемый способ осуществляется следующим образом.
Нижний слой предлагаемого двухслойного покрытия наносят на поверхность нагретой стальной заготовки до температуры кипения воды путем распыления алюминиевой пудры с помощью пескоструйного пистолета или полого щеточного барабана с алюминиевой пудрой внутри и с отверстиями, расположенными по образующей барабана. Верхний слой покрытия наносят пульверизацией шамотной суспензии с помощью сжатого воздуха.
Пример: Перед нагревом в методической печи на поверхности стальных заготовок из стали 08Ю длиной 9000 мм, шириной 1500 мм и толщиной 250 мм были нанесены покрытия по трем вариантам с различными составами. После этого стальные заготовки нагревали в печи до температуры 1280°С в течение 3 ч.
Покрытия, выполненные согласно аналогу и прототипу, хотя и способствовали снижению угара металла на поверхностях стальных заготовок при нагреве, но в то же время препятствовали их нагреву по сравнению с непокрытыми заготовками.
Покрытие по предлагаемому способу снижало угар в большей степени по сравнению с предыдущими способами и ускоряло нагрев стальных заготовок за счет выделяемого тепла в результате восстановления железа из окалины.
Результаты промышленного опробования различных вариантов нанесения защитных покрытий на стальные заготовки перед нагревом приведены в таблице.
Снижение угара металла при нагреве стальных заготовок перед обработкой давлением и повышение их температуры на выходе из печи, вызванные восстановлением железа из окалины, позволяют снизить расходный коэффициент при производстве продукции и усилие при последующей обработке давлением заготовок, соответственно.