Способ изготовления брикета для легирования расплава цинка в процессе горячего цинкования

Изобретение относится к области металлургии, в частности к изготовлению брикета для легирования расплава цинка, содержащего легирующий материал, флюс и оболочку. Может применяться для горячего цинкования изделий или заготовок из стали методом погружения их в расплав цинка. Подвергнутый симметричной горизонтальной вибрации порошок никеля, содержащий мелкозернистые и крупнозернистые фракции, смешивают с флюсом, растворенным в воде, и высушивают смесь. В смесь заливают расплавленный жидкий полимер для формирования оболочки и производят вакуумное прессование. Обеспечивается повышение концентрации никеля в расплаве цинка при увеличении прочности и плотности брикета. 4 з.п. ф-лы, 3 ил., 1 пр.

 

Изобретение относится к области металлургии и может применяться для горячего цинкования изделий или заготовок из стали методом погружения их в расплав цинка с добавлением брикета для легирования расплава цинка, содержащего легирующий материал, флюс и оболочку, а именно к способам изготовления брикета.

В настоящее время никель является наиболее распространенным металлом, используемым для легирования расплава цинка в процессе горячего цинкования. Использование никеля снижает толщину цинкового покрытия на сталях с повышенным содержанием кремния (реактивные стали), а на сталях, пригодных к цинкованию, обеспечивает более гладкое и блестящее покрытие.

Известно, что никель может добавляться в ванну цинкования в виде легирующих таблеток (брикетов), состоящих из порошка никеля и флюса, заключенных в оболочку из легковоспламеняющегося органического материала. Брикеты распределяются разбрасыванием по поверхности ванны без применения специального оборудования. Это обеспечивает удобство подачи легирующего материала. Добавка никеля в ванну цинкования способствует уменьшению толщины цинкового покрытия на обрабатываемом изделии и дает возможность контролировать толщину покрытия с временем выдержки изделия в расплаве, снижая расход цинка (file:///C:/Users/ГТА/Desktop/цинкование/Статьи.htm, статья «Никелевые таблетки в горячем цинковании»).

До недавнего времени основными средствами, применяемыми для легирования цинкового расплава, являлись слитки из цинк-никеля (0,5% никеля) или порошок никеля, который инжектировали в расплав. Задачей легирования является получение концентрации никеля в расплаве цинка на уровне 0,05%-0,06% что отвечает пределу растворимости никеля в цинковом расплаве при рабочей температуре 450°С и эквивалентно 500 г никеля на тонну цинка. Однако на практике обычно приходится вносить в 3-3,5 раз больше требуемых 500 г никеля на тонну цинка (как правило, вносится 1,5-1,8 кг на тонну цинка), так как значительная часть никеля оседает на дно ванны в гартцинк. В настоящее время на смену технологии введения никелевого порошка с помощью «миксера» пришла новая технология - никельсодержащие брикеты или таблетки, обеспечивающие необходимую концентрацию никеля в расплаве цинка.

Известен способ изготовления легирующих брикетов - таблеток (заявка на изобретение WO 2006123945, опубл. 23.11.2006). Способ включает формирование смеси навески флюса и навески порошка никеля, содержащего крупнозернистую и мелкозернистую фракции, в заготовку и выполнение наружной оболочки вокруг заготовки из воска или полимера. При добавке таблетки в ванну цинкования из-за высокой температуры в ванне (450°С) оболочка и флюс воспламеняются и сгорают, а частицы порошка никеля начинают оседать вглубь расплава, растворяясь по мере оседания в расплаве цинка.

В данном изобретении нормы внесения таблеток, содержащих порошок никеля, в процессе цинкования достигают значений 1,8-1,9 кг никеля на 1 т вносимого цинка. Из сказанного выше следует, что масса внесенного никеля к требуемой норме после его растворения до получения средней концентрации, близкой к значению 0,05% (0,5 кг на тонну цинка) также больше 3.

Известен также способ изготовления таблетки - брикета для легирования расплава цинка в процессе горячего цинкования металлических изделий (патент RU №2647066, опубл. 13.03.2018), выбранный в качестве прототипа. В данном способе механически смешивают навески порошка никеля, содержащего крупнозернистую и мелкозернистую фракции, с навеской частиц флюса, формируют из них заготовки с наружной оболочкой из воска или из полимера путем заливки жидкого полимера с последующим прессованием для создания брикета. Крупнозернистую фракцию брикета готовят из частиц никеля с размерами от 100 до 300 мкм в количестве 65-75% от массы навески никеля, содержащей долю осаждаемых на дно ванны цинкования крупнозернистых частиц никеля, мелкозернистую фракцию брикета готовят из частиц никеля с размерами от 5 до 20 мкм в количестве от 25 до 35% от массы навески порошка никеля, определяемой из условия получения концентрации никеля в пределах 0,05%.

Недостатком данного способа является то, что полученная таблетка в процессе горячего цинкования не обеспечивает увеличения концентрации никеля больше 0,05%. Важно отметить, что ощутимое снижение толщины цинкового покрытия на сталях происходит при концентрации в расплаве цинка никеля от 0,05%. При такой концентрации цинковое покрытие на изделии будет содержать в себе около 0,1% никеля. При увеличении концентрации никеля в расплаве происходит снижение расхода цинка при цинковании изделий.

Технической задачей данного изобретения является создание способа изготовления брикета для легирования расплава цинка, который позволит повысить концентрацию никеля в расплаве цинка до 0,06% при улучшении качества самого брикета при хранении и транспортировке за счет увеличения ее прочности и плотности.

Поставленная задача достигается тем, что способ изготовления брикета для легирования расплава цинка в процессе горячего цинкования включает смешивание в рабочей форме навески порошка никеля, содержащего мелкозернистые и крупнозернистые фракции с флюсом в определенном соотношении и формирование из них заготовки путем заливки жидкого полимера для создания наружной оболочки с последующим прессованием для создания брикета. Новым является то, что до смешивания навески порошка никеля с флюсом порошок никеля подвергают горизонтальной вибрации. Затем добавляют флюс в виде раствора заданной концентрации и температуры с последующим высушиванием полученной смеси. В смесь заливают расплавленный жидкий полимер и производят вакуумное прессование при определенной температуре. Кроме этого симметричную горизонтальную вибрацию навеску порошка никеля производят с частотой 7-10 Гц. В качестве флюса берут порошок хлористого аммония, растворенного в воде при температуре 90-100°С в концентрации 70-80 гр/100 гр H2O. Вакуумное прессование производят при температуре 75-85°С и величине вакуума 120-140 Па. В качестве жидкого полимера используют парафин.

Изобретение поясняется чертежами, где на фиг. 1 представлен общий вид брикета для легирования расплава цинка, на фиг. 2 - навеска порошка никеля в рабочей форме после горизонтальной вибрации, на фиг. 3 представлен график зависимости концентрации хлористого аммония в водном растворе от температуры.

Способ изготовления брикета для легирования расплава цинка в процессе горячего цинкования металлических изделий осуществляют следующим образом. В рабочую форму засыпают навеску порошка никеля, содержащего мелкозернистые и крупнозернистые фракции одной плотности. Рабочую формы с навеской устанавливают на вибростол и производят воздействие симметричной горизонтальной вибрацией определенной частоты, выбранной из интервала 7-10 Гц. Для этого используют вибрационную установку с электродинамическим столом (вибростенд). Экспериментально установлено, что при горизонтальной вибрации навески порошка никеля с такой частотой происходит послойное разделение частиц порошковой навески по крупности фракций. Навеска состоит из частиц порошка никеля разных фракций одной плотности (например, 70% частиц крупной фракции и 30% мелкой). В результате вибрирования более мелкие частицы оседают внизу формы, а крупные частицы размещаются над мелкими (фиг. 2), что значительно улучшает качество (равномерность) дальнейшей пропитки навески флюсом и расплавленным парафином. Вибрацию осуществляют 2-3 мин, при этом происходит максимальное расслоение крупных и мелких фракций навески порошка никеля, что определено экспериментально. Затем пропитывают навеску порошка никеля раствором флюса. В качестве флюса используют раствор хлористого аммония (NH4Cl), который получают растворяя порошок NH4Cl в воде при температурах 90-100°С до концентрации 70-80 гр/100 гр H2O (фиг. 3). Из графика видно, что растворимость порошка флюса в воде увеличивается при увеличении температуры воды и максимальная концентрация получается при температурах близких к кипению воды. Раствор флюса заливают в рабочую форму с порошком никеля до полной пропитки навески порошка никеля раствором, что наблюдают визуально. Полученную смесь помещают в термопечь и высушивают до полного удаления влаги и получения сухой смеси. Экспериментально пропитывали порошок никеля раствором флюса, полученного при температурах 20, 60, 100 градусов Цельсия. После высушивания и удаления влаги определяли привес флюса к исходному порошку никеля. Наибольший привес получали при использовании раствора флюса, полученного при температуре 90-100°С за счет использования раствора флюса большей концентрации. При этом за счет горизонтальной вибрации навески порошка никеля и послойного разделения частиц разных фракций таким образом, что крупные частицы оказываются сверху раствор флюса свободно проникает через крупные частицы и хорошо смачивает мелкие частицы, оказавшиеся внизу. При использовании флюса в виде раствора происходит полное и равномерное проникновение флюса в поры порошка никеля, при этом обеспечивается полный физический контакт частиц порошка с раствором. Кроме этого при использовании раствора флюса большой концентрации происходит разрушение (растворение) оксидной пленки, покрывающей частицы порошка никеля. За счет этого офлюсованный порошок никеля хорошо смачивается цинком в ванне, повышается его растворимость. Все это позволяет увеличивать растворимость никеля при добавлении полученного брикета в ванну с цинком и достигать концентрации никеля в расплаве на уровне 0,06%. Также при использовании раствора флюса исключается пыление порошковой смеси при добавлении флюса, что улучшает экологическую составляющую производства никелевого брикета. Затем формируют заготовку с наружной оболочкой и пропиткой внутри из жидкого полимера. Для этого в форму с заготовкой из порошка никеля и флюса заливают жидкий полимер, например, расплавленный пищевой парафин. За счет послойного разделения частиц навески порошка никеля при вибрации происходит равномерное проникновение парафина в полученную смесь никеля и флюса. Полученную заготовку помещают в вакуумную печь для вакуумного прессования полученной заготовки при температуре 75-85°С и величине вакуума 120-140 Па. Поддержание температуры в вакууме необходимо для того, чтобы расплавленный парафин оставался в состоянии повышенной текучести, что позволяет дополнительно осуществлять дальнейшую равномерную пропитку парафином смеси никеля с флюсом. Вакуумное прессование при величине вакуума 120-140 Па позволяет изготовить брикет никеля практически безпористым (происходит удаление воздуха между частицами смеси), плотным с высокими механическими свойствами - увеличивается прочность брикета. Равномерная пропитка парафином и вакуумное прессование позволяют получить брикеты высокого качества при длительном хранении, а также транспортировке и перемещении брикета без его разрушения. Получают никелевый слоистый брикет - таблетку (фиг. 1), имеющую усеченную прямоугольную форму с литейными уклонами по толщине брикета 15 мм, которую извлекают из рабочей формы. Под микроскопом при различном увеличении определяют качество полученного брикета - полноту пропитки парафином, наличие пор и дефектов в поперечном разрезе. Качество полученных брикетов определяли при разных параметрах вакуума - температуре и величине вакуума. Наилучший результат получен при температуре 80°С и величине вакуума 130 Па.

Пример

Изготовлены и испытаны брикеты из электролитического никелевого порошка (ГОСТ 9722-97), состоящего на 70% из крупных фракций с размерами частиц 200-300 мкм и 30% из мелких фракций с размерами частиц 20-35 мкм. Брикет готовят из компонентов со следующим весовым соотношением никеля, хлористого аммония и парафина в мас. %:

частицы никелевого порошка 40-80

флюс 15-35

парафин остальное

В конкретном примере брали никелевого порошка - 335 гр, флюса - 100 гр, парафина - 65 гр.

1. Порошок никеля засыпали в рабочую форму. Горизонтальная вибрация навески порошка никеля произведена с частотой f=9 Гц. Раствор флюса добавлен при Т=95°С и концентрации 75 гр/100 гр H2O. Смесь высушена в термошкафу. Залит расплавленный до Т=90°С пищевой парафин. Вакуумное прессование проведено в вакуумной печи при Т=80°С и Р=130 Па. Брикет охлаждали и извлекали из формы.

2. Горизонтальная вибрация навески порошка никеля произведена с частотой f=7 Гц. Раствор флюса добавлен при Т=90°С и концентрации 70 гр/100 гр H2O. Смесь высушена в термошкафу. Залит расплавленный до Т=90°С пищевой парафин. Вакуумное прессование проведено в вакуумной печи при Т=80°С и Р=130 Па.

3. Горизонтальная вибрация навески порошка никеля произведена с частотой f=10 Гц. Раствор флюса добавлен при Т=100°С и концентрации 80 гр/100 гр H2O. Смесь высушена в термошкафу. Залит расплавленный до Т=90°С пищевой парафин. Вакуумное прессование проведено в вакуумной печи при Т=80°С и Р=130 Па.

Полученные брикеты испытывали на предприятии горячего цинкования. В процессе производственных испытаний при соприкосновении брикета с расплавом цинка оболочка и флюс воспламеняются и сгорают, а частицы порошка никеля оседать вглубь ванны, растворяясь по мере оседания. Были получены следующие результаты по концентрации никеля в расплаве цинка в представленных примерах изготовления брикета:

1 пример - 0,058%, 2 пример = 0,053%; 3 пример - 0,056%.

Растворимость никеля в цинке в соответствии с диаграммой состояния сплавов максимально составляет 0,06%. Отмечено хорошее качество брикета.

Таким образом предложен способ изготовления брикета для легирования расплава цинка, который позволяет повысить концентрацию никеля в расплава цинка до 0,06%, что больше, чем у прототипа, где обеспечивается концентрация 0,05%. При этом улучшено качество самого брикета при хранении и транспортировке за счет увеличения его прочности и плотности, а также улучшена экология изготовления брикета.

1. Способ изготовления брикета для легирования расплава цинка в процессе горячего цинкования, включающий смешивание в рабочей форме навески порошка никеля, содержащего мелкозернистые и крупнозернистые фракции с флюсом, формирование из них заготовки путем заливки жидкого полимера для создания наружной оболочки с последующим прессованием для создания брикета, отличающийся тем, что до смешивания навески порошка никеля с флюсом порошок никеля подвергают симметричной горизонтальной вибрации, добавляют флюс, растворенный в воде с последующим высушиванием полученной смеси, в которую заливают расплавленный жидкий полимер и производят вакуумное прессование.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что симметричную горизонтальную вибрацию навеску порошка никеля производят с частотой 7-10 Гц.

3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в качестве флюса берут порошок хлористого аммония, растворенного в воде при температуре 90-100°С в концентрации 70-80 гр/100 гр H2O.

4. Способ по п. 1, отличающийся тем, что вакуумное прессование проводят при температуре 75-85°С и величине вакуума 120-140 Па.

5. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в качестве жидкого полимера используют парафин.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к обработке формованных изделий с железной или стальной поверхностью с содержанием углерода до 2,06 мас.% перед холодным формованием. В способе формованное изделие приводят в контакт с водной кислотной композицией для образования конверсионного слоя в качестве разделительного слоя.

Изобретение относится к производству листовой стали с нанесенным покрытием, характеризующейся пределом прочности при растяжении TS, составляющим, по меньшей мере, 450 МПа, и полным относительным удлинением ТЕ, составляющим, по меньшей мере, 17%.

Изобретение относится к области металлургии, а именно к изготовлению высокопрочного стального листа с покрытием из системы на основе Zn-Al-Mg, полученным погружением в расплав, используемого в автомобилестроении.

Изобретение относится к области металлургии, а именно к оцинкованному стальному листу для горячего прессования, используемому в автомобилестроении. Оцинкованный стальной лист содержит оцинкованный слой и основной стальной лист.
Изобретение относится к применению щелочной водной покровной композиции для нанесения покрытия на покрытые цинком или цинковым сплавом стальные подложки, содержащей один или несколько сульфатов щелочных металлов и/или сульфат аммония и один или несколько карбонатов щелочных металлов и/или карбонат аммония и имеющей значение рН от 9 до 12.

Изобретение относится к изготовлению горячеплакированного стального листа. Способ включает горячую прокатку на стане горячей прокатки, холодную прокатку без травления на стане холодной прокатки, низкий отжиг в печи восстановления в среде восстановительного газа, нанесение покрытия методом горячего погружения.

Изобретение относится к изготовлению стального листа с черным покрытием. В закрытом резервуаре стальной лист с покрытием, полученным погружением в расплав Zn, содержащего Al и Mg, нагревают в присутствии первого газа, имеющего точку росы, которая ниже температуры стального листа с покрытием, и после нагрева уменьшают давление газа в закрытом резервуаре до 70 кПа или менее путем откачивания нагретого в закрытом резервуаре первого атмосферного газа, а после уменьшения давления газа осуществляют чернение слоя покрытия путем введения водяного пара в закрытый резервуар.

Изобретение относится к области металлургии. Для обеспечения механической прочности 1180 - 1320 МПа, коэффициента раздачи отверстия Ac% более 20%, и угла изгиба большим или равным 40° получают холоднокатаный и отожжённый стальной лист толщиной 0,7-2 мм, химический состав которого содержит, мас.%: 0,09 ≤ C ≤ 0,11, 2,6 ≤ Mn ≤ 2,8, 0,20 ≤ Si ≤ 0,55, 0 25 ≤ Cr < 0,5, 0,025 ≤ Ti ≤ 0,040, 0,0015 ≤ B ≤ 0,0025, 0,005 ≤ Al ≤ 0,18, 0,08 ≤ Mo ≤ 0,15, 0,020 ≤ Nb ≤ 0,040, 0,002 ≤ N ≤ 0,007, 0,0005 ≤ S ≤ 0,005, 0,001 ≤ P ≤ 0,020, Ca ≤ 0,003, остальное железо и неизбежные примеси, при этом лист имеет микроструктуру, включающую мартенсит и/или нижний бейнит, и указанный мартенсит включает свежий мартенсит и/или автоотпущенный мартенсит, сумма доли поверхности мартенсита и нижнего бейнита составляет 40-70%, 15-45% доля поверхности низкоуглеродистого бейнита, от 5% до менее 20% - доля поверхности феррита, доля нерекристаллизованного феррита по отношению к общей доле феррита составляет менее 15% и менее 5% доля поверхности остаточного аустенита в форме островков, доля бывших аустенитных зёрен с размером менее по меньшей мере одного микрометра составляет 40-60% от общей численности указанных бывших аустенитных зёрен.

Изобретение относится к способу получения высокопрочного стального листа с покрытием, имеющего предел текучести YS по меньшей мере 800 МПа, предел прочности на разрыв TS по меньшей мере 1180 МПа, общее удлинение по меньшей мере 14% и коэффициент раздачи отверстия HER по меньшей мере 30%.

Изобретение относится к области металлургии. Для обеспечения предела прочности на разрыв в незакаленном состоянии не менее 750 МПа холоднокатаную или горячекатаную полосу получают из стали, содержащей, мас.%: C от 0,075 до 0,115, Si от 0,600 до 0,750, Mn от 1,000 до 1,950, Cr от 0,200 до 0,600, Al от 0,010 до 0,060, N от 0,0020 до 0,0120, S ≤ 0,0030, Mo ≥ 0,0200, Nb от 0,005 до 0,040, Ti от 0,005 до 0,030, B от 0,0005 до 0,0030, Ca от 0,0005 до 0,0060, Cu ≤ 0,050, Ni ≤ 0,050, остальное железо и неизбежные примеси, при этом суммарное содержание элементов (Mn+Si+Cr+Mo) находится в следующей зависимости от толщины получаемой полосы: при толщине полосы до 1,00 мм сумма элементов составляет от 2,450 до 2,800 мас.%, при толщине от 1,00 до 2,00 мм сумма элементов составляет от 2,600 до 3,150 мас.%, при толщине свыше 2,00 мм сумма элементов составляет от 3,000 до 3,450 мас.%.

Изобретение относится к получению слитков из сплавов циркония на основе циркониевой магниетермической губки, содержащих легирующие элементы. Способ включает получение таблеток лигатуры, формирование расходуемых электродов и выплавку слитков.
Изобретение относится к порошковой технологии, а именно к способам получения изделий из порошковых композиций на основе титана, в частности титановых брикетов с флюсом.

Изобретение относится к способам послойного холодного прессования многослойной детали из литиевых водородсодержащих порошковых материалов в стальной пресс-форме.

Изобретение относится к искровому плазменному спеканию композиционных порошков под давлением. Устройство содержит матрицу и установленные внутри нее с образованием зоны спекания и возможностью формирования в ней прессующего усилия рабочие элементы, выполненные с возможностью подключения к источнику питания с прохождением электрического тока через композиционный порошок.

Изобретение относится к изготовлению плит из керамических и композиционных материалов. Способ включает приготовление экзотермической смеси порошков, прессование смеси в заготовку, помещение ее в пресс-форму, инициирование реакции горения и последующее прессование продуктов горения.
Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к изготовлению изделий электротехнического назначения из порошковых композиций на основе углерода с новолачной фенолформальдегидной смолой.

Изобретение относится к области металлургии и может применяться для горячего цинкования металлических изделий, а именно к таблеткам для легирования расплава цинка в процессе горячего цинкования.

Изобретение относится к области материаловедения, а именно к снижению скорости коррозии металлической поверхности изделия. Способ получения защитной оксидной пленки на металлической поверхности включает получение матрицы-основы, выполненной из железного порошка, путем смешивания железного порошка с водой в соотношении 85:15 по массовой доле с получением гетерофазной увлажненной механической смеси, осуществление уплотнения упомянутой смеси при давлении прессования 1,4…1,6 ГПа за счет локализованных сдвиговых деформаций с достижением остаточной пористости 1…3% и пассивацию матрицы-основы с обеспечением защитной оксидной пленки.

Изобретение относится к получению композиционного металломатричного материала, армированного сверхупругими сверхтвердыми углеродными частицами. Способ включает приготовление смеси порошков металла и фуллеритов и ее прессование при давлении 5-8 ГПа и температурах 800-1000°С с обеспечением образования сверхтвердых углеродных частиц.

Изобретение относится к изготовлению металлических изделий с использованием способа, при котором металлический материал не подвергается плавлению. Способ изготовления металлического изделия из сплава на основе титана включает подготовку смеси неметаллических соединений-предшественников, содержащих металлические составляющие элементы в тонкоизмельченной форме с максимальным размером менее 100 мкм, в которой содержание титана больше, чем любого другого металлического элемента, химическое восстановление смеси неметаллических соединений-предшественников для получения исходного металлического материала в виде порошка без плавления исходного металлического материала, причем стадия химического восстановления включает химическое восстановление смеси неметаллических соединений-предшественников путем восстановления в твердой фазе, путем парофазного восстановления или восстановление оксидов путем электролиза расплавленной соли и уплотнение полученного восстановленного материала для получения уплотненного металлического изделия, без плавления первичного металлического материала и без плавления уплотненного металлического изделия.
Наверх