Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1. Формирование диффузионных слоев на поверхности меди и ее сплавов 8
1.1. Легирование поверхности меди методом насыщения в порошковой смеси 8
1.2. Технология электродуговой металлизации 15
1.3. Исследование свойств поверхностного слоя на меди, получаемого путем нанесения и термообработки электродугового алюминиевого покрытия 18
1.4. Защита электродуговых покрытий от окисления при нагреве 25
1.5. Применение Си—А1 диффузионного слоя в доменном производстве 27
1.6. Цель и задачи исследования 34
ГЛАВА 2. Исследование диффузионных процессов в системе «Си основа — электродуговое покрытие, содержащее А1, Ni, Cr, Fe» 36
2.1. Методика проведения исследований 36
2.2. Исследование структуры поверхности меди с электродуговыми покрытиями 39
2.3. Влияние алюминия на диффузию никеля, хрома и железа в медь при нанесении и термообработке электродуговых покрытий 41
2.4. Расчет толщины диффузионного слоя в системе «Си основа - Al/Ni электродуговое покрытие» 52
2.5. Влияние обмазки на диффузионные процессы между покрытием и основой 63
2.6. Выводы по главе 65
ГЛАВА 3. Исследование свойств диффузионного слоя, полученного при термообработке электродуговых покрытий на медной основе 66
3.1. Оценка адгезии поверхностного слоя на меди 66
3.2. Исследование микротвердости поверхностного слоя на меди 67
3.3. Исследование жаростойкости поверхностного слоя на меди 73
3.4. Оценка износостойкости поверхностного слоя на меди 75
3.5. Повышение свойств поверхностного слоя на меди с использованием обмазки 79
3.6. Выводы по главе 82
ГЛАВА 4. Разработка технологии изготовления воздушных фурм доменных печей с защитным диффузионным слоем 84
4.1. Оценка влияния покрытий на основе никеля на время проплавлення деталей из меди при попадании на них жидкого чугуна.. 84
4.2. Практика эксплуатации фурм с никельсодержащими покрытиями в доменном цехе ОАО «Северсталь» 86
4.3. Практика эксплуатации фурм с обмазкой в доменном цехе ОАО «Северсталь» 89
4.4 Технология изготовления фурм с защитными никельсодержащими покрытиями и обмазкой 93
4.5. Расчет ожидаемого экономического эффекта 98
4.6. Выводы по главе 99
Основные результаты и выводы 100
Список использованных источников 102
Приложения 113
- Исследование свойств поверхностного слоя на меди, получаемого путем нанесения и термообработки электродугового алюминиевого покрытия
- Влияние алюминия на диффузию никеля, хрома и железа в медь при нанесении и термообработке электродуговых покрытий
- Повышение свойств поверхностного слоя на меди с использованием обмазки
- Технология изготовления фурм с защитными никельсодержащими покрытиями и обмазкой
Введение к работе
Актуальность темы. Медь и её сплавы широко используются при изготовлении деталей металлургического оборудования (фурмы конвертеров и доменных печей, кристаллизаторы и т.д.), которые эксплуатируются в условиях контакта с высокотемпературными газовыми потоками, агрессивными газами и абразивными веществами, вызывающими интенсивное изнашивание и коррозию. Однако, обладая высокой электро- и теплопроводностью, медь имеет низкую жаростойкость и абразивную износостойкость. Одним из путей устранения этих недостатков является создание поверхностных слоев с высокими эксплуатационными свойствами формированием защитных диффузионных покрытий. Рациональным методом защиты меди от высокотемпературной коррозии при температурах до 800 С признано алитирование, которого в ряде случаев оказывается недостаточно для значительного повышения свойств медных изделий.
В работах Вавиловской Н.Г., Земского Г.В., Минкевича А.Н. и др. показано, что легирование никелем и хромом получаемого Cu-Al диффузионного слоя повышает его жаростойкость, а железо измельчает его структуру. При этом использование алюминия в качестве подслоя или компонента смеси интенсифицирует диффузию Ni, Сг и Fe в медь.
Одним из методов создания диффузионных слоев является легирование поверхности меди насыщением в порошковых смесях. Однако этот метод является сравнительно трудоемким и обладает низкой производительностью.
В настоящее время для создания диффузионных слоев на деталях металлургического оборудования успешно применяется газотермическое напыление покрытий методом электродуговой металлизации с последующей термообработкой. Технологический процесс напыления позволяет получать требуемую производительность нанесения покрытия и характеризуется относительно небольшой трудоемкостью. Полученный Cu-Al диффузионный слой имеет твердость в 1,5-2,0 раза, износостойкость в 3,5-6,0 раз и жаростойкость в 4,0 раза выше по сравнению с медью.
Создание такого слоя на воздушных фурмах доменных печей позволило исключить причину их замены по износу рыльной части со стороны дутьевого канала и значительно повысить их стойкость по износу наружного стакана. Однако повышение стойкости воздушных фурм по прогару и снижение тепловых потерь через их поверхность являются недостаточными. Поэтому разработка составов и создание на меди диффузионных слоев электродуговой металлизацией с последующей термообработкой является актуальной научной и практической задачей.
Целью работы является исследование процесса образования диффузионного слоя в системе «Си основа - электродуговое покрытие, включающее Al, Ni, Cr, Fe», обладающего повышенными физико-механическими и эксплуатационными свойствами, и создание такого слоя на поверхности воздушных фурм доменных печей для повышения их стойкости по прогару и снижения тепловых потерь через их поверхность.
Для достижения цели были поставлены следующие задачи.
Исследовать структуру и распределение элементов по толщине диффузионного слоя, полученного напылением на медь алюминиевого и никельсодержащих электродуговых покрытий и их последующей термообработки.
Предложить методику расчета толщины диффузионного слоя на меди, полученного с использованием алюминиевого и никельсодержащих электродуговых покрытий.
Исследовать влияние состава электродуговых покрытий, образующих диффузионный слой, на его свойства.
Рассмотреть возможность защиты медно-алюминиевого диффузионного слоя использованием обмазки на основе алюмофосфатной или алюмохромофосфатной связок.
Усовершенствовать технологию изготовления воздушных фурм доменных печей с защитным диффузионным слоем.
Научная новизна.
Впервые получен на меди диффузионный слой методом электродуговой металлизации никельсодержащих покрытий с алюминиевым подслоем и последующей термообработкой.
Установлено, что при диффузионном отжиге электродугового покрытия на меди, содержащего не менее 10% никеля, использование алюминиевого подслоя увеличивает глубину проникновения и концентрацию элементов покрытия (Ni, Cr, Fe) в меди и препятствует диффузии меди в покрытие. При этом наибольшую глубину проникновения имеет хром, что объясняется большей подвижностью атомов хрома в менее тугоплавких Сг-А1 фазах по сравнению с атомами никеля и железа в Fe-Al и Ni-Al фазах, образующимися при заданных составах и температурах термообработки.
3. Установлены зависимости параметров, пропорциональных коэффициентам
диффузии алюминия и никеля в медь, от температуры в интервале 700-900 С для системы
«медная основа - электродуговое никелевое покрытие с алюминиевым подслоем», позво
ляющие использовать предложенную методику для расчета толщины диффузионного
слоя.
4. Показано, что нанесение электродугового покрытия, содержащего не менее 80% никеля, с алюминиевым подслоем при создании диффузионного слоя на меди повышает твердость медно-алюминиевого диффузионного слоя на 15-30%, жаростойкость в 3,5-5 раз и износостойкость более чем в 2 раза.
Практическая значимость.
Разработана технология изготовления воздушных фурм доменных печей, включающая нанесение на рыльную часть электродуговых никельсодержащих покрытий с алюминиевым подслоем и их термообработку.
Предложен способ защиты медно-алюминиевого диффузионного слоя в условиях высоких температур с использованием обмазки на основе алюмохромофосфатной связки.
Реализация результатов работы.
Технология изготовления воздушных фурм доменных печей с защитным диффузионным покрытием и использование обмазки на основе алюмохромофосфатной связки, направленные на повышение их стойкости по прогару и снижение тепловых потерь через их поверхность, приняты к внедрению на ОАО «Северсталь» (г. Череповец, Вологодская обл.).
Обоснованность и достоверность научных положений, выводов и рекомендаций обеспечена соблюдением соответствующих методик проведения экспериментов, выполнением микроструктурных и рентгеноспектральных исследований и подтверждена результатами опытно-промышленных испытаний.
Апробация работы. Основные результаты и положения диссертации доложены на 62-ой и 64-ой студенческих научных конференциях МИСиС (2007, 2009гг.), научном семинаре кафедры технологии оборудования трубного производства МИСиС (2009г.).
Публикации. Основное содержание диссертационной работы отражено в опубликованных 7 научных работах и одном ноу-хау.
Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, выводов и приложений. Материалы диссертации изложены на 138 страницах, включают 38 рисунков, 20 таблиц и список литературы из 106 наименований.
Исследование свойств поверхностного слоя на меди, получаемого путем нанесения и термообработки электродугового алюминиевого покрытия
Электродуговая металлизация является одной из разновидностей газотермического напыления покрытий. Сущность процесса заключается в следующем. По направляющим в аппарате непрерывно подают две проволоки (01,5-3,2 мм), между концами которых возбуждается дуга и происходит расплавление проволоки. Расплавленный металл подхватывается струей сжатого воздуха, истекающего из центрального сопла электрометаллизатора, и в мелко распыленном виде переносится на поверхность основного материала.
Распыление и транспортирование расплавляемого металла осуществляются обычно сжатым воздухом, хотя иногда используют азот. Принципиальная схема электродугового металлизатора показана на рисунке 1.
При дуговом напылении на постоянном токе процесс протекает стабильно, обеспечивая получение слоя покрытия с мелкозернистой структурой при высокой производительности процесса. Поэтому в настоящее время для дугового напыления применяют источники постоянного электрического тока со стабилизатором напряжения или источники со слегка возрастающей характеристикой.
На температуру дуги, достигающей 3700±500С, влияют вид транспортирующего газа, состав электродной проволоки, режимы напыления и другие параметры. Во время дуговой металлизации, протекающей при такой температуре, легче образуются капли напыляемого материала. Преимущества: высокая производительность процесса; возможность получения смесей напыляемых материалов; низкие эксплуатационные расходы. Недостатки: опасность перегрева и окисления напыляемого материала при высоких скоростях подачи проволоки; значительное выгорание легирующих элементов, входящих в напыляемый сплав. Технологический процесс нанесения покрытия на изделие методом электродуговой металлизации состоит из трех основных стадий: - подготовка поверхности обрабатываемого изделия; - нанесение покрытия; - обработка нанесенного покрытия. Подготовка поверхности является важной операцией, обеспечивающей прочность сцепления покрытия и основного металла. Основной задачей является активация поверхности покрываемых изделий путем очистки от жировых и других загрязнений, от оксидных пленок и придания ей определенной шероховатости.
Удаление жировых загрязнений производят органическими растворителями или щелочными растворами /3 8/. Удаление окалины и оксидных пленок осуществляют дробеструйной или дробеметной обработкой, реже - травлением в растворах кислот или местным нагревом /39/. Если шероховатость поверхности изделия после дробеструйной обработки недостаточна для надежного соединения покрытия и основного металла (например, при нанесений толстых (от 400 мкм) покрытий), то дополнительно применяют механическую обработку поверхности: обточку, фрезерование, дробление и т.п. /40/.
При электродуговой металлизации необходимо тщательно выдерживать требуемые технологические условия, определяющими из которых являются: расстояние между соплом металлизатора и обрабатываемой поверхностью, мощность и регулировка металлизатора, степень распыления материала, чистота сжатого воздуха, угол распыления, время между нанесением отдельных слоев, температура изделия и напыляемого слоя, скорость и шаг перемещения металлизатора. Другие параметры имеют второстепенное значение/41/.
Производительность металлизатора зависит от диаметра проволоки, давления распыляющего газа, силы тока и напыляемого материала. Посредством изменения условий напыления (состав и давление распыляющего газа, расстояние до покрываемой поверхности, предварительный нагрев обрабатываемого изделия и т.п.) можно при одном и том же напыляемом материале получать слои различных твердости, прочности сцепления, усадочного напряжения, структуры, плотности, пористости и различной обрабатываемости /41,42/.
Расстояние от сопла до покрываемой поверхности обычно составляет от 80 до 200 мм. При нанесении относительно толстых покрытий (от 300 мкм) первый слой рекомендуется наносить при минимальном (50-80 мм) расстоянии между соплом и поверхностью, а последующие - при нормальном удалении. Скорость перемещения металлизатора должна быть такой, чтобы за каждый проход наносился слой толщиной не более 50 мкм (многослойные покрытия обладают значительно меньшей пористостью, чем однослойные покрытия той же толщины /41-44/). При последовательном нанесении нескольких слоев время между их нанесением должно быть как можно меньше для предотвращения окисления нанесенного слоя и оседания на него пыли.
На структуру и свойства покрытия значительное влияние оказывает состав распыляющего газа. Сжатый воздух должен быть осушен и не содержать масел, в противном случае возможно отслоение нанесенного покрытия. В ряде случаев для снижения окисления расплавленных частиц сжатый воздух заменяют аргоном или азотом /41/.
Из оборудования наиболее распространенным для механизированного нанесения покрытия является электрометаллизатор ЭМ—17. Его номинальная производительность по алюминию СвАМц 02,0 мм при рабочем напряжении дуги 23 В и рабочем токе дуги 500 А составляет 14,0 кг/ч. Диаметр распыляемой проволоки находится в пределах 1,5—2,5 мм, а скорость ее подачи - 3,4—14,2 м/мин. Коэффициент использования материала (по алюминию) составляет 0,75.
В ряде случаев для напыления покрытий применяется серийный электродуговой металлизатор производства ОАО «Барнаульский аппаратурный завод» модели ЭМ-14М.
Дальнейшая обработка нанесенного покрытия зависит от его назначения. Так для повышения прочности сцепления между покрытием и основным материалом (адгезии) и между слоями покрытия (когезии) применяют диффузионный отжиг.
Влияние алюминия на диффузию никеля, хрома и железа в медь при нанесении и термообработке электродуговых покрытий
Для достижения цели были поставлены следующие задачи. 1. Исследовать структуру и распределение элементов по толщине диффузионного слоя, полученного напылением на медь алюминиевого и никельсодержащих электродуговых покрытий и их последующей термообработки. 2. Предложить методику расчета толщины диффузионного слоя на меди, полученного с использованием алюминиевого и никельсодержащих электродуговых покрытий. 3. Исследовать влияние состава электродуговых покрытий, образующих диффузионный слой, на его свойства. 4. Рассмотреть возможность защиты медно-алюминиевого диффузионного слоя использованием обмазки на основе алюмофосфатной или алюмохромофосфатной связок. 5. Усовершенствовать технологию изготовления воздушных фурм доменных печей с защитным диффузионным слоем. 2. Исследование диффузионных процессов в системе «Си основа -электродуговое покрытие, содержащее А1, Ni, Cr, Fe» Технологическую схему изготовления образцов с покрытием для исследований представим в виде схемы состоящей из блоков, отражающих каждый этап (рисунок 7). Перед нанесением покрытий образцы были подвергнуты дробеструйной обработке (давление воздуха в сети 0,5-0,6 МПа; дробь чугунная колотая, фракция 1,5-2,0 мм). Это позволило получить шероховатость поверхности (Rz) 25-35 мкм и очистить ее от загрязнений. Для получения диффузионных слоев на меди было использовано нанесение покрытий методом электродуговой металлизации с применением аппарата отечественного производства модели ЭМ-14М. В качестве материа 37 лов для нанесения покрытий были использованы проволоки из алюминия (АД1), никеля (НП2), нихрома (Х20Н80), нержавеющей стали (12Х18Н10Т). При этом алюминий был использован в качестве подслоя или составляющей смеси с определенным процентным содержанием каждого материала, а содержание никеля в НТО, Х20Н80 и 12Х18Н10Т составляло не менее 99, 80 и 10%, соответственно. В настоящее время отсутствуют четкие, научно обоснованные критерии оптимального подбора числа слоев и комбинации их чередования, т.е. структуры покрытия. Выбор структуры покрытия осуществляется эмпирически в результате анализа многочисленных и трудоемких экспериментальных данных /87/. В работе исследовали однослойные покрытия из НП2, Х20Н80, 12Х18Н10Т; двухслойные - АД1/НП2, АД1 / Х20Н80, АД1 /12Х18Н10Т, где АД1 - подслой; смеси с равным процентным содержанием по объему каждого материала - АД1+НП2, АД1+Х20Н80, АД1+12Х18Н10Т; двухслойные покрытия, состоящее из АД1 подслоя и смесей — АД1/(АД1+НП2), АД1/(АД1+Х20Н80), АД1/(АД1+12Х18Н10Т). Общая толщина покрытия не превышала 0,6 мм. При нанесении покрытий в качестве основы использовали образцы размером 6x25x25 мм из меди Ml. Для создания на поверхности образцов диффузионного слоя проводили их отжиг в окислительной среде. Для этого была использована электрическая печь сопротивления (СНОЛ-0,4). Некоторые технические характеристики печи представлены в таблице 6. Диффузионный отжиг проводили при температурах 700-900С и времени выдержки 2-6 ч. Подготовка шлифов включала следующие операции. Образцы укладывали внутрь пластикового кольца и заливали эпоксидной смолой. После затвердевания смолы, кольцо с залитыми образцами обтачивали на токарном станке. Таким образом, обнажали внутренние слои образцов. Далее образцы обрабатывали на шлифовальном круге. Применяли шлифовальную бумагу, изготовленную из карбида кремния, с различной зернистостью. Далее на полировальном круге при помощи оксида хрома, смешанного с водой (1:10), проводили полировку поверхностей образцов. Для выявления структуры поверхности образцов обрабатывали тра-вителем, полученным смешиванием двух растворов /88/. Первый раствор 11 грамм К2Сг207 растворяли в 100 мл горячей воды, добавляли 1 грамм NaCl, перемешивали и охлаждали до 25 С, затем добавляли 10 миллилитров концентрированной H2S04. Второй раствор: 10% раствор персульфата аммония. Непосредственно перед травлением оба раствора смешивали. Структуру поверхности меди с электродуговыми покрытиями исследовали на оптическом микроскопе «Neophot 21». Распределение элементов по толщине диффузионного слоя определяли методом рентгеноспектрального микроанализа /89,90/. Измерения проводили на микроанализаторе MS-46 «Сатеса». При энергии электронов Е = 15 кэВ записывали кривые распределения интенсивности (Каглинии) меди, никеля, алюминия, железа, хрома при сканировании образцов перпендикулярно границам исследуемых поверхностей. В качестве эталонов использовали стандартные чистые металлы. Кривые распределения интенсивности с учетом фона в отожженных образцах строили относительно наблюдаемой визуально в микроскоп границы между составляющими слоями. Предел обнаружения исследуемых элементов G = 0,01 % по массе.
Следует отметить, что на всех образцах значения глубины проникновения и концентрации элементов в диффузионном слое являются усредненными по результатам измерения этих величин не менее, чем в трех сечениях.
Как показали результаты исследования структуры поверхностного слоя на меди /91/, между покрытием и основой произошла взаимная диффузия, причем диффузионные слои с наибольшей адгезией получены для покрытий НП2 и Х20Н80 с АД1 подслоем (рисунок 8) за счет образования достаточно широкой переходной зоны в составе диффузионного слоя (рисунок 9).
Повышение свойств поверхностного слоя на меди с использованием обмазки
В качестве альтернативного или дополнительного способа защиты меди от окисления при высоких температурах может служить обмазка, приготовленная на основе алюмофосфатной (АФ) или алюмохромофосфатной (АХФ) связок /53/.
Приготовление алюмофосфатных (АФ) связующих растворов произ-водили в следующем порядке. В 500 см воды добавляли 150-600 г гидроокиси алюминия А1(ОН)з, всю массу перемешивали, доводили до кипения и ПОСЛЄ Добавления 1000 СМ ОрТОфосфорНОЙ КИСЛОТЫ Н3РО4 плотностью 1,66 1,74 г/см (с содержанием 60% Р2О5) варили и перемешивали в течение 20-40 мин при температуре 105-110С. Готовый концентрат представлял собой вязкий клейкий прозрачный раствор, который в дальнейшим разбавляли водой. В полученный раствор вводили стабилизирующую добавку флюорит CaF2 в количестве 0,8-6,0% по массе для придания суспензиям седиментаци-онной устойчивости.
Концентрацию флюорита увеличивали в указанных пределах с уменьшением степени нейтрализации концентрации AI2O3 в связующем, а также при возрастании плотности огнеупорного наполнителя. АХФ связующее было получено добавлением 20-400 г оксида хрома на 1000 г АФ связующего, в которое уже был введен флюорит. Отношение А12Оз:Сг2Оз в связующем брали от 0,54 до 0,06. Расчет составов АФ и АХФ связующих проводили по номограмме, приведенной в работе /53/.
Упрочнение приготовленной суспензии происходило в результате тепловой сушки или путем выдержки на воздухе при комнатной температуре (самотвердеющие составы). В качестве огнеупорного наполнителя использовали А120з.
АХФ обмазку толщиной не менее 0,5 мм наносили равномерным слоем с помощью шпателя на одну из поверхностей образцов меди и меди с алюминиевым покрытием (/АД 1/АХФ). Затем обмазанные образцы были оставлены для просушивания на время более суток. В процессе сушки предполагали, что обмазка затвердеет на медной поверхности, а нанесенная на образцы с алюминиевым покрытием - проникнет в поры и заполнит их, тем самым повысит жаростойкость материала покрытия. Для сравнения влияния АХФ обмазки на жаростойкость меди и покрытия для эксперимента были подготовлены такие же образцы из меди без покрытия (Ml) и с таким же покрытием (АД1), но без обмазки.
Термическую обработку образцов проводили при температуре 800С и времени выдержки 2, 4, и 6 ч. На образцах из меди с увеличением времени выдержки увеличивалось количество окалины, что соответствует экспериментальным данным по окислению меди при высоких температурах /17/. На алюминиевом покрытии количество образовавшейся окалины было значительно меньше, но оно также увеличивалось с увеличением времени выдержки. На образцах с обмазкой обмазка вспенилась и полностью отслоилась. На поверхности отслоившейся обмазки со стороны металла была обнаружена равномерно расположенная окалина, как на образцах из меди, так и на образцах с алюминиевым покрытием. Следовательно, при применении АХФ обмазки на одной из поверхностей окалина под ней все равно образуется, то есть на поверхности материала под обмазкой протекают окислительные процессы. После отслоения обмазки на образцах из меди и с алюминиевым покрытием поверхность - ровная, чистая без окалины и видимых дефектов. Следует отметить, что в процессе термической обработки под АХФ обмазкой сохраняется слой алюминиевого покрытия и при предварительном осмотре торцевой части образца на границе медь-алюминий образовался видимый Си-А1 диффузионный слой. Таким образом, обмазка способствует сохранению покрытия, а тем самым и протеканию диффузионных процессов между покрытием и основой. 1. Показано, что глубина проникновения элементов никельсодержа-щего покрытия в медь определяется подвижностью атомов, их радиусами, количеством диффундирующих элементов и температурно—временными режимами диффузионного отжига, а их концентрация в меди — содержанием этих элементов в напыляемом материале и толщиной покрытия. 2. Установлено, что напыление электродуговым способом подслоя из АД1 и рабочего слоя из НП2, Х20Н80 или 12Х18Н10Т и диффузионный отжиг при температуре 800-850С в течение 4-6 ч обеспечивают создание на поверхности меди диффузионного слоя с наибольшим проникновением в нее элементов покрытия. 3. Установлено, что алюминий, используемый в качестве подслоя для никельсодержащего покрытия на меди, изменяет порядок расположения атомов покрытия (Ni, Fe, Сг) в меди по глубине их проникновения, согласно которому наибольшую глубину проникновения имеет хром, и сам не диффундирует в покрытие. 4. Показано, что образующийся при напылении алюминия и отжиге оксид алюминия препятствует диффузии меди в никельсодержащее покрытие. 5. Показана принципиальная возможность использования обмазки на основе алюмофосфатной или алюмохромофосфатной связок в качестве альтернативного или дополнительного способа защиты медно-алюминиевого диффузионного слоя от окисления при высоких температурах. При этом обмазка способствует сохранению покрытия, а тем самым и протеканию диффузионных процессов между покрытием и основой.
Технология изготовления фурм с защитными никельсодержащими покрытиями и обмазкой
Процесс создания диффузионных слоев на меди был использован для повышения стойкости воздушных фурм доменных печей.
В условиях ОАО «Северсталь» были изготовлены партии фурм с покрытиями из смесей алюминий-никель и алюминий-нихром с равным процентным содержанием по объему каждого материала (№163-167 от 24.06.05) и двухслойных покрытий, в которых в качестве подслоя использовали алюминий, а в качестве рабочего слоя - никель или нихром (№53,56,57,59,60 от 09.02.06). Покрытия наносили на рыльную часть фурм, подверженную прогару. Далее фурмы были подготовлены к работе и установлены на ДП-5 /104/.
Часть опытных фурм вышли из строя по причине прогара, остальные были сняты по причине ремонта печи. Стойкость опытных фурм по прогару с никельсодержащими покрытиями превысила стойкость аналогичных по конструкции серийных фурм с алюминиевым покрытием, работающих на печи в одно время с опытными фурмами, на 30%. Акт испытаний воздушных фурм с двухслойными покрытиями представлен в приложении 3. По результатам испытаний экспериментальных фурм в доменном цехе подготовлено рационализаторское предложение. До предложения фурма содержала на поверхности рыльной части и наружного стакана диффузионный медно-алюминиевый слой, полученный путём термообработки алюми-нийсодержащего электродугового покрытия. Данный слой, обладая высокой прочностью сцепления с медной основой фурмы и повышенным сопротивлением износу, недостаточно обеспечивает повышение стойкости фурм по прогару. Предложено изменить существующую конструкцию фурмы, дополнив наружную поверхность рыльной части слоем жаростойкого никельсо-держащего электродугового покрытия. Имеющийся в настоящее время на поверхности фурмы диффузионный слой имеет переменное по толщине содержание образующих его элементов меди и алюминия, что обеспечивает соответствующее плавное изменение его свойств. Поэтому данный слой будет являться хорошим подслоем для получения высокой прочности сцепления никельсодержащего покрытия. Основные преимущества новой конструкции фурмы: 1) Повышение стойкости фурмы по прогару за счет более высоких значений температуры плавления и теплоемкости нанесенного слоя. 2) Снижение тепловых потерь через фурму за счет более низкого коэффициента теплопроводности данного покрытия. В результате исследований было подготовлено ноу-хау /105/. Использование фурм с никельсодержащим покрытием позволило снизить тепловые потери через их поверхность по сравнению с серийными фурмами, напыленными алюминиевым покрытием. Ниже приведены тепловые потери на фурме 35(129) с АД1/Х20Н80 покрытием, имеющей максимальный срок службы, в сравнении с рядом ус- Изменение тепловых потерь через воздушные фурмы в процессе эксплуатации: - опытная фурма с АД1/Х20Н80 покрытием, х — серийная фурма с АД1 покрытием Видно, что тепловые потери через опытную фурму с АД1/Х20Н80 покрытием, нанесенным на ее рыльную часть, значительно ниже тепловых потерь через рядом установленную серийную фурму с АД1 покрытием. Также на рыльную часть фурм были нанесены обмазки на основе алюмофосфатной (№368,391,413,422 от 02.02.06) и алюмохромофосфатной связки (№54,55,308 от 15.02.06). С поверхности внутреннего стакана со стороны дутьевого канала и рыльной части механическим путем снимают окисленный слой, на внешнюю поверхность рыльной части с помощью шпателя наносят алюминийсодер-жашую обмазку толщиной не менее 0,5 мм и устанавливают фурму в доменной печи не ранее, чем через сутки после нанесения обмазки. При этом более существенное повышение стойкости фурмы с обмазкой по прогару происходит, если ее устанавливают над леткой доменной печи /106/. Снятие окисленного слоя с поверхности внутреннего стакана и рыльной части со стороны дутьевого канала приводит к снижению степени черноты этой поверхности, а окисленного слоя с внешней поверхности рыльной части необходимо для подготовки поверхности, т.к. он препятствует взаимодействию элементов обмазки с покрытием. Алюминийсодержащая обмазка дополнительно снижает степень черноты внешней поверхности рыльной части и защищает ее от прогара за счет своей жаростойкости и сродства с электродуговым покрытием. Фурму устанавливают в печь не ранее, чем через сутки после нанесения обмазки, чтобы произошло полное ее высыхание. Все это в совокупности обеспечивает снижение тепловых потерь через фурму и повышение стойкости фурмы по прогару. При установке фурмы в печь ранее, чем через сутки после нанесения обмазки не происходит полного высыхания обмазки, что приводит к ее повреждению при установке в печь. Кроме того, нанесение на внешнюю поверхность рыльной части обмазки и установка их в печь не ранее, чем через сутки после нанесения обмазки повышает стойкость фурмы по износу.
