Ґрунтова емаль

Реферат: Винахід належить до хімічної галузі промисловості, а саме, до складів емалей для захисту від окиснення тонколистової сталі. Емаль для ґрунтових покриттів містить, мас. %: 60,0-65,0 SiO2; 20,0-25,0 Na2O; 5,0-10,0 CaO; 0,5-1,5 MnO2; 0,5-1,5 NiO; 0,1-0,25 СоО та 5,0-10,0 TiO2. Застосування винаходу дозволяє отримати емаль з хорошою міцністю зчеплення. UA 107419 C2 (12) UA 107419 C2 UA 107419 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Винахід належить до складів емалей для отримання безфтористих безборних ґрунтових покриттів для захисту металів від корозії і може бути використаним при виготовленні емальованих виробів господарчо-побутового і технічного призначення. Запропонований винахід спрямований на вирішення важливої технологічної проблеми виробництва більш ефективних, в порівнянні з використовуваними сьогодні, нешкідливих для навколишнього середовища і здоров'я людей без фтористих без борних ґрунтових емалей, що забезпечить економію енерговитрат та матеріалів. Відома ґрунтова емаль, що використовується як електроізоляційний шар, яка містить, мас. %: 40,2-45,8 SiO2; 13,3-21,7 В2О3; 3,2-13,7 Na2O; 2,4-12,8 К2О; 0,2-1,2 МnО2; 0,3-2,9 NiO; 0,24,2 CuO; 0,2-4,6 Со2О3; 13,6-21,0 SrO [A.c. 477949 СССР. С03С 7/00. Грунтовая емаль / Л.Г. Ходский, В.М. Орлова. №1894017/29-33; заявл. 19.03.73; опубл. 26.07.75, Бюл. № 27]. Недоліками цієї емалі є: - вміст дефіцитного борного ангідриду (до 21,7 %); - значна кількість дорогого оксиду кобальту (до 4,6 %); - порівняно висока температура випалу покриттів (800-900 °C). Відома ґрунтова силікатна емаль, яка використовується для захисту нелегованих сталей від корозії в агресивних середовищах, при емалюванні хімічної апаратури під склокристалічне покриття. Вона містить, мас. %: 61,0-65,0 SiO2; 2,5-4,0 Al2О3; 14,0-17,0 В2О3; 0,7-1,5 СаО; 7,0-9,3 Na2O; 0,8-1,5 К2О; 1,0-2,0 CaF2; 0,3-0,8 NiO; 0,8-2,2 CoO; 2,0-4,0 ТiO2; 0,-0,8 CuO; 0,3-0,8 Fe2O3; 0,3-0,5 MnO2 [A.c. 558879 СССР. С03С 7/00. Грунтовая эмаль / Л.Г. Чемерко, Н.И. Коваленко, М.И. Олейник, Л.Н. Иванова, Г.Е. Макаревич. № 2191212/33; заявл. 21.11.75; опубл. 25.05.77]. Недоліками цієї емалі є: - вміст дефіцитного борного ангідриду (до 17,0 %); - присутність у складі емалі шкідливих фтористих сполук; - порівняно значний вміст дорогого оксиду кобальту (до 2,2 %); - підвищена температура випалу ґрунтових покриттів (870-890 °C). Найбільш близькою до винаходу, що заявляється, за технічною суттю і результатом, що досягається, є емаль, що включає оксиди, мас. %: 38,0-52,0 SiO2; 16,0-24,0 Na2O; 13,0-22,0 В2О3; 4,0-7,0 Аl2О3; 2,0-7,0 СаО; 1,5-2,0 Ni2O3; 0,6-1,0 Со2О3; 2,0-3,0 F; 1,0-3,0 Fe2O3; 1,0-3,0 МnО; 0,25-1,0 CuO; 0,25-1,0 МоО3; 0,25-1,0 ZnO; 0,25-1,0 CdO [Пат.2203234 РФ. С03С8/04, С03С8/06. Эмаль "Ставай" /А.А. Перминов, Л.А. Смирнов, А.А. Дерябин, К.В. Казак. №2001112890/03; заявл. 10.05.2001; опубл. 27.04.2003. – найближчий аналог]. Недоліками найближчого аналога є: - багатокомпонентність емалі; - значний вміст борного ангідриду (13,0-22,0 мас. %); - порівняно велика кількість дорогого оксиду кобальту (0,6-1,0 мас. %); - присутність у складі емалі шкідливих фтористих сполук; - обмеження використання емалі через токсичність оксиду кадмію. В основу винаходу поставлена задача - розробити емаль для отримання безфтористих безборних ґрунтових покриттів з хорошою міцністю зчеплення з металом при незначному вмісті дорогого оксиду кобальту (СоО) з порівняно невисокою температурою випалу (820-870 °C) шляхом дослідження та коригування кількісного співвідношення компонентів у складі емалі та емалевого шлікеру. Поставлена задача вирішується тим, що відома емаль для отримання безфтористих безборних ґрунтових покриттів, яка включає оксиди кремнію, натрію, кальцію, марганцю, нікелю та кобальту, відповідно до винаходу, додатково містить у своєму складі оксид титану при наступному співвідношенні компонентів, мас. %: 60,0-65,0 SiO2; 20,0-25,0 Na2O; 5,0-10,0 CaO; 0,5-1,5 MnO2; 0,5-1,5 NiO; 0,1-0,25 CoO та 5,010,0 TiO2. Для отримання на її основі емалевих покриттів використовують техногенні відходи промисловості, а саме мартенівський шлак ПАО Електрометалургійного заводу "Днепроспецсталь" ім. А.Н. Кузьміна (м. Запоріжжя, Україна), що містить у своєму складі, мас. %: 31,34-33,85 SiO2; 5,45-7,28 Аl2О3; 0,20-0,35 Feмет; 15,96-17,04 Fe2O3; 4,85-5,76 FeO; 0,40,7 ТiO2; 1,1-1,37 Сr2О3; 12,5-13,97 СаО; 9,8-11,6 MgO; 0,85-1,3 МnО; 0,1-0,2 ZnO; 0,3-0,5 K2O+Na2O; 10,0-12,0 ВПП. В таблиці 1 приведені склади запропонованих емалей. 1 UA 107419 C2 Таблиця 1 Хімічний склад запропонованих емалей, мас. % Оксиди SiO2 Na2O В2О3 Аl2О3 СаО Ni2O3 NiO Со2О3 СоО F Fe2O3 МnО Мn2О3 CuO МоО3 ZnO CdO ТіО2 5 10 Номери запропонованих емалей Найближчий аналог за пат. № 2203234 1 2 38,0-52,0 60,0 62,0 16,0-24,0 25,0 22,0 13,0-22,0 4,0-7,0 2,0-7,0 10,0 9,0 1,5-2,0 0,5 1,0 0,6-1,0 0,1 0,15 2,0-3,0 1,0-3,0 1,0-3,0 1,5 0,25-1,0 0,25-1,0 0,25-1,0 0,25-1,0 5,0 7,0 3 63,0 23,0 6,0 1,5 0,2 1,0 8,0 4 65,0 20,0 5,0 1,5 0,25 0,5 10,0 Для отримання такої фрити використовують наступні сировинні матеріали: пісок кварцовий, соду кальциновану, крейду, марганцеву руду, оксиди нікелю та кобальту і діоксид титану. Варку емалей проводять при температурі 1260-1280 °C протягом 68-78 хвилин. Випал покриттів проводять в інтервалі температур 820-870 °C. Приводимо приклад конкретного виконання винаходу, що пропонується. Без фтористі без борні ґрунтові покриття отримують приготуванням шлікеру, що включає базову фриту, яка не містить шкідливих сполук фтору та дефіцитної борвмісної сировини, часів - ярську глину як суспендуючу добавку, борну кислоту, сульфати заліза і марганцю, оксид кальцію та техногенні відходи промисловості (мартенівський шлак), воду та нанесенням його на поверхню мало вуглецевої сталі з послідуючим сушінням і випалом. Емалеві шлікери готують за наступними рецептами (табл. 2). Таблиця 2 Склади емалевих шлікерів, мас. ч. Компоненти Безфториста безборна фрита Глина часів-ярська Н3ВО3 Fe2(SO4)3•9H2O MnSO4•5H2O СаО Мартенівський шлак Вода, мл Номери складів запропонованих шлікерів 1 2 3 4 100,0 100,0 100,0 100,0 5,0 6,0 5,5 6,0 0,1 0,2 0,25 0,2 0,25 0,4 0,5 0,3 0,18 0,18 0,37 0,54 0,03 0,05 0,07 0,09 2,5 5,0 4,0 3,5 40 41 42 43 15 20 До складу запропонованого емалевого шлікеру входить фрита, що не містить шкідливих сполук фтору та дефіцитної борвмісної сировини, крім цього, включає незначну кількість для таких покриттів дорогокоштуючого оксиду кобальту (до 0,25 %), необхідного для придання без фтористому без борному ґрунтовому покриттю найважливішої характеристики - міцності зчеплення емалі з металом. 2 UA 107419 C2 Міцність зчеплення ґрунтових покриттів зі сталлю визначали на установці для визначення міцності на удар (в залежності від заданої роботи удару). Експлуатаційні та технологічні характеристики розробленої емалі та покриттів на її основі наведені в табл. 3. Таблиця 3 Експлуатаційні і технологічні характеристики без фтористої без борної емалі і ґрунтових покриттів на її основі Характеристики фрит та ґрунтових покриттів Розтічність при 830 °C, мм Інтервал випалу покриттів, °C Міцність зчеплення (енергія 2 удару), кгс/м Міцність зчеплення (енергія удару), Дж Прототип по патенту №2203234 41-50 0,036-0,05 Номери запропонованих складів емалей 1 2 3 4 30,6 28,0 29,5 27,5 820-870 °C 1,1 0,9 1,2 1,4 5 10 15 20 Заявлений кількісний і хімічний склад безборної ґрунтової емалі встановлений за результатами аналізу багатьох дослідних даних при складанні та оцінюванні емалевих шлікерів і покриттів. Шлікер в межах заявленого складу має високу ступінь адгезії, хорошу консистенцію, хоча і спостерігаються поодинокі пухирці в об'ємі емалевої суспензії, покриття із задовільною стійкістю до прогарів. Наведені результати характеристик без борних ґрунтових покриттів (табл. 3) та візуальна їх оцінка свідчать, що вони мають якісний скло шар без прогарів та уколів, достатню міцність зчеплення емалі зі сталлю (0,9-1,4 Дж). Розробка без фтористих без борних ґрунтових покриттів дозволить знизити матеріальні витрати на сировинні матеріали, виключити вилуговування борного ангідриду з емалевих покриттів, підвищити їх хімічну стійкість, а також знизити забруднення повітряного басейну підприємства токсичними речовинами (лужними метаборатами і сполуками фтору, що виділяються при плавці емалей), а тому є актуальною і необхідною. Запропоновані склади емалей можуть бути використані при емалюванні сталевих виробів господарчо-побутового і технічного призначення. ФОРМУЛА ВИНАХОДУ 25 30 1. Ґрунтова емаль, що містить оксиди кремнію, натрію, кальцію, марганцю, нікелю, кобальту, яка відрізняється тим, що вона додатково містить оксид титану при наступному співвідношенні компонентів, мас. %: SiO2 50,00-65,00 Na2O 20,00-25,00 CaO 5,00-10,00 Mn2O3 0,50-1,50 NiO 0,50-1,50 CoO 0,10-0,25 ТiO2 5,00-10,00. 2. Емаль за п. 1, яка відрізняється тим, що вона придатна для отримання на її основі емалевих покриттів з використанням техногенних відходів промисловості, а саме мартенівського шлаку, що містить у своєму складі, мас. %: 31,34-33,85 SiO2; 5,45-7,28 Аl2О3; 0,20-0,35 Feмет; 15,96-17,04 Fe2O3; 4,85-5,76 FeO; 0,4-0,7 ТiO2; 1,1-1,37 Cr2O3; 12,5-13,97 CaO; 9,8-11,6 MgO; 0,85-1,3 MnO; 0,1-0,2 ZnO; 0,3-0,5 K2O + Na2O; 10,0-12,0 ВПП. Комп’ютерна верстка І. Скворцова Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 3