ТЕРМОИЗОЛЯЦИОННОЕ ПОКРЫТИЕ ДЛЯ ЗАЩИТЫ ПОВЕРХНОСТИ ОТ НАЛИПАНИЯ БРЫЗГ РАСПЛАВЛЕННОГО МЕТАЛЛА

Полезная модель относится к области металлургии, химической и другой промышленности, в частности к термоизоляционным защитам, кожухам, экранам при сварке или при разливе жидкого металла. Задачей, на решение которой направлена настоящая полезная модель, является достижение условий повышенной устойчивости защитных кожухов, экранов и прочих от налипания брызг металла и конденсирования паров металла на поверхности.
Поставленная задача решается тем, что на поверхность термозащиты, обращенной или непосредственно находящейся в агрессивной атмосфере, содержащей брызги или пары металла, наносится и закрепляется состав, уменьшающий пористость поверхности и обеспечивающий нагрев поверхности до температуры немного выше соответствующей температуры окружающей среды. Такая защита придает поверхности не только высокие термоизоляционные свойства, но и устойчивость от прогорания.
Известен состав покрытия для защиты поверхности от налипания брызг расплавленного металла, содержащий следующие компоненты, г на 1 л воды: сульфитно-спиртовую барду 40-50, термостойкий наполнитель в виде отходов абразивного производства 100-150 и поверхностно-активное вещество (ПАВ). ПАВ включает кальцинированную соду 30-40 и декстрин 80-100. (RU 2117562, C1 В23K 35/36, бюл. №30, 27.10.2002).
Недостатком такого состава покрытия для защиты поверхности от налипания брызг расплавленного металла является высокая теплопроводность, высокая степень смачиваемости и прогорания поверхности.
3
Также известна термоизоляционная масса, включающая жидкое стекло, гранулированный доменный шлак, кембрийскую глину, стеклобой, череп, гранитные отсевы и доломит, содержит жидкое стекло плотностью 1,4-1,5 г/см, гранулированный доменный шлак Мкр=2,0-2,8, кембрийскую глину, стеклобой, череп, гранитные отсевы и доломит, при следующем соотношении компонентов, мас. %: указанное жидкое стекло 30,5-37,0, указанный гранулированный доменный шлак - 45,0-48,0, кембрийская глина 12,7-15,0, стеклобой 0,7-0,9, череп 1,0-1,2, гранитные отсевы 1,8-2,2 и доломит 1,8-2,2. (RU 2370468, C1 С04В 28/26, бюл. №30, 10.12.2011).
Недостатком такой термоизоляционной массы является высокая теплопроводность, высокая степень смачиваемости и прогорания поверхности.
Общим недостатком всех, изученных термоизоляционных масс является также наличие в составе органических включений или их остатков, которые при температурах выше 500°С выгорают, то также ухудшает характеристики и структуру термозащиты, способствуя прогоранию поверхности
Техническим результатом, обеспечиваемым приведенной совокупностью признаков, является улучшенная степень термозащиты, с пониженной теплопроводностью и смачиваемостью и повышенной устойчивостью к прогоранию за счет нового компонентного состава и многослойной структуры.
Поставленная техническая задача достигается тем, что изготовление термоизоляционного покрытия для защиты поверхности происходит в три этапа:
3
- на первом этапе изготавливается термоизоляционная масса, включающая жидкое стекло плотностью 1,4-1,5 г/см, нитрид бора, тонкодисперсный тальк, тонкодисперсный нефелиновый шлам, мас. %:
жидкое стекло плотностью 1,4-1,5 г/см<sup>3</sup>
37,0-45,0
нитрид бора
30,0-49,0
тальк
18,0-22,0
тонкодисперсный нефелиновый шлам
15,0-18,0
3
- на втором этапе производится смачивание изготовленной на первом этапе основы эмульсией, включающая жидкое стекло плотностью 1,0-1,3 г/см (не менее 30%), нитрид бора (не менее 50%), тонкодисперсный тальк (менее 5%) и тонкодисперсный нефелиновый шлам (менее 10%) с влажностью 80%.
3
- на третьем этапе термоизоляционная масса покрывается пастообразным слоем толщиной в 2-4 мм и проходит запекание или кратковременный обжиг при температуре 1000°С в течение 3-5 секунд. Пастообразный слой включает в себя жидкое стекло плотностью 1,4-1,5 г/см, нитрид бора (не менее 70%), тонкодисперсный тальк, тонкодисперсный нефелиновый шлам, содержит, мас. %:
жидкое стекло плотностью 1,4-1,5 г/см<sup>3</sup>
19,0-25,0
нитрид бора
70,0-79,0
тальк
6,0-7,0
тонкодисперсный нефелиновый шлам
4,0-5,5
Другое отличие заявляемого состава термоизоляционной массы заключается в том, что она содержит вместо гранулированного доменного шлака - нитрид бора, вместо кембрийской легкоплавкой глины - тонкодисперсный тальк и полностью исключает в своем составе органическую составляющую, являющуюся основным катализатором прогорания поверхности.
Третьим существенным отличием является предлагаемая 2-х этапная обработка поверхности, обращенной к источнику тепла (жидкому металла):
На первом этапе на поверхностные слои термоизоляционного покрытия смачиваются эмульсией, состоящей из водного раствора жидкого стекла, талька, тонкодисперсного нефелинового шлам и тонкодисперсного порошка нитрида бора (не менее 50% твердой фазы). Для увеличения адгезии защитного слоя к основанию термоизоляционного покрытия.
На втором этапе на наружную поверхность наносится слой пасты, твердая фракция которой содержит, среди прочего, не менее 70% мелкодисперсного порошка нитрида бора, и далее производится интенсивный обжиг поверхности, в ходе которого на поверхности теплозащиты, обращенной к источнику нагрева, формируется тонкий (примерно 0,5 мм) слой плотной нитридной квазикерамики, обладающий высокими антиадгезионными свойствами по отношению к большинству металлов, высокой термостойкостью и низкой теплопроводностью, химический стойкий при температурах вплоть до 1000°С, плотная структура которого защищает внутренние слои теплоизоляции от диффузионного проникновения паров металла.
На дату подачи заявки, по мнению авторов и заявителя, заявляемая смесь неизвестна и данное техническое решение обладает новизной.
Заявляемая совокупность существенных признаков проявляет новое свойство, которое позволяет получить технический результат.
Совместное присутствие на первом этапе изготовления основы термоизоляционного покрытия поверхности тонкомолотого талька, тонкодисперсного нефелинового шлама, тонкодисперсного порошка нитрида бора (не менее 30% твердой фазы) и жидкого стекла приводит к твердению термоизоляционной массы, а также образованию однородного массива химически стойких элементов, отличающихся низким значением коэффициента теплопроводности и устойчивостью к адгезии металла. Введенные в состав нитрид бора и тальк еще больше снижают теплопроводность и придают структурную устойчивость материалу к перепадам температур. Таким образом, дополнительное усложнение фазового состава и аморфизация приводит к более низкому значению теплопроводности всей системы, химической и структурной устойчивости.
На втором этапе подготовки поверхности, обращенной к источнику температуры, поверхностные слои термоизоляционного покрытия смачиваются эмульсией, состоящей из водного раствора: жидкого стекла, талька, тонкодисперсного нефелинового шлам и тонкодисперсного порошка нитрида бора (не менее 50% твердой фазы). Для увеличения адгезии защитного слоя к основанию термоизоляционного покрытия.
На третьем этапе обработки поверхности нанесение на уже сформированную термозащитную основу тонкого слоя (до 0,7-0,8 мм) пасты, содержащей в своем составе компоненты тонкомолотого талька, тонкодисперсного нефелинового шлама, тонкодисперсного порошка нитрида бора (не менее 70%. тверд ой фазы) и жидкого стекла после соответствующей термической обработки приводит к твердению термоизоляционной массы, а также образованию тонкого (примерно 0,45-0,55 мм) слоя покрытия из плотной нитридной квазикерамики, обладающий высокими антиадгезионными свойствами по отношению к большинству металлов, высокой термостойкостью и низкой теплопроводностью, химический стойкий при температурах вплоть до 1000°С, плотная структура которого защищает внутренние слои теплоизоляции от диффузионного проникновения паров металла. Такое покрытие еще больше снижает общую теплопроводность, добавляет термоизоляционному элементу устойчивость к перепадам температур и прогоранию. Таким образом, дополнительное покрытие повышает срок службы термоизоляции, увеличивает количество циклов работы и межзаменный интервал.
Оптимальное содержание жидкого стекла в термоизоляционной массе - 37,0-45,0%. При выходе за пределы оптимального содержания понижается прочность при сжатии термоизоляционной массы. При введении тонкодисперсного нефелинового шлама менее 13,0% увеличивается время твердения термоизоляционной массы. Увеличение содержания нефелинового шлама сверх 18% снижает прочность при сжатии термоизоляционной массы.
Содержание гранулированного шлака талька менее 18% увеличивает коэффициент теплопроводности термоизоляционной массы, а увеличение его более 22% влечет за собой повышенный расход жидкого стекла в составе смеси, что снижает огнеупорность композиции, а следовательно, и температуру применения термоизоляционной массы. Увеличение содержания нитрид бора - более 49,0% приводит к снижению прочности термоизоляционной массы после обжига, а уменьшение - менее 30% к снижению термостойкости и повышению теплопроводности.
Учитывая вышеизложенное, можно сделать вывод, что предлагаемый состав термоизоляционной массы явным образом не следует из уровня техники, и вся совокупность существенных признаков проявляет новое свойство, позволяющее достичь указанного технического результата, т.е. изобретение соответствует критерию охраноспособности - "изобретательский уровень".
Пример конкретного выполнения
Первый этап
Изготовление термоизоляционной массы
1. Дозируют тонкодисперсный тальк, тонкодисперсный нефелиновый шлам.
3
2. Дозируют жидкое стекло плотностью 1,48 г/см.
3. Приготавливают термоизоляционную массу, смешивая отдозированные компоненты в бетономешалке в течение 15 минут.
4. Дозируют нитрид бора до рабочей консистенции смеси.
5. Жаростойкая термоизоляционная масса используется для изготовления изделий требуемой формы и образцов для проведения физико-механических испытаний методом литья.
6. Твердение термоизоляционной массы осуществляется в течение 0,8 часа в нормальных условиях.
7. Затвердевшие образцы вынимают из форм и сушат при температуре 150-180°С.
8. Высушенные образцы готовы к эксплуатации.
9. После эксплуатации при плюс 1000°С, образцы испытываются на прочность и теплопроводность.
Второй этап Изготовление эмульсии
1. Дозируют тонкодисперсный тальк, тонкодисперсный нефелиновый шлам.
3
2. Дозируют жидкое стекло плотностью 1,48 г/см.
3. Приготавливают термоизоляционную массу, смешивая отдозированные компоненты в бетономешалке в течение 15 минут.
4. Дозируют нитрид бора до жидкой однородной рабочей консистенции смеси.
5. Эмульсия используется для смачивания поверхности основы изготовленной на первом этапе.
6. Пока поверхность не высохла, переходят к третьему этапу.
Третий этап
Изготовление и нанесение покрытия
1. Дозируют тонкодисперсный тальк, тонкодисперсный нефелиновый шлам.
3
2. Дозируют жидкое стекло плотностью 1,48 г/см.
3. Приготавливают термоизоляционную массу, смешивая отдозированные компоненты в бетономешалке в течение 15 минут.
4. Дозируют нитрид бора до рабочей пастообразной консистенции смеси.
5. Жаростойкая термоизоляционная паста используется для покрытия поверхности обращенной к источнику теплового излучения.
6. Твердение пасты и образование покрытия осуществляется в течение 1 часа в нормальных условиях.
7. Затвердевшее покрытие обжигают в течение 3-5 секунд температуре 1000°С.
8. Высушенные образцы готовы к эксплуатации.
9. После эксплуатации при плюс 1200°С, образцы испытываются на прочность, теплопроводность и адгезию.
Масса указанного состава отличается рядом преимуществ.
По сравнению с другими термоизоляционными массами она устойчивее к прогоранию, не содержит органических материалов, в условиях работы тепловых агрегатов более надежна и приготовление ее не требует специальных мер по защите атмосферы.