Склокерамічні титаносилікатні покриття для регенерації емальованих стальних поверхонь

Abstract

Дисертаційна робота присвячена розробленню технології ремонту та регенерації емальованого стального технологічного обладнання шляхом формування на пошкодженій емальованій поверхні двошарового склокерамічного покриття. Вибрано склотвірні системи для формування ґрунтового і захисного шару покриття та вивчено процеси, що протікають в склотвірних розчинах. Встановлено технологічні параметри процесу формування двошарового покриття. Вивчено дифузійні процеси, що відбуваються на межі контакту сталь-склопокриття в залежності від природи покриття та їх вплив на адгезію склопокриття до підкладу. Показано перспективність використання мінеральних наповнювачів з метою одержання склокерамічного покриття з високими експлуатаційними властивостями. Досліджено експлуатаційні властивості двошарового склокерамічного покриття. Показано, що внаслідок формування гетерогенної структури склокерамічне покриття можна використовувати для ремонту обладнання, що працює в агресивних умовах.Диссертационная работа посвящена разработке технологии ремонта и регенерации эмалированного стального технологического оборудования путем формирования на поврежденной эмалированной поверхности двухслойного стеклокерамического покрытия с помощью растворной технологии. Выбраны и оптимизированы стеклообразующие силикофосфатная и титаносиликатная системы для формирования грунтового и защитного слоя покрытия. Изучены процессы гелеобразования в стеклообразующих растворах титаносиликатной системы, а также химические взаимодействия между компонентами силикофосфатного стеклообразующего раствора. Установлено, что силикофосфатные стеклообразующие растворы являются стойкими к гелеобразованию и могут сохраняться длительное время без изменения свойств. Растворы титаносиликатной системы по природе являются коллоидными, со временем образуют гель, непригодный к использованию по методу растворной технологии. Длительность гелеобразования титаносиликатных стеклообразующих растворов возрастает с увеличением объема допантов и содержанию B2О3. Проведенные исследования позволили разработать технологию получения однородных стеклообразующих растворов силикофосфатной и титаносиликатной систем и установить оптимальный метод нанесения стеклообразующих растворов на обрабатываемую поверхность. Обоснованы технологические параметры процесса формирования двухслойного покрытия. Показано, что для получения качественного сплошного покрытия необходимо проводить четырехкратное нанесение раствора с последующим обжигом продуктов термоосаждения каждого из слоев. Температура подложки при формировании силикофосфатного грунтового слоя покрытия составляет 3000С, температура обжига - 7800С. Формирование защитного титаносиликатного слоя покрытия происходит при температуре подложки - 6000С, температуре обжига - 7600С. Установлено влияние способа получения силикофосфатного грунтового слоя покрытия на его свойства. Показано, что использование растворной технологии дает возможность уменьшить температуру формирования стеклопокрытия по сравнению со стеклопокрытием, полученным по традиционной технологии. Изучены диффузионные процессы, происходящие на границе контакта сталь - грунтовое стеклопокрытие и сталь - защитное стеклопокрытие. Расчетные значения коэффициентов диффузии и глубина диффузионной зоны показали наличие взаимного перехода элементов из стали в стеклопокрытие и в обратном направлении, за счет чего образуется переходный слой. Установлено расширение диффузионной области на границе контакта сталь-стеклопокрытие в случае применения грунтового слоя, который повышает адгезию покрытия к металлу. С целью получения стеклокерамических покрытий с высокими эксплуатационными свойствами исследовано влияние природы и количества минеральных наполнителей. Установлено, что наивысшими эксплуатационными свойствами обладают стеклокерамические покрытия с использованием в качестве наполнителя 30 масс. % ZrО2. Его химическая стойкость возрастает в 3 раза по сравнению с ненаполненным титаносиликатним покрытием, величина микротвердости увеличивается до 5050 МПа. Предложена усовершенствованная принципиальная схема инфракрасного нагревательного устройства для регенерации поврежденного эмалированного покрытия. Использование нагревательного устройства данной конструкции позволяет производить ремонт поврежденных участков эмалированного покрытия без необходимости демонтажа технологического оборудования, а также существенно сократить время нагревания и длительность цикла по сравнению с конвективным нагревом, благодаря чему уменьшаются энергетические затраты и время, необходимое для проведения ремонта. Промышленными испытаниями на ОАО “Стрийский завод Металіст” и Государственном предприятии Инженерный центр “Техно-ресурс” подтверждена эффективность использования разработанной технологии для регенерации поврежденных участков эмалевого покрытия. Двухслойное стеклокерамическое защитное покрытие, полученное по разработанной технологии, характеризуется высокими эксплуатационными показателями и стойкостью в условиях агрессивных сред и повышенных температур. Dissertation work is devoted to development of enameled steel technological equipment maintenance and regeneration technology by two-layer glass-ceramic cover formation on damaged enameled surface. The glass-forming systems for producing of priming and protecting layer are chosen and processes passing in glass-forming solutions are studies. The technological parameters of two-layer cover forming are determined. The diffusion processes passing on steel-glass cover contact surface in dependence on cover nature and their effect on glass cover to base layer adhesion are studied. It is shown the perceptivity of mineral fillers usage for glass-ceramic cover with high operating characteristics obtaining. The operating characteristics of two-layer glass-ceramic cover are investigated. It is proved that due to heterogeneous structure forming the glass-ceramic cover can be used for equipment that is working in aggressive conditions maintenance.